工程熱力學(xué)復(fù)習(xí)重點(diǎn)及簡答題

工程熱力學(xué)復(fù)習(xí)重點(diǎn)2 0 12.3緒論理解和掌握工程熱力學(xué)的研究對象、主要研究內(nèi)容和研究方法理解熱能利用的兩種主要方式及其特點(diǎn)了解常用的熱能動力轉(zhuǎn)換裝置的工作過程.什么是工程熱力學(xué)從工程技術(shù)觀點(diǎn)出發(fā)，研究物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)，熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的規(guī)律和方法，以及有效、合理地利用熱能的途徑。能源的地位與作用及我國能源面臨的主要問題熱能及其利用熱能：能量的一種形式來源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。如風(fēng)能，水力能,太陽能、地?zé)崮?、化學(xué)能和核能等。二次能源：由一次能源轉(zhuǎn)換而來的能源，如機(jī)械能、機(jī)械能等。利用形式：直接利用：將熱能利用來直接加熱物體。如烘干、采暖、熔煉（能源消耗比例大）間接利用：各種熱能動力裝置，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或者再轉(zhuǎn)換成電能，4?.熱能動力轉(zhuǎn)換裝置的工作過程熱能利用的方向性及能量的兩種屬性過程的方向性：如：由高溫傳向低溫能量屬性：數(shù)量屬性、，質(zhì)量屬性（即做功能力）數(shù)量守衡、質(zhì)量不守衡提高熱能利用率：能源消耗量與國民生產(chǎn)總值成正比。第1章基本概念及定義1.1熱力系統(tǒng)一、 熱力系統(tǒng)系統(tǒng)：用界面從周圍的環(huán)境中分割出來的研究對象，或空間內(nèi)物體的總和。夕卜界：與系統(tǒng)相互作用的環(huán)境。界面：假想的、實(shí)際的、固定的、運(yùn)動的、變形的。依據(jù):系統(tǒng)與外界的關(guān)系系統(tǒng)與夕卜界的作用：熱交換、功交換、質(zhì)交換。二、 閉口系統(tǒng)和開口系統(tǒng)閉口系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)外無物質(zhì)交換，稱控制質(zhì)量。開口系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)外有物質(zhì)交換,稱控制體積。三、 絕熱系統(tǒng)與孤立系統(tǒng)絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)外無熱量交換（系統(tǒng)傳遞的熱量可忽略不計時，可認(rèn)為絕熱）孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既無能量傳遞也無物質(zhì)交換=系統(tǒng)+相關(guān)外界=各相互作用的子系統(tǒng)之和=一切熱力系統(tǒng)連同相互作用的外界四、根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部狀況劃分可壓縮系統(tǒng)：由可壓縮流體組成的系統(tǒng)。簡單可壓縮系統(tǒng)：與外界只有熱量及準(zhǔn)靜態(tài)容積變化均勻系統(tǒng)：內(nèi)部各部分化學(xué)成分和物理性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)，是由單相組成的。非均勻系統(tǒng)：由兩個或兩個以上的相所組成的系統(tǒng)。單元系統(tǒng)：一種均勻的和化學(xué)成分不變的物質(zhì)組成的系統(tǒng)。多元系統(tǒng)：由兩種或兩種以上物質(zhì)組成的系統(tǒng)。單相系：系統(tǒng)中工質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)稱為單相系。復(fù)相系：由兩個相以上組成的系統(tǒng)稱為復(fù)相系，如固、液、氣組成的三相系統(tǒng)。思考題：孤立系統(tǒng)一定是閉口系統(tǒng)嗎?反之怎樣？孤立系統(tǒng)一定不是開口的嗎、孤立系統(tǒng)是否一定絕熱？1.2工質(zhì)的熱力狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)一、狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)：熱力系統(tǒng)中某瞬間表現(xiàn)的工質(zhì)熱力性質(zhì)的總狀況。狀態(tài)參數(shù)：描述工質(zhì)狀態(tài)特性的各種狀態(tài)的宏觀物理量。如：溫度（T）、壓力（P）、比容（u）或密度（p）、內(nèi)能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學(xué)特性：2dx=x-x1表明：狀態(tài)的路徑積分僅與初、終狀態(tài)有關(guān)，而與狀態(tài)變化的途徑無關(guān)?！阣-^=0表明：狀態(tài)參數(shù)的循環(huán)積分為零基本狀態(tài)參數(shù)：可直接或間接地用儀表測量出來的狀態(tài)參數(shù)：溫度、壓力、比容或密度溫度：宏觀上，是描述系統(tǒng)熱力平衡狀況時冷熱程度的物理量。微觀上，是大量分子熱運(yùn)動強(qiáng)烈程度的量度壓力：垂直作用于器壁單位面積上的力，稱為壓力，也稱壓強(qiáng)。P=三式中：F一整個容器壁受到的力，單位為牛頓（N）；f一容器壁的總面積（m2）。微觀上：分子熱運(yùn)動產(chǎn)生的垂直作用于容器壁上單位面積的力。壓力測量依據(jù)：力平衡原理 壓力單位：MPa相對壓力：相對于大氣環(huán)境所測得的壓力。工程上常用測壓儀表測定的壓力。以大氣壓力為計算起點(diǎn)，也稱表壓力。

(P>B)P=B-H （P<B）式中B一當(dāng)?shù)卮髿鈮毫g—高于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫r的相對壓力，稱表壓力；H一低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫r的相對壓力，稱為真空值。注意：只有絕對壓力才能代表工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)比容:比容：單位質(zhì)量工質(zhì)所具有的容積。密度：單位容積的工質(zhì)所具有的質(zhì)量。v=— m3kgm關(guān)系：pv=1式中：P一工質(zhì)的密度kg/m3/一工質(zhì)的比容 m3/kg例:表壓力或真空度為什么不能當(dāng)作工質(zhì)的壓力？工質(zhì)的壓力不變化，測量它的壓力表或真空表的讀數(shù)是否會變化？