工程熱力學復習題集

1、.word.zl-二、1.提高新蒸汽的溫度、壓力和降低乏汽壓力理論上都可以提高郎肯循環(huán)熱效率。正確.飽和濕蒸汽的溫度和壓力不能確定它的其他狀態(tài)參數(shù)。錯誤.只要氣體的比熱容是常數(shù)，Cp-Cv=Rg.錯誤.準靜態(tài)過程一定是可逆過程錯誤5噴管穩(wěn)定流動的氣體在各截面上的流速不同，但各截面的流量一樣正確.理想氣體只有取定比熱容時，才能滿足邁耶公式Cp-Cv=R錯誤.穩(wěn)定狀態(tài)不一定是平衡狀態(tài)正確8絕熱閉口系的燧增就是孤立系的燧增錯誤9絕熱節(jié)流后氣體的溫度可能升高。錯誤.飽和濕蒸汽的干球溫度等于濕球溫度等于露點溫度正確.容器中氣體的壓力不變，那么壓力表的讀數(shù)絕對不變錯誤.飽和濕蒸汽的溫度和壓力不能確定其他狀

2、態(tài)參數(shù)正確.水蒸氣在等壓汽化過程中溫度不變正確.第二永動機違反了熱力學第一和第二定律錯誤.處于平衡狀態(tài)勢力系統(tǒng)應具有均勻一致的溫度和壓力正確.郎肯循環(huán)根底上實現(xiàn)再熱可提高循環(huán)熱效率正確.理想氣體的比熱容隨氣體種類不同各異，但對某種理想氣體而言，比熱容為常數(shù)。錯誤.熱力過程中，工質向外界放熱，其溫度不一定降低正確.不存在400的液態(tài)水。正確.余隙容積是必需的但又是有害的，所以我們在設計氣機的時候應盡量降低余隙容積。正確.熱量只適用于定溫定嫡過程。錯.節(jié)流過程是一個等烙過程。錯誤23嫡減的過程是可以發(fā)生的錯誤.工質的經(jīng)一不可逆循環(huán)其燧一定增加錯誤.第一永動機違反了熱力學第一定律正確熱力過程中，工質

3、對外放熱溫度一定降低錯誤27.工質絕熱節(jié)流后烙不變，壓力不變，溫度不定嫡增大錯誤28某絕熱蒸汽輪機相對效率為 0.91,蒸汽在該汽輪機中做功嫡不變錯誤29理想氣體的音速c=JkRgT正確30不可逆過程可自發(fā)進展正確31燃機理論循環(huán)中壓縮比愈大，其理論效率越高正確閉口系與外界無物質交換，系統(tǒng)質量將保持恒定，那么，系統(tǒng)質量保持恒定的熱力系一定是閉口系統(tǒng)嗎？答：否。當一個控制質量的質量入流率與質量出流率相等時如穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)，系統(tǒng)的質量將保持恒定不變。開口系統(tǒng)中系統(tǒng)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，為什么？答：不對?！敖^熱系”指的是過程中與外界無熱量交

4、換的系統(tǒng)。熱量是指過程中系統(tǒng)與外界間以熱的方式交換的能量，是過程量,過程一旦完畢就無所謂“熱量”。物質并不“擁有熱量。一個系統(tǒng)能否絕熱與其邊界是否對物質流開放無關。試判斷以下各種說法是否正確：(1)定容過程即無膨脹(或壓縮)功的過程；(2)絕熱過程即定燧過程；多變過程即任意過程。答：膨脹功壓縮功都是容積變化功，定容過程是一種系統(tǒng)比體積不變，對控制質量或說系統(tǒng)容積不變的過程，因此說定容過程即無膨脹(或壓縮)功的過程是正確的；絕熱過程指的是系統(tǒng)不與外界交換熱量的過程。系統(tǒng)在過程中不與外界交換熱量，這僅說明過程中系統(tǒng)與外界間無伴隨 熱流的燧流存在，但假設為不可逆過程，由于過程中存在燧產，那么系統(tǒng)經(jīng)歷

