工程热力学第四版沈维道 思考题 完整版
第1章 基本概念及定义
1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?
答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。
2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么?
答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
⒊平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。
⒋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？在绝对压力计算公式 P?Pb?Pe (P?Pb)； P?Pb?Pv (P?Pb)
中，当地大气压是否必定是环境大气压?
答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的Pb 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。
⒌温度计测温的基本原理是什么?
答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。
⒍经验温标的缺点是什么?为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。
⒎ 促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。 答：分两种不同情况：
⑴ 若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态；
⑵ 若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。
⒏ 图1-16a、b所示容器为刚性容器：⑴将容器分成两部分。一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体(系统)是否作功？
(a) (b) ⑵设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢
图1-16 思考题8附图 复平衡再抽去一块，问气体(系统)是否作功？
⑶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？
答：⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功；
⑵ b情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功；
⑶ a中所示的情况为气体向真空膨胀(自由膨胀)的过程，是典型的不可逆过程。过程中气体不可能处于平衡状态，因此该过程不能在P-v图上示出；b中的情况与a有所不同，若隔板数量足够多，每当抽去一块隔板时，气体只作极微小的膨胀，因而可认为过程中气体始终处在一种无限接近平衡的状态中，即气体经历的是一种准静过程，这种过程可以在P-v图上用实线表示出来。
9.经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？
答：所谓过程不可逆，是指一并完成该过程的逆过程后，系统和它的外界不可能同时恢复到他们的原来状态，并非简单地指系统不可能回复到原态。同理，系统经历正、逆过程后恢复到了原态也并不就意味着过程是可逆的；过程是否可逆，还得看与之发生过相互作用的所有外界是否也全都回复到了原来的状态，没有遗留下任何变化。原则上说来经历一个不可逆过程后系统是可能恢复到原来状态的，只是包括系统和外界在内的整个系统则一定不能恢复原来状态。
⒑系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统和外界有什么变化？若上述正向及逆向循环中有不可逆因素，则系统及外界有什么变化？
答：系统完成一个循环后接着又完成其逆向循环时，无论循环可逆与否，系统的状态都不会有什么变化。根据可逆的概念，当系统完成可逆过程（包括循环）后接着又完成其逆向过程时，与之发生相互作用的外界也应一一回复到原来的状态，不遗留下任何变化；若循环中存在着不可逆因素，系统完成的是不可逆循环时，虽然系统回复到原来状态，但在外界一定会遗留下某种永远无法复原的变化。
⒒工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出的功中是否要减去活塞排斥大气功才是有用功？
答：不需要。由于活塞也包含在系统内，既然系统完成的是循环过程，从总的结果看来活塞并未改变其位置，实际上不存在排斥大气的作用。
第二章热力学第一定律
1．热力学能就是热量吗？
答：不是。热力学能是工质的状态参数，是工质的性质，是工质内部储存能量，是与状态变化过程无关的物理量。热量是工质状态发生变化时通过系统边界传递的热能，其大小与变化过程有关，热量不是状态参数。
2．若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞机上，工质的总能中是否包括外部储存能？在以氢、氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否应包括氢和氧的化学能？ 答：无论参考坐标建立在何处，工质的总能中始终包括外部储存能，只不过参考坐标建立合适，工质的宏观动能、宏观势能的值等于零，便于计算。
氢氧燃料电池中化学能变化是主要的能量变化，因而不可忽略。
3．能否由基本能量方程式得出功、热量和热力学能是相同性质的参数的结论？ q=?u＋w
不能。基本能量方程式仅仅说明且充分说明功、热量和热力学能都是能量，都是能量存在的一种形式，在能量的数量上它们是有等价关系的。而不涉及功、热量和热力学能的其他属性，也表明功、热量和热力学能的其他属性与能量本质无关。
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
隔板 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
A B 如何变化？
答：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。
图2-12 自由膨胀 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。
6． 热力学第一定律解析式有时写成下列两者形式：
q=?u＋w q=?u＋?pdv
12分别讨论上述两式的适用范围。
前者适用于任意系统、任意工质和任意过程。 后者适用于任意系统、任意工质和可逆过程。
7．为什么推动功出现在开口系能量方程中，而不出现在闭口系能量方程式中？
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。开口系工质流动，而闭口系工质不流动，所以推动功出现在开口系能量方程中，而不出现在闭口系能量方程式中。
我个人认为推动功应该定义为由于工质在一定状态下占有一定空间所具有的能量，它是工质本身所固有的性质，是一个状态参数。推动功既可以出现在开口系能量方程中，也可以出现在闭口系能量方程式中（需要把w拆开，w＝wt＋?(pv)）。——占位能
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，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。
10．稳定流动能量方程式（2-21）是否可应用于像活塞式压气机这样的机械稳定工况运行的能量分析？为什么？
可以。热力系统的选取有很大的自由度。一般把活塞式压气机取为闭口系统，是考察其一个冲程内的热力变化过程。如果考虑一段时间内活塞式压气机的工作状况和能量转换情况，就需要把它当成稳定流动系统处理，包括进排气都认为是连续的。
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。
12．开口系实施稳定流动过程，是否同时满足下列三式：
m?Q=dU+?W ?Q=dH+?Wt ?Q=dH+dc2f+mgdz+?Wi
2上述三式中，W、Wt和Wi的相互关系是什么？
m答：都满足。 ?W=d(pV)+ ?Wt= d(pV)+dc2f+mgdz+?Wi
2m?Wt= dc2f+mgdz+?Wi
2
13. 几股流体汇合成一股流体称为合流，如图2-13所示。qm1 1 p1, T1 3 工程上几台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 1 qm3 p3, T3 和3-3截面之间的空间为控制体积，列出能量方程式并导
2 3 出出口截面上焓值h3的计算式。
qm2
?????? p2, T2 2 图2-13 合流
答：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+cf1/2+gz1）+ qm2（h2+cf2/2+gz2）
