天津大學(xué)工程熱力學(xué)

1、天津大學(xué)工程熱力學(xué)_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(gè)控制質(zhì)量的質(zhì)量入流率與質(zhì)量出流率相等時(shí)(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(gè)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

2、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(shí)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(jì)算 公式P = P + P(P P );P = P - P (P P ；Av= Av12-31-4W1-2-3 W1-4-3（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wi-2 = w4-3 = 0 ； w2-3 w4-3， 即 wi23 wi43）。根據(jù)熱

3、力學(xué)第一定律：q = Au + w對熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)u，應(yīng)有Au= Au= Au1-2-31-4-31-3可見q1-2-3 q1-4-39.如圖4-16所示，今有兩個(gè)任意過程a -b及a -c，其中b、c在同一條絕熱線上。試問Au.與Au哪個(gè)大？若b、c在同一條定溫線上，結(jié)果又如何？ abac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Wb = -Aub = ub - uBS4- 16咽考蹲9第圖過程中系統(tǒng)對外作膨脹功，wbc 0，故有ub uc因此，應(yīng)有u b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u uu = uab ac在T-s圖上如何表示絕

4、熱過程的技術(shù)功虬和膨脹功w？答：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，絕熱過程的技術(shù)功wt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wt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 wAu 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(shí)q、w、Au、Ah值為正；反之為負(fù)。第5章熱力學(xué)第二定律熱力學(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。”這種說法 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

5、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?是避免不了的。請給“不可逆過程”一個(gè)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

6、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。I低溫?zé)嵩碔圖4A熱機(jī)循環(huán)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(jià)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所示的情況。假設(shè)克勞修斯說法可以違 背，熱量Q2可以自發(fā)地不付代價(jià)地從地溫物 體傳至高溫物體，則應(yīng)有如圖4B

7、所示的情況。在這種情況下，對于所示的熱機(jī)系統(tǒng)當(dāng)熱機(jī)完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，實(shí)際上低溫?zé)嵩醇炔坏玫绞裁?，也?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（Q1-Q2），同時(shí)，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立。下述說法是否有錯(cuò)誤：循環(huán)凈功Wnet愈大則循環(huán)熱效率愈高；T。T 不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率；可逆循環(huán)的熱效率都相等，nt = iiw答：說法不對。循環(huán)熱效率的基本定義為：nt =言筍，循環(huán)的熱效率除與循環(huán)凈功有關(guān)外，尚與循 ”i環(huán)吸熱量Q1的大小有關(guān)；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?/p>

8、溫度的低溫?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；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”T的條件下才能肯定所有可逆循環(huán)的熱效率都相等，nt =1 -2，而且與工質(zhì)的性質(zhì)與關(guān)，與循環(huán)的種類i無關(guān)。如果式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 =1 一T2，1不過這種情況下也不能說是“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。6.循環(huán)熱效率公式 = %一% 和n = T T 是否完全相同？各適用于哪些場合？ t q1tT1答：不完全相同。前

9、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的高溫?zé)嵩春蜏囟葹門2的低溫?zé)嵩撮g的一切可逆循環(huán)。與大氣溫度相同的壓縮空氣可以膨脹作功，這一事實(shí)是否違反了熱力學(xué)第二定律？答：不矛盾。壓縮空氣雖然與大氣有相同溫度，但壓力較高，與大氣不處于相互平衡的狀態(tài)，當(dāng)壓縮空 氣過渡到與大氣相平衡時(shí)，過程中利用系統(tǒng)的作功能力可以作功，這種作功并非依靠冷卻單一熱源，而 是依靠壓縮空氣的狀態(tài)變化。況且，作功過程中壓縮空氣的狀態(tài)并不依循環(huán)過程變化。下述說法是否正確：.熵增大的過程必定為吸熱過程：熵減小的過程必為放熱過程；定熵過程必為可逆絕熱過程。答：說

10、法不對。系統(tǒng)的熵變來源于熵產(chǎn)和熱熵流兩個(gè)部分，不可逆絕熱過程中工質(zhì)并未從外界吸熱， 但由于存在熵產(chǎn)工質(zhì)的熵也會因而增大；說法是對的。系統(tǒng)的熵變來源于熵產(chǎn)和熱熵流兩個(gè)部分，其中熵產(chǎn)必定是正值，因而僅當(dāng)系統(tǒng)放 熱，熱熵流為負(fù)值時(shí)，系統(tǒng)的熵值才可能減小；這種說法原則上是不對的。系統(tǒng)的熵變來源于熵產(chǎn)和熱熵流兩個(gè)部分，其中熵產(chǎn)必定是正值，對 于不可逆的放熱過程，其熱熵流為負(fù)值，當(dāng)熱熵流在絕對數(shù)值上恰好與熵產(chǎn)一樣時(shí)，過程將成為定熵的。 因此：可逆的絕熱過程為定熵過程，而定熵過程卻不一定是絕熱過程。下述說法是否有錯(cuò)誤： 熵增大的過程必為不可逆過程； 使系統(tǒng)熵增大的過程必為不可逆過程；熵產(chǎn)Sg 0的過程必為不