5、該過程后會因有燧的產生而發(fā)生燧的額外增加，實際上只是可逆的絕熱過程才是定燧過程，而不可逆的絕熱過程那么為燧增大的過程，故此說法不正確；多邊過程是指遵循方程 Pvn =常數(shù)n為某一確定的實數(shù)的那一類熱力過程，這種變化規(guī)律雖較具普遍性，但并不包括一切 過程，因此說多變過程即任意過程是不正確的。下述說法是否有錯誤：循環(huán)7功Wnet愈大那么循環(huán)熱效率愈高；不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率；一 L, T2可逆循環(huán)的熱效率都相等，,1 - OtTiWnet答：說法不對。循環(huán)熱效率的根本定義為：t 空，循環(huán)的熱效率除與循環(huán)凈功有關外，尚與循環(huán)吸熱量Qi的大小有t Qi關；說法不對。根據(jù)卡諾定理，只

6、是在“工作于同樣溫度的高溫熱源和同樣溫度的低溫熱源間的條件下才能肯定不可逆循 環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)，離開了這一條件結論就不正確；說法也不正確。根據(jù)卡諾定理也應當是在“工作于同樣溫度的高溫熱源和同樣溫度的低溫熱源間的條件下才能肯定所，丁2E有可逆循環(huán)的熱效率都相等，t 1 ,而且與工質的性質與關，與循環(huán)的種類無關。如果式中的溫度分別采用各自的t Ti放熱平均溫度和吸熱平均溫度那么公式就是正確的，即 t 1* ,不過這種情況下也不能說是“所有可逆循環(huán)的熱效率tTi都相等，只能說所有可逆循環(huán)的熱效率表達方式一樣。下述說法是否正確：.嫡增大的過程必定為吸熱過程： 嫡減小的過程必為放熱過程；定燧過

7、程必為可逆絕熱過程。答：說法不對。系統(tǒng)的燧變來源于燧產和熱燧流兩個局部，不可逆絕熱過程中工質并未從外界吸熱，但由于存在燧產工質的 嫡也會因而增大；說法是對的。系統(tǒng)的嫡變來源于嫡產和熱嫡流兩個局部，其中嫡產必定是正值，因而僅當系統(tǒng)放熱，熱嫡流為負值時， 系統(tǒng)的燧值才可能減??；這種說法原那么上是不對的。系統(tǒng)的燧變來源于燧產和熱燧流兩個局部，其中燧產必定是正值，對于不可逆的放熱過程，其 熱燧流為負值，當熱燧流在絕對數(shù)值上恰好與燧產一樣時，過程將成為定燧的。因此：可逆的絕熱過程為定燧過程，而定燧過 程卻不一定是絕熱過程。下述說法是否有錯誤：燧增大的過程必為不可逆過程；使系統(tǒng)燧增大的過程必為不可逆過程；

8、熵產Sg 。的過程必為不可逆過程； 不可逆過程的嫡變 s無法計算； 如果從同一初始態(tài)到同一終態(tài)有兩條途徑，一為可逆，另一為不可逆，那么S不可逆S可逆 Sf,不可逆Sf,可逆 Sg,不可逆Sg,可逆； 不可逆絕熱膨脹的終態(tài)燧大于初態(tài)燧，S2S,不可逆絕熱壓縮的終態(tài)燧小于初態(tài)燧 SS; 工質經(jīng)過不可逆循環(huán)有d ds 0 ；。q 0Tr,熱境流那么可為正值，亦可為負答：說法不正確。系統(tǒng)的燧變來源于燧產和熱燧流兩個局部，其中燧產必定是正值含零值。當系統(tǒng)吸熱時熱燧流為正值，即便是可逆過程嫡產為零系統(tǒng)的燧也增大；此說法與是一樣的。 如果所說的“系統(tǒng)指的是孤立系統(tǒng)那么說法是正確的。不過實在不應該這樣模糊系統(tǒng)

