（完整版）工程熱力學簡答題電子版

（完整版）工程熱力學簡答題電子版工程熱力學習題A一、簡要問答題1.工程熱力學的研究對象主要是什么？答：工程熱力學的研究對象主要是能量轉換，特別是熱能轉化為機械能的規(guī)律和方法，以及提高轉化效率的途徑，以提高能源利用的經濟性。2.熱能的利用有哪兩種基本的利用形式，并舉例說明？答：一種是熱能的直接利用，如冶金，化工，食品等工業(yè)和生活上的應用，另一種是熱能的間接利用，如把熱能轉化成機械能或電能為人們提供動力。3.何為工質？如何采用氣體而不采用液體或固體作為熱機的工質？答：工質是指在熱機中工作的借以實現將熱能轉化成機械能的媒介物質，因氣體的膨脹性與壓縮性遠比液體、固體要好，所以熱機中的工質是采用氣體，而不采用液體，更不能采用固體。4.功量與熱量有何不同和相同之處？答：相同之處：（1）都是過程量，而不是狀態(tài)參數；（2）都是工質與外界交換的能量；（3）可逆過程都可圖示。不同之處：（1）功量是有序能（機械能）即功量是有規(guī)則的宏觀運動能量的傳遞，在做功過程中往往伴隨著能量形態(tài)的轉化，而熱量是無序能（熱能）即熱量是大量微粒子熱運動的能量傳遞，傳熱過程中不出現能量形態(tài)的轉化。（2）有功轉換的動力是壓差，而有熱交換的動力是溫差，（3）功量與熱量的計算表達式不同。（4）功量可在p-vt圖上圖示，而熱量是在T-s圖上圖示。5.寫出熱力系統(tǒng)第一定律的文字表達？答：熱力學第一定律的文字表述：熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?，一定量的熱消失時，必產生相應量的功，消耗一定量的功時，必出現與之對應的一定量的熱。6.寫出1Kg工質的焓的符號與定義式及其能量含義，并指出焓是過程量還是狀態(tài)參數。答：焓的符號是h，其定義式是h=u+pv，其能量含義是系統(tǒng)中因引進1kg工質而獲得的總能量是熱力學能u與推動功pv之和，焓是狀態(tài)參數，而不是過程量。7.何為理想氣體，并舉例指出什么氣體可視為理想氣體？什么氣體不能視為理想氣體？答：理想氣體是指其分子是具有彈性的，而不具有體積的質點，分子間沒有相互作用力的假想氣體。工質中常用的氧氣、氮氣、氫氣等及空氣，燃氣，煙氣等在通常使用的溫度，壓力下都可作為理想氣體。而水蒸氣，制冷裝置中的工質，如氟利昂汽等不能看做理想氣體。8.指出Rg，R的名稱，單位，以及其值是否與氣體種類及氣體的狀態(tài)有關？答：Rg稱為氣體參數，其單位是J/Kg*K，其值取決于氣體種類，而與氣體所處狀態(tài)無關，R稱為摩爾氣體常數，也成為通用氣體常數，其單位是J/mol*K，其值即于氣體種類也與氣體所處狀態(tài)無關。9.為何說四個基本的熱力過程是多變的過程的特例？答：四個基本的熱力過程，是指1定容過程，其過程表達式是V=c；2定壓過程，其過程表達式是P=c；3定溫過程，其過程表達式是T=c；4定熵過程，又稱絕熱過程，其過程表達式S=c。因多變過程方程式是PVn=常數，當n=0時，pv0=常數→p=常數，這是定壓過程方程式。n=1時，pv1=常數→pv=常數，這是定溫過程方程式。n=k時，pvk=常數，這是絕熱過程方程式（即定熵過程方程式）；n→±∞時，P1/n*v=常數→v=常數，這是定容過程方程式。所以說，四個基本的熱力過程是多變過程的特例。10.為何說可逆絕熱過程一定是定熵過程？答：絕熱過程是指每一個過程中，每一時刻均有δq=0，可見全部過程與外界交換的熱量也就是零，即q=∑δq=0，而根據熵的定義式，ds=δqrev/T，而可逆絕熱時，δqrev=0，故有ds=0，s=定值，所以說逆熱過程一定是定熵過程。11.對于理想氣體，任何一個過程的焓的變化量都和溫度變化相同的定容過程的焓的變化量相等，指出這一說法是否有錯，錯在何處？答：錯在定容過程，如將其改為定壓過程就對了。12.何為第二類永動機，為何制造不出來？