热工基础思考题答案第16章文档格式.docx
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(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。
3.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。
8.“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?
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。
9.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
(1)W1a2大。
(2)一样大。
图2-6思考题4附图
(3)Q1a2大。
4.说明下列各式的应用条件:
⑴quw
闭口系的一切过程
⑵qupdv
闭口系统的准静态过程
⑶qu(p2v2p1v1)
开口系统的稳定流动过程,并且轴功为零
⑷qup(v2v1)
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。
5.膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系?
流动功的大小与过程特性有无关
系?
膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功;
轴功是指工质流经热力设备(开口系统)时,
热力设备与外界交换的机械功,由于这个机械工通常是通过转动的轴输入、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(宏观动能和势
能)的变化;
流动功又称为推进功,1kg工质的流动功等于其压力和比容的乘积,它是工质
在流动中向前方传递的功,只有在工质的流动过程中才出现。
对于有工质组成的简单可压缩
系统,工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分,一部分消耗于维持工质进出开口系
统时的流动功的代数和,一部分用于增加工质的宏观动能和势能,最后一部分是作为热力设
备的轴功。
对于稳定流动,工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。
如果工质进、
出热力设备的宏观动能和势能变化很小,可忽略不计,则技术功等于轴功。
第三章
10.理想气体的cp和cv之差及cp和cv之比是否在任何温度下都等于一个常数?
理想气体的cp和cv之差在任何温度下都等于一个常数,而cp和cv之比不是。
11.如果比热容是温度t的单调增函数,当t2t1时,平均比热容
t
c|1、
c|2、
c|2中哪一
1
个最大?
哪一个最小?
由
c|的定义可知
2
c
cdt
1c(t
)
,其中0t1
2c(t
,其中0t2
c(t
,其中
t1t
因为比热容是温度t的单调增函数,所以可知
c|>
c|,又因为
tt
21
ctct
2tt
t0tttt
2222122
t(cctcct1cc
tt0t
)()0
110110
c|最大,故可知2
又因为:
cdtt
d
(t
)tc
12
t)tc
11
(tt)t(c
211
所以
c|最小。
6.如果某种工质的状态方程式遵循pvRgT,这种物质的比热容一定是常数吗?
这种物
质的比热容仅是温度的函数吗?
不一定,比如理想气体遵循此方程,但是比热容不是常数,是温度的单值函数。
质的比热容不一定仅是温度的函数。
由比热容的定义,并考虑到工质的物态方程可得到:
q
T
d(
u
w)
w
dT
p
v
R
g
由此可以看出,如果工质的内能不仅仅是温度的函数时,则此工质的比热容也就不仅仅是温
度的函数了。
12.在uv图上画出定比热容理想气体的可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆定
温加热过程和可逆绝热膨胀过程。
3
4
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;
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:
du
Tc
P
dv
cdv
cv
和
c为常数,且考虑到
v0时,u0,所以
所以此过程为过原点的射线2,且向上。
理想气体的可逆定温加热过程有:
uqw0qw0
气体对外做功,体积增加,
所以为曲线3,从左到右。
可逆绝热膨胀过程有:
dupdv
c1c1
dvu
kk
vk1v
、
为常数
所以为图中的双曲线4,且方向朝右(膨胀过程)。
7.将满足空气下列要求的多变过程表示在pv图Ts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)
⑶n1.6的膨胀过程,并判断q、w、u的正负;
⑷n1.3的压缩过程,判断q、w、u的正负。
pT
n=0
n=0A
n=1
A
1<
n<
k
n=±
∞n=kn=±
∞n=k
vs
(1)空气升温、升压、又放热有:
V
n1
0,
且
所以:
1nk
此多变过程如图所示,在p-v图上,此过程为沿着几条曲线的交点A向上,即沿压力和温
度增加的方向;
在T-s图上此过程为沿着几条曲线的交点A向上。
k1<
(2)空气膨胀,升温,又放热有:
此多变过程如图所示,然而要想是过程同时满足膨胀过程是不可能的。
n=1.6n=1.6
n=k
n=1n=0
AA
∞
∞n=1.6n=1.6n=k
(3)n1.6的膨胀过程,在p-v图上,膨胀过程体积增大,过程从几条曲线的交点A向
下;
在T-s图上,过程从几条曲线的交点A向下。
此过程为放热,对外做功,内能减少。
n=1.3
(4)n1.3的压缩过程,在p-v图上,压缩过程体积减小,过程从几条曲线的交点A向
上;
在T-s图上,过程从几条曲线的交点A向上。
此过程为放热,外界对空气做功,内能
增加。
8.在Ts图上,如何将理想气体任意两状态间的热力学能和焓的变化表示出来。
理想气体的内能和焓都是温度的单值函数,因此在Ts图上,定内能和定焓线为一条
平行于T轴的直线,只要知道初态和终态的温度,分别在Ts图上找到对应温度下的定内
能和定焓直线,就可以确定内能和焓的变化值。
9.凡质量分数较大的组元气体,其摩尔分数是否也一定较大?
试举例说明之。
根据质量分数和摩尔分数的关系,有:
x
i
M
从上式可以看出,对成分一定的混合气体,分母为常数,因此摩尔分数取决于其质量分数和
摩尔质量的比值,对于质量分数较大的组元,如果摩尔质量也很大,那么它的摩尔分数可能
并不大。
10.理想混合气体的比热力学能是否是温度的单值函数?
其cpcv是否仍遵循迈耶公式?