解：作為工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的壓力是絕對壓力，測得的表壓力或真空度都是工質(zhì)的絕對壓力與大氣壓力的相對值，因此不能作為工質(zhì)的壓力；因?yàn)闇y得的是工質(zhì)絕對壓力與大氣壓力的相對值，即使工質(zhì)的壓力不變，當(dāng)大氣壓力改變時也會引起壓力表或真空表讀數(shù)的變化。1.3準(zhǔn)靜態(tài)過程與可逆過程熱力過程：系統(tǒng)狀態(tài)的連續(xù)變化稱系統(tǒng)經(jīng)歷了一個熱力過程。一、 準(zhǔn)靜過程：如果造成系統(tǒng)狀態(tài)改變的不平衡勢差無限小，以致該系統(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(zhǔn)靜態(tài)過程。注意:準(zhǔn)靜態(tài)過程是一種理想化的過程，實(shí)際過程只能接近準(zhǔn)靜態(tài)過程。二、 可逆過程：系統(tǒng)經(jīng)歷一個過程后，如令過程逆行而使系統(tǒng)與外界同時恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何痕跡，則此過程稱為可逆過程。實(shí)現(xiàn)可逆過程的條件：過程無勢差（傳熱無溫差，作功無力差）過程無耗散效應(yīng)。三、 可逆過程的膨脹功（容積功）系統(tǒng)容積發(fā)生變化而通過界面向外傳遞的機(jī)械功。ww=fpdvJ/kg規(guī)定：系統(tǒng)對外做功為正，外界對系統(tǒng)作功為負(fù)問題：比較不可逆過程的膨脹功與可逆過程膨脹功四、可逆過程的熱量:系統(tǒng)與外界之間依靠溫差傳遞的能量稱為熱量?？赡孢^程傳熱量：q=tTdsqj/kg1規(guī)定:系統(tǒng)吸熱為正，放熱為負(fù)。1.4熱力循環(huán)：定義：工質(zhì)從某一初態(tài)開始，經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化，最后由回復(fù)到初態(tài)的過程。，一、正循環(huán)正循環(huán)中的熱轉(zhuǎn)換功的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)用循環(huán)熱效率：式中q1—工質(zhì)從熱源吸熱；q2—工質(zhì)向冷源放熱；w0—循環(huán)所作的凈功。二逆循環(huán)以獲取制冷量為目的。制冷系數(shù)： s=-^2=—%—%qi-q2式中：q1—工質(zhì)向熱源放出熱量；q2—工質(zhì)從冷源吸取熱量；w0—循環(huán)所作的凈功。供熱系數(shù)： s=%=—^^~%qi-q2式中：q1—工質(zhì)向熱源放出熱量，q2—工質(zhì)從冷源吸取熱量，w0—循環(huán)所作的凈功思考題：1.溫度為100°C的熱源，非常緩慢地把熱量加給處于平衡狀態(tài)下的0°C的冰水混合物，試問：1、冰水混合物經(jīng)歷的是準(zhǔn)靜態(tài)過程嗎？2、加熱過程是否可逆？2.平衡態(tài)與穩(wěn)態(tài)（穩(wěn)態(tài)即系統(tǒng)內(nèi)各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)均不隨時間而變）有何異同？熱力學(xué)中討論平衡態(tài)有什么意義？3.夕卜界條件變化時系統(tǒng)有無達(dá)到平衡的可能？在外界條件不變時，系統(tǒng)是否一定處于平衡態(tài)？判斷下列過程是否為可逆過程：1） 對剛性容器內(nèi)的水加熱使其在恒溫下蒸發(fā)。2） 對剛性容器內(nèi)的水作功使其在恒溫下蒸發(fā)。3） 對剛性容器中的空氣緩慢加熱使其從50C升溫到100C4） 定質(zhì)量的空氣在無摩擦、不導(dǎo)熱的氣缸和活塞中被慢慢壓縮5） 100°C的蒸汽流與25C的水流絕熱混合。6） 鍋爐中的水蒸汽定壓發(fā)生過程（溫度、壓力保持不變）。7） 高壓氣體突然膨脹至低壓。8） 摩托車發(fā)動機(jī)氣缸中的熱燃?xì)怆S活塞迅速移動而膨脹。9） 氣缸中充有水，水上面有無摩擦的活塞，緩慢地對水加熱使之蒸發(fā)。第2章熱力學(xué)第一定律2.1系統(tǒng)的儲存能系統(tǒng)的儲存能的構(gòu)成：內(nèi)部儲存能+外部儲存能—.內(nèi)能熱力系處于宏觀靜止?fàn)顟B(tài)時系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子所具有的能量之和，單位質(zhì)量工質(zhì)所具有的內(nèi)能，稱為比內(nèi)能，簡稱內(nèi)能。U=mu內(nèi)能=分子動能+分子位能分子動能包括：1.分子的移動動能2.分子的轉(zhuǎn)動動能3.分子內(nèi)部原子振動動能和位能分子位能：克服分子間的作用力所形成u=f(T,V)或u=f(T,P)u=f(P,V)注意：內(nèi)能是狀態(tài)參數(shù).特別的：對理想氣體u=f(T)問題思考：為什么？二外儲存能：系統(tǒng)工質(zhì)與外力場的相互作用(如重力位能)及以外界為參考坐標(biāo)的系統(tǒng)宏觀運(yùn)動所具有的能量(宏觀動能)1宏觀動能：E=-mc2k2重力位能：Ep=mgz式中 g一重力加速度。三系統(tǒng)總儲存能：或E=U+—mc2+mgz22.2系統(tǒng)與外界傳遞的能量與外界熱源，功源，質(zhì)源之間進(jìn)行的能量傳遞一、 熱量在溫差作用下,系統(tǒng)與外界通過界面?zhèn)鬟f的能量。系統(tǒng)吸熱熱量為正，系統(tǒng)放熱熱量為負(fù)。單位：kJkcallkcal=4.1868kJ特點(diǎn)：熱量是傳遞過程中能量的一種形式，熱量與熱力過程有關(guān)，或與過程的路徑有關(guān).二、 功除溫差以外的其它不平衡勢差所引起的系統(tǒng)與外界傳遞的能量.1.膨脹功W:在力差作用下，通過系統(tǒng)容積變化與外界傳遞的能量。單位：lJ=lNm規(guī)定：系統(tǒng)對外作功為正，夕卜界對系統(tǒng)作功為負(fù)。膨脹功是熱變功的源泉2軸功W$:通過軸系統(tǒng)與外界傳遞的機(jī)械功注意：剛性閉口系統(tǒng)軸功不可能為正，軸功來源于能量轉(zhuǎn)換三、 岫質(zhì)傳遞的能量.瞄工質(zhì)本身具有的能.流動功（或推動功）：維持流體正常流動所必須傳遞量，是為推動流體通過控制體界面而傳遞的機(jī)械功.推動1kg工質(zhì)進(jìn)、出控制體所必須的功 ^f=P2V2—pivi注意：流動功僅取決于控制體進(jìn)出口界面工質(zhì)的熱力狀態(tài)。流動功是由泵風(fēng)機(jī)等提供思考：與其它功區(qū)別四、 焓的定義：焓=內(nèi)能+流動功對于m千克工質(zhì)：H=U+沖對于1千克工質(zhì)：h=u+pv五、 焓的物理意義：對流動工質(zhì)（開口系統(tǒng)），表示沿流動方向傳遞的總能量中，取決于熱力狀態(tài)的那部分能量.對不流動工質(zhì)（閉口系統(tǒng)），焓只是一個復(fù)合狀態(tài)參數(shù)思考為什么：特別的對理想氣體h=f（T）2.3閉口系統(tǒng)能量方程一、 能量方程表達(dá)式△U=Q—W 適用于mkg質(zhì)量工質(zhì)△u=q—w 1kg質(zhì)量工質(zhì)注意：該方程適用于閉口系統(tǒng)、任何工質(zhì)、任何過程。由于反映的是熱量、內(nèi)能、膨脹功三者關(guān)系，因而該方程也適用于開口系統(tǒng)、任何工質(zhì)、任何過程.特別的：對可逆過程△〃=q—2pdv1思考為什么？二、 循環(huán)過程第一定律表達(dá)式結(jié)論：第一類永動機(jī)不可能制造出來思考：為什么三、 理想氣體內(nèi)能變化計算由5q=du=cdT得.du=cdT,Au=2cdT1適用于理想氣體一切過程或者實(shí)際氣體定容過程或：Au=七（T2—T1）用定值比熱計算用平均比熱計算cv=fT）的經(jīng)驗(yàn)公式代入Au=2cvdT積分。1

