【正文】 氣體組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：所以未知?dú)怏w的氣體常數(shù)：⑵ 該未知?dú)怏w的分壓力：未知?dú)怏w為氮?dú)?，先求出它的摩爾分?jǐn)?shù)：所以氮?dú)獾姆謮簽椋?21 解：理想氣體兩過程之間的熵差為：由于假設(shè)理想氣體的比熱容為常數(shù)，所以有：考慮到理想氣體多變過程（）的過程方程及定容比熱容和CV、Rg的關(guān)系：把上面三式帶入熵的表達(dá)式并整理可得：考慮到理想氣體多變過程（）的過程方程及定容比熱容和CV、Rg的關(guān)系：把上面兩式帶入熵的表達(dá)式并整理可得：322 解：在Ts圖上任意兩條定壓線之間的水平距離為，在相同的溫度T下，壓力分別為p1和p2時(shí)兩態(tài)的熵差,故有： 顯然不管在任何溫度下，它們都相等；在Ts圖上任意兩條定容線之間的水平距離為，在相同的溫度T下，體積分別為V1和V2時(shí)兩態(tài)的熵差,故有：顯然不管在任何溫度下，它們都相等。只有熵值必定增加，因?yàn)楦鶕?jù)克勞休斯不等式有:其中等號(hào)適用于可逆過程，不等號(hào)適用于不可逆過程，對(duì)于不可逆過程，T為熱源的溫度，由于溫度T恒大于零，所以當(dāng)過程為吸熱過程（）時(shí)，系統(tǒng)的熵必然增加。此過程為放熱，外界對(duì)空氣做功，內(nèi)能增加。理想氣體的可逆定溫加熱過程有： 所以為曲線3，從左到右。2. 如果比熱容是溫度t的單調(diào)增函數(shù)，當(dāng)時(shí)，平均比熱容、中哪一個(gè)最大？哪一個(gè)最??？答：由、的定義可知，其中，其中，其中因?yàn)楸葻崛菔菧囟萾的單調(diào)增函數(shù)，所以可知，又因?yàn)楣士芍畲?，又因?yàn)椋核宰钚　?. 說明下列各式的應(yīng)用條件： ⑴ 閉口系的一切過程 ⑵ 閉口系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)過程 ⑶ 開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動(dòng)過程，并且軸功為零 ⑷ 開口系統(tǒng)的穩(wěn)定定壓流動(dòng)過程，并且軸功為零；或者閉口系統(tǒng)的定壓過程。 ⑸ 氣體邊被壓縮邊吸入熱量是不可能的。2. 下列說法是否正確？ ⑴ 氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功。而水溫較低時(shí)，熱水瓶中的空氣受冷，壓力降低，小于環(huán)境壓力，瓶塞被自動(dòng)吸緊。熱力學(xué)中引入平衡態(tài)的概念，是為了能對(duì)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)用狀態(tài)參數(shù)來進(jìn)行描述。2. 表壓力或真空度能否作為狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行熱力計(jì)算？若工質(zhì)的壓力不變，問測(cè)量其壓力的壓力表或真空計(jì)的讀數(shù)是否可能變化？答：不能，因?yàn)楸韷毫蛘婵斩戎皇且粋€(gè)相對(duì)壓力。7. 用U形管壓力表測(cè)定工質(zhì)的壓力時(shí)，壓力表液柱直徑的大小對(duì)讀數(shù)有無影響？答：嚴(yán)格說來，是有影響的，因?yàn)閁型管越粗，就有越多的被測(cè)工質(zhì)進(jìn)入U(xiǎn)型管中，這部分工質(zhì)越多，它對(duì)讀數(shù)的準(zhǔn)確性影響越大。錯(cuò)，比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹，對(duì)外不作功。錯(cuò)，比如多變過程，當(dāng)n大于k時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)邊壓縮邊吸熱。7. 膨脹功、軸功、技術(shù)功、流動(dòng)功之間有何區(qū)別與聯(lián)系？