工程热力学期末复习选择题

工程热力学期末复习选择题内容摘要：

热力学第一定律。 答案提示： 由热力学第一定律： Q＝ W＋ ΔU，内能为温度单值函数，定温膨胀，内能变化 ΔU＝ 0，则 Q＝ W。 相关知识 ： （ 1） 热力学第一定律 表述为：当热能与其提供形式的能量相互转化时，能的总量保持不变。 它适用于一切工质和一切热力过程。 对于任何系统，各项能量之间的平衡关系可一般表示 为：进入系统的能量—离开系统的能量＝系统储存能的变化。 （ 2）闭口系统与外界没有物质交换，传递能量只有热量和功量两种形式对于闭口系统来说，系统储存能的变化等于系统内能的变化，则根据热力学第一定律建立能量方程： Q＝ W＋ ΔU，表示加给系统一定量的热量，一部分用于改变系统的内能，一部分用于对外做膨胀功（热转换为功），此即 闭口系统能量方程式 ，也是热力学第一定律的基本方程式，其反映了热功转换的实质，适用于闭口系统任何工质的各种热力过程，无论过程可逆还是不可逆。 （ 3） 内能 是热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所 具有的能量之和，其包括分子动能（内动能）和分子位能（分子间相互作用力）。 通常用 u 表示 1kg质量气体的内能，单位为 J/kg。 温度的高低是内动能大小的反应，内位能决定于气体的比容，所以气体的内能是温度和比容的函数，即 u＝ f（ T， v）， 可见内能也是气体的状态参数。 对于理想气体，分子间不存在相互作用力，没有内位能，只有内动能。 即 理想气体内能只是温度的单值函数 ，即 u＝ f（ T）。 第 22题： 某理想气体由初始状态 1（ p1， v1），经可逆变化到状态 2（ p2， v2），其中 p2＝ 2p1， v2＝ 2v1。 则该过程的多变指 数为。 A. n0 B. n=0 C. n0 D. n 趋向于无穷大 参考答案 ： C 考察要点 ： 多变过程的定义。 答案提示： n＝ ln(p2/ p1)/ ln(v1/v2)＝ ln2/＝－ 10。 相关知识 ： （ 1） 凡过程方程为 p vn＝ const 的过程，称为 多变过程 ，其中 n为多变指数： 当 n＝ 0 时， p＝ const，表示定压过程； 当 n＝ 1 时， pv＝ const，表示定温过程； 当 n＝ κ时， p vκ＝ const，表示定熵过程（绝热过程）； 当 n＝ 177。 ∞时， v＝ const，表示定容过程； （ 2） n 可以在 0～ 177。 ∞范围内变化，每个 n 值代表一个多变过程，当 n 为定值时，由 p vn＝ const，得： p2/ p1＝ (v1/v2) n，可解得 n＝ ln(p2/ p1)/ ln(v1/v2)。 第 23题： 可逆定温过程中，理想气体与外界交换的热量为。 A. q＝ w B. q＝－ ∫vdp C. q＝ RT ln(v2/v1) D. q＝ 0 参考答案 ： B 考察要点 ： 热力过程传递能量的方程式。 答案提示： 理想气体可逆过程与外界交 换的热量为 q＝ Δh＋ wt＝ cpΔT－ ∫vdp，定温过程理想气体焓变为零，故 q＝－ ∫vdp。 相关知识 ： （ 1） 热力过程中传递能量的计算要考虑能量方程的利用（可逆过程），如： 闭口系统能量方程 q＝ Δu＋ w＝ cvΔT＋ ∫pdv 开口系统稳态稳流能量方程 q＝ ∫Tds＝ Δh＋ wt＝ cpΔT－ ∫vdp （ 2）焓的物理意义：对于流动工质，焓 =内能 +流动功，表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量，对于 1kg工质， h＝ u＋ pv。 因为 p、 v 和 u 都是工质的状态参数，所以焓也是工质的状态参数，对于理想气 体： h＝ u＋ pv＝ u＋ RT＝ cpT＝ f（ T），即 焓是温度的单值函数。 第 24题： 工质经历任意绝热过程，则工质所做的技术功为。 A. wt＝ h1－ h2 B. wt＝－ ∫vdp C. wt＝ κ w D. wt＝ 0 参考答案 ： A 考察要点 ： 技术功的涵义；绝热过程的定义。 答案提示： 由热力学第一定律 q＝ Δh＋ wt，绝热过程 q＝ 0，故 wt＝－ Δh＝ h1－ h2； B中必须是可逆过程，题中指任意绝热不过不一定可逆； C 中必须是定比理想气体。 