工程熱力學(xué)期末復(fù)習(xí)題1答案

pppp一、判斷題:1.

平衡狀態(tài)一定穩(wěn)定狀態(tài)。2.熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是能量守恒定律3.公式dｕ＝ct適用理想氣體的任何過程。ｖ4．容器中體的壓力不變則壓力表的讀數(shù)也絕對不會改變。5．在-S圖上任意二條可逆絕熱過程線不能相交。6．膨脹功流動功都是過程的函數(shù)。7.當(dāng)把一定量的從相同的初狀態(tài)壓縮到相同的終狀態(tài)時(shí),以可逆定溫壓縮過程最為省功。8.可逆過程是指工質(zhì)有可能沿原過程逆向進(jìn)行，并能恢復(fù)到初始狀態(tài)的過程。9。根據(jù)比熱容的定義式

c

,知理想氣體的為一過程量;１0．

自發(fā)過程為不可逆過程非自發(fā)過程必為可逆過程;在管道內(nèi)作定熵流動時(shí)各點(diǎn)的滯止參數(shù)都相同。12孤立系統(tǒng)的熵與能量都是守恒的。1３閉口絕熱系的熵不可能減少。1４閉口系統(tǒng)進(jìn)行了一個(gè)過程如果熵增加了,則一定是從外界吸收了熱量.理想氣體的比焓、比熵和比定壓熱容都僅僅取決與溫度.16實(shí)際氣體絕熱節(jié)流后溫度一定下降。任何不可逆過程工質(zhì)的熵總是增加的而任何可逆過程工質(zhì)的熵總是不變的。18.

不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率;1９混合氣體中質(zhì)量成分較大的組分，其摩爾成分也一定大。熱力學(xué)恒等式ｄu=Tds—ｐ與過程可逆與否無關(guān)。21當(dāng)熱源和冷源溫度一,熱內(nèi)工質(zhì)能夠做出的最大功就是在兩熱源間可逆熱機(jī)對外輸出的功。22從飽和液體狀態(tài)汽化成飽和蒸汽狀態(tài)，因?yàn)闅饣^程溫度未變,所以焓的變化量＝ｃ０。定壓過程的換熱量=ｃdＴ僅適用于理想氣體不能用于實(shí)際氣體．ｐ24在p－v圖上,過同一狀態(tài)點(diǎn)的定熵過程的斜率大于定溫過程的斜率．

s25

壓縮過程耗功是體積膨脹功壓氣機(jī)耗功是技術(shù)功;26供熱量一定,電爐取暖與用熱泵式空氣取暖耗電量一樣多。27漸縮噴管出口截面參數(shù)不變，背壓提高,則噴管流量下降。28工質(zhì)在變截面管道內(nèi)流動,道的最小截面即為臨界截面29對于漸放型噴管,進(jìn)口流速為亞音速時(shí)，可是氣流壓力升高。30對于未飽和空氣,球溫度≥濕球溫度≥露點(diǎn)溫度。3１濕空氣的相對濕度愈大，則其水蒸氣分壓力愈大。32.

相對濕度越大則空氣的含濕量越高；３３.知濕蒸汽的壓力與溫度就可以確定濕蒸汽的狀態(tài)滯止參數(shù)是工質(zhì)經(jīng)定熵滯止后得到的狀態(tài)參數(shù)。3５．露點(diǎn)度等于空氣中水蒸氣分壓力對應(yīng)的飽和溫度。二、圖示題:1.試在圖上定性的表示出2的理想氣體的壓縮過程并在圖上用面積表示所耗過程功w或技術(shù)功.２.將滿足以下要求的多變過程表示在p-V圖和Ｔ—ｓ圖上(先標(biāo)出四個(gè)典型過程工質(zhì)膨脹、放熱;（工質(zhì)壓縮、放熱且升溫

3．將滿足列要求的理想氣體的多變過程表示在—v圖、T-s圖上。１）工質(zhì)升溫、升壓、放熱;2）工質(zhì)膨、降溫、放熱。4．在pv圖及-ｓ圖上畫出空氣的=1.的膨脹過程１－和=１。６的壓縮過程１－3并確定過程１和１—３中功和熱量的正負(fù)號及初終態(tài)熱力學(xué)能的大小。:

1—2過程功為正，熱量為負(fù),態(tài)熱力學(xué)能大于終態(tài)熱力學(xué)能１過程功偉負(fù)，熱量為正,態(tài)熱力學(xué)能小于終態(tài)熱力學(xué)能5．在Ｔ—圖上畫出下面兩各熱力過程：1)k=１４的空氣,變壓縮過程＝1.3２5；2)n=0。９２的吸熱過程6。畫出單活塞式壓縮機(jī)將空氣由相同初態(tài),分別經(jīng)定溫壓縮、定熵壓縮和多變壓縮過程達(dá)到相同的終態(tài)壓力的ｐ－v,

T—s

圖，并說明其耗功量的大小關(guān)系.wwn

7．定性畫內(nèi)燃機(jī)三種理想循環(huán)的圖?；旌霞訜?