离开系统的能量：qm3带出的，没有机械能（轴功）输出。
22
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
出口截面上焓值h3的计算式
qm3 3 p3, T3 1 3 qm1 p1, T1 2 1 qm2 p2, T2 2 图2-14 分流 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
第三章气体和蒸汽的性质
1．怎样正确看待“理想气体”这个概念？在进行实际计算时如何决定是否可采用理想气体的一些公式？
第一个问题很含混，关于“理想气体”可以说很多。可以说理想气体的定义：理想气体，是一种假想的实际上不存在的气体，其分子是一些弹性的、不占体积的质点，分子间无相互作用力。也可以说，理想气体是实际气体的压力趋近于零时极限状况。还可以讨论什么情况下，把气体按照理想气体处理，这已经是后一个问题了。后一个问题，当气体距离液态比较远时（此时分子间的距离相对于分子的大小非常大），气体的性质与理想气体相去不远，可以当作理想气体。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象。
2．气体的摩尔体积Vm是否因气体的种类而异？是否因所处状态不同而异？任何气体在任意状
态下摩尔体积是否都是0.022414m3/mol？
气体的摩尔体积Vm不因气体的种类而异。所处状态发生变化，气体的摩尔体积也随之发生变化。任何气体在标准状态（p=101325Pa，T=273.15K）下摩尔体积是0.022414m3/mol。在其它状态下，摩尔体积将发生变化。
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、状态等均无关。
4．如果某种工质的状态方程式为pv=RgT，这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗？
是的。
5．对于确定的一种理想气体，cp–cv是否等于定值？cp/cv是否为定值？cp–cv、cp/cv是否随温度变化？
cp–cv=Rg，等于定值，不随温度变化。cp/cv不是定值，将随温度发生变化。
6．迈耶公式cp–cv=Rg是否适用于动力工程中应用的高压水蒸气？是否适用于地球大气中的水蒸气？
不适用于前者，一定条件下近似地适用于后者。
7．气体有两个独立的参数，u（或h）可以表示为p和v的函数，即u=f(p, v)。但又曾得出结论，理想气体的热力学能（或焓）只取决于温度，这两点是否矛盾？为什么？
不矛盾。pv=RgT。热力学能（或焓）与温度已经相当于一个状态参数，他们都可以表示为独立参数p和v的函数。
8．为什么工质的热力学能、焓和熵为零的基准可以任选，所有情况下工质的热力学能、焓和熵为零的基准都可以任选？理想气体的热力学能或焓的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值？对理想气体的熵又如何？
我们经常关注的是工质的热力学能、焓和熵的变化量，热力学能、焓和熵的绝对量对变化量没有影响，所以可以任选工质的热力学能、焓和熵为零的基准。所有情况下工质的热力学能、焓和熵为零的基准都可以任选？不那么绝对，但是在工程热力学范围内，可以这么说。工质的热力学能、焓和熵的绝对零点均为绝对零度（0K），但是目前物理学研究成果表明，即使绝对零度，工质的热力学能、焓和熵也不准确为零，在绝对零度，物质仍有零点能，由海森堡测不准关系确定。（热力学第三定律可以表述为，绝对零度可以无限接近，但永远不可能达到。）
标准状态（p=101325Pa，T=273.15K）。（p=101325Pa，T=293.15K）、（p=101325Pa，T=298.15K），水的三相点，等等。
9．气体热力性质表中的u、h及s0的基准是什么状态？
标准状态
10．在图3-15所示的T–s图上任意可逆过程1–2的热量如何表示？理想气体1和2状态间热力学能变化量、焓变化量能否在图上用面积表示？若1–2经过的是不可逆过程又如何？
曲线1-2下的曲边梯形面积就是任意可逆过程1–2的热量。dQ=TdS沿过程的积分。Q=?U+W，所以?U=Q–W。不可逆过程传热量不能用曲边梯形面积表达，但是热力学能和焓还可
以用原方式表达，因为热力学能和焓都是状态参数，其变化与过程路径无关。 2 T U p=0 p
1 1
2
0
s v
11．理想气体熵变计算式（3-39）、（3-41）、（3-43）等是由可逆过程导出，这些计算式是否可以用于不可逆过程初、终态的熵变？为什么？
可以。熵是状态参数，其变化与过程路径无关。
12．熵的数学定义式为ds=dq/T，又dq=cdT，故ds=(cdT)/T。因理想气体的比热容是温度的单值函数，所以理想气体的熵也是温度的单值函数，这一结论是否正确？若不正确，错在何处？
不正确。错在c不是状态参数，与过程有关。是温度单值函数的是定过程比热。
13．试判断下列各说法是否正确：
（1）气体吸热后熵一定增大；（2）气体吸热后温度一定升高；（3）气体吸热后热力学能一定增加；（4）气体膨胀时一定对外作功；（5）气体压缩时一定耗功。
（1）正确；（2）不正确；（3）不正确；（4）正确；（5）正确。
14．氮、氧、氨这样的工质是否和水一样也有饱和状态的概念，也存在临界状态？
是的。几乎所有的纯物质（非混合物）都有饱和状态的概念，也存在临界状态。此外的物质性质更为复杂。
15．水的三相点的状态参数是不是唯一确定的？三相点与临界点有什么差异？
水的三相点的状态参数是唯一确定的，这一点由吉布斯相律确认：对于多元（如k个组元）多相（如f个相）无化学反应的热力系，其独立参数，即自由度n = k–f + 2。三相点：k =1，f = 3，故n = 0。
三相点是三相共存点，在该点发生的相变都具有相变潜热。临界点两相归一，差别消失，相变是连续相变，没有相变潜热。三相点各相保持各自的物性参数没有巨大的变化，临界点的物性参数会产生巨大的峰值变化。三相点和临界点是蒸汽压曲线的两个端点。三相点容易实现，临界点不容易实现。
16．水的汽化潜热是否是常数？有什么变化规律？
水的汽化潜热不是常数，三相点汽化潜热最大，随着温度和压力的提高汽化潜热逐渐缩小，临界点处汽化潜热等于零。
17．水在定压汽化过程中，温度保持不变，因此，根据q=?u+w，有人认为过程中的热量等于膨胀功，即q=w，对不对？为什么？
不对。?u=cv?T是对单相理想气体而言的。水既不是理想气体，汽化又不是单相变化，所以q=w的结论是错的。
18．有人根据热力学第一定律解析式?q=dh–vdp和比热容的定义c=
?qdT，所以认为?hp?cpT?T1T2是普遍适用于一切工质的。进而推论得出水定压汽化时，温度不变，因此其焓变量
?hp?cpT2T1?T=0。这一推论错误在哪里？
c=?q是针对单相工质的，不适用于相变过程。
dT第四章气体和蒸汽的基本热力过程
1．试以理想气体的定温过程为例，归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法。
要解决的问题：揭示过程中状态参数的变化规律，揭示热能与机械能之间的转换情况，找出其内在规律及影响转化的因素。在一定工质热力性质的基本条件下，研究外界条件对能量转换的影响，从而加以利用。
使用的方法：分析典型的过程。分析理想气体的定值的可逆过程，即过程进行时限定某一参数不发生变化。
分析步骤
1) 建立过程方程式；
2) 找出（基本）状态参数的变化规律，确定不同状态下参数之间的关系；
3) 求出能量参数的变化（过程功、技术功、热力学能、焓、熵、传热量等等）； 4) 画出过程变化曲线（在T-s图、p-v图上）。
2．对于理想气体的任何一种过程，下列两组公式是否都适用？
?u=cv(t2–t1)，?h=cp(t2–t1)；q=?u=cv(t2–t1)，q=?h=cp(t2–t1)
第一组都适用，第二组不适用。第二组第一式只适用于定容过程，第二式只适用于定压过程。
3．在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温膨胀过程中是否需要对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？
需要加入热量。q=?u+w, 对于理想气体，q=w=RT1ln=wt=RT1lnv2。 v1v2或q=?h+wt, 对于理想气体，q v1
4．过程热量q和过程功w都是过程量，都和过程的途径有关。由理想气体可逆定温过程热量
公式q=p1v1lnv2可知，只要状态参数p1、v1和v2确定了，q的数值也确定了，是否可逆定温过v1程的热量q与途径无关？
“可逆定温过程”已经把途径规定好了，此时谈与途径的关系没有意义。再强调一遍，过程热量q和过程功w都是过程量，都和过程的途径有关。
5．闭口系在定容过程中外界对系统施以搅拌功?w，问这时?Q=mcvdT是否成立？
不成立。搅拌功?w以机械能形式通过系统边界，在工质内部通过流体内摩擦转变为热，从而导致温度和热力学能升高。?Q是通过边界传递的热能，不包括机械能。
