第一章基本概念练习题

第一章基本概念练习题 1.1填空题（1）热力系统不受外界影响是指系统与外界间没有( )的交换。（2）只有（）状态才能用参数坐标图上的点表示。（3）一个可逆过程必须是（）过程，而且在过程中没有（）。（4）热力学规定：工质膨胀做功为（），表示（），工质被压缩耗功为（），表示（）。 1.2是非判断及改错题（1）若系统内的质量保持恒定不变，则该系统必定是闭口系统。

（2）稳定状态就是平衡状态。 （3）系统从某一平衡状态变化到另一个平衡状态，其内能的变化量与过程特性无关。（4）可逆过程就是工质可以逆向进行回复到原态的过程。（5）非静态过程一定是不可逆过程。（6）只要满足或中的任一式,这个x就是状态参数。 1.3分析、论述、证明题（1）只要不存在任何性质的耗散效应就一定不会产生能看的不可逆损耗吗？

（2）如图1-1所示用隔板将容器分成两部分，一部分装有气体，另一部分抽成真空，中间是隔板，问:（2）如图1-1所示用隔板将容器分成两部分，一部分装有气体，另一部分抽成真空，中间是隔板，问: 1）若突然抽去隔板，气体（系统）是否做功？ 2）设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板先恢复平衡再抽下一块，问气体（系统）是否做功？ 3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p-v图上表示？图 1-1

1.4 什么是准平衡过程？引进这个概念在工程上有什么好处。 1.5 有两个完全相同的风扇，一个置于海平面，另一个置于高山顶，并以相同的转速运行。试比较1）容积流量；2）质量流量的大小。

1.5 门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行，若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面，感到凉爽。于是有人就想通过敞开的冰箱大门达到降低室内温度的目的，你认为这种想法可行吗？解：(1)按题意，以门窗紧闭的房间为分析对象，可看成绝热的闭口系统与外界无热量交换，Q=0，如图(a)所示。当安置在系统内部的电冰箱运转时，将有电功输入系统，即w为负。因此按照闭口系统能量方程：

室内空气的内能将增加，温度将上升。可见此种想法不但不能达到降温目的，将反而使室内温有所升高。室内空气的内能将增加，温度将上升。可见此种想法不但不能达到降温目的，将反而使室内温有所升高。 (2)若以电冰箱为系统进行分析，其工作原理如右图示(b)．耗功W后连同从冰室内取出的冷量Q。一同通过散热片排放到室内，使室内温度升高。

1.6 铜棒的一端与高温热源( )接触，另一端与低温热源( )接触，其表面与外界绝热，如下图所示．经历较长时间后，铜棒内各截面的温度不再随时间变化，试问铜棒是否处于平衡态？解：若取铜俸为闭口系统，铜棒内各截面温度虽不随时间变化，但受到高温热源与低温热源的外部作用，按找平衡态的定义，铜棒并没有处于平衡态，只是达到了稳定状态．

一旦取掉高温热源与低温热源的外部作用，铜棒内部截面温度必定随时间发生变化，直到温度均匀止．一旦取掉高温热源与低温热源的外部作用，铜棒内部截面温度必定随时间发生变化，直到温度均匀止．说明；由此例可见要注意区分稳定与乎衡两种不同的概念。稳定状态时状态参数虽不随时间改变，伹它是靠外界影响来维持的．平衡状态是不受外界影响时参数不随时间变化的状态。两者有所区别，但又有联系，平衡必稳定，稳定未必平衡。

1.7 一刚性绝热容器内充有水和水蒸汽的混合物，它们的温度与压力分别相等．不随时间变化。试问汽水混合物是否已处于平衡态？汽水混合物的各种参数量是否到处均匀？解：如右图所示的刚性绝热容器内，水和水蒸汽的压力相等，温度相等，均不随时间变化，而且不受外界的影响，因此该汽水混合物已处于平衡状态。处于平衡态的汽水混合物中，汽相与液相的密度显然不同。因此即使处于平衡态的系统内部，各种参数并不一定均匀。

说明：本例说明，系统内部各种参数均匀的必定平衡，反之平衡的未必各种参数都是均匀的，即均匀必平衡，平衡未必均匀.说明：本例说明，系统内部各种参数均匀的必定平衡，反之平衡的未必各种参数都是均匀的，即均匀必平衡，平衡未必均匀. 当然对于由单相物质组成的系统，均匀必平衡，平衡也必均匀(由于重力场的影响引起内部压力的不同除外，因为平衡态定义中已明确指出不受外界影响中不包括重力场的作用)．