流動(dòng)功的大小與過程特性有無關(guān)系？答：膨脹功是系統(tǒng)由于體積變化對(duì)外所作的功；軸功是指工質(zhì)流經(jīng)熱力設(shè)備（開口系統(tǒng)）時(shí)，熱力設(shè)備與外界交換的機(jī)械功，由于這個(gè)機(jī)械工通常是通過轉(zhuǎn)動(dòng)的軸輸入、輸出，所以工程上習(xí)慣成為軸功；而技術(shù)功不僅包括軸功，還包括工質(zhì)在流動(dòng)過程中機(jī)械能（宏觀動(dòng)能和勢(shì)能）的變化；流動(dòng)功又稱為推進(jìn)功，1kg工質(zhì)的流動(dòng)功等于其壓力和比容的乘積，它是工質(zhì)在流動(dòng)中向前方傳遞的功，只有在工質(zhì)的流動(dòng)過程中才出現(xiàn)。3. 如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式遵循，這種物質(zhì)的比熱容一定是常數(shù)嗎？這種物質(zhì)的比熱容僅是溫度的函數(shù)嗎？答：不一定，比如理想氣體遵循此方程，但是比熱容不是常數(shù)，是溫度的單值函數(shù)。可逆絕熱膨脹過程有：所以為圖中的雙曲線4，且方向朝右（膨脹過程）。6. 在圖上，如何將理想氣體任意兩狀態(tài)間的熱力學(xué)能和焓的變化表示出來。10. 圖3－17所示的管段，在什么情況下適合作噴管？在什么情況下適合作擴(kuò)圖317 思考題11附圖壓管？答：當(dāng)時(shí)，要想使氣流的速度增加，要求噴管的截面積沿氣流方向逐漸減小，即漸縮噴管；而當(dāng)時(shí)，要想使氣流的速度增加，要求噴管的截面積沿氣流方向逐漸增加，即漸擴(kuò)噴；而對(duì)于先縮后擴(kuò)的縮放噴管（也稱拉戈?duì)枃姽埽谧钚〗孛嫣帤饬鞯牧魉偾『玫扔诋?dāng)?shù)芈曀佟?23 解：根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程，可求出初態(tài)和終態(tài)氣體的比容分別為：由cP和cV的關(guān)系，可得到：所以每千克氣體內(nèi)能和熵的變化分別為：324 解：可逆定壓過程系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)焓的變化，所以有：系統(tǒng)內(nèi)能的變化為：所以系統(tǒng)對(duì)外所作的功為：325 解：設(shè)理想氣體的摩爾數(shù)為n，由理想氣體的狀態(tài)方程可得：由于過程的焓變已知，所以可得到該理想氣體的摩爾定壓熱容：所以氣體的摩爾定容熱容為：由此可求出該氣體的摩爾質(zhì)量：所以氣體的內(nèi)能變化為：氣體的定壓熱容為：326 解：⑴ 可逆膨脹；可逆定溫膨脹過程系統(tǒng)對(duì)外所作的功及熵變?yōu)椋孩?向真空膨脹；理想氣體的絕熱真空自由膨脹系統(tǒng)對(duì)外不作功W=0，熵變?yōu)椋孩?。4. 下列說法是否正確？為什么？⑴ 熵增大的過程為不可逆過程；⑵ 不可逆過程的熵變無法計(jì)算；⑶ 若工質(zhì)從某一初態(tài)經(jīng)可逆與不可逆途徑到達(dá)同一終態(tài)，則不可逆途徑的必大于可逆途徑的；⑷ 工質(zhì)經(jīng)歷不可逆循環(huán)后；⑸ 自然界的過程都是朝著熵增的方向進(jìn)行的，因此熵減小的過程不可能實(shí)現(xiàn)；⑹ 工質(zhì)被加熱熵一定增大，工質(zhì)放熱熵一定減小。9. 閉口系統(tǒng)經(jīng)歷了一不可逆過程對(duì)外作功10 kJ，同時(shí)放出熱量5 kJ，問系統(tǒng)的熵變是正、是負(fù)還是不能確定？ 答：熵是狀態(tài)參數(shù)，功和熱量都是過程量，所以不能確定系統(tǒng)的熵變。答：濕空氣：含水蒸汽的空氣；濕蒸汽：含有液態(tài)水的水蒸氣；飽和濕空氣：相對(duì)濕度為100％的濕空氣。 傳出的熱量為： 54 解：查表得： 所以： 時(shí)， 所以為濕飽和蒸汽。