1、工程熱力學(xué)習(xí)題A 一、簡要問做題1 .工程熱力學(xué)的研究對象主要是什么答：工程熱力學(xué)的研究對象主要是能量轉(zhuǎn)換,特別是熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的規(guī)律和方法,以及提升轉(zhuǎn)化效率的途徑,以提升能源利用的經(jīng)濟(jì)性.2 .熱能的利用有哪兩種根本的利用形式,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(yīng)用,另一種是熱能的 間接利用,如把熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能或電能為人們提供動力.3 .何為工質(zhì)如何采用氣體而不采用液體或固體作為熱機(jī)的工質(zhì)答：工質(zhì)是指在熱機(jī)中工作的借以實(shí)現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的媒介物質(zhì),因氣體的膨脹性與壓縮性遠(yuǎn)比液體、固體要好,所以熱機(jī)中的工質(zhì)是采用氣體,而不采用液體,更不能采用固體.4

2、 .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(shù)；2都是工質(zhì)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(jī)械能即功量是有規(guī)那么的宏觀運(yùn)動能量的傳遞,在做功過 程中往往伴隨著能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化,而熱量是無序能熱能即熱量是大量微粒子熱運(yùn)動的能量傳遞,傳熱過程中不出現(xiàn)能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化.2有功轉(zhuǎn)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(jì)算表達(dá)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(dá)答：熱力學(xué)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(chǎn)生相應(yīng)量的功,消耗一定量的

3、功時,必出現(xiàn)與之對應(yīng)的一定量的熱.6 .寫出1Kg工質(zhì)的烙的符號與定義式及其能量含義,并指出烙是過程量還是狀態(tài)參數(shù).答：烙的符號是 h,其定義式是 h=u+pv,其能量含義是系統(tǒng)中因引進(jìn)1kg工質(zhì)而獲得的總能量是熱力學(xué)能u與推動功pv之和,烙是狀態(tài)參數(shù),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(zhì)點(diǎn), 分子間沒有相互作用力的假想氣體.工質(zhì)中常用的氧氣、氮?dú)?、氫氣等及空?燃?xì)?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(zhì),如氟利昂汽等不能看做理想氣體.8 .指出Rg

4、, 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(guān)答：Rg稱為氣體參數(shù),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(guān),R稱為摩爾氣體常數(shù),也成為通用氣體常數(shù),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(guān).9 .為何說四個根本的熱力過程是多變的過程的特例答：四個根本的熱力過程,是指1定容過程,其過程表達(dá)式是 V=c； 2定壓過程,其過程表達(dá)式是P=c； 3定溫過程,其過程表達(dá)式是T=c； 4定嫡過程,又稱絕熱過程,其過程表達(dá)式 S=c.因多變過程方程式是 PVn=常數(shù),當(dāng)n=0時,pv0=常數(shù)-p=常數(shù),這是定壓過程方程式.n=1時,pv1=常數(shù)-

5、pv=常數(shù),這是定溫過程方程式. n=k時,pvk=常數(shù),這是絕熱過程方 程式即定嫡過程方程式；n-±8時,P1/n*v=常數(shù)-v=常數(shù),這是定容過程方程式.所以 說,四個根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嫡過程答：絕熱過程是指每一個過程中,每一時刻均有 8q=0,可見全部過程與外界交換的熱量也 就是零,即 q=E S q=0,而根據(jù)嫡的定義式,ds= 8 qrev/T ,而可逆絕熱時,8 qrev=0,故有ds=0, s=定值,所以說逆熱過程一定是定嫡過程.11 .對于理想氣體,任何一個過程的焰的變化量都和溫度變化相同的定容過程的焰的變化量 相等,指

6、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(jī),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(zhuǎn)換為對外輸出機(jī)械功,這種從單一熱源吸收而連續(xù)不斷做功的動力機(jī)械稱為第二類永動機(jī),他雖然不違反熱力學(xué)第一定律的能量守恒原那么,但是違反了熱力學(xué)第二定律,所以第二類永動機(jī)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(dá)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(dá)式是：y c

7、=1T2/T1,式中各符號的含義是：y c為卡諾循環(huán)的熱效率,T1為熱源的熱力學(xué)溫度,T2為冷源的熱力學(xué)溫度,由于 丁1丁2,所以刀c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 0又因Z=pv/RgT=v/Rg*T/p=v/v i,所以其物 理意義是：實(shí)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到達(dá)亞聲速氣流,應(yīng)采用何種變截面的噴管,又

8、為要使靜止氣流 加速到達(dá)超聲速氣流又應(yīng)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(yīng)此阿勇收縮性噴管, 而要使氣流加速得到超聲速氣流,應(yīng)采用縮放型噴管又稱為拉伐爾噴管.18 .試指出純物質(zhì)相圖中 AD、AB、AC三條線及其焦點(diǎn)的名稱與特點(diǎn).答：A點(diǎn)稱為三相點(diǎn),是純物質(zhì)固、夜、氣三相共存點(diǎn).AD線稱為升華曲線,固相物質(zhì)超過此線直接升華為氣相物質(zhì)；AB線成為溶解曲線,固相物質(zhì)超過此線成為液相物質(zhì)；AC線稱為汽化曲線,液相物質(zhì)超過此線成為氣象物質(zhì).工程熱力學(xué)習(xí)題B一、簡要問做題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(jīng)濟(jì)與人民生活水平提升的關(guān)系答：能源是指可提供