6．绝热过程的过程功w和技术功wt的计算式 w=u1–u2，wt=h1–h2
是否只适用于理想气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？
两式来源于热力学第一定律的第一表达式和第二表达式，唯一条件就是绝热q=0，与是否理想气体无关，且与过程是否可逆也无关，只是必须为绝热过程。
7．试判断下列各种说法是否正确？
(1) 定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程； (2) 绝热过程即定熵过程； (3) 多变过程即任意过程。
答：(1) 定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程； ——正确。
(2) 绝热过程即定熵过程； ——错误，可逆绝热过程是定熵过程，不可逆绝热过程不是定熵过程。
(3) 多变过程即任意过程。 ——错误，右图中的过程就不是多7题图 变过程。
8．参照图4-17，试证明：q1-2-3? q1-4-3。图中1–2、4–3各为定容过程，1–4、2–3各为定压过程。
证明：q1-2-3=q1-2+q2-3，q1-4-3= q1-4+ q4-3
q1-2= cv(T2–T1)，
q2-3= cp(T3–T2)= cv(T3–T2)+R(T3–T2)，
p q4-3= cv(T3–T4)，
2 3 q1-4= cp(T4–T1) = cv(T4–T1)+R(T4–T1)。 ? q1-2-3=q1-2+q2-3= cv(T2–T1)+ cv(T3–T2)+R(T3–T2)
= cv(T3–T1)+R(T3–T2) 1 4 q1-4-3= q1-4+ q4-3= cv(T4–T1)+R(T4–T1)+cv(T3–T4) O v
= cv(T3–T1)+R(T4–T1)
图4-17
于是 q1-2-3–q1-4-3= R(T3–T2)–R(T4–T1)
=R[(T4
p2pp–T12)–(T4–T1)]= R(2–1)(T4–T1)>0 p1p1p1所以，q1-2-3? q1-4-3，证毕。
9．如图4-18所示，今有两个任意过程a–b及a–c，b点及c点在同一条绝热线上，(1) 试问?uab与?uac哪个大？(2) 若b点及c点在同一条定温线上，结果又如何？
依题意，Tb>Tc，所以?uab>?uac。若b点及c点在同一条定温线上，则?uab=?uac。
p b
a c O v 图4-18
p b Tb Tc a c O v 图4-18题解
10．理想气体定温过程的膨胀功等于技术功能否推广到任意气体？
从热力学第一定律的第一表达式和第二表达式来看，膨胀功和技术功分别等于w=q–?u和wt=q–?h，非理想气体的?u和?h不一定等于零，也不可能相等，所以理想气体定温过程的膨胀功等于技术功不能推广到任意气体。
11．下列三式的使用条件是什么？ p2v2=p1v1，T1v1=T2v2，T1p1k
k
k-1
k-1
?k?1k=T2p2?k?1k
使用条件是：理想气体，可逆绝热过程。
12．T–s图上如何表示绝热过程的技术功wt和膨胀功w？
p=0 v=0
13.在p—v和T—s图上如何判断过程q、w、?u、?h的正负。
通过过程的起点划等容线（定容线），过程指向定容线右侧，系统对外作功，w>0；过程指向定容线左侧，系统接收外功，w<0。
通过过程的起点划等压线（定压线），过程指向定压线下侧，系统对外输出技术功，wt>0；过程指向定压线上侧，系统接收外来技术功，wt<0。
通过过程的起点划等温线（定温线），过程指向定温线下侧，?u<0、?h<0；过程指向定温线上侧，?u>0、?h>0。
通过过程的起点划等熵线（定熵线），过程指向定熵线右侧，系统吸收热量，q>0；过程指向定熵线左侧，系统释放热量，q<0。
p T, n=1 v, n→?∞ A p, n=0 s, n=k v
T s, n=k v, n→?∞
p, n=0
T, n=1 A s
14.试以可逆绝热过程为例，说明水蒸气的热力过程与理想气体的热力过程的分析计算有什么异同？
相同点：都是首先确定起始状态和结束状态，然后在计算过程的作功量等数据。计算过程中，始终要符合热力学第一定律。
不同点：理想气体的计算是依靠理想气体状态方程以及功和热量的积分计算式进行计算，而水蒸气是依靠查图查表进行计算。
15. 实际过程都是不可逆的，那么本章讨论的理想可逆过程有什么意义？
理想可逆过程是对实际过程的近似和抽象，实际过程过于复杂不易于分析，通过理想可逆过程的分析以及根据实际过程进行适当修正，可以了解实际过程能量转换变化情况，以及如何向理想可逆过程靠近以提高相应的技术指标。
第五章热力学第二定律
5-1热力学第二定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当？
答：热能不是不可能全部变成机械能，如定温过程就可以。但想要连续地将热能转变为机械能则是不可能的。
5-2理想气体进行定温膨胀时，可从单一恒温热源吸入的热量，将之全部转变为功对外输出，是否与热力学第二定律的开尔文叙述有矛盾？提示：考虑气体本身是否有变化。
答：理想气体进行定温膨胀时，压力不断降低，体积越来越大。当压力低到外界压力时，就不能再继续降低了，过程也就停止了。热力学第二定律的开尔文叙述的内容是：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机（第二类永动机是不可能制造成功的。） 一方面压力降低，体积增大就是变化；另一方面，热力发动机要求连续工作，而定温过程做不到。所以，这个过程与热力学第二定律无矛盾。
5-3自发过程是不可逆过程，非自发过程必为可逆过程，这一说法是否正确？
答：错。“非自发过程必为可逆过程。”的说法完全错误，非自发过程需付出代价（更强的自发过程）才能实现，可逆过程则是一种实际上不存在的理想过程，两者之间没有什么关系。
5-4请给“不可逆过程”一个恰当的定义。请归纳热力过程中有哪几种不可逆因素？
答：各种不可逆因素总可以表示为将机械能耗散为热能，例如温差传热，卡诺说：凡是有温度差的地方都可以产生动力。因此，温差传热使得本可以作出的功没有作出，这就相当于将机械能耗散为热能。凡是最终效果都可以归结为使机械能耗散为热能的过程都是不可逆过程。热力过程中的不可逆因素有功热转换、有限温差传热、自由膨胀、混合过程、电阻等等。
5-5 试证明热力学第二定律的各种说法的等效性：若克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成立。
答：热力学第二定律的各种说法都是等效的，可以证明它们之间的等效性。
T1 Q1 Q2 E Q2 T2 T2 W0 Q E W T1 Q1 R Q2 图4-1 图4-2
如图4–1所示，某循环发动机E自高温热源T1吸热Q1，将其中一部分转化为机械能W0，其余部分Q2=Q1–W0排向低温热源T2，如果可以违反克劳修斯说法，即热量Q2可以不花代价地自低温热源传到高温热源，如图中虚线所示那样，则总的结果为高温热源失去热能(Q1–Q2)，循环发动机产生了相应的机械能W0，而低温热源并无变化，相当于一台从单一热源吸热而作功的循环发动机。所以，违反克劳修斯说法必然违反开尔文说法，类似地，违反开尔文说法也必然违反克劳修斯说法，两种说法完全等价（图4-2）。
5-6下列说法是否有错误：（1）循环净功Wnet愈大则循环热效率愈高；（2）不可逆循环热效率一定小于可逆循环热效率；（3）可逆循环热效率都相等，?t?1?T2。 T1（1） 错。
（2） 错。应当是在同样的高温热源和低温热源之间。否则没有比较基础。 （3） 错。应当是在同样的高温热源和低温热源之间。否则没有比较基础。
5-7循环热效率公式：?t?T?Tq1?q2和?t?12是否完全相同？各适用于哪些场合？ q1T1答：不同。前者适用于一般的循环（可逆和不可逆循环），后者仅适用于在两个恒温热源
之间工作的可逆循环。
（第三版5-8题）不违反。它是依赖于压力差作功的。
5-8下述说法是否正确：（1）熵增大的过程必定为吸热过程；（2）熵减小的过程必为放热过程；（3）定熵过程必为可逆绝热过程；（4）熵增大的过程必为不可逆过程；（5）使系统熵增大的过程必为不可逆过程；（6）熵产Sg>0的过程必为不可逆过程。 答：（1） 错。不可逆绝热过程熵也会增大。
（2） 错，不准确。不可逆放热过程，当放热引起的熵减大于不可逆引起的熵增时（亦即当放热量大于不可逆耗散所产生的热量时），它也可以表现为熵略微减少，但没有可逆放热过程熵减少那么多。
（3） 错。不可逆放热过程，当放热引起的熵减等于不可逆引起的熵增时（亦即当放热量等于不可逆耗散所产生的热量时），它也可以表现为熵没有发生变化。
（4）错。可逆吸热过程熵增大。
（5）错。理由如上。可以说：“使孤立系统熵增大的过程必为不可逆过程。”
（6）对。
