工程熱力學(xué)課后思考題答案--第四版-沈維道-童鈞耕主編-高等教育出版社

工程熱力學(xué)課后思考題答案 第四版 沈維道 童鈞耕 主編 高等教育出版社 30 頁(yè)思考題 1 閉口系與外界無(wú)物質(zhì)交換 系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定 那么系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口系 統(tǒng)嗎 不一定 穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量也保持恒定 2 有人認(rèn)為開(kāi)口系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換 而物質(zhì)又與能量不可分割 所以開(kāi)口系統(tǒng)不可能是絕 熱系 對(duì)不對(duì) 為什么 不對(duì) 絕熱系的絕熱是指熱能單獨(dú)通過(guò)系統(tǒng)邊界進(jìn)行傳遞 傳熱量 隨物質(zhì)進(jìn)出的熱能 準(zhǔn)確地 說(shuō)是熱力學(xué)能 不在其中 3 平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系 平衡狀態(tài)一定是穩(wěn)定狀態(tài) 穩(wěn)定狀態(tài)則不一定是平衡狀態(tài) 4 倘使容器中氣體的壓力沒(méi)有改變 試問(wèn)安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會(huì)改變嗎 絕對(duì)壓力計(jì)算公 式 p pb pg p pb p pb pv p02p12p 所以 q 1 2 3 q1 4 3 證畢 9 如圖 4 18 所示 今有兩個(gè)任意過(guò)程 a b 及 a c b 點(diǎn)及 c 點(diǎn)在同一條絕熱線(xiàn)上 1 試問(wèn) u ab 與 u ac 哪個(gè)大 2 若 b 點(diǎn)及 c 點(diǎn)在同一條定溫線(xiàn)上 結(jié)果又如何 依題意 T b Tc 所以 u ab uac 若 b 點(diǎn)及 c 點(diǎn)在同一條定溫線(xiàn)上 則 u ab uac 10 理想氣體定溫過(guò)程的膨脹功等于技術(shù)功能否推廣到任意氣體 從熱力學(xué)第一定律的第一表達(dá)式和第二表達(dá)式來(lái)看 膨脹功和技術(shù)功分別等于 w q u 和 wt q h 非理想氣體的 u 和 h 不一定等于零 也不可能相等 所以理想氣體定溫過(guò)程的膨脹功等于技術(shù) 功不能推廣到任意氣體 11 下列三式的使用條件是什么 p2v2k p1v1k T 1v1k 1 T2v2k 1 T 1 T2kp k1 p b Tb Tc a c O v 圖 4 18 題解 p b a c O v 圖 4 18 使用條件是 理想氣體 可逆絕熱過(guò)程 12 T s 圖上如何表示絕熱過(guò)程的技術(shù)功 wt 和膨脹功 w 4 13 在 p v 和 T s 圖上如何判斷過(guò)程 q w u h 的正負(fù) 通過(guò)過(guò)程的起點(diǎn)劃等容線(xiàn) 定容線(xiàn) 過(guò)程指向定容線(xiàn)右側(cè) 系統(tǒng)對(duì)外作功 w 0 過(guò)程指向定容 線(xiàn)左側(cè) 系統(tǒng)接收外功 w0 過(guò)程指 向定壓線(xiàn)上側(cè) 系統(tǒng)接收外來(lái)技術(shù)功 w t 0 通過(guò)過(guò)程的起點(diǎn)劃等溫線(xiàn) 定溫線(xiàn) 過(guò)程指向定溫線(xiàn)下側(cè) u 0 h0 h 0 p 0 v 0 通過(guò)過(guò)程的起點(diǎn)劃等熵線(xiàn) 定熵線(xiàn) 過(guò)程指向定熵線(xiàn)右側(cè) 系統(tǒng)吸收熱量 q 0 過(guò)程指向定熵 線(xiàn)左側(cè) 系統(tǒng)釋放熱量 q0 的過(guò)程必為不可逆過(guò)程 答 1 錯(cuò) 不可逆絕熱過(guò)程熵也會(huì)增大 2 錯(cuò) 不準(zhǔn)確 不可逆放熱過(guò)程 