工程热力学期末复习-各章练习题汇总(高教社-第四版)PPT课件.ppt

工程热力学是研究工质的性质以及热能与机械能相互转换的一门学科 工程热力学 能量转换规律 工质的性质 能量转换规律 第一定律 第二定律 W Q dU 第一类永动机不可能实现 第二类永动机不可能实现 能量转换的方向性 第一定律数学表达式 闭口系 稳流系 q u w q h wt 卡诺循环 为提高各种热动力机的热效率指明了方向 卡诺热机是实际热机的最高理想 卡诺定理 定理1 定理2 同温限间工作的一切可逆循环 其热效率都相等 与可逆循环的种类无关 与采用哪一种工质无关 在相同温限间工作的一切不可逆循环 其热效率必小于可逆循环 理想气体 实际气体 分子本身不占体积 分子之间没有作用力 理想气体状态方程 u h s 理想气体热力过程 水蒸气 定容 定压 定温 绝热 多变 湿空气属于理想气体混合物 气体与蒸汽的流动 喷管的计算 设计 校核 背压变化对喷管内流动的影响 扩压管 绝热节流 压气机的热力过程 气体动力循环 蒸汽动力循环 制冷循环 单级活塞式 叶轮式 活塞式内燃机动力循环 燃气轮机装置循环 郎肯循环 回热 再热循环 压缩空气制冷循环 压缩蒸气制冷循环 第一章基本概念 基本概念 热力系 平衡 稳定 均匀 准静态 可逆 过程量 状态量 状态参数 功 热量 p V图 T S图 循环 工作系数 第一章讨论课 热力系 种类 闭口系 开口系 绝热系 孤立系 热力系的选取取决于研究目的和方法 具有随意性 选取不当将不便于分析 一旦取定系统 沿边界寻找相互作用 例1 绝热刚性容器向气缸充气 试分别选取闭口系和开口系 画出充气前后边界 标明功和热的方向 1 以容器内原有气体为系统 闭口系 功量 气体对活塞作功W W Q 热量 气体通过活塞从外界吸热Q 2 以容器内残留的气体为系统 闭口系 功量 残留气体对放逸气体作功W W Q 热量 残留气体从放逸气体吸热Q 3 以放逸气体为系统 闭口系 功量 W W 热量 Q Q W Q W Q 4 以容器为系统 开口系 功量 W 热量 Q W Q 5 以气缸活塞为系统 开口系 功量 W W 热量 Q Q W Q W Q 思考题 有人说 不可逆过程是无法恢复到初始状态的过程 这种说法对吗 不对 关键看是否引起外界变化 可逆过程指若系统回到初态 外界同时恢复到初态 可逆过程并不是指系统必须回到初态的过程 可逆过程与准静态过程的区别和联系 可逆过程一定是准静态过程准静态过程不一定是可逆过程 可逆过程 准静态过程 无耗散 可逆过程完全理想 以后均用可逆过程的概念 准静态过程很少用 判断是否准静态与可逆 1 以冰水混合物为热力系 90 0 缓慢加热 外部温差传热 准静态过程 系统内部等温传热 无耗散 内可逆 外不可逆 判断是否准静态与可逆 2 蒸汽流经减压阀进入汽轮机 典型的不可逆过程 因有漩涡 产生耗散 是不是准静态 取决于开度 判断是否准静态与可逆 3 带活塞的气缸中 水被缓慢加热 缓慢加热 每一时刻水有确定的温度 准静态加热 火与水有温差 外不可逆 以水为系统 内可逆 以水 活塞为系统 活塞与壁面无摩擦 内可逆 活塞与壁面有摩擦 内不可逆 自由膨胀过程 刚性 绝热 真空 A B B中没有气体 不能取做系统 以A中原有气体为系统 A中气体非准静态 A中气体没有作功 没有作功对象 选择题 均质等截面杆两端的温度由分别维持t1 t2的两热源保持t1和t2不变 取此杆为系统 则系统处于 A平衡状态 因其各截面温度不随时间而改变B非平衡状态 因其各截面温度不等C平衡状态 因其截面不随时间而改变 且流入系统的热量等于流出系统的热量D非平衡状态 因其处于重力场中 答案 B 选择题 可逆过程一定是A非平衡过程B存在损耗的准静态过程C工质能回复到初态的过程D准静态过程 答案 D 选择题 热力系统与外界既有物质交换 又有能量交换 可能是A闭口系统B开口系统C绝热系统DB或C 