5-9下述说法是否有错误：（1）不可逆过程的熵变?S无法计算；（2）如果从同一初始态到同一终态有两条途径，一为可逆，另一为不可逆，则?S不可逆>?S可逆，?Sf，不可逆>?Sf，可逆，?Sg，不可逆>?Sg，可逆；（3）不可逆绝热膨胀终态熵大于初态熵S2>S1，不可逆绝热压缩终态熵小于初态熵S2 答：（1）错。熵是状态参数，只要能够确定起迄点，就可以确定熵变?S。 （2）错。应为?S不可逆=?S可逆、Sf，不可逆 （4）错。?ds?0，因为熵是状态参数。 p b a c 0 v 图5–34 5-10从点a开始有两个可逆过程：定容过程a–b和定压过程a–c，b、在同一条绝热线上（见图5–34），问qa–b和qa–c哪个大？并在T–s示过程a–b和a–c及qa–b和qa–c。 答：可逆定容过程a-b和可逆定压过程a-c的逆过程c-a以及 b 可逆绝热线即定熵线上过程b-c构成一可逆循环，它们围成的面积T 代表了对外作功量，过程a-b吸热，过程c-a放热，根据热力学第一定律，必然有?qa-b?>?qc-a?，才能对外输出净功。也就是，qa-b>qa-c。 c 图中，qa-b为absbsaa围成的面积，qa-c为acsbsaa围成的面积。 a 5-11某种理想气体由同一初态经可逆绝热压缩和不可逆绝热压缩sa sb 两种过程，将气体压缩到相同的终压，在p–v图上和T–s图上画10题图 出两过程，并在T–s图上示出两过程的技术功及不可逆过程的火用损失。 答：见图。 T p1 T1 不可逆 可逆 c两点图上表 s p p1 T1 可逆 不可逆 p2 p2 s1 s2 s 11题图 v 5-12孤立系统中进行了（1）可逆过程；（2）不可逆过程，问孤立系统的总能、总熵、总火用各如何变化？ 答：（1）孤立系统中进行了可逆过程后，总能、总熵、总火用都不变。 （2）孤立系统中进行了不可逆过程后，总能不变，总熵、总火用都发生变化。 5-13 例5–12中氮气由0.45MPa、310K可逆定温膨胀变化到0.11MPa、310K，w1–2，max=w=129.71 kJ/kg，但根据最大有用功的概念，膨胀功减去排斥大气功（无用功）才等于有用功，这里是否有矛盾？ 答：没有矛盾。 5-14 下列命题是否正确？若正确，说明理由；若错误，请改正。 （1）成熟的苹果从树枝上掉下，通过与大气、地面的摩擦、碰撞，苹果的势能转变为环境介质的热力学能， 势能全部是火用，全部转变为火无。 （2）在水壶中烧水，必有热量散发到环境大气中，这就是火无，而使水升温的那部分称之为火用。 （3）一杯热水含有一定的热量火用，冷却到环境温度，这时的热量就已没有火用值。 （4）系统的火用只能减少不能增加。 （5）任一使系统火用增加的过程必然同时发生一个或多个使火用减少的过程。 5-15 闭口系统绝热过程中，系统由初态1变化到终态2，则w=u1–u2。考虑排斥大气作功，有用功为wu= u1–u2–p0(v1–v2)，但据火用的概念系统由初态1变化到终态2可以得到的最大有用功即为热力学能火用差：wu,max=ex,U1–exU2= u1–u2–T0(s1–s2)–p0(v1–v2)。为什么系统由初态1可逆变化到终态2得到的最大有用功反而小于系统由初态1不可逆变化到终态2得到的有用功小？两者为什么不一致？ 第六章实际气体的性质及热力学一般关系式 1. 实际气体性质与理想气体性质差异产生的原因是什么？在什么条件下才可以把实际气体 作理想气体处理？ 答：差异产生的原因就是理想气体忽略了分子体积与分子间作用力。当p→0时，实际气体成为理想气体。实际情况是当实际气体距离其液态较远时，分子体积与分子间作用力的影响很小，可以把实际气体当作理想气体处理。 2. 压缩因子Z的物理意义怎么理解？能否将Z当作常数处理？ 答：由于分子体积和分子间作用力的影响，实际气体的体积与同样状态下的理想气体相比，发生了变化。变化的比例就是压缩因子。Z不能当作常数处理。 3. 范德瓦尔方程的精度不高，但是在实际气体状态方程的研究中范德瓦尔方程的地位却很 高，为什么？ 答：范德瓦尔方程是第一个实际气体状态方程，在各种实际气体状态方程中它的形式最简单；它较好地定性地描述了实际气体的基本特征；其它半理论半经验的状态方程都是沿范德瓦尔方程前进的。 4. 范德瓦尔方程中的物性常数a和b可以由实验数据拟合得到，也可以由物质的Tcr、pcr、vcr 计算得到，需要较高的精度时应采用哪种方法，为什么？ 答：实验数据来自于实际，而范德瓦尔临界压缩因子与实际的压缩因子误差较大，所以由试验数据拟合得到的接近于实际。 5. 如何看待维里方程？一定条件下维里系数可以通过理论计算，为什么维里方程没有得到广 泛应用？ 答：维里方程具有坚实的理论基础，各个维里系数具有明确的物理意义，并且原则上都可以通过理论计算。但是第四维里系数以上的高级维里系数很难计算，三项以内的维里方程已在BWR方程、MH方程中得到了应用，故在计算工质热物理性质时没有必要再使用维里方程，而是在研究实际气体状态方程时有所应用。 6. 什么叫对应态定律？为什么要引入对应态定律？什么是对比参数？ 答：在相同的对比态压力和对比态温度下，不同气体的对比态比体积必定相同。引入对应态原理，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它流体的性质。某气体状态参数与其临界参数的比值称为热力对比参数。（对比参数是一种无量纲参数） 7. 物质除了临界状态、p–v图上通过临界点的等温线在临界点的一阶导数等于零、两阶导数 等于零等性质以外，还有哪些共性？如何在确定实际气体的状态方程时应用这些共性？ 答： 8. 自由能和自由焓的物理意义是什么？两者的变化量在什么条件下会相等？ 答：H=G + TS，U=F + TS。 dg =dh–d(Ts) =dh–Tds–sdT，简单可压缩系统在可逆等温等压条件下，处于平衡状态：dg =–Tds，ds=0?dg=0。若此时系统内部发生不可逆变化（外部条件不变），则ds>0，?dg<0。例如系统内部发生化学反应，化学能转化为内热能（都是热力学能），必要条件是dg<0，否则过程不能发生。 类似地，简单可压缩系统在等温等容条件下，内部发生变化的必要条件是：df<0。 引申：系统的g、f没有时，dg=0，df=0。内部变化不再进行。进而可以认为g、f是系统内部变化的能力和标志，所以分别称为自由焓、自由能，相应地，TS可称为束缚能。 与火用相比，吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能不需要与环境状态联系，且是工质的状态参数。——搞理论热力学的人（物理学家们）根本不拿火用当回事。 两者的变化量在什么条件下会相等？有什么意义呢？dg–df=d(h–Ts)–d(u–Ts)=dh–du=0，对于理想气体可逆等温过程，两者的变化量相等。或者：dh–du= d(pv)=0 9. 什么是特性函数？试说明u=u(s, p)是否是特性函数。 答：某些状态参数表示成特定的两个独立参数的函数时，只需一个状态参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。热力学能函数仅在表示成熵及比体积的函数时才是特性函数，换成其它独立参数，如u=u(s, p)，则不能由它全部确定其它平衡性质，也就不是特性函数了。 10. 常用的热系数有哪些？是否有共性？ 答：热系数由基本状态参数p、v、T构成，可以直接通过实验确定其数值。 11. 如何利用状态方程和热力学一般关系式求取实际气体的?u、?h、?s？ 答：根据热力学一般关系式和状态方程式以及补充数据，可以利用已知性质推出未知性质，并求出能量转换关系。例如，当计算单位质量气体由参考状态p0、T0变到某一其它状态p、T后焓的变化时，可利用dH方程式，即式（5-45）。由于焓是一种状态参数，所以dH为全微分， 因而dH的线积分只是端态的函数，与路径无关。这样就可以在两个端态之间选择任意一个过程或几个过程的组合。两种简单的组合示于图(5-)中。 对于图(5-)中由线0aA所描述的过程组合，将式(5-45)先在等压p0下由T0积分到T，随后在等温T下由p0积分到p，其结果为： ?T?ha?h0???cpdT? ???T0?p0??p????v???h?ha????v?T???dp? p0??T?p????????Tp b(p, T0) p= const. A(p, T) T0= const. T= const. 将上两式相加，就可得到： ?T?p????v???h?h0???cpdT?????v?T?dp? (5-47) ?????T0?p0?p0???T?p??????Tp0= const. 0(p0, T0) a(p0, T) T 图5- 对于0bA的过程组合，将式(5-45)先在等温T0下由p0积分到p，随后在等压p下由T0积分到T，由这种组合可以得到： ?T?p????v???h?h0????v?T?cpdT? (5-48) ??dp??????p0T?0?p??T?p????????T0式(5-47)需要在p0压力下特定温度范围内的cp数据，而式(5-48)则需要较高压力p时的cp数据。由于比热的测量相对地在低压下更易进行，所以选式(5-47)更为合适。 12. 试导出以T、p及p、v为独立变量的du方程及以T、v及p、v为独立变量的dh方程。 13. 本章导出的关于热力学能、焓、熵的一般关系式是否可用于不可逆过程？ 答：由于热力学能、焓、熵都是状态参数，其变化与过程无关，所以其结果也可以用于不可逆过程。 14. 试根据cp–cv的一般关系式分析水的比定压热容和比定容热容的关系。 