工程热力学答案

1、工程热力学答案一、填空题第一章功和热量都是与 过程 有关的量。2热量的负值代表 工质向外放热 。3功的正值代表 工质膨胀对外作功 。4循环中各个过程功的代数和等于 循环净功 。5循环中作功与耗功的绝对值之差等于 循环净功 。6、热效率t定义为 循环净功与消耗热量的比值 。7如果工质的某一热力学量的变化量与过程路径无关，而只与过程的初态和终态有关，则该热力学量必是一个 状态 参数。8如果可使工质沿某一过程相同的途径逆行回复到原态，并且 与之相关的外界也回复到原态、不留下任何变化 ，则该过程为可逆过程。9不存在任何能量的不可逆损耗的准平衡过程是 可逆 过程。10可逆过程是指 工质能经原过程路径逆向

2、进行恢复到初态，并在外界不留下任何改变的过程 。11平衡过程是 整个过程中始终保持热和力的平衡的过程 。2热力系统的平衡状态是指在 不受外界影响 的条件下，系统的状态能够 始终保持不变 。13系统处于平衡态通常是指同时具备了 热和力 的平衡。14 被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统 叫做热力系统。15热力系统中称 与外界有质量交换 为开口系统。6热力系统中称 与外界无热交换 为绝热系统。7热力系统中称 既无能量交换又无质量交换 为孤立系统。18热力系统中称 仅与外界有能量交换而无质量交换 为闭口系统。19大气压力为Pb，真空度为Pv，系统绝对压力P应该是P= Pb-Pv 。20大气

3、压力为Pb，表压力为Pg则系统的绝对压力P= 、P=Pb+Pg 。2在大气压力为1bar的实验室里测量空气的压力时， 若真空表的读数为30000Pa，则空气的绝对压力为 7104Pa 。22制冷系数定义为 在逆向循环中，低温热源放出的热量与循环消耗的净功之比 。23供暖系数定义为 在逆向循环中，高温热源得到的热量与循环消耗的净功之比 。24循环的净功 等于 循环的净热量。25热动力循环是将热能转化为 机械能 的循环。26衡量热动力循环的经济性指标是 循环热效率t=W/Q1 。第二章1当1千克工质不可逆绝热地流经压气机时,若进出口的焓分别为h1和h2， 则机器对工质作功为 。工质稳定绝热流经喷管

4、时进、出口的焓为h1和h2，若进、出口的位能差可忽略不计，则1千克工质的动能增量为 h1-h2 。3在一个闭口热力系统中，若工质向外放热5KJ且对外作功5KJ， 则内能变化量为 -10KJ 。4用焓变化量和技术功表示的稳定流动能量方程式为 q=h+ +wt 。5稳定流动能量方程式为 q=h+(C-C)+g(Z2-Z1)+Wi 。6热力系统的总储存能包括 内能 、 宏观动能 和 重力位能 。7热力学第一定律是 能量守恒与转化定律 在热现象上的应用。8技术功Wt与膨胀功W的关系是 Wt=W+P1V1-P2V2 。9工质流经汽轮机和燃汽轮机时，位能差、动能差和散热量均可忽略不计，若进出口的比焓分别为

5、和，则一千克工质对机器作功为 h1-h2 。10工质稳定流经锅炉、回热器等热交换器时，与外界无功的作用，略去动能差、位能差，1千克工质吸热量q= q=h2-h1 。11在热力设备中，随工质流动而转移的能量等于 h=u+pv 。12焓的定义式 h=u+pv 。131Kg工质通过一定的界面流入热力系统时，系统获得的总能量是 焓 。14工质进行稳定绝热流动过程时，进出口的比焓分别为和，若进出口的动能差和位能差可忽略不计，则1kg工质对外作的技术功为 h1-h2 。15在可逆过程中，技术功的计算式为 。16只适用于可逆过程的热力学第一定律解析式为 或 。17推动功只有在工质 移动位置 时才起作用。18