不是。
因为理想混合气体的比热力学能为:
umxu
imi
其中xi是摩尔组分,而ui是温度的单值函数,所以理想混合气体的比热力学能不仅是温度
的函数,还是成分的函数,或者说对于成分固定的混合理想气体,其内能仅是温度的单值函
数。
其
cpc仍遵循迈耶公式,因为:
Cp,C,(xC,xC,)xRR
mvmipmiivmiimm
ii
11.有人认为由理想气体组成的封闭系统吸热后,其温度必定增加,这是否完全正确?
你认
为哪一种状态参数必定增加?
不正确,因为对于成分固定的混合理想气体,其内能是仅是温度的单值函数,如果在过
程中吸热的同时对外作正功,当作的正功大于吸热量,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:
ds
dQ
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为热源的温度,
由于温度T恒大于零,所以当过程为吸热过程(dQ0)时,系统的熵必然增加。
12.图3-17所示的管段,在什么情况下适合作喷管?
在什么情况下适合作扩压管?
图3-17思考题11附图
当Ma1时,要想使气流的速度增加,要求喷管的截面积沿气流方向逐渐减小,即渐
缩喷管;
而当Ma1时,要想使气流的速度增加,要求喷管的截面积沿气流方向逐渐增加,
即渐扩喷;
而对于先缩后扩的缩放喷管(也称拉戈尔喷管),在最小截面处气流的流速恰好
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
13.循环的热效率公式
和1
有何区别?
各适用什么场合?
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。
14.循环输出净功愈大,则热效率愈高;
可逆循环的热效率都相等;
不可逆循环的热效率一
定小于可逆循环的热效率,这些说法是否正确?
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。
15.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”?
不对,必须保证过程结束后对系统和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,比如理想气体的定温膨胀过程,系统把从外界吸收的热量全
部转化为机械能,外界虽然没有任何任何变化,但是系统的体积发生改变了。
16.下列说法是否正确?
⑴熵增大的过程为不可逆过程;
⑵不可逆过程的熵变S无法计算;
⑶若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态,则不可逆途径的S必
大于可逆途径的S;
⑷工质经历不可逆循环后S0;
⑸自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的,因此熵减小的过程不可能实现;
⑹工质被加热熵一定增大,工质放热熵一定减小。
(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,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,S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。
17.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的终压
力,两过程终态的熵哪个大?
对外作的功哪个大?
试用坐标图进行分析.
不可逆过程熵大,可逆过程作功大
18.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
了相同的热量,工质终态的熵是否相同?
不相同,因为二者对外所作的功不同,而它们从同一热源吸收了相同的热量,所以
最终二者内能的变化不同,故此二者的终态不同,由于熵是状态参数,它们从同一初态出
发,故终态的熵不同。
19.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?
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,
过程的熵必须减少,而绝热过程是不能使其熵减少的,故不能通过一个绝热过程使其回到
初态。
20.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?
能否通过不可逆绝热过程使系统回到初态?
根据克劳休斯不等式,我们知道系统在过程中的熵变满足:
S
Q
20(
T(
kJ)
K)
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。
21.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
的熵变是正、是负还是不能确定?
熵是状态参数,功和热量都是过程量,所以不能确定系统的熵变。
第五章
13.热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方,而不能安装在热水容
器上面,为什么?
保证其压力。
14.锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足qw的关系?
不对,因为水蒸气不能看作是理想气体,其内能不仅是温度的函数,还是压
力的函数,故此定温过程内能是改变的,U不等于0。
22.有无0℃或低于0℃的蒸汽存在?
有无低于0℃的水存在?
有0℃或低于0℃的蒸汽存在,只要压力足够低就可能,但是没有低于0℃的
水存在,因为水的三相点温度为0.01℃,低于三相点温度,只可能是固态或是气
态。
23.25MPa的水,是否也象1MPa的水那样经历汽化过程?
不可以,因为水的临界点压力为22.12MPa,故此,当压力高于临界压力时,
它的汽化不经过气液两相区,而是由液相连续的到达气相。
24.dhcdT
p适用于任何工质的定压过程。
水蒸气定压汽化过程中dT=0,由此得
出结论,水定压汽化时dhcdT0
p,此结论是否正确?
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的过程。
25.试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。
湿空气:
含水蒸汽的空气;
湿蒸汽:
含有液态水的水蒸气;
饱和湿空气:
相对湿度为100%的湿空气。
26.对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大
小。
未饱和湿空气:
干球温度>
湿球温度>
露点温度
湿球温度=露点温度
27.在相同的温度及压力下,湿空气与干空气相比,那个密度大?
干空气的密度大。
28.同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低?
阴雨天相对湿度高,水蒸气分压力大。
29.若两种湿空气的总压力和相对湿度相同,问:
温度高的湿空气含湿量大还是温度
低的湿空气含湿量大?
d0.662,在相同相对湿度的情况下,温度高,P
s大,所以,温度
s
高含湿量大。
30.早晨有雾,为什么往往是好天气?
早晨有雾,说明湿空气中含有许多小水滴,湿空气为饱和湿空气,当温度逐渐上升
后,小水滴逐渐汽化,所以往往是好天气。
第六章
15.试画出简单蒸汽动力装置的系统图、简单蒸汽动力循环的p-v图与T-s图。
16.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?
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。
31.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?
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。
32.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?
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(气
液两相区)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。
33.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
油机的经济性如何?
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,这是很
不好的。
34.今有两个内燃机的混合加热循环,它们的压缩比、初态、总的加热量相同,但两者的定
容升压比λ不同,
(1)请在p-v图与T-s图上表示出这两
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- 基础 思考题 答案 16