工程热力学答案

工程热力学答案内容摘要：

提高背压，则循环热效率将 降低 ，膨胀终态干度将 增大。 10．蒸汽动力装置循环净功等于 汽轮机作功 和 给水泵耗功 之差。 第十二章 1．对于压缩空气制冷循环，在制冷量相同的条件下，有回热时的增压比比无回热时的增压比小得多。 2．对于逆向卡诺循环，在一定的环境温度下，冷藏库中的温度愈低，制冷系数 愈小。 3．压缩蒸 汽制冷循环中，工质进、出压缩机时的焓分别为 h h2， 进入蒸发器时为 h5，则制冷系数ε = (h1h5)/(h2h1) ，制冷量 q2= h1h5。 4．用压缩蒸汽制冷循环供暖，工质进、出压缩机时的焓为 h h2，工质流出冷凝器时的焓为 h4，则热泵系数ε 39。 = (h2h4)/(h2h1) ，耗功 W0= h2h1。 5．制冷循环中，低温热源失热 q2，外界对系统作循环功 w0，高温热源得热 q1，则制冷循环的制冷系数 ε =q2/(q1q2)。 6．压缩蒸汽制冷循环中，提高制冷系数ε的方法是 提高蒸发温度，降低冷凝温度。 7．压缩空气制冷循环的制冷系数随着循环增压比增大而 减小。 二选择题 第一章 B； D 第二章 C； C 第三章 C； A； B； B； D； C； A； C。 第四章 D； C； C； B； D； B； A； D。 第五章 C； B； C； C； D； C； D； C； C； D 第七章 C； B； D 第八章 A； B； C； A； C； C； C； D； B； C。 1 A； 1 A； 1 B；1 B； 1 A； 1 A； 1 B； 1 C； 1 D； B； 2 D； 2 A； 2 A； 2 A； 2C。 第九章 A； B； B； B； D； B； A； D。 第十章 D； C； D； B； A； D； B； 第十一章 B； C； C 第十二章 B 三、问答题 第一章 １．平衡状态和稳定状态有什么区别。 平衡状态是指：在不受外界影响的条件下，热力系统的状态能够始终保持不变；稳定状态是指：不随时间而变化的状态。 第二章 １．焓的定义式 h=u+pv 中的 pv 是不是储存能。 为什么。 在什么情况下 pv 项会出现在能量方程式中。 PV 不是储存能，因为推动功 PV 只有在工质移动布置时才起作用； PV 项可出现于开口系统的能量方程式中； 3．为什么热力学能是状态参数。 1)热力学能是储存于物体内部的能量； 2)包括内动能与 T 有关，内位能与 T， v 有关，所以u=f(v,T)； 3)由于 u 仅与 v,T 两个状态参数有关， u 是状态参数。 第三章 １．为什么理想气体的定压比热仅与温度有关。 因为 Cp=dh/dT， h=u+pv=u+RT， u=f(T)；所以，定压比热仅与温度有关。 2 第四章 １．为什么在Ｔ－Ｓ图上定压线比定容线平坦些。 因为 ( / ) / T S T CP p ,( / ) / T S T Cvv  ,而且 CpCv； 2．当双原子理想气体经历一个 n= 的膨胀过程时，其能量转换关系如何。 q0,W0,Δ u0； 3．当闭系中的理想气体进行多变膨胀过程时，若膨胀功多于吸热量，则多变指数 n 的取值范围 如何。 为什么。 多变指数 n 的取值范围为 1nk，这可由为 w/q=(k1)/(kn)分析之。 4．当双原子理想气体经历一个 n= 的压缩过程，其能量转换关系如何。 功和热量之比等于多少。 q0,Δ u0,W0,W/q=2。 5．若理想气体多变压缩过程的功多于气体的放热，则多变指数 n 的取值范围如何。 为什么。 由 W/q=(K1)/(Kn)， Kn1。 6．理想气体膨胀时是否必须吸热。 被压缩时是否必须向外界放热。 为什么。 不一定，根据 q=Δ u+w 说明； 7．空气进行多变比热 Cn0 的放 热过程时，能量转换关系如何。 