6、功的数值不仅决定于工质的初态和终态，而且还和 进行的过程 有关。 第三章1某双原子理想气体的定容比热为0.72KJ/(KgK)，其气体常数为 0.288KJ/(Kg.K) 。在温度为、体积为的理想气体混合物中，若第i 种组成气体的分压力为Pi，则其质量可表示为 mi=PiV/(RiT) 。3若双原子理想气体的气体常数R=288J/(KgK)，则其定压比热Cp= 1008J/(KgK) 。4在压力为P、温度为T的理想气体混合物中，若第i 种组成气体的分容积为Vi，则其质量可表示为 mi=PVi/(RiT) 。5理想气体实质上是实际气体压力 趋近于零 、比容 趋近于无穷大时 的极限状态。6质量热容

7、c、摩尔热容Cm和体积热容 C 三者之间的数量关系是 Cm=Mc=0.0024C 。7阿佛加德罗定律指出：在 同温同压 条件下，各种气体的 摩尔容积 都相同。8在无化学反应及原子核反应的过程中，热力学能的变化只是 内动能 和 内势能 的变化。9道尔顿分压定律可表述为 混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和 。10已知空气的定压摩尔比热为7Kcal/(Kmol.K)，则其定压质量比热应为 1.012 KJ/(Kg.K)。11理想气体由某一初态，不可逆变化至状态，其焓变量h12= Cpm(T2-T1) 。12理想气体状态方程为 pv=RgT或PV=mRgT 。13已知理想气体在两个状态下的温度

8、和比容值(T1,T2,v1,v2) 则状态至状态的比熵变化S12= 。14理想气体的两个假设是 分子有质量无体积，分子间无作用力 。15理想气体由状态不可逆变化至状态，其内能变化量为 u12=Cvm(T2-T1) 。16理想气体定压比热和定容比热的关系为 Cp=Cv+Rg 。 17通用气体常数R= 8.314KJ/(KmolK) 。18已知理想气体在两个状态下的温度和压力值T1,T2,P1,P2，则由状态1变化至状态2，其熵变量S12= 。19若已知某一理想气体的摩尔质量为M，则其气体常数Rg= 8.314/KJ/(KgK) 。20理想气体的热力学能仅是 温度 的函数。21比热容比和气体常数R

9、g及定容比热Cv三者之间关系为 Cv=Rg/(-1) 。22热力学中标准状态定义为：压力P0= 1.1325105 Pa，温度T0= 273.15 K 23氮气的气体常数R= 296.94 J/(Kg.K)。24理想气体进行一个定压过程后，其比热力学能的变化量可用 u=CvmT 计算。25对于理想气体，当过程的初温和终温相同时，任何一个过程的焓变化量都等于 零 。26气体常数Rg与摩尔气体常数R的关系为 Rg= 。27理想气体进行一可逆定压过程，其吸热量等于 CpT 。28n千摩尔理想气体状态方程式为 PV=8314.3nT 。29不同热力过程的比热容是不相同的，所以比热容是与 过程 有关的量

10、。30适用于理想气体可逆过程的热力学第一定律解析式为 dq=CvdT+pdv 。31理想气体的热力学能与焓只是 温度 的函数。第四章 1T-S图上可逆定容过程线下方的面积可代表 绝热 过程的容积变化功。2图上 可逆定压 过程线下方的面积可代表焓的变化量。3图上可逆定压线下方的面积可代表 绝热 过程的技术功。4在图上，定压线的斜率 小于 定容线的斜率。5理想气体自p1、v1可逆膨胀至p2、v2，技术功wt=，膨胀功w= 。若为可逆绝热膨胀，则wt是w的 k 倍。6理想气体多变指数为n的多变过程，其技术功Wt和过程功W之间有关系式 Wt=nw 。7定容过程的热力学能增加等于 吸热量 ，定压过程的焓