理想氣體組成的混合氣體的內(nèi)能：U=U1+U2++七=2U]=Zmuni=11 i=1112.4開口系統(tǒng)能量方程由質(zhì)量守恒原理：進(jìn)入控制體的質(zhì)量一離開控制體的質(zhì)量=控制體中質(zhì)量的增量能量守恒原理：進(jìn)入控制體的能量一控制體輸出的能量=控制體中儲存能的增量設(shè)控制體在dT時間內(nèi):離開控制體的能量=8W+(h離開控制體的能量=8W+(h2+2C2+gz2)饑2=(E+dE)-ES控制體儲存能的變化dEcv代入后得到：+gz)5m-(h+2c2+gz+gz)5m-(h+2c2+gz)8m+dE注意:本方程適用于任何工質(zhì)，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流、不穩(wěn)定流動的一切過程，也適用于閉口系統(tǒng)2.5開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能■方程-穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況工質(zhì)以恒定的流量連續(xù)不斷地進(jìn)出系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部及界面上各點(diǎn)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和宏觀運(yùn)動參數(shù)都保持一定，不隨時間變化，稱穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況。條件：1.符合連續(xù)性方程2.系統(tǒng)與外界傳遞能量，收入=支出，且不隨時間變化適用于任何工質(zhì)，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流熱力過程二技術(shù)功在熱力過程中可被直接利用來作功的能量，稱為技術(shù)功。技術(shù)功=膨脹功+流動功特別的：對可逆過程：思考：為什么？注意：技術(shù)功是過程量公式：dh=8q-8ws適用于任何工質(zhì)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，忽略工質(zhì)動能和位能的變化。三、理想氣體焓的計算對于理想氣體h=u+RT=/T)dh=cdT,Ah=2cdTp1P適用于理想氣體的一切熱力過程或者實(shí)際氣體的定壓過程適用于理想氣體的一切熱力過程或者實(shí)際氣體的定壓過程，用定值比熱計算用平均比熱計算把cp=/G）的經(jīng)驗(yàn)公式代入命=2CpdT積分。1思考題：門窗緊閉的房間內(nèi)有一臺電冰箱正在運(yùn)行，若敞開冰箱的大門就有一股涼氣撲面，感到?jīng)鏊?。于是有人就想通過敞開冰箱大門達(dá)到降低室內(nèi)溫度的目的，你認(rèn)為這種想法可行嗎？既然敞開冰箱大門不能降溫，為什么在門窗緊閉的房間內(nèi)安裝空調(diào)器后卻能使溫度降低呢？對工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，有否可能？對空氣邊壓縮邊進(jìn)行冷卻，如空氣的放熱量為1kJ,對空氣的壓縮功為6kJ,則此過程中空氣的溫度是升高，還是降低?？諝膺呂鼰徇吪蛎洠缥鼰崃縌=膨脹功，則空氣的溫度如何變化。討論下列問題：1） 氣體吸熱的過程是否一定是升溫的過程。2） 氣體放熱的過程是否一定是降溫的過程。3） 能否以氣體溫度的變化量來判斷過程中氣體是吸熱還是放熱。試分析下列過程中氣體是吸熱還是放熱（按理想氣體可逆過程考慮）1） 壓力遞降的定溫過程。2） 容積遞減的定壓過程。3） 壓力和容積均增大兩倍的過程。第3章氣體和蒸汽的性質(zhì)3.1理想氣體狀態(tài)方程一、理想氣體與實(shí)際氣體定義：氣體分子是一些彈性的，忽略分子相互作用力，不占有體積的質(zhì)點(diǎn)，注意：當(dāng)實(shí)際氣體p-0v-8的極限狀態(tài)時，氣體為理想氣體。二、理想氣體狀態(tài)方程的導(dǎo)出狀態(tài)方程的幾種形式.pv=RT適用于1千克理想氣體。式中：p一絕對壓力 Pav一比容 m3/kg,T一熱力學(xué)溫度K.pV=mRT適用于m千克理想氣體。式中V一質(zhì)量為mkg氣體所占的容積.pVM=RoT適用于1千摩爾理想氣體。式中VM=Mv—?dú)怏w的摩爾容積，m3/kmol;R0=MR—通用氣體常數(shù)， J/kmolK.PV=”時適用于n千摩爾理想氣體。式中V—nKmol氣體所占有的容積，m3n一氣體的摩爾數(shù)，n~~，kmolMPvPv11—22TTPVPV.二尸=~T^僅適用于閉口系統(tǒng)1 23.2理想氣體的比熱一、比熱的定義與單位定義：單位物量的物體，溫度升高或降低1K(1C)所吸收或放出的熱量，稱為該物體比熱。單位：式中 c一質(zhì)量比熱，kJ/Kgkc'一容積比熱，kJ/m3kMc—摩爾比熱，kJ/KmolktMcc— —cp換算關(guān)系： 22-4 0注意：比熱不僅取決于氣體的性質(zhì)，還于氣體的熱力過程及所處的狀態(tài)有關(guān)。二、定容比熱和定壓比熱ET5qdu定容比熱：c-==—vETvdTdT表示：明單位物量的氣體在定容情況下升高或降低1K所吸收或放出的熱量.8q dh定壓比熱：廠= p= 定壓比熱：pdTdT表示：單位物量的氣體在定壓情況下升高或降低1K所吸收或放出的熱量。邁耶公式：cp-c^=R cp-c\=P0R比熱比：三、定值比熱、真實(shí)比熱與平均比熱1、 定值比熱：凡分子中原子數(shù)目相同因而其運(yùn)動自由度也相同的氣體，它們的摩爾比熱值都相等，稱為定值比熱。2、 真實(shí)比熱：相應(yīng)于每一溫度下的比熱值稱為氣體的真實(shí)比熱。常將比熱與溫度的函數(shù)關(guān)系表示為溫度的三次多項式3、 平均比熱思考題：.某內(nèi)徑為15.24cm的金屬球抽空后放后在一精密的天平上稱重，當(dāng)填充某種氣體至7.6bar后又進(jìn)行了稱重，兩次稱重的重量差的2.25g，當(dāng)時的室溫為27。。，試確定這里何種理想氣體。通用氣體常數(shù)和氣體常數(shù)有何不同？混合氣體處于平衡狀態(tài)時，各組成氣體的溫度是否相同，分壓力是否相同?；旌蠚怏w中某組成氣體的千摩爾質(zhì)量小于混合氣體的千摩爾質(zhì)量，問該組成氣體在混合氣體中的質(zhì)量成分是否一定小于容積成分，為什么。