《工程熱力學》沈維道主編第四版課後思想題答案（1~5章）
第1章基本概念
⒈閉口系與外界無物質交換，系統內質量將保持恆定，那麼，系統內質量保持恆定的熱力系一定是閉口系統嗎?
答：否。當乙個控制質量的質量入流率與質量出流率相等時（如穩態穩流系統），系統內的質量將保持恆定不變。
⒉有人認為，開口系統中系統與外界有物質交換，而物質又與能量不可分割，所以開口系不可能是絕熱系。這種觀點對不對，為什麼?
答：不對。「絕熱系」指的是過程中與外界無熱量交換的系統。
熱量是指過程中系統與外界間以熱的方式交換的能量，是過程量，過程一旦結束就無所謂「熱量」。物質並不「擁有」熱量。乙個系統能否絕熱與其邊界是否對物質流開放無關。
⒊平衡狀態與穩定狀態有何區別和聯絡，平衡狀態與均勻狀態有何區別和聯絡?
答：「平衡狀態」與「穩定狀態」的概念均指系統的狀態不隨時間而變化，這是它們的共同點；但平衡狀態要求的是在沒有外界作用下保持不變；而平衡狀態則一般指在外界作用下保持不變，這是它們的區別所在。
⒋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會改變嗎？在絕對壓力計算公式
中，當地大氣壓是否必定是環境大氣壓?
答：可能會的。因為壓力表上的讀數為表壓力，是工質真實壓力與環境介質壓力之差。
環境介質壓力，譬如大氣壓力，是地面以上空氣柱的重量所造成的，它隨著各地的緯度、高度和氣候條件不同而有所變化，因此，即使工質的絕對壓力不變，表壓力和真空度仍有可能變化。
「當地大氣壓」並非就是環境大氣壓。準確地說，計算式中的pb應是「當地環境介質」的壓力，而不是隨便任何其它意義上的「大氣壓力」，或被視為不變的「環境大氣壓力」。
⒌溫度計測溫的基本原理是什麼?
答：溫度計對溫度的測量建立在熱力學第零定律原理之上。它利用了「溫度是相互熱平衡的系統所具有的一種同一熱力性質」，這一性質就是「溫度」的概念。
⒍經驗溫標的缺點是什麼?為什麼?
答：由選定的任意一種測溫物質的某種物理性質，採用任意一種溫度標定規則所得到的溫標稱為經驗溫標。由於經驗溫標依賴於測溫物質的性質，當選用不同測溫物質製作溫度計、採用不同的物理性質作為溫度的標誌來測量溫度時，除選定的基準點外，在其它溫度上，不同的溫度計對同一溫度可能會給出不同測定值（儘管差值可能是微小的），因而任何一種經驗溫標都不能作為度量溫度的標準。
這便是經驗溫標的根本缺點。
⒎促使系統狀態變化的原因是什麼?舉例說明。
答：分兩種不同情況：
⑴若系統原本不處於平衡狀態，系統內各部分間存在著不平衡勢差，則在不平衡勢差的作用下，各個部分發生相互作用，系統的狀態將發生變化。例如，將一塊燒熱了的鐵扔進一盆水中，對於水和該鐵塊構成的系統說來，由於水和鐵塊之間存在著溫度差別，起初系統處於熱不平衡的狀態。這種情況下，無需外界給予系統任何作用，系統也會因鐵塊對水放出熱量而發生狀態變化：
鐵塊的溫度逐漸降低，水的溫度逐漸公升高，最終系統從熱不平衡的狀態過渡到一種新的熱平衡狀態；
⑵若系統原處於平衡狀態，則只有在外界的作用下（作功或傳熱）系統的狀態才會發生變。
⒏圖1-16a、b所示容器為剛性容器：⑴將容器分成兩部分。一部分裝氣體，一部分抽成真空，中間是隔板。若突然抽去隔板，氣體(系統)是否作功？
⑵設真空部分裝有許多隔板，每抽去一塊隔板讓氣體先恢復平衡再抽去一塊，問氣體(系統)是否作功？
⑶上述兩種情況從初態變化到終態，其過程是否都可在p-v圖上表示？
答：⑴；受剛性容器的約束，氣體與外界間無任何力的作用，氣體（系統）不對外界作功；
⑵b情況下系統也與外界無力的作用，因此系統不對外界作功；
