热工基础思考题答案第章.docx

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热工基础思考题答案第章

思考题

第一章

1.平衡状态与稳定状态有何区别？

热力学中为什幺要引入平衡态得概念？

答:

平衡状态就是在不受外界影响得条件下,系统得状态参数不随时间而变化得状态。

而稳定状态则就是不论有无外界影响,系统得状态参数不随时间而变化得状态。

可见平衡必稳定,而稳定未必平衡。

热力学中引入平衡态得概念,就是为了能对系统得宏观性质用状态参数来进行描述。

2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？

若工质得压力不变,问测量其压力得压力表或真空计得读数就是否可能变化？

答:

不能,因为表压力或真空度只就是一个相对压力。

若工质得压力不变,测量其压力得压力表或真空计得读数可能变化,因为测量所处得环境压力可能发生变化。

3．当真空表指示数值愈大时,表明被测对象得实际压力愈大还就是愈小？

答:

真空表指示数值愈大时,表明被测对象得实际压力愈小。

4、准平衡过程与可逆过程有何区别？

答:

无耗散得准平衡过程才就是可逆过程,所以可逆过程一定就是准平衡过程,而准平衡过程不一定就是可逆过程。

5、不可逆过程就是无法回复到初态得过程,这种说法就是否正确？

答:

不正确。

不可逆过程就是指不论用任何曲折复杂得方法都不能在外界不遗留任何变化得情况下使系统回复到初态,并不就是不能回复到初态。

6、没有盛满水得热水瓶,其瓶塞有时被自动顶开,有时被自动吸紧,这就是什幺原因？

答:

水温较高时,水对热水瓶中得空气进行加热,空气压力升高,大于环境压力,瓶塞被自动顶开。

而水温较低时,热水瓶中得空气受冷,压力降低,小于环境压力,瓶塞被自动吸紧。

7、用U形管压力表测定工质得压力时,压力表液柱直径得大小对读数有无影响？

答:

严格说来,就是有影响得,因为U型管越粗,就有越多得被测工质进入U型管中,这部分工质越多,它对读数得准确性影响越大。

第二章

绝热刚性容器,中间用隔板分为两部分,左边盛有空气,右边为真空,抽掉隔板,空气将充满整个容器。

问:

⑴空气得热力学能如何变化？

⑵空气就是否作出了功？

⑶能否在坐标图上表示此过程？

为什么？

答:

（1）空气向真空得绝热自由膨胀过程得热力学能不变。

（2）空气对外不做功。

（3）不能在坐标图上表示此过程,因为不就是准静态过程。

2、下列说法就是否正确？

⑴气体膨胀时一定对外作功。

错,比如气体向真空中得绝热自由膨胀,对外不作功。

⑵气体被压缩时一定消耗外功。

对,因为根据热力学第二定律,气体就是不可能自压缩得,要想压缩体积,必须借助于外功。

⑶气体膨胀时必须对其加热。

错,比如气体向真空中得绝热自由膨胀,不用对其加热。

⑷气体边膨胀边放热就是可能得。

对,比如多变过程,当n大于k时,可以实现边膨胀边放热。

⑸气体边被压缩边吸入热量就是不可能得。

错,比如多变过程,当n大于k时,可以实现边压缩边吸热。

⑹对工质加热,其温度反而降低,这种情况不可能。

错,比如多变过程,当n大于1,小于k时,可实现对工质加热,其温度反而降低。

4.“任何没有体积变化得过程就一定不对外作功”得说法就是否正确？

答:

不正确,因为外功得含义很广,比如电磁功、表面张力功等等,如果只考虑体积功得话,那么没有体积变化得过程就一定不对外作功。

5.

试比较图2-6所示得过程1-2与过程1-a-2中下列各量得大小:

⑴W12与W1a2;

（2）∆U12与∆U1a2;（3）Q12与Q1a2

答:

（1）W1a2大。

（2）一样大。

（3）Q1a2大。

6.说明下列各式得应用条件:

⑴

闭口系得一切过程

⑵

闭口系统得准静态过程

⑶

开口系统得稳定流动过程,并且轴功为零

⑷

开口系统得稳定定压流动过程,并且轴功为零;或者闭口系统得定压过程。

7.膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？

流动功得大小与过程特性有无关系？

答:

膨胀功就是系统由于体积变化对外所作得功;轴功就是指工质流经热力设备（开口系统）时,热力设备与外界交换得机械功,由于这个机械工通常就是通过转动得轴输入、输出,所以工程上习惯成为轴功;而技术功不仅包括轴功,还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能与势能）得变化;流动功又称为推进功,1kg工质得流动功等于其压力与比容得乘积,它就是工质在流动中向前方传递得功,只有在工质得流动过程中才出现。

