工程熱力學(xué)本科生期末復(fù)習(xí)題2

工程熱力學(xué)本科生期末復(fù)習(xí)題2工程熱力學(xué)本科生期末復(fù)習(xí)題2工程熱力學(xué)本科生期末復(fù)習(xí)題2..一判斷題均勻則必定均衡。反之均衡也必定均勻；（×）穩(wěn)固狀態(tài)必定是均衡狀態(tài)；（×）判斷一個熱力過程能否可逆的條件是準(zhǔn)均衡過程且無耗散效應(yīng)；（√）焓只有在流動工質(zhì)中才存在；（×）對于定壓過程熱力學(xué)第必定律的表達(dá)式可寫為qh；（√）閉嘴熱力系汲取必定熱量后，其熵必定增大；（√）用壓力表可以直接讀出絕對壓力值；（×）自覺過程為不行逆過程，非自覺過程必為可逆過程；（×）wpdv可用于準(zhǔn)均衡過程求功量；（×）熱力系沒有經(jīng)過界限與外界交換能量，系統(tǒng)的熱力狀態(tài)也可能變化；（×）初、終態(tài)相同的熱力過程，不行逆過程的熵變大于可逆過程的熵變；（×）任意可逆循環(huán)的熱效率都是ηt=1-T2/T1；（×）經(jīng)不行逆循環(huán)，系統(tǒng)和外界均沒法完整恢復(fù)原態(tài)；（×）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)；（×）氣體的比熱可以從-∞變化到+∞的任何值；（×）理想氣體的比熱容與工質(zhì)、溫度和過程有關(guān)；（√）理想氣體任意兩個狀態(tài)參數(shù)確立后，氣體的狀態(tài)就必定確立了；（×）理想氣體的的焓只和溫度有關(guān)，是狀態(tài)參數(shù)，而實(shí)質(zhì)氣體的焓不是狀態(tài)參數(shù)；（×）工質(zhì)穩(wěn)固流經(jīng)熱力設(shè)備時，所做的技術(shù)功等于膨脹功減去流動功；（√）多變過程即任意過程；（×）工質(zhì)進(jìn)行了一個吸熱、升溫、壓力降落的多變過程，則多變指數(shù)n滿足0<n<1；（√）定溫壓縮是壓氣機(jī)最理想的工作模式；（√）word教育資料..余隙容積的存在是耗功量增大；（×）制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù)必定大于1；（×）三種動力系統(tǒng)中蒸汽動力系統(tǒng)的效率是最高的，因為其最湊近卡諾循環(huán)；（×）絕熱節(jié)流的溫度效應(yīng)可用一個偏導(dǎo)數(shù)來表征，這個量稱為焦耳-湯姆遜系數(shù)。它是一個狀態(tài)的單值函數(shù)。實(shí)質(zhì)氣體節(jié)流后溫度可能高升、降低或不變；（√）27.理想氣體流過閥門，前后參數(shù)變化為s>0，T=0；（√）對于縮放噴管，出口壓力跟著背壓的變化而變化，故其流量也跟著背壓的變化而變化；（×）29.對于減縮噴管，當(dāng)pbpcr時，減低pb流量保持不變；（√）漸縮噴管出口氣流的馬赫數(shù)可以是任意非負(fù)數(shù)；（×）噴管的流動過程中必定能達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲?；（×）濕空氣的相對濕度降落，濕空氣中所含水分不必定減少；（√）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；（×）對于飽和空氣，ttwtd；（√）對未飽和空氣進(jìn)行降溫，含濕量先保持不變，再降低；（√）對于水（蒸汽），任意兩個狀態(tài)參數(shù)可確立其狀態(tài)；（錯）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?yōu)楦娠柡驼羝橙〉臒崃浚?√)過熱蒸汽的溫度總是大于未飽和水的溫度；(×)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。（√）二圖示題利用p—v圖、T—s圖分析多變指數(shù)1<n<k圍的膨脹過程的性質(zhì)。解：第一在p—v圖、T—s圖上畫出四條基本過程線作為分析的參照線，而后依題意畫出多變過程線1-2，以以下圖所示：word教育資料..過程線1-2在絕熱線的右方和定容線的右方，這表示是熱膨脹過程（即q和w均為正）。又過程線在定溫線的的下方，表示是一降溫過程。在p—v圖上OA、OB為理想氣體的多變過程，在表中填上這2個過程的⊿T、W、Q的正負(fù)號，并在p—v圖上畫出過程OC。解：依據(jù)給出的理想氣體的T—S圖，判斷以下各過程參數(shù)的正負(fù)并填表（寫出計算過程）。word教育資料...解：以以下圖所示。pv圖上OA，OB為理想氣體多變過程，在給出的下表中填寫上這2個過程中△T，W，Q的“+”，“-”號；并在pv圖上表示出OC過程。（8分）過程△TWQAvB解：（共8′）A、B過程每空1′，CC-+-過程線2′。（共8′）A、B過程每空1′，C過程線2′。pABTCsv過程△TWQword教育資料..A＋－－B＋＋＋C-+-試在T—S圖上把理想氣體任意兩狀態(tài)間的熱力學(xué)能和焓的變化表示出來（簡要寫出推到過程）。.解：6．將以下圖所示的水蒸氣的飽和曲線和各熱力過程相應(yīng)地畫到T—S圖中。其中2-6、1-4、5-8為等溫線，2-5-7為等熵線，1-C-2、3-4-5-6為等壓線；word教育資料..