第4章氣體和蒸汽的基本熱力過程一、 定壓過程二、 定容過程三、 定溫過程四、 絕熱過程q=0 w=-Au w=-Ah第5章熱力學(xué)第二定律5.1自然過程的方向性一、 磨擦過程功可以自發(fā)轉(zhuǎn)為熱，但熱不能自發(fā)轉(zhuǎn)為功二、 傳熱過程熱量只能自發(fā)從高溫傳向低溫三、 自由膨脹瞄絕熱自由膨脹為無阻膨脹，但壓縮過程卻不能自發(fā)進(jìn)行四、 混合過程兩種氣體混合為混合氣體是常見的自發(fā)過程燃料燃燒變?yōu)槿紵a(chǎn)物（煙氣等），只要達(dá)到燃燒條件即可自發(fā)進(jìn)行結(jié)論:自然的過程是不可逆的5.2燦學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)克勞修斯說法：熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化開爾文說法：不可能制造只從一個熱源取熱使之完全變?yōu)闄C(jī)械能，而不引起其它變化的循環(huán)發(fā)動機(jī)。5.3卡諾循環(huán)與卡諾定理意義：解決了熱變功最大限度的轉(zhuǎn)換效率的問題一.卡諾循環(huán)：［一］正循環(huán)組成：兩個可逆定溫過程、兩個可逆絕熱過程過程a-b：工質(zhì)從熱源（T1）可逆定溫吸熱b-c:工質(zhì)可逆絕熱（定'熵）膨脹c-d：工質(zhì)向冷源（T2）可逆定溫放熱d-a：工質(zhì)可逆絕熱（定熵）壓縮回復(fù)到初始狀態(tài)。循環(huán)熱效率：4=T（S—S）=面積abefa 0=T（S—S）=面積cdfec1 1ba 2 2cdT因?yàn)椋⊿—S）=（S—S）得到|J 門=1——2bacd tT1分析：1、 熱效率取決于兩熱源溫度，T1、T2，與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。2、 由于T1。斗T2豐0，因此熱效率不能為13、若T1=T2，熱效率為零，即單一熱源，熱機(jī)不能實(shí)現(xiàn)。［二］逆循環(huán)：包括：絕熱壓縮、定溫放熱。定溫吸熱、絕熱膨脹。qqT制冷系數(shù)：￡=f=——2—=—~^—1cwq-q T-T供熱系數(shù)氣=紅=%=I2cwq-qT-T關(guān)系：￡=￡+12c 1c分析：通常T2>T1-T2 所以：￡>11c二卡諾定理：1、所有工作于同溫?zé)嵩?、同溫冷源之間的一切熱機(jī)，以可逆熱機(jī)的熱效率為最高。在同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切可逆熱機(jī)，其熱效率均相等.思考題1.自發(fā)過程為不可逆過程，那么非自發(fā)過程即為可逆過程。此說法對嗎?為什么？自然界中一切過程都是不可逆過程，那么研究可逆過程又有什么意義呢？以下說法是否正確？龔Ids工質(zhì)經(jīng)歷一不可逆循環(huán)過程，因T<0,故'<0不可逆過程的熵變無法計算若從某一初態(tài)沿可逆和不可逆過程達(dá)到同一終態(tài)，則不可逆過程中的熵變必定大于可逆過程中的熵變。某熱力系統(tǒng)經(jīng)歷一熵增的可逆過程，問該熱力系統(tǒng)能否經(jīng)一絕熱過程回復(fù)到初態(tài)。若工質(zhì)經(jīng)歷一可逆過程和一不可逆過程，均從同一初始狀態(tài)出發(fā)，且兩過程中工質(zhì)的吸熱量相同，問工質(zhì)終態(tài)的熵是否相同？6.絕熱過程是否一定是定熵過程？定熵過程是否一定滿足PvK=定值的方程？答案：可逆絕熱過程才是定熵。否，必須為理想氣體，可逆絕熱，定值比熱容。工質(zhì)經(jīng)歷一個不可逆循環(huán)能否回復(fù)到初態(tài)？用孤立系統(tǒng)熵增原理證明：熱量從高溫物體傳向低溫物體的過程是不可逆過程。第8章壓氣機(jī)的熱力過程8.1壓氣機(jī)的理論壓縮功壓氣機(jī)：用來壓縮氣體的設(shè)備一、單機(jī)活塞式壓氣機(jī)工作過程吸氣過程、壓縮過程、排氣過程。理想化為可逆過程、無阻力損失.定溫壓縮軸功的計算stw=w=—2vdp—pv!n^2ist按穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程，壓氣機(jī)所消耗的功，一部分用于增加氣體的焓，一部分轉(zhuǎn)化為熱能向夕卜放出.對理想氣體定溫壓縮，表示消耗的軸功全部轉(zhuǎn)化成熱能向外放出.wstwstQt.定熵壓縮軸功的計算,按穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程，絕熱壓縮消耗的軸功全部用于增加氣體的焓，使氣體溫度升高，該式也適用于不可逆過程.多變壓縮軸功的計算按穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程，多變壓縮消耗的軸功部分用于增加氣體的焓，部分對外放熱，該式同樣適用于不可逆過程結(jié)論：結(jié)論：—wJ<1—ws\<l—wsslTs>L>Tt可見定溫過程耗功最少，絕熱過程耗功最多k—

k8.k—

kTC、2Ti即：壓力比越大，其壓縮終了溫度越高，較高壓縮氣體常采用中間冷卻設(shè)備，稱多級壓氣機(jī).最佳增壓比：使多級壓縮中間冷卻壓氣機(jī)耗功最小時，各級的增壓比稱為最佳增壓比。壓氣機(jī)的效率：在相同的初態(tài)及增壓比條件下，可逆壓縮過程中壓氣機(jī)所消耗的功與實(shí)際不可逆壓縮過程中壓氣機(jī)所消耗的功之比，稱為壓氣機(jī)的效率。特點(diǎn)：.減小功的消耗，由p-v圖可知.降低氣體的排氣溫度，減少氣體比容.每一級壓縮比降低，壓氣機(jī)容積效率增高中間壓力的確定：原則：消耗功最小。以兩級壓縮為例，得到：P2/P1=P3/P2結(jié)論:兩級壓力比相等，耗功最小。推廣為Z級壓縮推理:1.每級進(jìn)口、出口溫度相等..各級壓氣機(jī)消耗功相等..各級氣缸及各中間冷卻放出和吸收熱量相等.8.5活塞式壓氣機(jī)余隙影響一、余隙對排氣量的影響余隙：為了安置進(jìn)、排氣閥以及避免活塞與汽缸端蓋間的碰撞，在汽缸端蓋與活塞行程終點(diǎn)間留有一定的余隙，稱為余隙容積，簡稱余隙活塞式壓氣機(jī)的容積效率：活塞式壓氣機(jī)的有效容積和活塞排量之比，結(jié)論：余隙使一部分汽缸容積不能被有效利用，壓力比越大越不利。二余隙對理論壓縮軸功的影響式中：7=匕—匕為實(shí)際吸入的氣體體積。結(jié)論：不論壓氣機(jī)有無余隙，壓縮每kg氣體所需的理論壓縮軸功都相同，所以應(yīng)減少余隙容積。思考題：.在p-v圖上，T和s減小的方向分別在哪個方向，在T-s圖上p和v減小的方向分別在哪個方向。.工質(zhì)為空氣，試在p-v和T-s圖上畫出n=1.5的膨脹過程和n=1.2的壓縮過程的大概位置，并分析二過程中q、w、△u的正負(fù)。.如果氣體按V=C,"P規(guī)律膨脹，其中c為常數(shù)，則此過程中理想氣體被加熱還是被冷卻。.在多變過程中熱量和功量之間的關(guān)系等于什么，即氣/qn=?.試在T-s圖上用過程線和橫坐標(biāo)之間的面積來分析相同初態(tài)和相同終態(tài)壓力下的定溫、多變、絕熱壓縮中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，比較哪種壓縮時耗功量最小。