當(dāng)放熱引起的熵減大于不可逆引起的熵增時(shí) 亦即當(dāng)放熱 量大于不可逆耗散所產(chǎn)生的熱量時(shí) 它也可以表現(xiàn)為熵略微減少 但沒(méi)有可逆放熱過(guò)程熵減少那么多 3 錯(cuò) 不可逆放熱過(guò)程 當(dāng)放熱引起的熵減等于不可逆引起的熵增時(shí) 亦即當(dāng)放熱量等于不 可逆耗散所產(chǎn)生的熱量時(shí) 它也可以表現(xiàn)為熵沒(méi)有發(fā)生變化 4 錯(cuò) 可逆吸熱過(guò)程熵增大 5 錯(cuò) 理由如上 可以說(shuō) 使孤立系統(tǒng)熵增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程 6 對(duì) 5 9 下述說(shuō)法是否有錯(cuò)誤 1 不可逆過(guò)程的熵變 S 無(wú)法計(jì)算 2 如果從同一初始態(tài)到同一終態(tài) 有兩條途徑 一為可逆 另一為不可逆 則 S 不可逆 S 可逆 S f 不可逆 Sf 可逆 S g 不可逆 Sg 可逆 3 不可逆絕熱膨脹終態(tài)熵大于初態(tài)熵 S2 S1 不可逆絕熱壓縮終態(tài)熵小于初態(tài)熵 S2 S1 4 工質(zhì)經(jīng) 過(guò)不可逆循環(huán) 0 ds rTq 答 1 錯(cuò) 熵是狀態(tài)參數(shù) 只要能夠確定起迄點(diǎn) 就可以確定熵變 S 2 錯(cuò) 應(yīng)為 S 不可逆 S 可逆 S f 不可逆 Sg 可逆 因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù) 同一初始 狀態(tài)和同一終了狀態(tài)之間的熵差保持同一數(shù)值 與路徑無(wú)關(guān) 3 錯(cuò) 不可逆絕熱壓縮過(guò)程的終態(tài)熵也大于初態(tài)熵 S 2 S1 4 錯(cuò) 因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù) 0 ds 5 10 從點(diǎn) a 開(kāi)始有兩個(gè)可逆過(guò)程 定容過(guò)程 a b 和定壓過(guò)程 a c b c 兩點(diǎn)在同一條 絕熱線(xiàn)上 見(jiàn)圖 5 34 問(wèn) qa b 和 qa c 哪個(gè)大 并 在 T s 圖上表示過(guò)程 a b 和 a c 及 qa b 和 qa c p b a c 0 v 圖 5 34 答 可逆定容過(guò)程 a b 和可逆定壓過(guò)程 a c 的逆過(guò)程 c a 以及可逆絕熱線(xiàn)即定熵線(xiàn)上過(guò)程 b c 構(gòu)成 一可逆循環(huán) 它們圍成的面積代表了對(duì)外作功量 過(guò)程 a b 吸熱 過(guò)程 c a 放熱 根據(jù)熱力學(xué)第一定律 必然有 qa b qc a 才能對(duì) 外輸出凈功 也就是 q a b qa c 圖中 q a b 為 absbsaa 圍成 的面積 q a c 為 acsbsaa 圍成的面積 5 11 某種理想氣體由同一初態(tài) 經(jīng)可逆絕熱壓縮和不可逆絕熱壓縮兩種過(guò)程 將氣體 壓縮到相同的終壓 在 p v 圖上和 T s 圖上畫(huà)出兩 過(guò)程 并在 T s 圖上示出兩 過(guò)程的技術(shù)功及不可逆過(guò)程的 火 用 損失 答 見(jiàn)圖 sbsa c T s b a 10 題圖 vs2s1 p1 s T p2 T1 不可逆 可逆 11 題圖 T1 p1 p p2不可逆可逆 5 12 孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了 1 可逆過(guò)程 2 不可逆過(guò)程 問(wèn)孤立系統(tǒng)的總能 總熵 總 火 用 各如何變 化 答 1 孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了可逆過(guò)程后 總能 總熵 總 火 用 都不變 2 孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了不可逆過(guò)程后 總能不變 總熵 總 火 用 都發(fā)生變化 5 13 例 5 12 