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

2．如何用连续性方程解释日常生活的经验：水的流通截面积增大，流速就降低？ 答：qm?Acfv?constant

在日常生活中，水可视为不可压缩流体，其比体积不会发生变化，因而由上式有Acf=常数，即截面积变化与速度变化成反比。

3．在高空飞行可达到高超音速的飞机在海平面上是否能达到相同的高马赫数？

答：不能。高空气温低，由理想气体音速a=?kpv?kRT可知当地声速比较低，

一定的飞行速度可以取得较高的马赫数，而海平面温度比高空高几十K，相应声速较大，同样的飞行速度所获得的马赫数要小一些。此外，高空空气比海平面稀薄得多，飞行阻力也小得多，所以飞行速度上也会有差异。

4．当气流速度分别为亚声速和超声速时，下列形状的管道（图7–16）宜于作喷管还是宜于作扩压管？

图7–16思考题7–4附图

答：亚声速时

喷管扩压管喷管都不适合 超声速时

扩压管喷管扩压管都不合适 5．当有摩擦损耗时，喷管的流来计算，似乎与无摩擦损耗时相哪里呢？

答：如右侧温熵图，两条斜线是

等压线，垂直线是可逆绝热出速度同样可用cf2=2?h0?h2?同，那么，摩擦损耗表现在

膨胀过程。有摩擦时，过程为不可逆，如虚线所表示。显而易见，过程结束时温度比可逆情况下要高，这两个温度对应的焓之差就是摩擦损耗的表现。 6．考虑摩擦损耗时，为什么修正出口截面上速度后还要修正温度？ 答：如上。

7．考虑喷管内流动的摩擦损耗时，动能损失是不是就是流动不可逆损失？为什么？

答：不是。动能损失就是5题图中的焓差。但是由于出口温度高于可逆情形下的出口温度，卡诺讲，凡是有温差的地方就有动力，所以这部分焓还具有一定的作功能力，并不是100%作功能力损失（火用损失）。

8．如图7–17所示，（a）为渐缩喷管，（b）为缩放喷管。设两喷管工作背压均为0.1MPa，进口截面压力均为1MPa，进口流速cf1可忽略不计。若（1）两喷管最小截面积相等，问两喷管的流量、出口截面流速和压力是否相同？（2）假如沿截面2'–2'切去一段，将产生哪些后果？出口截面上的压力、流速和流量将起什么变化？

12'212'2 p1=1MPapb=0.1MPa p1=1MPapb=0.1MPa 12'212'2

(a)(b)

图7–17思考题7–8附图

答：（1）两喷管最小截面积相等，则两喷管的流量相等，出口截面流速和压力不相等。渐缩喷管出口截面流速为当地音速，出口截面压力等于临界压力（0.528Mpa），缩放喷管出口截面压力等于背压（充分膨胀情况下），出口截面流速为超声速（）。

（2）渐缩喷管，沿截面2'–2'切去一段后，临界状态前移到2'–2'截面，出口速度为当地音速，出口截面压力等于临界压力（0.528Mpa），由于出口面积变大，喷管流量增大。

缩放喷管，沿截面2'–2'切去一段后，喷管形状不足以保持完全膨胀，出口压力高于背压，出口流速比切去一段以前小（仍为超声速），喷管流量不变。（喷管内剩余部分流动没有变化）。 9．图7–13(b)中定然节流过程不可逆，时可利用dh=0？ 答：不是。节流过程程不沿着定焓线进节流过程中温度–压

Ti,min 图7–13转回曲线(b)

Ti Ti,max 转回曲线 等焓线 焓线是否是节流过程线？既为何在推导节流微分效应?J的起迄点落在等焓线上，但过行。节流微分效应?J表达的是力的关系，温度、压力均为状

态参数，其变化与路径无关，所以可以利用等焓线分析推导。 10．既然绝热节流前后焓值不变，为什么作功能力有损失？

答：绝热节流后气体的压力降低，可逆绝热膨胀过程焓降所能作出的功没有作出，导致节流后焓仍然等于节流前。该作出的功没有作出，就产生了作功能力损失。

11．多股气流汇合成一股混合气流称作合流，请导出各股支流都是理想气体的混合气流温度表达式。混合气体的熵值是否等于各股支流熵值之和，为什么？应该怎么计算？

1．利用人工打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部，会发现打气时轻松了一点，工程上压气机气缸常以水冷却或气缸上有肋片，为什么？

答：湿布使打气筒散热增强，气缸水冷或加装肋片也是为了增强散热，从而使压缩过程离开绝热靠近定温，压缩耗功减少。

p.s.，打气筒包裹湿布后耗功减少，人能感觉出来？值得怀疑。 2．既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除它？

答：对于往复式压气机，余隙容积不可能完全消除；对于旋转式压气机，则有可能完全消除。

3．如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法，气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩，这时是否还需要采用分级压缩？为什么？

答：还需要分级压缩。是为了减小余隙容积的影响。但不需要中间冷却。 4．压气机按定温压缩时，气体对外放出热量，而按绝热压缩时，不向外放热，为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济？

答：压气机耗功中有意义的部分是技术功，不考虑宏观动能和势能的变化，就是轴上输入的功（由设备直接加诸气体的机械功），而同样进出口压力定温过程消耗的技术功比绝热过程少，绝热过程消耗的技术功有一部分用于提高气体温度。

5．压气机所需的功可从热力学第一定律能量方程式导出，试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功并用T–s图上面积表示其值。

6．活塞式压气机生产高压气体为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺？ 7．叶轮式压气机不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多消耗功可用图8–11上面积m2s2'nm表示，这是否即是此不可逆过程作功能力损失？为什么？ 8．如图8–13所示的压缩过程程是什么过程？它与不可逆绝在？两者之中哪一过程消耗的

Tp2 2p1 1 Os 图8–13 思考题8–8附图 1–2若是可逆的，则这一过热压缩过程1–2的区别何功大？大多少？