11、增等于 吸热量 。8在P-v图上， 定容 过程线斜率最大， 定压 过程线斜率绝对值最小。9在T-s图上， 定温 过程线斜率最小， 绝热 过程线斜率最大。10理想气体进行一个吸热、降温过程，其多变指数n的范围是 1n1， 管道截面应为 渐缩 形状。3空气流过缩放喷管，在喉部流速为 当地音速 ，压力为 临界压力 ，后者为初压的 0.528 。工质经绝热节流后，压力 降低 ，熵 增大 ，焓 不变 。5当亚音速气流流经渐缩形喷管时，其出口的气流马赫数只能是 1 。亚音速空气流经渐缩喷管，入口处气流P1=5bar， 若要求出口截面上气流达到当地音速(即M2=1)，则要求背压值P0 0.5285(=2.6

12、4bar) 。7工质稳定流经喷管或扩压管时，不对设备作功，略去位能差和热交换量，其动能变化量)= h1-h2 。8气体在绝热管道中流动时，若流速增加，则焓 降低 。9对于渐缩喷管，如果初压一定，当背压低于临界压力时，该喷管的出口速度 达到音速 。10理想气体稳定流过渐缩喷管，背压等于临界压力，若降低背压，则喷管的出口压力将 不变 。11当来流气流为超音速时，为了提高气流的压力，应选用 渐缩 形扩压管。12理想气体稳定地流过渐缩喷管时，背压低于临界压力，若提高初压，则喷管出口压力将 提高 。13喷管出口速度的计算公式C2=的适用条件是 可逆过程，理想气体，定比热 。14在管内稳定的绝热流动过程中

13、，若不计位能，则任一截面上的焓与动能之和 保持不变 。第九章1对于活塞式压气机，当初态和压缩过程的多变指数都给定时，若增压比提高，则耗功 增加 。2若压缩同量的气体至同样的增压比，有余隙容积时的耗功与无余隙容积时的耗功 相同 。3当活塞式压气机的余隙容积比和多变指数一定时，增压比越大， 容积效率 越低 。活塞式压气机采用两级压缩级间冷却时，最有利的中间压力是 使两个气缸中所消耗的总功为最少的压力。活塞式压气机余隙容积的存在，对压缩定量的气体所消耗的功 无影响 ，使容积效率 降低 。6活塞式压气机的容积效率定义为 有效吸气容积与气缸排量之比 。7活塞式压气机的压缩过程可有三种情况，分别为 定温

14、压缩 、 绝热 压缩和 多变(1nCv；2当双原子理想气体经历一个n=1.3的膨胀过程时，其能量转换关系如何？q0,W0,u0；3当闭系中的理想气体进行多变膨胀过程时，若膨胀功多于吸热量，则多变指数n的取值范围如何？为什么？ 多变指数n的取值范围为1nk，这可由为w/q=(k-1)/(k-n)分析之。4当双原子理想气体经历一个n=1.2的压缩过程，其能量转换关系如何？ 功和热量之比等于多少？q0,Wn1。6理想气体膨胀时是否必须吸热？被压缩时是否必须向外界放热？为什么？不一定，根据q=u+w说明；7空气进行多变比热Cn0的放热过程时，能量转换关系如何？由知1n0，q0，w0 第五章借助逆向循环

15、可使热量从低温物体传到高温物体，这与热力学第二定律的克劳修斯说法是否矛盾？为什么？不矛盾。因为逆向循环之所以能把热量从低温物体传到高温物体，是因为逆向循环以消耗循环净功为代价。2理想气体由某一初态，分别经可逆绝热过程1-2和不可逆绝热过程1-2膨胀到同一终温，试问这两个过程的功有何关系？为什么？ 这两个过程的功相等，因为理想气体绝热过程的功只与初、终态温度有关可逆功，不可逆。3工质经不可逆循环，其ds0，但又有关系式dQ/T0，为什么？第二定律(不可逆)，(dQ/T)不ds熵是状参ds=0，所以(dQ/T)不0。4为什么说“工质经过一个绝热过程其熵变量只能是大于或等于零，而经过一个放热过程其熵

