工程熱力學(xué)本科生期末復(fù)習(xí)題2答案.doc

一判斷題1.均勻則一定平衡。反之平衡也一定均勻；（）2.穩(wěn)定狀態(tài)一定是平衡狀態(tài)；（）3.判斷一個熱力過程是否可逆的條件是準(zhǔn)平衡過程且無耗散效應(yīng)；（）4.焓只有在流動工質(zhì)中才存在；（）5.對于定壓過程熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式可寫為；（）6.閉口熱力系吸收一定熱量后，其熵一定增大；（）7.用壓力表可以直接讀出絕對壓力值；（）8.自發(fā)過程為不可逆過程，非自發(fā)過程必為可逆過程；（）9.可用于準(zhǔn)平衡過程求功量；（）10.熱力系沒有通過邊界與外界交換能量，系統(tǒng)的熱力狀態(tài)也可能變化；（）11.初、終態(tài)相同的熱力過程，不可逆過程的熵變大于可逆過程的熵變；（）12.任意可逆循環(huán)的熱效率都是t=1-T2/T1；（）13.經(jīng)不可逆循環(huán)，系統(tǒng)和外界均無法完全恢復(fù)原態(tài)；（）14.理想氣體的Cp,Cv值與氣體的溫度有關(guān)，則它們的差值也與溫度有關(guān)；（）15.氣體的比熱可以從-變化到+的任何值；（）16.理想氣體的比熱容與工質(zhì)、溫度和過程有關(guān)；（）17.理想氣體任意兩個狀態(tài)參數(shù)確定后，氣體的狀態(tài)就一定確定了；（）18.理想氣體的的焓只和溫度有關(guān)，是狀態(tài)參數(shù)，而實(shí)際氣體的焓不是狀態(tài)參數(shù)；（）19.工質(zhì)穩(wěn)定流經(jīng)熱力設(shè)備時，所做的技術(shù)功等于膨脹功減去流動功；（）20.多變過程即任意過程；（）21.工質(zhì)進(jìn)行了一個吸熱、升溫、壓力下降的多變過程，則多變指數(shù)n滿足0n0，T=0；（）28.對于縮放噴管，出口壓力隨著背壓的變化而變化，故其流量也隨著背壓的變化而變化；（）29.對于減縮噴管，當(dāng)時，減低流量保持不變；（）30.漸縮噴管出口氣流的馬赫數(shù)可以是任意非負(fù)數(shù)；（）31.噴管的流動過程中肯定能達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲?；（?2.濕空氣的相對濕度下降，濕空氣中所含水分不一定減少；（）33.水蒸氣的焓熵圖上，濕蒸氣區(qū)的等溫線既為等壓線，是一組斜率相同的傾斜直線；（）34.對于飽和空氣，；（）35.對未飽和空氣進(jìn)行降溫，含濕量先保持不變，再降低；（）36.對于水（蒸汽），任意兩個狀態(tài)參數(shù)可確定其狀態(tài)；（錯）37.相對濕度較高的空氣，其露點(diǎn)溫度也較高；()38.濕飽和蒸汽的焓等于飽和水的焓加上干度乘以汽化過程中1kg飽和水變成干飽和蒸汽所吸收的熱量；()39.過熱蒸汽的溫度總是大于未飽和水的溫度；( )40.濕空氣在總壓力不變，干球溫度不變的條件下，濕球溫度愈低，其含濕量愈小。（）二圖示題1. 利用pv圖、Ts圖分析多變指數(shù)1nn1),可逆等溫放熱過程3-4，等熵壓縮過程4-1畫出該循環(huán)的p-v圖和T-s圖。解：p142T4123s3v8定性地畫出壓縮蒸汽制冷循環(huán)的焓熵圖。解：3412sT9對于未飽和空氣，它的干球溫度、濕球溫度及露點(diǎn)溫度三者那個最大？那個最??？對于飽和空氣，三者的大小關(guān)系又如何？在圖上表示之。（4分）解：sTtdttw（2）未飽和濕空氣：ttwtd（1）飽和濕空汽：t=tw=td（1）10. 試畫出蒸汽壓縮制冷循環(huán)的TS圖，并用各狀態(tài)點(diǎn)的焓值表示其制冷系數(shù)。11 試在TS圖上分別畫出汽油機(jī)理想循環(huán)和柴油機(jī)混合加熱理想循環(huán)。12.在TS圖畫出基本的朗肯循環(huán)和帶再熱循環(huán)，并簡要說明再熱循環(huán)的好處。解：再熱循環(huán)可以提高循環(huán)熱效率和提高汽輪機(jī)出口蒸汽的干度。13定性畫出內(nèi)燃機(jī)三種理想循環(huán)的、圖。