9、”這一概念！根據(jù)燧產原理，這一說法是正確的。此說法完全錯誤嫡是狀態(tài)參數(shù)，只要過程的初、終狀態(tài)確定了，系統(tǒng)的燧變就完全確定，與過程無關。因此，不可逆過程燧變的計算方法之一便是借助同樣初、終狀態(tài)的可逆過程來進展計算。至于利用燧的一般關系式進展燧變計算，它們根本 就與過程無關。 根據(jù)燧為狀態(tài)參數(shù)知，兩種過程的端點狀態(tài)一樣時應有一樣的燧變，認為S不可逆S可逆 是錯誤的；不可逆過程將有燧產生，而可逆過程那么不會產生燧，因此說Sc才日堂Sc田堂 是正確的；g,不、U世g,U世嫡是狀態(tài)參數(shù)，過程端點狀態(tài)一樣時應有一樣嫡變，由系統(tǒng)嫡方程 S SfSg,過程可逆時 S Sf，可逆；不可逆時Sf,不可逆SSg,不

10、可逆，式中Sg,不可逆0 ,可見應有Sf,可逆Sf,不可逆，而不是Sf,不可逆Sf,可逆此說法不對。根據(jù)燧產原理，系統(tǒng)經(jīng)歷不可逆絕熱過程后，無論是膨脹或受壓縮，其燧都將增大。由嫡為狀態(tài)參數(shù)知，工質經(jīng)過循環(huán)過程后其嫡應不變， 所以認為口 ds 0是不正確的；根據(jù)克勞修斯不等式知，0dq 0 Tr是正確的。11、閉口系統(tǒng)：熱力系與外界無物質交換的系統(tǒng)。2、開口系統(tǒng)：熱力系與外界有物質交換的系統(tǒng)。3、絕熱系統(tǒng)：熱力系與外界無熱量交換的系統(tǒng)。4、孤立系統(tǒng)：熱力系與外界有熱量交換的系統(tǒng)。5、熱力平衡狀態(tài)：熱力系在沒有外界作用的情況下其宏觀性質不隨時間變化的狀態(tài)。6、準靜態(tài)過程：如果造成系統(tǒng)狀態(tài)改變的不平

11、衡勢差無限塵*于該系統(tǒng)在任意時刻均無限接近于某個平衡態(tài)，這樣的過程稱為準靜態(tài)過程7、熱力循環(huán)：熱力系從某一狀態(tài)開場，經(jīng)歷一系列中間狀態(tài)后，又回復到原來狀出8、系統(tǒng)儲存能：是指熱力學能、宏觀動能、和重力位能的總和。9、熱力系統(tǒng)：根據(jù)所研究問題的需要，把用某種外表包圍的特定物質和空間作為具體指定的熱力學的研究對象，稱之為熱力系統(tǒng)。21、熱力學第一定律：當熱能與其他形式的能量相互轉換時，能的總量保持不變?；蛘撸谝活愑绖訖C是不可能制成的。2、焰：可以理解為由于工質流動而攜帶的、并取決于熱力狀態(tài)參數(shù)的能量，即熱力學能與推動功的總和。3、技術功：技術上可資利用的功，是穩(wěn)定流動系統(tǒng)中系統(tǒng)動能、位能的增量與

12、軸功三項之和4、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流：穩(wěn)定流動時指流道中任何位置上的流體的流速及其他狀態(tài)參數(shù)都不隨時間而變化流動。31、可逆過程：系統(tǒng)經(jīng)過一個過程后，如果使熱力系沿原過程的路線反向進展并恢復到原狀態(tài),將不會給外界留下任何影響。2、熱力學第二定律：克勞修斯表述：不可能把熱從低溫物體轉移到高溫物體而不引起其他變化。開爾文普朗克表述：不可能從單一熱源吸熱而使之全部轉變?yōu)楣Α?、可用能與不可用能：可以轉變?yōu)闄C械功的那局部熱能稱為可用能，不能轉變?yōu)闄C械功的那局部熱能稱為不可用能。4、燧流：熱力系和外界交換熱量而導致的燧的流動量5、燧產：由熱力系部的熱產引起的燧的產生。T26、卡諾定理：工作再兩個恒溫熱源T1和T2之

