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第一章第一章 基本概念基本概念 一 单选题一 单选题 1 1 绝对压力为P 表压力为Pg 真空为Pv 大气压力为Pb 根据定义有 B A P Pv Pb B P Pg Pb C P Pv Pb D P Pg Pb 2 2 绝对压力为P 表压力为Pg真空为Pv 大气压力为Pb 根据定义有 A A P Pb Pv B P Pb Pg C P Pv Pb D P Pg Pb 3 3 若过程中工质的状态随时都无限接近平衡状态 则此过程属于 D A 平衡过程 B 静态过程 C 可逆过程 D 准平衡过程 4 4 有一过程 如使热力系从其终态沿原路径反向进行恢复至其初态 且消除了正向过程给外界留下全部影 响 则此过程可属于 BC A 平衡过程 B 准静态过程 C 可逆过程 D 不可逆过程 5 5 属于过程量的物理量是 D A 压力 B 温度 C 热能 D 膨胀功 6 6 与外界既无物质交换又无能量交换的系统是 A A 孤立系统 B 闭口系统 C 绝热系统 D 控制质量 7 7 状态参数等同于 BCD A 表征物理性质的物理量 B 循环积分为零的物理量 C 只与工质状态有关的物理量 D 变化量只与初终态有关的物理量 8 8 热能转变为功的根本途径是依靠 B A 工质的吸热 B 工质的膨胀 C 工质的放热 D 工质的压缩 9 9 总效果是将热变为功的循环为 C A 可逆循环 B 不可逆循环 C 正向循环 D 逆向循环 10 10 可逆循环在T s面上所围的面积表示 CD A 循环的吸热量 B 循环的放热量 C 循环的净功量 D 循环的净热量 二 填空题二 填空题 1 1 温度是物体冷热程度的度量 2 2 从分子运动论的观点看 温度是表示分子运动的平均动能的大小 3 3 压力计显示真空为0 640 105Pa 如大气压力为0 0970MPa 则绝对压力为 33kPa 三 简述题三 简述题 1 表压力Pg和真空Pv是不是状态参数 为什么 答 表压力和真空不是状态参数 表压力和真空是由压力测量装置所测得的工质的真实压力与大气压力 之差 由于大气压力会随着各地的纬度 高度和气候条件的变化而变化 因此在工质的绝对压力不变的情 况下 表压力和真空将随大气压力变化而变化 所以表压力和真空不具备状态参数的特征 不能作为状态 参数来进行热力计算 2 何谓准平衡过程 实现准平衡过程的条件是什么 答 热力系在无限小势差的作用下所进行的过程中 任一时刻所处的状态都无限接近于平衡状态 这种 过程称为准平衡过程 要实现准平衡过程 要求工质与外界压差和温差均为无限小 如果在过程中还有其 他作用存在 实现准平衡过程还必须加上其他相应的条件 3 何谓可逆过程 可逆过程的进行必须满足什么条件 答 热力系经过一个热力过程后 如果能使它沿相同的路径逆行回到初始状态 同时外界也不留下任何 影响 则此过程称为可逆过程 要实现可逆过程 首先应是准平衡过程 应满足热和力的平衡条件 同时 在过程中不应有任何耗散效应 4 可逆过程与准静态态过程有何本质的差别 答 准静态过程只要求系统的状态变化是无限小势差作用的结果 以致在整个变化过程中的任一时刻系 统的状态都无限接近平衡态 从而使全部过程可以用状态参数进行描述 可逆过程则要求系统的状态变化 具有无条件复逆的特征 即系统经过变化过程后 系统本身以及与其关联的外界都能恢复到初始状态 这 就要求不但系统的状态变化是无限小势差作用的结果 而且还要求在变化过程中不存在任何耗散因素 由 以上论述可以看出 两种过程的共同点是它们都是无限小势差作用的结果 不同之处是可逆过程中不存在 任何耗散因素 而准静态过程对是否存在耗散因素并不关注 因此 可逆过程一定是准静态过程 而准静 态过程则不一定是可逆过程 它只是可逆过程的必要条件之一 第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律 一 一 单选题单选题 1 热力系储存能包括有 ABC A 内能 B 宏观动能 C 重力位能 D 推动功 2 闭口系统从外界吸热 20KJ 其内能增加 40KJ 则该过程中系统 BC A 对外界做功 20KJ B 接受外界功 20KJ C 对外界做功 20KJ D 接受外界功 20KJ 3 质量恒定的工质在其状态变化过程中 从外界吸热 20KJ 其内能增加 40KJ 则该过程中系统对外界所 作的功量为 C A 60KJ B 20KJ C 20KJ D 60KJ 4 闭口系统能量方程Q U W ABCD A 适用于可逆过程 B 适用于压力不变的过程 C 适用于不可逆过程 D 适用于体积不变的过程 5 构成技术功的三项能量是宏观动能增量 重力位能增量和 A A 内功 B 推动功 C 膨胀功 D 压缩功 6 工质状态变化过程中所完成的技术功之正负与过程中工质的压力变化趋势 BD A 相同 B 相反 C 无关 D 有关 7 描述稳定流动工质能量守恒关系的方程是 AD A q h B q h 2 1 vdp 2 1 vdp C q u D q u 2 1 pdv 2 1 pdv 8 技术功 Wt与膨胀功 W 的关系为 A A wt w p1v1 p2v2 B wt w p2v2 p1v1 C wt w p1v1D wt w p2v2 9 工质稳定流过一水平放置的绝热开口系统 