⑶a中所示的情況為氣體向真空膨脹(自由膨脹)的過程，是典型的不可逆過程。過程中氣體不可能處於平衡狀態，因此該過程不能在p-v圖上示出；b中的情況與a有所不同，若隔板數量足夠多，每當抽去一塊隔板時，氣體只作極微小的膨脹，因而可認為過程中氣體始終處在一種無限接近平衡的狀態中，即氣體經歷的是一種準靜過程，這種過程可以在p-v圖上用實線表示出來。
⒐經歷乙個不可逆過程後，系統能否恢復原來狀態？包括系統和外界的整個系統能否恢復原來狀態？答：
所謂過程不可逆，是指一併完成該過程的逆過程後，系統和它的外界不可能同時恢復到他們的原來狀態，並非簡單地指系統不可能回覆到原態。同理，系統經歷正、逆過程後恢復到了原態也並不就意味著過程是可逆的；過程是否可逆，還得看與之發生過相互作用的所有外界是否也全都回覆到了原來的狀態，沒有遺留下任何變化。原則上說來經歷乙個不可逆過程後系統是可能恢復到原來狀態的，只是包括系統和外界在內的整個系統則一定不能恢復原來狀態。
⒑系統經歷一可逆正向迴圈及其逆向可逆迴圈後，系統和外界有什麼變化？若上述正向及逆向迴圈中有不可逆因素，則系統及外界有什麼變化？
答：系統完成乙個迴圈後接著又完成其逆向迴圈時，無論迴圈可逆與否，系統的狀態都不會有什麼變化。根據可逆的概念，當系統完成可逆過程（包括迴圈）後接著又完成其逆向過程時，與之發生相互作用的外界也應一一回覆到原來的狀態，不遺留下任何變化；若迴圈中存在著不可逆因素，系統完成的是不可逆迴圈時，雖然系統回覆到原來狀態，但在外界一定會遺留下某種永遠無法復原的變化。
（注意：系統完成任何乙個迴圈後都恢復到原來的狀態，但並沒有完成其「逆過程」，因此不存在其外界是否「也恢復到原來狀態」的問題。一般說來，系統進行任何一種迴圈後都必然會在外界產生某種效應，如熱變功，製冷等，從而使外界有了變化。
）⒒工質及氣缸、活塞組成的系統經迴圈後，系統輸出的功中是否要減去活塞排斥大氣功才是有用功？
答：不需要。由於活塞也包含在系統內，既然系統完成的是迴圈過程，從總的結果看來活塞並未改變其位置，實際上不存在排斥大氣的作用。
第2章熱力學第一定律
⒈剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，a中存有高壓空氣，b中保持真空，如圖2--11所示。若將隔板抽去，分析容器中空氣的熱力學能如何變化？若隔板上有一小孔，氣體洩漏人b中，分析a、b兩部分壓力相同時a、b兩部分氣體的比熱力學能如何變化？
答:⑴定義容器內的氣體為系統，這是乙個控制質量。
由於氣體向真空作無阻自由膨脹，不對外界作功，過程功w=0；容器又是絕熱的，過程的熱量
q=0，因此，根據熱力學第一定律q=△u+w，應有△u=0，即容器中氣體的總熱力學能不變，
膨脹後當氣體重新回覆到熱力學平衡狀態時，其比熱力學能亦與原來一樣，沒有變化；若為理想氣體，則其溫度不變。
⑵當隔板上有一小孔，氣體從a洩漏人b中，若隔板為良好導熱體，a、b兩部分氣體時刻應有相同的溫度，當a、b兩部分氣體壓力相同時，a、b兩部分氣體處於熱力學平衡狀態，情況像上述作自由膨脹時一樣，兩部分氣體將有相同的比熱力學能，按其容積比分配氣體的總熱力學能；若隔板為絕熱體，則過程為a對b的充氣過程，由於a部分氣體需對進入b的那一部分氣體作推進功，充氣的結果其比熱力學能將比原來減少，b部分氣體的比熱力學能則會比原來公升高，最終兩部分氣體的壓力會達到平衡，但a部分氣體的溫度將比b部分的低（見習題4-22）。
⒉熱力學第一定律的能量方程式是否可寫成
的形式，為什麼？
答：⑴熱力學第一定律的基本表示式是：
過程熱量=工質的熱力學能變化+過程功
第乙個公式中的pv並非過程功的正確表達，因此該式是不成立的；