解：某氣體工質(zhì)經(jīng)歷可逆等溫吸熱過程1-2，可逆多變膨脹過程2-3(κ>n>1),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：pT11242433vs8．定性地畫出壓縮蒸汽制冷循環(huán)的焓熵圖。解：T2341sword教育資料..9．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？那個最小？對于飽和空氣，三者的大小關(guān)系又如何？在Ts圖上表示之。（4分）解：Tttwtds（2′）未飽和濕空氣：t>tw>td（1′）飽和濕空汽：t=tw=td（1′）試畫出蒸汽壓縮制冷循環(huán)的T—S圖，并用各狀態(tài)點(diǎn)的焓值表示其制冷系數(shù)。11．試在T—S圖上分別畫出汽油機(jī)理想循環(huán)和柴油機(jī)混雜加熱理想循環(huán)。word教育資料..在T—S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)可以提升循環(huán)熱效率和提升汽輪機(jī)出口蒸汽的干度。13．定性畫出燃機(jī)三種理想循環(huán)的pv、Ts圖。解：混雜加熱：pT4433225511vs定容加熱：Tp23324411Vs定壓加熱：word教育資料..pT32324141vs14.定性地畫出燃?xì)廨啓C(jī)定壓加熱循環(huán)的pv、Ts圖。（6分）解：pT32324141vs三簡答題閉嘴系與外界無物質(zhì)交換，系統(tǒng)質(zhì)量保持恒定，那么系統(tǒng)質(zhì)量保持恒定的熱力系必定是閉嘴系統(tǒng)嗎？答：不必定。穩(wěn)固流動張口系統(tǒng)質(zhì)量也可以保持恒定。有人認(rèn)為，張口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不行切割，因此張口系統(tǒng)不行能是絕熱系。對不對，為何？答：這類說法是不對的。工質(zhì)在超出界限時，其熱力學(xué)能也超出了邊word教育資料..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。促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原由是什么？答：系統(tǒng)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。經(jīng)歷一個不行逆過程后，系統(tǒng)能否恢復(fù)本來狀態(tài)？包含系統(tǒng)和外界的整個系統(tǒng)能否恢復(fù)本來狀態(tài)？答：經(jīng)歷一個不行逆過程后系統(tǒng)可以恢復(fù)為本來狀態(tài)。系統(tǒng)和外界整個系統(tǒng)不可以恢復(fù)本來狀態(tài)。工質(zhì)及氣缸、活塞構(gòu)成的系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)后，系統(tǒng)輸出的功中能否要減去活塞排斥大氣功才是實(shí)用功？答：不必定。主要看輸出功的主要作用是什么，排斥大氣功能否實(shí)用。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，QUW可知，公式中的U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)，與過程沒關(guān)。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)能包含位能，動能，化學(xué)能，原子能，電磁能，熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)，與過程沒關(guān)，熱與過程有關(guān)。熱力學(xué)第必定律分析式有時寫成以下兩種形式：quw2qupdV1word教育資料..分別談?wù)撋鲜鰞墒降倪m用圍.答：quw適用于任何過程，任何工質(zhì)。2qupdV可逆過程，任何工質(zhì)1絕熱過程的過程功w和技術(shù)功wt的計算式：w=u1u2，wt=h1h2能否只限于理想氣體？能否只限于可逆絕熱過程？為何？答：不僅限于理想氣體和可逆的絕熱過程。因為quw和qhwt是通用公式，適用于任何工質(zhì)任何過程，只若是絕熱過程q0無論是可逆還是不行逆。因此w=u1u2，wt=h1h2不僅限于可逆絕熱過程。請歸納熱力過程中有哪幾類不行逆要素？答：。不行逆要素有：摩擦、不等溫傳熱和不等壓做功。當(dāng)有摩擦消耗時，噴管的流出速度相同可用cf22(h0h2)來計算，仿佛與無摩擦消耗時相同，那么摩擦消耗表此刻哪里呢？答：摩擦消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。既然絕熱節(jié)流前后焓值不變，為何做功能力有損失？答：衡量做功能力是熵，不是焓值。節(jié)流過程是個不行逆過程熵增，做功能力必然損失。假如因為應(yīng)用氣缸冷卻水套以及其余冷卻方法，氣體在壓氣機(jī)氣缸中已經(jīng)可以按定溫過程進(jìn)行壓縮，這時能否還需要采納分級壓縮？為何？答：我們采納分級壓縮的目的是為了減小壓縮過程中余隙容積的影word教育資料..響，即使實(shí)現(xiàn)了定溫過程余隙容積的影響依舊存在，因此我們依舊需要分級壓縮。