工程热力学重点知识点

工程热力学重点知识点姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.热力学第一定律的基本内容是什么？

A.能量守恒定律

B.能量转换定律

C.熵增定律

D.状态方程

2.熵增加原理在热力学中的作用是什么？

A.描述系统热力学平衡

B.描述系统能量守恒

C.描述系统热效率

D.描述系统状态变化

3.等熵过程的判据是什么？

A.系统温度不变

B.系统熵不变

C.系统压力不变

D.系统体积不变

4.朗肯循环的热效率与哪些因素有关？

A.蒸汽的初温和压力

B.冷凝器的压力和温度

C.汽轮机的效率

D.以上所有因素

5.卡诺循环的热效率取决于什么？

A.高温热源和低温冷源的温差

B.高温热源的温度

C.低温冷源的温度

D.高温热源和低温冷源的比热容

6.绝热过程的特征方程是什么？

A.\(PV^{\gamma}=\text{常数}\)

B.\(TV^{\gamma1}=\text{常数}\)

C.\(P/T=\text{常数}\)

D.\(V/T=\text{常数}\)

7.质量流率的公式是什么？

A.\(m=\rho\cdotA\cdotv\)

B.\(m=\rho\cdot\DeltaV/\Deltat\)

C.\(m=\Deltam/\Deltat\)

D.\(m=\rho\cdot\DeltaV\)

8.热传导的傅里叶定律是什么？

A.\(Q=kA\cdot\frac{dT}{dx}\)

B.\(Q=\frac{kA\cdot(T_2T_1)}{d}\)

C.\(Q=\frac{kA\cdot(T_1T_2)}{d}\)

D.\(Q=kA\cdot\frac{dT}{dx}\)

答案及解题思路：

1.答案：A.能量守恒定律

解题思路：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的体现，表明能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

2.答案：A.描述系统热力学平衡

解题思路：熵增加原理指出在一个孤立系统中，熵总是趋于增加，直至达到热力学平衡状态。

3.答案：B.系统熵不变

解题思路：等熵过程是指系统在过程中熵保持不变的理想过程，这是热力学中的一个重要概念。

4.答案：D.以上所有因素

解题思路：朗肯循环的热效率受到蒸汽的初温和压力、冷凝器的压力和温度以及汽轮机的效率等多种因素的影响。

5.答案：A.高温热源和低温冷源的温差

解题思路：卡诺循环的热效率仅取决于高温热源和低温冷源之间的温差，与具体的温度值无关。

6.答案：A.\(PV^{\gamma}=\text{常数}\)

解题思路：绝热过程的特征方程描述了在绝热过程中，系统的压力和体积之间的关系。

7.答案：C.\(m=\Deltam/\Deltat\)

解题思路：质量流率定义为单位时间内通过某一截面的质量，因此是质量变化与时间变化的比值。

8.答案：A.\(Q=kA\cdot\frac{dT}{dx}\)

解题思路：傅里叶定律描述了热传导过程中热量传递的方向和速率，热量总是从高温区域向低温区域传递。二、填空题1.热力学第一定律的数学表达式为ΔU=QW。

解题思路：热力学第一定律表述为能量守恒定律，数学上表示为系统内能的变化等于系统与外界交换的热量减去对外做的功。

2.熵的定义为dS=δQ/T。

解题思路：熵是热力学中描述系统无序度的物理量，其定义为熵的微小变化等于传递的微小热量除以温度。

3.等熵过程的判据为δS=0。

解题思路：等熵过程是指系统在过程中熵值保持不变的物理过程，其判据是熵变等于零。

4.朗肯循环的熵增为ΔS=QL/(T1T2)。

解题思路：朗肯循环是蒸汽动力循环的一个典型例子，其熵增可以通过计算各部分的热量交换和温度差来得出。

5.卡诺循环的热效率最高可达1T2/T1。

解题思路：卡诺循环是理想的热机循环，其热效率由高温热源和低温冷源的温度决定，最高效率为两者温度差的比例。

6.绝热过程的特征方程为PV^γ=常数。

解题思路：绝热过程是没有热量交换的过程，其特征方程由理想气体的状态方程导出，表示为压力和体积的幂次关系。

7.热力学第二定律的克劳修斯表述为不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。

解题思路：克劳修斯表述是热力学第二定律的一种表述，强调热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。

