《工程热力学及传热学》复习资料(安全本)

下述说法是否有错误：

⑴循环净功徽t愈大则循环热效率愈高；

⑵不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率；

⑶可逆循环的热效率都相等，O

答：⑴说法不对。循环热效率的基本定义为：，循环的热效率除与循环净功有关外，

尚与循环吸热量Q1的大小有关；

⑵说法不对。根据卡诺定理，只是在“工作于同样温度的高温热源和同样温度的低温热源间”

的条件下才能肯定不可逆循环的热效率一定小于可逆循环，离开了这一条件结论就不正确：

⑶说法也不正确。根据卡诺定理也应当是在“工作于同样温度的高温热源和同样温度的低温

热源间”的条件下才能肯定所有可逆循环的热效率都相等，，而且与工质的性质与关，与

循环的种类无关。如果式中的温度分别采用各自的放热平均温度和吸热平均温度则公式就是

正确的，即，不过这种情况下也不能说是“所有可逆循环的热效率都相等”，只能说所有

可逆循环的热效率表达方式相同。

试证明热力学第二定律各种说法的等效性：若克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成

立。

证：热力学第二定律的克劳修斯表述是：热不可能自发地、不付代价地从高温物体传至低温

物体。开尔文表述则为：不可能从单一热源取热使之全部变为功而不产生其它影响。按照开

尔文说法，遵循热力学第二定律的热力发动机其原则性工作系统应有如图4A所示的情况。

假设克劳修斯说法可以违背，热量Q2可以自发地不付代价地从地温物体传至高温物体，则

应有如图4B所乐的情况。在这种情况下，对于所示的热机系统当热机完成一个循环时，实

际上低温热源既不得到什么，也不失去什么，就如同不存在一样，而高温热源实际上只是

放出了热量（Q1（Q2）,同时，热力发动机则将该热量全部转变为功而不产生其它影响，即热

力学第二定律的开尔文说法不成立。

试判断下列各种说法是否正确：

（1）定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程：

（2）绝热过程即定炳过程；

（3）多变过程即任意过程。

答：①膨胀功（压缩功）都是容枳（变化）功，定容过程是一种系统比体枳不变，对控

制质量或说系统容积不变的过程，因此说定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程是正确的；

②绝热过程指的是系统不与外界交换热量的过程。系统在过程中不与外界交换热量，这仅表

明过程中系统与外界间无伴随热流的皤流存在，但若为不可逆过程，由于过程中存在熠产，

则系统经历该过程后会因有炳的产生而发生端的额外增加，实际上只是可逆的绝热过程才

是定嫌过程，而不可逆的绝热过程则为端增大的过程，故此说法不正确；

③多边过程是指遵循方程Pvn=常数（n为某一确定的实数）的那一类热力过程，这种变化

规律虽较具普遍性，但并不包括•切过程，因此说多变过程即任意过程是不正确的。

为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量方程式中？

答：当流体流动时，上游流体为了在卜游占有一个位置，必须将相应的卜游流体推挤开去，

当有流体流进或流出系统时，上、下游流体间的这种推挤关系，就会在系统与外界之间形成

一种特有的推动功（推进功或推出功）相互作用。反之.闭口系统由于不存在流体的宏观流

动现象，不存在上游流体推挤下游流体的作用，也就没有系统与外间的推动功作用，所以

在闭口系统的能量方程式中不会出现推动功项。

经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复

原来状态？

答:所谓过程不可逆，是指•并完成该过程的逆过程后，系统和它的外界不可能同时恢复到

他们的原来状态，并非简单地指系统不可能回复到原态。同理，系统经历正、逆过程后恢复

到了原态也并不就意味着过程是可逆的：过程是否可逆，还得看与之发生过相互作用的所有

外界是否也全都回复到了原来的状态，没有遗留下任何变化。原则上说来经历一个不可逆过

程后系统是可能恢复:到原来状态的，只是包括系统和外界在内的整个系统则一定不能恢聂

原来状态。

1.比热是过程量，定压比热Bo

A.表示比体积一定时比内能随温度的变化..B.是温度与压力的状态函数

C.与系统质量成正............D.也是过程量

2.对闭口系任意微元过程，若系统的燧变等于零，则_C

A.该过程可....B.该过程不可....C.无法判定过程的可逆与..D.必为吸热过.

3.概括性卡诺循环热机的效率可以表示为—A。

A・・・・,B・・・・•・・・・D・.

（下标“1”表示高温，“2”表示低温，“net”表示循环）

4.理想气体多变过程的比热为_D_。

A.........B..........C............D..

5.在压缩比相同、吸热量相同时，定容加热循环（Oil。）、定压加热循环（Diesel）和混合

加热循环的效率（）大小依次为B。

A・・・・•»•««•

6.对于闭口系绝热过程，错误的表述是Do

A.燧变等于燧...B.过程功的大小等于内能..C.病变必大于...D.必为等隔过.