如果氣體壓縮機(jī)在汽缸中采取各種冷卻方法后，已能按定溫過程進(jìn)行壓縮，這時是否還要采用分級壓縮，為什么。第9章氣體動力循環(huán)9.2活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的簡化開式循環(huán)(opencycle);燃燒、傳熱、排氣、膨脹、壓縮均為不可逆；各環(huán)節(jié)中工質(zhì)質(zhì)量、成分稍有變化。9.3活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)一、 混合加熱理想循環(huán)011 吸氣1K 壓縮213 噴油、燃燒314 燃燒415 膨脹作功510 排氣二、 定珈熱理想循環(huán)三、 定容加熱理想循環(huán)第10章蒸汽動力裝置循環(huán)敝：將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備叫做熱力原動機(jī)。熱機(jī)的工作循環(huán)稱為動力循環(huán)。動力循環(huán)可分：蒸汽動力循環(huán)和燃?xì)鈩恿ρh(huán)兩大類。10.1蒸汽動力基本循環(huán)一朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)是最簡單的蒸汽動力理想循環(huán)，熱力發(fā)電廠的各種較復(fù)雜的蒸汽動力循環(huán)都是在朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上予以改進(jìn)而得到的。一、 裝置與流程蒸汽動力裝置：鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器和給水泵等四部分主要設(shè)備。工作原理：p-v、T-s和h-s。朗肯循環(huán)可理想化為：兩個定壓過程和兩個定熵過程。二、 朗肯循環(huán)的能■分析及熱效率取汽輪機(jī)為控制體，建立能量方程：三、 提高朗肯循環(huán)熱效率的基本途徑依據(jù)：卡諾循環(huán)熱效率1、 提高平均吸熱溫度直接方法式提高蒸汽壓力和溫度。2、 降伽汽溫度第11章制冷循環(huán)11.1空氣壓縮制冷循環(huán)空氣壓縮式制冷：將常溫下較高壓力的空氣進(jìn)行絕熱膨脹，會獲得低溫低壓的空氣。原則：實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)工作原理如圖：注意：空氣的熱物性決定了空氣壓縮致冷循環(huán)的致冷系數(shù)低和單位工質(zhì)的致冷能力小?；?…二小iT-T2 111.2蒸汽壓縮制冷循環(huán)一、實(shí)際壓縮式制冷循環(huán)蒸氣壓縮致冷裝置：壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥及蒸發(fā)器組成。原理：由蒸發(fā)器出來的致冷劑的干飽和蒸氣被吸入壓縮機(jī)，絕熱壓縮后成為過熱蒸氣（過程1-2），蒸氣進(jìn)入冷凝器，在定壓下冷卻（過程2-3），進(jìn)一步在定壓定溫下凝結(jié)成飽和液體（過程3-4）。飽和液體繼而通過一個膨脹閥（又稱節(jié)流閥或減壓閥）經(jīng)絕熱節(jié)流降壓降溫而變成低干度的濕蒸氣。注意：工業(yè)上，用節(jié)流閥取代膨脹機(jī)。二、 制冷劑的壓焓圖(lgp-h圖)原理：以致冷劑焓作為橫坐標(biāo)，以壓力對數(shù)為縱坐標(biāo)，共繪出致冷劑的六種狀態(tài)參數(shù)線簇:定焓(冷、定壓力(p)、定溫度(T)、定比容(v)、定熵(s)及定干度(x)線.蒸氣壓縮式致冷循環(huán)各熱力過程在lgp-h圖上的表示：1-2表示壓縮機(jī)中的絕熱壓縮過程。2-3-4是冷凝器中的定壓冷卻過程4-5為膨脹閥中的絕熱節(jié)流過程。5-1表示蒸發(fā)器內(nèi)的定壓蒸發(fā)過程。三、 制冷循環(huán)能量分析及致冷系擻實(shí)際蒸氣壓縮致冷循環(huán)整個裝置的能量分析。其致冷系數(shù)為q七=」=收獲/消耗1W0制冷劑質(zhì)量流量：m=烏q2mw壓縮機(jī)所需功率：P= 03600冷凝器熱負(fù)荷：Q1=M%-h?四、 影響制冷系數(shù)的主要因素降低制;令劑的冷凝溫度提高蒸發(fā)溫度五、 蒸汽噴射制冷循環(huán)簡答題第1章基本概念閉口系與外界無物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量將保持恒定，那么，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口系統(tǒng)嗎？答：否。當(dāng)一個控制質(zhì)量的質(zhì)量入流率與質(zhì)量出流率相等時(如穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng))，系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)量將保持恒定不變。有人認(rèn)為，開口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開口系不可能是絕熱系。這種觀點(diǎn)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，過程一旦結(jié)束就無所謂“熱量”。物質(zhì)并不“擁有”熱量。一個系統(tǒng)能否絕熱與其邊界是否對物質(zhì)流開放無關(guān)。平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系，平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系？答：“平衡狀態(tài)”與“穩(wěn)定狀態(tài)”的概念均指系統(tǒng)的狀態(tài)不隨時間而變化，這是它們的共同點(diǎn)；但平衡狀態(tài)要求的是在沒有外界作用下保持不變；而平衡狀態(tài)則一般指在外界作用下保持不變，這是它們的區(qū)別所在。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(shù)會改變嗎？在絕對壓力計算公式中，當(dāng)?shù)卮髿鈮菏欠癖囟ㄊ黔h(huán)境大氣壓？答：可能會的。因?yàn)閴毫Ρ砩系淖x數(shù)為表壓力，是工質(zhì)真實(shí)壓力與環(huán)境介質(zhì)壓力之差。環(huán)境介質(zhì)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(zhì)的絕對壓力不變，表壓力和真空度仍有可能變化?！爱?dāng)?shù)卮髿鈮骸辈⒎蔷褪黔h(huán)境大氣壓。準(zhǔn)確地說，計算式中的Pb應(yīng)是“當(dāng)?shù)丨h(huán)境介質(zhì)”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(huán)境大氣壓力”。