1.8 试说明平衡状态的特征及其实现的条件？ 解：由平衡态的定义可以看出，凡处于乎衡态的系统，其特征是参数比随时间变化，而且除复相系统和重力场的影响外，参数均匀。实现平衡的必要条件是系统内部或系统与外界之间不存在各种不平衡势。换言之．各种不平衡势的消失足系统实现平衡态的必要条件。

1.9 判断下列过程中哪些是可逆的、不可逆的、可以是可逆的，并扼要说明不可逆原因. （1）对刚性容器内的水加热使其在恒温下蒸发；（2）对刚性容器内的水作功使其在恒温下蒸发；（3）对刚性容器中的空气缓慢加热使其从50摄氏度升温到100摄氏度；（4）定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被慢慢压缩；（5）100摄氏度的蒸汽流与25摄氏度的水流绝热混合；（6）在水冷摩托发动机气缸中的热燃气随活塞迅速移动而膨胀；

(7)气缸中充有水，水上面有无摩擦的活塞，缓慢地对水加热使之蒸发；(7)气缸中充有水，水上面有无摩擦的活塞，缓慢地对水加热使之蒸发；解（1）可以是可逆过程．也可以是不可逆过程，取决于热源温度与水温是否相等。若两者不等，则存在外部的传热不可逆因素．便是不可逆过程。（2）对刚性容器内的水作功，只可能是搅拌功，伴有摩擦扰动，因而有内不可逆囚衰．是不可逆过程．（3）可以是可逆的．也可以是不可逆的．取决于热源湿度与空气温度是否随时相等或随时保持天限小的温差．其他几个小题请读者自行分析.

1.10试判断下列叙述是否准确，说明理由。 （1）平衡态是系统的热力状态参数不随时间变化的状态。（2）不可逆的热力过程是指工质逆过程无法恢复到初始状态的过程。（3）由于准平衡过程都是微小偏离平衡态的过程．故从质上说属于可逆过程。（4）工质发生热量交换，状态参数中只有一个参数必然要发生变化．这个参数就是温度。（5）任何可逆过程部是准静态过程．

（6）封闭系统是指系统内的工质不发生宏观位移的那些系统。（6）封闭系统是指系统内的工质不发生宏观位移的那些系统。（7）闭口系统进行一个过程后，如果熵减少了，肯定是向外界放出了热量。 1.11气体初态为，，在压力为定值的条件下膨胀到，求气体膨胀所作的功。

1.12 1kg气体经历如下图所示的循环，A到B为直线变化过程．B列C为定容过程，C到A为定压过程，试求循环的净功量。如果循环为A-B-C-A则净功量有何变化?

第二章工质的性质 2.1填空题（1）适用于（）气体、（）系统的（）过。（2）适用于（）气体、（）系统的（）过程。

2.2 不加任何水分是否可从不饱和空气得到饱和空气？为什么？ 2.3 张三和李四都戴眼镜。在大冷的冬天，张三从室外进入暖和的室内，而李四从暖和的室内到室外，问谁的眼镜更容易更容易蒙上水雾？ 2.4 在有的冬季的清晨，清除汽车挡风玻璃上的冰雪是日常零星杂务。试说明：即使夜晚没有下雨雪，为什么汽车挡风玻璃上形成冰？ 2.5 你认为人体舒适最有关的是比湿度还是相对湿度 2.6 如何解释盘中的水在冬天和夏天会有不同的蒸发速率？

2.7 冬天洗热水澡时，浴室镜面会有水汽形成，为什么？ 2.8 两股不饱和的空气流绝热混合，在焓湿图上如何确定混合物的状态点。 2.9 自然通风冷却塔是如何工作的？

第三章热力学第一定律 3.1、填空题（1）稳定流动的能量方程为（）；用于汽轮机，可简化为（）；用于压气机，可简化为（）；用于换热器，可简化为（）；用于管道，可简化为（）。（2）适用于（）工质、（）系统、（）过程。（3）适用于（）工质、（）系统、（）过程。 3.2、是非判断及改错题：

（1）系统吸热后，温度必定升高。 （2）系统吸热后，其内能必定增加。（3）随工质流动所迁移的能量是焓。（4）开口系统对外作的技术功总可以用计算。（5）开口系统稳定流动时可同时满足下列三个公式： 1） 2） 3）

