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工程热力学课后思考题答案 - - 第四版 - 沈维道 - 童钧耕主编 - 高等教育出版社

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1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?

不一定,稳定流动系统内质量也保持恒定。

2.有人认为开口系统内系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系统不可能是绝热系。对不对,为什么?

不对,绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递(传热量),随物质进出的热能(准确地说是热力学能)不在其中。 4.倘使容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?绝对压力计算公式

p=pb+pg (p> pb), p= pb -pv (p< pb)

中,当地大气压是否必定是环境大气压?

当地大气压pb改变,压力表读数就会改变。当地大气压pb不一定是环境大气压。

6.经验温标的缺点是什么?为什么?

不同测温物质的测温结果有

4题图

p1=pg1+pb pb pg1 p2=pg2+p1 pg2 较大的误差,因为测温结果依赖于测温物质的性质。 7.促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。

有势差(温度差、压力差、浓度差、电位差等等)存在。

9.家用电热水器是利用电加热水的家用设备,通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体(但不包括电加热器),这是什么系统?把电加热器包括在研究对象内,这是什么系统?什么情况下能

电流 热水 冷水 传热 热水 传热 冷水 a b 9题图

构成孤立系统?

不包括电加热器为开口(不绝热)系统(a图)。包括电加热器则为开口绝热系统(b图)。

将能量传递和质量传递(冷水源、热水汇、热源、电源等)全部包括在内,构成孤立系统。或者说,孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。 12.图1-22中容器为刚性绝热容器,分成两部分,一部分装气体,一部分抽成真空,中间是隔板,

(1)突然抽去隔板,气体(系统)是否作功?

(2)设真空部分装有许多隔板,逐个抽去

p 1

a b 2

v

隔板,每抽一块板让气体先恢复平衡在抽下一块,则又如何? (3)上述两种情况从初态变化到终态,其过程是否都可在p-v图上表示?

4.一刚性容器,中间用绝热隔板分为两部分,A中存有高压空气,B中保持真空,如图2-12所示。若将隔板抽去,分析容器中空气的热力学能将如何变化?若在隔板上有一小孔,气体泄漏入B中,分析A、B两部分压力相同时A、B两部分气体热力学能如何变化?

q=?u+w

q=0,?u为负值(u减少),转化为气体的动能,动能在B中经内部摩擦耗散为热能被气体重新吸收,热力学能增加,最终?u =0。 5. 热力学第一定律的能量方程式是否可写成下列形式?为什么?

q=?u+pv q2-q1=(u2-u1)+(w2-w1)

不可以。w不可能等于pv,w是过程量,pv则是状态参数。q和w都是过程量,所以不会有q2-q1和w2-w1。

8.焓是工质流入(或流出)开口系时传递入(或传递出)系统的总能量,那么闭口系工质有没有焓值?

比较正规的答案是,作为工质的状态参数,闭口系工质也有焓值,

A B 图2-12 自由膨胀

隔板 但是由于工质不流动,所以其焓值没有什么意义。

焓=热力学能+占位能

9.气体流入真空容器,是否需要推动功?

推动功的定义为,工质在流动时,推动它下游工质时所作的功。下游无工质,故不需要推动功。利用开口系统的一般能量方程式推导的最终结果也是如此。

11.为什么稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等都会改变,而整个系统的?UCV=0、?HCV=0、?SCV=0?

控制体的?UCV=0、?HCV=0、?SCV=0是指过程进行时间前后的变化值,稳定流动系统在不同时间内各点的状态参数都不发生变化,所以?UCV=0、?HCV=0、?SCV=0。稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等的改变仅仅是依坐标的改变。

13. 几股流体汇合成一股流体称为合流,如图2-13所示。工程上几台

qm1 1 p1, T1 3 1 qm3 p3, T3 2 3 qm2 p2, T2 2 图2-13 合流 压气机同时向主气道送气以及混合式换热器等都有合流的问题。通常合流过程都是绝热的。取1-1、2-2和3-3截面之间的空间为控制体积,列出能量方程式并导出出口截面上焓值h3的计算式。

进入系统的能量–离开系统的能量=系统贮存能量的变化

系统贮存能量的变化:不变。

进入系统的能量:qm1带入的和qm2带入的。没有热量输入。

qm1(h1+cf12/2+gz1)+ qm2(h2+cf22/2+gz2)

离开系统的能量:qm3带出的,没有机械能(轴功)输出。

qm3(h3+cf32/2+gz3)

如果合流前后流速变化不太大,且势能变化一般可以忽略,则能量方程为:

qm1?h1+ qm2?h2= qm3?h3

qm3 3 p3, T3 1 3 qm1 p1, T1 2 1 qm2 p2, T2 2 图2-14 分流 出口截面上焓值h3的计算式

h3= (qm1?h1+ qm2?h2)/ qm3

本题中,如果流体反向流动就是分流问题,分流与合流问题的能量方程式是一样的,一般习惯前后反过来写。

qm1?h1 = qm2?h2+ qm3?h3

3.摩尔气体常数R值是否随气体的种类而不同或状态不同而异?

摩尔气体常数R是基本物理常数,它与气体的种类、状态等均无

工程热力学课后思考题答案 - - 第四版 - 沈维道 - 童钧耕主编 - 高等教育出版社

1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?不一定,稳定流动系统内质量也保持恒定。2.有人认为开口系统内系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系统不可能是绝热系。对不对,为什么?不对,绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递(传热量),随物质进出的热能(准确地说是热力学能)
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