相关知识 ： （ 1）开口系统稳态 稳流能量方程的表达式为： q＝ Δh＋ ＋ gΔz＋ ws，其中动能变化 ，位能变化 gΔz 及轴功 ws都属于机械能，是热力过程中可被直接利用来做功的能量，统称为 技术功 wt，即 wt＝ ＋ gΔz＋ ws。 （ 2）稳态稳流能量方程也可写为 q＝ Δh＋ wt，则 wt＝ q－ Δh＝ w＋ p1 v1－ p2 v2＝ ws，即技术功等于膨胀功与流动功的代数和，在一般工程设备中，技术功就等于轴功。 对于稳态稳流的可逆过程，技术功 wt＝ q－ Δh＝－ ∫vdp，可知 技术功也是过程量 ，其值取决于初终状态及过程特性。 （ 3）系统 与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程，即q＝ 0 称为 绝热过程。 绝热过程 p vκ＝ const，其中绝热指数 κ＝ cp/cv。 绝热过程具有以下特性： 热量变化 q＝ 0； 内能变化 Δu＝ cvΔT； 焓变 Δh＝ cpΔT； 膨胀功 w＝ ∫pdv＝ Δu＝ cvΔT； 技术功 wt＝－ Δh＝ h1－ h2，对于定比理想气体： wt＝ κw。 第 25题： 理想气体经绝热节流，节流前的温度比（与）节流后的温度。 A. 大 B. 小 C. 相等 D. 无关 参考答案 ： C 考察要点 ： 绝热节流 过程定义。 答案提示： 绝热节流前后焓不变，理想气体焓是温度的单值函数，所以理想气体绝热节流前后温度相等。 相关知识 ： （ 1）焓的物理意义：对于流动工质，焓 =内能 +流动功，表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量，对于 1kg工质， h＝ u＋ pv。 因为 p、 v 和 u 都是工质的状态参数，所以焓也是工质的状态参数，对于理想气体： h＝ u＋ pv＝ u＋ RT＝ f（ T），即 焓是温度的单值函数。 （ 2）流体在管道内流动，遇到突然变窄的断面，由于存在阻力使流体压力降低的现象称为 节流。 稳态稳流的流体快速流过狭窄断面来不及 与外界换热也没用功量的传递，可理想化为 绝热节流 ，此时控制体的能量方程式可简化为 h1＝ h2，即表明 绝热节流前、后焓相等 ，即能量数量相等。 第 26题： 一卡诺机，当它被作为热机使用时，两热源的温差越大对热变功就越有利。 当被作为制冷剂使用时，两热源温差越大，则制冷系数。 A. 越大 B. 越小 C. 不变 D. 不确定 参考答案 ： B 考察要点 ： 卡诺逆循环及其性能系数的涵义。 答案提示： 卡诺循环热效率为 ηt,c＝ ＝ 1－ T 2/ T 1，两温差越大，T 2/ T 1越 小， ηt,c越大； 致冷系数 ε1,c＝ T2 / (T1－ T2)，温差越大， T1－ T2越大， ε1,c越小。 相关知识 ： （ 1） 卡诺循环热效率 ： ηt,c＝ ＝ 1－ T 2/ T 1 可知：卡诺循环热效率与工质的性质无关，公式适用于任何工质的卡诺循环， 卡诺循环热效率与总是小于 1，其大小只决定于热源温度 T1即冷源温度 T2，要提高其热效率可通过提高 T 1及降低 T 2/的办法来实现。 （ 2）卡诺循环是可逆循环，如果使循环演相反方向进行，就成为卡诺逆循环。 由于使用的目的不同，分为制冷循环和热泵循环，包括绝热压缩、定温放热，定 温吸热和绝热膨胀，其性能系数定义为： 致冷系数 ε1,c＝ q2/ w0＝ q2 / (q1－ q2)＝ T2 / (T1－ T2) 供热系数 ε2,c＝ q1/ w0＝ q1 / (q1－ q2)＝ T1 / (T1－ T2) （ 3）逆卡诺循环可以用来制冷，也可以用来供热。 其性能系数只决定于 热源温度 T1即冷源温度 T2，致冷系数 ε1,c可能大于等于或小于 1，而供热系数 ε2,c总是大于 1，两者之间的关系为 ε2,c＝ 1＋ ε1,c。 在一般情况下，由于 T2 (T1－ T2)，所以逆卡诺循环的制冷系数 ε1,c通常也大于 1。 （ 4） 卡诺定理 ：所有工作于同温热源、同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热效率为最高；在同温热源与同温冷源之间的一切可逆热机，其热效率均相等。 