解：混合加熱：vspT4512323415定容加熱：pVTs23412143定壓加熱：pTvs3214342114.定性地畫出燃?xì)廨啓C(jī)定壓加熱循環(huán)的、圖。（6分）解：pTvs32143421三簡答題1.閉口系與外界無物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定，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：不一定。穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量也可以保持恒定。2.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，所以開口系統(tǒng)不可能是絕熱系。對不對，為什么？ 答：這種說法是不對的。工質(zhì)在越過邊界時，其熱力學(xué)能也越過了邊界。但熱力學(xué)能不是熱量，只要系統(tǒng)和外界沒有熱量地交換就是絕熱系。 3.促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么？ 答：系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間的傳熱和位移或系統(tǒng)與外界之間的熱量的交換與功的交換都是促使系統(tǒng)狀態(tài)變。4.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：經(jīng)歷一個不可逆過程后系統(tǒng)可以恢復(fù)為原來狀態(tài)。系統(tǒng)和外界整個系統(tǒng)不能恢復(fù)原來狀態(tài)。5.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：不一定。主要看輸出功的主要作用是什么，排斥大氣功是否有用。6.能否由基本能量方程得出功、熱量和熱力學(xué)能是相同性質(zhì)的參數(shù)結(jié)論？答：不會，可知，公式中的為熱力學(xué)能的差值，非熱力學(xué)能，熱力學(xué)能為狀態(tài)參數(shù)，與過程無關(guān)。7.熱力學(xué)能就是熱量嗎?答：不是，熱是能量的一種，而熱力學(xué)能包括內(nèi)位能，內(nèi)動能，化學(xué)能，原子能，電磁能，熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)，與過程無關(guān)，熱與過程有關(guān)。8.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： 適用于任何過程，任何工質(zhì)。 可逆過程，任何工質(zhì) 9.絕熱過程的過程功和技術(shù)功 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：不只限于理想氣體和可逆的絕熱過程。因?yàn)楹褪峭ㄓ霉?，適用于任何工質(zhì)任何過程，只要是絕熱過程無論是可逆還是不可逆。所以=，=不只限于可逆絕熱過程。10.請歸納熱力過程中有哪幾類不可逆因素？ 答：。不可逆因素有：摩擦、不等溫傳熱和不等壓做功。11.當(dāng)有摩擦損耗時，噴管的流出速度同樣可用來計算，似乎與無摩擦損耗時相同，那么摩擦損耗表現(xiàn)在哪里呢？答：摩擦損耗包含在流體出口的焓值里。摩擦引起出口速度變小，出口動能的減小引起出口焓值的增大。12.既然絕熱節(jié)流前后焓值不變，為什么做功能力有損失？答：衡量做功能力是熵，不是焓值。節(jié)流過程是個不可逆過程熵增，做功能力必然損失。13如果由于應(yīng)用氣缸冷卻水套以及其他冷卻方法，氣體在壓氣機(jī)氣缸中已經(jīng)能夠按定溫過程進(jìn)行壓縮，這時是否還需要采用分級壓縮？為什么？答：我們采用分級壓縮的目的是為了減小壓縮過程中余隙容積的影響，即使實(shí)現(xiàn)了定溫過程余隙容積的影響仍然存在，所以我們?nèi)匀恍枰旨墘嚎s。14壓氣機(jī)按定溫壓縮時，氣體對外放出熱量，而按絕熱壓縮時不向外放熱，為什么定溫壓縮反較絕熱壓縮更為經(jīng)濟(jì)？