对外界作出技术功 50KJ 且动能增加 20 KJ 则工质焓变和 做的内功分别为 B A 50KJ 和 30KJ B 50KJ 和 30KJ C 50KJ 和 30KJ D 50KJ 和 30KJ 二 填空题二 填空题 1 封闭系统经历一个过程 过程中系统放热 9kJ 对外作功 27000J 然后 对它加热 6kJ 作功 kJ 能使系统回到初态 2 封闭系统进行某一过程 系统作功 25 kJ 同时放出 9 kJ 的热 然后借助于对它作功 4 kJ 加热 kJ 能使系统回复到初态 3 活塞 汽缸装置盛有 1 4kg 的气体 压力保持为 0 5MPa 当过程进行时传出热量为 50KJ 体积由 0 15 m 变化到 0 09 m 则内能的变化为 KJ Kg 33 三 简述题三 简述题 1 工程热力学中热力学第一定律怎样表述 该定律包含哪两个重要内容 工程热力学所研究的范围 主要是热能与机械能的相互转换 所以热力学第一定律的表述为 热可以 变功 功也可以变热 一定量的热消失后 必产生与之数量相当的热 1 热能和其他形式的能量之间可以相互转换 2 在转换过程中能的数量保持守恒 2 为什么称方程 q u w 而不是方程 q h wt为基本能量方程 1 工程热力学的主要任务是研究如何有效地将热能转变成为机械能 方程 q u w 可写成 w q u 此式正好反映了热力过程中热能转变为机械能在数量上的守恒关系 2 q h wt可以写成 wt q h q u p2v2 p1v1 说明 wt并不是全部由热能转变而来 其中还有机械能 p2v2 p1v1 的贡献 第三章第三章 理想气体性质理想气体性质 一 选择题一 选择题 1 理想气体利用平均比热表计算热量时的公式为 D A t2 t1 B 2 1 t tm C dtetbta 2 C t2 t1 D t2 t1 2 0 t m C 1 0 t m C 2 0 t m C 1 0 t m C 2 理想气体任何过程的内能变化量 如比热不能当作定值 应该是 A A u B u 2 1 T T vdT C 2 1 T T pdT C C u Cv T2 T1 D u Cp T2 T1 3 理想气体任何过程的焓变化量 如比热不能当作定值 应该是 B A h B h 2 1 T T vdT C 2 1 T T pdT C C h Cv T2 T1 D h Cp T2 T1 4 同一理想气体分别经可逆和不可逆过程实现相同的温度变化 则 u12 可逆 C A 大于 u12 不可逆 B 小于 u12 不可逆 C 等于 u12 不可逆 D 可以大于也可以小于 u12 不可逆 5 理想气体的比热与 BCD A 压力有关B 温度有关C 过程有关D 物量单位有关 二 填空题二 填空题 1 容器中盛有 0 5MPa 30 的二氧化碳气体 因容器有沙孔导致压力缓慢地降为 0 4MPa 时才被发现 如 气体温度为 20 最初的质量为 25kg 漏掉的二氧化碳是 kg 2 0 15MPa 27 的空气盛于容积为 0 1 m 的活塞 汽缸装置中 首先在定容下对其加热直至压力升高一 3 倍 然后定压膨胀到体积增加为三倍 加入的总热量为 kJ 3 一个容器中储有 0 2MPa 50 的氦气 0 6kg 用适当的阀门与另一个体积为 0 5 m 并完全真空的容器 3 相连接 两个容器是刚性绝热的 阀门打开并完全达到平衡后 氦气的压力降至 MPa 4 0 5kg 氦气盛于活塞 汽缸装置中 通过汽缸中的搅拌轮旋转加给气体 9 5 kJ 的能量 汽缸壁绝热 过 程中保持压力不变 则温度变化量为 5 1kg 空气盛于用绝热壁制成的刚性容器中 容器中一个可略去质量的搅拌轮由外部马达带动 空气温度 从 27 升高到 127 焓的变化为 kJ 6 1kg 氦气盛于刚性容器中 在 27 时加入 kJ 热量后压力升高一倍 三 简述题三 简述题 1 试述公式 u 的适用范围 并解释其原因 2 1 T T CvdT 因为 u 为状态参数 其变化量只与初终态有关 与过程无关 理想气体的 u 为温度的单值函数 所以 qv CvdT du 理想气体的任何过程 du CvdT 2 试述公式 h 的适用范围 并解释其原因 2 1 T T CpdT 因 h 为 T 的单值函数 其变化量只与 T1 T2 有关 与过程无关 qp CpdT dT 所以任何过程 dh CpdT 3 什么是比热容 它的数值大小主要受哪些因素的影响 根据比热的定义 单位物量的物质温度升高一度所需要的热量称为比热 从定义可以看出 影响比热的因素有下述几个方面的 1 物量的单位 物量的单位不同 单位物量含有的物质的量不一样 比热数值也不一样 2 物质的性质 不同的物质 比热不一样 3 状态变化的过程 热量是过程量 温度变化一度所经历的过程不一样 比热不一样 4 物质所处的状态 不同的状态 物质分子运动情况不一样 比热也不一样 4 怎样计算理想气体不可逆过程的熵变 为什么 只要理想气体不可逆过程的初态 终态是平衡态 由可逆过程导出的公式均可用于熵变的计算 因为熵是状态参数 变化量只与初终态有关 与过程无关 5 试解释理想气体比热比k cp cv与温度的关系 定压比热和定容比热都是温度的单调升函数即 cp fp T cv fv T 而且恒有cp cv Rg 所以 k cp cv vv v c Rg c Rgc 1 比热比随温度的升高而变小 6 