溫度計測溫的基本原理是什么？答：溫度計對溫度的測量建立在熱力學(xué)第零定律原理之上。它利用了“溫度是相互熱平衡的系統(tǒng)所具有的一種同一熱力性質(zhì)”，這一性質(zhì)就是“溫度”的概念。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)是什么？為什么？答：由選定的任意一種測溫物質(zhì)的某種物理性質(zhì)，采用任意一種溫度標(biāo)定規(guī)則所得到的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。由于經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)依賴于測溫物質(zhì)的性質(zhì)，當(dāng)選用不同測溫物質(zhì)制作溫度計、采用不同的物理性質(zhì)作為溫度的標(biāo)志來測量溫度時，除選定的基準(zhǔn)點(diǎn)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（盡管差值可能是微小的），因而任何一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)都不能作為度量溫度的標(biāo)準(zhǔn)。這便是經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的根本缺點(diǎn)。促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么？舉例說明。答：分兩種不同情況:⑴若系統(tǒng)原本不處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)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(fā)生相互作用，系統(tǒng)的狀態(tài)將發(fā)生變化。例如，將一塊燒熱了的鐵扔進(jìn)一盆水中，對于水和該鐵塊構(gòu)成的系統(tǒng)說來，由于水和鐵塊之間存在著溫度差別，起初系統(tǒng)處于熱不平衡的狀態(tài)。這種情況下，無需外界給予系統(tǒng)任何作用，系統(tǒng)也會因鐵塊對水放出熱量而發(fā)生狀態(tài)變化：鐵塊的溫度逐漸降低，水的溫度逐漸升高，最終系統(tǒng)從熱不平衡的狀態(tài)過渡到一種新的熱平衡狀態(tài);⑵若系統(tǒng)原處于平衡狀態(tài)，則只有在外界的作用下（作功或傳熱）系統(tǒng)的狀態(tài)才會發(fā)生變。（a） （b）圖1-16思考題8附圖圖1-16a、（a） （b）圖1-16思考題8附圖⑵設(shè)真空部分裝有許多隔板，每抽去一塊隔板讓氣體先恢復(fù)平衡再抽去一塊，問氣體（系統(tǒng)）是否作功？⑶上述兩種情況從初態(tài)變化到終態(tài)，其過程是否都可在P-v圖上表示？答：（1）；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(tǒng)）不對外界作功；（2）b情況下系統(tǒng)也與外界無力的作用，因此系統(tǒng)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于平衡狀態(tài)，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(shù)量足夠多，每當(dāng)抽去一塊隔板時，氣體只作極微小的膨脹，因而可認(rèn)為過程中氣體始終處在一種無限接近平衡的狀態(tài)中，即氣體經(jīng)歷的是一種準(zhǔn)靜過程，這種過程可以在P-v圖上用實(shí)線表示出來。經(jīng)歷一個不可逆過程后，系統(tǒng)能否恢復(fù)原來狀態(tài)？包括系統(tǒng)和外界的整個系統(tǒng)能否恢復(fù)原來狀態(tài)？答：所謂過程不可逆，是指一并完成該過程的逆過程后，系統(tǒng)和它的外界不可能同時恢復(fù)到他們的原來狀態(tài)，并非簡單地指系統(tǒng)不可能回復(fù)到原態(tài)。同理，系統(tǒng)經(jīng)歷正、逆過程后恢復(fù)到了原態(tài)也并不就意味著過程是可逆的；過程是否可逆，還得看與之發(fā)生過相互作用的所有外界是否也全都回復(fù)到了原來的狀態(tài)，沒有遺留下任何變化。原則上說來經(jīng)歷一個不可逆過程后系統(tǒng)是可能恢復(fù)到原來狀態(tài)的，只是包括系統(tǒng)和外界在內(nèi)的整個系統(tǒng)則一定不能恢復(fù)原來狀態(tài)。系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆正向循環(huán)及其逆向可逆循環(huán)后，系統(tǒng)和外界有什么變化？若上述正向及逆向循環(huán)中有不可逆因素，則系統(tǒng)及外界有什么變化？答：系統(tǒng)完成一個循環(huán)后接著又完成其逆向循環(huán)時，無論循環(huán)可逆與否，系統(tǒng)的狀態(tài)都不會有什么變化。根據(jù)可逆的概念，當(dāng)系統(tǒng)完成可逆過程（包括循環(huán)）后接著又完成其逆向過程時，與之發(fā)生相互作用的外界也應(yīng)一一回復(fù)到原來的狀態(tài)，不遺留下任何變化；若循環(huán)中存在著不可逆因素，系統(tǒng)完成的是不可逆循環(huán)時，雖然系統(tǒng)回復(fù)到原來狀態(tài)，但在外界一定會遺留下某種永遠(yuǎn)無法復(fù)原的變化。（注意：系統(tǒng)完成任何一個循環(huán)后都恢復(fù)到原來的狀態(tài)，但并沒有完成其“逆過程”，因此不存在其外界是否

“也恢復(fù)到原來狀態(tài)”的問題。一般說來，系統(tǒng)進(jìn)行任何一種循環(huán)后都必然會在外界產(chǎn)生某種效應(yīng)，如熱變功，制冷等，從而使外界有了變化。）工質(zhì)及氣缸、活塞組成的系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)后，系統(tǒng)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。由于活塞也包含在系統(tǒng)內(nèi)，既然系統(tǒng)完成的是循環(huán)過程，從總的結(jié)果看來活塞并未改變其位置，實(shí)際上不存在排斥大氣的作用。第2章熱力學(xué)第一定律隔板岸A5■■■■-■■■■■ B自由膨脹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(xué)能如何變化？若隔板上有一小孔，氣體泄漏人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(xué)能如何變化？自由膨脹答：⑴定義容器內(nèi)的氣體為系統(tǒng)，這是一個控制質(zhì)量。