工程热力学测验题1.doc

自测题第一篇 工程热力学第一章 基本概念1、 某刚性容器被一刚性壁分成两部分。在容器的不同部位装有压力计，如图4所示，设大气压力为。（1）.若 压力表和的读数分别为和,试确定压力表的读数；容器两部分的工质绝对压力为多少？（2）.若表为真空表，读数为压力表读数为，试问如果表有读数，则表是什么表？其度数是多少？图4解： （1）. （2）.由表为压力表知，；又由表知。从而有 若表有读数，则表一定为真空表，有 则 讨论：（1）.在工程实际中，无论是用压力表还是真空表，测到的都是工质的绝对压力与环境压力之差，而不是工质的真实压力（绝压）。 （2）.在计算绝对压力时用的环境压力并非一定是大气压力。此环境压力是指测压差仪表所处的空间以来，既可以是大气压力，如本题中表，所处的空间压力，也可以是某个空间的压力，如本题中的表，其环境压力为。2、一气缸活塞内的气体由初态，可逆膨胀到若过程中压力与体积间的关系为，试求其他所做的膨胀功。解 由得讨论：只有可逆过程才能用来计算系统与外界交换的体积变化功。在利用此式计算时，应根据过程特点导出的关系，然后才能积分求解。另外要注意，积分上限的“1”和“2”是指初态和终态的积分变量值，本题就是和，即为，而不是指和。第二章 热力学第一定律3、如图5所示，一闭口系从状态沿图中路径变化到时，吸热，对外做功。试问： （1）.系统从经到，若对外做功，则吸热量为多少？ （2）.系统由经曲线所示过程返回，若外界对系统做功，吸热量为多少？ （3）.设那么，过程的吸热量各为多少？图2-10解 （1）.根据能量方程有 （2）. （3）.因为 所以 讨论：（1）.从上述计算分析可以看到，热量和功量都是过程量，他们的值不仅仅与初、终态有关，而且还取决于过程的路径。 （2）.状态参数变化量仅取决于初、终态。在计算时要注意，指的是终态的热力学能减去初态的热力学能，即。当过程反向进行时，的绝对值未变，但符号变了。正如本题（2）中的计算，。4、某蒸汽轮机，进口蒸汽参数为，；出口参数为，进出口高度差为，每蒸汽经汽轮机散热。试求： （1）.单位质量蒸汽流经汽轮机对外输出的功； （2）.不计进、出口动能差=势能差对输出功的各自影响； （3）.不计散热对输出功的影响； （4）.若蒸汽流量为，汽轮机功率为多大？解 （1）.取汽轮机汽缸内壁和蒸汽进、出口为系统，如图6所示，则系统为稳定流动系统，能量方程为图2-11 （2）.不计蒸汽进、出口动能差的影响 不计蒸汽进、出口势能差的影响 （3）.不计散热的影响 （4）.汽轮机功率 讨论：（1）.本题的数据具有实际意义。从计算中可以看到，忽略蒸汽进出口的动能查、势能差以及散热损失，对输出轴功的影响均小于%，因此在实际计算中可以忽略不计。这同时说明，类似汽轮机的叶轮机械可视为绝热系统。 （2）.计算中实际蒸汽热力学性质，题目不但给出了，而且给出了。事实上，如掌握了蒸汽热力性质后，给出就是多余的，它们可以由及热力过程特点查图、表解决。第四章 理想气体的热力过程5、空气初态为，分别经下列不同热力学过程达到同一终压，试求终态的温度，熵变和对外所做的技术功，并将过程表示在图和图上。设过程可逆，比热容为定值。 （1）.绝热过程； （2）.定温过程； （3）.的多变过程。解 空气的物性参数 （2）.绝热过程 因为过程绝热可逆，故有 或 （2）.定温过程 或 （3）.的多变过程 图3-8（a） 图3-8（b） 三个过程在图和图上分别如图12(a)和图12(b)所示，下标 分别对应绝热过程、多变过程和定温过程的终态。讨论：（1）.在绝热过程的计算中，既可用，又可用。前者的计算基础是要先算出来，而后者在不要求计算时可直接计算。使用那种方法，关键在于题目要求和已知条件。另外，还可利用两种计算方法进行相互校核。同理，定温过程的也可用两种方法的任一种计算，显然在已求出的情况下，用更简便。