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，為何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，熱量完整轉(zhuǎn)變?yōu)楣べ|(zhì)的能，使工質(zhì)的溫度高升，壓力高升，不利于進(jìn)一步壓縮，且簡單對壓氣機(jī)造成傷害，耗功大。等溫壓縮壓氣機(jī)向外放熱，工質(zhì)的溫度不變，對比于絕熱壓縮氣體壓力較低，有益于進(jìn)一步壓縮耗功小，因此等溫壓縮更為經(jīng)濟(jì)。從燃機(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，這是不是必然的？答：不是必然的，比方斯特林循環(huán)就沒有絕熱壓縮過程。對于一般的燃機(jī)來說，工質(zhì)在氣缸壓縮，因為燃機(jī)的轉(zhuǎn)速特別高，壓縮過程在極短時間完成，缸又沒有很好的冷卻設(shè)備，因此一般都認(rèn)為缸進(jìn)行的是絕熱壓縮。依據(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)裝置工作為何要用二次冷卻空氣與高溫燃?xì)饣祀s，使混雜氣體降低溫度，再進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)？答：這是因為高溫燃?xì)獾臏囟冗^高，燃?xì)廨啓C(jī)的葉片沒法承受這么高的溫度，因此為了保護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)要將燃?xì)饨档蜏囟群笤僖胙b置工作。同時加入大批二次空氣，大大增添了燃?xì)獾牧髁?，這可以增添燃?xì)廨啓C(jī)的做功量。word教育資料..17為何壓縮空氣制冷循環(huán)不采納逆向卡諾循環(huán)？答：因為空氣定溫加熱和定溫放熱不易實(shí)現(xiàn)，故不可以按逆向卡諾循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。在壓縮空氣制冷循環(huán)中，用兩個定壓過程來取代逆向卡諾循環(huán)的兩個定溫過程。18混雜氣體中假如已知兩種組分A和B的摩爾分?jǐn)?shù)xA>xB，能否判定質(zhì)量分?jǐn)?shù)也是ωA>ωB？答：否。ixiMi，質(zhì)量分?jǐn)?shù)還與各組分的摩爾質(zhì)量有關(guān)。Meq四、計算題設(shè)熱源溫度TH=1300K，冷源溫度等于環(huán)境溫度To=288K，熱機(jī)的工質(zhì)吸熱均勻溫度為T1=600K，放熱均勻溫度T2=300K。已知熱機(jī)的熱效率t是以工質(zhì)吸放熱的均勻溫度作為卡諾循環(huán)效率c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)質(zhì)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：0.8c0.8(1300)0.4600wo1000.440kJQ2Q1wo1004060kJExQQ1(1To)100(1288)77.8kJ1TH1300ExQ21Q2(1To)60(1288)2.4kJT2300StotalQ1Q210060THTo13000.0770.2080.131288wToStotal2880.13137.82.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，word教育資料..定壓加熱到200℃，而后絕熱膨脹，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)。全部過程都是可逆的，試求循環(huán)熱效率，并將該循環(huán)畫在pv、Ts圖上。解：p12T233144sv1點(diǎn)，t115℃，p10.5MPa；2點(diǎn)：p2p10.5MPa；，t2200℃；三點(diǎn)：t3100℃，kT4p3(T3/T2)k1p2＝0.438MPa；4點(diǎn)：t415℃，p4p3＝0.338MPa；T3循環(huán)的吸熱量為：q1q12cpT2T1＝185.93kJ；循環(huán)的放熱量為：q2q34q41cvT3T4RgT1lnp4＝93.3p1則循環(huán)熱效率為t1q249.8％q1某剛性容器儲有700㎏的空氣，其初始壓力p1=0.103MPa，t1=5℃，為了使其溫度高升到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T2=400K的熱源傳給容器，則容器空氣與熱源熵增為多少？3）若狀態(tài)變化不過從一個功源汲取能量實(shí)現(xiàn)，則空氣與功源的熵增又為多少？解：word教育資料..(1).QmCv(T2T1)0.718700(275)11050kJ(2)S空氣(CvlnT2)mmCvlnT2T1T17000.718ln2732738.3kJ/K2735Sr1105027.6kJ/K400Stotal38.327.610.7kJ/K(3)S空氣38.3kJ/KS功源0Stotal38.3kJ/K1kg空氣經(jīng)歷可逆過程a-b-c，此中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Tb600K，TaTc300K，若比熱為定值，求過程a-b-c的熱力學(xué)均勻溫度Tm.bdSCpdTCpm(TT)600300432.8解：TmCpmlnTbCpmlnTbln600SbSaTaTa3005、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。