13、間的循環(huán)，不管采用什么工質，如果是可逆的，其熱效率均為1 T1T2如果不是可逆的，其熱效率恒小于 1。T17、工質火用：的對一定的環(huán)境而言，工質在某一狀態(tài)下所具有的熱力學能中理論上可以轉化為可用能的局部。8、孤立系統(tǒng)的燧增原理：在孤立系，一切實際過程不可逆過程都朝著使系統(tǒng)燧增加的方向進展，或者在極限情況下可逆過程維持系統(tǒng)的嫡不變。41、理想氣體：分子本身不具有體積、分子間沒有作用力的氣體稱為理想氣體。2、定壓比熱：單位質量的物質，在壓力不變的條件下，作單位溫度變化時相應的焰的變化。3、定容比熱：單位質量的物質，在比體積不變的條件下，作單位溫度變化時相應的熱力學能的變化。4、邁耶公式及使用條件：

14、 Cp0 Cv0 Rg ,適用于理想氣體。5、比熱的定義和單位：單位質量的物質在無摩擦平衡的特定過程中，做單位溫度變化時所吸收或放出的熱量。6、氣體常數(shù)與通用氣體常數(shù)：氣體常數(shù)：等于波爾滋蔓常數(shù)與每千克氣體所包含的分子數(shù)的乘積。通用氣體常數(shù)：1mol氣體的氣體常數(shù)。7、實際氣體的臨界狀態(tài)：純物質的氣、液兩相平衡共存的極限熱力狀態(tài)。一、簡答題（每題5分，共40分）.什么是熱力過程？可逆過程的主要特征是什么？答：熱力系統(tǒng)從一個平衡態(tài)到另一個平衡態(tài)，稱為熱力過程?？赡孢^程的主要特征是驅動過程進展的勢差無限小，即準靜 過程，且無耗散。.溫度為500。（:的熱源向熱機工質放出 500 kJ的熱量，設環(huán)境

15、溫度為30。C,試問這局部熱量的火用yong值最大可用能 為多少？30 273.15答： Ex,q 5001. 303.95kJ500 273.153.兩個不同溫度,丁2的恒溫熱源間工作的可逆熱機，從高溫熱源吸收熱量Q1向低溫熱源T2放出熱量Qz,證明：由高溫&分0SISOfl00假設功源的嫡變4 Sw=0熱源、低溫熱源、熱機和功源四個子系統(tǒng)構成的孤立系統(tǒng)嫡增 證明：四個子系統(tǒng)Bso的孤0系統(tǒng)嫡增為1 分SisoSt1St2SrSw對熱機循環(huán)子系統(tǒng):根據(jù)卡諾定理及推論:t,CQ2Q1那么：Siso01分4.剛性絕熱容器中間用隔板分為兩局部,1T2 T1A中存有高壓空氣,B中保持真空，如右圖所示

16、。假隔板A B自由膨 脹設將隔板抽去，試分析容器中空氣的狀態(tài)參數(shù) T、P、u、s、v如何變化，并簡述為什么答：u、T不變，P減小，v增大，s增大。.試由開口系能量方程一般表達式出發(fā)，證明絕熱節(jié)流過程中，節(jié)流前后工質的烙值不變。絕熱節(jié)流過程可看作穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程, 宏觀動能和重力位能的變化可忽略不計答：開口系一般能量方程表達式為絕熱節(jié)流過程是穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，因此有如下簡化條件dE/dr = 0; Q = 0;卜也二 0； AE,= 0, AEp = 0那么上式可以簡化為：根據(jù)質量守恒，有代入能量方程，有.什么是理想混合氣體中某組元的分壓力？試按分壓力給出第i組元的狀態(tài)方程。答：在混合氣體的溫度之下，當