由于氣體向真空作無阻自由膨脹，不對外界作功，過程功W=°；容器又是絕熱的，過程的熱量Q=°，因此，根據(jù)熱力學(xué)第一定律Q=AU+W，應(yīng)有MJ=°，即容器中氣體的總熱力學(xué)能不變，膨脹后當(dāng)氣體重新回復(fù)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)時，其比熱力學(xué)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(dāng)隔板上有一小孔，氣體從A泄漏人B中，若隔板為良好導(dǎo)熱體，A、B兩部分氣體時刻應(yīng)有相同的溫度，當(dāng)A、B兩部分氣體壓力相同時，A、B兩部分氣體處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，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(xué)能，按其容積比分配氣體的總熱力學(xué)能；若隔板為絕熱體，則過程為A對B的充氣過程，由于A部分氣體需對進(jìn)入B的那一部分氣體作推進(jìn)功，充氣的結(jié)果其比熱力學(xué)能將比原來減少，B部分氣體的比熱力學(xué)能則會比原來升高，最終兩部分氣體的壓力會達(dá)到平衡，但A部分氣體的溫度將比B部分的低（見習(xí)題4-22）。熱力學(xué)第一定律的能量方程式是否可寫成的形式，為什么？答：⑴熱力學(xué)第一定律的基本表達(dá)式是：過程熱量=工質(zhì)的熱力學(xué)能變化+過程功第一個公式中的Pv并非過程功的正確表達(dá)，因此該式是不成立的；⑵熱量和功過程功都是過程的函數(shù)，并非狀態(tài)的函數(shù)，對應(yīng)于狀態(tài)1和2并不存在什么q、q和w、w；對于1 2 1 2過程1-2并不存在過程熱量q=q2-q1和過程功w=w2-w1，因此第二個公式也是不成立的。熱力學(xué)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范圍。答：第一個公式為熱力學(xué)第一定律的最普遍表達(dá)，原則上適用于不作宏觀運(yùn)動的一切系統(tǒng)的所有過程；第二個表達(dá)式中由于將過程功表達(dá)成』2Pdv，這只是對簡單可壓縮物質(zhì)的可逆過程才正確，因此該公式僅適用于簡單可壓1縮物質(zhì)的可逆過程。4?.為什么推動功出現(xiàn)在開口系能量方程式中，而不出現(xiàn)在閉口系能量方程式中？答：當(dāng)流體流動時，上游流體為了在下游占有一個位置，必須將相應(yīng)的下游流體推擠開去，當(dāng)有流體流進(jìn)或流出系統(tǒng)時，上、下游流體間的這種推擠關(guān)系，就會在系統(tǒng)與外界之間形成一種特有的推動功（推進(jìn)功或推出功）相互作用。反之，閉口系統(tǒng)由于不存在流體的宏觀流動現(xiàn)象，不存在上游流體推擠下游流體的作用，也就沒有系統(tǒng)與外間的推動功作用，所以在閉口系統(tǒng)的能量方程式中不會出現(xiàn)推動功項。穩(wěn)定流動能量方程式（2-16）是否可應(yīng)用于活塞式壓氣機(jī)這種機(jī)械的穩(wěn)定工況運(yùn)行的能量分析？為什么？答：可以。就活塞式壓氣機(jī)這種機(jī)械的一個工作周期而言，其工作過程雖是不連續(xù)的，但就一段足夠長的時間而言（機(jī)器的每一工作周期所占的時間相對很短），機(jī)器是在不斷地進(jìn)氣和排氣，因此，對于這種機(jī)器的穩(wěn)定工作情

況，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的能量方程是適用的。開口系實(shí)施穩(wěn)定流動過程，是否同時滿足下列三式:上述三式中W、wt和叫的相互關(guān)系是什么？答：是的，同時滿足該三個公式。第一個公式中dU指的是流體流過系統(tǒng)時的熱力學(xué)能變化，?W是流體流過系統(tǒng)的過程中對外所作的過程功；第二個公式中的?wt指的是系統(tǒng)的技術(shù)功；第三個公式中的？?「指的是流體流過系統(tǒng)時在系統(tǒng)內(nèi)部對機(jī)器所作的內(nèi)部功。對通常的熱工裝置說來，所謂“內(nèi)部功”與機(jī)器軸功的區(qū)別在于前者不考慮機(jī)器的各種機(jī)械摩擦，當(dāng)為可逆機(jī)器設(shè)備時，兩者是相等的。從根本上說來，技術(shù)功、內(nèi)部功均來源于過程功。過程功是技術(shù)功與流動功（推出功圖2-12合流圖2-12合流幾股流體匯合成一股流體稱為合流，如圖2-12所示。工程上幾臺壓氣機(jī)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，并導(dǎo)出出口截面上焓值h3的計算式。答：認(rèn)為合流過程是絕熱的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，系統(tǒng)不作軸功，并忽略流體的宏觀動能和重力位能。對所定義的系統(tǒng)，由式（2-28）應(yīng)有能量平衡第4章理想氣體的熱力過程分析氣體的熱力過程要解決哪些問題？用什么方法解決？試以理想氣體的定溫過程為例說明之。答：分析氣體的熱力過程要解決的問題是：揭示過程中氣體的狀態(tài)（參數(shù)）變化規(guī)律和能量轉(zhuǎn)換的情況，進(jìn)而找出影響這種轉(zhuǎn)換的主要因素。分析氣體熱力過程的具體方法是：將氣體視同理想氣體；將具體過程視為可逆過程，并突出具體過程的主要特征，理想化為某種簡單過程；利用熱力學(xué)基本原理、狀態(tài)方程、過程方程，以及熱力學(xué)狀態(tài)坐標(biāo)圖進(jìn)行分析和表示。對于理想氣體的定溫過程……（從略）對于理想氣體的任何一種過程,下列兩組公式是否都適用:答：因?yàn)槔硐霘怏w的熱力學(xué)能和焓為溫度的單值函數(shù)，只要溫度變化相同，不論經(jīng)歷任何過程其熱力學(xué)能和焓的變化都會相同，因此，所給第一組公式對理想氣體的任何過程都是適用的；但是第二組公式是分別由熱力學(xué)第一定律的第一和第二表達(dá)式在可逆定容和定壓條件下導(dǎo)出，因而僅分別適用于可逆的定容或定壓過程。就該組中的兩個公式的前一段而言適用于任何工質(zhì)，但對兩公式后一段所表達(dá)的關(guān)系而言則僅適用于理想氣體。在定容過程和定壓過程中，氣體的熱量可根據(jù)過程中氣體的比熱容乘以溫差來計算。定溫過程氣體的溫度不變，在定溫膨脹過程中是否需對氣體加入熱量？如果加入的話應(yīng)如何計算?答：在氣體定溫膨脹過程中實(shí)際上是需要加入熱量的。定溫過程中氣體的比熱容應(yīng)為無限大，應(yīng)而不能以比熱容和溫度變化的乘積來求解，最基本的求解關(guān)系應(yīng)是熱力學(xué)第一定律的基本表達(dá)式：q=Au+w。過程熱量q和過程功都是過程量，都和過程的途徑有關(guān)。由定溫過程熱量公式q=Pvln%，可見，只要狀11v1態(tài)參數(shù)P、v和v確定了，q的數(shù)值也確定了，是否q與途徑無關(guān)？1 1 2答：否。所說的定溫過程熱量計算公式利用理想氣體狀態(tài)方程、氣體可逆過程的過程功dw=Pdv，以及過程的定溫條件獲得，因此僅適用于理想氣體的定溫過程。式中的狀態(tài)1和狀態(tài)2,都是指定溫路徑上的狀態(tài)，并非任意狀態(tài)，這本身就確定無疑地說明熱量是過程量，而非與過程路徑無關(guān)的狀態(tài)量。在閉口熱力系的定容過程中，外界對系統(tǒng)施以攪拌功8w，問這時8Q=mCvdT是否成立?

