14年高等工热期末复习题

1、一、简答题刚性容器绝热放气时，容器内发生的可逆绝热（等熵）过程是否表明1.容器内的总熵不变？若是总熵减少了，不是和熵 解释？违背吗？如何答：不表明容器内总熵不变。因为在绝热放气时，是放出去的气体和容器内剩余气体而熵一个整体，这个整体的总熵不变。而对于容器内的部分，总熵是少了。是对于一个孤而言的，与放气过程中的容器情况不同。2.以气流对刚性绝热容器充气，有无不可逆损失？应如何计算？答：有不可逆损失，即熵产 dsg > 0，取此刚性容器绝热过程， Dsf = 0,故Dsi = Dsf + Dsg = Dsg2diV 2T 2T 1Dsg = ò Cv T + R ln V = Cv

2、 ln(V1 = V 2)113.瞬变中容积内状态随时间变化的问题，在平衡态热力学中是如何处理的？放气进出口参数的不恒定问题，我们又是如何处理的？答：（1）瞬变中，容积内流体的状态总是不断变化的，但如果并不要求研究充气或放气的细节，只要知道经一时间后容积内状态变化的结果，那么就可以开口系的状态均为平衡态。（2）对于放气时出口系参数的不恒定问题，视放气快慢程度，有绝热放气和等温放气两种极限情况。a. 刚性容器绝热放气， dv = 0, dQ = 0, dwnet = 0b. 刚性容器等温放气，此外和绝热的差别是， dT = 0,T1 = T 2 = T ,Q = 0、热量的定义 、区别，的表及公

3、式推导。化学、扩散的定义及区别4.的：温度低于温度的系统，吸入热量 Q0 即）时作出的最大有用答：(1)功称为，用 EX Q0表示。（2）热量：热量中最大可能转换为功的部分（卡诺循环的功）EX Q = Q - EDS（3）两者区别：EX Q 与 Q 正负相同，系统放出热量 Q 的同时也放出了热量，EX Q0 与反之亦Q0 正负相反，即系统吸热放出(系统的减少)利用它对外做功，系统放热，则得到（系统增加）这时外界提供最小的功。（ 4 ） 公 式 推 导： 卡 诺 循 环 的 功òW max =(1- T 0 )d Q1 = (1- T 0 )(dW max+ d Q )2Þ

4、dW max = (T 0 -1)d Q2TTTQ 2T 0EX Q 2 = W max = ò ( T -1)d Q2 = T 0DS - Q20（5） 化学：指系统与环境之间有约束性平衡往可逆过程可达非约束性平衡时能够转换的最大有用功；（6） 扩散：束死态下的系统与环境仅仅由于浓度或者成分不平衡而具有的化学，称的扩散。（7）区别：化学分为两类，一类有浓度变化引起的，称为扩散，另一类是化学反应引起的，称为化学，因此扩散是化学的一种。5.标准生成焓、标准生成函数、反应能、化学平衡及平衡的概念。答：（1）标准生成焓：规定每种单质在 101325Pa 和 25时的焓值为零，则由有关单质在

5、 101325Pa 和 25时生成 1kmol 化合物所吸收的热量称为该化合物的标准生成焓。（2）标准生成函数：规定每种单质在 101325Pa 和 25时的函函数数为零，则由有关单质在 101325Pa 和 25时生成 1kmol 化合物时的的变化称为该化合物的标准生成函数。能（G）：= H 0 - TS0 ， H 0 = H 0 + DHmT 为 298KG0（3）mmmmmtDG0Pc Pd（4）化学平衡： ln kp = -= f (T ), kp = C D P(c+d -a-b)0Pa PbRmTA BX c X dPPkp = CD ()(c+d -a-b)= kx()P0(c+

6、d -a-b)X a X bP0AB其中， kx = f (T, P) = 0 ，用成分表示的平衡，当 c+d-a-b=0 时kp = kx热力学第三定律的重要意义何在？答：在统计物理学上，热三定律反应了微观6.的量子化，在实际意义上热三定律，不像热一热二定律那样明白的告诫人们放弃第一类第二类永动机，而是鼓励人们想尽办法接近绝对零度，现代科学可以用绝热去磁的办法达到 5x10-10k，但还达不到 0k，根据热三定律，基态的状态数目只有一个，也就是说，热三定律决定了自然界中基态无简并。氨（ N 2 + 3H 2 Û 2NH 3 ）的生产过程中要采用高压？7.为什么在答：反映中物质的量的