理想气体的内能和焓有什么特点 如何确定任意热力过程的理想气体内能和焓的变化 由于分子间没有相互作用 也就没有内势能 理想气体的内能只有内动能 它只与温度有关 即u u T 按定义焓h u pv u T RT h T 也只是温度的函数 所以在众多的状态参数中 只有温度对内能 焓产 生影响 无论经历什么过程 只要初态 终态的温度对应相同 内能和焓也对应相同 相应的变化量当然一样 在 定容过程中恒有qv cv T u 在定压过程中恒有qp cp T h 所以只要温度变化一样所有过程的内能 变化都为 u cv T 焓变化都为 h cp T 四 计算题四 计算题 1 一个刚性的绝热汽缸被一不绝热的 无摩擦的活塞分为两部分 最处活塞被固定在某一位置 汽缸的 一边盛有 0 4MPa 30 的理想气体 0 5Kg 而另一部分盛有 0 12MPa 30 的同样气体 0 5Kg 然后放开 活塞 在两个部分建立平衡 a 最后的平衡温度为多少 b 最终的平衡压力为多少 MPa 假定比热 C 和 C为常数 vp 第四章第四章 理想气体热力过程理想气体热力过程 一 选择题一 选择题 1 在定容过程中 理想气体的内能变化 u D A B C D 2 1 dTcp 2 1 pdv 2 1 vdp 2 1 dTcv 2 在定熵过程中 理想气体的内能变化 u BD A B C D 2 1 dTcp 2 1 pdv 2 1 vdp 2 1 dTcv 3 在定压过程中 理想气体的内能变化 u D A B C D 2 1 dTcp 2 1 pdv 2 1 vdp 2 1 dTcv 4 在定熵过程中 理想气体的焓的变化 h AC A B C D 2 1 dTcp 2 1 pdv 2 1 vdp 2 1 dTcv 5 理想气体定容过程中 焓的变化 h B A cv T B cp T C u pv D wt 6 理想气体定温过程的热量q等于 BCD A cn T B wt C T s D w 7 理想气体等温过程中 q w wt间的关系为 D A q wt w B q ww wt D q w wt 8 理想气体绝热过程初终态温度 压力的关系为 A A B 1 2 T T 1 1 2 p p 2 1 T T 1 1 2 p p C D 1 2 p p 1 1 2 T T 2 1 p p 1 1 2 T T 9 理想气体多变过程内能变化 u等于 B A cn T B cv T C cp T D R T 10 理想气体多变过程焓的变化 h等于 C A cn T B cv T C cp T D R T 二 填空题二 填空题 1 Rg 0 297kJ kgK 的1kg双原子理想气体在定压下吸热3349kJ 其内能变化 u 2 Rg 0 26kJ kgK 温度为T 500K的1kg理想气体在定容下吸热3349kJ 其熵变 s 3 绝热指数k 1 4的理想气体在绝热过程中输出技术功4500kJ 其内能变化 U 4 Rg 0 26kJ kgK 绝热指数k 1 4的理想气体在定压下吸热5000kJ 做容积变化功W 5 Rg 4 16kJ kgK 绝热指数k 1 4的理想气体在定容下吸热10000kJ 做技术功Wt 6 Cp 5 40kJ kgK T 600K的1kg理想气体在定温下压力由p1 1Mpa变为p2 0 2MPa 做容积变化功 w 7 Rg 0 26kJ kgK 绝热指数k 1 4的理想气体在定压下做容积变化功1500kJ 其内能变化 U 8 Rg 4 16kJ kgK 绝热指数k 1 4的2kg理想气体在n 1 2的多变过程中温度由500K变到1000K 其 吸热量Q 9 在不变的温度600K下 可逆地把理想气体的体积由初态减少一半需要一定数量的功 那么在温度T K下 消耗同量的功能把气体容积定温压缩到体积为初容积的四分之一 10 0 2kg空气由初态为0 3MPa 325K定温地膨胀到体积增加一倍 过程中外界传给空气 kJ热量 三 简述题三 简述题 1 T s 图上理想气体的定容过程线为什么比定压过程线陡 在温熵图上 过程线的斜率是 S T 对于定容过程 v dT T cv S T CvdT T 对于定压过程 p dT T cp S T CpdT T 因 cp cv 所以 v p 即定容线比定压线陡 S T S T 2 在 T s 图上如何用面积表示理想气体定熵过程的技术功 根据能量方程 q h wt 绝热时 wt h h1 h2 cp T1 T2 可见 定压下工质由 T2变化到 T1过程中所需的热量正好在数值上等于工质绝热地从 T1变化到 T2的 技术功 在 T s 图上 定压线从 T2到 T1下的面积就是技术功 3 在 T s 图上如何用面积表示理想气体定熵过程的容积变化功 根据能量方程 q u w 绝热时 w u u1 u2 cv T1 T2 可见 定容下工质由 T2变化到 T1过程中所需的热量正好在数值上等于工质绝热地从 T1变化到 T2的 容积变化功 在 T s 图上 定容线从 T2到 T1下的面积就是容积变化功 4 为什么理想气体在 p v 面上的绝热线比定温线陡 由等温线方程 pv 常数 得 pdv vdp 0 T dv dp v p 由绝热线 pv 常量得 p v 1dv v dp 0 pdv vdp 0 s p v dv dp 所以绝热线比等温线陡 5 分析说明为什么双原子理想气体在n 1 2的多变膨胀过程中温度是下降的 