T

v

s定容加熱：

T3

V定壓加熱:T

s3

v

s8在T—s圖上畫出采用再熱的郎肯循環(huán)循環(huán)圖并定性說明再熱循環(huán)對循環(huán)熱效率的影響。

。答：如果附加部分的效率高，則再熱循環(huán)效率會提高中間壓力提高，會使提高，但此時(shí)對干度的改善較小.9畫出蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的T—s

圖并說明各個(gè)過程是在哪個(gè)設(shè)備中完成的。答：1過程，壓氣機(jī)中完;2３過程，冷凝器中完;３-４過程,節(jié)流閥中完成；41過程，蒸發(fā)器中完成.三、簡答題：１．絕熱剛性容器用隔板分成A、Ｂ相同的兩部

分,A側(cè)滿空氣，B側(cè)為真空，分析突然抽掉隔板后氣體的狀態(tài)參數(shù)(熱力學(xué)能焓熵如何變化？2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?3．絕熱過是定熵過程嗎？多變過程是任意過程嗎？4．如圖所的電加熱裝容中盛有空氣，并設(shè)有電阻試問取什么為系,

系統(tǒng)與外界交換的是熱;取什么為系統(tǒng)，系統(tǒng)與外界交換的是電功；取什么為系統(tǒng),統(tǒng)與外界沒有任何能量交換。5．熱量與有什么相同的特征，兩者的區(qū)別是什么5。答：熱和功都是能量傳遞的度,們都是過程量。只有在能量傳遞過程中才有所謂的功和熱量,沒有能量的傳遞過程也就沒有功和熱量。區(qū)別:功是有規(guī)則的宏觀運(yùn)動能量的傳遞,在做功過程中往往伴隨著能量形態(tài)的變化,熱量則是大量微觀粒子雜亂熱運(yùn)動的能量的傳遞，傳熱過程中不出現(xiàn)能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化。功轉(zhuǎn)化成熱量是無條件的,而熱變成功是有條件的。6.為什么T-s圖上過同一點(diǎn)的氣體的定容線要比定壓線陡一些6。答在定容線上

dT，而在定壓線上dsC7．工質(zhì)在力１下被吸入氣缸，可逆壓縮至ｐ１<p2后排出氣缸試在p－v圖上表示出此工作過程的膨脹功和技術(shù)功,并說明技術(shù)功和膨脹功之間的關(guān)系.7：其1-2-3-4-為技術(shù)功ｗ1——６—1膨脹功w

tΔ(pv)=δｗ－δw

ｔ８.于閉口系統(tǒng)，引起系統(tǒng)熵變的因素有哪些？開口系統(tǒng)呢？8答：閉口系統(tǒng)由于沒有物質(zhì)的流動,起熵變的主要因素為傳熱引起的熵流,以及不可逆過程而產(chǎn)生的熵產(chǎn)對于開口系除了熵產(chǎn)和熵流之外還有因?yàn)槲镔|(zhì)流動所引起的熵的變化９.否一切熵增過程都是自發(fā)過程可逆過程的熵增必須為零？

tt9:不是一切熵增過程都是自發(fā)過程例如氣體的不可逆絕熱壓縮過程過程中氣體的熵增大，但是這個(gè)過程不是自發(fā)過程?？赡孢^稱的熵增不一定為零可逆過程的熵產(chǎn)為,但熵流不一定就業(yè)為零。例如可逆定溫吸熱過程的熵增就大于零。10體在噴管中流動欲使超音速氣流加速采用什么形式的噴管？為什么１0愈使超音速氣流加速應(yīng)選用漸擴(kuò)管因?yàn)槌羲贇饬髟跍p縮噴管中有壓縮的效應(yīng),有在漸擴(kuò)噴管中才能膨脹加速簡述制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)的異同點(diǎn)1１答相同點(diǎn):理為逆卡諾循環(huán),熱量從低溫帶到高溫不同點(diǎn)：熱泵為產(chǎn)熱,熱為有效,制冷循環(huán)要的是冷量１2.在內(nèi)燃機(jī)混合加熱理想循環(huán)、定容加熱理想循環(huán)及定壓加熱理想循環(huán)中，提高壓縮比都可使循環(huán)熱效率提高，試從第二定律分析其原因。T1２答根據(jù)熱力學(xué)第二定律循環(huán)熱效率為T1