中氮?dú)庥?0 45MPa 310K 可逆定溫膨脹變化到 0 11MPa 310K w 1 2 max w 129 71 kJ kg 但根據(jù)最大有用功的概念 膨脹功減去排斥大氣功 無(wú)用功 才等于有用功 這里是否有矛盾 答 沒(méi)有矛盾 5 14 下列命題是否正確 若正確 說(shuō)明理由 若錯(cuò)誤 請(qǐng)改正 1 成熟的蘋(píng)果從樹(shù)枝上掉下 通過(guò)與大氣 地面的摩擦 碰撞 蘋(píng)果的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境介質(zhì)的 熱力學(xué)能 勢(shì)能全部是 火 用 全部轉(zhuǎn)變?yōu)?火 無(wú) 2 在水壺中燒水 必有熱量散發(fā)到環(huán)境大氣中 這就是 火 無(wú) 而使水升溫的那部分稱(chēng)之為 火 用 3 一杯熱水含有一定的熱量 火 用 冷卻到環(huán)境溫度 這時(shí)的熱量就已沒(méi)有 火 用 值 4 系統(tǒng)的 火 用 只能減少不能增加 5 任一使系統(tǒng) 火 用 增加的過(guò)程必然同時(shí)發(fā)生一個(gè)或多個(gè)使 火 用 減少的過(guò)程 5 15 閉口系統(tǒng)絕熱過(guò)程中 系統(tǒng)由初態(tài) 1 變化到終態(tài) 2 則 w u1 u2 考慮排斥大氣作功 有用功為 wu u1 u2 p0 v1 v2 但據(jù) 火 用 的概念系統(tǒng)由初態(tài) 1 變化到終態(tài) 2 可以得到的最大有用功即為熱力學(xué) 能 火 用 差 w u max ex U1 exU2 u1 u2 T0 s1 s2 p0 v1 v2 為什么系統(tǒng)由初態(tài) 1 可逆變化到終態(tài) 2 得 到的最大有用功反而小于系統(tǒng)由初態(tài) 1 不可逆變化到終態(tài) 2 得到的有用功小 兩者為什么不一致 P170 5 1 t 11 72615 268 930721 T Q2 2 5 104 22867 99kJ h 1t N W 95 Q1 0 95 t 2 5 104 0 95 11 726 2244 23kJ h 0 623kW N 電爐 Q1 2 5 104kJ h 6 944kW 5 2 不采用回?zé)?p2 p1 0 1MPa T4 T1 300K T3 T2 1000K q23 400kJ kg q12 cp T2 T1 1 004 1000 300 702 8kJ kg q34 cp T4 T3 1 004 300 1000 702 8kJ kg q23 RT2ln p2 p3 q41 RT1ln p4 p1 RT1ln p3 p2 RT1ln p2 p3 q41 T1 q23 T2 300 400 1000 120kJ kg t 1 q41 q34 q12 q23 1 702 8 120 702 8 400 0 2539 采用極限回?zé)?過(guò)程 34 放熱回?zé)峤o過(guò)程 12 q 34 q12 r 1 q41 q23 1 120 400 0 70 5 3 如圖所示 如果兩條絕熱線(xiàn)可以相交 則令絕熱線(xiàn) s1 s 2 交于 a 點(diǎn) 過(guò) b c 兩點(diǎn)作等壓線(xiàn)分別與絕熱線(xiàn) s1 s 2 交于 b c 點(diǎn) 于是 過(guò)程 cb a p v 5 3 題圖 s2 s1 bc ca ab 組成一閉合循環(huán)回路 沿此回路可進(jìn)行一可逆循環(huán) 其中過(guò)程 ca ab 均為可逆絕熱過(guò) 程 只有定壓過(guò)程 bc 為吸熱過(guò)程 而循環(huán)回路圍成的面積就是對(duì)外凈輸出功 顯然 這構(gòu)成了從單 一熱源吸熱并將之全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán) 是違反熱力學(xué)第二定律的 5 4 1 p1 p2 27 95MPa14 1305 kT 2 見(jiàn)圖 3 q31 cp T1 T3 R T1 T2 q23 RT2ln p2 p3 RT2ln p2 p1 k t 1 30154 9 7ln1ln2312 TRkpq 0 5976 5 5 1 QH Wnet tQ1 3 5 0 40 100 