（2）.从计算结果可知，绝热过程的终温、技术功，多变过程的终温、技术功和定温过程的终温、技术功有关系式：。7、燃气在燃气轮机中从绝热可逆膨胀到，试求：（1）.膨胀终了时燃气的温度和单位质量燃气对外做的轴功；（2）.过程中的热力学能的变化；（3）.若从同一状态出发经一不可逆绝热过程到达相同的终压，其终温为，试求单位质量所做的轴功和熵变，并将可逆绝热与不可逆过程表示在同一图上；（4）.为使不可逆绝热膨胀终态与可逆绝热过程终态相同，则需放热多少？燃气按空气性质计算，比热容取定值，。解 （1）.对于绝热过程 或用 计算。 （2）. （3）.图3-9图如图13所示，图中过程为可逆绝热过程，为不可逆绝热过程。（4）.为使不可逆膨胀至可逆绝热膨胀的同一终态，则由能量方程得 或用计算。讨论：（1）.对于理想气体的绝热过程，无论是否可逆均可用 来计算技术功（忽略进出口的动能差，势能差即为轴功）。要用公式计算技术功，则必须是可逆绝热过程。 （2）.不可逆绝热膨胀过程一定是有熵产的热力过程，由于绝热过程的熵变即熵产，所以计算所得即为熵产，显然大于零，否则违背热力学第二定律。 （3）.通过最后计算可知，若进行一不可逆绝热过程是定熵过程。而比可逆放热达到相同的终态，因此。值得注意的是，这一过程是有熵产的不可逆过程。为了区别这种不可逆的熵不变过程与可逆绝热过程，有些教科书将前者称为等熵过程，后者称为定熵过程。8、将满足下列要求的理想气体多变过程表示在图和图上：（1）.气体进行的多变膨胀过程，并指出其过程是吸热还是放热，以及 的正负号；（2）.气体升温、升压又放热，并指出其多变指数范围。解 （1）.首先在图和图上画出4条基本热力过程线，如图16所示。根据题目要求，的过程线应在定压线和定温线之间，又为膨胀过程，故该过程线图上应位于定容线右侧，在图上应位于定容线右下方，这样就可定性画出该过程线，如图16中1-所示。从图可以看出，该过程线位于定熵线右方（图）和右下方（图），在范畴，故吸热过程。同理可知，故。 （2）.和第（1）.一样，先在图和图上画出4条基本热力过程线，如图16所示。再分别找出升压区域，升温区域和放热区域的交集，即满足题目要求的多变过程线所的区域。定性从初态1在该区域画一过程线，即为满足要求的曲线，如图16中1-所示。从图中可以看到，该曲线位于定温线和定熵线之间，故该过程的多变指数范围为。图3-12第五章 热力学第二定律9、欲设计一热机，使从温度为高温热源吸热，向温度为低温热源放热。（1）.此热机循环能否实现？（2）.若把此热机当制冷机使用，从低温热源吸热，能否向高温热源放热？欲使之从冷源吸热，至少需耗功多少？ 图8（a）解： （1）.如图8（a）所示，将高温热源、冷温热源和热机划在一孤立系内，则有 高温热源熵变 低温热源熵变 循环热机内工质的熵经一循环后不发生变化， 所以循环可以实现。（2）.若把此热机作制冷机用，此时循环为逆循环，如图8（b）所示。利用同样的方法和分析，有 图8（b）违反了孤立系熵增原理，故此循环不可行。欲使此循环可行，且从冷源吸热，耗功最小为循环应是可逆循环，满足。根据能量守衡原理 即 解得 讨论：（1）.本题的求解就是通过求所划分的孤立系子系统熵变的代数和，计算出孤立系的熵增，进而判断循环可行与否、可逆与否的。 （2）.除利用孤立系的熵增原理外，对于循环还可利用克劳修斯不等式进行分析判断。如对于本题热机循环，有 满足克劳修斯不等式，故可行，但不可逆。对于恒温热源的热机，还可用卡诺定理进行判断。若在温度为和的热源间有一可逆循环，则 对于欲设计的热机的热效率为 此热机热效率小于同温限下可逆循环的热效率，故循环可行却不可逆。 这里应注意热量符号的取法。在孤立系熵增原理的方法中，的符号是按子系统吸热还是放热决定的，而在克劳修斯不等式中是按热机（工质）吸热还是放热决定其符号的。在热效率公式中