2021第一章思考題工程熱力學(xué)

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1、第一章 思考題 工程熱力學(xué) 第一章思考題（工程熱力學(xué)） 1、進(jìn)行任何熱力分析是否都要選取熱力系統(tǒng)？ 答：是。熱力分析首先應(yīng)明確研究對象。 2、引入熱力平衡態(tài)解決了熱力分析中的什么問題？ 答：若系統(tǒng)處于熱力平衡狀態(tài)，對于整個系統(tǒng)就可以用一組統(tǒng)一的并具有確定數(shù)值的狀態(tài)參數(shù)來描述其狀態(tài)，使得熱力分析大為簡化。 3、“平衡”和“均勻”有什么區(qū)別和聯(lián)系 答：平衡（狀態(tài)）值的是熱力系在沒有外界作用（意即熱力、系與外界沒有能、質(zhì)交換，但不排除有恒定的外場如重力場作用）的情況下，宏觀性質(zhì)不隨時間變化，即熱力系在沒有外界作用時的時間特征-與時間無關(guān)。所以兩者是不同的。如對氣-液兩相平衡的狀態(tài)，

2、盡管氣-液兩相的溫度，壓力都相同，但兩者的密度差別很大，是非均勻系。反之，均勻系也不一定處于平衡態(tài)。 但是在某些特殊情況下，“平衡”與“均勻”又可能是統(tǒng)一的。如對于處于平衡狀態(tài)下的單相流體（氣體或者液體）如果忽略重力的影響，又沒有其他外場（電、磁場等）作用，那么內(nèi)部各處的各種性質(zhì)都是均勻一致的。 4、“平衡”和“過程”是矛盾的還是統(tǒng)一的？ 答：“平衡”意味著宏觀靜止，無變化，而“過程”意味著變化運(yùn)動，意味著平衡被破壞，所以二者是有矛盾的。對一個熱力系來說，或是平衡，靜止不動，或是運(yùn)動，變化，二者必居其一。但是二者也有結(jié)合點(diǎn)，內(nèi)部平衡過程恰恰將這兩個矛盾的東西有條件地統(tǒng)一在一起了。這個條件

3、就是：在內(nèi)部平衡過程中，當(dāng)外界對熱力系的作用緩慢得足以使熱力系內(nèi)部能量及時恢復(fù)不斷被破壞的平衡。 5、“過程量”和“狀態(tài)量”有什么不同？ 答：狀態(tài)量是熱力狀態(tài)的單值函數(shù)，其數(shù)學(xué)特性是點(diǎn)函數(shù)，狀態(tài)量的微分可以改成全微分，這個全微分的循環(huán)積分恒為零；而過程量不是熱力狀態(tài)的單值函數(shù)，即使在初、終態(tài)完全相同的情況下，過程量的大小與其中間經(jīng)歷的具體路徑有關(guān)，過程量的微分不能寫成全微分。因此它的循環(huán)積分不是零而是一個確定的數(shù)值。 6、閉口系與外界無物質(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？ 答：不一定。穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量也可以保持恒定。 7、平衡狀態(tài)與穩(wěn)定

4、狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系，平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系？ 答：只有在沒有外界影響的條件下，工質(zhì)的狀態(tài)不隨時間變化，這種狀態(tài)稱之為平衡狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)只要其工質(zhì)的狀態(tài)不隨時間變化，就稱之為穩(wěn)定狀態(tài)，不考慮是否在外界的影響下，這是他們的本質(zhì)區(qū)別。平衡狀態(tài)并非穩(wěn)定狀態(tài)之必要條件。物系內(nèi)部各處的性質(zhì)均勻一致的狀態(tài)為均勻狀態(tài)。平衡狀態(tài)不一定為均勻狀態(tài)，均勻并非系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)之必要條件。 8、有人認(rèn)為，開口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開口系統(tǒng)不可能是絕熱系。對不對，為什么？ 答：這種說法是不對的。工質(zhì)在越過邊界時，其熱力學(xué)能也越過了邊界。但熱力學(xué)能不是熱量，只要系統(tǒng)和外界沒