140kJ 2 c 1 c 5 147 02910 T290360 TH QH c cWnet c c cQ1 5 14 0 71 100 365 14kJ 3 此復(fù)合系統(tǒng)雖未消耗機(jī)械功 但由高溫?zé)嵩捶懦鰺崃?Q1 作為代價(jià) 使得部分熱量從低溫?zé)嵩?5 4 題圖 3 2 s T 1 T0 傳到較高溫?zé)嵩?TH 因此并不違背熱力學(xué)第二定律 5 6 c 1 0 852031 1 W cQ1 0 85 1 0 85kJ 可能作出的最大功為 0 85kJ 所以這種情形是不可能實(shí)現(xiàn)的 2 W cQ1 0 85 2 1 70kJ Q 2 Q1 W 2 1 70 0 30kJ 所以這種情形有實(shí)現(xiàn)的可能 如果自然界存 在可逆過(guò)程的話(huà) 而且是可逆循環(huán) 3 Q1 c Wnet c 1 5 0 85 1 765kJ Q 1 Wnet Q2 1 5 0 5 2 0kJ Q1 c 此循環(huán)可以實(shí)現(xiàn) 且耗熱比可 逆循環(huán)要多 所以是不可逆循環(huán) 235 頁(yè)思考題 1 實(shí)際氣體性質(zhì)與理想氣體性質(zhì)差異產(chǎn)生的原因是什么 在什么條件下才可以把實(shí)際氣體作理想氣體 處理 答 差異產(chǎn)生的原因就是理想氣體忽略了分子體積與分子間作用力 當(dāng) p 0 時(shí) 實(shí)際氣體成為理 想氣體 實(shí)際情況是當(dāng)實(shí)際氣體距離其液態(tài)較遠(yuǎn)時(shí) 分子體積與分子間作用力的影響很小 可以把實(shí) 際氣體當(dāng)作理想氣體處理 2 壓縮因子 Z 的物理意義怎么理解 能否將 Z 當(dāng)作常數(shù)處理 答 由于分子體積和分子間作用力的影響 實(shí)際氣體的體積與同樣狀態(tài)下的理想氣體相比 發(fā)生了 變化 變化的比例就是壓縮因子 Z 不能當(dāng)作常數(shù)處理 3 范德瓦爾方程的精度不高 但是在實(shí)際氣體狀態(tài)方程的研究中范德瓦爾方程的地位卻很高 為什么 答 范德瓦爾方程是第一個(gè)實(shí)際氣體狀態(tài)方程 在各種實(shí)際氣體狀態(tài)方程中它的形式最簡(jiǎn)單 它較 好地定性地描述了實(shí)際氣體的基本特征 其它半理論半經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)方程都是沿范德瓦爾方程前進(jìn)的 4 范德瓦爾方程中的物性常數(shù) a 和 b 可以由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到 也可以由物質(zhì)的 Tcr p cr v cr 計(jì)算得 到 需要較高的精度時(shí)應(yīng)采用哪種方法 為什么 答 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自于實(shí)際 而范德瓦爾臨界壓縮因子與實(shí)際的壓縮因子誤差較大 所以由試驗(yàn)數(shù)據(jù) 擬合得到的接近于實(shí)際 5 如何看待維里方程 一定條件下維里系數(shù)可以通過(guò)理論計(jì)算 為什么維里方程沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用 答 維里方程具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ) 各個(gè)維里系數(shù)具有明確的物理意義 并且原則上都可以通過(guò)理 論計(jì)算 但是第四維里系數(shù)以上的高級(jí)維里系數(shù)很難計(jì)算 三項(xiàng)以?xún)?nèi)的維里方程已在 BWR 方程 MH 方程中得到了應(yīng)用 故在計(jì)算工質(zhì)熱物理性質(zhì)時(shí)沒(méi)有必要再使用維里方程 而是在研究實(shí)際氣體狀態(tài) 方程時(shí)有所應(yīng)用 6 什么叫對(duì)應(yīng)態(tài)定律 為什么要引入對(duì)應(yīng)態(tài)定律 什么是對(duì)比參數(shù) 答 在相同的對(duì)比態(tài)壓力和對(duì)比態(tài)溫度下 不同氣體的對(duì)比態(tài)比體積必定相同 