答： 0.5Mpa，100℃水的比体积v=0.0010435m3/kg；0.5MPa，110℃时v=0.0010517 m3/kg；1Mpa，100℃时v=0.0010432m3/kg。 ??v???p?cp?cv??T???? ?T??p??v?T??1?0.5??106?0.0010517?0.0010435?????373.15?????? 110?100??p?0.0010432?0.0010435?T22=418.18 J/(kg?K) 15. 水的相图和一般物质的相图区别在哪里？为什么？ 答： 一般物质的相图中，液固平衡曲线的斜率为正值，压力越高，平衡温度（相变温度）越高。水的相图中，液固平衡曲线的斜率为负值，导致压力越高，平衡温度（相变温度）越低。 16. 平衡的一般判据是什么？讨论自由能判据、自由焓判据和熵判据的关系。 答：孤立系统熵增原理给出了热力学平衡的一般判据，即熵判据。孤立系统中过程进行的方向是使熵增大的方向，当熵达到最大值时，过程不能再进行下去，孤立系统达到热力学平衡状态。 在等温定压条件下，熵判据退化为吉布斯自由能（自由焓）判据：系统的自发过程朝着使吉布斯自由能减小的方向进行；等温定容条件下，熵判据退化为亥姆霍兹自由能（自由能）判据：系统的自发过程朝着使亥姆霍兹自由能减小的方向进行。 第七章气体与蒸汽的流动 1．对改变气流速度起主要作用的是通道的形状还是气流本身的状态变化？ 答：对改变气流速度起主要作用的是气流本身的状态变化，即力学条件。通道的形状即几何条件也对改变气流速度起重要作用，两者不可或缺。但在某些特殊的、局部的场合，矛盾的主次双方发生转化，通道的形状可能成为主要作用方面。 2．如何用连续性方程解释日常生活的经验：水的流通截面积增大，流速就降低？ 答： qm?Acfv?constant 在日常生活中，水可视为不可压缩流体，其比体积不会发生变化，因而由上式有 Acf=常数，即截面积变化与速度变化成反比。 3．在高空飞行可达到高超音速的飞机在海平面上是否能达到相同的高马赫数？ 答：不能。高空气温低，由理想气体音速a=?kpv?kRT可知当地声速比较低，一定的飞行速度可以取得较高的马赫数，而海平面温度比高空高几十K，相应声速较大，同样的飞行速度所获得的马赫数要小一些。此外，高空空气比海平面稀薄得多，飞行阻力也小得多，所以飞行速度上也会有差异。 4．当气流速度分别为亚声速和超声速时，下列形状的管道（图7–16）宜于作喷管还是宜于作扩压管？ 图7–16 思考题7–4附图 答：亚声速时 喷管 扩压管 喷管 都不适合 超声速时 扩压管 喷管 扩压管 都不合适 5．当有摩擦损耗时，喷管的流出速度同样可用cf2=2?h0?h2?来计算，似乎与无摩擦损耗时相同，那么，摩擦损耗表现在哪里呢？ 答：如右侧温熵图，两条斜线是等压线，垂直线是可逆绝热膨胀过程。有摩擦时，过程为不可逆，如虚线所表示。显而易见，过程结束时温度比可逆情况下要高，这两个温度对应的焓之差就是摩擦损耗的表现。 6．考虑摩擦损耗时，为什么修正出口截面上速度后还要修正温度？ 答：如上。 7．考虑喷管内流动的摩擦损耗时，动能损失是不是就是流动不可逆损失？为什么？ 答：不是。动能损失就是5题图中的焓差。但是由于出口温度高于可逆情形下的出口温度，卡诺讲，凡是有温差的地方就有动力，所以这部分焓还具有一定的作功能力，并不是100%作功能力损失（火用损失）。 8．如图7–17所示，（a）为渐缩喷管，（b）为缩放喷管。设两喷管工作背压均为0.1MPa，进口截面压力均为1MPa，进口流速cf1可忽略不计。若（1）两喷管最小截面积相等，问两喷管的流量、出口截面流速和压力是否相同？（2）假如沿截面2'–2'切去一段，将产生哪些后果？出口截面上的压力、流速和流量将起什么变化？ 1 2' 2 1 2' 2 p1=1MPa pb=0.1MPa p1=1MPa pb=0.1MPa 1 2' 2 1 2' 2 (a) (b) 图7–17 思考题7–8附图 答：（1）两喷管最小截面积相等，则两喷管的流量相等，出口截面流速和压力不相等。渐缩喷管出口截面流速为当地音速，出口截面压力等于临界压力（0.528Mpa），缩放喷管出口截面压力等于背压（充分膨胀情况下），出口截面流速为超声速（）。 （2）渐缩喷管，沿截面2'–2'切去一段后，临界状态前移到2'–2'截面，出口速度为当地音速，出口截面压力等于临界压力（0.528Mpa），由于出口面积变大，喷管流量增大。 缩放喷管，沿截面2'–2'切去一段后，喷管形状不足以保持完全膨胀，出口压力高于背压，出口流速比切去一段以前小（仍为超声速），喷管流量不变。（喷管内剩余部分流动没有变化）。 Ti 转回曲线 等 焓9．图7–13(b)中定焓线是否是节流过程线？既然节流过程Ti,max 线 不可逆，为何在推导节流微分效应?J时可利用dh=0？ 答：不是。节流过程的起迄点落在等焓线上，但过程不沿着定焓线进行。节流微分效应?J表达的是节流过程中温度–压力的关系，温度、压力均为状态参数，其变化与路径无关， Ti,min 所以可以利用等焓线分析推导。 图7–13 转回曲线(b) 10．既然绝热节流前后焓值不变，为什么作功能力有损失？ 答：绝热节流后气体的压力降低，可逆绝热膨胀过程焓降所能作出的功没有作出，导致节流后焓仍然等于节流前。该作出的功没有作出，就产生了作功能力损失。 11．多股气流汇合成一股混合气流称作合流，请导出各股支流都是理想气体的混合气流温度表达式。混合气体的熵值是否等于各股支流熵值之和，为什么？应该怎么计算？ 第八章 压气机的热力过程 1．利用人工打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部，会发现打气时轻松了一点，工程上压气机气缸常以水冷却或气缸上有肋片，为什么？ 答：湿布使打气筒散热增强，气缸水冷或加装肋片也是为了增强散热，从而使压缩过程离开绝热靠近定温，压缩耗功减少。 2．既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除它？ 答：对于往复式压气机，余隙容积不可能完全消除；对于旋转式压气机，则有可能完全消除。 3．如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法，气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩，这时是否还需要采用分级压缩？为什么？ 答：还需要分级压缩。是为了减小余隙容积的影响。但不需要中间冷却。 4．压气机按定温压缩时，气体对外放出热量，而按绝热压缩时，不向外放热，为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济？ 答：压气机耗功中有意义的部分是技术功，不考虑宏观动能和势能的变化，就是轴上输入的功（由设备直接加诸气体的机械功），而同样进出口压力定温过程消耗的技术功比绝热过程少，绝热过程消耗的技术功有一部分用于提高气体温度。 5．压气机所需的功可从热力学第一定律能量方程式导出，试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功并用T–s图上面积表示其值。 q??h?wt?s?Rglnp1p2答：由第一定律能量方程式， ?h?0定温 过程， p所以，wc?RgT1ln2p1同时 则有 多变过程 wc??wt??q??T?swc??wt??h?qq?n?kn?k1cv?T2?T1???Rg?T2?T1?n?1n?1k?1 n?1??n????T2kk??p2??1???h?cp?T2?T1??RgT1??1?RT?T?k?1g1??p??k?11??1?????? n?1??n??pn2??wc?RgT1???1???n?1p1??????? 绝热压缩过程q?0，所以 k?1??k?T2???pkk??2??1??wc??wt??h?cp?T2?T1??RgT1??1?RTg1?T?k?1???k?1p1??1??????? 等温过程所作的功为图7-1中面积1-2T-m-n-1，绝热过程所作的功为图中面积1- 多变过程所作的功为图中面积1-2’n-j-g-2n- . 6．活塞式压气机生产高压气体为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺？ 2's-f-n-1 7．叶轮式压气机不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多消耗功可用图7-2上面积m2s2'nm表示，这是否即是此不可逆过程作功能力损失？为什么？ 答：多消耗的功量并不就是损失的做功能力损失。因为 i?T0?sg?T0(s2'?s1)?T0(s2'?s1)?2T(s2'?s1)为图7-2上面积 1-7-n-m所示。 T p2 2 p1 1 O s 图8–13 思考题8–8附图 8．如图8–13所示的压缩过程1–2若是可逆的，则这一过程是什么过程？它与不可逆绝热压缩过程1–2的区别何在？两者之中哪一过程消耗的功大？大多少？ 答：若压缩过程1-2 是可逆的，则为升温升压吸热过程。它与不可逆绝热压缩过程的区别是：该过程没有不可逆因素的影响，所消耗的功是最小的，且可以在T-s 图上把该过程的吸热量表示出来。