,中Ｔ為循環(huán)平均吸熱溫度，T為循環(huán)平均放熱溫度。在這三個(gè)循環(huán)中提高壓縮比，均可以提高循環(huán)平２均吸熱溫度，而平均放熱溫度要么不變,要么減小所以均可使循環(huán)熱效率提高1３．蒸汽力裝置采用再熱的根本目的是提高循環(huán)的熱效率嗎？1３答:不是，采用再熱循環(huán)的目的是為了在提高初態(tài)壓力時(shí),不引起乏的干度的降低,即通過提高初態(tài)壓力提高熱效率而再熱循環(huán)較基本循環(huán)的熱效率并不一定提高.１4。畫圖分析新蒸汽參數(shù)對基本朗肯循環(huán)的熱效率有和影響?14答：初溫對熱效率的影響:溫由提高到的—s圖。初壓和背壓不變,圖看到，提高初溫可提高循環(huán)的平均吸熱溫度(由提高到從而提高循環(huán)的熱效率。蒸汽初壓的影響:圖為保持背壓、初溫不變而升高初壓的循圖顯然，提高可以提高平均吸熱溫度，從而提高循環(huán)的熱效率。

tt15壓縮蒸汽制冷循環(huán)采用節(jié)流閥代替膨脹機(jī)壓縮空氣制冷循環(huán)是否也可以采用這種方法？為什么1５答：不以。因?yàn)榭諝獾谋葻崛葺^,增壓比增大循環(huán)制冷系數(shù)講減小，故每千克空氣的吸熱量不多為了提高制冷能力，空氣的流量就就要很,節(jié)流閥不能滿足大流量的要求。1６如果選取燃?xì)廨啓C(jī)裝置理想循環(huán)的最佳增壓比是否意味著可獲得最高的循環(huán)熱效率,什么?16答：不是，最佳增壓比是針對循環(huán)凈功而,即循環(huán)凈功最。而循環(huán)熱效率

1kk

，即隨增壓比的增高而遞增的。１7.簡述干球溫度、濕球溫度、露點(diǎn)之間的區(qū)別。17：干球溫度:為溫度計(jì)測濕空氣的實(shí)際溫度濕球溫度：是濕空氣流過濕球時(shí)與濕球建立了熱平衡后的溫度露點(diǎn)溫度：為濕空氣沿等壓線P=Pｖ降溫至有液態(tài)水析出的溫度18.當(dāng)濕空氣的相對濕度不變時(shí)，濕空氣的溫度增高，濕空氣的含濕量、露點(diǎn)溫度、濕球溫度如何變化？１8。答：含濕量d、露點(diǎn)溫度、濕球溫度都高。因?yàn)?/p>

vs

，而溫度提高時(shí)相應(yīng)的飽和壓力提相對濕度不變，水蒸氣分壓力提高，則露點(diǎn)溫度，含濕量提高。計(jì)算題

gTTgTT1.1kg在一熱力過程中從初態(tài)0.2MPａ、℃變化到0。1ＭPa、℃，過程的技術(shù)功為3494kJ/kg，周圍環(huán)境溫度＝3０;試問過程是否為可逆過程過程有無不可逆損失有不可逆損失不可逆損失為多少視Ｎ２為定比熱理想氣體，定壓比熱容Cp=1.3８。ｋ，氣體常數(shù)＝0．２9７kJ/kｇ。。１。解:q100kJ／tt取系統(tǒng)與環(huán)境組成孤立系，

工質(zhì)

熱源

工質(zhì)

lnp

Tp2lnTp1

。1678,=熱源

＝３３＝１６所以不可逆。質(zhì)熱0Ig

iso

９。４kＪ/kg。2.Ti

將一根即0.36ｋ的金屬投入kg的水中，初始時(shí)金屬棒的溫度wＫ，水的溫度T295K,比熱容分別為cwm0.4187kJ/和金屬棒、水以及它們組成的孤立系的熵變。設(shè)容器絕熱。２．:由閉口系能量方Q，取容器內(nèi)水和金屬棒為熱力,絕熱，不作外功,Q,W0mcTwf

w

cTmf

0T295T0T298.1。fff由金屬棒和水組成的是孤立系，孤立系的熵變?yōu)榻饘侔綮刈兒退刈冎停?/p>

m

Wmcmm

fm

298.10.36—0．191８kJ/Kww

f

ln

298.1

＝0。３９３Ｋ

1t11122222111t1112222211

=０.2０kJ／Km3.在兩個(gè)恒溫?zé)嵩撮g工作的某動力循環(huán)系統(tǒng)，其高溫?zé)嵩礈?０0０K低溫?zé)嵩礈囟龋剑?0。循環(huán)中工質(zhì)吸熱過程的熵變Δs（ｋ）,吸熱量=９／ｇ；工質(zhì)放熱過程的熵變Δs＝２