引入對(duì)應(yīng)態(tài)原理 可以使我們?cè)谌狈υ敿?xì)資料的情況下 能借助某一資料充分的參考流體的熱力性質(zhì)來(lái)估算其它流體的 性質(zhì) 某氣體狀態(tài)參數(shù)與其臨界參數(shù)的比值稱(chēng)為熱力對(duì)比參數(shù) 對(duì)比參數(shù)是一種無(wú)量綱參數(shù) 7 物質(zhì)除了臨界狀態(tài) p v 圖上通過(guò)臨界點(diǎn)的等溫線(xiàn)在臨界點(diǎn)的一階導(dǎo)數(shù)等于零 兩階導(dǎo)數(shù)等于零等 性質(zhì)以外 還有哪些共性 如何在確定實(shí)際氣體的狀態(tài)方程時(shí)應(yīng)用這些共性 答 8 自由能和自由焓的物理意義是什么 兩者的變化量在什么條件下會(huì)相等 答 H G TS U F TS dg dh d Ts dh Tds sdT 簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)在可逆等溫等壓條件下 處于平衡狀態(tài) dg Tds ds 0 dg 0 若此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生不可逆變化 外部條件不變 則 ds 0 dg 0 例如系統(tǒng)內(nèi) 部發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)熱能 都是熱力學(xué)能 必要條件是 dg 0 否則過(guò)程不能發(fā)生 類(lèi)似地 簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)在等溫等容條件下 內(nèi)部發(fā)生變化的必要條件是 df 0 引申 系統(tǒng)的 g f 沒(méi)有時(shí) dg 0 df 0 內(nèi)部變化不再進(jìn)行 進(jìn)而可以認(rèn)為 g f 是系統(tǒng)內(nèi)部變化 的能力和標(biāo)志 所以分別稱(chēng)為自由焓 自由能 相應(yīng)地 TS 可稱(chēng)為束縛能 與 火 用 相比 吉布斯自由能和亥姆霍茲自由能不需要與環(huán)境狀態(tài)聯(lián)系 且是工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù) 搞理論熱力學(xué)的人 物理學(xué)家們 根本不拿 火 用 當(dāng)回事 兩者的變化量在什么條件下會(huì)相等 有什么意義呢 dg df d h Ts d u Ts dh du 0 對(duì) 于理想氣體可逆等溫過(guò)程 兩者的變化量相等 或者 dh du d pv 0 9 什么是特性函數(shù) 試說(shuō)明 u u s p 是否是特性函數(shù) 答 某些狀態(tài)參數(shù)表示成特定的兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)的函數(shù)時(shí) 只需一個(gè)狀態(tài)參數(shù)就可以確定系統(tǒng)的其它 參數(shù) 這樣的函數(shù)就稱(chēng)為特性函數(shù) 熱力學(xué)能函數(shù)僅在表示成熵及比體積的函數(shù)時(shí)才是特性函數(shù) 換 成其它獨(dú)立參數(shù) 如 u u s p 則不能由它全部確定其它平衡性質(zhì) 也就不是特性函數(shù)了 10 常用的熱系數(shù)有哪些 是否有共性 答 熱系數(shù)由基本狀態(tài)參數(shù) p v T 構(gòu)成 可以直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其數(shù)值 11 如何利用狀態(tài)方程和熱力學(xué)一般關(guān)系式求取實(shí)際氣體的 u h s 答 根據(jù)熱力學(xué)一般關(guān)系式和狀態(tài)方程式以及補(bǔ)充數(shù)據(jù) 可以利用已知性質(zhì)推出未知性質(zhì) 并求 出能量轉(zhuǎn)換關(guān)系 例如 當(dāng)計(jì)算單位質(zhì)量氣體由參考狀態(tài) p0 T 0 變到某一其它狀態(tài) p T 后焓的變化 