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工程热力学(最终完结版)-() 作者： 日期：第一章一、名词解释 准静态过程：指系统状态变化过程中的每个中间状态都是平衡状态的过程。 可逆过程：系统经历了一个热力过程之后，如果可以沿原过程的途径逆向进行，并使系统和外界都回复到初态而不留下任何影响，则称系统原先经历的过程为可逆过程。平衡状态：是指在外界不产生任何影响的条件下可以长久保持下去的状态。二、计算题1-3 测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计（如图所示）。若角为，液柱长度为200mm，压力计中所用液体为煤油，其密度为，试求烟道中烟气的真空度为多少（4）。解： （4）1-6 有两个刚性透热容器A和B，通过阀门可以联通。已知，联通前两个容器中的绝对压力分别为=0.3MPa，=0.2MPa。现将阀门打开，试计算联通后该理想气体的绝对压力是多少？解：根据质量守恒定律及理想气体状态方程，可建立如下关系：联通前后质量不变 其中 （透热）联通后的压力为：第二章一、思考题（4）请写出容积变化功的计算公式，并说明该公式的适用条件以及由公式可得出的基本结论。答：容积变化功的计算公式为：应用功量公式应注意以下几点：功量正负号规定：系统对外作功为正；外界对系统作功为负。应当注意作用量的针对性及相互性，正确表示功量的正负号。功量的大小可以用p-v图上过程线与横坐标所围的面积来表示，按过程的方向顺时针绕向为正，逆时针方向为负。功量是个过程量，不是全微分，当初终两态一定，而过程经历的途径不同时，功量大小也各不相同。容积变化功的计算公式只适用于准静态过程或可逆过程，若过程中存在摩擦、扰动等耗散因素时，过程中必定存在非平衡的中间状态，使做功能力下降，这时，不仅不能用上述公式来计算，而且不能用p-v图来表示该过程。对于不可逆过程的功量，必须用其它方法来计算。适用条件：该公式只适用于准静态过程或可逆过程。（5）请写出技术功的定义表达式以及在无摩擦的稳定流动过程中技术功的计算公式，并分别说明它们的适用条件及相互关系。答：技术功的定义表达为：适用条件：定义表达式所揭示的技术功与轴功的关系，不论过程是否可逆，都是成立的。无摩擦稳定流动过程中技术功的表达式：适用条件：适用于准静态过程或可逆过程。相互关系：，即在在无摩擦稳定流动(可逆)的条件下，有，在不可逆的条件下，技术功必定小于。（7）试说明容积变化功、技术功、流动功之间的内在联系，在什么条件下，技术功等于轴功。 答：容积变化功、流动功、动能变化、轴功及技术功之间的关系式：可说明：在简单可压缩系统中，准静态功的模式是容积变化功，它可以转换成其它形式的功及机械能。在开口系统中，为了维持工质的流动，必须消耗一部分流动功。容变化功扣除流动功才是技术功。当位能变化和动能变化可以忽略不计时时，技术功可看作等于轴功。（10） 何谓作用量的能流？有哪几种作用量的能流，试写出它们的名称及符号。答：所谓作用量的能流，是指该作用量对系统能量变化的贡献。按作用量性质的不同，作用量的能流可分为：热量的能流、功量的能流、质量流的能流。2、 计算题2-3 一个热力循环由三个过程所组成。已知=10kJ，=30kJ，=-25kJ；=20kJ，=-20kJ，试求23过程的功量及循环净功。解：对于12过程有 ，得=-10kJ对于31过程有 , 得对于整个循环有 ， 得对于23过程有 ， 得循环净功等于循环净热 ；2-8 有一台锅炉每小时能生产40吨水蒸气。已知锅炉给水的焓值为417.4kJ/kg，而锅炉输出的水蒸气的焓值为2874kJ/kg，又知锅炉所用的煤，其热值为30000kJ/kg，煤的发热量中仅有85%用于产生水蒸气，若忽略工质的动位能变化，试求锅炉每小时的耗煤量。解：锅炉每小时生产40吨水蒸气所需的热量为：若以m代表锅炉每小时的耗煤量，则有第三章思考题（2） 如果采用定值比热，u =T 及h =T，可以用来计算任意过程中理想气体的热力学能变化及焓变化，为什么？对于非理想气体，这两个公式的适用范围怎样？ 