3.3分析、论述、证明题 （1）开口系统中焓有什么物理意义？在闭口系统中是否存在焓这个物理量？（2）请改正下列公式并说明理由： 1） 2） 3）

（3）稳定流动过程能够同时满足下列三个公式，为什么？（3）稳定流动过程能够同时满足下列三个公式，为什么？ 1） 2） 3）

3.4 两间门窗全关的相同房间，一间室内有冰箱，另一间没有。问哪一间房间比较暖和？ 3.5在节流过程中流体温度从30℃降到-20℃，这是过程绝热吗？ 3.6一个绝热刚性容器初始处于真空状态，打开阀门后，参数为1amt(101.321kPa)和21℃的空气进入，直到容器内压力达到1amt(101.321kPa)后关闭阀门。这时的容器内的温度比 21℃高呢还是低?还是一样？

3.7 如右图所示，lkg理想气体，自状态1 变化到状态2 ，若第一次变化过程沿1一3一2进行．第二次沿1—2进行．分别计算这两个过程中，气体所作的膨账功．解（1）计算132过程的膨胀功：由于该过程可以图示在图书上说明此过程必是准静态过程，可用式（2-1）计算膨胀功。解法一：

(2)计算12过程的膨胀功

解法二： 说明（1）凡是能在p-υ图上用实线表示的过程必是准静态过程。（2）计算准静态过程的膨胀功不仅可以用公式求的，也可以在p-υ图上过程线下的面积来求得

3.8判断下列说法是否正确： （1）工质吸热后必然膨胀；（2）理想气体放热后温度必然下降；（3）应设法利用烟气离开锅炉时带走的热量例2．11 判断下列公式是否正确，若正确，指出应用条件(系统、工质、过程及其它条件）

3.9 1kg空气由膨胀到 得到热量506kJ,如果该空气在相同的初、终态间作第二次膨胀，仅加入热量39kJ，求（1）第一次膨胀中空气的内能增加丁多少？（2）第二次膨胀中空气作了多少功？（3）第二次膨胀中空气内能增加了多生? 例2.4 定量工质，经历一个由四个过程组成的循环，试填充下表中所缺的数据，并判断是热机循环还是制冷循环。

解：因为

所以得因为所以该循环是热机循环

3.10请判断下列叙述是否正确，并说明理由； 1.工质的焓代表用状态函数（），描述的其部分能量。 2.水泵向高压锅炉房泵水。它消耗的功量都转变为水的动能、位能和克服管道摩擦所作的功。 3.工质膨胀时必须对其加热。 4.工质可以边膨胀边放热。

5.工质吸热后内能一定增加。 6.对工质加热，其温度反而降低。 7.气体膨胀时，一定对外做功。 8.气体压缩时，一定消耗外功。 9.对于一缩放喷管，在一定时随着的下降喷管出口的速度不断增加，因而流量也越来越大。

第四章理想气体热力过程 4.1填空题：（1）当把一定量的气体自相同初态压缩到相同的终压时，经可逆绝热压缩过程的终态温度将比可逆定温压缩过程的终态温度（），即（）；经可逆多变压缩过程的终点温度（）。（2）活塞式压气机由于有（）存在，致使汽缸的有效吸气容积（）汽缸排量。（3）（）与（）之比称为余隙容积比。（4）在相同的余隙容积之下，如果增压比（），则有效进气容积（），达到某一极限时，则完全不能进气。

（5）采用多级压缩压缩和级间冷却的主要目的是（）、（）及（）。（5）采用多级压缩压缩和级间冷却的主要目的是（）、（）及（）。（6）选择多级压气机中间压力应收到如下结果：每级压气机（）相等；（）相同；（）相等。（7）由于有（）、（）等因素的存在，活塞式压气机实际压缩过程要比理想的可逆压缩过程要比理想的可逆压缩过程的耗功量（）。 4.2是非判断及改错题：（1）压气机按其产生压缩气体的压力范围不同可分为离心式通风机和轴流式通风机两种型式。

（2）按压气机的构造和工作原理可分为活塞式压气机和叶轮式压气机及引射式压缩器。（2）按压气机的构造和工作原理可分为活塞式压气机和叶轮式压气机及引射式压缩器。（3）当把一定量的气体从相同的初态压缩到相同的终态时，以可逆定温压缩过程最为省功。（4）两级压缩中间冷却的压气机装置，每级采用的增压比相等时，压气机的总耗功将最少。（5）只要单级活塞式压气机的材质允许，增压比越高越好。（6）多级压气机的级间冷却主要是为了控制压缩终了的温度和减少增压比过高对容积效率产生的影响。（7）受余隙容积的影响，压缩同量的气体到相同的增压比，所消耗的机械功将比无余隙容积影响时要大。