16、可增可减或不变”？由dsdq/T，绝热dq=0，所以ds0 放热dq0，所以dq/T0，ds=0，dsT2)，传热量为Q，S孤-Q/T1+Q/T2=Q(1/T2-1/T1)08为什么“热力系统经过一个不可逆过程后，其熵的变化量无法计算”的说法是错误的？那么不可逆过程的熵变量又应该通过什么途径来计算呢？熵是状态参数，熵变量仅决定于热力系统的初终状态，不论过程可逆与否，与路径无关，由于过程有，故熵变不能通过不可逆过程计算，但可通过初终态相同的任意可逆过程计算。10P-v图上两条定熵线为什么不可能相交？试根据热力学第二定律证明之。假设两条定熵线相交，用反证法证明。11“不可逆过程的熵差无法计算”，该

17、说法对不对？为什么？不对，熵是状态参数，与过程无关。12“如果从同一始态到同一终态有两条途径，一为可逆，一为不可逆，那么不可逆的熵差必大于可逆途径的熵差”。这种说法对吗？为什么？不对，熵是状态参数，与过程无关。只要有相同的初终态，熵差就相等。13为什么单热源热机不能实现？（试用孤立系统的熵增原理进行分析）如单热源热机能实现则从高温热源吸进热量Q1全部变为功，Q1=W0，取孤立系S孤=-Q1/T1=-W/T1T2，所以S孤0，不能实现。15根据热力学第二定律分析，为什么完成一个正向循环后热能不能100%地转化为机械能？如果完成一个循环热能100转化为机械能，则相当于只从一个热源吸热，对热源和热机

18、取孤立系，则孤立系S孤=-Q1/T1=-W/T10.528取渐缩形3.696/7=0.528取渐缩形1.2/70.528取缩放形。4理想气体流经渐缩管道时，在什么条件下起喷管作用？什么条件下起扩压管作用？为什么？ dA0 M0，起喷管作用；M1时，dc0，所以dp0。6亚音速气流稳定、绝热流过渐缩管道，压力怎样变化？为什么？对稳定绝热管流，dA/A=(M2-1)dC/C 因dA0，M0， 又KM2dC/C=-dp/p，dc0，所以dp0，故压力降低。7亚音速气流流过渐缩喷管，背压低于临界压力，若初温t1提高，而其它条件不变，则出口速度、压力和流量有何变化？为什么？背压低于临界压力，出口达到临界

19、状态 P2Pcr不变 C2=Ccr T1增大，C2增大 mmax，T1增大，mmax下降。8对亚音速气流，要使流动加速，管道截面应如何变化？当气流加速时，气流压力如何变化？为什么？采用渐缩喷管，压力减小 因为dA/A=(M2-1)dc/c，M0，必dA0，则dp0，压力减小。9亚音速理想气体可逆绝热流过渐缩截面管道时，气体温度、压力、流速如何变化？为什么？T、P下降，C增大。由dA/A=(M2-1)dc/c知，dA0，M0。又由-(1/K)dp/p=M2dc/c，dc0，dq0，所以dT0。第九章压气机采用多级压缩和级间冷却的主要优点有哪些？为什么？节省压缩耗功，限制压缩终温，提高容积效率；可

20、由两级压缩且级间定压冷却的PV图和TS图分析原因。2设计多级压缩、级间冷却的活塞式压气机时，采用各级的增压比相同，这样做可得到哪些有利结果？每级耗功相等，有利于曲轴的平衡；每级压缩终温相等；每级放热相等。3活塞式压气机在何种情况下要采用多级压缩？分析采用多级压缩、级间冷却方法的优劣。要求压力较高气体（也即增压比高），为保证一定的生产量。 优点：减少余隙容积影响；能得到一定生产量高压气体，节省压缩耗功，降低了终温有利于润滑；有利于轴力平衡； 缺点：增加了一个冷却装置。4采用两级级间冷却的压气机，若进口压力与出口压力分别为P1和P3，则其最有利的中间压力P2与P1和P3的关系如何？这样选取P2有哪

