热工答案长沙理工大学出版傅俊萍.docx
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热工答案长沙理工大学出版傅俊萍
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的概念？
答：
平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。
热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的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？
若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？
答：
不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。
若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。
3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？
答：
真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。
4.准平衡过程与可逆过程有何区别？
答：
无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。
准平衡过程只注重的是系统内部而可逆过程是内外兼顾！
5.不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？
答：
不正确。
不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。
引起其他变化时是可以回到初态的！
习题
1-1解：
1.
2.
3.
4.
1-2
1-3
解：
由于压缩过程是定压的，所以有
1-4
解：
改过程系统对外作的功为
第二章
（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。
（2）空气对外不做功。
（3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。
根据q=u+w分析
2.下列说法是否正确？
⑴气体膨胀时一定对外作功。
错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，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，气体是不可能自压缩的，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，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。
⑷气体边膨胀边放热是可能的。
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是不可能的。
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.“任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？
答：
不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面张力功等等，如果只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。
5.
试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的大小：
⑴W12与W1a2；
（2）U12与U1a2；（3）Q12与Q1a2
答：
（1）W1a2大。
（2）一样大。
（3）Q1a2大。
6.说明下列各式的应用条件：
⑴
闭口系的一切过程
⑵
闭口系统的准静态过程
⑶
开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零
⑷
开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。
2-1
2-2
过程
QkJ
WkJ
UkJ
1-2
1390
0
1390
2-3
0
395
-395
3-4
-1000
0
-1000
4-1
0
-5
5
2-3
压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：
忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg压缩空气所需的轴功为：
定义式h=u+pv
所以带动此压气机所需的功率至少为：
2-4
第三章
1前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。
2答：
不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。
不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。
在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。
3
41）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，和过程无关，知道初态和终态就可以计算；
（3）不对，S为状态参数，和过程无关，
相等；
（4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。
（5）不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。
（6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。
如果是可逆过程，熵才一定减小。