11、可逆過程；不可逆過程的熵變AS無法計(jì)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，則AS不可逆 AS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)熵大于初態(tài)熵，S2S1，不可逆絕熱壓縮的終態(tài)熵小于初態(tài)熵S2S1； 工 質(zhì)經(jīng)過不可逆循環(huán)有ds ；-T 。r答：說法不正確。系統(tǒng)的熵變來源于熵產(chǎn)和熱熵流兩個(gè)部分，其中熵產(chǎn)必定是正值（含零），熱熵流則 可為正值，亦可為負(fù)值。當(dāng)系統(tǒng)吸熱時(shí)熱熵流為正值，即便是可逆過程（熵產(chǎn)為零）系統(tǒng)的熵也增大；此說法與是一樣的。如果所說的“系統(tǒng)”指的是孤立系統(tǒng)則說法是正確的。不過實(shí)在不應(yīng)該這 樣含糊“系統(tǒng)”這一概念！

12、根據(jù)熵產(chǎn)原理，這一說法是正確的。此說法完全錯(cuò)誤。熵是狀態(tài)參數(shù)，只要過程的初、終狀態(tài)確定了，系統(tǒng)的熵變就完全確定，與過 程無關(guān)。因此，不可逆過程熵變的計(jì)算方法之一便是借助同樣初、終狀態(tài)的可逆過程來進(jìn)行計(jì)算。至于 利用熵的一般關(guān)系式進(jìn)行熵變計(jì)算，它們根本就與過程無關(guān)。 根據(jù)熵為狀態(tài)參數(shù)知，兩種過程的端點(diǎn)狀態(tài)相同時(shí)應(yīng)有相同的熵變，認(rèn)為AS不可逆AS可逆 是 錯(cuò)誤的；不可逆過程將有熵產(chǎn)生，而可逆過程則不會產(chǎn)生熵，因此說Sg不可逆 Sg可逆 是正確的；熵是狀態(tài)參數(shù)，過程端點(diǎn)狀態(tài)相同時(shí)應(yīng)有相同熵變，由系統(tǒng)熵方程AS = Sf + Sg，過程可逆時(shí)AS = S f,可逆 ；不可逆時(shí)Sf,不可逆=AS S g

13、,不可逆 ，式中Sg,不可逆，可見應(yīng)有Sf,可逆Sf,不可逆， 而不是、f,不可逆Sf,可逆。此說法不對。根據(jù)熵產(chǎn)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，其熵都將增大。由熵為狀態(tài)參數(shù)知，工質(zhì)經(jīng)過循環(huán)過程后其熵應(yīng)不變，所以認(rèn)為ds 。是不正確的；根據(jù)克勞修斯不等式知，L T qa-c在T-s圖上qa-b的大小如面積abcsbsaa所示；qa-c的大小如面積acsbsaa所示；由同一初態(tài)經(jīng)可逆絕熱壓縮和不可逆絕熱壓縮兩種過程將某種理想氣體壓縮到相同的終壓，在 P-v11.圖和T-s圖上畫出兩過程，并在T-s圖上示出兩過程的技術(shù)功及不可逆過程的火用損失。答：作圖如下圖中12s為可逆絕熱壓

14、縮；12為不可逆絕熱壓縮。LT面積12ss1s1，1為可逆絕熱壓縮消耗的技術(shù)功；面積1，2s2s1，1，為不可逆絕熱壓縮消耗的技術(shù)功。T0為環(huán)境溫度，帶陰影線部分面積為不可逆過程的調(diào)損失。TaT -T。-12.立系統(tǒng)中進(jìn)行了可逆過程；不可逆過程。問孤立系統(tǒng)的總能、總熵、總調(diào)各自如何變化？ 答：經(jīng)歷可逆過程后，孤立系統(tǒng)的總能、總熵、總調(diào)均不改變；經(jīng)歷不可逆過程后，孤立系統(tǒng)的總能將保持不變，總熵將增加，總調(diào)將減少。工程熱力學(xué)整理一、1.水蒸氣定壓發(fā)生過程在P-V和T-S圖上所表示的特征歸納為一點(diǎn)：臨界點(diǎn)，二線：飽和水線飽和蒸汽線；三區(qū)：未飽和水，濕飽和蒸汽，過飽 和蒸汽。孤立系統(tǒng)中進(jìn)行可逆變化時(shí)系

