热功学(汉)(B)标准答案06.11.12.doc

热工学试卷B标准答案 （2006.12.11） 班级： 2003级农机汉(一)、(二)、（三） 学号： 姓名： 得分： 一、填空题（共30分，每空1分）1. 热力学中，功是当 热力系统 和外界之间存在不平衡力时，系统通过 边界 和外界之间相互传递的能量。2. 在研究热力过程时，可以直接或间接用仪器测量出来的基本状态参数 压力 、 温度 和 比体积 。3.热辐射与导热和对流换热有本质上的区别。一是它不需要物体间的 直接接触 、即使在 真空中 也能进行；二是在能量传递过程中伴随有能量形式的转化，即 热能和辐射能 之间的转化。4. 制冷装置由四大件组成，即压气机、 冷凝器 、 膨胀机 和 蒸发器 。5. 压气机产生的气体压力通常在 0.2MPa 以上，小于该压力时一般称为鼓风机 或 通风机 。6. 卡诺循环的热效率只决定于高温热源和低温热源的温度 ，与工质的 性质 和 热机 的类型无关。7. 水蒸气的定压发生过程大致可以分为三个阶段：水的定压预热阶段、饱和水的定压汽化阶段、干饱和蒸汽的定压过热阶段。8. 水的汽化过程在pV图及Ts图上所显示的规律，可归纳为一点（临界点）、两线（上界限线，下界限线 ） 、三区（ 液相区，汽、液两相区，汽相区 ）、五态（ 未饱和水，饱和水，湿饱和蒸汽，干饱和蒸汽，过热蒸汽 ）。二、判断题（共20分，每题2分，对的在括号内画“+”，错的画“-”）1.容器内工质的实际压力称为相对压力。 （ - ）2.热力学温度规定水的三相点（纯冰、纯水和水蒸气三相平衡共存状态）的温度为273.16K。 （ + ）3.若要使热量由低温物体传向高温物体，如通过制冷机，则必须消耗一定的机械能后才能实现。 （ + ）4.在锅炉等热交换设备中，工质所吸进的热量等于其焓的减少。 （ - ）5.热工学是热力工程学的简称，它所研究的是工程技术中如何合理而有效地利用热能。 （ - ）6.在拉伐尔喷管最小截面（也称喉部）处，流速恰好达到当地音速。 （ + ）7.混合气体中，某一组成气体的物质的量ni与混合气体的物质的量n之比称为摩尔分数。 （ + ）8.在汽化过程中形成的汽、水两相混合物称为饱和蒸气。 （ - ）9.系统与外界无物质交换，或者说没有物质穿过边界，系统内的质量保持恒定不变，这种系统称为孤立系统。 （ - ）10. 水蒸气以及压缩制冷装置中的制冷剂蒸气等可作为理想气体来处理。 （ - ）三、计算题（共15分）某燃气轮机装置在稳定工况下工作，如图所示。气体流量m=5.5kg/s。在压气机进口处，气体的焓h1=280kJ/kg；经过压气机压缩后，出口处空气的焓h2=510kJ/kg。经过燃烧室时，每公斤气体的吸热量为650kJ/kg。在燃气轮机中作功后，气体的焓降低为h4=760kJ/kg，然后排向大气。假设忽略散热损失及燃气轮机装置进、出口气体的动能差与位能差，并且忽略加入的燃料量，试求：（1）压气机消耗的功率；（2）燃气轮机进口处气体的焓值； （3）燃料消耗量（已知燃料发热量Qdw=44000kJ/kg）；（4）燃气轮机对外所作的功；（5）燃气轮机装置输出的功率。燃气轮机装置示意图1压气机；2燃烧室；3燃气轮机解：稳定流动的能量方程为 q=h+（1/2）c2+gz+s(1)对压气机，q=0, (1/2)c2=0, gz=0,则-s=-c=h=h2-h1=510-280=230kJ/kg所以压气机消耗的功率为Pc=mc=5.5230=1265kW（2）对燃烧室，(1/2)c2=0,gz=0,s=0，则 h=q=650kJ/kg燃烧室出口处（即燃气轮机进口处）气体的焓值为h3=h2+h=510+650=1160kJ/kg(3)燃料消耗量为G=mq/Qdw=5.5650/44000=8.1310-2kg/s(4)对燃气轮机，q=0, (1/2)c2=0, gz=0,则s=T=-h=h3-h4=1160-760=400kJ/kg燃气轮机发出的功率为：PT=mT=5.5400=2200kW(5)燃气轮机装置输出功率为P=PT-PC=2200-1265=935kW四、简答题与论述题（共35分）1.焓的定义和物理意义是什么？（6分）答：焓：将h=u+pv中的h定义为比焓； H=mh中的H定义为mkg工质的焓。 其中，u内能；p压力；v比容。 （3分）焓的物理意义：是工质流进（流出）热力系统带入（带出）的内能u和推动功pv之和，它代表工质在流动中，沿流动方向向前传递总能量中取决于热力状态的部分，因此焓可以看作是随工质转移的能量。 （3分）2.熵的定义和热力学含义是什么？（6分）答：熵：在可逆过程中 ds=（q/T）re s=12(q/T) J/(kgK) 即微元的可逆过程中，工质熵值的微元增量ds为外界传给工质的微小热量q除以传热时工质的绝对温度T所得的商。相应地，对于mkg工质，其熵的变化为dS=（Q/T）re，因Q=mq，则dS=mds或S=msJ/K（3分）熵的热力学含义：因为绝对温度T总是正值，对ds=q/T，若ds0，则q0，说明过程中工质的熵增加，表示外界向工质加热若ds0，则q0，说明过程中工质的熵减少，表示工质向外界放热；若ds=0，表示工质与外界无热量传递，此时工质状态变化过程在Ts图上应为一条垂直线。因此，可以根据工质的熵有无增减，来判断工质在可逆过程中是吸热、放热，还是绝热。（3分）3.简述热力学第一定律？（7分）答：热力学第一定律是能量守衡与转换定律在热力学中的应用。某一热力系统与外界进行功（W）和热量（Q）的交换时，必将引起系统总能量E的变化。按能量守恒及转换定律必然得到式：Q=E+W=E2-E1+W即加给系统的热量等于系统总能量增加和对外所作功之和。上式是热力学第一定律的一般表达式，它适用于任何系统、任何过程和任过程和任何工质。上式中，Q、W、E都是代数值。按规定：系统吸热Q为正，系统放热Q为负；系统对外作功W为正，反之为负；系统总能量增加E为正，反之为负。4.论述热力学第二定律（既热力学第二定律比较有代表性的两种说法）（9分）答：热力学第二定律阐述了自发过程进行的方向性和它的不可逆性，以及研究非自发过程必须具备的补充条件。下面是比较有代表性的两种说法：（1）克劳休斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。即若要热量由低温物体传向高温物体，如通过制冷机，则必须消耗一定量的机械能后才能实现。消耗能量的过程就是一个补充条件。（2）开尔文普朗克说法：不可能制造出只从一个热源取得热量，使之完全变成机械能而不引起其它变化的循环发动机。即在热力发动机中，工质从高温热源所得到的热量不可能全部转换为机械能，总有一部分热量必须放给低温热源。热力学第二定律的实质是说明了自然界中能