時(shí) 可利用 dH 方 程式 即式 5 45 由于焓是一種狀態(tài)參數(shù) 所以 dH 為全微分 因 而 dH 的線(xiàn)積分只是端態(tài)的函數(shù) 與路徑無(wú)關(guān) 這 樣就可以在兩個(gè)端 態(tài)之間選擇任意一個(gè)過(guò)程或幾個(gè)過(guò)程的組合 兩種 簡(jiǎn)單的組合示于圖 5 中 對(duì)于圖 5 中 由線(xiàn) 0aA 所描述的過(guò)程組合 將式 5 45 先在等壓 p0 下由 T0 積分到 T 隨后在等溫 T 下由 p0 積分到 p 其結(jié)果為 00pTadch Tppav 0 將上兩式相加 就可得到 5 47 TppTp dvdch 000 對(duì)于 0bA 的過(guò)程組合 將式 5 45 先在等溫 T0 下由 p0 積分到 p 隨后在等壓 p 下由 T0 積分到 T p T圖 5 b p T0 p const A p T T0 const T const p0 const 0 p0 T0 a p0 T 由這種組合可以得到 5 48 pTppdcdTvh 00 式 5 47 需要在 p0 壓力下特定溫度范圍內(nèi)的 cp 數(shù)據(jù) 而式 5 48 則需要較高壓力 p 時(shí)的 cp 數(shù)據(jù) 由于比 熱的測(cè)量相對(duì)地在低壓下更易進(jìn)行 所以選式 5 47 更為合適 12 試導(dǎo)出以 T p 及 p v 為獨(dú)立變量的 du 方程及以 T v 及 p v 為獨(dú)立變量的 dh 方程 13 本章導(dǎo)出的關(guān)于熱力學(xué)能 焓 熵的一般關(guān)系式是否可用于不可逆過(guò)程 答 由于熱力學(xué)能 焓 熵都是狀態(tài)參數(shù) 其變化與過(guò)程無(wú)關(guān) 所以其結(jié)果也可以用于不可逆過(guò) 程 14 試根據(jù) cp cv 的一般關(guān)系式分析水的比定壓熱容和比定容熱容的關(guān)系 答 0 5Mpa 100 水的比體積 v 0 0010435m3 kg 0 5MPa 110 時(shí) v 0 0010517 m3 kg 1Mpa 100 時(shí) v 0 0010432m3 kg Tpvpvc 2 Tp 01435 2 010435 57 01 37 62 418 18 J kg K 15 水的相圖和一般物質(zhì)的相圖區(qū)別在哪里 為什么 答 一般物質(zhì)的相圖中 液固平衡曲線(xiàn)的斜率為正值 壓力越高 平衡溫度 相變溫度 越高 水的相圖中 液固平衡曲線(xiàn)的斜率為負(fù)值 導(dǎo)致壓力越高 平衡溫度 相變溫度 越低 16 平衡的一般判據(jù)是什么 討論自由能判據(jù) 自由焓判據(jù)和熵判據(jù)的關(guān)系 答 孤立系統(tǒng)熵增原理給出了熱力學(xué)平衡的一般判據(jù) 即熵判據(jù) 孤立系統(tǒng)中過(guò)程進(jìn)行的方向是 使熵增大的方向 當(dāng)熵達(dá)到最大值時(shí) 過(guò)程不能再進(jìn)行下去 孤立系統(tǒng)達(dá)到熱力學(xué)平衡狀態(tài) 在等溫定壓條件下 熵判據(jù)退化為吉布斯自由能 自由焓 判據(jù) 系統(tǒng)的自發(fā)過(guò)程朝著使吉布斯 自由能減小的方向進(jìn)行 等溫定容條件下 熵判據(jù)退化為亥姆霍茲自由能 自由能 判據(jù) 系統(tǒng)的自 發(fā)過(guò)程朝著使亥姆霍茲自由能減小的方向進(jìn)行 263 頁(yè)思考題 1 對(duì)改變氣流速度起主要作用的是通道的形狀還是氣流本身的狀態(tài)變化 答 對(duì)改變氣流速度起主要作用的是氣流本身的狀態(tài)變化 即力學(xué)條件 通道的形狀即幾何條件也對(duì) 改變氣流速度起重要作用 兩者不可或缺 但在某些特殊的 局部的場(chǎng)合 矛盾的主次雙方發(fā)生轉(zhuǎn)化 通道的形狀可能成為主要作用方面 2 如何用連續(xù)性方程解釋日常生活的經(jīng)驗(yàn) 水的流通截面積增大 流速就降低 答 consta vAqfm 在日常生活中 水可視為不可壓縮流體 其比體積不會(huì)發(fā)生變化 因而由上式有 Acf 常數(shù) 即截面積變化與速度變化成反比 3 