答：只從海水或環(huán)境大氣里吸熱而不斷轉換為對外輸出機械功，這種從單一熱源吸收而連續(xù)不斷做功的動力機械稱為第二類永動機，他雖然不違反熱力學第一定律的能量守恒原則，但是違反了熱力學第二定律，所以第二類永動機是造不出來的。13.可逆循環(huán)的熱效率都相等，這說法是否有錯，錯在何處？答：錯在沒有加條件，如改成：在相同T1和相同T2的可逆循環(huán)的熱效率都相等，這就對了。14.寫出卡諾循環(huán)熱效率的表達式，并指出各符號的含義，以及說明熱效率為何不能等于或大于1？答：卡諾循環(huán)的熱效率的表達式是：ηc=1—T2/T1,式中各符號的含義是：ηc為卡諾循環(huán)的熱效率，T1為熱源的熱力學溫度，T2為冷源的熱力學溫度，因為T1＞T2，所以ηc不能等于或大于1.15.寫出水定壓汽化過程中的五個狀態(tài)的名稱。答：（1）未飽和水，（2）飽和水，（3）濕飽和蒸汽，（4）干飽和蒸汽，（5）過熱蒸汽16.寫出壓縮因子的符號與定義式，并指出其物理意義？答：壓縮因子的符號為Z，其定義式是Z=pv/RgT。又因Z=pv/RgT=v/Rg*T/p=v/vi,所以其物理意義是：實際氣體在p、T狀態(tài)時的比體積v，與理想氣體在同樣P、T狀態(tài)時的比體積之比。17.試問要使靜止氣流加速達到亞聲速氣流，應采用何種變截面的噴管，又為要使靜止氣流加速達到超聲速氣流又應采用何種變截面的噴管？答：要使靜止氣流加速得到亞聲速氣流，應此阿勇收縮性噴管，而要使氣流加速得到超聲速氣流，應采用縮放型噴管（又稱為拉伐爾噴管）。18.試指出純物質相圖中AD、AB、AC三條線及其焦點的名稱與特點.。答：A點稱為三相點，是純物質固、夜、氣三相共存點。AD線稱為升華曲線，固相物質超過此線直接升華為氣相物質；AB線成為溶解曲線，固相物質超過此線成為液相物質；AC線稱為汽化曲線，液相物質超過此線成為氣象物質。工程熱力學習題B一、簡要問答題1.何為能源，并定性的指出能源開發(fā)利用的水平與能源的消耗量對國民經濟與人民生活水平提高的關系？答：能源是指可提供各種有效能量的物質資源。人民生活水平隨著能源開發(fā)利用的水平提高與能源消耗量的增加而顯著提高。2.指出在自然界中人們可以利用的能量主要有哪些？答：自然界中人們可利用的能量主要有：煤、石油等礦物燃料的化學能，以及風能、水利能、太陽能、地熱能、原子能、生物質能等。3.何為熱能動力裝置，并指出可將其分為哪兩大類動力裝置？答：從燃料燃燒中得到熱能以及利用熱能得到動力的整套設備（包括輔助設備）統(tǒng)稱為熱能動力裝置，可將其分為蒸汽動力裝置及燃氣動力裝置兩大類。4.何為準平衡過程，何為可逆過程？答：準平衡過程是指工質的過程進行的相當緩慢，工質在平衡被破壞后，自動恢復平衡所需的時間很短，工質有足夠的時間來恢復平衡，隨時都不致顯著偏離平衡狀態(tài)?？赡孢^程是指工質完成某一過程后，可以沿相同的路徑逆行而恢復到原來的狀態(tài)，外界也恢復到原來狀態(tài)，而不留下任何改變的過程。5.何為熱力循環(huán)，并寫出其經濟性指標的原則性定義式？答：熱力循環(huán)是指工質從初始狀態(tài)經過若干過程之后，又回到了原來的狀態(tài)，這樣一系列過程的綜合叫做熱力循環(huán)，簡稱循環(huán)，其經濟性指標的原則性定義式是：經濟性指標=得到的收獲/花費的代價。6.焓是過程量，這說法是否有錯，錯在何處，為什么？答：錯在過程量，因為焓是狀態(tài)參數，而不是過程量，這從其定義式可看出，h=u+pv，式中熱力學能u，壓力p，比體積v都是狀態(tài)參數，所以焓h是狀態(tài)參數。7.何為第一類永動機，為何制造不出來？答：第一類永動機是指不需要消耗能量便可連續(xù)不斷對外做功的機械，因為其違反了熱力學第一定律，所以制造不出來。8.何為理想氣體狀態(tài)方程式？