答：不成立。只是在內(nèi)部可逆的單純加熱過程中（即無不可逆模式功存在時）才可以通過熱容與溫度變化的乘積來計算熱量，或者原則地講，只是在在可逆過程中（不存在以非可逆功模式做功的時候）才可以通過上述熱量計算公式計算熱量。對工質(zhì)施以攪拌功時是典型的不可逆過程。試說明絕熱過程的過程功w和技術(shù)功w的計算式是否只限于理想氣體？是否只限于可逆絕熱過程？為什么？答：以上兩式僅根據(jù)絕熱條件即可由熱力學(xué)第一定律的第一表達(dá)式 q=Aw+w及第二表達(dá)式q=Ah+巧七導(dǎo)出，與何種工質(zhì)無關(guān)，與過程是否可逆無關(guān)。試判斷下列各種說法是否正確：（1） 定容過程即無膨脹（或壓縮）功的過程；（2） 絕熱過程即定熵過程；（3）多變過程即任意過程。答：①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(zhì)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，這僅表明過程中系統(tǒng)與外界間無伴隨熱流的熵流存在，但若為不可逆過程，由于過程中存在熵產(chǎn)，則系統(tǒng)經(jīng)歷該過程后會因有熵的產(chǎn)生而發(fā)生熵的額外增加，實(shí)際上只是可逆的絕熱過程才是定熵過程，而不可逆的絕熱過程則為熵增大的過程，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(shí)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。TOC\o"1-5"\h\z參照圖4-15，試證明：qi-2-3豐qi-4-3。圖中1-2、4-3為定容過程，1-4、 ' 232-3為定壓過程。 1 4答：由于其中w、w為定容過程功，等于零；w、w為定壓過程功，等于PAv。由" ''圖4-15思考題8附圖（另一方面，P-v圖上過程曲線與橫軸v之間所夾的面積代表過程功，顯見w=w=0；w>w，即w>1-2 4-3 2-3 4-3 1-2-3w）。根據(jù)熱力學(xué)第一定律：對熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)u，應(yīng)有可見如圖4-16所示，今有兩個任意過程a-b及a-c，其中b、c在同一條絕熱線上。試問△u與^u哪個大？若b、c在同一條定溫線上，結(jié)果又如答：由于b、答：由于b、c在同一條絕熱線上過程b-c為絕熱膨脹過程，由熱力學(xué)第一定律，有過程中系統(tǒng)對外作膨脹功，w>0過程中系統(tǒng)對外作膨脹功，w>0故有u>u圖4-16思考題9附圖因此，應(yīng)有若b、c在同一條定溫線上，根據(jù)理想氣體的熱力性質(zhì)，則有在T-s圖上如何表示絕熱過程的技術(shù)功w和膨脹功w？答：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，絕熱過程的技術(shù)功w和過程功w分別應(yīng)等于過程的焓增量和熱力學(xué)能增量的負(fù)值，因

此，在T-s圖上絕熱過程技術(shù)功七和膨脹功w的表示，實(shí)際上就是過程的焓增量和熱力學(xué)能增量的表示。具體方法為：(見第3章思考題11)在P-v圖和T-s圖上如何判斷過程中q、w、Au、Ah的正負(fù)？答：當(dāng)過程曲線分別指向絕熱線、定容線、定溫線的右側(cè)時q、w.Au.Ah值為正；反之為負(fù)。第5章熱力學(xué)第二定律1.熱力學(xué)第二定律能否表達(dá)為：“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮?，而熱能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能?！边@種說法有什么不妥當(dāng)？答：熱力學(xué)第二定律的正確表述應(yīng)是：熱不可能全部變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它影響。所給說法中略去了“其它影響”的條件，因而是不妥當(dāng)、不正確的。自發(fā)過程是不可逆過程，非自發(fā)過程必為可逆過程，這一說法是否正確？答：此說法不正確。自發(fā)過程具有方向性，因而必定是不可逆的；非自發(fā)過程是在一定補(bǔ)充條件下發(fā)生和進(jìn)行的過程，雖然從理論上說來也許可以做到可逆，但事實(shí)上實(shí)際過程都不可逆，因?yàn)椴豢赡嬉蛩乜偸潜苊獠涣说摹Ｕ埥o“不可逆過程”一個恰當(dāng)?shù)亩x。熱力過程中有哪幾種不可逆因素？答：所謂不可逆過程是指那種系統(tǒng)完成逆向變化回復(fù)到原先狀態(tài)后，與其發(fā)生過相互作用的外界不能一一回復(fù)到原來狀態(tài)，結(jié)果在外界遺留下了某種變化的過程。簡單地講，不可逆過程就是那種客觀上會造成某種不可恢復(fù)的變化的過程。典型的不可逆因素有：機(jī)械摩擦、有限溫差下的傳熱、電阻、自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散、混合、物質(zhì)從一相溶入另一相的過程等。試證明熱力學(xué)第二定律各種說法的等效性:若克勞修斯說法不成立，則開爾文說法也不成立。試證明熱力學(xué)第二定律各種說法的等效性:若克勞修斯說法不成立，則開爾文說法也不成立。圖4A熱機(jī)循環(huán)Wo圖4B不可能的熱機(jī)循環(huán)證：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：熱不可能自發(fā)地、不付代價地從高溫物體傳至低溫物體。開爾文表述則為：不可能從單一熱源取熱使之全部變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它影響。按照開爾文說法，遵循熱力學(xué)第二定律的熱力發(fā)動機(jī)其原則性工作系統(tǒng)應(yīng)有如圖4A圖4A熱機(jī)循環(huán)Wo圖4B不可能的熱機(jī)循環(huán)2對于所示的熱機(jī)系統(tǒng)當(dāng)熱機(jī)完成一個循環(huán)從地溫物體傳至高溫物體，則應(yīng)有如圖4B所示的情況。在這種情況下，時，實(shí)際上低溫?zé)嵩醇炔坏玫绞裁?，也不失去什么，就如同不存在一樣，而高溫?zé)嵩磳?shí)際上只是放出了熱量對于所示的熱機(jī)系統(tǒng)當(dāng)熱機(jī)完成一個循環(huán)(Q?Q)，同時，熱力發(fā)動機(jī)則將該熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它影響，即熱力學(xué)第二定律的開爾文說法不成1 2立。下述說法是否有錯誤：⑴循環(huán)凈功Wnet愈大則循環(huán)熱效率愈高；⑵不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率；⑶可逆循環(huán)的熱效率都相等，nt=1-T。1w答：⑴說法不對。循環(huán)熱效率的基本定義為：nt=-q*，循環(huán)的熱效率除與循環(huán)凈功有關(guān)外，尚與循環(huán)吸熱量1Q1的大小有關(guān)；⑵說法不對。根據(jù)卡諾定理，只是在“工作于同樣溫度的高溫?zé)嵩春屯瑯訙囟鹊牡蜏責(zé)嵩撮g”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(jié)論就不正確;⑶說法也不正確。根據(jù)卡諾定理也應(yīng)當(dāng)是在“工作于同樣溫度的高溫?zé)嵩春屯瑯訙囟鹊牡蜏責(zé)嵩撮g”的條件下才能肯定所有可逆循環(huán)的熱效率都相等，nt=1-節(jié)，而且與工質(zhì)的性質(zhì)與關(guān)，與循環(huán)的種類無關(guān)。如果式1不過這種情況下也中的溫度分別采用各自的放熱平均溫度和吸熱平均溫度則公式就是正確的，即nt不能說是“所有可逆循環(huán)的熱效率都相等”，只能說所有可逆循環(huán)的熱效率表達(dá)方式相同。不過這種情況下也循環(huán)熱效率公式n=qq和n=TtT是否完全相同？各適用于哪些場合？t q1 tT答：不完全相同。前者是循環(huán)熱效率的普遍表達(dá)，適用于任何循環(huán)；后者是卡諾循環(huán)熱效率的表達(dá)，僅適用于卡諾循環(huán)，或同樣工作于溫度為T1的