工程熱力學(xué)習(xí)題集答案-第1篇

工程熱力學(xué)習(xí)題集答案

工程熱力學(xué)習(xí)題集答案一、填空題1．常規(guī)新2．能量物質(zhì)3．強(qiáng)度量4．54KPa5．準(zhǔn)平衡耗散6．干飽和蒸汽過熱蒸汽7．高多8．等于零9．與外界熱交換10．72gR11．一次二次12．熱量13．兩14．173KPa15．系統(tǒng)和外界16．定溫絕熱可逆17．小大18．小于零19．不可逆因素20．72gR21、（壓力）、（溫度）、（體積）。22、（單值）。23、（系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界之間各種不平衡的熱力勢差為零）。24、（熵產(chǎn)）。25、（兩個(gè)可逆定溫和兩個(gè)可逆絕熱）26、（方向）、（限度）、（條件）。31.孤立系；32.開爾文(K)；33.－ws=h2－h(huán)1或－wt=h2－h(huán)134.小于35.221t0ttCC>36.∑=ωωn1iiiiiM/M/37.熱量38.65.29%39.環(huán)境40.增壓比41.孤立42熱力學(xué)能、宏觀動(dòng)能、重力位能43.65044.cv(T2－T1)45.cnln12TT46.22.1247.當(dāng)?shù)匾羲?8.環(huán)境溫度49.多級(jí)壓縮、中間冷卻50.0與151.（物質(zhì)）52.（絕對(duì)壓力）。53.（q=(h2-h1)+(C22-C12)/2+g(Z2-Z1)+wS）。54.（溫度）55.(0.657)kJ/kgK。56.(定熵線)57.（逆向循環(huán)）。58.（兩個(gè)可逆定溫過程和兩個(gè)可逆絕熱過程）59.（預(yù)熱階段、汽化階段、過熱階段）。60.（增大）二、單項(xiàng)選擇題1.C2.D3.D4.A5.C6.B7.A8.A9.C10.B11.A12.B13.B14.B15.D16.B17.A18.B19.B20.C21.C22.C23.A三、判斷題1．√2．√3．?4．√5．?6．?7．?8．?9．?10．?11．?12．?13．?14．√15．?16．?17．?18．√19．√20．√21.（×）22.（√）23.（×）24.（×）25.（√）26.（×）27.（√）28.（√）29.（×）30.（√）四、簡答題1.它們共同處都是在無限小勢差作用下，非常緩慢地進(jìn)行，由無限接近平衡狀態(tài)的狀態(tài)組成的過程。它們的區(qū)別在于準(zhǔn)平衡過程不排斥摩擦能量損耗現(xiàn)象的存在，可逆過程不會(huì)產(chǎn)生任何能量的損耗。一個(gè)可逆過程一定是一個(gè)準(zhǔn)平衡過程，沒有摩擦的準(zhǔn)平衡過程就是可逆過程。2.1kg氣體:pv=RrTmkg氣體:pV=mRrT1kmol氣體：pVm=RTnkmol氣體：pV=nRTRr是氣體常數(shù)與物性有關(guān)，R是摩爾氣體常數(shù)與物性無關(guān)。3.干飽和蒸汽：x=1,p=pst=tsv=v″,h=h″s=s″濕飽和蒸汽：0<xv′<v<h<s流體臨界狀態(tài)的壓力(臨界壓力)與其滯止壓力的比值，稱為臨界壓力比。理想氣體的臨界壓力比只與氣體的物性有關(guān)(或比熱比k有關(guān))5.汽耗率是每作1kw·h功(每發(fā)1度電)的新蒸汽耗量(汽耗量)。熱耗率是每作1kw·h功(每發(fā)1度電)的耗熱量。熱耗率與熱效率是直接關(guān)聯(lián)的，熱耗率越高，熱效率就越低；而汽耗率與熱效率就沒有這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，汽耗率低不一定熱效率高，汽耗率高也不一定熱效率低。6.平衡態(tài)是指熱力系的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)。穩(wěn)定態(tài)是指熱力系的狀態(tài)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)。平衡必然穩(wěn)定，穩(wěn)定未必平衡。7.前者：閉口系、任意工質(zhì)、任意過程后者：閉口系、理想氣體、可逆過程8.輪胎內(nèi)氣體壓力為P=VMR,TVMRrr為常數(shù)，當(dāng)T升高時(shí)P隨之升高，容易引起爆破。9.可以選擇相同初、終狀態(tài)間可逆過程熵的變化來計(jì)算。10.在工程實(shí)際中，常引用“速度系數(shù)”φ、“噴管效率”η和“能量損失系數(shù)”ξ來表示因摩擦對(duì)噴管流動(dòng)的影響。三者之間的關(guān)系為：ξ=1－φ2=1－η11.略12.熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是什么？并寫出熱力學(xué)第一定律的兩個(gè)基本表達(dá)式。答：熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)換與守恒原理。熱力學(xué)第一定律的兩個(gè)基本表達(dá)式為：q=Δu+w；q=Δh+wt13.