第 27题： 可逆定压稳定流动过程中，系统的。 A. 焓不变 B. 系统与外界交换的热量为零 C. 技术功为零 D. 熵不变 参考答案 ： C 考察要点 ： 技术功、熵、可逆过程、定压过程的概念。 答案提示： 可逆过程中系统的技术功为 wt＝－ ∫vdp，对于定压过程， dp＝ 0，故 wt＝ 0。 相关知识 ： （ 1）系统经历一个过程后，如令过程逆行而使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹（即没有得到功，也没有消耗功），则此过程称为可逆过程。 即系统进行正、反两个过程后，系统与外界均能完全回复到初始状态，这样的过程称为 可逆过程 ，否则为不可逆过程。 （ 2）可逆过程 熵 定义为 dS＝ δQ/T。 熵体现了可逆过程传热的大小与方向，可用于判断热量方向和计算可逆过程的传热量。 熵是 状态参数， 工质 熵的变化取决初终态的 p、 v 和 T，但与状态变化的过程无关。 （ 3） 定压过程 是工质压力保持不过的过程。 定压过程（ dp＝ 0）中加入或放出的热量 等于初终状态的焓差。 （ 4）稳态稳流能量方程也可写为 q＝ Δh＋ wt，则 wt＝ q－ Δh＝ w＋ p1 v1－ p2 v2＝ ws，即技术功等于膨胀功与流动功的代数和，在一般工程设备中，技术功就等于轴功。 对于稳态稳流的可逆过程，技术功 wt＝ q－ Δh＝－ ∫vdp，可知技术功也是过程量，其值取决于初终状态及过程特性。 第 28题： 绝热真空刚性容器内充入理想气体后，容器内气体的温度比充气前气体的温度。 A. 低 B. 高 C. 不确定 D. 相同 参考答案 ： B 考察要点 ： 绝热 过程的含义；控制体能量变化方程。 答案提示： 封闭系统控制体内没有内动能与位能变化，绝热过程热量变化 q＝ 0，根据热力学第一定律， w＝ Δu，又由于 w＝ wt＝－Δh＝ Δu，气体焓变全部转化为气体内能，及气体内能升高，理想气体内能是温度的单值函数，故气体温度升高。 相关知识 ： （ 1）系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程，即q＝ 0 称为 绝热过程。 绝热过程 p vκ＝ const，其中 绝热指数 κ＝ cp/cv。 绝热过程具有以下特性： 热量变化 q＝ 0； 内能变化 Δu＝ cvΔT； 焓变 Δh＝ cpΔT； 膨胀功 w＝ ∫pdv＝ Δu＝ cvΔT； 技术功 wt＝－ Δh＝ h1－ h2，对于定比理想气体： wt＝ κw。 （ 2） 内能 是热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所具有的能量之和，其包括分子动能（内动能）和分子位能（分子间相互作用力）。 温度的高低是内动能大小的反应，内位能决定于气体的比容，所以气体的内能是温度和比容的函数，即 u＝ f（ T， v）， 可见内能也是气体的状态参数。 对于理想气体，分子间不存在相互作用力，没有内位能，只有内动能。 即 理想气体内能只是温度的单值函数 ，即u＝ f（ T）。 （ 3） 开口系统稳态稳流能量方程的表达式： q＝ Δh＋ ＋ gΔz＋ ws，其中动能变化 ，位能变化 gΔz及轴功 ws都属于机械能，是热力过程中可被直接利用来做功的能量，统称为 技术功 wt，即 wt＝ ＋ gΔz＋ ws。 稳态稳流能量方程也可写为 q＝ Δh＋ wt，则 wt＝ q－ Δh＝ w＋ p1 v1－ p2 v2＝ ws，即技术功等于膨胀功与流动功的代数和。 第 29题： 某制冷循环中，工质从温度为－ 73℃ 的冷源吸热 100kJ，并将热量 220kJ 传给温度为 27℃ 的热源，则此循环为。 A. 可逆循环 B. 不可逆循 环 C. 不能实现的循环 D. 均有可能 参考答案 ： B 考察要点 ： 可逆循环、制冷循环的含义。 答案提示： 制冷可逆循环的性能参数 ε1,c＝ T2 / (T1－ T2)＝ 200K / (300K－ 200K)=2；而题中制冷循环的性能系数 ε1＝ q2 / (q1－ q2)＝100kJ/ (220kJ/－ 100kJ/)＝ 5/62，故此循环为可实现的循环，但不可逆。 相关知识 ： （ 1）。