那么，能否利用飽和區(qū)（氣液兩相區(qū)）定溫定壓的特性形成飽和區(qū)的卡諾循環(huán)，從原理上看是可能的，但是實(shí)施起來，有兩個(gè)關(guān)鍵問題，一是，汽輪機(jī)出口位于飽和區(qū)干度不高處，濕度太大使得高速運(yùn)轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)不能安全運(yùn)行，同時(shí)不可逆損失增大，其二，這樣的卡諾循環(huán)，壓縮過程將在濕蒸汽區(qū)進(jìn)行，氣液混和工質(zhì)的壓縮會(huì)給泵的設(shè)計(jì)和制造帶來難以克服的困難，因此迄今蒸汽動(dòng)力循環(huán)未采用卡諾循環(huán)。習(xí)題61 解：①1點(diǎn)：P1=4MPa, t1=400176。采用此方法，同樣的壓縮比，耗功量比單級(jí)壓縮少，且壓縮終溫低，溫度過高會(huì)使氣缸里面的潤(rùn)滑油升溫過高而碳化變質(zhì)。6. 如圖715(b)所示，若蒸汽壓縮制冷循環(huán)按 運(yùn)行，循環(huán)耗功量沒有變化，仍為h2h1，而制冷量則由h1h4增大為h1h5,這顯然是有利的，但為什么沒有被采用？答：如果按運(yùn)行，很難控制工質(zhì)狀態(tài)，因此采用節(jié)流閥，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。C查表得到：h1=500kJ/kg h2=525kJ/kgh3=h4=225kJ/kg (2)室內(nèi)溫度為30176。K)，室內(nèi)外的空氣溫度分別為20℃和5℃，室內(nèi)外空氣與玻璃窗之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為 W/(m2 冬季室內(nèi)空氣溫度為℃，和墻內(nèi)壁面之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 W/(m2 冷庫(kù)內(nèi)、外氣溫分別為2 176。解：根據(jù)多層復(fù)壁導(dǎo)熱計(jì)算公式: 由得到： 93 有一爐墻，厚度為20 cm， W/(mK)，為使散熱損失不超過1500 W/m2 , W/(mK)的保溫層。C、 176。C 、 176。解：根據(jù)圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算公式： 解得 所以保溫層厚度為97 某過熱蒸汽管道的內(nèi)、外直徑分別為150 mm和160 mm ，管壁材料的熱導(dǎo)率為45 W/(mK)。試寫出圓桿內(nèi)溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)描述。溫度計(jì)指示套管的端部溫度為80 176。熱電偶的初始溫度為25 176。解: 由得到: ，可以用集總參數(shù)法計(jì)算。C的油浴中，鋼棒表面與油之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為500 W/(m2K)。采用均勻網(wǎng)格， mm，試用數(shù)值方法計(jì)算該物體的溫度分布。解：對(duì)水：由查附錄3水的物性表得到： ， 對(duì)空氣：由查附錄2空氣的物性表得到： ， 102 m的平板時(shí)沿程m處的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。C。解：假定出口溫度為400C，則有： ， 查附錄水的物性表有: , , , 采用紊流換熱關(guān)系式： 所以， 校核： 可見Q1和Q2相差很小，所以107 m/s速度在內(nèi)徑為22 mm、 176。C，試求管內(nèi)對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。試計(jì)算圓管外壁面對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和電加熱器的功率。解：特征溫度為：由 查附錄2空氣的物性表得到： , , 所以， 單位管長(zhǎng)的換熱量：1014 室內(nèi)火爐上煙囪的外徑為15 cm， m，壁面平均溫度為150 176。