7、改变， Dn = 2 -1- 3 = -2 < 0 ，根据平衡移动原理，压力增加使平衡向物质的量减少的方向（即 NH3 生成的方向移动，所以采用高压使正向反应进行的完全度增加，生成的 NH3 多。8.随着燃烧反应系统温度的提高，燃烧过程的化学燃烧损失是增大还是 减少？为什么？答：随着燃烧反应系统温度的提高，燃烧的化学全燃烧损失增大，因为的燃烧反应是放热反应，根据平衡移动原理，温度升高时平衡向吸热方向移动，即燃烧反应的反方向移动，使正方向燃烧反应的完全度降低。9.方程的精度不高，但在实际气体状态方程的研究中其地位 却很高，为什么？答：方程的精度虽然不高，但方程式的价值在近似地反应实际气体性

8、质方面的特征，并为实际气体状态方程式的研究此具有较高的地位。道路，因在循环压缩比e 和吸热量 q1 相同的情况下，图示并比较活塞式内燃机三种理想循环的热效率。10.11.反映往其定义式。塞式内燃机混合加热循环特性的设计参数有哪几个？写出v2p3v4v3答：压缩比e =，增压比l =，定压预胀比 r =v1p212.住宅用空调机当夏天环境温度升高时，其制冷系数和耗功量如 化？答：制冷系数变小，耗功量增大二、计算题气将其与输1.储气瓶内原为真空，线相连。设充气过程中输线内空气参数始终维持不变。充气t 时间后，储气瓶内空气质量为m ，热力学能为u' 。如忽略充气过程中空气的宏观动能与位能的影

9、响，并认为管路与储气瓶绝热。写出质量充气量的损失表。（设环境温度为T0 ）Q1-2 -W 1-2 = u2 - u1 = u¢2W 1-2 = - p0ò dv = - p0v，Q1-2 = u¢ - p0v 1sg = s2 - s1 - s0(m2 - m1) - Q1-2T 2s1 = 0，m1 = 0，s2 = m2s0，Q1-2= - p0v解：p0v sg =，I 0 = T 0 sg = p0vT 02.一个刚性容器，被隔热钢板分为 A、B 两部分，A 中为氮气，p1 = 200kPa ，温度T1 = 300K ，B 为真空，且 VA=VB。抽去隔板

10、后，A膨胀达到新的平衡态。分别用熵和 Ex侧氮气求抽去隔板后的温度及不可逆过程的损失。（设环境温度T0 = 300K ）P1V 1200 ´103 ´ 0.1解： m = 0.224kgRgT 1287 ´ 300将刚性容器取T 2 = T1 = 300k，则这就是一个孤v2sg = s2 - s1 = cv ln= cv ln 2 则：v1I 0 = mT 0sg = 0.224´300´0.742´ln 2 = 34.56kJ在 1 m 3 的容器内应放入多少mol 的PCl5 才可得到 100mol 的 Cl2？已知3.反应 P

11、Cl5 Û PCl3 + Cl2 ，在 250时的 K p = 1.78 。解：设平衡时 PCl5 的量为 ymol，而 PCl3 和Cl2 的量分别为 100mol，总物质的量为（200+y）mol。y100则有： XPCl 5 =，XPCl 3 = XCl 2 =200 + y200 + yP = nRT = (200 + y) ´8.314´(273.15 + 250) = 4.35´103 (200 + y)V1100100´200 + y200 + y 4.35´103(200 + y)XPCl 3 XCl 2PKp=（ )

12、=XPCl 5P01+1-1) = 1.78(y1.013´105200 + y解得 y=241mol则应加入的 PCl5 为 241+100=341mol4.求气体可逆绝热过程的过程方程。解：根据熵方程，并且可逆绝热过程为定熵过程，即 ds = 0¶pcvdpds =dT + ()vdvT ()vdv + cvdT = 0dT得¶TTdpR对于瓦斯方程中气体()v =，故dTv - bR或(v - b)T cv / R = constd (v - b) + cvdT = 0v - b(v - b)( p + a / v2 )气体的状态方程T =根据Rcv) pa