8.朗肯循环的热效率公式为η=1(T2/T1)^(k1)/k。

解题思路：朗肯循环的热效率可以通过卡诺循环的效率公式推导得出，其中k是比热容比，T2和T1分别是冷源和热源的绝对温度。三、判断题1.热力学第一定律表明能量不能被创造或消灭。

答案：正确

解题思路：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现，表明在一个封闭系统中，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

2.熵增加原理表示孤立系统的熵随时间增加。

答案：正确

解题思路：熵增加原理是热力学第二定律的一种表述，指出在一个孤立系统中，熵不会减少，只会增加或保持不变。

3.等熵过程是可逆过程。

答案：正确

解题思路：等熵过程指的是系统在过程中熵值保持不变，而熵是衡量系统无序度的物理量，熵不变意味着系统内部状态的变化可以完全逆转，因此等熵过程是可逆的。

4.朗肯循环的热效率与工作物质的种类无关。

答案：错误

解题思路：朗肯循环的热效率与工作物质的种类有关，不同的工作物质具有不同的比热容和热容，这直接影响到循环中各个阶段的热交换和做功情况。

5.卡诺循环的热效率与热源和冷源的温差有关。

答案：正确

解题思路：卡诺循环的热效率只取决于热源和冷源的温度，而与工作物质的种类无关。效率公式为η=1(Tc/Th)，其中Tc是冷源温度，Th是热源温度。

6.绝热过程的特征方程适用于可逆绝热过程。

答案：正确

解题思路：绝热过程的特征方程适用于可逆绝热过程，描述了在绝热过程中，系统压力、体积和温度之间的关系。

7.热力学第二定律的熵增加原理适用于所有封闭系统。

答案：正确

解题思路：热力学第二定律的熵增加原理适用于所有封闭系统，表明在自然过程中，封闭系统的总熵不会减少。

8.朗肯循环的热效率与工作物质的比热容有关。

答案：正确

解题思路：朗肯循环的热效率确实与工作物质的比热容有关，因为比热容影响工作物质在各个阶段的热交换和做功，进而影响整个循环的热效率。四、简答题1.简述热力学第一定律的意义。

答案：热力学第一定律，也称为能量守恒定律，其意义在于揭示了能量在热力学系统中的守恒性，即能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。这一原理是理解和分析热力学系统能量变化的基础，对于工程热力学的设计和优化具有重要意义。

2.简述熵增加原理的表述和意义。

答案：熵增加原理表述为：在一个封闭系统中，孤立系统的总熵不会减少，对于可逆过程，总熵保持不变；对于不可逆过程，总熵会增加。这一原理的意义在于它反映了自然界中能量传递和转化过程中方向性的规律，是热力学第二定律的重要表述。

3.简述等熵过程的性质和应用。

答案：等熵过程是指系统在变化过程中熵值保持不变的过程。其性质包括：等熵过程是可逆过程，系统的熵变等于外界对系统做的功除以温度。等熵过程在工程热力学中广泛应用于蒸汽机和燃气轮机等热机的设计与功能分析。

4.简述朗肯循环的热效率分析。

答案：朗肯循环是蒸汽动力循环的一个典型例子，其热效率分析包括计算理想循环的热效率，即通过计算高温高压下蒸汽在膨胀做功时的热效率，以及冷凝器中蒸汽冷凝时放出的热量。

5.简述卡诺循环的热效率分析。

答案：卡诺循环是理论上的最理想的热机循环，其热效率分析基于两个热源之间的温差，热效率公式为η=1(Tc/Th)，其中Tc和Th分别是冷源和热源的温度。卡诺循环的热效率分析有助于理解热机循环的最高效率。

6.简述绝热过程的性质和应用。

答案：绝热过程是指系统与外界没有热量交换的过程，其性质包括系统内能的增加完全由外界对系统做功引起。绝热过程在工程中广泛应用于内燃机、燃气轮机等设备的功能分析。

7.简述热力学第二定律的克劳修斯表述和意义。

答案：热力学第二定律的克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。这一表述的意义在于它揭示了热力学过程中能量传递的方向性，是理解和设计热机效率的基础。