由 Cn n kn Cv  1 0知 1nk Δ u0， q0， w0 第五章 １．借助逆向循环可使热量从低温物体传到高温物体，这与热力学第二定律 的克劳修斯说法是否矛盾。 为什么。 不矛盾。 因为逆向循环之所以能把热量从低温物体传到高温物体，是因为逆向循环以消耗循环净功为代价。 2．理想气体由某一初态，分别经可逆绝热过程 12 和不可逆绝热过程 1239。 膨胀到同一终温，试问这两个过程的功有何关系。 为什么。 这两个过程的功相等，因为理想气体绝热过程 的功只与初、终态温度有关可逆功)( 21 TTcuw v  ，不可逆 )39。 (39。 39。 21 TTcuw v 。 3．工质经不可逆循环，其∮ ds＝ 0，但又有关系式∮ dQ/T0，为什么。 第二定律 S dQT12 (不可逆 )， (dQ/T)不 ≠ ds 熵是状参∮ ds=0，所以∮ (dQ/T)’ 不 0。 4．为什么说“工质经过一个绝热过程其熵变量只能是大于或等于零，而经过一个放热过程其熵可增可减或不变”。 由 ds≥ dq/T，绝热 dq=0，所以 ds≥ 0 放热 dq0， T0，所以 dq/T0，所以满足 ds≥ dq/T ，可有 ds0， ds=0， ds0。 5．理想气体从同一初态吸热到相同的终温，一为定压吸热，一为定容吸热。 问两者的吸热量和内能变化量。 两过程的吸热平均温度有何关系。 q C Tp p  qv=CvΔ T  C C q qp v p v   因为 T2V=T2P ，所以内能变化相等 TqST TlnTTTqST TlnTTwvv2 1211ppp2 121   7．当孤立系统内发生不可逆变化，其总熵量必然增大。 以孤立系统内发生 有温差的传热过程为例，简单说明之。 两物体温度为 T1， T2(T1T2)，传热量为 Q， Δ S 孤 ＝ Q/T1+Q/T2=Q(1/T21/T1)0 8．为什么“热力系统经过一个不可逆过程后，其熵的变化量无法计算”的说法是错误的。 那么不可逆过程的熵变量又应该通过什么途径来计算呢。 熵是状态参数，熵变量仅决定于热力系统的初终状态，不论过程可逆与否，与路径无关，由于过程有 S dQT12 12，故熵变不能通过不可逆过程计算，但可通过初终态相同的任意可逆过程计算。 10． Pv 图上两条定熵线 为什么不可能相交。 试根据热力学第二定律证明之。 假设两条定熵线相交，用反证法证明。 11．“不可逆过程的熵差无法计算”，该说法对不对。 为什么。 不对，熵是状态参数，与过程无关。 12．“如果从同一始态到同一终态有两条途径，一为可逆，一为不可逆，那么不可逆的熵差必大于可逆途径的熵差”。 这种说法对吗。 为什么。 不对，熵是状态参数，与过程无关。 只要有相同的初终态，熵差就相等。 13．为什么单热源热机不能实现。 （试用孤立系统的熵增原理进行分析） 如单热源热机能实现则从高温热源吸进热量 Q1 全部变为功， Q1=W0，取 孤立系Δ S 孤=Q1/T1=W/T10，不能实现。 14．为什么热量不能自发地、不负代价地从低温热源传向高温热源。 用反证法，如果热量能自发从低温流向高温，将违反热力学第二定律。 取孤立系，Δ S 孤 =Q(1/T11/T2)，因 T1T2，所以Δ S 孤 0，不能实现。 15．根据热力学第二定律分析，为什么完成一个正向循环后热能不能 100%地转化为机械能。 如果完成一个循环热能 100％转化为机械能，则相当于只从一个热源吸热，对热源和热机取孤立系，则孤立系Δ S 孤 =Q1/T1=W/T10，不能实现。 １．何谓正向循环与逆向循环。 这两种循环所产生的效果有何不同。 逆向循环与可逆循环又有何区别。 正向循环是将高温热源放出热量的一部分转化为功的循环；逆向循环是消耗一定量的机械能使热能从低温热源传至高温热源的循环；可逆循环是全部由可逆过程组成的循环。 第七章 １．水蒸汽在定温过程中是否满足关系式 q=w。 