⑵熱量和功過程功都是過程的函式，並非狀態的函式，對應於狀態1和2並不存在什麼q1、q2和w1、w2；對於過程1-2並不存在過程熱量和過程功，因此第二個公式也是不成立的。
⒊.熱力學第一定律解析式有時寫成下列兩種形式：
分別討論上述兩式的適用範圍。
答：第乙個公式為熱力學第一定律的最普遍表達，原則上適用於不作巨集觀運動的一切系統的所有過程；第二個表示式中由於將過程功表達成
這只是對簡單可壓縮物質的可逆過程才正確，因此該公式僅適用於簡單可壓縮物質的可逆過程。
⒋.為什麼推動功出現在開口系能量方程式中，而不出現在閉口系能量方程式中？
答：當流體流動時，上游流體為了在下游占有乙個位置，必須將相應的下游流體推擠開去，當有流體流進或流出系統時，上、下游流體間的這種推擠關係，就會在系統與外界之間形成一種特有的推動功（推進功或推出功）相互作用。反之，閉口系統由於不存在流體的巨集觀流動現象，不存在上游流體推擠下游流體的作用，也就沒有系統與外間的推動功作用，所以在閉口系統的能量方程式中不會出現推動功項。
⒌.穩定流動能量方程式（2-16）是否可應用於活塞式壓氣機這種機械的穩定工況執行的能量分析？為什麼？
答：可以。就活塞式壓氣機這種機械的乙個工作週期而言，其工作過程雖是不連續的，但就一段足夠長的時間而言（機器的每一工作週期所佔的時間相對很短），機器是在不斷地進氣和排氣，因此，對於這種機器的穩定工作情況，穩態穩流的能量方程是適用的。
⒍.開口系實施穩定流動過程，是否同時滿足下列三式
上述三式中w、wt和wi的相互關係是什麼?
答：是的，同時滿足該三個公式。
第乙個公式中du指的是流體流過系統時的熱力學能變化，δw是流體流過系統的過程中對外所作的過程功；第二個公式中的δwt指的是系統的技術功；第三個公式中的δwi指的是流體流過系統時在系統內部對機器所作的內部功。對通常的熱工裝置說來，所謂「內部功」與機器軸功的區別在於前者不考慮機器的各種機械摩擦，當為可逆機器裝置時，兩者是相等的。從根本上說來，技術功、內部功均**於過程功。
過程功是技術功與流動功（推出功與推進功之差）的總和；而內部功則是從技術功中扣除了流體流動動能和重力位能的增量之後所剩餘的部分。
⒎幾股流體匯合成一股流體稱為合流，如圖2-12所示。工程上幾台壓氣機同時向主氣道送氣，以及混合式換熱器等都有合流的問題。通常合流過程都是絕熱的。
取1-1、2-2和3-3截面之間的空間為控制體積，列出能量方程式，並匯出出口截面上焓值h3的計算式
答：認為合流過程是絕熱的穩態穩流過程，系統不作軸功，並忽略流體的巨集觀動能和重力位能。對所定義的系統，由式(2-28)
工程熱力學
第2章理想氣體的性質 2.1 本章基本要求 熟練掌握理想氣體狀態方程的各種表述形式，並能熟練應用理想氣體狀態方程及理想氣體定值比熱進行各種熱力計算。並掌握理想氣體平均比熱的概念和計算方法。理解混合氣體性質，掌握混合氣體分壓力 分容積的概念。2.2 本章難點 1 運用理想氣體狀態方程確定氣體的數量和體...
工程熱力學試卷 A卷答案
課程名稱 工程熱力學 學生姓名班級學號 一 判斷題 對劃 錯劃 每小題1分，共10分 1 壓力計測量的是工質的真實壓力 或稱絕對壓力 2 實現準平衡過程的條件是驅動過程進行的勢差無限小 3 理想氣體的焓是溫度的單值函式，理想氣體的熵也只單值地取決於溫度 4 已知溼蒸汽的溫度和壓力，則可確定溼蒸汽的狀...
工程熱力學試題附答案
一 判斷命題是否正確，錯誤的加以改正 1 氣體膨脹時一定對外作功，壓縮時一定消耗外功。答 氣體膨脹時不一定對外作功，壓縮時一定消耗外功。2 氣體吸熱後溫度一定公升高，熵也一定增加。答 氣體吸熱後溫度不一定公升高，熵也一定增加。3 工質在開口絕熱系中作不可逆穩定流動，系統的熵增加。答 工質在開口絕熱系...