7,准平衡过程是指的过程。

A.弛豫时间很不平衡势差无限..C.温差无限.....D.乐差无限小

8.理想气体的比内能和比培C—。

A.是温度与压力的函.............B.是压力的函数

C.在初终态压力不同,温度相同时的变化值相..D.在初终态压力相同,温度不相同时的变化

值相同

9.适用于—C—o

A.定乐过...B.准平衡过..C.无耗散的准平衡过程（可逆过程w=PdV....D.理想气体的

任意过程

10.湿空气B。

A.可当作纯物质来处...........B.中的干空气与水蒸汽均可视为理想气体

C.中的干空气与水蒸汽的状杰由分体积定律确.D.中的干空气必须视为混合物

11.在理想气体压容图上，等端线C___。

A.的斜率为...B.比等温线平...C.比等温线...D.的斜率..

12.闭系经历一不可逆循环，作循环功5KJ,则_D_。

A.燧变小于.....B.循环热小于5K..c'变大于...D.循环热等于5KJ

13.空气的平均分子量为28.97,定压比热=1004J/（kg.K）,其定容比热为一A

J/（kg.K）,

A.71.........B.0.71....C.100....D.2006

15.相同初终态参数条件下，不可逆过程的B.

A.燧变一定大于可逆过程的端........B.焰差一定等于可逆过程的焰差

C.燧变一定小于可逆过程的端........D.焰差一定小于可逆过程的焰差

16.1kg理想气体在一容器内作绝热自由膨胀，体积扩大了两倍，炳差为_A

儿....民..C.■a■D.

17.湿空气的相对湿度=1CO%时，表明空气中B0

A,只有水蒸.........B.的水蒸气处于饱和状..

C.的水蒸气的绝对含量很的干空气处于饱和状态

18.湿空气的状态可以由A确定。

A.3个强度参...B.总压与干球温..C.总压与相对湿...D.比玲和湿球温度

19.摄氏温标Bo

A.是经验温.......B,是由热力学温标导出的温.

C.有两个基准......D.在水的冰点与沸点无量测误差

20.与理想气体比较，实际气体的最大两个特点是A.

A.分子占有体积和分子间有作用........B.分子占有体积和压缩因子等1

C.压缩因子等于1和分子间有作用.......D.以上选择都

含湿量（比湿度）：在含有1kg干空气的湿空气中，所混有的水蒸气质量

开尔文说法：只冷却一个热源而连续不断作功的循环发动机是造不成功的。

克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。

系统经历一可逆止向循环及其逆向可逆循环后，系统和外界有什么变化？若上述正向及

逆向循环中有不可逆因素♦，则系统及外界有什么变化？

答：系统完成一个循环后接着又完成其逆向循环时，无论循环可逆与否，系统的状态都不

会有什么变化。根据可逆的概念，当系统完成可逆过程（包括循环）后接着又完成其逆向过

程时，与之发生相互作用的外界也应一一回复到原来的状态，不遗留下任何变化；若循环中

存在着不可逆因素，系统完成的是不可逆循环时，虽然系统回复到原来状态，但在外界一

定会遗留下某种永远无法复原的变化。

（注意：系统完成任何一个循环后都恢复到原来的状态，但并没有完成其“逆过程”，因此

不存在其外界是否“也恢复到原来状态”的问题。一般说来，系统进行任何一种循环后都必

然会在外界产生某种效应，如热变功，制冷等，从而使外界有了变化。）

马赫数：工质（如气体和蒸汽）的流速Wg与当地音速C之比。

临界压力比：气体速度等于当地音速的截面为临界截面，临界截面上的压力即临界压力

Per与气体进口压力P1之比。Bcr=Pcr/Pl.