答：絕熱壓縮時壓氣機(jī)不向外放熱，熱量完全轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的內(nèi)能，使工質(zhì)的溫度升高，壓力升高，不利于進(jìn)一步壓縮，且容易對壓氣機(jī)造成損傷，耗功大。等溫壓縮壓氣機(jī)向外放熱，工質(zhì)的溫度不變，相比于絕熱壓縮氣體壓力較低，有利于進(jìn)一步壓縮耗功小，所以等溫壓縮更為經(jīng)濟(jì)。15從內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的分析、比較發(fā)現(xiàn)各種理想循環(huán)在加熱前都有絕熱壓縮過程，這是否是必然的？答：不是必然的，例如斯特林循環(huán)就沒有絕熱壓縮過程。對于一般的內(nèi)燃機(jī)來說，工質(zhì)在氣缸內(nèi)壓縮，由于內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速非常高，壓縮過程在極短時間內(nèi)完成，缸內(nèi)又沒有很好的冷卻設(shè)備，所以一般都認(rèn)為缸內(nèi)進(jìn)行的是絕熱壓縮。16根據(jù)卡諾定理和卡諾循環(huán)，熱源溫度越高，循環(huán)熱效率越大，燃?xì)廨啓C(jī)裝置工作為什么要用二次冷卻空氣與高溫燃?xì)饣旌?，使混合氣體降低溫度，再進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)？答：這是因?yàn)楦邷厝細(xì)獾臏囟冗^高，燃?xì)廨啓C(jī)的葉片無法承受這么高的溫度，所以為了保護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)要將燃?xì)饨档蜏囟群笤僖胙b置工作。同時加入大量二次空氣，大大增加了燃?xì)獾牧髁?，這可以增加燃?xì)廨啓C(jī)的做功量。17為什么壓縮空氣制冷循環(huán)不采用逆向卡諾循環(huán)？答：由于空氣定溫加熱和定溫放熱不易實(shí)現(xiàn)，故不能按逆向卡諾循環(huán)運(yùn)行。在壓縮空氣制冷循環(huán)中，用兩個定壓過程來代替逆向卡諾循環(huán)的兩個定溫過程。18 混合氣體中如果已知兩種組分A和B的摩爾分?jǐn)?shù)xAxB，能否斷定質(zhì)量分?jǐn)?shù)也是AB？答：否。，質(zhì)量分?jǐn)?shù)還與各組分的摩爾質(zhì)量有關(guān)。四、計算題1.設(shè)熱源溫度=1300K，冷源溫度等于環(huán)境溫度=288K，熱機(jī)的工質(zhì)吸熱平均溫度為=600K，放熱平均溫度=300K。已知熱機(jī)的熱效率是以工質(zhì)吸放熱的平均溫度作為卡諾循環(huán)效率的80%，若熱機(jī)從熱源吸熱100kJ 求：1）吸放熱量的可用能；2）實(shí)際熱機(jī)所做出的功；3）熱機(jī)和熱源、冷源整個裝置的熵的變化量；4）整個裝置的做功能力損失。解：2. 有一熱力循環(huán)，工質(zhì)為空氣，分別經(jīng)歷以下過程，由15，0.5MPa，定壓加熱到200，然后絕熱膨脹，溫度降低到100，接著定容冷卻到15，最后等溫壓縮到初始狀態(tài)。所有過程都是可逆的，試求循環(huán)熱效率，并將該循環(huán)畫在、圖上。解：v1234p1234Ts1點(diǎn)，15，0.5MPa；2點(diǎn)：0.5MPa；，200；三點(diǎn)：100，0.438 MPa；4點(diǎn)：15，0.338 MPa；循環(huán)的吸熱量為：185.93kJ；循環(huán)的放熱量為：93.3則循環(huán)熱效率為49.8 3.某剛性容器內(nèi)儲有700的空氣，其初始壓力=0.103MPa，=5，為了使其溫度升高到27，設(shè)空氣為理想氣體，比熱為定值，試求：1）需加入多少熱量？2）若這些熱量由=400K的熱源傳給容器，則容器內(nèi)空氣與熱源熵增為多少？3）若狀態(tài)變化只是從一個功源吸收能量實(shí)現(xiàn)，則空氣與功源的熵增又為多少？解：4. 