对于不可逆绝热压缩过程q = Δu + w，w = ?Δu，而可逆绝热压缩过程q = Δu + w，w = q ? Δu所以 2不可逆过程消耗的功大，数值为 ?Tds1第九章 气体动力循环 1.从热力学理论看为什么混合加热理想循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高，随定压预胀比ρ的增大而降低？ 答：因为随着压缩比ε和定容增压比λ的增大循环平均吸热温度提高，而循环平均放热温度不变，故混合加热循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高。混合加热循环的热效率随定压预胀比ρ的增大而减低，这时因为定容线比定压线陡，故加大定压加热份额造成循环平均吸热温度增大不如循环平均放热温度增大快，故热效率反而降低。 2.从内燃机循环的分析、比较发现各种理想循环在加热前都有绝热压缩过程，这是否是必然的？ 答：不是必然的，例如斯特林循环就没有绝热压缩过程。对于一般的内燃机来说，工质在气缸内压缩，由于内燃机的转速非常高，压缩过程在极短时间内完成，缸内又没有很好的冷却设备，所以一般都认为缸内进行的是绝热压缩。 3. 卡诺定理指出两个热源之间工作的热机以卡诺机的热效率最高，为什么斯特林循环的热效率可以和卡诺循环的热效率一样？ 答：卡诺定理的内容是：在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相同，与可逆循环的种类无关，与采用哪一种工质无关。定理二：在温度同为T1的热源和同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。由这两条定理知，在两个恒温热源间，卡诺循环比一切不可逆循环的效率都高，但是斯特林循环也可以做到可逆循环，因此斯特林循环的热效率可以和卡诺循环一样高。 4.根据卡诺定理和卡诺循环，热源温度越高，循环热效率越大，燃气轮机装置工作为什么要用二次冷却空气与高温燃气混合，使混合气体降低温度，再进入燃气轮机？ 答：这是因为高温燃气的温度过高，燃气轮机的叶片无法承受这么高的温度，所以为了保护燃气轮机要将燃气降低温度后再引入装置工作。同时加入大量二次空气，大大增加了燃气的流量，这可以增加燃气轮机的做功量。 5.卡诺定理指出热源温度越高循环热效率越高。定压加热理想循环的循环增温比τ高，循环的最高温度就越高，但为什么定压加热理想循环的热效率与循环增温比τ无关而取决于增压比π？ 答：提高循环增温比，可以有效的提高循环的平均吸热温度，但同时也提高了循环的平均放热温度，吸热和放热均为定压过程，这两方面的作用相互抵消，因此热效率与循环增温比无关。 但是提高增压比，p1不变，即平均放热温度不变，p2提高，即循环平均吸热温度提高，因此循环的热效率提高。 6.以活塞式内燃机和定压加热燃气轮机装置为例，总结分析动力循环的一般方法。 答：分析动力循环的一般方法：首先，应用“空气标准假设”把实际问题抽象概括成内可逆理论循环，分析该理论循环，找出影响循环热效率的主要因素以及提高该循环效率的可能措施，以指导实际循环的改善；然后，分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际损失的部位、大小、原因及提出改进办法。 7.内燃机定容加热理想循环和燃气轮机装置定压加热理想循环的热效率分别为 11?t?1?k?1和?t?1?(k?1)/k。若两者初态相同，压缩比相同，他们的热效率是否相同？为什 ??么？若卡诺循环的压缩比与他们相同，则热效率如何？为什么？ 答：若两者初态相同，压缩比相同，它们的热效率相等。因为 对于定压加热理想循环来说 p1??(1)k，将其带入定压理循环热效率的公式可知，二者的效p2?2T1??(1)k?1??k?1，又因为卡诺循环的热效率为T2?2率相等。对于卡诺循环来说， 1T1??1?1?1??1??k?1， 所以卡诺循环和它们的效率相等。 T1T2T28.活塞式内燃机循环理论上能否利用回热来提高热效率？实际中是否采用？为什么？ 答：理论上可以利用回热来提高活塞式内燃机的热效率，原因是减少了吸热量，而循环净功没变。在实际中也得到适当的应用。如果采用极限回热，可以提高热效率但所需的回热器换热面积趋于无穷大，无法实现 。 9.燃气轮机装置循环中，压缩过程若采用定温压缩可减少压缩所消耗的功，因而增加了循环净功(如图8-1)，但在没有回热的情况下循环热效率为什么反而降低，试分析之。 答：采用定温压缩后，显然循环的平均吸热温度T1降低，而循环的平均放热温度T2却没有变化，??1?T1，因T2此整个循 环的热效率反而降低。 10.燃气轮机装置循环中，膨胀过程在理想极限情况下采用定温膨胀，可增大膨胀过程作出的功，因而增加了循环净功(如图8-2)，但在没有回热的情况下循环热效率反而降低，为什么？ 答：在膨胀过程中采用定温膨胀，虽然增加了循环净功，但是却提高了循环的平均放热温度 T2，而整个循环的平均吸热温度T1没有变化，热效率??1?T1，因此循环的热效率反而降低。 T211、燃气轮机装置循环中，压气机耗功占燃气轮机输出功的很大部分（约60%），为什么广泛应用于飞机、舰船等场合？ 答：因为燃气轮机是一种旋转式热力发动机，没有往复运动部件以及由此引起的不平衡惯性力，故可以设计成很高的转速，并且工作是连续的，因此，它可以在重量和尺寸都很小的情况下发出很大的功率。而这正是飞机、舰船对发动机的要求。 12、加力燃烧涡轮喷气式发动机是在喷气式发动机尾喷管入口前装有加力燃烧用的喷油嘴的喷气发动机，需要突然提高飞行速度是此喷油嘴喷出燃油，进行加力燃烧，增大推力。其理论循环1-2-3-6-7-8-1（如图8-3）的热效率比定压燃烧喷气式发动机循环1-2-3-4-1的热效率提高还是降低？为什么？ 答：理论循环1-2-3-6-7-8-1的热效率小于定压燃烧喷气式发动机循环1-2-3-4-1的热效率。因为由图中可以看出循环6-7-8-4-6的压缩比小于循环1-2-3-4-1，因此循环6-7-8-4-6的热效率小于循环1-2-3-4-1，因此理论循环 1-2-3-6-7-8-1虽然增大了循环的做功量，但是效率却降低了。 13、有一燃气轮机装置，其流程示意图如图8-4 所示，它由一台压气机产生压缩空气，而后分两路进入两个燃烧室燃烧。燃气分别进入两台燃气轮机，其中燃气轮机Ⅰ发出的动力全部供给压气机，另一台燃气轮机Ⅱ发出的动力则为输出的净功率。设气体工质进入让汽轮机Ⅰ和Ⅱ时状态相同，两台燃气轮机的效率也相同，试问这样的方案和图9-16、图9-17所示的方案相比较（压气机的sC,和燃气轮机的T都相同）在热力学效果上有何差别？装置的热效率有何区别？ 答：原方案： 循环吸热量：Q1=cmΔt， 循环净功：w0=wT-wc=m[(h3-h4)-(h2-h1)] (1) 第2 方案： 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。 第十章 蒸汽动力装置循环 1.干饱和蒸汽朗肯循环（图10-1中循环6-7-3-4-5-6）与同样初压力下的过热蒸汽朗肯循环（图10-1中循环1-2-3-4-5-6-1）相比较，前者更接近卡诺循环，但热效率却比后者低，如何解释 此结果？ 答：干饱和蒸汽朗肯循环局限于饱和区，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。 2.20世纪20、30年代，金属材料的耐热性仅为400℃，为使蒸汽初压提高，用再热循环很有必要。其后，耐热合金材料有进展，加之其他一些原因，在很长一段时期内不再设计制造按再热循环工作的设备。但近年来随着初压提高再热循环再次受到注意。请分析其原因。 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。 3、图10-13 所示回热系统中采用的是混合式回热器，靠蒸气与水的混合达到换热的目的。另有一种表面式换热器，如图10-26 所示，蒸汽在管外冷凝，将凝结热量传给管内的水，这种布置可减少系统中高压水泵的数量。试分析这种系统在热力学分析上与混合式系统有否不同？ 答：回热循环的计算最重要的是计算抽气量： 对于混合式回热加热器：其热平衡方程为： 对于表面式换热器：热平衡方程为： 假设在理想换热情况下，没有热损失。 可得： 所以在理想情况下，这两种回热器没有差别。 4.各种实际循环的热效率无论是内燃机循环，燃气轮机循环，或是蒸汽循环都肯定地与工质性质有关，这些事实是否与卡诺定理相矛盾？ 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。 5.蒸汽动力循环中，在动力机中膨胀作功后的乏汽被排入冷凝器中，向冷却水放出大量的热量q2，如果将乏汽直接送入汽锅中使其再吸热变为新蒸汽，不是可以避免在冷凝器中放走大量热量，从而减少对新汽的加热量q1 大大提高热效率吗？这样想法对不对?为什么？ 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。乏气向冷却水排热就是这样一个补充条件，是不可缺少的。 6.