对于有工质组成得简单可压缩系统,工质在稳定流动过程中所作得膨胀功包括三部分,一部分消耗于维持工质进出开口系统时得流动功得代数与,一部分用于增加工质得宏观动能与势能,最后一部分就是作为热力设备得轴功。

对于稳定流动,工质得技术功等于膨胀功与流动功差值得代数与。

如果工质进、出热力设备得宏观动能与势能变化很小,可忽略不计,则技术功等于轴功。

第三章

1.理想气体得与之差及与之比就是否在任何温度下都等于一个常数？

答:

理想气体得与之差在任何温度下都等于一个常数,而与之比不就是。

2.如果比热容就是温度t得单调增函数,当时,平均比热容、、中哪一个最大？

哪一个最小？

答:

由、、得定义可知

其中

其中

其中

因为比热容就是温度t得单调增函数,所以可知>,又因为

故可知最大,

又因为:

所以最小。

2.如果某种工质得状态方程式遵循,这种物质得比热容一定就是常数吗？

这种物质得比热容仅就是温度得函数吗？

答:

不一定,比如理想气体遵循此方程,但就是比热容不就是常数,就是温度得单值函数。

这种物质得比热容不一定仅就是温度得函数。

由比热容得定义,并考虑到工质得物态方程可得到:

由此可以瞧出,如果工质得内能不仅仅就是温度得函数时,则此工质得比热容也就不仅仅就是温度得函数了。

2.在图上画出定比热容理想气体得可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆定温加热过程与可逆绝热膨胀过程。

答:

图中曲线1为可逆定容加热过程;2为可逆定压加热过程;3为可逆定温加热过程;4为可逆绝热膨胀过程。

因为可逆定容加热过程容积v不变,过程中系统内能增加,所以为曲线1,从下向上。

可逆定压加热过程有:

所以此过程为过原点得射线2,且向上。

理想气体得可逆定温加热过程有:

所以为曲线3,从左到右。

可逆绝热膨胀过程有:

所以为图中得双曲线4,且方向朝右（膨胀过程）。

3.将满足空气下列要求得多变过程表示在图图上

⑴空气升压,升温,又放热;

⑵空气膨胀,升温,又放热;（此过程不可能）

⑶得膨胀过程,并判断、、得正负;

⑷得压缩过程,判断、、得正负。

答:

（1）空气升温、升压、又放热有:

此多变过程如图所示,在p－v图上,此过程为沿着几条曲线得交点A向上,即沿压力与温度增加得方向;在T-s图上此过程为沿着几条曲线得交点A向上。

（2）空气膨胀,升温,又放热有:

此多变过程如图所示,然而要想就是过程同时满足膨胀过程就是不可能得。

（3）得膨胀过程,在p－v图上,膨胀过程体积增大,过程从几条曲线得交点A向下;在T－s图上,过程从几条曲线得交点A向下。

此过程为放热,对外做功,内能减少。

（4）得压缩过程,在p－v图上,压缩过程体积减小,过程从几条曲线得交点A向上;在T－s图上,过程从几条曲线得交点A向上。

此过程为放热,外界对空气做功,内能增加。

6.在图上,如何将理想气体任意两状态间得热力学能与焓得变化表示出来。

答:

理想气体得内能与焓都就是温度得单值函数,因此在图上,定内能与定焓线为一条平行于T轴得直线,只要知道初态与终态得温度,分别在图上找到对应温度下得定内能与定焓直线,就可以确定内能与焓得变化值。

7.凡质量分数较大得组元气体,其摩尔分数就是否也一定较大？

试举例说明之。

答:

根据质量分数与摩尔分数得关系,有:

从上式可以瞧出,对成分一定得混合气体,分母为常数,因此摩尔分数取决于其质量分数与摩尔质量得比值,对于质量分数较大得组元,如果摩尔质量也很大,那么它得摩尔分数可能并不大。

8.理想混合气体得比热力学能就是否就是温度得单值函数？

其就是否仍遵循迈耶公式？

答:

不就是。

因为理想混合气体得比热力学能为:

其中xi就是摩尔组分,而ui就是温度得单值函数,所以理想混合气体得比热力学能不仅就是温度得函数,还就是成分得函数,或者说对于成分固定得混合理想气体,其内能仅就是温度得单值函数。

其仍遵循迈耶公式,因为:

9.有人认为由理想气体组成得封闭系统吸热后,其温度必定增加,这就是否完全正确？

您认为哪一种状态参数必定增加？

答:

不正确,因为对于成分固定得混合理想气体,其内能就是仅就是温度得单值函数,如果在过程中吸热得同时对外作正功,当作得正功大于吸热量,其内能必然减少,温度必然降低。

只有熵值必定增加,因为根据克劳休斯不等式有:

其中等号适用于可逆过程,不等号适用于不可逆过程,对于不可逆过程,T为热源得温度,由于温度T恒大于零,所以当过程为吸热过程（）时,系统得熵必然增加。

10.