17、i組元單獨占有整個混合氣體的容積中容積時對容器壁面所形成的壓力，稱為該組元的分壓力；假設表為Pi,那么該組元的狀態(tài)方程可寫成：pv = miRT 。.高、低溫熱源的溫差愈大，卡諾制冷機的制冷系數(shù)是否就愈大，愈有利？試證明你的結論。 TOC o 1-5 h z 答：否，溫差愈大，卡諾制冷機的制冷系數(shù)愈小，耗功越大。2分證明：R2q2 工2-，當q2不變，T 時，w 、 R 。即在同樣q2下（說明得到的收Ti T2w T益一樣），溫差愈大，需消耗更多的外界有用功量，制冷系數(shù)下降。3分. 一個控制質量由初始狀態(tài) A分別經(jīng)可逆與不可逆等溫吸熱過程到達狀態(tài)B,假設兩過程中熱源溫度均為 Tr。試證明系統(tǒng)在

18、可逆過程中吸收的熱量多，對外做出的膨脹功也大。答：經(jīng)歷可逆或不可逆定溫過程后，按題給兩種情況下過程的初、終狀態(tài)一樣，因而系統(tǒng)的燧變一樣。由系統(tǒng)的燧方程s sfsg ,對于可逆過程其嫡產為零，故熱嫡流將大于不可逆過程?？梢?，可逆過程的熱量將大于不可逆過程；3分由熱力學第一定律，q u w，因過程的初、終狀態(tài)一樣，熱力學能變化u 一樣，故可逆與不可逆兩種情況相比，可逆過程的過程功亦較大。2分三、計算題：共50分1.壓氣機在95 kPa 25 C的狀態(tài)下穩(wěn)定地以340 m3/min的容積流率吸入空氣，進口處的空氣流速可以忽略不計；壓氣機排口處的截面積為0.025 m2,排出的壓縮空氣的參數(shù)為200

19、kPa 120 C。壓氣機的散熱量為60 kJ/min?？諝獾臍怏w常數(shù)Rg=0.287 kJ/(kg.K),比定熱容0=0.717 kJ/(kg.K),求壓氣機所消耗的功率。16分解：以壓氣機中空氣為研究對象，其穩(wěn)定工況的能量方程為c 2?C2-gz2) m 02?C1?Q Wsh (h) gz1)m (h22Wsh Q (2?C1、，-gZ1)m (h222?C2、.一- gz2)m a其中:60 1031000(J /s)60PiV395 10287 (273 25)340606.2944(kg / s)c1 0m/sz 0mC2m2 A2h2%mRgT2P24Cp T6.2944287(

20、273 120)200 103 0.025141.99(m/s)將以上數(shù)據(jù)代入式(273 717) (120 25)95380.0(J/s)a,可得壓氣機所消耗的功率為:Wsh10002141.9926.2944 ( 95380.0)26.648 105(J/s)2.在高溫環(huán)境中有一容器，A側裝有2 kg氮氣，壓力為0.07MPa,溫度為67C ； B側裝有8 kg氮氣，壓力為0.1MPa,溫度為17C,。A和B的壁面均為透熱壁面，它們之間用管道和閥門相連，見附圖?，F(xiàn)翻開閥門，氮氣由B流向Ao氮氣可視為理想氣體，氣體常數(shù)Rg,N2297 J/(kg - K),過程中的平均定容比熱容cv=0.7

21、42 kJ/( kgK),假設壓力平衡時容器中氣體溫度為t2=40C,試求：平衡時終壓力R;吸熱量Q ;氣體的嫡變。18 分解：容器A和B的容積分別為VbmA *PA1mBRgTB12 297 3400.07 1062.88518 297 290Pbi0.1 1066.89044分取A+B中的氣體為系統(tǒng)CM,m = mA + mB = 2 +8 =10 kgV = Va + Vb = 2.8851 + 6.8904 = 9.7755 rm2 分終態(tài)時的氣體壓力P2按題給，系統(tǒng)不對外作功，有QmRgT210 297 313 _9.77550.0951 MPa2 分UmCvT2 Cv(mATAimBTBi)10 0.742 313 0