–1。0Ｋ,放熱量=環(huán)境溫30０Ｋ，試:（循環(huán)的熱效(2)吸熱過程和放熱過程的熵流和熵產(chǎn);(3)判斷該過程能否實(shí)現(xiàn)。3:(1循環(huán)凈功為600=380K循環(huán)熱效率為380=3８。8％q980２）Ⅰ、工質(zhì)吸熱過程熵流f

q980

=０。98kＪ/(kg·K)該過程熵變（ｋ·K)1f1則熵產(chǎn)為s1.00.98。０2kJ/(kg·）g1Ⅱ、工質(zhì)放熱過程熵流

f2

600300

=－2ｋＪ/（ｋ·Ｋ）該過程熵變2

f2

＝g2

–1．0２kＪ／（·K）則熵產(chǎn)為s

g

2

f

=0．98kＪ/(ｋｇ·K)（3）由上面結(jié)果得（可任選Ⅰ、Ⅱ之一進(jìn)行判斷）Ⅰ、工質(zhì)吸熱過程1工質(zhì)放熱過程Ⅱ、也可以用循環(huán)熵增

q,能實(shí)現(xiàn)，既能實(shí)現(xiàn)1.01.0212

０o0pFk０o0pFk即還是能實(shí)現(xiàn)4.ｐ=MPａ,=２Ｃ空氣可逆絕熱流經(jīng)漸縮噴管,在噴管截F為０。0０3平方米處的氣流馬赫數(shù)為０．７，若背壓０。2５,試求F截面處空氣的溫度及流速，噴管出口截面積２及空氣出口流速，空氣比定壓熱容為ｃ＝１004/(kｇ）。4。解:在截面Ｆ處，面積A０3，由題意可逆絕熱流動得截面處的氣流速度為：

fF

h)CT)20FP0F

kRgk

T0F當(dāng)?shù)匾羲贋間F由馬赫數(shù)的概念：

c

fFc

2T(kF因此

F

(

2

0k1.422

因此,截面F處的氣流速度為：

f,F

kR1.4287(/kg.267msgF由可逆絕熱流動過程得：(F

F))0

1.4

0.722vF

gFPF

287(J/.K)0.722

0.1063/kg因此流量為:q

AFfFvF

m2229.3/m/

/考慮出口截面參數(shù)：0.528p0.25MPacr因此，在出口處的參數(shù)為:pp2cr(2

P2)P0

kk

0.528293

1.4

244v2

g2P2

/kg)0.528MPa

m/

c?r1r1g1?cVchc?r1r1g1?cVch

f

2(2CT/2P02由連續(xù)性方程可知各截面流量應(yīng)相等，因此2

q6.49kg/s2/sf

3

/

0.0027

25．活塞壓機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)360,從環(huán)吸進(jìn)℃的空氣１４將之壓縮到。５2MPa輸出。設(shè)壓縮過程為可逆變過程，多變指數(shù)為１。壓縮機(jī)容積效率５。求：(1)所需輸入壓縮機(jī)的功率；(2)余隙容積比及活塞排量?？諝庾鳎掷硐霘怏w，比熱容取定值空氣氣體常數(shù)=28７（Ｋ=1０境大氣壓p＝３ｂ

MPa.５.:(1)由壓縮機(jī)多變過程壓縮功計(jì)算公式得nRT[()np

0.287(273)0.1013

1.31.3

＝1678kＪ/ｋg壓縮機(jī)空氣質(zhì)量流量為m

Vn0.101360T0.287(273

=1。00８5kＪ／kg壓縮機(jī)的功率為1.0085168.7１69.1kＪ/g（2）由余隙容積比與容積效率的公式Vp[()V得余隙容積比

1p())1.30.1013活塞排量為

=0。02V

V

14

＝１4．74

６.氣初始狀態(tài)，ｐ１＝，t1=２0℃,經(jīng)三級壓縮壓力達(dá)到1Ｐａ，設(shè)進(jìn)入各級汽缸時(shí)的空氣溫度相等多變指數(shù)均為13各級中間壓力按壓氣機(jī)