6 分析说明为什么双原子理想气体在n 0 8的多变膨胀过程中温度是上升的 7 分析说明为什么双原子理想气体在n 1 7的多变过程中边膨胀边放热 四 计算题四 计算题 1 在一个具有可移动活塞的圆筒中储有 0 3 m3的氧气 温度 t1 4 5 压力 p1 102 6kPa 在定压下对 氧气加热 再在定容下冷却到初温 45 假定在定容冷却终了时氧气的压力 p3 60kPa 试求这两个过程 的热量 焓的变化和所作的功 并在 p v 和 T s 图上定性画出这两个过程 2 若 p1 10MPa t1 1000 的空气 从初态开始 一次作可逆定温膨胀 一次作可逆绝热膨胀 两次膨胀 的终态比体积相同 而在绝热膨胀中终态温度 t2 0 试确定空气的定温膨胀功是绝热膨胀功的多少倍 3 将初温为 523K 的理想气体可逆定温的压缩到原来容积的 1 2 时 需消耗一定量的功 试问 在多高的 温度下 消耗同量的功 而能将气体可逆定温的压缩到原来的 1 4 第五章第五章 热力学第二定律热力学第二定律 一 选择题一 选择题 1 制冷循环工质从低温热源吸热 q2 向高温热源放热 q1 其制冷系数等于 A A B C D 21 2 qq q 21 1 qq q 2 21 q qq 1 21 q qq 2 供暖循环工质从低温热源吸热 q2 向高温热源放热 q1 其热泵系数等于 B A B C D 21 2 qq q 21 1 qq q 2 21 q qq 1 21 q qq 3 卡诺制冷循环的高温热源为温度 T0环境 低温热源温度为 T1 其制冷系数 c A A B C 1 D 1 10 1 TT T 1 0 0 TT T 1 0 T T 0 1 T T 4 卡诺供暖循环的冷源温度为 T0环境 热源温度为 T1 其热泵系数 COP A A B C 1 D 1 01 1 TT T 01 0 TT T 1 0 T T 0 1 T T 5 制冷系数 的取值范围为 D A 大于 1 B 大于 1 或等于 1 C 小于 1 D 大于 1 等于 1 或小于 1 6 热泵系数 COP 的取值范围为 A A 大于 1 B 小于 1 或等于 1 C 小于 1 D 大于 1 等于 1 或小于 1 7 可逆循环的热效率与不可逆循环的热效率相比 D A 前者高于后者 B 两者相等 C 前者低于后者 D 前者可以高于 等于 低于后者 8 在两个恒温热源 T1和 T2之间 T1 T2 概括性卡诺循环的热效率与卡诺循环的热效率相比 B A 前者高于后者 B 两者相等 C 前者低于后者 D 前者可以高于 等于 低于后者 9 多热源可逆循环工质的最高温度为 T1 最低温度为 T2 平均吸热为 平均放热温度为 则其循 1 T 2 T 环热效率为 B A 1 B 1 C 1 D 1 1 2 T T 1 2 T T 22 11 TT TT 11 22 TT TT 10 对于可逆循环 B D T q A 0 B 0 C 0 B 0 C B 21A T q 21B T q 21A T q 21B T q C D 21A T q 21B T q 21A ds 21B ds 15 自然现象的进行属于 BCD A 可逆过程 B 不可逆过程 C 具有方向性过程 D 自发过程 16 克劳休斯关于热力学第二定律的表述说明 CD A 热不能从低温物体传向高温物体 B 热只能从高温物体传向低温物体 C 热从低温物体传向高温物体需要补偿条件 D 热只能自发地从高温物体传向低温物体 17 对卡诺循环的分析可得到的结论有 ABD A 提高高温热源温度降低低温热源温度可提高热效率 B 单热源热机是不可能实现的 C 在相同温限下 一切不可逆循环的热效率都低于可逆循环 D 在相同温限下 一切可逆循环的热效率均相同 18 卡诺循环是 B C A 由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环 B 热效率最高的循环 C 热源与冷源熵变之和为零的循环 D 输出功最大的循环 19 卡诺定理指出 ABCD A 在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆机的热效率均相同 B 在相同高温热源和低温热源间工作的一切不可逆机的热效率必小于可逆机的热效率 C 单热源热机是不可能成功的 D 提高 T1降低 T2可以提高 t 20 A 是可逆机 B 是不可逆机 热效率 A B的可能存在的关系有 ABCD A A B C A B D A B 二 填空题二 填空题 1 一卡诺机在 37 和 717 之间运行 为了提高热机效率 一种方法是将高温热源的温度提高到 1027 另一种方法是降低冷源温度 冷源温度降低到 就能获得与热源温度提高到 1027 时相同的热 效率 2 一给定的动力循环 工作流体在 440 的平均温度下接受 3150 KJ Kg 的热 而排给 20 的冷源 1950 KJ Kg 热量 这一循环 克劳修斯不等式 3 一可逆热机从 377 的贮热器获得热量 1000KJ 而排热给 27 的另一个贮热器 两贮热器的熵的变化 分别是 KJ K 4 两台卡诺机 A 和 B 串联运行 第一台机 A 在 627 的温度接受热量而排给温度为 t 的中间热源 第二台机 B 接受第一台机所排出的热量 而又将热排给 27 的热源 两台热机效率相同时中间热源 的温度应为 5 