答案 D 选择题 系统与外界发生能量传递时 功和热量是A过程量B强度量C广延量D状态参数 答案 A 选择题 在p v图上 任意一个正向循环A压缩功大于膨胀功B压缩功等于膨胀功C膨胀功大于压缩功D压缩功和膨胀功关系不定 答案 C 第二章小结 1 本质 能量守恒与转换定律 进入系统的能量 离开系统的能量 系统内部储存能量的变化 第二章小结 稳流 dEcv d 0 通用式 2 热一律表达式 第二章小结 闭口系 通用式 第二章小结 孤立系 通用式 第二章小结 任何工质 任何过程 任何工质 准静态过程 任何工质 任何稳流过程 3 热力学第一定律表达式和适用条件 第二章小结 4 准静态下两个热力学微分关系式 适合于闭口系统和稳流开口系统 后续很多式子基于此两式 第二章小结 5 u与h U H广延参数u h比参数 U系统本身具有的内部能量 H不是系统本身具有的能量 开口系中随工质流动而携带的 取决于状态参数的能量 第二章小结 6 四种功的关系 准静态下 闭口系过程 开口系过程 本章基本要求 深刻理解热量 功的概念 深刻理解热力学能 焓的物理意义理解膨胀 压缩 功 内部功 技术功 流动功的联系与区别 门窗紧闭房间用电冰箱降温 以房间为系统 绝热闭口系 闭口系能量方程 T 电冰箱 门窗紧闭房间用空调降温 以房间为系统 闭口系 闭口系能量方程 T 空调 Q 第二章讨论课 思考题 工质膨胀是否一定对外作功 向真空膨胀 定容过程是否一定不作功 开口系 技术功 定温过程是否一定不传热 相变过程 冰融化 水汽化 水轮机 第二章讨论课 气体边膨胀边放热是可能的 对工质加热 其温度反而降低 这种情况不可能 充气问题与取系统 习题 储气罐原有气体m0 u0 输气管状态不变 h 经 时间充气 关阀 储气罐中气体m 求 储气罐中气体内能u 忽略动 位能变化 且管路 储气罐 阀门均绝热 m0 u0 h 四种可取系统 1 取储气罐为系统 开口系 2 取最终罐中气体为系统 闭口系 3 取将进入储气罐的气体为系统 m0 u0 h 闭口系 4 取储气罐原有气体为系统 闭口系 1 取储气罐为系统 开口系 忽略动位能变化 h 绝热 无作功部件 无离开气体 1 取储气罐为系统 开口系 经 时间充气 积分概念 h h是常数 四种可取系统2 1 取储气罐为系统 开口系 2 取最终罐中气体为系统 闭口系 3 取将进入储气罐的气体为系统 m0 u0 h 闭口系 4 取储气罐原有气体为系统 闭口系 2 取最终罐中气体为系统 闭口系 h m0 m m0 绝热 m m0 四种可取系统3 1 取储气罐为系统 开口系 2 取最终罐中气体为系统 闭口系 3 取将进入储气罐的气体为系统 m0 u0 h 闭口系 4 取储气罐原有气体为系统 闭口系 3 取将进入储气罐的气体为系统 闭口系 m0 h m m0 m0与m m0有温差传热Q1 m m0对m0作功W1 m m0 四种可取系统4 1 取储气罐为系统 开口系 2 取最终罐中气体为系统 闭口系 3 取将进入储气罐的气体为系统 m0 u0 h 闭口系 4 取储气罐原有气体为系统 闭口系 4 取储气罐原有气体为系统 闭口系 m0 h m m0 m0与m m0有温差传热Q1 m0得m m0作功W1 4 取储气罐原有气体为系统 闭口系 m0 h m m0 四种可取系统 1 取储气罐为系统 开口系 2 取最终罐中气体为系统 闭口系 3 取将进入储气罐的气体为系统 m0 u0 h 闭口系 4 取储气罐原有气体为系统 闭口系 利用热一律的文字表达式 进 出 内能变化 h 内能变化 取储气罐为系统 开口系 进 出 m0 u0 结果说明 1 取系统不同 考虑的角度不同 开口系反映为质量携带焓 2 若m0 0 m0 u0 h 闭口系反映作功 选择题 1 热力学第一定律用于A开口系统 理想气体 稳定流动B闭口系统 实际气体 任意流动C任意系统 任意工质 任意过程D任意系统 