用蒸汽作为循环工质，其吸热和放热接近定温过程，而我们又常说以定温吸热和定温放热最为有利，可是为什么在大多数情况下蒸汽循环反较柴油机循环的热效率低? 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。 7.应用热泵来供给中等温度(例如100℃上下)的热量是比直接利用高温热源的热量来得济，因此有人设想将乏汽在冷凝器中放出热量的一部分用热泵提高温度，用以加热低温段(100℃以下)的锅炉给水，这样虽然需要增添热泵设备。但却可以取消低温段的抽汽回热，使抽汽回热设备得以简化，而对循环热效率也能有所补益。这样的想法在理论上是否正确? 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。 8.蒸汽动力装置中水泵进出口的压力差远大于燃气轮机压气机的压力差，为什么蒸汽动力循环中水泵消耗的功可以忽略？ 答：因为虽然蒸汽动力装置中水泵进出口的压力差大，但是水泵功约只占汽轮机作功的2%左右，在粗略计算中可以把水泵功忽略，而在燃气轮机装置中，压气机耗功占了燃气轮机输出功的很大部分（约60%），因此不能忽略。 9.水蒸气在汽轮机内膨胀作功，水蒸气热力学能的一部分转变为功输出，其余部分在冷凝器中释放，也就是wu。 10.热量利用系数ξ 说明了全部热量的利用程度，为什么又说它不能完善地衡量循环的经济性？ 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。 11.总结一下气体动力循环和蒸汽动力循环提高循环热效率的共同原则。 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 1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？ 答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下，冰箱温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冰箱的温度定的超乎需要的低。 2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？ 答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3. 压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？ 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。而压缩蒸气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。 4. 压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？ 答： 压缩空气制冷循环的制冷系数为 空气视为理想气体，且比热容为定值，则： 循环压缩比为： 过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有： 代入制冷系数表达式可得： 由此式可知，制冷系数与增压比有关。循环压缩比愈小，制冷系数愈大，但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小，如图（b）中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小，其制冷量（面积199′1′1）小于循环1-2-3-4-1的制冷量（面积144′1′1）。 5. 压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数？能否提高其实际制冷系数？为什么？ 答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数。因为采用回热后工质的压缩比减小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小，因此提高实际制冷系数。 6.按热力学第二定律，不可逆节流必然带来做功能力损失，为什么几乎所有的压缩蒸气制冷装置都采用节流阀？ 答：压缩蒸气制冷循环中，湿饱和蒸气在绝热膨胀过程中，因工质中液体的含量很大，故膨胀机的工作条件很差。为了简化设备，提高装置运行的可靠性，所以采用节流阀。 7.参看图 5，若压缩蒸汽制冷循环按1-2-3-4-8-1 运行，循环耗功量没有变化，仍为h2-h1，而制冷量却从h1-h5.增大到h1-h8，显见是“有利”的。这种考虑可行么？为什么？ 答：过程4-8熵减小，必须放热才能实现。而4 点工质温度为环境温度T0，要想放热达到温度Tc（8点），必须有温度低于Tc的冷源，这是不存在的。(如果有，就不必压缩制冷了) 8.作制冷剂的物质应具备哪些性质？你如何理解限产直至禁用R11、R12 这类工质？ 答：制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度，要有适中的压力；在工作温度下气化潜热要大；临界温度应高于环境温度；制冷剂在T-s 图上的上下界限线要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度；比体积要小；传热特性要好；溶油性好；无毒等。限产直至禁用R11 和R12 时十分必要的，因为这类物质进入大气后在紫外线作用下破坏臭氧层使得紫外线直接照射到地面，破坏原有的生态平衡。 9.本章提到的各种制冷循环有否共同点？若有，是什么？ 答：各种制冷循环都有共同点。从热力学第二定律的角度来看，无论是消耗机械能还是热能都是使熵增大，以弥补热量从低温物体传到高温物体造成的熵的减小，从而使孤立系统保持熵增大。 10.为什么同一装置即可作制冷机又可作热泵？ 答：因为热泵循环与制冷循环的本质都是消耗高质能以实现热量从低温热源向高温热元的传输。热泵循环和制冷循环的热力学原理相同。 第十二章 理想气体混合物及湿空气 1.处于平衡状态的理想气体混合气体中，各种组成气体可以各自互不影响地充满整个体积，他们的行为可以与它们各自单独存在时一样，为什么？ 答：混合气体的热力学性质取决于各组成气体的热力学性质及成分，若各组成气体全部处在理想气体状态，则其混合物也处在理想气体状态，具有理想气体的一切特性。 2.理想气体混合物中各组成气体究竟处于什么样的状态？ 答：若各组成气体全部处在理想气体状态，遵循状态方程pV?nRT。 3.道尔顿分压定律和亚美格分体积定律是否适用于实际气体混合物？ 答：否。只有当各组成气体的分子不具有体积，分子间不存在作用力时，处于混合状态的各组成气体对容器壁面的撞击效果如同单独存在于容器时的一样，这时道尔顿分压力定律和亚美格分体积定律才成立，所以道尔顿分压定律和亚美格分体积定律只适用于理想气体混合物。 4.混合气体中如果已知两种组分A和B的摩尔分数xA>xB，能否断定质量分数也是ωA>ωB？ 答：否。?i?xi?Mi，质量分数还与各组分的摩尔质量有关。 Meq5.可以近似认为空气是1 mol氧气和3.76 mol氮气混合构成（即xO2=0.21、xN2=0.79），所以0.1 MPa、20°C的4.76 mol空气的熵应是0.1 MPa、20°C的1 mol氧气的熵和0.1 MPa、20°C的3.76 mol氮气熵的和，对吗？为什么？ 答：不对。计算各组分熵值时，应该使用分压力，即si?f(T,pi)。 6.为什么混合气体的比热容以及热力学能、焓和熵可由各组成气体的性质及其在混合气体中的混合比例来决定？混合气体的温度和压力能不能由同样方法确定？ 答：根据比热容的定义，混合气体的比热容是1kg混合气体温度升高1°C所需热量。理想气体混合物的分子满足理想气体的两点假设，各组成气体分子的运动不因存在其他气体而受影响。混合气体的热力学能、焓和熵都是广延参数，具有可加性。所以混合气体的比热容以及热力学能、焓和熵可由各组成气体的性质及其在混合气体中的混合比例来决定。 混合气体的温度和压力是强度参数，不能由同样方法确定。 7.为何阴雨天晒衣服不易干，而晴天则容易干？ 答：阴雨天空气的湿度大，吸取水蒸气的能力差，所以晒衣服不易干。晴天则恰恰相反，所以容易干。 8.为何冬季人在室外呼出的气是白色雾状?冬季室内有供暖装置时，为什么会感到空气干燥？用火炉取暖时，经常在火炉上放—壶水，目的何在? 答：人呼出的气体是未饱和湿空气。当进入外界环境时，外界环境的温度很低使得呼出的气体得到冷却。在冷却过程中，湿空气保持含湿量不变，温度降低。当低于露点温度时就有水蒸气不断凝结析出，这就形成了白色雾状气体。 冬季室内有供暖装置时，温度较高，使空气含湿量减小。因此会觉得干燥。放一壶水的目的就是使水加热变成水蒸气散发到空气中增加空气的含湿量。 9.绝对湿度是1 m3的湿空气中所含水蒸气的质量，它非常直接地指出了湿空气中水蒸气的量，能不能用绝对湿度衡量湿空气的吸湿能力？ 答：绝对湿度并不能完全说明湿空气的潮湿程度和吸湿能力。因为同样的绝对湿度，若空气温度不同，湿空气吸湿能力也不同。所以绝对湿度不能完全说明湿空气的吸湿能力，由此而引入了相对湿度的概念。 10.何谓湿空气的露点温度?