1kg空氣經(jīng)歷可逆過程a-b-c，其中a-b為多變指數(shù)n=0的多變過程，b-c為n=K的過程（K：絕熱指數(shù)）。已知，若比熱為定值，求過程a-b-c的熱力學(xué)平均溫度.解：5、某蒸汽動力循環(huán)，初參數(shù)為9MPa，530C的水蒸氣，經(jīng)主汽門絕熱節(jié)流后成為8MPa的水蒸氣進(jìn)入可逆絕熱的汽輪機(jī)中膨脹作功，直到壓力降為0.004MPa。忽略泵功。試求：1）與沒有節(jié)流相比，由于節(jié)流，單位工質(zhì)在汽輪機(jī)中的功變化了多少？2）節(jié)流引起的作功能力損失是多少？已知環(huán)境溫度為25C；3）節(jié)流后循環(huán)的熱效率為多少？4）將過程和作功能力損失示意地畫在T-s圖上； 已知飽和水和飽和水蒸氣的有關(guān)參數(shù)如下表： p MPatsChkJ/kgh kJ/kgs kJ/kg.Ks kJ/kg.K0.00428.9533121.32553.450.42218.47258.0295.0481316.52757.703.20665.74309.0303.3851363.12741.923.28545.6771已知過熱水蒸氣的有關(guān)參數(shù)如下表：p=8 MPap=9 MPatChkJ/kgs kJ/kg.KhkJ/kgs kJ/kg.K5203446.06.78483435.06.71985303470.46.81533459.76.75095403494.76.84533484.46.7814解：1)未節(jié)流時節(jié)流后同樣可求2)節(jié)流引起的作功能力損失3)節(jié)流后循環(huán)的效率循環(huán)吸熱量則效率4)圖6. 活塞式內(nèi)燃機(jī)的定容加熱循環(huán)，其初始狀態(tài)為p=0.1MPa，t=25，壓縮比()=8。對工質(zhì)加入熱量為780kJ/kg，工質(zhì)視為空氣（R=287J/kgK, =1.004kJ/kgK）。1）畫出循環(huán)的p-v圖及T-S圖；2）計算循環(huán)的最高壓力及最高溫度；3）求循環(huán)熱效率和凈功量；4）分析提高循環(huán)熱效率的熱力學(xué)措施解：（1） (2)（3） (4 ) 提高壓縮比 7容積V=0.5m3的空氣初壓=0.3MPa,初溫=150,經(jīng)膨脹過程到終態(tài)=0.08MPa,=20,求過程中熱力學(xué)能,焓及熵的變化量?？諝庾鳛槔硐霘怏w,其比熱容可取定值, 氣體常數(shù) =287J/(kgK)；=1005J/(kgK)。解：由狀態(tài)方程得 =1.24 kg 由邁耶公式得=718 kJ/(kgK) 熱力學(xué)能的變化為=114.8 J 焓的變化為=162.0 J 熵的變化為=12.68 J/K8空氣初態(tài)為=0.1MPa、=20，經(jīng)過兩級活塞式壓氣機(jī)后，壓力提高到2.5MPa，假定各級壓縮過程的多變指數(shù)n=1.3。試求：（1）以耗功最小為前提的各級壓比；（2）生產(chǎn)1kg壓縮空氣理論上消耗的功；（3）各級氣缸的出口溫度；（4）若采用單級壓縮，壓氣機(jī)消耗的功及出口溫度。已知：Rg=0.287 kJ/(kgK)，cp=1.01 kJ/(kgK)。2解：壓縮機(jī)工作過程p-v圖如下（1）由題意耗功為 其中p2為變量，故對其求導(dǎo)可得滿足時，為壓縮機(jī)最小耗功量 即=5 （2）由式得=327.79 kJ/kg （3）由于各級多變指數(shù)相同，且采用級間冷卻 低壓級則其出口氣溫為=424.8 K 同理高壓級出口氣溫=T2=424.8 K （4）單級壓縮時耗功為=401.51 kJ/kg 出口氣溫為=615.8 K 9某發(fā)電廠采用蒸汽動力循環(huán)（簡單朗肯循環(huán)），蒸汽以，的初態(tài)進(jìn)入汽輪機(jī)，汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率，凝汽器中凝結(jié)溫度為30oC，忽略泵功。已知環(huán)境溫度為25 oC。（14分）從水蒸氣圖表查得： 試求：（1）汽輪