（提示：在常熱流條件下壁面溫度是不均勻的，首先應(yīng)判斷何處溫度最高；由于壁面溫度未知，定性溫度無法確定，可采用試算法，首先假設(shè)一定性溫度。努力過后，才知道許多事情，堅(jiān)持堅(jiān)持，就過來了。歲月是有情的，假如你奉獻(xiàn)給她的是一些色彩，它奉獻(xiàn)給你的也是一些色彩。 假定特征溫度為，則： 查附錄2空氣的物性表得到： , , 所以， 由熱平衡計(jì)算得到實(shí)際的壁面溫度為： 計(jì)算得到： 所以原假設(shè)正確，最高壁溫為1. 若不給自己設(shè)限，則人生中就沒有限制你發(fā)揮的藩籬。C。 校核計(jì)算換熱量校核計(jì)算獲得熱量偏差1012 在一鍋爐煙道中有一6排管順排構(gòu)成的換熱器。C，內(nèi)管壁溫 176。C，試求管內(nèi)對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：由附錄2得到： 當(dāng)空氣溫度為200C時(shí)， ， 當(dāng)空氣溫度為2000C時(shí)， ， (1)由相似原理：， 所以有 (2)由相似原理：， 所以有105 水在換熱器管內(nèi)被加熱，管內(nèi)徑為 14 mm，管長(zhǎng)為 m，管壁溫度保持為110 176。C，速度為 m/s，平板的壁面溫度 176。C，突然一側(cè)壁面以每小時(shí)溫升5 176。試求：（1）10分鐘后鋼棒的中心和表面溫度；（2）鋼棒中心溫度達(dá)到180 176。C的大鋼板突然放置于溫度為20 176。C的氣流中，熱電偶表面與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為90 W/(m2K)，試求：（1）熱電偶的時(shí)間常數(shù)；（2）熱電偶的過余溫度達(dá)到初始過余溫度的1%時(shí)所需的時(shí)間。C。C、 176。蒸汽管道內(nèi)壁面溫度為400 176。C。C。C和50 176。C，冷庫(kù)內(nèi)、外壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為2 W/(m2K)和3 W/(m2K)。室外空氣溫度為10℃，和外墻之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 W/(m2 K)，試求玻璃窗的散熱損失及玻璃的導(dǎo)熱熱阻、兩側(cè)的對(duì)流換熱熱阻。C。但熱泵為供熱，而制冷裝置是為制冷。同時(shí)至于使氣缸里面的潤(rùn)滑油升溫過高而碳化變質(zhì),必須采用級(jí)間冷卻。C 查表得：h1=, s1=() 2點(diǎn)：由s2=s1=(), P2=4kPa 查表得：h2=, x= 3(4)點(diǎn)：由P3=4kPa, 查表得: h3= 吸熱量：q1=h1－h(huán)3=－= 凈功量：wnet=h1－h(huán)2== 熱效率：h===%干度：x= 62 解： 1點(diǎn)：由P1=13MPa, t1=535176。6. 今有兩個(gè)內(nèi)燃機(jī)的混合加熱循環(huán)，它們的壓縮比、初態(tài)、總的加熱量相同，但兩者的定容升壓比λ不同，（1）請(qǐng)?jiān)趐v圖與Ts圖上表示出這兩個(gè)循環(huán)的相對(duì)位置；（2）利用Ts圖定性地比較這兩個(gè)循環(huán)的熱效率。MPa(kJ/kg)(kJ/)理想的絕熱過程，熵不變，所以有：,查表得到P2時(shí)的參數(shù)：,所以干度為：所以出口乏氣的焓為：根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)的過程方程，可得：5－6 解：查表并插值得到：, 吸熱量為： 需要媒量為：5－7 解：查表得到： 當(dāng)飽和壓力為時(shí)， 所以： 查表得到：當(dāng)時(shí) 過熱蒸汽在汽輪機(jī)中的理想絕熱膨脹過程，熵不變，所以有： 查圖得到：當(dāng)，時(shí)， 所以：5—8 解：查表得到： 當(dāng)飽和壓力為時(shí)， 所以： 加熱后為的干飽和蒸汽