5、有熱量交換就是絕熱系。 9、溫度計(jì)測溫的基本原理是什么？ 答：熱力學(xué)第零定律 10、經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)是什么？為什么？ 答：任何一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)不能作為度量溫度的標(biāo)準(zhǔn)。由于經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)依賴于測溫物質(zhì)的性質(zhì)，當(dāng)選用不同測溫物質(zhì)的溫度計(jì)、采用不同的物理量作為溫度的標(biāo)志來測量溫度時，除選定為基準(zhǔn)點(diǎn)的溫度，其他溫度的測定值可能有微小的差異。 11、促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么？舉例說明。 答：有勢差（溫度差、壓力差、濃度差、電位差等等）存在。 12、準(zhǔn)靜態(tài)過程如何處理“平衡狀態(tài)”又有“狀態(tài)變化”的矛盾？ 答：準(zhǔn)靜態(tài)過程是指系統(tǒng)狀態(tài)改變的不平衡勢差無限小，以致于該系統(tǒng)在任意時刻均無限接近于某個平衡態(tài)

6、。準(zhǔn)靜態(tài)過程允許系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，但是要求狀態(tài)變化的每一步，系統(tǒng)都要處在平衡狀態(tài)。 13、經(jīng)歷一個不可逆過程后，系統(tǒng)能否恢復(fù)原來狀態(tài)？包括系統(tǒng)和外界的整個系統(tǒng)能否恢復(fù)原來狀態(tài)？ 答：經(jīng)歷一個不可逆過程后系統(tǒng)可以恢復(fù)為原來狀態(tài)。系統(tǒng)和外界整個系統(tǒng)不能恢復(fù)原來狀態(tài)。 14、系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆正向循環(huán)及其逆向可逆循環(huán)后，系統(tǒng)和外界有什么變化？若上述正向及逆向循環(huán)環(huán)中有不可逆因素，則系統(tǒng)及外界有什么變化？ 答：系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆正向循環(huán)及其逆向可逆循環(huán)后，系統(tǒng)恢復(fù)到原來狀態(tài)，外界沒有變化；若存在不可逆因素，系統(tǒng)恢復(fù)到原狀態(tài)，外界產(chǎn)生變化。 15、工質(zhì)及氣缸、活塞組成的系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)后，系統(tǒng)輸出的

7、功中是否要減去活塞排斥大氣功才是有用功？ 答：不一定。主要看輸出功的主要作用是什么，排斥大氣功是否有用。 16、分別以下圖所示的參加公路自行車賽的運(yùn)動員、運(yùn)動手槍中的壓縮空氣、杯子里的熱水為研究對象，說明這些是什么系統(tǒng)。 16題圖 答：參加公路自行車賽的運(yùn)動員是開口系統(tǒng)、運(yùn)動手槍中的壓縮空氣是閉口絕熱系統(tǒng)、杯子里的熱水是開口系統(tǒng)（閉口系統(tǒng)——忽略蒸發(fā)時）。 17、家用電熱水器是利用電加熱水的家用設(shè)備，通常其表面散熱可忽略。取正在使用的家用電熱水器為控制體（但不包括電加熱器），這是什么系統(tǒng)？把電加熱器包括在研究對象內(nèi)，這是什么系統(tǒng)？什么情況下能構(gòu)成孤立系

8、統(tǒng)？ 答：不包括電加熱器為開口（不絕熱）系統(tǒng)（a 圖）。包括電加熱器則為開口絕熱系統(tǒng)（b 圖）。 將能量傳遞和質(zhì)量傳遞（冷水源、熱水匯、熱源、電源等）全部包括在內(nèi)，構(gòu)成孤立系統(tǒng)?；蛘哒f，孤立系統(tǒng)把所有發(fā)生相互作用的部分均包括在內(nèi)。 18、分析汽車動力系統(tǒng)（下圖）與外界的質(zhì)能交換情況。 17題圖 a b 冷水 冷水 熱水 傳熱 傳熱 熱水 電流 18題圖 汽車動力系統(tǒng)示意圖 答：吸入空氣，排出煙氣，輸出動力（機(jī)械能）以克服阻力，發(fā)動機(jī)水箱還要大量散熱。不考慮燃燒時，燃料燃燒是熱源，燃?xì)夤べ|(zhì)吸熱；系統(tǒng)包括燃燒時，油料發(fā)生減少。 19、下圖中容器為剛性絕

9、熱容器，分成兩部分，一部分裝氣體，一部分抽成真空，中間是隔板， （1）突然抽去隔板，氣體（系統(tǒng)）是否作功？ （2）設(shè)真空部分裝有許多隔板，逐個抽去隔板，每抽一塊板讓氣體 先恢復(fù)平衡再抽去下一塊，則又如何？ （3）上述兩種情況從初態(tài)變化到終態(tài)，其過程是否都可在p-v 圖 上表示？ 答： （1）不作功； （2）不作功； （3）前者不行，后者可以。 20、過程1a2是可逆過程，過程1b2是不可逆過程。有人說過程1a2對外作功大于過程1b2，你是否同意他的說法？為什么？ 答：不同意。過程1a2的作功量是確定的，而過程1b2的作功量不確定，因而無法比較。 21、準(zhǔn)靜態(tài)過程的概