5根据克劳休斯不等式，我们知道系统在过程中的熵变满足：
即：
系统的熵增加，要想使系统回到初态，新的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。
3-1解:
由热量守恒
由克劳休斯不等式：
3-2
3-3解：
采用电炉取暖时，
当采用电动机带动卡诺热泵时，
3-4
（1）热效率为
（2）吸热
放热
（3）性能系数
得到
所
3=5解：
对于制冷机
对于热机
3-6解：
理想气体的内能是温度的单值函数，气体向真空的膨胀过程系统对外不作功，且过程绝热，系统的内能不变，故气体温度不变：
由
得到
热力学能变化为
熵的变化为
3-7
3-8把闭口系统和热源取为研究的热力学系统，为孤立系，根据孤立系统熵增原理：
所以该过程是不可能的
第六章
既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，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的潜热却全部得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每kg工质在锅炉中吸收的热量大为减少，因此，提高了循环效率。
但抽汽量不是越多越好，是根据质量守恒和能量守恒的原则确定的。
3.蒸汽动力装置循环热效率不高的原因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是否可以？
答：
乏气如果是水汽混合的，则不能进行压缩。
如果全部是气体进行压缩，则体积流量太大，需要采用大尺寸的机器设备，是不利的。
4.卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，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的卡诺循环，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是十分困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用。
那么，能否利用饱和区定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环，从原理上看是可能的，但是实施起来，有两个关键问题，一是，汽轮机出口位于饱和区干度不高处，湿度太大使得高速运转的汽轮机不能安全运行，同时不可逆损失增大，其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区进行，气液混和工质的压缩会给泵的设计和制造带来难以克服的困难，因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循环。
6-1某朗肯循环新蒸汽的参数为P1=4MPa、t1=400°C，乏气的压力P2=4kPa，忽略泵功，试计算此循环的循环净功、加热量、热效率及乏气的干度x。
如果t1=550°C呢？
解：
①1点：
P1=4MPa,t1=400C
查表得：
h1=3215.71kJ/kg,s1=6.773kJ/（kg.K）2点：
s2=s1=6.773kJ/（kg.K）,P2=4KPa查表得：
h2=2040.13kJ/kg,x=0.789
3（4）点：
由P3=P2=4KPa查表得：
h3=121.29kJ/kg
吸热量：
q1=h1-h3=3215.71－121.29=3094.42kJ/kg净功量：
wnet=h1-h2=3215.71－2040.13=1175.58kJ/kg
热效率：
=
wnet1175.58
==37.99%q13094.42
干度：
x=0.789
②1点：
由P1=4MPa,t1=550C
查表得：
h1=3558.58kJ/kg,s1=7.233kJ/（kg.K）
2点：
由s2=s1=7.233kJ/（kg.K）,P2=4kPa查表得：
h2=2179.11kJ/kg,x=0.8463（4）点：
由P3=4kPa,
查表得:
h3=121.29kJ/kg
吸热量：
q1=h1－h3=3558.58－121.29=3437.29kJ/kg净功量：
wnet=h1－h2=3558.58-2179.11=1379.47kJ/kg热效率：
=
wnet1379.47
==40.13%q13437.29
干度：
x=0.846
6-2某蒸汽动力装置，气轮机入口蒸汽的参数为P1=13MPa,t1=535°C,在气轮机内膨胀做功至干饱和蒸汽后被送入再热器，在定压下重新加热到535°C，再进入气轮机后半部继续膨胀至乏气压力7kPa,如蒸汽流量为200t/h，忽略泵功，计算气轮机的轴功、循环效率及乏气干度x。
设煤的发热量为2104kJ/kg,求理论煤耗量。
解：
1点：
由P1=13MPa,t1=535C得：
h1=3430.18kJ/kg,s1=6.559kJ/（kg.K）
5点：
由s5=s1=6.559kJ/（kg.K）,得：
P5=1.082MPa，h5=2779.07kJ/kg
5，t1t5535C得：
1点：
由P1P
35537.822kJ/（kg.K）h1.50kJ/kg，s1
，P2=7KPa得：
2点：
由s2s1
h2=2430.67kJ/kg，x2=0.941
3（4）点：
由P3=P2得：
h3=163.38kJ/kg
吸热量：
h53430q1h1h3h1.18163.383553.502779.07
4041.23kJ/kg
净功量：
h23430wneth1h5h1.182779.073553.52430.67
1773.94kJ/kg
热效率：
煤耗率＝
wnet1773.94
43.90%q14041.23
q1200
40.41t/h4
210
6-3某船用理想蒸汽动力装置，气轮机入口新蒸汽参数为P1=6MPa、t1=560°C,冷凝器内蒸汽压力为6kPa,忽略泵功，求循环热效率。
若该装置的功率为10MW，求每小时耗汽量为多少？
解：
1点：
由P1=6MPa,t1=560C得：
h1=3562.68kJ/kg,s1=7.057kJ/（kg.K）
2点：
由s2=s1,P2=6kPa得：
