【正文】 的內(nèi)能時(shí)溫度的單值函數(shù)，過程中內(nèi)能不變，故終溫，由狀態(tài)方程可求出終壓為：熵的變化為：35 解：由于活塞和氫氣側(cè)氣缸均是絕熱的，所以氫氣在過程中沒有從外界吸入熱量，可看可逆絕熱過程，所以氫氣的終溫為：根據(jù)狀態(tài)方程可得到終態(tài)時(shí)氫氣的體積：所以，空氣終態(tài)的體積為：故空氣的終溫為：把空氣和氧氣作為熱力學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得到外界加入的熱量為：36 解：選取氣缸中的空氣作為研究的熱力學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)的初壓為：當(dāng)去掉一部分負(fù)載，系統(tǒng)重新達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，其終壓為：過程可看作可逆絕熱膨脹過程，所以：所以，活塞的上升距離為：37 解：⑴ 定溫：，由理想氣體的狀態(tài)方程可得到初終態(tài)的體積：所以氣體對(duì)外所作的功和吸收的熱量分別為：⑵ 定熵：相當(dāng)于可逆絕熱過程，氣體對(duì)外所作的功和熱量分別為： 終溫為：⑶ n=：為多方過程，根據(jù)過程方程可得到氣體的終溫為：氣體對(duì)外所作的功和熱量分別為：3－7解：（1）如果放氣過程很快，瓶內(nèi)氣體來不及和外界交換熱量，同時(shí)假設(shè)容器內(nèi)的氣體在放氣過程中，時(shí)時(shí)處于準(zhǔn)平衡態(tài)，過程可看作可逆絕熱過程，所以氣體終溫為：瓶內(nèi)原來的氣體質(zhì)量為：放氣后瓶內(nèi)氣體的質(zhì)量為：所以放出的氧氣質(zhì)量為：（2）閥門關(guān)閉后，瓶內(nèi)氣體將升溫，直到和環(huán)境溫度相同，即,壓力將升高，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可得到，最終平衡時(shí)的壓力為：（3）如果放氣極為緩慢，以至瓶內(nèi)氣體與外界隨時(shí)處于熱平衡，即放氣過程為定溫過程，所以放氣后瓶內(nèi)的氣體質(zhì)量為：故所放的氧氣比的一種情況多。⑴ 可逆絕熱膨脹：根據(jù)過程方程可得到終溫：氣體對(duì)外所作的功和熵變分別為：⑵ 氣體向真空自由膨脹：氣體對(duì)外不作功，且和外界無熱量交換，故內(nèi)能不變，由于理想氣體的內(nèi)能和焓均是溫度的單值函數(shù)，所以氣體溫度保持不變，焓也保持不變，即過程中氣體熵變?yōu)椋?15 解：⑴按定值比熱容計(jì)算：空氣可看作是雙原子分子氣體，故有：根據(jù)可逆絕熱過程的過程方程，可得到終態(tài)壓力為：內(nèi)能和與外界交換的功量分別為：⑵按空氣熱力性質(zhì)表的數(shù)據(jù)計(jì)算：查表得所以有：316 解：首先把標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的體積流量值轉(zhuǎn)換為入口狀態(tài)下和出口狀態(tài)下的體積流量值：轉(zhuǎn)化為質(zhì)量流量為：根據(jù)開口系統(tǒng)的能量方程，忽略進(jìn)出口宏觀動(dòng)能和勢能的變化并考慮到氣體流動(dòng)時(shí)對(duì)外不作軸功，故有煙氣每小時(shí)所提供的熱量為：（1）用平均定壓質(zhì)量比熱容數(shù)據(jù)計(jì)算查表并通過插值可得到：所以有：（2）將空氣視為雙原子理想氣體，用定比熱容進(jìn)行計(jì)算所以有：317 解：混合后各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：折合分子量為：318 解：體積分?jǐn)?shù)等于摩爾分?jǐn)?shù)：體積流量為：319 解：根據(jù)混合理想氣體的狀態(tài)方程有：又因?yàn)椋郝?lián)立求解得到：320 解：⑴ 該未知?dú)怏w的氣體常數(shù)及摩爾質(zhì)量M：根據(jù)混合理想氣體狀態(tài)方程可得：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)猓惹蟪鏊哪柗謹(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。此過程系統(tǒng)對(duì)外所作的功無法計(jì)算，如果過程終態(tài)為平衡態(tài)，則系統(tǒng)熵變依然為：327 解：要想判斷噴管的形狀，必須計(jì)算臨界壓力Pcr，MPa可見被壓大于臨界壓力，故在出口處沒有達(dá)到當(dāng)?shù)芈曀?，所以此噴管為漸縮噴管。2. 循環(huán)輸出凈功愈大，則熱效率愈高；可逆循環(huán)的熱效率都相等；不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率，這些說法是否正確？為什么？答： 不正確，熱效率為輸出凈功和吸熱量的比，因此在相同吸熱量的條件下，循環(huán)輸出的出凈功愈大，則熱效率愈高。