工程热力学 高等教育出版社 沈维道主编 思考题答案 m整理
循环吸热量：Q1=cmAΔt+ cm BΔt= cmΔt (2)
循环净功：w0=wTB=mB(h3-h4) (3)
对于第2方案，wTA= wc，即：mA(h3-h4)=m(h2-h1)
或(m-mB)(h3-h4)=m(h2-h1) (4)
由(3)、(4)解得：w0=m[(h3-h4)-(h2-h1)]
结论：两种方案循环吸热量与循环净功均相同，因而热力学效果相同，热效率w0/Q1必相同。
第九章 实际气体
答：理想气体模型中忽略了气体分子间的作用力和气体分子所占据的体积。实际气体只有在高温低压状态下，其性质和理想气体相近。或者在常温常压下，那些不易液化的气体，如氧气、氦气、空气等的性质与理想气体相似，可以将它们看作理想气体，使研究的问题简化。
2. 答：压缩因子为温度、压力相同时的实际气体比体积与理想气体比体积之比。压缩因子不仅随气体的种类而且随其状态而异，故每种气体应有不同的
3. 答：范德瓦尔方程其计算精度虽然不高，但范德瓦尔方程式的价值在于能近似地反映实际气体性质方面的特征，并为实际气体状态方程式的研究开拓了道路，因此具有较高的地位。
4. 答：当需要较高的精度时应采用实验数据拟和得到a、b。利用临界压力和临界温度计算得到的a、b值是近似的。
Z?f(p,T)曲线。因此不能取常数。
5. 答：在相同的压力与温度下，不同气体的比体积是不同的，但是只要他们的同，他们的
pr和Tr分别相
vr必定相同这就是对应态原理，f(pr,Tr,vr)?0。
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对应态原理并不是十分精确，但大致是正确的。它可以使我们在缺乏详细资料的情况下，能借助某一资料充分的参考流体的热力性质来估算其他流体的性质。
相对于临界参数的对比值叫做对比参数。对比温度
Tr?TTc，对比压力
pr?ppc，对比比体积
vr?
vvc。
6. 答：对简单可压缩的系统，任意一个状态参数都可以表示成另外两个独立参数的函数。其中，某些状态参数若表示成特定的两个独立参数的函数时，只需一个状态函数就可以确定系统的其它参数，这样的函数就称为“特性函数”
??u???u?du???ds????p??dp?su?u(s,p)知??p??v且du?Tds?pdv将两公式进行对比则有由函数
??u?T?????s?p，但是对于比容无法用该函数表示出来，所以此函数不是特性函数。
答：将状态方程进行求导，然后带入热力学能、焓或熵的一般关系式，在进行积分。
8. 答：以
T,p为独立变量时u?u(T,p),将第二ds方程
ds?cpTdT?(?v)pdp?T代入
??v???v??dv???dT??dp??du?Tds?pdv同时，??T?p??p?T得到
????v???v????v??du??cp?p???dT??p???p???T??T??dp?T??p???p????????T?
cp?Tcv?Tds?()vdp?()pdvv,pu?u(v,p)dsT?vT?v同理：以为独立变量时,将第三方程
代入
du?Tds?pdv，得到
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???T????T?du?cv???p??dp??cp??v??p?dv?p????v???
以T,v为独立变量时h?h(p,v)，将第一ds方程代入dh?Tds?vdp得
????p???p????p??dh??cv?v???dT??T???v???dv??T?v???v?T? ????T?v以
p,v为独立变量时h?h(T,v)，将第三ds方程代入dh?Tds?vdp得
???T????T??dh??v?cv?dp?c?dv?p???p??v??p???v???