10、念為什么不能完全表達(dá)可逆過程的概念？ 答：可逆過程的充分必要條件為：1、過程進(jìn)行中，系統(tǒng)內(nèi)部以及系統(tǒng)與外界之間不存在不平衡勢差，或過程應(yīng)為準(zhǔn)靜態(tài)的；2、過程中不存在耗散效應(yīng)。即“無耗散”的準(zhǔn)靜態(tài)過程才是可逆過程，因此準(zhǔn)靜態(tài)過程的概念不能完全表達(dá)可逆過程的概念。 22、有人說，不可逆過程是無法恢復(fù)到起始狀態(tài)的過程，這種說法對嗎？ 答：不對。系統(tǒng)經(jīng)歷不可逆過程后是可以恢復(fù)到起始狀態(tài)的，只不過系統(tǒng)恢復(fù)到起始狀態(tài)后，外界卻無法同時恢復(fù)到起始狀態(tài)，即外界的狀態(tài)必將發(fā)生變化。 23、w pdv = ?, q Tds =?可以用于不可逆過程么？為什么？ 答：w pdv =?

11、計(jì)算得到的是準(zhǔn)靜態(tài)過程的容積變化功，因此僅適用于準(zhǔn)靜態(tài)過程或可逆過程；對于非準(zhǔn)靜態(tài)過程，其過程曲線無法在P-V 圖上表達(dá)，因此也就無法用上面的公式進(jìn)p v 1 a b 2 行計(jì)算。 q Tds =?僅用于可逆過程：根據(jù)熵的定義式：rev q ds T δ=，對于可逆過程，q Tds =? 計(jì)算出的是傳熱量，此時ds 僅表示熵流f ds ；對于不可逆過程，熵的變化不僅包括熵流，還包括熵產(chǎn)，即g f ds ds ds =+，因此q Tds =?中的ds 不僅包括由于傳熱產(chǎn)生的熵流，還包括由于不可逆導(dǎo)致的熵產(chǎn)，因此上式不適用于不可逆過程，例如絕熱過程，系統(tǒng)由于經(jīng)歷了不可逆過程，熵

12、增0ds >，但此時傳熱量為零。 24、如果容器中氣體壓力保持不變，那么壓力表的讀數(shù)一定也保持不變，對嗎？ 答：不對。因?yàn)閴毫Ρ淼淖x書取決于容器中氣體的壓力和壓力表所處環(huán)境的大氣壓力兩個因素。因此即使容器中的氣體壓力保持不變，當(dāng)大氣壓力變化時，壓力表的讀數(shù)也會隨之變化，而不能保持不變。 25、倘使容器中氣體的壓力沒有改變，試問安裝在該容器上 的壓力表的讀數(shù)會改變嗎？絕對壓力計(jì)算公式p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p 是環(huán)境大氣壓？ 答：壓力表的讀數(shù)可能會改變，根據(jù)壓力儀表所處的環(huán)境壓力的改變而改變。當(dāng)?shù)卮髿鈮翰灰欢ㄊ黔h(huán)境大

13、氣壓。環(huán)境大 氣壓是指壓力儀表所處的環(huán)境的壓力。 26、表壓力或真空度為什么不能當(dāng)作工質(zhì)的壓力？工質(zhì)的壓力不變化，測量它的壓力表或真空表的讀數(shù)是否會變化？ 答：由于表壓力和真空度都是相對壓力，而只有絕對壓力才是工質(zhì)的壓力。表壓力g p 與真空度v p 與絕對壓力的關(guān)系為： b g p p p =+ b v p p p =- 其中b p 為測量當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫Α? 工質(zhì)的壓力不變化，相當(dāng)于絕對壓力不變化，但隨著各地的緯度、高度和氣候條件的不同，測量當(dāng)?shù)氐拇髿鈮褐狄矔煌?。根?jù)上面兩個關(guān)系式可以看出，雖然絕對壓力不變化，但由于測量地點(diǎn)的大氣壓值不同，當(dāng)?shù)販y量的壓力表或真空表的讀數(shù)也會不同。 p 2=p g 2+p 1 p b p g 2 p g 1 p 1=p g 1+p b 8題圖