任意工质 可逆过程 答案 C 选择题 2 q h wt适用于A理想气体 闭口系统 可逆过程B实际气体 开口系统 可逆过程C任意系统 闭口系统 任意过程D任意系统 开口系统 稳流过程 答案 D 简答题 对任何系统 只要发生的是可逆过程 它与外界交换的功都可以利用来计算 闭口系 开口系 第三章小结 理想气体 1 分子之间没有作用力2 分子本身不占容积 实际气体为真实气体 离液态近 工程计算靠图表 第三章小结 理想气体状态方程 一般工质 理想气体 迈耶方程 第三章小结 比热容比 1 按定值比热 2 按真实比热计算 第三章小结 3 按平均比热法计算 理想气体热容的计算方法 h u s的计算要用cv和cp 4 按平均比热直线关系法计算 第三章小结 理想气体混合物 道尔顿分压定律 亚美格分体积定律 本章基本要求 熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式正确理解理想气体比热容的概念熟练掌握和正确应用定值比热容 平均比热容来计算过程热量及计算理想气体热力学能 焓和熵的变化理解理想气体混合物的性质 思考题 1 气体的摩尔体积Vm是否因气体的种类而异 是否因所处的状态而异 任何气体的任意状态下的摩尔体积是否都是0 022414m3 mol 否 是 否 思考题 2 一个门窗打开的房间 若房内空气温度上升而压力不变 则房内空气的总热力学能是如何变化 空气比热容按定值计 选择题 1 理想气体的比热容是A常数B随气体种类不同而异 但对于某种理想气体而言 比热容为常数C随气体种类不同而异 但对于某种过程而言 比热容为常数D随气体种类不同而异 但对于某种理想气体某种过程而言 比热容是温度的函数 答案 D 选择题 2 迈耶公式cp cv RgA仅适用于理想气体 定比热容B适用于任意气体 但要求定比热容C适用于理想气体 是否定比热容不限D适用于任何气体 答案 C 是非题 气体吸热后熵一定增大 气体吸热后温度一定升高 气体吸热后热力学能一定升高 气体膨胀时一定对外作功 不一样 因为是对微元过程而言 而是对一有限过程而言 两者实质上是不一样的 公式和是否一样 并不能判断过程是否与外界交换热量 它只说明该过程中与外界交换的热量代数和为零 而通过就能判断每一瞬间过程是否与外界交换热量 如对绝热过程是其过程的特征 但不能写成 第四章知识域 热力过程分析概述 定容 定压 定温及绝热4个典型热力过程分析 多变过程的分析 过程综合分析 结合热力学第一定律 计算四个基本热力过程 多变过程中的状态参数和过程参数及在p v T s图上表示 本章的学习应以多做练习题为主 并一定注意要在求出结果后 在p v T s图上进行检验 第四章重点 第四章讨论习题课 思考题 s 在u v图上画出加热 加热 加热膨胀 定比热 理想气体 v p T q u w 思考题 p 加热 斜率为正的直线 v 加热 思考题 v 加热 上凸 下凹 作图练习题 1 s 比较 作图练习题 2 比较 作图练习题 3 比较 p v T s图练习 1 s T v p 压缩 升温 放热的过程 终态在哪个区域 p v T s图练习 2 s T v p 膨胀 降温 放热的过程 终态在哪个区域 p v T s图练习 3 s T v p 膨胀 升温 吸热的过程 终态在哪个区域 第五章小结 热力学第二定律的两种表述 克劳修斯表述 开尔文表述 热力学第二定律各种表述是从各个方面描述共同的物理本质 过程的方向性及自发过程的不可逆性 卡诺循环是由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的可逆循环 卡诺循环的热效率 第五章小结 卡诺制冷循环的制冷系数 卡诺热泵循环的制热系数 卡诺定理 在相同温度范围内工作的一切热机 其热效率以卡诺循环热机的效率最高 它与工质的性质无关 第五章小结 多热源可逆循环的热效率小于同温限间卡诺循环热效率 