15、統(tǒng)總熵不變，進(jìn)行不可逆變化時(shí)總熵 必增 大。如果勢力系處于不平衡狀態(tài)下，則不能在狀態(tài)圖上標(biāo)示。組成制冷系統(tǒng)的四大設(shè)備是換熱器、壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、冷卻器。在最高溫度與最低溫度相同的所有的循環(huán)中以卡諾循環(huán)的熱效率最高。濕空氣含水蒸氣和干空氣兩種成分。心=du + 3砰運(yùn)用于閉口系統(tǒng)，理想和實(shí)際氣體，可逆和不可逆過程。將相同質(zhì)量的氫氣和氧氣分別儲存在相同容器內(nèi)，二容器溫度相等，兩 者壓力為氫氣壓力氧氣壓力。朗肯循環(huán)由兩個(gè)等壓和兩個(gè)絕熱過程構(gòu)成。理想氣體的焓是溫度的單值函數(shù)。水蒸氣定壓加熱過程水加熱生成過熱蒸汽經(jīng)五種變化，即過冷水，飽和水，濕飽和蒸汽，干飽和蒸汽，過熱蒸汽。在T-S圖中任意逆過程吸熱小于

16、放熱定量的某種氣體經(jīng)歷某種過程不可能發(fā)生的是吸熱降溫對外做負(fù)功同一地區(qū)陰雨天的大氣壓力比晴天的壓力高可逆過程一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程。水蒸氣定壓氣化過程溫度不變卡諾循環(huán)由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等熵過程組成。經(jīng)一個(gè)不等溫傳熱熱量的可用能減小，廢熱增大。經(jīng)過一個(gè)不可逆過程，工質(zhì)可以恢復(fù)原來狀態(tài)縮放管進(jìn)口參數(shù)P1下和背壓p 一定時(shí)，在漸擴(kuò)管切去一段，則出口面 積減小這出口速度c減小，流量Q不變。理想氣體可逆定溫過程蛤不變。不可逆過程的熵產(chǎn)必定大于零。工質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)不可逆過程后，熵不變。邁耶公式Cp-Cv=Rg適用于理想氣體是否定比熱容不限。焓的表達(dá)式H=U+PV理想氣體的比熱容隨氣體的種類而不同，但對某種氣體而言

17、，比熱容是 氣體的單值函數(shù)。不可逆循環(huán)的熵產(chǎn)必然大于零絕熱過程PT七常數(shù)，k=Cp/Cv，適用于理想氣體定比熱容可逆絕熱過程。郎肯循環(huán)可理想化為兩個(gè)定壓過程和兩個(gè)等熵過程。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）已知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(cuò)誤）只要?dú)怏w的比熱容是常數(shù),Cp-Cv=Rg.（錯(cuò)誤）準(zhǔn)靜態(tài)過程一定是可逆過程（錯(cuò)誤）噴管內(nèi)穩(wěn)定流動的氣體在各截面上的流速不同 但各截面的流量相同（正 確）理想氣體只有取定比熱容時(shí)，才能滿足邁耶公式Cp-Cv=R （錯(cuò)誤）穩(wěn)定狀態(tài)不一定是平衡狀態(tài)（正確）絕熱閉口系的熵增就是孤立系的熵增（

18、錯(cuò)誤）絕熱節(jié)流后氣體的溫度可能升高。（錯(cuò)誤）飽和濕蒸汽的干球溫度等于濕球溫度等于露點(diǎn)溫度（正確）容器中氣體的壓力不變，則壓力表的讀數(shù)絕對不變（錯(cuò)誤）已知飽和濕蒸汽的溫度和壓力不能確定其他狀態(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(jī)違反了熱力學(xué)第一和第二定律（錯(cuò)誤）處于平衡狀態(tài)勢力系統(tǒng)應(yīng)具有均勻一致的溫度和壓力（正確）郎肯循環(huán)基礎(chǔ)上實(shí)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(cuò)誤）熱力過程中，工質(zhì)向外界放熱，其溫度不一定降低（正確）不存在4001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(shè)計(jì)氣機(jī)的時(shí)

19、候應(yīng)盡量降低余隙容積。（正確）熱量只適用于定溫定熵過程。（錯(cuò)）節(jié)流過程是一個(gè)等蛤過程。（錯(cuò)誤）熵減的過程是可以發(fā)生的（錯(cuò)誤）工質(zhì)的經(jīng)一不可逆循環(huán)其熵一定增加（錯(cuò)誤）25 .第一永動機(jī)違反了熱力學(xué)第一定律（正確）熱力過程中，工質(zhì)對外放熱溫度一定降低（錯(cuò)誤）工質(zhì)絕熱節(jié)流后蛤不變，壓力不變，溫度不定，熵增大（錯(cuò)誤）某絕熱蒸汽輪機(jī)相對內(nèi)效率為0.91，蒸汽在該汽輪機(jī)中做功熵不變（錯(cuò)誤）理想氣體的音速C=k電T （正確）不可逆過程可自發(fā)進(jìn)行（正確）內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)中壓縮比愈大，其理論效率越高（正確）三、1.準(zhǔn)靜態(tài)過程，系統(tǒng)經(jīng)過的所有狀態(tài)都接近于（D）A、初態(tài) B、環(huán)境狀態(tài) C、鄰近狀態(tài) D、平衡狀態(tài)如果熱機(jī)從熱源吸熱100KJ，對外做