在高空飛行可達(dá)到高超音速的飛機(jī)在海平面上是否能達(dá)到相同的高馬赫數(shù) 答 不能 高空氣溫低 由理想氣體音速 a 可知當(dāng)?shù)芈曀俦容^低 一定的飛行速度可以取kRTpv 得較高的馬赫數(shù) 而海平面溫度比高空高幾十 K 相應(yīng)聲速較大 同樣的飛行速度所獲得的馬赫數(shù)要 小一些 此外 高空空氣比海平面稀薄得多 飛行阻力也小得多 所以飛行速度上也會(huì)有差異 4 當(dāng)氣流速度分別為亞聲速和超聲速時(shí) 下列形狀的管道 圖 7 16 宜于作噴管還是宜于作擴(kuò)壓管 圖 7 16 思考題 7 4 附圖 答 亞聲速時(shí) 噴管 擴(kuò)壓管 噴管 都不適合 超聲速時(shí) 擴(kuò)壓管 噴管 擴(kuò)壓管 都不合適 5 當(dāng)有摩擦損耗時(shí) 噴管的流 出速度同樣可用 cf2 來(lái)計(jì)算 似乎與無(wú)摩擦 20h 損耗時(shí)相同 那么 摩擦損耗 表現(xiàn)在哪里呢 答 如右側(cè)溫熵圖 兩條斜線(xiàn) 是等壓線(xiàn) 垂直線(xiàn)是可逆絕熱膨脹過(guò)程 有摩擦?xí)r 過(guò)程為不可逆 如虛線(xiàn)所表示 顯而易見(jiàn) 過(guò)程結(jié)束時(shí)溫度比可逆情況下要高 這 兩個(gè)溫度對(duì)應(yīng)的焓之差就是摩擦損耗的表現(xiàn) 6 考慮摩擦損耗時(shí) 為什么修正出口截面上速度后還要修正溫度 答 如上 7 考慮噴管內(nèi)流動(dòng)的摩擦損耗時(shí) 動(dòng)能損失是不是就是流動(dòng)不可逆損失 為什么 答 不是 動(dòng)能損失就是 5 題圖中的焓差 但是由于出口溫度高于可逆情形下的出口溫度 卡諾講 凡是有溫差的地方就有動(dòng)力 所以這部分焓還具有一定的作功能力 并不是 100 作功能力損失 火 用 損失 8 如圖 7 17 所示 a 為漸縮噴管 b 為縮放噴管 設(shè)兩噴管工作背壓均為 0 1MPa 進(jìn)口截面 壓力均為 1MPa 進(jìn)口流速 cf1 可忽略不計(jì) 若 1 兩噴管最小截面積相等 問(wèn)兩噴管的流量 出口截 面流速和壓力是否相同 2 假如沿截面 2 2 切去一段 將產(chǎn)生哪些后果 出口截面上的壓力 流 速和流量將起什么變化 1 2 2 1 2 2 p1 1MPa pb 0 1MPa p1 1MPa pb 0 1MPa 1 2 2 1 2 2 a b 圖 7 17 思考題 7 8 附圖 答 1 兩噴管最小截面積相等 則兩噴管的流量相等 出口截面流速和壓力不相等 漸縮噴管出口 截面流速為當(dāng)?shù)匾羲?出口截面壓力等于臨界壓力 0 528Mpa 縮放噴管出口截面壓力等于背壓 充 分膨脹情況下 出口截面流速為超聲速 2 漸縮噴管 沿截面 2 2 切去一段后 臨界狀態(tài)前移到 2 2 截面 出口速度為當(dāng)?shù)匾羲?出口截面壓力等于臨界壓力 0 528Mpa 由于出口面積變大 噴管流量增大 縮放噴管 沿截面 2 2 切去一段后 噴管形狀不足以保持完全膨脹 出口壓力高于背壓 出口 流速比切去一段以前小 仍為超聲速 噴管流量不變 噴管內(nèi)剩余部分流動(dòng)沒(méi)有變化 9 圖 7 13 b 中定 焓線(xiàn)是否是節(jié)流過(guò)程線(xiàn) 既然節(jié)流過(guò)程不可逆 為何 在推導(dǎo)節(jié)流微分效應(yīng) J 時(shí)可利用 dh 0 答 不是 節(jié)流過(guò)程 的起迄點(diǎn)落在等焓線(xiàn)上 但過(guò)程不沿著定焓線(xiàn)進(jìn)行 節(jié)流微分效應(yīng) J 表達(dá) 的是節(jié)流過(guò)程中溫度 壓力的關(guān)系 溫度 壓力均為 狀態(tài)參數(shù) 其變化與 路徑無(wú)關(guān) 所以可以利用等焓線(xiàn)分析推導(dǎo) 10 既然絕熱節(jié)流前 后焓值不變 為什么作功能力有損失 答 絕熱節(jié)流后氣體的壓力降低 可逆絕熱膨脹過(guò)程焓降所能作出的功沒(méi)有作出 導(dǎo)致節(jié)流后焓仍然 等于節(jié)流前 該作出的功沒(méi)有作出 就產(chǎn)生了作功能力損失 Ti Ti max Ti min 轉(zhuǎn)回曲線(xiàn) 等 焓 線(xiàn) 圖 7 