8.简述朗肯循环的热效率影响因素。

答案：朗肯循环的热效率受多个因素影响，包括热源和冷源的温差、蒸汽的初温和终温、蒸汽的比热容等。提高朗肯循环的热效率可以通过提高蒸汽的初温、降低蒸汽的终温以及优化热交换过程等途径实现。

答案及解题思路：

1.解题思路：回顾热力学第一定律的定义和能量守恒的概念，阐述其在热力学系统分析中的基础作用。

2.解题思路：理解熵的概念和熵增加原理的表述，分析其在自然界能量传递中的规律性。

3.解题思路：描述等熵过程的定义和性质，结合实际应用案例说明其在工程热力学中的应用。

4.解题思路：运用朗肯循环的基本原理，分析循环中各阶段的热效率计算方法。

5.解题思路：回顾卡诺循环的定义和热效率公式，分析温差对热效率的影响。

6.解题思路：阐述绝热过程的定义和性质，结合实际应用案例说明其在工程中的重要性。

7.解题思路：解释克劳修斯表述的内容，阐述其在热力学第二定律中的地位和意义。

8.解题思路：分析朗肯循环热效率的影响因素，结合工程实践提供优化建议。五、计算题1.一个物体的内能增加了500J，同时对外做功200J，求系统吸收的热量。

解答：

根据热力学第一定律，系统吸收的热量\(Q\)等于系统内能的增加\(\DeltaU\)加上对外做功\(W\)。

\(Q=\DeltaUW\)

\(Q=500\,\text{J}200\,\text{J}\)

\(Q=700\,\text{J}\)

系统吸收的热量为700J。

2.一个热机从高温热源吸收热量400J，对外做功300J，求热机的效率。

解答：

热机的效率\(\eta\)可以用以下公式计算：

\(\eta=\frac{W}{Q_{\text{in}}}\times100\%\)

其中\(W\)是对外做的功，\(Q_{\text{in}}\)是从高温热源吸收的热量。

\(\eta=\frac{300\,\text{J}}{400\,\text{J}}\times100\%\)

\(\eta=75\%\)

热机的效率为75%。

3.一个物体从温度为30℃升高到50℃，求熵的变化。

解答：

熵的变化\(\DeltaS\)可以通过以下公式计算：

\(\DeltaS=\int\frac{dQ}{T}\)

对于小温度变化，可以使用近似公式：

\(\DeltaS=\frac{C}{T}\DeltaT\)

其中\(C\)是比热容，\(T\)是绝对温度（开尔文），\(\DeltaT\)是温度变化。

假设比热容为\(C=4.18\,\text{J/g·℃}\)（水的比热容），则

\(\DeltaT=5030=20\,\text{℃}\)

\(\DeltaS=\frac{4.18\,\text{J/g·℃}}{303\,\text{K}}\times20\,\text{℃}\)

\(\DeltaS\approx1.37\,\text{J/K}\)

熵的变化约为1.37J/K。

4.一个理想气体在等压过程中温度升高了10℃，求比热容的变化。

解答：

在等压过程中，比热容\(C_p\)的变化不随温度变化，对于理想气体，\(C_p\)是一个常数，通常为\(5/2\,R\)。

因此，比热容的变化为0。

5.一个物体的质量为0.2kg，内能增加了800J，求其比热容。

解答：

比热容\(c\)可以通过以下公式计算：

\(c=\frac{\DeltaU}{m\DeltaT}\)

其中\(\DeltaU\)是内能的增加，\(m\)是质量，\(\DeltaT\)是温度变化。

由于没有给出温度变化，我们不能直接计算比热容。如果假设温度变化\(\DeltaT\)为1℃：

\(c=\frac{800\,\text{J}}{0.2\,\text{kg}\times1\,\text{℃}}\)

\(c=4000\,\text{J/kg·℃}\)

比热容为4000J/kg·℃。

6.一个物体的比热容为0.8J/g·℃，求其内能增加了多少时温度升高了5℃。

解答：

内能的增加\(\DeltaU\)可以通过以下公式计算：

\(\DeltaU=c\timesm\times\DeltaT\)

其中\(c\)是比热容，\(m\)是质量，\(\DeltaT\)是温度变化。

假设质量\(m\)为1g（1000mg）：

\(\DeltaU=0.8\,\text{J/g·℃}\times1000\,\text{mg}\times5\,\text{℃}\)

\(\DeltaU=4000\,\text{J}\)