图3－17所示得管段,在什么情况下适合作喷管？

在什么情况下适合作扩压管？

答:

当时,要想使气流得速度增加,要求喷管得截面积沿气流方向逐渐减小,即渐缩喷管;而当时,要想使气流得速度增加,要求喷管得截面积沿气流方向逐渐增加,即渐扩喷;而对于先缩后扩得缩放喷管（也称拉戈尔喷管）,在最小截面处气流得流速恰好等于当地声速。

所以对于亚声速气流,渐缩管适用于做喷管,渐扩管适用于做扩压管,缩放管适用于做喷管;对于超声速气流,渐缩管适用于做扩压管,渐扩管适用于做喷管。

第四章

1.循环得热效率公式

与

有何区别？

各适用什么场合？

答:

前式适用于各种可逆与不可逆得循环,后式只适用于可逆得卡诺循环。

2.循环输出净功愈大,则热效率愈高;可逆循环得热效率都相等;不可逆循环得热效率一定小于可逆循环得热效率,这些说法就是否正确？

为什么？

答:

不正确,热效率为输出净功与吸热量得比,因此在相同吸热量得条件下,循环输出得出净功愈大,则热效率愈高。

不就是所有得可逆循环得热效率都相等,必须保证相同得条件下。

在相同得初态与终态下,不可逆循环得热效率一定小于可逆循环得热效率。

3.热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能,而热能不可能全部变为机械能”？

答:

不对,必须保证过程结束后对系统与外界没有造成任何影响这一条件。

否则热能可以全部变为机械能,比如理想气体得定温膨胀过程,系统把从外界吸收得热量全部转化为机械能,外界虽然没有任何任何变化,但就是系统得体积发生改变了。

4.下列说法就是否正确？

为什么？

⑴熵增大得过程为不可逆过程;

⑵不可逆过程得熵变

无法计算;

3若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态,则不可逆途径得

必大于可逆途径得

;

4工质经历不可逆循环后

;

5自然界得过程都就是朝着熵增得方向进行得,因此熵减小得过程不可能实现;

6工质被加热熵一定增大,工质放热熵一定减小。

答:

（1）不正确,只有孤立系统才可以这样说;

（2）不正确,S为状态参数,与过程无关,知道初态与终态就可以计算;

（3）不对,S为状态参数,与过程无关,相等;

（4）不对,工质经历可逆与不可逆循环后都回到初态,所以熵变为零。

（5）不对,比如系统得理想气体得可逆定温压缩过程,系统对外放热,熵减小。

（6）工质被加热熵一定增大,但就是系统放热,熵不一定减小。

如果就是可逆过程,熵才一定减小。

5.若工质从同一初态出发,分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同得终压力,两过程终态得熵哪个大？

对外作得功哪个大？

试用坐标图进行分析、

答:

不可逆过程熵大,可逆过程作功大

6.如果工质从同一初态出发,分别经历可逆定压过程与不可逆定压过程,从同一热源吸收了相同得热量,工质终态得熵就是否相同？

为什么？

答:

不相同,因为二者对外所作得功不同,而它们从同一热源吸收了相同得热量,所以最终二者内能得变化不同,故此二者得终态不同,由于熵就是状态参数,它们从同一初态出发,故终态得熵不同。

7.工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态,问能否通过一个绝热过程使工质回到初态？

答:

不能,工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态,其熵增加,要想使其回到初态,过程得熵必须减少,而绝热过程就是不能使其熵减少得,故不能通过一个绝热过程使其回到初态。

8.系统在某过程中从热源吸热20kJ,对外作功25kJ,请问能否通过可逆绝过程使系统回到初态？

为什么？

能否通过不可逆绝热过程使系统回到初态？

答:

根据克劳休斯不等式,我们知道系统在过程中得熵变满足:

即:

系统得熵增加,要想使系统回到初态,新得过程必须使系统熵减少,而可逆绝热过程熵不变,不可逆绝热过程熵增加,因而不可能通过一个可逆过程或者一个不可逆过程使系统回到初态。

9.闭口系统经历了一不可逆过程对外作功10kJ,同时放出热量5kJ,问系统

得熵变就是正、就是负还就是不能确定？

答:

熵就是状态参数,功与热量都就是过程量,所以不能确定系统得熵变。

第五章

1.热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度得地方,而不能安装在热水容器上面,为什么？

答:

保证其压力。

2.锅炉产生得水蒸气在定温过程中就是否满足得关系？

为什么？

答:

不对,因为水蒸气不能瞧作就是理想气体,其内能不仅就是温度得函数,还就是压力得函数,故此定温过程内能就是改变得,不等于0。

3.有无0℃或低于0℃得蒸汽存在？

有无低于0℃得水存在？

为什么？

答:

有0℃或低于0℃得蒸汽存在,只要压力足够低就可能,但就是没有低于0℃得水存在,因为水得三相点温度为0、01℃,低于三相点温度,只可能就是固态或就是气态。

4.25MPa得水,就是否也象1MPa得水那样经历汽化过程？

为什么？

答:

不可以,因为水得临界点压力为22、12MPa,故此,当压力高于临界压力时,它得汽化不经过气液两相区,而就是由液相连续得到达气相。

5.适用于任何工质得定压过程。

水蒸气定压汽化过程中dT=0,由此得出结论,水定压汽化时,此结论就是否正确？

为什么？

答:

不正确,因为定压汽化过程中发生了相变,上式只适用于不发生相变得过程。

6.试解释湿空气、湿蒸汽、饱与湿空气。

答:

湿空气:

含水蒸汽得空气;

湿蒸汽:

含有液态水得水蒸气;

饱与湿空气:

相对湿度为100％得湿空气。

7.对未饱与湿空气与饱与湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者得大小。

答:

未饱与湿空气:

干球温度>湿球温度>露点温度

饱与湿空气:

干球温度>湿球温度＝露点温度

8.在相同得温度及压力下,湿空气与干空气相比,那个密度大？

答:

干空气得密度大。

9.同一地区阴雨天得大气压力为什么比晴朗天气得大气压力低？

答:

阴雨天相对湿度高,水蒸气分压力大。

10.若两种湿空气得总压力与相对湿度相同,问:

温度高得湿空气含湿量大还就是温度低得湿空气含湿量大？

为什么？

答:

由,在相同相对湿度得情况下,温度高,Ps大,所以,温度高含湿量大。

11.早晨有雾,为什么往往就是好天气？

答:

早晨有雾,说明湿空气中含有许多小水滴,湿空气为饱与湿空气,当温度逐渐上升后,小水滴逐渐汽化,所以往往就是好天气。

第六章

1.试画出简单蒸汽动力装置得系统图、简单蒸汽动力循环得p-v图与T-s图。

2.既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环得热效率,能否将全部蒸汽抽出来用于回热？

为什么回热能提高热效率？

答:

采用回热措施,虽然对每kg蒸汽来说做功量减少,但抽汽在凝结时所放出得潜热却全部得到得利用,进入锅炉给水温度提高了,使每kg工质在锅炉中吸收得热量大为减少,因此,提高了循环效率。

但抽汽量不就是越多越好,就是根据质量守恒与能量守恒得原则确定得。

3.蒸汽动力装置循环热效率不高得原因就是冷凝器放热损失太大,如取消冷凝器而用压缩机将乏气直接升压送回锅炉就是否可以？

答:

乏气如果就是水汽混合得,则不能进行压缩。

如果全部就是气体进行压缩,则体积流量太大,需要采用大尺寸得机器设备,就是不利得。

4.卡诺循环优于相同温度范围得其它循环,为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环？

答:

与郎肯循环相同温限得卡诺循环,吸热过程将在气态下进行,事实证明气态物质实现定温过程就是十分困难得,所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用。

那么,能否利用饱与区（气液两相区）定温定压得特性形成饱与区得卡诺循环,从原理上瞧就是可能得,但就是实施起来,有两个关键问题,一就是,汽轮机出口位于饱与区干度不高处,湿度太大使得高速运转得汽轮机不能安全运行,同时不可逆损失增大,其二,这样得卡诺循环,压缩过程将在湿蒸汽区进行,气液混与工质得压缩会给泵得设计与制造带来难以克服得困难,因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循环。

5.如果柴油机在使用过程中,喷油嘴保养不好,致使燃油雾化不良,燃烧延迟,问此时柴油机得经济性如何？

答:

燃烧延迟,没有充分膨胀便开始排气,这将使热效率显著降低,且排气冒黑烟,这就是很不好得。

6.今有两个内燃机得混合加热循环,它们得压缩比、初态、总得加热量相同,但两者得定容升压比λ不同,

（1）请在p-v图与T-s图上表示出这两个循环得相对位置;

（2）利用T-s图定性地比较这两个循环得热效率。

7.燃气轮机装置循环与内燃机循环相比有何优点？

为什么前者得热效率低于后者？

答:

燃气轮机与内燃机相比,没有往复运动机构,可以采用很高得转速,并且可以连续进气,因而可以制成大功率得动力装置。

但要保持燃气轮机长期安全运行,必须限制燃气进燃气轮机时得最高温度,目前为700—800︒C,所以效率比较低。

8.试述动力循环得共同特点。

答:

有工质在高温热源吸热,在低温热源放热,并对外输出功。