卡诺机在 927 和 33 的温度之间工作 吸热 30 KJ 热机输出的功驱动一台卡诺制冷机从冷库吸取 热量 270 KJ 并向 33 的环境排热 冷库的温度应该是 6 如果卡诺机的热效率为 1 6 求在相同温限间工作的卡诺热泵的泵热系数为 7 如果卡诺机的热效率为 1 5 求在相同温限间工作的卡诺制冷机的制冷系数为 8 在刚性绝热容器内的空气 R 0 2897kJ kgK 其初态为 0 1MPa 27 系统内的搅拌轮由外面的电 动驱动而搅动空气 使压力升到 0 2MPa 气体熵的变化了 KJ KgK 9 50kg 0 1MPa 20 的水与 20kg 0 1MPa 90 的水混合 如混合过程是绝热的且压力不变 70kg 水的 总熵变为 KJ K 10 进入透平的空气 R 0 2897kJ kgK 为 0 6MPa 597 绝热的膨胀到 0 1MPa 297 如果动能和 势能差为零 可判断该过程属于 的过程 11 某制冷循环 工质从温度为 73 的冷源吸取热量 100KJ 并将热量 220KJ 传给温度为 27 的热源 此循环 克劳修斯不等式 12 若封闭系统经历一过程 熵增为 25 kJ K 从 300K 的恒温热源吸热 8000kJ 此过程属于 的过 程 13 1kg 饱和水蒸气在 100 下凝结为水 在凝结过程中放出热量 2257kJ kg 并被 30 的大气所吸收 该过程的有效能损失为 kJ 14 压力为 180kPa 的 1kg 空气 从 450K 定容冷却到 300K 空气放出的热量全部被大气环境所吸收 若 环境温度为 27 有效能损失为 kJ 15 温度为 1427 的恒温热源 向维持温度为 500K 的工质传热 100kJ 环境温度为 300K 传热过程引起 的有效能损失为 kJ 三 简述题三 简述题 1 热力学第一定律和热力学第二定律是热力学的两条最基本的定律 两者区别何在 热力学第一定律确定了能量的 量 的特性 揭示了热功转换时能量在数量上守恒的规律 但是并 没有说明实现热功转换的条件 热力学第二定律则确定了能量的 质 的特性 是说明了过程进行 的方向 条件和深度的定律 在描述能量的自然属性时 两定律时互补的 2 自发过程的逆过程是否不可能进行 为什么 举例解释 自发过程的逆过程不是不可能进行而是不可能自发地进行 当具备了一定的补充条件就可逆向进行 3 热力学第二定律克劳休斯和开尔文的表述有何不同 有何关系 克劳休斯是从热量传递的角度说明 不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化 开 尔文则是从热功转换角度说明 不可能从单一热源吸取热量使之变为有用功而不产生其它影响 两 者论述的角度不同但本质是相同的 都是说明能量不可能自发升质的自然规律 若违背一种表述则 必然违背另一种表述 4 热能与机械能 高温热能与低温热能的品质有何不同 为什么说热力学第二定律指出了能量在质上的 变化规律 机械能的品质高 热能的品质低 高温热能的品质高 低温热能的品质低 因为热力学第二定律指 出了品质高的能量可自发地向品质低的转化 而低品质的能不能自发地向高品质转化 即能量的品 质自发的贬值 故说是指出了能量品质变化的规律 5 从卡诺循环可以得到什么重要启示 从卡诺循环热效率t 1 可以看出 1 2 T T 1 提高热效率的方法应该是提高 T1 降低 T2 2 卡诺循环热效率不可能为 100 因为 T1 和 T2 0 都是不可能的 3 T1 T2 t 0 即无温差的体系热能不可能装化为功 4 有温度高于环境温度的高温热源就可用热能产生功 6 从卡诺定理看出卡诺循环具有怎样的重要意义 卡诺定理指出 在相同的 T1 T2 间工作的一切可逆热机其热效率都相等 可以看出 一切可逆循环热效率均为t 1 1 2 T T 在相同的 T1 T2 间工作的一切不可逆循环都低于可逆循环的热效率 可以看出 卡诺循环的热效率是两个不同温度的恒温热源间循环热效率的最高极限 7 不可逆过程的熵变与可逆过程的熵变有何区别 由可逆过程 ds s T q 2 1 T q 不可逆过程 ds s T q 2 1 T q 如相同 s 不可逆 s 可逆 增大部分由不可逆因素造成 如初终态相同 s 不可逆 T q s 可逆 因熵是状态参数 四 计算题四 计算题 1 刚性绝热容器内贮有2 3kg 98kPa 60 的空气 并且容器内装有一搅拌器 搅拌器由容器外的电动 机带动 对空气进行搅拌 直至空气升温到170 为止 求此不可逆过程中做功能力的损失 已知环 境温度为18 2 A B 两卡诺机串联工作 A 热机在 627 下吸热 向温度为 T 的热源放热 B 热机从温度为 T 的热源吸 入 A 热机排出的热量 并向 27 的冷源放热 试按下列条件计算中间热源的温度 T 1 两热机输出功相等 2 两热机的热效率相等 3 已知 A B C 三个热源的温度分别为 500K 400K 300K 有可逆机在这三个热源间工作 若可逆机从 A 热源净吸入 3000 kJ 热量 输出净功 400 kJ 求可逆机与 B C 两热源的换热量 并指明其方向 4 一热机工作在高温热源 T1和大气温度 T0之间 有人利用制冷机造成低温热源 T2 1 C Ma 1 D Ma 1 3 流体在喷管中沿流动方向 马赫数 C D A 先减小后增大 B 先增大后减小 C 在渐缩部分增大 D 