为什么。 不满足。 因为要使 q=w 成立，必须有 u0 ，水蒸汽不是理想气体，故对于水蒸汽的定温过程 u0。 第八章 当进口 空气流的马赫数 M＞ 1 时，截面渐缩的管道宜作喷管还是扩压管。 为什么。 宜作扩压管。 因为由几何条件知：当 dA＜ 0、 M＞ 0 时， dc＜ 0，再由几何条件知 dp＞ 0； 2．亚音速空气流过渐缩喷管，初压 P1=10bar，背压 Pb=1bar，如其余条件都不变，只提高初温，则出口流速、流量将如何改变。 为什么。 C2=Ccr T1增大， C2增大 qmax， T1增大， qmax下降。 流速增大，流量减小； 3．亚音速空气定熵流经喷管，已知进口截面上空气压力 P1=7bar， 试问当出口背压分别为5bar, 时，为使气流充分膨胀，得到最大动能，应该分别采用什么形状的喷管。 为什么。 5/7= 取渐缩形 取缩放形。 4．理想气体流经渐缩管道时，在什么条件下起喷管作用。 什么条件下起扩压管作用。 为什么。 dAA M dcc ( )2 1 dA0 M1 dc/c0，起喷管作用； M1 时， dc0 起扩压管作用； 5．对于管内理想气体的稳定可逆流动，促使流速改变的力学条件如何表达了流速与压力的关系。 由 KM2dC/C= dp/p dc0，所以 dp0。 6．亚音速气流稳定、绝热流过渐缩管道，压力怎样变化。 为什么。 对稳定绝热管流， dA/A=(M21)dC/C 因 dA0， M1，所以 dc0， 又 KM2dC/C=dp/p， dc0，所以 dp0，故压力降低。 7．亚音速气流流过渐缩喷管，背压低于临界压力，若初温 t1提高，而其它条件不变，则出口速度、压力和流量有何变化。 为什么。 背压低于临界压力，出口达到临界状态 P2＝ Pcr不变 C2=Ccr T1增 大， C2增大 mmax， T1增大， mmax下降。 8．对亚音速气流，要使流动加速，管道截面应如何变化。 当气流加速时，气流压力如何变化。 为什么。 采用渐缩喷管，压力减小 因为 dA/A=(M21)dc/c， M1，要使 dc0，必 dA0， 又由 (1/K)dp/P=M2dc/c， dc0，则 dp0，压力减小。 9．亚音速理想气体可逆绝热流过渐缩截面管道时，气体温度、压力、流速如何变化。 为什么。 T、 P 下降， C 增大。 由 dA/A=(M21)dc/c 知， dA0， M1，所以 dc0。 又由 (1/K)dp/p=M2dc/c，dc0， dq0。 又由 cdc=dh=CpdT， dc0，所以 dT0。 第九章 １．压气机采用多级压缩和级间冷却的主要优点有哪些。 为什么。 节省压缩耗功，限制压缩终温，提高容积效率；可由两级压缩且级间定压冷却的 P－ V 图和 T－ S 图分析原因。 2．设计多级压缩、级间冷却的活塞式压气机时，采用各级的增压比相同，这样做可得到哪些有利结果。 每级耗功相等，有利于曲轴的平衡；每级压缩终温相等；每级放热相等。 3．活塞式压气机在何种情况下要采用多级压缩。 分析采用多级压缩、 级间冷却方法的优劣。 要求压力较高气体（也即增压比高），为保证一定的生产量。 优点：减少余隙容积影响；能得到一定生产量高压气体，节省压缩耗功，降低了终温有利于润滑；有利于轴力平衡； 缺点：增加了一个冷却装置。 4．采用两级级间冷却的压气机，若进口压力与出口压力分别为 P1和 P3，则其最有利的中间压力 P2与 P1和 P3的关系如何。 这样选取 P2有哪些好处。 每级耗功相等，每级终温相同，每级排热相等。 p p p2 1 3 第十章 １．内燃机混合加热理想循环有哪 些特性参数。 它们对循环热效率影响如何。 ε =v2/v1，λ =P3/P2，ρ =v4/v3 提高ε、λ和降低ρ可使η t提高。 第十一章 １．在蒸汽动力装置中，只要汽轮机叶片材料允许，为什么要同时提高过热蒸汽的初压。