9. 答：热力学能、焓、熵都是状态参数，计算两个平衡状态之间的变量可任意选择其过程。所以同样适用于不可逆过程。
10. 答：比热容一般关系式：
cp?cv??T(?v2?p)P()T?T?v
对于液态水，在压力不变条件下，比容随温度的变化很小，因而cp-cv≈0。 即：液态和固态物质一般不区分定压比热与定容比热，而气体cp≠cv，要区分。
11. 答：与水的相图比较，显著的差别是固液二相平衡线的倾斜方向不同，由于液态水凝固时容积增大，依据克拉贝隆-克劳修斯方程固液相平衡曲线的斜率为负。而其他物质则相反。
第十章 水蒸气及动力循环
答：水的三相点状态参数不是唯一的，其中温度、压力是定值而比体积不是定值；临界点是唯一的，其比体积、温度、压力都是确定的；三相点是三相共存的点，临界点是饱和水线与饱和蒸汽线的交点，在该点饱和水线与饱和蒸汽线不再有分别。
2. 答：水的集态为高压水，若有裂缝则会产生爆裂事故。
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3. 答：这种说法是不对的。因为温度不变不表示热力学能不变。这里分析的是水，定压汽化有
q?w这样的结果。 相变，不能作为理想气体来处理，所以?u?0。不能得到
4. 答：
?hp?cpT2T1?T适用于理想气体，不能应用于水定压汽化过程，水不能作为理想气体来
处理。
5. 答：图10-1中循环6-7-3-4-5-6局限于饱和区，上限温度受制于临界温度，导致其平均吸热温度较低，故即使实现卡诺循环其热效率也不高。
6. 答：通过对热机的效率进行分析后知道，提高蒸汽的过热温度和蒸汽的压力，都能使热机效率提高。在本世纪二三十年代，材料的耐热性较差，通过提高蒸汽的温度而提高热机的效率比较困难，因此采用再热循环来提高蒸汽初压。随着耐热材料的研究通过提高蒸汽的温度而提高热机的效率就可以满足工业要求。因此很长一段时期不再设计制造再热循环工作设备。近年来要求使用的蒸汽初压提高，由于初压的提高使得乏气干度迅速降低，引起气轮机内部效率降低，另外还会侵蚀汽轮机叶片缩短汽轮机寿命，所以乏气干度不宜太低，必须提高乏气温度，就要使用再热循环。
答：计算回热循环主要是计算抽气量。
1）对于混合式回热加热器对如图11-4所示的N级抽汽回热的第j级加热器，列出质量守恒方程为
N?jk?1N?j?1k?1?j???1??k??能量守恒方程为
N?jk?1??1???k
?jh0j???1??k?h解得第j级抽气量为
'0,j?1N?j?1???1???hkk?1'0j
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''?N?j?h0j?h0,j?1?j???1???k??h?h'k?1??0j0,j?1
2）对于表面式回热加热器，其抽气量仍是通过热平衡方程求取
'''???j?h0j?h0?h?hj0j0,j?1?
?j?''h0j?h0,j?1'h0j?h0j
8. 答：这与卡诺定理并不矛盾。卡诺定理当中的可逆循环忽略了循环当中所有的不可逆因素，不存在任何不可逆损失，所以这时热能向机械能转化只由热源的条件所决定。而实际循环中存在各种不可逆损失，由于工质性质不同，不可逆因素和不可逆程度是各不相同的，因此其热效率与工质性质有关。
9. 答：这样的想法是不对的。因为从热力学第二定律来讲一个非自发过程的进行必定要有一个自发过程的进行来作为补充条件。乏气向冷取水排热就是这样一个补充条件，是不可缺少的。 10. 答：柴油机的汽缸壁因为有冷却水和进入气缸的空气冷却，燃烧室和叶片都可以冷却，其材料可以承受较高燃气温度，燃气温度通常可高达1800-2300K，而蒸汽循环蒸汽过热器外面是高温燃气里面是蒸汽，所以过热器壁面温度必定高于蒸汽温度，这与柴油机是不同的，蒸汽循环的最高蒸汽温度很少超过600K.。因此蒸汽循环的热效率较低。
11. 答：这种想法是不正确的。回热循环是是通过减少了温差传热不可逆因素，从而使热效率提高，使该循环向卡诺循环靠近了一步。而该题中的想法恰恰是又增加了 温差传热不可逆因素。因此对效率提高是没有好处的。
12. 答：热量利用系数说明了全部热量的利用程度，但是不能完善的衡量循环的经济性。能量分为可用能与不可用能，能量的品位是不同的。在实际工程应用中用的是可用能。可用能在各个部分各个过程的损失是不能用热量利用系数来说明的。
13. 答：提高循环热效率的共同原则是：提高工质的平均吸热温度。 第十一章 制冷循环
答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸汽制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。
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工程热力学第四版课后思考题答案