h2=2173.35kJ/kg,x=0.8369
3（4）点：
由P3=P2得：
h3=151.5kJ/kg
吸热量
：
q1=h1－h3=3562.68－151.5=3411.18kJ/kg
净功量：
wnet=h1-h2=3562.68-2173.35=1389.33kJ/kg
热效率：
wnet1389.33
40.73%q13411.18
101033600
25.91t/h
wnet
6-4某蒸汽动力装置采用一次抽汽回热循环，气轮机入口的参数为P1=10MPa,t1=400°C,冷凝器压力P2=0.05MPa,当蒸汽膨胀至2MPa时抽出kg蒸汽进入混合式加热器，定压放热以加热来自冷凝器的（1－）kg冷凝水，使其成为抽汽压力下的饱和水，经水泵加压后送回锅炉。
求此循环的热效率机1kg工质所作的轴功。
解：
1点：
由P1=10MPa,t1=400C得：
h1=3099.93kJ/kg,s1=6.218kJ/（kg.K）
a点：
由sa=s1,Pa=2MPa得：
ha=2739.62kJ/kg
2点：
由s2=sa,P2=0.05MPa得：
h2=2157.95kJ/kg,x=0.788
3（4）点：
由P3=P2得：
h3=340.58kJ/kg
5（6）点：
由P5=Pa得：
h5=908.57kJ/kg
抽汽量：
h5h31h5h3
热效率：
h5h3908.57340.580.2368hah32739.62340.5811
轴功：
h2h3
2157.95340.5836.71%110.2368
h1h53099.93908.57
ws=（h1-h5）=（3099.93-908.57）0.3671=804.45kJ/kg
第九章
9-2v=u/p
9-8
第十章
10-2
10-8
第十二章
思考题
1、P148（伯努利方程的物理意义和几何意义）
2、当δ>ε时，层流底层完全淹没了管壁的粗糙不平，湍流核心区的流动不会受到管壁粗糙度的影响，就像在完全光滑的管内流动，称为“水利光滑”。
这种管道简称“光滑管”。
当δ<ε时，管壁的凹凸不平部分暴露于湍流核心区，突出部分会引起旋涡，形成新的能量损失。
管壁的粗糙度影响到了湍流，称为“水利粗糙”。
这种管称为“粗糙管”。
3、p157（层流、紊流）
4、P171（尼古拉兹实验曲线）
5、P174（水利半径、当量直径）
6、雷诺数减小，（根据公式可以判断）
十三章
1、何谓速度势和流函数？
他们是如何引进的？
具有什么性质？
P191
2、写出均匀直线流动、电源和电汇的流函数和势函数，并分别说明它们的速度分布和压强分布。
P194--197
3、（偶极流和绕圆柱体）
4、何谓边界层，它有哪些特征？
P205--206
5、粘性流体绕物体时有哪些阻力？
采取什么措施减小阻力？
P210
第14章
1.导热和对流的区别在于：
物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是：
在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
2.①傅立叶定律：
215页②牛顿冷却公式：
216页③斯忒藩－玻耳兹曼定律：
218页。
3.①导热系数的单位是：
W/（m.K）；②表面传热系数的单位是：
W/（m2.K）；③传热系数的单位是：
W/（m2.K）。
这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
4.当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。
第15章
1.物质系统内各个点上温度的集合称为温度场.它是时间和空间坐标的函数。
对于一维和二维、三维温度场，稳态时可分别表示为T=f（x）和T=f（x，y）、T=（x，y，z），非稳态时则分别表示为T=f（x，t）和T=f（x，y，t）、T=（x，y，z，t）。
物体各点的温度不随时间变动，这种温度场称为稳态温度场（或称定常温度场）。
2.224页，式（a）。
3.因为金属导电是由于自由电子的定向移动而产生的，而金属导热也是依靠自由电子的移动，所以，导电性能好的金属导热性能也好。
4.单值性条件就是使所研究的问题被唯一确定下来的条件；包括：
几何条件、物理条件、时间条件和边界条件等4种。
几何条件：
确定研究对象的空间区域；物理条件：
材料的热物性和有无内热源；时间条件：
导热过程在时间上进行的特点；边界条件：
研究对象与外部环境之间的换热条件。
5.冰箱壁结了霜以后,阻碍了冰箱里的空气与制冷管周围的冷空气的热量交换,使制冷效果降低。
冰箱的热量交换是通过冰箱壁传导的，金属是热的良导体，霜结成冰了，就阻隔了热量的交换。
冰箱化霜是为了提高制冷效率，降低功耗，延长冰箱的使用寿命。
6.两种物体在相同的环境中温度相同，但由于铁块是热的良导体，木块是不良导体，因此铁块比木块温度低是由于铁块传热比木块要快。
7.因为多孔结构可以很好地隔热，并且它容易制造、造价低，因此许多保温材料采用多孔结构。
8.为了增加传热面积即增大传热量，因此会给有些物体增加肋片；一定会增加。
十六章
1、非稳态导热油什么特点？
（P238）
2、傅里叶及逼握准则的表达式及物理意义（P239）
3、试以第三类边界条件下无限大平板的非稳态导热为例，
4、集总参数法（P243）
5、怎样改善热电偶温度反应特性？
（P245）
十七章
十八章
1、何谓灰体、黑体，对热辐射有何意义？
（P269--276
2、何谓发射率、吸收比、写出定义式（P273--275）
3、锅炉满负荷时炉膛中心火焰要比低负荷时明亮些，这是为什么？
低负荷运行时，容易产生下粉不均、风粉配合不协调，引起燃烧不稳。
4、为什么室外变压器一般涂以黑色油漆？
人们通过实验发现，当温度一定时，粗糙的、色泽较深的金属表面的黑度要比磨光的色泽较淡的金属表面的黑度高得多。
金属表面黑度越高，其热辐射能力越大。
因此，为增强各种电力设备表面的辐射散热能力，常在其表面涂上色泽较深的油漆，以使其表面黑度增高。
5、
6、基尔霍夫定律。
P276--277
7、
8、遮热板遮热原理。
P284--285
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