w2；对于过程1-2并不存在过程热量q= q2?q1和过程功w=w2?w1，因此第二个公式也是不成立的。 ⒊ .热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式：

q=?u +w q??u??Pdv

12分别讨论上述两式的适用范围。

答：第一个公式为热力学第一定律的最普遍表达，原则上适用于不作宏观运动的一切系统的所有过程；第二个表达式中由于将过程功表达成?1Pdv，这只是对简单可压缩物质的可逆过程才正确，因此该公式仅适用于简单可压缩物质的可逆过程。 ⒋ .为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量方程式中？

2答：当流体流动时，上游流体为了在下游占有一个位置，必须将相应的下游流体推挤开去，当有流体流进或流出系统时，上、下游流体间的这种推挤关系，就会在系统与外界之间形成一种特有的推动功（推进功或推出功）相互作用。反之，闭口系统由于不存在流体的宏观流动现象，不存在上游流体推挤下游流体的作用，也就没有系统与外间的推动功作用，所以在闭口系统的能量方程式中不会出现推动共项。

⒌ .稳定流动能量方程式（2-16）是否可应用于活塞式压气机这种机械的稳定工况运行的能量分析？为什么？

答：可以。就活塞式压气机这种机械的一个工作周期而言，其工作过程虽是不连续的，但就一段足够长的时间而言（机器的每一工作周期所占的时间相对很短），机器是在不断地进气和排气，因此，对于这种机器的稳定工作情况，稳态稳流的能量

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方程是适用的。 ⒍ .开口系实施稳定流动过程，是否同时满足下列三式：

δQ?dU?δW δQ?dH?δWt

mδQ?dH?dcf2?mgdz?δWi

2上述三式中W、Wt和Wi的相互关系是什么?

答：是的。第一个公式中dU指的是流体流过系统时的热力学能变化，?W是流体流过系统过程中的对外所作的过程功；第二个公式中的?Wt指的是系统的技术功；第三个公式中的?Wi指的是流体流过系统时在系统内部对机器所作的内部功。内部功与机器轴功的区别在于前者不考虑机器的各种机械摩擦，当为可逆机器设备时，两者是相等的。从根本上说来，技术功、内部功均来源于过程功。过程功是技术功与流动功（推出功与推进功之差）的总和；而内部功则是从技术功中扣除了流体的流动动能和重力位能增量之后所剩余的部分。 ⒎ 几股流体汇合成一股流体称为合流，如图2-12所示。工程上几台压气机同时向主气道送气，以及混合式换热器等都有合流的问题。通常合流过程都是绝热的。取1-1、2-2和3-3截面之间的空间为控制体积，列出能量方程式，并导出出口截面上焓值h3的计算式。

答：认为合流过程是绝热、设备不作功的稳态稳流过程，并

图2-12. 合流

忽略流体的宏观动能和重力位能。对所定义的系统，由式

nmdECV121???]out,i??[(h?c2?gz)m?]in,i?WQ???[(h?c?gz)mshaft,id?22 i?1i?1应有能量平衡

?h)out??(mh)in?(mnm?0

?1h1?m?2h2?m?3h3m

7

h3??1h1?m?2h2m?3m

第三章 理想气体的热力性质

⒈ 怎样正确看待\理想气体\这个概念？在进行实际计算时如何决定是否可采用理想气体的一

些公式？

答：理想气体并非是实际存在的一种气体，它只是针对通常存在的多数气体热力性质的一种抽象产物，是实际气体压力趋于零，比容趋于无限大时的极限。与通常的压力和温度比较而言，当实际气体的温度较高，压力较低时，而计算精度要求又不是太高时，可以采用理想气体的一些公式进行计算。

⒉ 气体的摩尔体积Vm是否因气体的种类而异？是否因所处状态不同而异？任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是0.022414m3/mol？

答：同温同压下，任何1摩尔气体都具有相同的容积。但是，若状态不同，气体的摩尔体积不同，只在标准状况下气体的摩尔体积才等于22.4 m3/kmol 。

⒊ 摩尔气体常数R值是否随气体的种类不同或状态不同而异？

答：摩尔气体常数R值恒等于8.3143 kJ/(kmol·K)，不因气体的种类不同或状态不同而异。

⒋ 如果某种工质的状态方程式为Pv = RgT，那么这种工质比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗？

答：理想气体的状态方程式为Pv = RgT，服从这一方程的气体均属理想气体。按照理想气体模型，其热力学能、焓都仅仅是温度的函数。理想气体的比热容与过程的性质有关，也与温度有关，对于一定的过程而言，理想气体的比热容仅是温度的函

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数。

⒌ 对于一种确定的理想气体，(cp ? cv)是否等于定值？cp/cv是否为定值？在不同温度下(cp ? cv)、cp/cv是否总是同一定值？

答：根据迈耶公式，cp ? cv = Rg，对于一种确定的理想气体Rg是一常数，不因温度变化而改变。比热容比cp/cv则不同，它与气体的种类有关，而且，对于一种确定的理想气体它还与气体的温度有关，随温升高而降低。

⒍ 迈耶公式cp ? cv = Rg 是否适用于理想气体混合物？是否适用于实际气体？

答：迈耶公式cp ? cv = Rg也适用于理想气体混合物，这时式中的cp、cv 应是混合气体的比定压热容和比定容热容，对于质量比热容，应有cp = ∑wicp,i ， cv = ∑wicv,i ； Rg是混合气体的折算气体常数，Rg = ∑wiRg,i 。以上wi 为混合气体的质量分数。

迈耶公式不适用于实际气体。

⒎ 试论证热力学能和焓是状态参数。理想气体热力学能和焓有何特点？

答：所谓热力学能是指因物质内部分子作热运动的所具有的内动能，分子间存在相互作用力而相应具有的内位能、维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原子能，以及电磁场作用下的电磁能等。在无化学反应、原子核反应的情况下，物质的化学能和原子核能无变化，可不予考虑，物质的热力学能变化仅包含内动能和内位能的变化。

根据分子运动论和量子理论，普遍说来分子热运动所具有的内动能是温度的函数，而内位能则是温度和比体积的函数，即物质的热力学能

1

a b c 2 9

热力学能是状态参数的论证 是物质的状态参数。

根据热力学第一定律，工质从状态1经某种热力过程变化到状态2时，有能量平衡关系

dQ?dU?dW

从另一方面说来，当工质经历热力循环时，应有循环的净热量等于循环的净功：

?dQ??dW

即

?(dQ?dW)?0

①

如此，对于如图所示的1a2c1和1b2c1两个热力循环，应有

?1a2(dQ?dW)??2c1(dQ?dW)?0 及

?1b2(dQ?dW)??2c1(dQ?dW)?0 对比两式，可见

?1a2(dQ?dW)??1b2(dQ?dW)

②

由热力学第一定律的表达式，根据式①及②有

?dU?0

及

?dU??dU 1a21b2这表明函数dU的积分与路径无关，即dU是某个状态参数的全微分，可见热力学能U为状态参数。

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