（8）当压缩同样数量的气体时，若余隙容积越小，所需使用的汽缸尺寸也可以相应减小。（8）当压缩同样数量的气体时，若余隙容积越小，所需使用的汽缸尺寸也可以相应减小。 4.3分析、论述、证明题：（1）多级压缩的中间冷却器有什么作用？为什么采用多级压缩中间冷却？（2）为何称余隙容积为有害容积？

4.4是非判断及改错题： （1）定容过程换热量公式适用于任何工质、可逆与不可逆定容过程。（2）从相同的初态，压缩到相同的终压，可逆绝热压缩消耗的技术功比边压缩，边放热消耗的技术功小。（3）使工质既膨胀又升压的过程是不能实现的。（4）工质吸热时，压力升高，温度升高，比容必定增大。（5）理想气体吸热时，压力升高，温度升高，比容必定不变。

（6）多变过程技术功的绝对值一定大于膨胀功的绝对值。（6）多变过程技术功的绝对值一定大于膨胀功的绝对值。（7）工质既受压缩，又降温，又降压的过程是不可能的。（8）工质完成一个循环后，一定对外做功。（9）多变指数1<n<k时的多变过程，气体所作的膨胀功大于气体的吸热量。（10）工质在定温过程中，因没有温差，故没有热量传递。

4.5 压缩机采用级间冷却有啥好处？ 4.6 对具有理想级间冷却的压缩机，选择各级压比的一般原则是什么？ 4.7 为什么对往复式压缩机，性能系数采用等温效率；而对旋转式压缩机，性能系数采用等熵效率？

4.8分析、论述、证明题 （1）某理想气体在T-S图上有四个过程，如图4-8所示，在P-TV图上画出这四个过程,并对每一个过程说明是加热还是放热,是膨胀还是压缩的过程。

第五章热力学第二定律练习题 5.1、填空题（1）不需要任何条件而可单独地自动进行的过程称为（），这类过程都是（）。（2）不可逆循环的热效率，必定低于（）可逆循环的热效率。（3）写出三种热力学第二定律的数学表达式（）、（）、（）。（4）孤立系统的熵可以（），也可以（），但不可能（）。

5.2是非判断及改错题： （1）只有一个热源是不可能实现热变功的。（2）所有可逆循环的热效率都等于。（3）任何不可逆循环都必有。（4）系统没有从外界吸热，系统的熵不可能增大。（5）自发过程是不可逆的。（6）使系统熵增加的过程一定是不可逆过程。（7）系统经过一个可逆过程后，其熵变为（8）工作在温度分别为和的两个相同恒温热源间的一切热机，其循环热效率均相等。

5.3 如果一台窗式空调机放在室内桌子上运行，问室温上升、下降、还是维持不变？ 5.4 制冷循环的性能系数能否小于1或大于1？那么对热泵循环的性能系数又咋样? 5.5 某人声称用120℃的高压水蒸气通过传热将少量的水的温度提高到150℃。这合理吗？ 5.6 用热泵对房子采暖，其性能系数为2.5。即，热泵没消耗1kWh电力就给房间供热2.5Wh。这是否违反第一定律？为什么？ 5.7 某人声称开发出电阻加热器每消耗1kwh电力就给房间供热1.2wh。这合理吗?是永动机吗？为什么？

5.8冬季利用热泵从大气中抽取热量用以维持15℃的室温。当室内温度与大气温度相差1 ℃时，通过墙壁与大气交换的热流量约0.65W/K，求： (1)如果大气温度为一15 ℃，驱动热泵所需的最小功率是多少。 (2)夏季，将同一台热泵用于室内空调，热泵输入功率及温差为1 ℃时通过墙壁与大气交换的热量同上。如要维持室温15 ℃，问最大允许的大气温度是多少度?

解（1）热泵供给室内的热流量 供暖系数所需最小功率

(2)从室内吸热率 可逆制冷机的制冷系数

5.9 某循环在700K的热源及400K的冷源之间工作．如下图所示，试判断是热机循环？还是制冷循环？是可逆循环？还是不可逆循环？解：根据热力学第一定律，无沦是热机机循环．还是制冷循环；

无论可逆与否，都有

第一章 基本概念 练习题