工程热力学课后思考题答案--第四版-沈维道-童钧耕主编-高等教育出版社

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。

T pT不可逆 可逆 ppT可逆 不可逆 ppvss答：见图。

s 11题图

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=129.71kJ/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？ P170 5-1?t=

?tT1273.15?20=11.726 ?T1?T2293.15?268.1511.726Q2=?t?1Q1?11.726?1?2.5?104=22867.99kJ/h

N=W/95%=Q1/(0.95?t)=2.5?10/(0.95?11.726)=2244.23kJ/h=0.623kW N电炉=Q1=2.5?10kJ/h=6.944kW 5-2不采用回热

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=-T1q23/T2=-300?400/1000=-120kJ/kg

?t=1-?q41+q34?/(q12+q23)=1-?-702.8-120?/(702.8+400)=0.2539 采用极限回热，过程34放热回热给过程12，q34?q12 ?r=1-?q41?/q23)=1-?-120?/400=0.70

4

4

5-3如图所示，如果两条绝热线可以相交，s1、s2交于a点，过b、c两点作等压线s1、s2交于b、c点。于是，过程bc、

p b sc sa 则令绝热线分别与绝热线ca、ab组成一循环，其中过

v 5-3题图 闭合循环回路，沿此回路可进行一可逆程ca、ab均为可逆绝热过程，只有定

压过程bc为吸

热过程，而循环回路围成的面积就是对外净输出功。显然，这构成了从单一热源吸热并将之全部转变为机械能的热力发动机循环，是违反热力学第二定律的。 5-4(1)p1=p2???T1????T2?kk?1?1500??0.1????300?1.41.4?1=27.95MPa

(2)见图。

T 3 1 2 s 5-4题图 (3)q31=cp(T1-T3)=

q23q31kR(T1-T2),q23=RT2ln(p2/p3)=RT2ln(p2/p1) k?1p2p1300?ln?1?0.127.95?t=1-

RT2ln?1?kR?T1?T2?k?11.4?1500?300?1.4?1

=0.5976

5-5(1)QH=?'Wnet=?'?tQ1=3.5?0.40?100=140kJ (2)?c=1-T0TH290360?1??0.71,?'c=?T11000TH?T0360?290=5.14

QH,c=?'cWnet,c=?'c?cQ1=5.14?0.71?100=365.14kJ

(3)此复合系统虽未消耗机械功，但由高温热源放出热量Q1作为代价，使得部分热量从低温热源T0传到较高温热源TH，因此并不违背热力学第二定律。 5-6 ?c=1-(1)

T2300?1?T12000=0.85

W=?cQ1=0.85?1=0.85kJ，可能作出的最大功为0.85kJ，所以这种情形

是不可能实现的。 (2)

W=?cQ1=0.85?2=1.70kJ，Q2=Q1-W=2-1.70=0.30kJ，所以这种情形有实

现的可能（如果自然界存在可逆过程的话），而且是可逆循环。 (3)

Q1,c=Wnet/?c=1.5/0.85=1.765kJ，Q1=Wnet+Q2=1.5+0.5=2.0kJ>Q1,c,此循环

可以实现，且耗热比可逆循环要多，所以是不可逆循环。

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？