答：表示理想氣體在任意平衡狀態(tài)時p、v、T之間的關系式叫做理想氣體狀態(tài)方程式或稱克拉貝隆方程式。9.何為理想氣體，任何一個過程的熱力學能變化量都和溫度相同的定壓過程的熱力學能變化量相等，這出這一說法是否有錯，錯在何處？答：錯，錯在定容過程，如改為定壓過程就對了。10.何為多變過程，為何說四個基本的熱力過程是多變過程的特例？答：氣體的基本狀態(tài)參數間滿足PVn=常數，這樣的可逆過程稱為多變過程，n為多變指數。如：n=0時，pv0=常數→p=常數，這是定壓過程方程式。n=1時，pv1=常數→pv=常數，這是定溫過程方程式。n=k時，pvk=常數，這是絕熱過程方程式（即定熵過程方程式）；n→±∞時，P1/n*v=常數→v=常數，這是定容過程方程式。所以說，四個基本的熱力過程是多變過程的特例。11.寫出卡諾循環(huán)熱效率的表達式，并指出提高熱效率的途徑？答：卡諾循環(huán)的熱效率的表達式是：ηc=1—T2/T1；提高熱效率的途徑是：（1）提高熱源的溫度T1，（2）降低冷源的溫度T2，（3）同時是T1升高使T2下降都可提高熱效率。12.下列說法是否有錯，錯在何處？（1）不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率。答：錯在“一定小于”，應該為在同樣T1，同樣T2的前提下，不可逆循環(huán)的效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率。（2）功可以全部變?yōu)闊?，而熱不能全部變?yōu)楣?。答：錯在后面一句話，應該為“在循環(huán)過程中熱不能全部變?yōu)楣Α本蛯α恕?3.指出為何熱力學第二定律也可表述為“第二類永動機是不存在的”？答：因熱力學第二定律表達的開爾文說法：“不可能制造出從單一熱源吸熱使之全部轉化為功，而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動機”而第二類永動機就是指只從單一熱源如海水或環(huán)境大氣中吸熱，從而連續(xù)不斷做功的動力機械，這第二類永動機雖然不違反熱力學第一定律的能量守恒原則，但是違反了熱力學第二定律，所以說熱力學第二定律也可表述為“第二類永動機是不存在的”。14.指出（P+a/V2m）(Vm-b)=RT其名稱是什么方程，為何說其是對理想氣體狀態(tài)方程的修正而提出的適用于什么氣體的方程？答：（P+a/V2m）(Vm-b)=RT的方程式稱為范德瓦爾方程式，式中a、b是大于0的常數，而理想氣體的狀態(tài)方程式是：pVm=RT,范德瓦爾修正了理想氣體其分子不占有體積及分子間沒有相互作用力的假想氣體，而得到的適用實際氣體的狀態(tài)方程式。表現在因實際氣體的分子是占有體積的，因此用Vm-b替代理想氣體狀態(tài)方程式中的Vm，又因實際氣體分子間是有相互作用力的，因此用P+a/V2m替代理想氣體狀態(tài)方程式中的p。15.試在圖上做輔助線，以圖示說明工質在1-2過程中的w，wi和q值的大小。答：在p-v圖中，過1，2兩點作平行于p的直線，的面積1243即為w值。過1，2兩點作平行于v的直線得面積1265即為w1的值。在T-s圖上，過1、2兩點作平行于T的直線得面積1234即為q值。16.圖中a到b，a到c為理想氣體任意一個過程，而b，c兩點在同一條絕熱線上，試指出△Uab和△Uac那個大，為什么？答：因理想氣體的△u12=Cv（T2-T1），所以△Uab=Cv（Tb-Ta），△Uac=Cv（Tc-Ta）而b、c在同一條絕熱線上，而絕熱過程的T與v的關系是T2/T1=（V1/V2)k-1,可見v升高，則T下降，而vb＜vc，所以Tb＞Tc，所以△Uab＞△Uac。17.指出純物質相圖中是那條曲線及其交點的名稱，以及三條曲線將平面分成幾個區(qū)域及其特點？答：三條曲線的名稱是：AD稱為升華曲線，AB稱