在相同的初態(tài)和終態(tài)下，不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率。否則熱能可以全部變?yōu)闄C(jī)械能，比如理想氣體的定溫膨脹過程，系統(tǒng)把從外界吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，外界雖然沒有任何任何變化，但是系統(tǒng)的體積發(fā)生改變了。 答： （1）不正確，只有孤立系統(tǒng)才可以這樣說；（2）不正確，S為狀態(tài)參數(shù)，和過程無關(guān)，知道初態(tài)和終態(tài)就可以計(jì)算；（3）不對(duì)，S為狀態(tài)參數(shù)，和過程無關(guān)，相等；（4）不對(duì)，工質(zhì)經(jīng)歷可逆和不可逆循環(huán)后都回到初態(tài)，所以熵變?yōu)榱?。?）工質(zhì)被加熱熵一定增大，但是系統(tǒng)放熱，熵不一定減小。5. 若工質(zhì)從同一初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)歷可逆絕熱過程與不可逆絕熱過程膨脹到相同的終壓力，兩過程終態(tài)的熵哪個(gè)大？對(duì)外作的功哪個(gè)大？試用坐標(biāo)圖進(jìn)行分析.答：不可逆過程熵大，可逆過程作功大6. 如果工質(zhì)從同一初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)歷可逆定壓過程與不可逆定壓過程，從同一熱源吸收了相同的熱量，工質(zhì)終態(tài)的熵是否相同？為什么？答： 不相同，因?yàn)槎邔?duì)外所作的功不同，而它們從同一熱源吸收了相同的熱量，所以最終二者內(nèi)能的變化不同，故此二者的終態(tài)不同，由于熵是狀態(tài)參數(shù)，它們從同一初態(tài)出發(fā)，故終態(tài)的熵不同。8. 系統(tǒng)在某過程中從熱源吸熱20 kJ，對(duì)外作功25 kJ，請問能否通過可逆絕過程使系統(tǒng)回到初態(tài)？為什么？能否通過不可逆絕熱過程使系統(tǒng)回到初態(tài)？答：根據(jù)克勞休斯不等式，我們知道系統(tǒng)在過程中的熵變滿足：即：系統(tǒng)的熵增加，要想使系統(tǒng)回到初態(tài)，新的過程必須使系統(tǒng)熵減少，而可逆絕熱過程熵不變，不可逆絕熱過程熵增加，因而不可能通過一個(gè)可逆過程或者一個(gè)不可逆過程使系統(tǒng)回到初態(tài)。習(xí) 題4－1 解: 由熱量守恒 由克勞休斯不等式： 它的設(shè)計(jì)是不合理的4－2 解：采用電爐取暖時(shí)，當(dāng)采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)卡諾熱泵時(shí)，43 解： （1）熱效率為 （2） 吸熱 放熱 （3）性能系數(shù) 得到 所以 4－4 解： 對(duì)于制冷機(jī) 對(duì)于熱機(jī)4－5 解：理想氣體的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，氣體向真空的膨脹過程系統(tǒng)對(duì)外不作功，且過程絕熱，系統(tǒng)的內(nèi)能不變，故氣體溫度不變：由得到熱力學(xué)能變化為 熵的變化為46 解： （1）氣體熵變?yōu)? 熱源熵變?yōu)? 總熵變?yōu)? （2）氣體熵變?yōu)? 熱源熵變?yōu)? 總熵變?yōu)? （3）氣體熵變?yōu)? 熱源熵變?yōu)? 總熵變?yōu)?4－7 解： （1）由孤立系統(tǒng)熵增原理： 所以有： （2）總功量為： （3）所以 總熵變?yōu)椋? 4－8 解：選取兩個(gè)容器中的氣體為熱力學(xué)系統(tǒng)，過程中系統(tǒng)絕熱且無外功，所以 設(shè)終態(tài)容積分別為, 聯(lián)立求解所以有：左側(cè)氣體熵變：右側(cè)氣體熵變：總熵變?yōu)? 4－9解：把閉口系統(tǒng)和熱源取為研究的熱力學(xué)系統(tǒng)，為孤立系，根據(jù)孤立系統(tǒng)熵增原理：所以該過程是不可能的4－10 解：（1）根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)方程，煙氣放熱： （2）Q2取最小時(shí)，此過程可逆，取煙氣、工質(zhì)和低溫?zé)嵩礊橄到y(tǒng)，此系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，孤立系統(tǒng)的可逆過程熵不變 （3）411 解：此過程為等容過程，所以取空氣和螺旋槳為研究的系統(tǒng)，此系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，假設(shè)空氣為理想氣體，并假設(shè)螺旋槳為功源，過程中熵不變，此孤立系統(tǒng)的熵變等于熵產(chǎn)，所以有：所以做功能力的損失為： 假設(shè)環(huán)境溫度為20度，所以：412 解：根據(jù)溫度流動(dòng)的過程方程有：所以空氣在壓縮過程中的熵變?yōu)椋核宰龉δ芰Φ膿p失為：413 解：混合后的溫度為： 熵變?yōu)椋? 414 解：依題意： 故制冷機(jī)得到的功為： 又 所以415 解：（1）根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)的過程方程可得： （2）進(jìn)口處 出口處 （3） 所以壓氣機(jī)所需的最小有用功為：（4） 作功能力損失為：416 解：依題意：所以：417 解： （1）冬季 所以 （2）夏季 即 所以 418 解：因?yàn)? 