13 轉(zhuǎn)回曲線(xiàn) b 11 多股氣流匯合成一股混合氣流稱(chēng)作合流 請(qǐng)導(dǎo)出各股支流都是理想氣體的混合氣流溫度表達(dá)式 混合氣體的熵值是否等于各股支流熵值之和 為什么 應(yīng)該怎么計(jì)算 281 頁(yè)思考題 1 利用人工打氣筒為車(chē)胎打氣時(shí)用濕布包裹氣筒的下部 會(huì)發(fā)現(xiàn)打氣時(shí)輕松了一點(diǎn) 工程上壓氣機(jī)氣 缸常以水冷卻或氣缸上有肋片 為什么 答 濕布使打氣筒散熱增強(qiáng) 氣缸水冷或加裝肋片也是為了增強(qiáng)散熱 從而使壓縮過(guò)程離開(kāi)絕熱 靠近定溫 壓縮耗功減少 p s 打氣筒包裹濕布后耗功減少 人能感覺(jué)出來(lái) 值得懷疑 2 既然余隙容積具有不利影響 是否可能完全消除它 答 對(duì)于往復(fù)式壓氣機(jī) 余隙容積不可能完全消除 對(duì)于旋轉(zhuǎn)式壓氣機(jī) 則有可能完全消除 3 如果由于應(yīng)用氣缸冷卻水套以及其他冷卻方法 氣體在壓氣機(jī)氣缸中已經(jīng)能夠按定溫過(guò)程進(jìn)行壓縮 這時(shí)是否還需要采用分級(jí)壓縮 為什么 答 還需要分級(jí)壓縮 是為了減小余隙容積的影響 但不需要中間冷卻 4 壓氣機(jī)按定溫壓縮時(shí) 氣體對(duì)外放出熱量 而按絕熱壓縮時(shí) 不向外放熱 為什么定溫壓縮反較絕 熱壓縮更為經(jīng)濟(jì) 答 壓氣機(jī)耗功中有意義的部分是技術(shù)功 不考慮宏觀動(dòng)能和勢(shì)能的變化 就是軸上輸入的功 由設(shè)備直接加諸氣體的機(jī)械功 而同樣進(jìn)出口壓力定溫過(guò)程消耗的技術(shù)功比絕熱過(guò)程少 絕熱過(guò)程 消耗的技術(shù)功有一部分用于提高氣體溫度 5 壓氣機(jī)所需的功可從熱力學(xué)第一定律能量方程式導(dǎo)出 試導(dǎo)出定溫 多變 絕熱壓縮壓氣機(jī)所需要 的功并用 T s 圖上面積表示其值 6 活塞式壓氣機(jī)生產(chǎn)高壓氣體為什么要采用多級(jí)壓縮及級(jí)間冷卻的工藝 7 葉輪式壓氣機(jī)不可逆絕熱壓縮比可逆絕熱壓縮多消耗功可用圖 8 11 上面積 m2s2 nm 表示 這是否 即是此不可逆過(guò)程作功能力損 失 為什么 8 如圖 8 13 所示的壓縮過(guò)程 1 2 若是可逆的 則這一過(guò)程是什么過(guò)程 它與不 可逆絕熱壓縮過(guò)程 1 2 的區(qū)別 何在 兩者之中哪一過(guò)程消耗的功大 大多少 T p2 2 p1 1 O s 圖 8 13 思考題 8 8 附圖 311 頁(yè)思考題 343 頁(yè)思考題 364 頁(yè)思考題 396 頁(yè)思考題 p v T 偏導(dǎo)數(shù)的循環(huán)關(guān)系式 由 T f p v 得 dvTpdTpv 由 v f p T 得 pT dTvpvTdpTpv vpT TpTpv 所以 0 0dpvTpTv Tpvv 1 和TpvT Tpv exercisable 簡(jiǎn)明英漢詞典 eks saiz bl adj 可實(shí)行的 可操作的 可運(yùn)用的 英漢化學(xué)大詞典 adj 可行使的 可實(shí)行的 可運(yùn)用的 exergonic 簡(jiǎn)明英漢詞典 eks gnik adj 放出能的 七國(guó)語(yǔ)言 英漢生物學(xué)大詞典 放能的 英漢 化學(xué)大詞典 adj 產(chǎn)生能量的 做功的 英漢心理學(xué)大詞典 能量釋放的 exergy 簡(jiǎn)明英漢詞典 ek se dVi 放射本能 熱力學(xué)系統(tǒng)從給定狀態(tài)到與周?chē)橘|(zhì)平衡過(guò)程中可做的 最大功 七國(guó)語(yǔ)言 英漢機(jī)械大詞典 有效能 七國(guó)語(yǔ)言 英漢物理大詞典 放射本領(lǐng) 英漢化學(xué)大 詞典 n 能量產(chǎn)生 氣體流動(dòng)的臨界壓力比 即 crvp kcrpvk10012 由于 pcrvcrk p0v0k crkcrv0 10 所以 1 kcrkcrkcrcr pppvk 1010100212 1 112120100 kcrkcrkcr pppk 2110 kpkcr kcrp102