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是什么？并寫出熵增原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式。答：熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是能量貶值原理。熵增原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：dSiso≥0。14.什么是可逆過程？實(shí)施可逆過程的條件是什么？答：可逆過程為系統(tǒng)與外界能夠同時(shí)恢復(fù)到原態(tài)的熱力過程。實(shí)施可逆過程的條件是推動(dòng)過程進(jìn)行的勢差為無窮小，而且無功的耗散。五、名詞解釋1.熱力系儲(chǔ)存能包括：熱力學(xué)能、宏觀動(dòng)能和重力位能。2.對(duì)于c－t圖上曲邊梯形面積，由微積分中值定理知，必然存在－ξ值使得曲邊梯形面積與一矩形面積相等，這個(gè)ξ值在c－t圖上就是平均質(zhì)量熱容的概念。3.不可逆過程中，不可逆因素引起的熵的變化稱為熵產(chǎn)。4.所謂穩(wěn)定流動(dòng)，是指流體流經(jīng)管道中任意點(diǎn)的熱力狀態(tài)參數(shù)及流速等均不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)過程。5.濕空氣的焓值等于干空氣的焓值與水蒸氣的焓值之和。六、分析題1、解：（方法一）過b、c分別作等溫線，因?yàn)閏bTT>，故cbuu>abbaaccauuuuuu?=->?=-即（方法二）考慮過程b-ccbquwuuw=?+=-+0cbqvvw=>>cbuu>，acabuu?>?2、解：因?yàn)椋簑uq+?=1-3：131nk-<1及>0,<0w邊壓縮邊放熱1-2：122121T<0,()12g1g21211d111nnRTRpwpvTTnpn-??????===-=-???--???????所以有>0w邊膨脹邊放熱1-4：1441410nTTSS->>-∞>>且及>0,>0uq?()14>01gRwTTn=--邊膨脹邊吸熱1-5：151nk-<S0,>0uqw?邊膨脹邊吸熱邊降溫3、請(qǐng)問一下幾種說法正確嗎？為什么？（1）熵增大的過程必為不可逆過程；答：不正確。熵增大的過程不一定為不可逆過程，因?yàn)殪卦龃蟀亓骱挽禺a(chǎn)兩部分，如果熵流大于0，而熵產(chǎn)為0的可逆過程，上仍然是增大的。（2）熵產(chǎn)0gS>的過程必為不可逆過程。答：正確。熵產(chǎn)是由于熱力過程中的不可逆因素導(dǎo)致的，因此當(dāng)熵產(chǎn)0gS>，則此過程必定為不可逆過程。4、某循環(huán)在700K的熱源及400K的冷源之間工作，如圖3所示。（1）用克勞修斯積分不等式判別循環(huán)是熱機(jī)循環(huán)還是制冷循環(huán)，可逆還是不可逆?（2）用卡諾定理判別循環(huán)是熱機(jī)循環(huán)還是制冷循環(huán)，可逆還是不可逆?解：方法1：設(shè)為熱機(jī)循環(huán)1212δ14000kJ4000kJ10kJ/K0700K400KrrrQQQTTT=-=-=>?不可能設(shè)為制冷循環(huán)：1212δ14000kJ4000kJ10kJ/K700K400KrrrQQQTTT=-+=-+=-?符合克氏不等式，所以是不可逆制冷循環(huán)方法2：設(shè)為熱機(jī)循環(huán)C400K110.4286700KLhTTη=-=-=net110000kJ0.712614000kJtWQη===Ctηη>不可能設(shè)為制冷循環(huán)0400K1.33700K400KcccTTTε===--2net4000kJ0.410000kJQwε===cεε<?可能但不可逆，所以是不可逆制冷循環(huán)圖3七、計(jì)算題1．解：（1）1900098.669098.66pkPa=+=298.6695.063.6pkPa=-=（2）取汽輪機(jī)汽缸內(nèi)壁和蒸汽進(jìn)、出口為系統(tǒng)，則系統(tǒng)為穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)，能量方程為shwzgchq+?+?+?=22136.310/400000.1575/qkJkg=?=進(jìn)、出口的動(dòng)能差和位能差忽略不計(jì)，則shwqh=-?0.1575(22403440)=---1200≈(kJ/kg)（3）汽輪機(jī)功率34401012001.33103600mshPqw?==?=?(kW)（4）222311(14060)108/22shwckJkg-?=?=?-?=80.67%1200shkshwwε?===2．解：()ccccmQmctt=-()wwwmwQmctt=-cwQQ=()cccmmctt-()wwmwmctt=-代入數(shù)據(jù)解得：32.48mt=℃32.48273ln64.187ln1.23/18273mmwwTTwwmwwwTTwmcdTTQSmckJKTTTδ+?