内能增加了4000J。

7.一个热源的温度为600℃，冷源的温度为300℃，求卡诺循环的热效率。

解答：

卡诺循环的热效率\(\eta\)可以通过以下公式计算：

\(\eta=1\frac{T_{\text{C}}}{T_{\text{H}}}\)

其中\(T_{\text{C}}\)是冷源的绝对温度（开尔文），\(T_{\text{H}}\)是热源的绝对温度（开尔文）。

\(T_{\text{C}}=300273.15=573.15\,\text{K}\)

\(T_{\text{H}}=600273.15=873.15\,\text{K}\)

\(\eta=1\frac{573.15}{873.15}\)

\(\eta\approx0.35\)

卡诺循环的热效率约为35%。

8.一个热机的热效率为50%，求热源的温度为600℃，冷源的温度为300℃时，热机对外做的功。

解答：

热机对外做的功\(W\)可以通过以下公式计算：

\(W=\etaQ_{\text{in}}\)

其中\(\eta\)是热机的效率，\(Q_{\text{in}}\)是从高温热源吸收的热量。

\(Q_{\text{in}}=T_{\text{H}}T_{\text{C}}\)

\(Q_{\text{in}}=873.15\,\text{K}573.15\,\text{K}=300\,\text{K}\)

\(W=0.5\times300\,\text{K}\)

\(W=150\,\text{K}\)

这里出现了一个错误，正确的计算应该是：

\(W=\eta\timesT_{\text{H}}\timesQ_{\text{in}}\)

\(W=0.5\times600\,\text{℃}\times400\,\text{J}\)

\(W=0.5\times600\times400\,\text{J}\)

\(W=120000\,\text{J}\)

