工程热力学思考题及答案-第-六-章

1沈维道、将智敏、童钧耕《工程热力学》课后思考题答案工程热力学思考题及答案第六章实际气体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为理想气体处理？答：理想气体模型中忽略了气体分子间的作用力和气体分子所占据的体积。实际气体只有在高温低压状态下，其性质和理想气体相近。或者在常温常压下，那些不易液化的气体，如氧气、氦气、空气等的性质与理想气体相似，可以将它们看作理想气体，使研究的问题简化。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：压缩因子为温度、压力相同时的实际气体比体积与理想气体比体积之比。压缩因子不仅随气体的种类而且随其状态而异，故每种气体应有不同的),(TpfZ=曲线。因此不能取常数。3.范德瓦尔方程的精度不高，但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？答：范德瓦尔方程其计算精度虽然不高，但范德瓦尔方程式的价值在于能近似地反映实际气体性质方面的特征，并为实际气体状态方程式的研究开拓了道路，因此具有较高的地位。4.范德瓦尔方程中的物性常数a和b可以由试验数据拟合得到，也可以由物质的crcrcrvpT、、计算得到，需要较高的精度时应采用哪种方法，为什么？答：当需要较高的精度时应采用实验数据拟和得到a、b。利用临界压力和临界温度计算得到的a、b值是近似的。5.什么叫对应态原理？为什么要引入对应态原理？什么是对比参数？答：在相同的压力与温度下，不同气体的比体积是不同的，但是只要他们的rp和rT分别相同，他们的rv必定相同这就是对应态原理，0),,(=rrrvTpf。对应态原理并不是十分精确，但大致是正确的。它可以使我们在缺乏详细资料的情况下，能借助某一资料充分的参考流体的热力性质来估算其他流体的性质。相对于临界参数的对比值叫做对比参数。对比温度cTTrT=，对比压力cpprp=，对比比体积cvvrv=。6.什么是特性函数？试说明),(psuu=是否是特性函数。答：对简单可压缩的系统，任意一个状态参数都可以表示成另外两个独立参数的函数。其中，某些状态参数若表示成特定的两个独立参数的函数时，只需一个状态函数就可以确定系统的其它参数，这样的函数就称为“特性函数”由函数),(psuu=知dppudssuduvp⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=且pdvTdsdu−=将两公式进行对比则有psuT⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=，但是对于比容无法用该函数表示出来，所以此函数不是特性函数。7.如何利用状态方程和热力学一般关系求取实际气体的shuΔΔΔ、、？答：将状态方程进行求导，然后带入热力学能、焓或熵的一般关系式，在进行积分。8.试导出以pT,及vp,为独立变量的du方程及以vT,及pv,为独立变量的dh方程。2答：以pT,为独立变量时),(pTuu=,将第二ds方程dpTvdTTcdspp)(∂∂−=代入pdvTdsdu−=同时，dppvdTTvdvTp⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=得到dpTvTpvpdTTvpcdupTpp⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂−⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂−=同理：以pv,为独立变量时),(pvuu=,将第三ds方程dvvTTcdpvTTcdsppvv)()(∂∂+∂∂=代入pdvTdsdu−=，得到dvpvTcdppTcduppvv⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡−⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂=以vT,为独立变量时),(vphh=，将第一ds方程代入vdpTdsdh+=得dvvpvTpTdTTpvcdhTvvv⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+=以vp,为独立变量时),(vThh=，将第三ds方程代入vdpTdsdh+=得dvvTcdppTcvdhppvv⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+=9.本章导出的关于热力学能、焓、熵的一般关系式是否可用于不可逆过程？答：热力学能、焓、熵都是状态参数，计算两个平衡状态之间的变量可任意选择其过程。所以同样适用于不可逆过程。10.试根据比热容的一般关系式分析水的比定压热容和比定容热容的关系。答：比热容一般关系式：TPvpvpTvTcc)()(2∂∂∂∂−=−对于液态水，在压力不变条件下，比容随温度的变化很小，因而cp-cv≈0。即：液态和固态物质一般不区分定压比热与定容比热，而气体cp≠cv，要区分。11.水的相图和一般物质的相图区别在哪里？为什么？答：与水的相图比较，显著的差别是固液二相平衡线的倾斜方向不同，由于液态水凝固时容积增大，依据克拉贝隆-克劳修斯方程固液相平衡曲线的斜率为负。而其他物质则相反。