概括性卡诺循环与卡诺循环有相同的热效率 用于过程 用于循环 用于孤立系统 热力学第二定律数学表达式 Tr为热源温度 在可逆过程中为工质温度 第五章小结 熵的定义 不可逆绝热过程 内部存在不可逆耗散效应是熵增大的唯一原因 熵变量的计算 熵增原理 孤立系统的熵不可能减少 火用 火无 第五章讨论课 任何过程 熵只增不减 若从某一初态经可逆与不可逆两条路径到达同一终点 则不可逆途径的 S必大于可逆过程的 S 可逆循环 S为零 不可逆循环 S大于零 不可逆过程 S永远大于可逆过程 S 例 一绝热容器被隔板分为两半 一半是真空 另一半理想气体 若把隔板抽出 气体将进行自由膨胀 达到平衡后 A 温度不变 熵增加 B 温度升高 熵增加 C 温度降低 熵增加 D 温度不变 熵不变 A 判断题 1 若工质从同一初态 分别经可逆和不可逆过程 到达同一终态 已知两过程热源相同 问传热量是否相同 相同初终态 s相同 可逆过程 不可逆过程 热源T相同 相同 判断题 2 若工质从同一初态出发 从相同热源吸收相同热量 问末态熵可逆与不可逆谁大 相同热量 热源T相同 可逆过程 不可逆过程 相同初态s1相同 判断题 3 0 C的冰在温度为20 C的大气中逐渐溶化成水 试分析该过程是否可逆 过程中冰的熵变和大气熵变哪个大 为什么 过程不可逆 冰的熵变大于大气熵变 视冰与大气是孤立系统 该孤立系统熵变大于0 而冰吸热 熵变为正 大气放热 熵变为负 所以过程中冰的熵变必大于大气熵变 可逆与不可逆讨论 例1 可逆热机 2000K 300K 100kJ 15kJ 85kJ 可逆与不可逆讨论 例1 可逆热机 2000K 300K 100kJ 15kJ 85kJ Scycle 0 Siso 0 可逆与不可逆讨论 例2 2000K 300K 100kJ 15kJ 85kJ 不可逆热机 83kJ 17kJ 由于膨胀时摩擦 摩擦耗功2kJ 当T0 300K作功能力损失I T0 Siso 2kJ 可逆与不可逆讨论 例2 2000K 300K 100kJ 15kJ 85kJ 不可逆热机 83kJ 17kJ 由于膨胀时摩擦 I 2kJ I Siso 0 0067 Scycle 0 T0 可逆与不可逆讨论 例3 有温差传热的可逆热机 2000K 300K 100kJ 16kJ 84kJ 100kJ 1875K 可逆与不可逆讨论 例3 有温差传热的可逆热机 2000K 300K 100kJ 16kJ 84kJ 100kJ 1875K S T 2000K 300K 1875K Siso 0 0033 Scycle 0 I T0 S热源温差 是非题 动力循环的热效率小于等于一 工质在开口绝热系中作不可逆稳定流动 系统的熵增大 相同的高温热源和低温热源的可逆循环的热效率大于不可逆循环 所以可逆循环的输出功大于不可逆循环 循环输出功 是非题 为提高热源中热量的可用能 要减少热量中的废热 不可逆过程可以自发进行 任意循环满足 其中 q T为工质 吸热量及吸热时温度之比 任何热力系统热力学能火用只能减小 不能增大 选择题 2 工质经绝热不可逆过程后 其熵变 S1 2A大于0B等于0C小于0D不定 D 1 工质经不可逆过程后 其熵变 S1 2A大于0B等于0C小于0D不定 A 3 孤立系统经不可逆过程后 其熵变 S1 2A大于0B等于0C小于0D不定 A 选择题 4 有位发明家声称他设计了一种机器 当这台机器完成一个循环时 可以从单一热源吸收1000KJ的热 并输出1200KJ的功 这台机器A违反了第一定律B违反了第二定律C违反了第一定律和第二定律D既不违反第一定律也不违反第二定律 答案 C 5 有位发明家声称他设计了一种机器 当这台机器完成一个循环时 得到了100KJ的功 同时向单一热源排出了100KJ的热 这台机器A违反了第一定律B违反了第二定律C违反了第一定律和第二定律D既不违反第一定律也不违反第二定