====??=+??32.48273ln0.80.47ln0.54/1000273mmccTTccmcccTTcmcdTTQSmckJKTTTδ+?====??=-+??1.230.540.69/gwcSSSkJK?=?+?=-=3、解：（1）畫出各過程的p-v圖及T-s圖（2）先求各狀態(tài)參數(shù)()11315500mol8.314J/(molK)27325K2m6.1939310Pa6.11atmnRTpV???+===?=11.6711.6722111MPa298K144.26K6.11MPapTTpκκ--????==?=??????111.673312126.11MPa2m5.906m1MPapVVpκ????==?=??????33231144.26K2mTTVV====33500mol8.314J/(molK)144.26K299855Pa2mp???==等溫過程：熱量=膨脹功=技術(shù)功312232323233ln2m500mol8.314J/(molK)144.26Kln5.906m649.4kJTVQQQQWnRTV----=+====????=-所以，放熱()()()()122312233122ln500mol34.1868J/(molK)298144.26K649.4kJ316.12kJTVmWWWUUWVnCTTnRTV---=+=-+=-+=????-+-=131313649.4kJ316.62kJ965.52kJUQW---?=-=--=-()()()13313965.52kJ299.855619.393kPa2m1604.6kJpmHnCTTUpV-?=-=?+?=-+-?=331311lnln144.26K500mol34.1868J/(molK)ln298K4.56kJ/KVmTVSnCRTV-???=+????=????=-4．解：根據(jù)能量方程有111QUW=?+222QUW=?+12UU?=-?1122QWWQ∴-=-2121WQQW=+-2121862628WQQW=+-=-+-=-(kJ)5．解：（1）202731172.7%800273LcHTTη+=-=-=+（2）000.727100012.12()606060cHWQPkWη?====（3）(1)1000(10.727)273LHcQQkJη=-=?-=6．解31321610.28710(35273)0.442/0.210gRTvvmkgp??+====?2211(180273)0.20.294(35273)TppMPaT+==?=+21()0.717(18035)103.97/VqcttkJkg=-=?-=0=w63112()0.442(0.20.294)101041.5/twvppkJkg-=-=?-??=-21()1.004(18035)145.6/phcttkJkg?=-=?-=7、解：缸內(nèi)氣體為熱力系-閉口系。突然取走90kg負(fù)載，氣體失去平衡，振蕩后最終建立新的平衡。雖不計(jì)摩擦，但由于非準(zhǔn)靜態(tài)，故過程不可逆。但可以應(yīng)用第一定律解析式。由于缸壁充分導(dǎo)熱，所以缸內(nèi)的氣體在熱力變化過程中的溫度是不變的。首先計(jì)算狀態(tài)1和狀態(tài)2的基本參數(shù)，11F205771133.32981000.3039MPaA100bPP=+=?+?=6331100101010VAhm--=?=??=21TT=6432()()10010(10)10VAhhhhhm--=?+?=+???=+??22F20590771133.32981000.2156MPaA100bPP-=+=?+?=(1)求活塞上升的高度：過程中質(zhì)量不變，且等于11221212ggPVPVmmRTRT===3412120.303910(10)100.2156PVVhP--==?=+??4.1cmh?=（2）氣體在過程中作的功根據(jù)熱力學(xué)第一定律，QUW=?+，以及122211UUUmumu?=-=-由于{}{}21/,KJKgkmmuT==且T1=T2，0u?=由于不計(jì)摩擦氣體所做的功，W分為兩部分：1W位克服大氣所做的功；2W位活塞位能的增加量則22(20590)9.814.11046.25pWEmghJ-=?==-???=421771133.32100104.11042.14bWPAhJ--=??=?????=1246.2542.1488.4WWWJ?=+=+=或者，642220.215610Pa10010m4.110m88.4WpAHJ--=?=?????=8.解：（1）1到2是可逆多變過程，對(duì)初，終態(tài)用理想氣體狀態(tài)方程式有()()g13161g23262287J/(kgK)1300273K0.05643m/kg810Pa287J/(kgK)400273K0.48288m/kg0.410PaRTvpRTvp??+===???+===?所以多變指數(shù)66123321ln(/)ln(810Pa/0.410MPa)1.395ln(/)ln(0.48288m/kg/0.05643m/kg)ppnvv??===（2）