在渐扩部分增大 4 工质进入喷管速度低于声速 要求出喷管速度高于声速应使用 C D A 渐缩管 B 渐放管 C 缩放管 D 拉伐尔管 5 气流在渐缩型喷管中流动时 不可能出现 的情况 D A Ma1 6 工质在渐缩喷管出口已达临界状态 若在入口参数不变的条件下 再降低背压 其出口处 C A 比容增加 流量增加 B 比容减少 流量减少 C 比容不变 流量不变 D 比容不变 流量增加 7 对确定的工质而言 临界速度 A D A 只决定于工质的初状态 B 只决定于喷管的背压 C 只决定于喷管的管型 D 只决定于工质的滞止参数 8 其它条件不变的情况下在渐缩喷管出口端截去一段后 c A 流速增加 流量增加 B 流速减少 流量增加 C 流速不变 流量增加 D 流速增加 流量减少 9 用温度计测量管道内高速流动的气体温度 所测的稳定T将 C A 等于真实温度 B 小于真实温度 C 等于滞止温度 D 大于滞止温度 10 方程 0 ABC A dA c dc v dv A 不适用于非稳定流动 B 适用于可逆过程 C 只要是稳定流动 D 不适用于不可逆过程 11 理想气体亚音速流经缩放喷管作充分膨胀时 参数变化是 ABCD A dp 0 B dc 0 C dv 0 D dTpcrB 出口压力 p2 pcr C 出口气流马赫数 Ma 1 D 出口气流马赫数 Ma 1 14 缩放喷管背压 pbp1 B s2 s1 C T2 T1 D h2 h1 19 水的湿蒸汽经绝热节流后 ABCD A 压力下降 B 温度降低 C 干度增大 D 焓值不变 二 填空题填空题 1 在等熵稳定流动条件下 压力下降是使流速增加的力学条件 2 马赫数 Ma0 必伴有压力下降 dp 0 3 什么是喷管的几何条件 为什么喷管的流动需要几何条件 喷管的几何特征称为流动的几何条件 因为根据喷管截面变化的规律 音速 超音速气流要增速 喷 管截面应渐扩 亚音速气流要增速 喷管截面应减缩 如违背这一规律 则将不可能实现使用喷管所 要达到的目的 所以喷管需要几何条件 4 气流流过渐缩管时 其流速为什么不可能超过当地音速 因为要得到超音速气流必需要有渐扩部分 减缩喷管不具备这一几何条件 所以不可能超音速 5 渐缩喷管出口气流的压力是否与背压相同 为什么 因为减缩喷管出口气流速度不可能超过音速 压力不可能降低比临界压力低 所以背压高于或等于临 界压力时 减缩喷管气流出口压力可与背压相同 当背压低于临界压力时 出口气流压力只能降至临 界压力而高于背压 6 工质在既定的缩放喷管中作定熵流动 当入口参数不变时若降低背压 问其流量 出口速度是否会增加 为什么 不会增加 因为入口参数喉部临界状态也就不会变 降低背压 流量保持此临界状态不变 四 四 计算题计算题 1 设一贮气器内盛有空气 其压力 P0 0 4Mpa t0 20 经由渐缩喷管作定熵流动 流向压力为 0 2642Mpa 的空间 渐缩喷管出口截面积为 0 785cm2 求喷管出口截面上的状态参数 射出速度和质 量流量 若外界压力降为 0 1Mpa 求渐缩喷管的最大质量流量 已知 cp 1 004kJ kg K Rg 287J kg K 解 已知 p0 0 4Mpa t0 20 pb1 0 2642Mpa A2 0 785cm2 pb2 0 1Mpa 1 求临界压力 pcr crp0 0 2112Mpa 2 因为 pcrpb2 所以当外界压力降为 pb2时 空气在喷管出口只能达到临界压力 Tcr T0 cr k 1 k 244 25K vcr RgTcr pcr 0 3319m3 kg 出口流速 ccr 2000cp T0 Tcr 1 2 303 58m s 质量流量 qm cr A2ccr vcr 0 0718kg s 为此渐缩喷管能达到的最大质量流量 2 空气自贮气筒经喷管射出 筒中压力维持 78 46 105Pa 温度为 15 外界压力为 0 9807 105Pa 若 喷管的最小截面积为 20mm2 试求空气自喷管射出的最大流量 若在上述条件下采用渐缩喷管或渐缩渐 放喷管 其结果有何不同 已知 cp 1 004kJ kg K Rg 287J kg K 解 已知 p1 7 846Mpa t1 15 p2 0 09807Mpa Amin 20mm2 1 渐缩喷管 pcr crp0 4 143Mpa p2 空气在渐缩喷管出口只能达到临界压力 无法膨胀到 p2 Tcr T1 cr k 1 k 240 09K vcr RgTcr pcr 0 01663m3 kg 出口流速 ccr 2000cp T1 Tcr 1 2 310 66m s 质量流量 qm cr Aminccr vcr 0 3736kg s 为此渐缩喷管能达到的最大质量流量 2 渐缩渐放喷管 根据质量守恒原理 喷管各截面上的质量流量都等于临界流量 因此其质量流量与渐缩喷管相等 3 空气流经缩放喷管作定熵流动 已知进口截面参数为 p1 0 6MPa t1 600 c1 120m s 出口截面 压力 p2 0 10135MPa 质量流量 5kg s 求喷管出口截面上的温度 t2 比容 v2 流速 c2以及出口 m 截面积 A2 并分别计算进 出口截面处的当地声速 说明喷管中气体流动的情况 设 cp 1 004 kJ kg K k 1 4 解 已知 p1 0 6Mpa t1 600 c1 120m s p2 0 10135Mpa qm 5kg s 