21、些好处？每级耗功相等，每级终温相同，每级排热相等。 第十章内燃机混合加热理想循环有哪些特性参数？它们对循环热效率影响如何？=v2/v1，=P3/P2，=v4/v3 提高、和降低可使t提高。第十一章在蒸汽动力装置中，只要汽轮机叶片材料允许，为什么要同时提高过热蒸汽的初压P1和初温t1？仅提高P1能使提高，但x2将降低；只有提高P1同时又提高t1，使 提高而x2可在允许范围内。 四、作图题第四章闭系里的双原子理想气体进行多变膨胀过程(1nk)， 试在图上用面积表示该过程的膨胀功。 由q=u+W及TS图上定容线下方的面积代表内能变化量，可在TS图用面积表示膨胀功W。2在、图上画出理想气体（双原子）受

22、压缩，升温又放热的多变过程，指出其多变指数n的范围，并说明能量转换关系。类似于工程热力学一书思考题9（P141）3试将满足气体受压缩、又升温、又吸热的多变过程在，图上表示出来，并说明能量转换关系，指出多变指数n的范围。类似工程热力学一书思考题9(P141)4理想气体从状态1可逆绝热压缩到状态2，再可逆定容加热到状态3， 再可逆定温膨胀到状态4，最后经可逆定压放热过程回到初态1。试在P-v图和T-s图上画出该可逆循环。根据四个基本热力过程来构成循环。5在P-V图上画出工质又膨胀、又降温、又吸热的多变过程。1n0，W0，qk，Kn0和q0画出p-v图和T-s图，能量转换关系为：内能的减小转化为对外

23、作功和放热。u0，q0 第五章闭系里的理想气体作不可逆绝热膨胀1-2，设环境温度T0T2，试在图上用面积表示膨胀功和作功能力损失。在TS图上先画出定熵膨胀过程13和不可逆绝热膨胀过程12，且两过程的终态比容相等，则作功能力损失I=T0(S2-S3)。 2理想气体由初温T1可逆等压吸热至T2，再经不可逆绝热膨胀至初温(T3=T1)，然后可逆等温放热至初态。在图上画出循环， 并用面积表示作功能力损失。设环境温度为T0(T0T1)I=T0S第七章压力为P1、温度为t1的过热水蒸汽定压冷却成干度为x2的湿蒸汽，试在h-s图上表示该冷却过程，并写出该过程放热量的计算式。在h-s图上表示水蒸汽的定压冷却过

24、程见热力学P224图7-9。2在某蒸汽锅炉中，把90bar、30的未饱和水在定压下加热成450的过热蒸汽，熵增s=6.1KJ/(kg.K)。烟气在定压下从1500降至250，生产1Kg过热蒸汽所需烟气的熵降s=2.1KJ/K，查得蒸汽的饱和温度ts=303.3，设环境温度t0=17，试在图上定性地画出烟气和形成过热蒸汽的过程线， 并用面积表示由于不可逆传热而引起的每生产1Kg过热蒸汽的作功能力损失。在TS图上，烟气的过程线是一条定压放热线，水的定压加热汽化过程线参见热力学P215图75；作功能力损失IT0S孤；第八章理想气体稳定绝热地流过喷管，一为可逆流动1-2， 另一为不可逆流动1-2，若P