PPmn112gvPPmn112gv耗功最小原則設(shè)計(jì)。如果產(chǎn)氣量為每小時(shí)２,求:（１）各級排氣溫度及壓氣機(jī)的最小功率;(2）多級改為單級，多變指數(shù)不變，求壓氣機(jī)耗功和排氣溫度。６。解由題意得,壓氣機(jī)耗功最小原則設(shè)計(jì)情況下，各級壓力比應(yīng)該相等,且

i

3

p10MPa4pMPa1

4.64由進(jìn)入各級汽缸時(shí)的空氣溫度相等,得(23

n2)1i1

n)各級耗功相等，因此壓氣機(jī)耗功等于各級耗功之和：PzPwcc,jmc,j

nzqRgn

nn

)25.8單級壓縮排氣溫度：

i

MPa(2

P2)P1

nn

KPc

n200RgT)0.287293)38.4n36001.31.37.某定容加熱活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的ｐ曲線如圖所示其工質(zhì)為空氣,質(zhì)量為1kｇ，已=1bar，℃ε=v/ｖ定容過程中加入熱量qＪ／１１１氣的氣體常數(shù)為=0（ｋgK),比定容熱容ｃ18kkg等熵指數(shù)γ=１（）在T-ｓ圖上表示該循環(huán)；(２求出點(diǎn)２、3、4的ｐ、、T參數(shù);(３求循環(huán)的凈功量和循環(huán)熱效率。

g1３231v32vg1３231v32vv7:(1)（2）由狀態(tài)方程：pv=R得：v=0．855２ｍ3１

／。因

12

以v＝v／０.17１０５3／kg1-２過程為絕熱壓縮，２所以有：p

v

9.518*10T

P2

567.2７KV=v=0.17105m

/kg，定容過程的吸熱量q（T－T）,Ｔ=16８1．48K,p

3v

28.213*105vv/kg,3—4為等熵過程p14P44883.27循環(huán)的放熱量:cKJkg21

pa

1t113gv213231t113gv21323循環(huán)的凈功量：ｑｑ=379。78kJ/kｇ２w循環(huán)熱效率：q18．內(nèi)燃機(jī)合加熱理想循環(huán)的p-V如圖所示。已知=97ｋPa,t＝２8，V=１０。0８４m

，壓縮比ε=15,p=6。2MPa,t３℃工質(zhì)視為空氣。試計(jì)算:(1）４循環(huán)中各過程端點(diǎn)的壓力、溫度和體積;(2)循熱效率（同溫度范圍的卡諾循環(huán)熱效率知空氣的氣體常數(shù)＝０.２87kＪ/(ｋg定容熱容Ｊ／(kg·Ｋ）等熵指數(shù)γ＝。p34521V8:pv有狀態(tài)方程可mRT由題得1：pkPaT301K11由pv

RT)

p1

得2：)2

p(1)22

Kp3：pMPaT3TKp24:T159344

mRp

m

5454５點(diǎn)：)2

pp0.1915594.7KmR吸熱量和放熱量如下：Q))kJ13p3QkJ25Q64.5%Q2相同溫限間卡諾循環(huán)熱效率為:

T1T29.某蒸汽動力裝置采用一級抽氣回?zé)嵫h(huán)

已知新蒸汽的參數(shù)為

p1

ＭＰa,

t℃kJ/kg，s6.7179kJ/11

抽氣壓力為

p01

MＰ冷凝器內(nèi)壓力為

2

忽略水泵功，相應(yīng)的水蒸氣參數(shù)如表１所示。定性地畫出該循環(huán)的圖;（2)求循環(huán)的抽氣量(3）循環(huán)的吸熱量、放熱量、凈功量及循環(huán)熱效率。表1飽和水和干飽和蒸汽表(節(jié)錄)

MPa

3

3

kJ/kg

kJ/kg

kJ/

kJ/0005。000128。1９137。7２

56０。476

8。3８３0。01879

05３

1

２

０.55

0。６4９

8。１４８00101014.63192５83.0.2

３

７2

１。530

7．１２２0．5

1

２

８

１．861

6。８1。０0240０１

６4０。２7０。３

6。5８515１。0605

0。４35

6。５3８6

０0０１8

７

６2７４

0925．４２。8４8。５9

2t2t１.0011272

277。67

解1:ａ,t450℃，hk111/kg,２點(diǎn)：s。7179kJ/(kg。K）,６4９22'07kJ/(kg。K）,。１４81kJ／（。K2"以２點(diǎn)位于濕蒸汽區(qū)，則x22'2"2'

。８43同理x7

s7s7"

=0.979,h)hkJ／2"22'hxh＝