1 由于是定熵流动 因此出口温度 T2 T1 p2 p1 k 1 k 525 32K v2 RgT2 p2 1 4876m3 kg 2 由稳定流动能量方程 h1 c12 2 h2 c22 2 h1 cpT1 h2 cpT2 得到 c2 c12 2000cp T1 T2 1 2 844 3m s 3 由 qm A2c2 v2 得到 A2 qmv2 c2 0 00881m2 88 1cm2 4 进口声速 1 kRgT1 1 2 592 31m s 出口声速 2 kRgT2 1 2 459 43m s 5 气体进入喷管时为亚声速 在喷管喉部达到临界 出口状态为超声速 4 空气流经渐缩喷管作定熵流动 已知进口截面上空气参数为 p1 0 6MPa t1 700 c1 312m s 出 口截面积 A2 30mm2 试确定滞止参数 临界参数 最大质量流量及达到最大质量流量时的背压为多 少 已知 cp 1 004kJ kg K Rg 287J kg K 解 已知 p1 0 6Mpa t1 700 c1 312m s A2 30mm2 1 确定滞止参数 T0 T1 c12 2000cp 1021 63K p0 p1 T0 T1 k k 1 0 7113MPa v0 RgT0 p0 0 4122m3 kg 2 确定临界参数 pcr crp0 0 3756Mpa Tcr T0 cr k 1 k 851 23K vcr RgTcr pcr 0 6504m3 kg 3 ccr 2000cp T0 Tcr 1 2 584 95m s 4 由于是渐缩喷管 因此空气在喷管出口最高只能达到临界压力 即当背压 pb pcr时达到最大的质量 流量 质量流量 qm cr A2ccr 106vcr 0 027kg s 为此渐缩喷管能达到的最大质量流量 5 空气在稳定流动中从 0 1Mpa 17 绝热的压缩到 0 6Mpa 如压缩机效率为 82 求 a 出口温度 b 由于不可逆性引起的温升 c 实际的输入功 已知 Rg 287J kg K 解 已知 p1 0 1Mpa t1 17 p2 0 6Mpa c 0 82 1 可逆绝热过程出口温度 T2s T1 p2 p1 k 1 k 484 118K 由绝热效率的定义 c T2s T1 T2 T1 故实际过程出口温度 T2 T2s T1 c T1 526 6963K 2 由于不可逆性引起的温升 T T2 T2s 42 5783K 3 可逆绝热过程耗功 wc s k k 1 RgT1 p2 p1 k 1 k 1 194 83kJ kg 实际绝热过程耗功 wc wc s c 237 59 kJ kg 6 0 16Mpa 57 的空气流过一收缩喷管 终压为 0 1Mpa 初速可以略去 如喷管效率为 92 求排气流 速 已知 cp 1 004kJ kg K Rg 287J kg K 解 已知 p1 0 16Mpa t1 57 p2 0 1Mpa N 0 92 1 可逆绝热过程出口温度 T2s T1 p2 p1 k 1 k 288 66K 理想出口流速 c2s 2000cp T1 T2s 1 2 288 63m s 2 喷管速度系数 N1 2 0 9592 实际出口流速 c2 c2s 276 84m s 7 空气进入气轮机时 压力 温度分别为 300kPa 480K 进行绝热膨胀排出时压力为 100kPa 当环境温 度为 20 压力为 100kPa 时 试求气轮机能产生的最大有用功 已知 cp 1 004kJ kg K 解 已知 p1 0 3Mpa T1 480K p2 0 1Mpa pb 0 1Mpa tb 20 当膨胀过程为可逆过程时 气轮机能产生最大有用功 可逆绝热过程出口温度 T2s T1 p2 p1 k 1 k 350 69K 可逆绝热过程做功 wt s cp T1 T2s 129 83kJ kg 第八章第八章 压气机压气机 一 填空题一 填空题 1 压气机每小时将 p1 0 1Mpa t1 27 的空气 120压缩到 p2 1 2MPa 若 n 1 3 则压气机消耗 3 m 10 98kW 的功率 2 轴流式压气机每分钟吸入 p1 0 1Mpa t1 30 的空气 200 绝热压缩到 p2 600kPa 压气机绝热效 3 m 率为 0 85 拖动此压气机需 917 27kW 的功率 3 轴流式压气机每分钟吸入 p1 0 1MPa t1 27 的空气 200 s 经绝热压缩到 p2 0 8Mpa 该压气机 3 m 的绝热效率为 0 85 则出口处空气的温度达 313 54 二 简述题二 简述题 1 理论上余隙容积对压气机的性能产生什么影响 答 活塞式压气机由于结构和制造工艺的要求 当活塞在上止点时 总存在一定的空隙Vc 使得压气机 的有效吸气容积小于气缸排量Vh 理论分析表明 容积效率 可见 余隙容积对 1 1 1 n h c v V V 压气机单位气缸排量的产气量产生影响 余隙容积越大 压气机单位气缸排量的产气量越低 并且随压缩 比的提高影响越显著 正是这个原因 余隙容积对压气机的单级压比也产生限制作用 2 在生产高压压缩空气的过程中 为什么采取分级压缩级间冷却措施 答 活塞式压气机生产高压空气时 为了提高等温效率和容积效率 应采用分级压缩级间冷却的措施 因为压比太高 一方面如果是一次压缩 则容积效率很低 产气量小 严重的将不能生产压缩气体 分级 后 有效地解决了这一问题 