13、 v2得： (v - b)( p+cv/p ) (p+= consta )(v - b)(cv+R)/cv( p += const或v2æ ¶T ö1a5.某气体有下列表： ç÷ =， a 为，求该气体的状态方è ¶p øcpT 2h程。æ ¶T ö1 a=c解：已知，ç÷¶T 2pèøhpæ ¶T öæ ¶h öæ ¶T öæ 

14、2;v ö1= -ç ¶p ÷=T- v而ç÷ç ¶h ÷ç÷¶p¶pøT èø pcèø pTèøhè-v + T æ ¶v ö-v + T æ ¶v ö = T 2¶aT 2( v ) =a T 2=得而ç ¶T ÷ç ¶T ÷p¶T T

15、2;ø pèø pv1 a1 a对T 积分得：= -+ f (P)，即v = -+ Tf (P)T3 T 33 T 2当T ®¥ 时， v = RgT ，因此 f ( p) = Rgpp1 a该气体的状态方程为： pv = -+ RgT3 T 2两个质量为 m 的比热容为定值的相同物体，处于同一温度 T，将两物体作为制冷机的冷、热源，使热从一物体传出并交给另一物体，其结果 是一个物体温度升高，一个物体温度降低。证明当被冷却物体温度降6.T 2到T0 （ T0 < T ）时所需最小功 ：= mc(+ T0 - 2T )TWmin0证明：要使

16、得整个系统完成这一过程所需功量最小，则必须有一可逆制冷机在此有： DSi s = 0工作保证所的孤T 2T 0Tt所以有：DSi s = mc ln+ mc ln= 0得到Tt =式中Tt 为另一物体在过程T 0TT终了所具有的温度。由于过程中冷源传出热量 Q2 = mc(T - T 0) ，热源吸收热量 Q1 = mc(Tt - T )所以有：W min = Q1 - Q2 = mc(Tt - T ) - mc(T - T 0)= mc(Tt + T 0 - 2T ) = mc(+ T 0 - 2T )T 0T 27.某内燃机的循环（定压加热理想循环）的压缩比是17 1，压缩起始时工质状态为

17、 p1 = 95kPa ，t1 = 10°C ，若循环最高温度为1900K ，气体比热容为定值，且 cp = 1.005kJ /(kg × K) ， k = 1.4 ，试确定：（1）画出循环 p-v 图及 T-s 图；（2）循环中各点温度、环热效率。和比容；（3）循解：（2）（3）8.对于燃气轮机装置的不可逆循环，工质设为空气，气的温度p = 1´105 Pa ，燃气轮机进口处工质温度 T3=1185.5K，T1=300K，1已知压气机的绝热效率hC,s = 0.82 ，燃气轮机的相对内效率hT = 0.86 ，环境参数 T0=300K， p0 = 1´

18、10 Pa ，空气的 c = 1.004kJ /(kg × K) ，5pRg = 0.287kJ /(kg × K) 。分析在以及各过程的 Ex 损失。最佳条件下的循环热效率、Ex 效率T 31185.5解： 循环增温比 t =3.952T1300kp = t 2(k -1)= 11.08最佳增压比为1k -1最佳循环热效率 ht = 1-= 0.497pk确定个点参数：（1） T1 = 300K , p1 = 105 Pa, h1 = cpT 1 = 301.2kJ / kg（2） p2 = p p1 = 1.108´106 Pa，1-2 为绝热压缩过程，有：k

19、 -1p2T 2 = T1()= 596.4K， h2 = cpT 2 = 598.78kJ / kgkp1h2 - h1h2 - h1hc.s （3）hc.s =, h2¢ = h1 += 664.1kJ / kgh2¢ - h1h2¢T 2¢ = 661.5K , p2¢ = p2 = 1.108´10 Pa6cp（4）2-3 为等压过程，则有： p3 = p2 = 1.108´106 PaT 3 = 1185.5K, h3 = cpT 3 = 1190.2kJ / kg（5） p4 = p1 = 105 Pa ，3-4 为绝热膨胀过程，则有：k -1p4T 4 = T 3()= 596.3K，h4 = cpT 4 = 598.7kJ / kgkp1h3 - h4¢（6）hT，h4¢ =