9、各種有效能量的物質(zhì)資源.人民生活水平隨著能源開發(fā)利用的水平提升與能源消耗量的增加而顯著提升.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(xué)能,以及風(fēng)能、水利能、太陽能、地?zé)崮堋⒃幽?、生物質(zhì)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(shè)備包括輔助設(shè)備統(tǒng)稱為熱能 動力裝置,可將其分為蒸汽動力裝置及燃?xì)鈩恿ρb置兩大類.4 .何為準(zhǔn)平衡過程,何為可逆過程答：準(zhǔn)平衡過程是指工質(zhì)的過程進(jìn)行的相當(dāng)緩慢,工質(zhì)在平衡被破壞后,自動恢復(fù)平衡所需的時間很短,工質(zhì)有足夠的時間來恢復(fù)平衡,

10、隨時都不致顯著偏離平衡狀態(tài).可逆過程是指工質(zhì)完成某一過程后,可以沿相同的路徑逆行而恢復(fù)到原來的狀態(tài),外界也恢復(fù)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(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的原那么性定義式答：熱力循環(huán)是指工質(zhì)從初始狀態(tài)經(jīng)過假設(shè)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(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的原那么性定義式是：經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)=得到的收獲/花費(fèi)的代價.6含是過程量,這說法是否有錯,錯在何處,為什么答：錯在過程量,由于始是狀態(tài)參數(shù),而不是過程量,這從其定義式可看出,h=u+pv,式中熱力學(xué)能u,壓力p,比體積v都是狀態(tài)參數(shù),所以烙 h是狀態(tài)參數(shù).7 .何為第一類永動

11、機(jī),為何制造不出來答：第一類永動機(jī)是指不需要消耗能量便可連續(xù)不斷對外做功的機(jī)械,由于其違反了熱力學(xué)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(guān)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(xué)能變化量都和溫度相同的定壓過程的熱力學(xué)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,為何說四個根本的熱力過程是多變過程的特例答：氣體的根本狀態(tài)參數(shù)間滿足PVn=常數(shù),這樣的可逆過程稱為多變過程,n為多變指數(shù).如：n=0時,pv0=常數(shù)-p=常數(shù),

12、這是定壓過程方程式.n=1時,pv1 =常數(shù)-pv=常數(shù),這是定溫過程方程式.n=k時,pvk=常數(shù),這是絕熱過程方程式即定嫡過程方程式；n-土8時,p1/n*v =常數(shù)-v=常數(shù),這是定容過程方程式.所以說,四個根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(dá)式,并指出提升熱效率的途徑答：卡諾循環(huán)的熱效率的表達(dá)式是：刀0=1T2/T1；提升熱效率的途徑是：1提升熱源的溫度T,2降低冷源的溫度 T2, 3同時是Ti升高使T2下降都可提升熱效率.12 .以下說法是否有錯,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(yīng)該為在同樣同樣T2的前提下,不可

13、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(yīng)該為“在循環(huán)過程中熱不能全部變?yōu)楣蛯α?13 .指出為何熱力學(xué)第二定律也可表述為“第二類永動機(jī)是不存在的答：因熱力學(xué)第二定律表達(dá)的開爾文說法：“不可能制造出從單一熱源吸熱使之全部轉(zhuǎn)化為功,而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動機(jī)而第二類永動機(jī)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(jī)械,這第二類永動機(jī)雖然不違反熱力學(xué)第一定律的能量守恒原那么,但是違反了熱力學(xué)第二定律,所以說熱力學(xué)第二定律也可表述為“第二類永動機(jī)是不存在的.14 .指出P+a/V2m Vm-b尸RT其名稱是什么方

14、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尸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(shù),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(shí)際氣體的狀態(tài)方程式.表現(xiàn)在因?qū)嶋H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?qū)嶋H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(zhì)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(diǎn)作平行于p的

15、直線,的面積1243即為w值.過1, 2兩點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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 (L-Ta)而 b、C 在 同一條絕熱線上,而絕熱過程的 T與v的關(guān)系是T2/Ti= (V1/V2)k-1,可見v升高,那么T下降, 而 vbvc,所以 Tb>Tc,所以 Uab>A Uaco17 .指出純物質(zhì)相圖中是那條曲線及其交點(diǎn)的名稱,以及三條曲線將平面分成幾個區(qū)域及其 特點(diǎn)答：三條曲線的名稱是： AD稱為升華曲線,AB稱為溶解曲線,AC稱為汽化曲線,其交點(diǎn) A稱為三相點(diǎn),三條曲線將