另一方面 采取分级压缩级间冷却 可使整个压缩过程向定温过程逼近 减 少压缩功消耗 提高定温效率 3 在多级活塞式压气机中如何分级能使压缩功耗最小 如此分级还有什么优点 答 多级活塞式压气机应按各级压缩比相同的原则分级才能做到使功耗最小 除此之外 还可以得到如 下其它有利结果 1 每级的耗功相等 有利于压气机曲轴的平衡 2 每级压缩过程的温度变化情况相同 所以每个气缸的工作条件一样 3 每级压缩过程排热相等 所以各级都安排同样的中间冷却器 4 多级压缩不用用中间冷却器可以吗 7 为什么 答 不可以 由理论分析可知 对理想气体进行压缩 在同样的增压比的情况下 低温下压缩比高温 下压缩耗功小 分级压缩的主要目的之一是降低压缩功 如果没有中间冷却器 就不可能把压缩过程的温 度降下来 也就不可能有降低功耗的效果 所以一定要设中间冷却器 5 叶轮式压气机不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多耗功 这是否就是此不可逆过程的作功能力损失 为什 么 答 这不是做功能力损失 做功能力损失和不可逆导致多消耗的功是两个不同的概念 在叶轮式压气机 不可逆绝热压缩过程中 多消耗的功全部变成热力系的内能 一般都是在比环境温度高的情况下转换的 它们并未完全失去做功能力 只是部分失去做功能力 三 计算题三 计算题 1 空气在稳定流动中从 0 1MPa 17 绝热的压缩到 0 6MPa 如压缩机绝热效率为 0 82 求 1 出口温度 2 由于不可逆性引起的温升 3 实际的输入功 已知 Rg 287J kg K 解 已知 p1 0 1Mpa t1 17 p2 0 6Mpa c 0 82 1 可逆绝热过程出口温度 T2s T1 p2 p1 k 1 k 484 118K 由绝热效率的定义 c T2s T1 T2 T1 故实际过程出口温度 T2 T2s T1 c T1 526 6963K 2 由于不可逆性引起的温升 T T2 T2s 42 5783K 3 可逆绝热过程耗功 wc s k k 1 RgT1 p2 p1 k 1 k 1 194 83kJ kg 实际绝热过程耗功 wc wc s c 237 59 kJ kg 2 轴流式压气机从大气环境中吸入 p1 0 1MPa t1 15 的空气 其质量流量为 11 6kg s 绝热压缩到 p2 0 9MPa 由于摩阻作用 出口温度增加到 t2 302 求 1 压气机的绝热效率 2 摩阻引起的不可逆损耗 3 拖动压气机所需的功率 解 已知 cp 1 004kJ kg K Rg 287J kg K 已知 p1 0 1Mpa t1 15 p2 0 9Mpa t1 302 qm 11 6kg s 1 可逆绝热过程出口温度 T2s T1 p2 p1 k 1 k 539 83K 2 绝热效率 c T2s T1 T2 T1 87 69 3 s cpln T2 T1 Rgln p2 p1 0 0633 kJ kg K 不可逆损耗 I T1 s 18 24 kJ kg 4 实际绝热过程耗功 wc cp T2 T1 288 148 kJ kg 压气机消耗的功率 P qmwc 3342 52kW 3 空气在压缩机中被绝热压缩 压缩前空气的参数为 p1 0 1Mpa t1 25 压缩后空气的参数为 p2 600kPa t2 240 设比热容为定值 试求 1 通过计算判断此压缩过程是否可逆 2 压缩 1kg 空气所需消耗的轴功 3 如为可逆绝热压缩 压缩 1kg 空气所需消托的轴功又为多少 已知 cp 1 004kJ kg K Rg 287J kg K 解 已知 p1 0 1Mpa t1 25 p2 0 6Mpa t1 240 1 s cpln T2 T1 Rgln p2 p1 0 0309 kJ kg K 0 故此压缩过程为不可逆过程 2 压缩过程耗功 wc cp T2 T1 215 86 kJ kg 3 可逆绝热压缩过程耗功 wc s k k 1 RgT1 p2 p1 k 1 k 1 200 21kJ kg 4 某空气压缩机每分钟吸入 p1 0 1MpPa t1 30 的空气 10 并将它可逆地压缩到 6X105Pa 后送入贮 3 m 气筒 求 1 可逆定温压缩比绝热压缩节省的功率至少是多少 2 如果压缩过程的多变指数 n 1 35 所需的功率比绝热压缩节省的功率至少是多少 3 设该压气机采用了闪火点为 180 的润滑油 压缩过程的 n 35 为安全起见 不容许压缩空气 的温度超过 155 求压缩后的压力应多大 已知 Rg 287J kg K 解 已知 p1 0 1Mpa t1 30 p2 0 6Mpa qV 10m3 h n 1 35 t2 155 1 进口质量流量 qm p1qV 60RgT1 0 1916kg s 2 可逆绝热过程耗功 wc s k k 1 RgT1 p2 p1 k 1 k 1 203 57kJ kg 可逆定温过程耗功 wc T RgT1ln p2 p1 155 89kJ kg 可逆定温过程比绝热过程节省的功量 wc T wc s wc T 47 68kJ kg 3 多变过程理论耗功 wc n n n 1 RgT1 p2 p1 n 1 n 1 198 42kJ kg 可逆多变过程比绝热过程节省的功量 wc n wc s wc n 5 15 kJ kg 4 由 t2 155 得到 p2 p1 T2