解释降雾、结露、结霜现象，并说明它们发生的条件。 答：露点：湿空气中水蒸气的分压力所对应的饱和温度称为湿空气的露点温度，或简称露点。 a)雾是近地面空气中的水蒸气发生的凝结现象。白天温度比较高，空气中可容纳较多的水汽。但是到了夜间，地面温度较低，空气把自身的热量传给地面，空气温度下降，这时湿空气随温度降低呈现出过饱和状态，就会发生凝结，当足够多的水分子与空气中微小的灰尘颗粒结合在一起，同时水分子本身也会相互粘结，就变成小水滴或冰晶，这就形成了雾。雾的形成基本条件，一是近地面空气中的水蒸气含量充沛，二是地面气温低。三是在凝结时必须有一个凝聚核，如尘埃等。 b)露是水蒸气遇到冷的物体凝结成的水珠。露的形成有两个基本条件：一是水汽条件好，二是温度比较低的物体（低，指与露点温度比较）。温度逐渐降低且保持含湿量不变。当温度低于露点温度时就有水珠析出，这就形成露。 c)霜是近地面空气中的水蒸气在物体上的凝华现象。霜的形成有两个基本条件，一是空气中含有较多的水蒸气，二是有冷(O°C以下)的物体。湿空气与温度较低物体接触达到水汽过饱和的时候多余的水汽就会析出。如果温度在0°C以下，则多余的水汽就在物体表面上凝华为冰晶，形成霜。 11.何谓湿空气的含湿量？相对湿度愈大含湿量愈高，这样说对吗？ 答：含湿量d：1 千克干空气所带有的的水蒸气的质量。相对湿度是湿空气中实际包含的水蒸气量与同温度下最多能包含的水蒸气量的百分比。相对湿度是一个比值，不能简单的地说相对湿度愈大含湿量愈高，他与同温度下最多能包含的水蒸气量是相关的。 12.刚性容器内湿空气温度保持不变而充入干空气，问容器内湿空气的 φ、 d、 pv 如何变化？ 答：φ 减小，d 减小，pv 减小。 13.若封闭汽缸内的湿空气定压升温，问湿空气的 φ、d、h如何变化？ 答：φ 减小，d 不变，h 变大。 14.湿空气节流后，pv、φ、d、h如何变化？ 答：pv 增大，φ 增大，d 增大，h 不变。 15.有人说热水流经冷却塔后，温度可以降到低于冷却塔的进气温度（即环境大气温度）对不对？为什么？ 答：对。热水的冷却实质是蒸发散热，接触传热和辐射传热三个过程的共同作用。在某些条件下，热水的冷却主要靠蒸发散热，所以热水流经冷却塔后，温度可以降到低于冷却塔的进气温度（即环境大气温度）。 16.某项工程中需使用高纯度的氮气，为防止因杂质水蒸气冻结而堵塞管道，要求该气体在0.1MPa条件下的露点不高于-40°C。测试过程在0.2MPa下进行，测得露点为-50°C，请问这批气体是否合格？为什么？ 答：合格。在0.2MPa下的露点为-50°C，由湿空气中水蒸气状态的p-v图和T-s图知，在0.1MPa下的露点小于0.2MPa下的露点-50°C，显然不高于-40°C，所以合格。 17.我国大部分地区水资源不足，严重制约我国经济发展和人民生活提高。冷却塔是利用蒸发冷却原理，使热水降温以获得工业用循环冷却水的节水装置。所以我国缺水地区，甚至像地处江南水乡的上海地区也在火力发电厂建设冷却塔达到节水和降低热污染的目的。为了进一步节水有些地方利用强电场让已蒸发到空气中的水蒸气凝结，回收，你对此有什么看法？ 答：从火力发电厂冷却塔蒸发出来的水雾是由无数微小水粒构成。当这些微小水粒子经过高压电场时被荷电并成为带电水粒子。在电场的作用下,荷电微水粒子向异性电极移动并最终到达异性电极,当到达电极的荷电微水粒子到一定浓度时, 形成水薄膜直至开始流动,这样可以用容器或管道回收这些在电极上的水。电极可以设在冷却塔内部和/或冷却塔的外部。这种方法能够很好地节约发电厂因蒸发而造成的水耗。 第十三章 化学热力学基础 1.在无化学反应的热力变化过程中，如果有两个独立的状态参数各保持不变，则过程就不可能进行。在进行化学反应的物系中是否受此限制？ 答：否。对于发生化学反应的物系，参与反应的物质的成分或浓度也可变化，故确定其平衡状态往往需要两个以上的独立参数。 2.化学反应实际上都有正向反应与逆向反应在同时进行，化学反应是否都是可逆反应？怎样的反应才是可逆反应？ 答：一切含有化学反应的实际过程都是不可逆的。并不是能够逆向进行就是可逆过程。如果在完成某含有化学反应的过程后，当使过程沿相反方向进行时，能够使物系和外界完全恢复到原来状态，不留下任何变化，这样的理想过程是可逆过程。 3.反应热和反应热效应的关系是什么？它们是否是性质相同的量？ 答：反应热是指化学反应中物系与外界交换的热量。若反应在定温定容或定温定压下不可逆地进行，且没有作出有用功（这时反应的不可逆程度最大），则这时的反应热称为反应热效应。 否。反应热是过程量，与反应过程有关，而热效应是专指定温反应过程中不作有用功时的反应热，是状态量。 4.反应焓、燃烧焓、生成焓、标准生成焓、标准燃烧焓相互间是什么关系？它们与热效应有何联系？ 答：定温定压反应的热效应等于反应前后物系的焓差（Qp?H2?H1），这个焓差叫做“反应 焓”。燃料的燃烧反应是不作有用功的反应，1mol燃料完全燃烧时的定压热效应常称为“燃烧热”其绝对值称为热值。由一些单质（或元素）化合成1mol化合物时的热效应称为该化合物的“生成热”，定温定压的热效应等于焓差，故定温定压的生成热又称为“生成焓”。通常，在涉及化学反应的过程中，规定p?101325Pa、T?298.15K为标准状态，这一状态下的热效应称标准热效应。标准状态下的燃烧热和生成热分别称为“标准燃烧焓”和“标准生成焓”。 5.为什么氢的热值分高热值与低热值，而碳的热值却不必分高低？ 答：氢作为燃料燃烧时，燃烧产物可能是气态也可能是液态，所以有高热值低热值之分，其差之为潜热。而碳作为燃料其燃烧产物只能是气态。所以只有一个热值。 6.赫斯定律是通过实验得到的，你能否尝试从热力学第一定律推出赫斯定律？ 答：若反应在定温定容或定温定压下不可逆地进行，且没有作出有用功（这时反应的不可逆程度最大），则这时的反应热称为反应热效应。 证明： 若忽略宏观位能和动能的变化，化学反应过程中热力学第一定律解析式可表达成如下形式：Q?U2?U1?Wu?W 式中：Q是反应热；U是热力学能，包含热内能和化学能；Wu是有用功； W是体积变化功。 （1）定温定容：反应热效应为QV?U2?U1; Q?U2?U1?Wu,p?p(V2?V1)?H2?H1?Wu,p，（2）定温定压：反应热效应为Qp?H2?H1。 因为U和H都是状态量，说明热效应只取决于反应前后的状态，与中间经历的反应途径 无关。赫斯定律得证。 7.请列举若干例子说明，利用赫斯定律通过我们已经深入了解的反应系列确定对之了解很少的反应的热效应。能否通过类似的过程确定反应热？为什么？ 1答：（1）C?O2?CO?Q2中的Q2不能直接测定，但根据赫斯定律通过以下反应 21C?O2?CO2?Q1和CO?O2?CO2?Q3可求得Q2?Q1?Q3。 2膦酰基从ATP（腺苷三磷酸）向葡萄糖转换过程的热效应。（课本405页） （2）不能通过类似的过程确定反应热，因为反应热是过程量，与反应过程有关。 8.基尔霍夫定律的意义和作用是什么？ 答：基尔霍夫定律表示了反应热效应随温度变化的关系，即其只由生成物系和反应物系的总热容Cpr和CRe的差值而定。 由此可以利用有限的基本反应的数据表计算相当大部分过程的反应焓，如果过程进行时的温度不是标准温度，只要有足够的比热容的资料也能计算反应的反应焓。 9.如何理解“列-查德里原理对平衡移动方向的论述与热力学第二定律对过程方向的论述相符 合”的含义，举例说明。 答：列-查德里原理：如果处于平衡状态下的物系受到外界条件改变的影响（如外界压力、温度发生变化，使物系的压力、温度也随着变化），则平衡位置就会发生移动，移动的方向总是朝着削弱这些外来作用影响的方向。 化学平衡状态是最稳定的状态，平衡被打破，状态就不稳定了，为了再次达到稳定状态，平衡就会自发地移动，以达到稳定状态。总之自发的过程总是向着最稳定的状态靠拢，这正是热力学第二定律关于热力学过程进行方向的论述。 10.氧气在T0=298.15 K、p0=101325 Pa时物理?为零，化学?却不为零，为什么？ 答：系统在不发生化学反应的物理变化过程中，把系统仅与环境发生热量较换，可逆地达到与环境的温度、压力相平衡时的最大有用功称为?，如热力学能?、焓?等，这些?可以归纳为物理?。显然，氧气在T0=298.15 K、p0=101325 Pa时物理?为零。但是，与环境的温度、压力平衡的系统的化学成分与环境不一定平衡，这种不平衡也具有做功能力。与环境的温度、压力相平衡的系统，经可逆的物理（扩散）或化学反应过程达到与环境化学平衡（成分相同）时作出的最大有用功称为物质的化学?。显然，为确定物质的化学?，除温度和压力，还需确定环境中基准物的浓度和热力学状态。在实际环境中，这两者都是变化的，所以氧气在T0=298.15 K、p0=101325 Pa时化学?不为零。 11.为什么在计算水蒸气的过程和循环时水和水蒸气的熵值可以采用所规定的相对值，而在计算化学反应物系的熵值时物系中各物质的熵值则必须采用熵的绝对值？ 答：在计算水蒸气的过程和循环时，物系中物质的成分不发生变化，所以对于物系中各物质，可以任意规定计算上的起点和基准点。但是在有化学反应的过程中，物质成分发生改变，必须使用熵的绝对值。
（word完整版）工程热力学第四版思考题答案（完整版）（沈维道）（高等教育出版社）