热机对外做的功为120000J。六、论述题1.论述热力学第一定律在实际工程中的应用。

答案：

热力学第一定律，即能量守恒定律，在实际工程中的应用非常广泛。一些具体的应用实例：

（1）锅炉工程：在锅炉中，燃料的化学能转化为热能，热能又转化为蒸汽的内能，推动涡轮做功。热力学第一定律保证了能量转换的守恒，使得锅炉系统能够高效地利用燃料。

（2）制冷与空调工程：在制冷系统中，制冷剂在蒸发器、冷凝器和膨胀阀之间循环流动，吸收热量和释放热量。热力学第一定律指导工程师合理设计系统，保证制冷效率。

（3）热泵工程：热泵利用制冷循环的原理，将低温热源的热量转移到高温热源。热力学第一定律指导工程师设计热泵系统，提高能源利用效率。

解题思路：

阐述热力学第一定律的基本内容；列举锅炉、制冷与空调、热泵等工程领域中的应用实例；分析这些实例中热力学第一定律如何指导工程师进行系统设计和提高能源利用效率。

2.论述熵增加原理在实际工程中的应用。

答案：

熵增加原理表明，在一个封闭系统中，熵总是趋向于增加，反映了系统无序度的增加。一些熵增加原理在实际工程中的应用：

（1）热力学第二定律的应用：在热力学第二定律的基础上，熵增加原理指导工程师设计高效的热机，如卡诺循环和朗肯循环。

（2）能源转换与利用：在能源转换和利用过程中，熵增加原理帮助工程师识别能量损失，提高能源利用效率。

（3）环境保护：熵增加原理有助于工程师评估环境中的熵变，为环境保护提供理论依据。

解题思路：

阐述熵增加原理的基本内容；列举热力学第二定律、能源转换与利用、环境保护等领域的应用实例；分析这些实例中熵增加原理如何指导工程师进行设计和评估。

3.论述等熵过程在实际工程中的应用。

答案：

等熵过程是指在绝热条件下，系统的熵值保持不变的过程。一些等熵过程在实际工程中的应用：

（1）喷气发动机：喷气发动机中，燃气在燃烧室内进行等熵膨胀，产生推力。

（2）涡轮：涡轮在高速旋转过程中，燃气对其进行等熵膨胀，实现能量转换。

（3）制冷循环：制冷循环中的膨胀阀使制冷剂在绝热条件下膨胀，降低压力，实现制冷。

解题思路：

阐述等熵过程的基本内容；列举喷气发动机、涡轮、制冷循环等领域的应用实例；分析这些实例中等熵过程如何指导工程师进行设计和提高系统效率。

4.论述朗肯循环在实际工程中的应用。

答案：

朗肯循环是热力学中最典型的蒸汽循环，广泛应用于火力发电、热泵和制冷系统。一些朗肯循环在实际工程中的应用：

（1）火力发电：朗肯循环是火力发电厂中蒸汽轮机的工作原理，实现热能向电能的转换。

（2）热泵：朗肯循环的热泵系统，利用蒸汽的热能实现制冷或制热。

（3）制冷：朗肯循环的制冷系统，通过蒸汽的膨胀实现制冷。

解题思路：

阐述朗肯循环的基本内容；列举火力发电、热泵、制冷等领域的应用实例；分析这些实例中朗肯循环如何指导工程师进行设计和提高系统效率。

5.论述卡诺循环在实际工程中的应用。

答案：

卡诺循环是理想的热机循环，具有最高的热效率。一些卡诺循环在实际工程中的应用：

（1）热电偶：热电偶利用卡诺循环原理，将热能转换为电能。

（2）热泵：卡诺循环的热泵系统，利用热能实现制冷或制热。

（3）太阳能热利用：卡诺循环的太阳能热利用系统，将太阳能转换为热能。

解题思路：

阐述卡诺循环的基本内容；列举热电偶、热泵、太阳能热利用等领域的应用实例；分析这些实例中卡诺循环如何指导工程师进行设计和提高系统效率。

6.论述绝热过程在实际工程中的应用。

答案：

绝热过程是指系统与外界没有热量交换的过程。一些绝热过程在实际工程中的应用：

（1）喷气发动机：喷气发动机中的燃烧室和涡轮部分，实现绝热膨胀和压缩。

（2）热泵：热泵中的膨胀阀和冷凝器部分，实现绝热膨胀和压缩。

（3）制冷循环：制冷循环中的膨胀阀和冷凝器部分，实现绝热膨胀和压缩。

解题思路：

阐述绝热过程的基本内容；列举喷气发动机、热泵、制冷循环等领域的应用实例；分析这些实例中绝热过程如何指导工程师进行设计和提高系统效率。

7.论述热力学第二定律在实际工程中的应用。

答案：

热力学第二定律是热力学的基本定律之一，反映了能量转换的方向性和不可逆性。一些热力学第二定律在实际工程中的应用：

（1）热机效率：热力学第二定律指导工程师设计高效的热机，提高热机效率。

（2）能源转换：热力学第二定律帮助工程师评估能源转换过程中的能量损失，实现能源的高效利用。

（3）环境保护：热力学第二定律为环境保护提供理论依据，指导工程师降低污染物排放。

解题思路：

阐述热力学第二定律的基本内容；列举热机效率、能源转换、环境保护等领域的应用实例；分析这些实例中热力学第二定律如何指导工程师进行设计和提高系统效率。

8.论述热机在实际工程中的应用及其优缺点。

答案：

热机是一种将热能转换为机械能的装置，广泛应用于工业、交通、农业等领域。一些热机在实际工程中的应用及其优缺点：

（1）应用：热机在火力发电、交通运输、农业机械等领域得到广泛应用。

（2）优点：热机具有较高的热效率，可充分利用能源。

（3）缺点：热机存在一定的热损失，且部分热机排放污染物。

解题思路：

列举热机在实际工程中的应用领域；分析热机的优点和缺点；总结热机在实际工程中的地位和作用。七、综合题1.一个热力学系统经历了两个过程，过程1为等温过程，过程2为绝热过程。求系统的熵变。

解题思路：

等温过程中，系统的熵变等于吸收的热量除以温度。

绝热过程中，系统与外界没有热量交换，因此熵变为零。

系统的总熵变等于两个过程的熵变之和。

2.一个热力学系统从状态1变化到状态2，过程1为等压过程，过程2为等容过程。求系统的熵变。

解题思路：

等压过程中，系统的熵变等于吸收的热量除以温度。

等容过程中，系统的熵变等于内能变化除以温度。

系统的总熵变等于两个过程的熵变之和。

3.一个热力学系统经历了两个过程，过程1为等熵过程，过程2为等温过程。求系统的内能变化。

解题思路：

等熵过程中，系统的内能变化等于熵变乘以温度。

等温过程中，系统的内能不变。

系统的总内能