25、2=P2，试在图上用面积表示这两种流动的出口动能之差， 并说明画图依据。先在TS图上画出过程线12和12，由绝热流过喷管的能量方程知，这两种流动的出口动能差等于=定压线22下方的面积。2理想气体稳定流经喷管时向外放热，试在T-s图上用面积定性表示每千克气体的动能增量。由稳定流动的能量方程知：气流的动能增量等于q12-(h2-h1)，根据喷管中气流特征（即T2T1,P21，又因q120，从而可在TS图上画出过程线12，并画出表示动能增量的面积。第九章压气机把初态为(p1,v1)的空气按多变过程(1ntmtv，TS图见热力学P281图10-12；2对内燃机的三种理想循环，当初态、吸热量和最高压力相

26、同时，试用T- S图比较三种理想循环热效率的高低。TS图略。 由图知，q1P=q1m=q1v, q2vq2mq2p，由热效率公式，所以tptmtv。 3当初态相同、压缩比相同、吸热量q1相同时，试画Ts图比较活塞式内燃机三种理想循环热效率的高低。Ts图见沈维道的工程热力学P280图1011；由图知，q1v=q1m=q1p q2pq2mq2v 由热效率公式 trtmtp 4画出内燃机混合加热理想循环的和图，指出循环的特性参数，在图上比较初态相同，压缩比相同，最高温度相同时，三种内燃机理想循环热效率大小。tvtmtp5在T-S图上比较初态相同，最高压力和放热量相同时， 内燃机三种理想循环热效率的高

27、低。与工程热力学一书图10-12(P281)相同；tp tmtv6对活塞式内燃机的三种理想循环，当初态、最高温度和放热量相同时，试在T-S图上比较这三种循环热效率的高低。循环TS图与书图10-12相同。tp tmtv7对内燃机三种理想循环，当初态、压缩比和放热量相同时，试在T-S 图上比较三种循环热效率的高低。循环TS图略。 由图知，q1vq1mq1p q2v=q2m=q2p 由热效率公式，所以tvtmtp8在图上比较初态相同， 吸热量和最高温度相同时，内燃机三种理想循环热效率的高低。tp tmtv9试在Ts图上画出燃气轮机装置的定压加热实际循环，（实际循环中只有压缩过程和膨胀过程是不可逆绝热

28、过程，其余过程都是可逆的），并在Ts图上面积表示实际循环比理想循环少作的功。TS图参见热力学P288图1019，不可逆绝热膨胀比可逆绝热膨胀少作的功为定压线4-4下方的面积，不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多耗的功为定压线2-2下方的面积。 11若初态的循环最高温度相同时，若增压比提高，试画T-s 图证明：燃气轮机装置定压加热理想循环的热效率提高。 第十一章试画图比较简单蒸汽动力装置的理想循环（即朗肯循环）热效率与只考虑汽轮机中摩阻损耗的实际循环热效率的高低。TS图见热力学P301图11-6；2当蒸汽的初温和背压不变而提高初压时，试画图分析朗肯循环热效率和汽轮机排汽干度的变化。TS图见热力学P30

29、0图114，将使热效率增大，排汽干度降低。3当忽略水泵功时，画出蒸汽动力装置朗肯循环的图，指出影响该循环热效率蒸汽参数，并在图上用面积表示该循环的净功。类似工程热力学图11-1(P297)。影响该循环热效率蒸汽参数有：初温t1、初压p1和背压p2。4试画T-s图说明：对于蒸汽动力装置朗肯循环，在相同的初压及背压下， 提高初温可使热效率增大。见工程热力学一书图11-3(P300)5当初态和绝热膨胀终压相同时，试在水蒸汽的h-s 图上画出汽轮机中的可逆绝热膨胀过程和不可逆绝热膨胀过程。见热力学书P301图11-6（b）。6对蒸汽动力装置循环，一为理想循环，一为考虑汽轮机中存在不可逆损失而进行了不可逆绝热膨胀的实际循环，试用T-S图表示两种循环的循环功的差值。TS图与书图11-6（a）相同。 W=面积22a782 1234