所以該過程為放熱過程419 解：根據(jù)熱力學(xué)第一定律有：環(huán)境的熵變?yōu)椋哼x取氣缸中的氣體和環(huán)境為研究的熱力學(xué)系統(tǒng)，此系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，其熵變等于熵產(chǎn)所以：第五章思考題1. 熱水泵必須安裝在熱水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安裝在熱水容器上面，為什么？答：保證其壓力。3. 有無0℃或低于0℃的蒸汽存在？有無低于0℃的水存在？為什么？答：有0℃或低于0℃的蒸汽存在，只要壓力足夠低就可能，但是沒有低于0℃的水存在，℃，低于三相點(diǎn)溫度，只可能是固態(tài)或是氣態(tài)。5. 適用于任何工質(zhì)的定壓過程。6. 試解釋濕空氣、濕蒸汽、飽和濕空氣。7. 對(duì)未飽和濕空氣與飽和濕空氣分別判斷干球溫度、濕球溫度、露點(diǎn)溫度三者的大小。9. 同一地區(qū)陰雨天的大氣壓力為什么比晴朗天氣的大氣壓力低？答：陰雨天相對(duì)濕度高，水蒸氣分壓力大。11. 早晨有霧，為什么往往是好天氣？答：早晨有霧，說明濕空氣中含有許多小水滴，濕空氣為飽和濕空氣，當(dāng)溫度逐漸上升后，小水滴逐漸汽化，所以往往是好天氣。 查hs圖得到：5－3 解：查表得： 所以： 當(dāng)時(shí)，比容仍然為所以為濕飽和蒸汽。 傳出的熱量為： 55 解：查表得到：時(shí)1 MPa2 Mpa2. 既然利用抽氣回?zé)峥梢蕴岣哒羝麆?dòng)力裝置循環(huán)的熱效率，能否將全部蒸汽抽出來用于回?zé)?？為什么回?zé)崮芴岣邿嵝?？答：采用回?zé)岽胧?，雖然對(duì)每kg蒸汽來說做功量減少，但抽汽在凝結(jié)時(shí)所放出的潛熱卻全部得到的利用，進(jìn)入鍋爐給水溫度提高了，使每kg工質(zhì)在鍋爐中吸收的熱量大為減少，因此，提高了循環(huán)效率。3. 蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)熱效率不高的原因是冷凝器放熱損失太大，如取消冷凝器而用壓縮機(jī)將乏氣直接升壓送回鍋爐是否可以？答：乏氣如果是水汽混合的，則不能進(jìn)行壓縮。4. 卡諾循環(huán)優(yōu)于相同溫度范圍的其它循環(huán)，為什么蒸汽動(dòng)力循環(huán)不采用卡諾循環(huán)？答：與郎肯循環(huán)相同溫限的卡諾循環(huán)，吸熱過程將在氣態(tài)下進(jìn)行，事實(shí)證明氣態(tài)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)定溫過程是十分困難的，所以過熱蒸汽卡諾循環(huán)至今沒有被采用。 5. 如果柴油機(jī)在使用過程中，噴油嘴保養(yǎng)不好，致使燃油霧化不良，燃燒延遲，問此時(shí)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性如何？答：燃燒延遲，沒有充分膨脹便開始排氣，這將使熱效率顯著降低，且排氣冒黑煙，這是很不好的。7. 燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)與內(nèi)燃機(jī)循環(huán)相比有何優(yōu)點(diǎn)？為什么前者的熱效率低于后者？答：燃?xì)廨啓C(jī)與內(nèi)燃機(jī)相比，沒有往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以采用很高的轉(zhuǎn)速，并且可以連續(xù)進(jìn)氣，因而可以制成大功率的動(dòng)力裝置。C，所以效率比較低。答：有工質(zhì)在高溫?zé)嵩次鼰?，在低溫?zé)嵩捶艧?，并?duì)外輸出功。C查表得：h1=, s1=() 2點(diǎn)：s2=s1=(), P2=4KPa 查表得：h2=, x =3(4)點(diǎn)：由P3=P2=4KPa 查表得：h3= 吸熱量：q1=h1h3=－= 凈功量：wnet=h1h2=－=熱效率：h===% 干度：x=②1點(diǎn)：由P1=4MPa, t1=550176。C 得：h1=, s1=()5點(diǎn)：由s5=s1=(), 得：P5= ，h5=點(diǎn)：由 得：2點(diǎn)：由 ， P2=7KPa 得：h2=，x2=3(4)點(diǎn)：由P3=P2 得：h3=吸熱量：凈功量：熱效率： 63 解：