干度：工程上通常给出的“干度”表示1kg湿蒸汽中含有Xkg的饱和蒸汽。

露点：未饱和空气中的过热蒸汽在水蒸气分压力不变的情况I'；冷却至饱和蒸汽时的温度称

为未饱和空气的露点，或湿空气中水蒸气分压力Pv相应的饱和温度即为露点。

过热蒸汽：蒸汽温度I高丁其压力p所对应的饱和温度电这种蒸汽称为过热蒸汽。过热蒸

汽的P和T是两个相互独立的参数。

热力学第•定律解析式有时写成下列两种形式：

q=Aw+w

分别讨论上述两式的适用范围。

答：第一个公式为热力学第一定律的最普遍表达，原则上适用于不作宏观运动的一切系统的

所有过程；第二个表达式中由于将过程功表达成，这只是对简单可压缩物质的可逆过程才

正确，因此该公式仅适用于简单可压缩物质的可逆过程。

增增原理:孤立系统中，如进行的过程是可逆过程，其燧保持不变，如为不可逆过程，其熠增

加，不论进行什么过程,其端不可能减少。

热力学第一定律的能量方程式是否可写成

q=9+Pv

夕2一%=（"2一"I）+（卬2-W\）

的形式，为什么？

答：⑴热力学第一定律的基本表达式是：

过程热量=工质的热力学能变化+过程功

第一个公式中的PV并非过程功的正确表达，因此该式是不成立的：

⑵热量和功过程功都是过程的函数，并非状态的函数，对应于状态1和2并不存在什么

ql.q2和wl.w2；对于过程卜2并不存在过程热量和过程功，因此第二个公式也是不成

立的。

黑度：实际物体的辐射力E与同温度下绝对黑体的辐射力E。之比值。E/E。,黑度表征着

物体轴射力接近黑体辅射力的程度。

灰体：在所有波长下，物体的单色辐射力E、与同温度，同波长下黑体单色辐射力E。入之

比为定值的物体。

准静态过程：过程进行得非常缓慢.使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到

新的平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近平衡状态，整个过程可看作

是由一系列非常接近平衡态的状态所组成，并称之为准静态过程。

在闭口热力系的定容过程中，外界对系统施以搅拌功6w,问这时5。=mcvdT是否成立？

答：不成立。只是在内部可逆的单纯加热过程中（即无不可逆模式功存在时）才可以通过热

容与温度变化的乘积来计算热量，或者原则地讲，只是在在可逆过程中（不存在以非可逆功

模式做功的时候）才可以通过上述热量计算公式计算热量。对工质施以搅拌功时是典型的不

可逆过程。

相对湿度：湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度的比值

循环热效率公式和是否完全相同？各适用于哪些场合？

答：不完全相同。前者是循环热效率的普遍表达，适用于任何指环：后者是卡诺循环热效率

的表达，仅适用于卡诺循环，或同样工作于温度为T1的高温热源利温度为T2的低温热源间

的一切可逆循环。

黑体：能全部吸收外来射线，即的物体

经验温标的缺点是什么？为什么？

答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一和温度标定规则所得到的温标

称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采

用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同

的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验

温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点.

灰体：指物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或它的单色发

射率不随波长变化。

刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A中存有高压空气，B中保持真空，如图所示。若将

隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有•小孔，气体泄漏人B中，

分析A.B两部分压力相同时A.B两部分气体的比热力学能如何变化？

答：⑴定义容器内的气体为系统，这是一个控制质量。

由于气体向真空作无阻自由膨胀，不对外界作功，过程功；容器乂是绝热的，过程的

热量，因此，根据热力学第一定律，应有，即容器中气体的总热力学能不变，膨胀

后当气体重新回复到热力学平衡状态时，其比热力学能亦与原来一样，没有变化：若为理想

气体，则其温度不变。

（2）当隔板上有一小孔，气体从A泄漏人B中，若隔板为良好导热体,A.B两部分气

体时刻应有相同的温度，当A.B两部分气体压力相同时，A.B两部分气体处于热力学平

衡状态，情况像上述作自由膨胀时一样,两部分气体将有相同的比热力学能，按其容积

比分配气体的总热力学能：若隔板为绝热体，则过程为A对B的充气过程，由于A部

分气体需对进入B的那一部分气体作推进功，充气的结果其比热力学能符比原来减少,

B部分气体的比热力学能则会比原来升高，最终两部分气体的压力会达到平衡，但A部

分气体的温度将比B部分的低

对于理想气体的任何•种过程,下列两组公式是否都适用：

△〃=Cv（，2-0）J<7=-/））

A«=CV（/2

ZV?=Cp«2T]）[t/=zV2=cp（r2-fj）

答：因为理想气体的热力学能和熔为温度的单值函数，只要温度变化相同,不论经历任何过

程其热力学能和焰的变化都会相同，因此，所给第一组公式对理想气体的任何过程都是适用

的；但是第二组公式是分别由热力学第一定律的第一和第二表达式在可逆定容和定压条件下

导出，因而仅分别适用于可逆的定容或定压过程。就该组中的两个公式的前一段而言适用于

任何工质，但对两公式后一段圻表达的关系而言则仅适用于理想气体。

在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过

程气体的温度不变，在定温膨胀过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计

算？

答：在气体定温膨胀过程中实际上是需要加入热量的。定温过程中气体的比热容应为无限大,

应而不能以比热容和温度变化的乘积来求解，最基本的求解关系应是热力学第一定律的基

本表达式：q=Au+w。

下述说法是否有错误：

⑴燧增大的过程必为不可逆过程：⑵使系统燧增大的过程必为不可逆过程；

（3）燧产&>0的过程必为不可逆过程；（4）不可逆过程的燃变AS无法计算：

⑸如果从同一初始态到同一终态有两条途径，一为可逆，另一为不可逆，则

不可逆>AS可逆、Sf不可逆>Sf可逆、Sg不可逆>Sg可逆;

⑹不可逆绝热膨胀的终态烟大于初态熠j,S2>S1,不可逆绝热压缩的终态墉小于初态端

S2〈S1；⑺工质经过不可逆循环有：o

答:⑴说法不正确。系统的燧变来源于熠产和热端流两个部分，其中燧产必定是正值（含

零），热焙流则可为正值，亦可为负值。当系统吸热时热燧流为正值，即便是可逆过程（墉

产为零）系统的燧也增大；

⑵此说法与⑴是一样的。如果所说的“系统”指的是孤立系统则说法是正确的。不过实

在不应该这样含糊“系统”这一概念！

⑶根据端产原理.，这一说法是正确的。

⑷此说法完