忽視泵功。試求：1）與沒有節(jié)流對比，因為節(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表示地畫在T-s圖上；已知飽和水和飽和水蒸氣的有關(guān)參數(shù)以下表：p[MPa]ts[C]h’[kJ/h’’s’s’’word教育資料..kg][kJ/kg][kJ/kg.K][kJ/kg.K]0.00428.953121.32553.450.42218.472538.0295.041316.52757.703.20665.743089.0303.381363.12741.923.28545.67715已知過熱水蒸氣的有關(guān)參數(shù)以下表：p=8[MPa]p=9[MPa]t[C]hs[kJ/kg.K]hs[kJ/kg][kJ/kg][kJ/kg.K]5203446.06.78483435.06.71985303470.46.81533459.76.75095403494.76.84533484.46.7814解：未節(jié)流時h13459.7kJ/kg,s1s26.7059kJ/kg.Kx2s2s2'0.78615s2''s2'h2x2h2''(1x2)h2'2033.3kJ/kgw1h1h21426.4kJ/kg節(jié)流后word教育資料..h1'h13459.7kJ/kg,T5203459.7344610525.6oC347043446''6.8019kJ/kg.K相同可求s1s2x's1's0.792482s2''s2'h2'x2'h2''(1x2')h2'2048.7kJ/kgwh'h'1411kJ/kg212ww2w115.4kJ/kg節(jié)流引起的作功能力損失T0sT0(s1's1)14.95kJ/kg節(jié)流后循環(huán)的效率循環(huán)吸熱量qh1h4'3338.4kJ/kgw21則效率t42.27%Tq11'5圖432'2T0活塞式燃機(jī)的定容加熱循環(huán)，其初始狀態(tài)為p=0.1MPa，t=25℃，壓縮比(V1/V2)=8。對工質(zhì)加入熱量為780kJ/kg，工質(zhì)視為空氣（s·K,R=287J/kgcp=1.004kJ/kg·K。）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）分析提升循環(huán)熱效率的熱力學(xué)措施解：（1）word教育資料..(2)p2(v1)k81.418.4;p21.84MPap1v2T2(v1)k180.42.3;T2685.4KT1v2Q23Cv(T3T2)T3q23780T2685.41773KCv0.717p3T31.8417734.76MPap2685.4T23）t.v11/k111/(8)0.40.565wot.vq1wot.vq10.565780440.5kJ(4)提升壓縮比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/(kg·K)；=1005J/(kg·K)。解：由狀態(tài)方程pVmRgT得110.31060.5m287(273=1.24kgRgT150)由邁耶公式得cvcpRg1005287=718kJ/(kg·K)熱力學(xué)能的變化為Umgumgc(T2T)1.24718(15020)=114.8Jv1焓的變化為word教育資料..Hmghp(T211005(15020)=162.0JmgcT)1.24熵的變化為SmgsT2p21.24(1005ln2930.08m(cplnRgln)287ln)=12.68J/KT1p14230.38．空氣初態(tài)為=0.1MPa、=20℃，經(jīng)過兩級活塞式壓氣機(jī)后，壓力提升到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壓縮空氣理論上耗費(fèi)的功；（3）各級氣缸的出口溫度；（4）若采納單級壓縮，壓氣機(jī)耗費(fèi)的功及出口溫度。已知：Rg=0.287kJ/(kg·K)，cp=1.01kJ/(kg·K)。2．解：壓縮機(jī)工作過程p-v圖以下（1）由題意耗功為np2n1p3n1①wcRgT1[()n()n2]n1p1p2此中p2為變量，故對其求導(dǎo)可得滿足p2p1gp3時，為壓縮機(jī)最小耗功量即p2p3p2.5=53p1p2p10.1（2）由①式得np3n11.31)n1.30.287(27320)[251.32]1.31n1p2=327.79kJ/kg（3）因為各級多變指數(shù)相同，且采納級間冷卻T1T2'T3T低壓級T2(p2n1)nT1p1word教育資料..則其出口氣溫為p2n11.31T2T1g()n(27320)51.3=424.8Kp1同理高壓級出口氣溫Tp3nn1p3nn132'p212p24）單級壓縮時耗功為np3n11.31.311]=401.51kJ/kgwcRgT1[()n1]0.287(27320)[251.3n1p11.31出口氣溫為T3'p3n11.31T1g()n(27320)251.3=615.8Kp19．某發(fā)電廠采納蒸汽動力循環(huán)（簡單朗肯循環(huán)），蒸汽以