解：理想气体的热力学能变化及焓变化与过程的性质无关，可以选择最简便的途径来建立它们的计算公式，由此得出的结论可适用于具有相同初态温度及终态温度的任何过程。 对于非理想气体，上式只能分别用来计算定容过程的热力学能变化及定压过程的焓值变化，对于其它过程这些公式都是不适用的。（6） 试写出计算理想气体(常值比热容)熵值变化的三个基本公式，它们是在闭口系统、可逆过程的条件下导得的，为什么可以适用于理想气体的任何过程？ 解： 上述三个熵变公式是最常用的基本公式，它们是等效的，可以根据已知条件来选用。虽然这些公式是在闭口可逆的条件下导出的，但可以适用于理想气体的任何过程。（14） 确定多变过程的位置及识别多变过程基本性质的四条判据是什么？得出这四条判据的依据是什么？试写出与这些判据有关的基本公式。解：基本公式：第四章(5) 为什么不能脱离周围环境来定义火用和进行火用分析？寂态是指系统的状态，还是指周围环境的状态？ 解：要定量地进行能质计算，必须有一个定义“能质”高低的共同基准。周围环境中拥有无穷多的能量，但都无转换能力，其“能质”为零。通常，各种热工设备都处于相同的周围环境之中，任何系统与周围环境达到热力学平衡时，系统中的能量也就完全失去了作功能力，其“能质”也为零。可见，周围环境很自然地成为计算各种不同形式能量在不同存在状态时能质的共同基准，所以不能脱离周围环境条件来进行能质分析。 当系统与周围环境达到热力学平衡时系统的状态称为寂态，或称为死态。 (6)为什么说周围环境是个火无库？为什么任何系统在寂态时火用值均为零，火用无负值？ 解：因为周围环境中能量的数量为无限大，任何系统与周围环境所交换的能量相对于周围环境中的能量来说总是无限小量，因此都不会改变周围环境的平衡状态，即周围环境的温度及压力始终保持不变。周围环境中的能量都是没有转换能力的能量，因此，可以把周围环境作为“能质”分析时的基准库，称为火无库。因为任何系统在寂态时的“能质”均为零，所以一定形态的能量中可以转换成有用功的最大限度为零且火用无负值。(7) 何谓作用量的熵流及作用量的火用流？它们的定义与作用量的能流有何相似之处？ 解：作用量的熵流，是指该作用量对系统熵值变化的贡献。按作用量性质的不同可分为：热熵流、功熵流及质熵流。作用量的火用流，是指该作用量对系统火用值变化的贡献。按作用量性质的不同可分为：热量的火用流、功量的火用流及质量流的火用流。所谓作用量的能流，是指该作用量对系统能量变化的贡献。按作用量性质不同可分为：热量的能流、功量的能流及质量流的能流。 它们都是使系统发生相应变化(能量变化、熵值变化及火用值变化)的外因，而且都是各自独立的过程量。因此，作用量的熵流及作用量的火用流，它们的定义与作用量的能流是相似的。(9) 无用能、无用功及火无，它们之间有何区别和联系？无用功是状态量还是过程量？ 解：在一定的环境条件下，一定形态的能量中可以转换成可逆功的最大理论限度，称为该种形态能量中的有用能，而不可能转换成功的部分称为无用能。系统容积变化时克服环境压力所交换的功量称为无用功，无用功也是有用能转化而来的。火无等于无用功与无用能的代数和。在一定的环境条件下，无用能、无用功及火无都仅是状态的单值函数。(10) 火用损公式为，无用能变化的公式为，试说明这两个公式的异同点，其中I和U无用，Sp与S各有什么区别和联系？ 解：熵与系统无用能之间有密切的联系，熵是表征系统无用能大小的状态参数。熵本身并不代表能量，但熵与系统无用能中的可变部分成正比，熵值越大，则系统的无用能越大。火用损公式与无用能变化的公式，两者都能从本质上说明无用能与熵之间的内在联系，但它们所代表的物理意义是不同的。前者是过程量，它体现了热力学第二定律的实质；后者是与过程性质无关的状态量。 火用损及熵产都是过程量，不能脱离具体过程来讨论火用损及熵产，而且内部及外部的不可逆性也是相互独立的，必须具体过程具体分析。两态之间的熵变和无用能变化，都是与过程性质无关的状态量。熵变与熵产是两个完全不同的概念，内部熵产仅是系统发生熵变的原因之一，而外部熵产与系统熵变无关。只有在闭口绝热的条件下，或在孤立系统中，熵变正好等于熵产。(12) 试写出热量的火用值及热量的火用流的表达式，并说明它们的物理意义及正负号的