2013~2014学年度第二学期期末复习热工学原理第一章：基本概念一、名词解释1、热力系统（P9~10）（1）闭口系统（控制质量系统）：与外界无物质交换的系统。
（2）开口系统（控制容积系统）：与外界有物质交换的系统。
（3）绝热系统：与外界无热量交换的系统。
（4）孤立系统：与外界既无能量（功、热）交换又无物质交换的系统。
2、状态参数（P10~12）（1）状态参数：用于描述工质所处状态的宏观物理量。
（2）压力：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强），AFp =。
（3）温度：宏观上，温度是用来标志物体冷热程度的物理量；微观上，气体的温度是组成气体的大量分子平均移动动能的量度。
t =T ﹣273.15K 。
（4）比体积：单位质量的工质所占有的体积，mVv =，单位：m 3/kg 。
（5）密度：单位体积工质的质量，Vm=ρ，1=v ρ，单位：kg/m 3。
3、热力过程（P13）系统由一个状态到达另一个状态的变化过程称为热力过程，简称过程。
4、可逆过程（P14）如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路径逆行而回到原来的状态，外界也随之回复到原来的状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。
二、问答题 1、（1﹣2）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。
2、（1﹣3）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。
3、（1﹣4）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。
第二章：热力学第一定律一、名词解释 热力学第一定律的实质（P21）（1）热力学第一定律的实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律。
（2）热力学第一定律的表述①在热能与其他形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。
②不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能造成功的。
二、计算题（2﹣8）空气在某压气机中被压缩，压缩前空气的参数为p 1=0.1MPa ，v 1=0.845m 3/kg ；压缩后为p 2=0.8MPa ，v 2=0.175m 3/kg 。
若在压缩过程中每千克空气的热力学能增加为146.5J ，同时向外界放热50kJ ，压气机每分钟生产压缩气体10kg 。
试求：（1）压缩过程中对每千克空气所作的压缩功； （2）生产1kg 压缩空气所需的轴功；（3）带动此压气机所需功率至少为多少（kW ）？解：（1）()kg kJ kg kJ u q w /5.196/5.14650-=--=∆-=。
（2）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。
kg kJ kg kJ h q w s /252/100.845)0.10.175(0.8146.550Δ3-=⨯⨯-⨯---=-=。
（3）kW kW w P s 4260102526010=⨯=⨯-=。
第三章：理想气体的性质与热力过程一、名词解释1、理想气体状态方程式（P33）nRT T MRmT mR pV g ===，R =8.314J/(mol ·K)。
2、热容（P35~37）（1）热容：物体温度升高1K （或1℃）所需要的热量称为该物体的热容量，简称热容。
dtQdTQC δδ==。
（2）比热容：单位质量物质的热容量称为该物质的比热容（质量热容），单位为J/(kg ·K)或kJ/(kg ·K)，dtqdTqc δδ==。
（3）比定容热容vV V T u dT q c ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂==δ。
比定容热容是在体积不变的情况下比热力学能对温度的偏导数，其数值等于在体积不变的情况下物质温度变化1K 时比热力学能的变化量。
（4）比定压热容ppp T h dT q c ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂==δ。
比定容热容是在压力不变的情况下比晗对温度的偏导数，其数值等于在压力不变的情况下物质温度变化1K 时比晗的变化量。
（5） 迈耶公式：g V p R c c =-，R C C m V m p =-,,（m p C ,、m V C ,分别为摩尔定压热容、摩尔定容热容） （6）比热容比Vp c c =γ，g p R c 1-=γγ，g V R c 11-=γ。
3、混合气体的成分（P45）（1）质量分数：如果混合气体由k 种组元气体组成，其中第i 种组元的质量m i 与混合气体总质量m 的比值称为该组元的质量分数，m m w ii =，∑==k i i m m 1，11=∑=ki i w 。
（2）摩尔分数：如果混合气体由k 种组元气体组成，其中第i 种组元的物质的量n i 与混合气体的物质的量n 的比值称为该组元的摩尔分数，n n x ii =，∑==k i i n n 1，11=∑=ki i x 。
（3）体积分数：如果混合气体由k 种组元气体组成，其中第i 种组元的分体积V i 与混合气体总体积V 的比值称为该组元的体积分数，V V ii =ϕ，∑==k i i V V 1，11=∑=ki i ϕ。
4、理想气体的基本热力过程（P50~61）（1）定容过程：气体比体积保持不变的过程称为定容过程。
（2）定压过程：气体压力保持不变的过程称为定压过程。
（3）定温过程：气体温度保持不变的过程称为定温过程。
（4）绝热过程：气体与外界没有热量交换的状态变化过程称为绝热过程。
可逆绝热过程称为定熵过程。
1、（3﹣1）理想气体的p c 和v c 之差及p c 和v c 之比是否在任何温度下都等于一个常数？ 答：理想气体的p c 和v c 之差在任何温度下都等于一个常数，而p c 和v c 之比不是。
2、（3﹣2）如果比热容是温度t 的单调增函数，当12t t >时，平均比热容10|t c 、20|t c 、21|tt c 中哪一个最大？哪一个最小？答：由10|t c 、20|t c 、21|t t c 的定义可知：)(d 111ςt c t t c c t t ==⎰，其中10t <<ς；)(d 222ξt c t t c c t t ==⎰，其中20t <<ξ；)(d 122121τt c t t tc c t t t t=-=⎰，其中21t t <<τ。
因为比热容是温度t 的单调增函数，所以可知21|tt c >10|tc ， 又因为20211212021120210)()(10212102tt t t t t t t t tt t t c c t c c t c c t t t c t c c >⇒>-=-⇒--=，故可知21|tt c 最大。
又因为211021210201002111212d d )(d d t t tc t t c t t t t tc t t c t c c t t t t t t t ⎰⎰⎰⎰+-=-=-0)()()()(210112211120121121211>--=-+-=t t c c t t t t t c t t t c t t t tt t tt t ，所以10|t c 最小。
3、（3﹣3）如果某种工质的状态方程式遵循T R pv g =，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？答：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。
这种物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：g R TuT v p T u T w T u T w u T q c +∆=+∆=+∆=+∆==d d d d d d d d d d d )d(d d ，由此可以看出，如果工质的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。
4、（3﹣4）在v u -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。
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，过程中系统能增加，所以为曲线1，从下向上。
理想气体的可逆定压加热过程有：2111c v c u dv c dv R c P dv P v Tc du P P +=⇒=⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=，v c u c u v c c 1221000====；，所以时，为常数，且考虑到和，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：00>=⇒=-=∆w q w q u ，气体对外做功，体积增加，所以为曲线3，从左到右。
理想气体的可逆绝热膨胀过程有：211111c v k c u dv v c pdv du k k +-=⇒-=-=-（c 1、c 2为常数） 所以为图中的双曲线4，且方向朝右（膨胀过程）。
三、计算题 1、（3﹣2）体积为0.027m 3的刚性储气筒，装有压力为7×105Pa 温度为20℃的空气。
筒上装有一排气阀，压力达到8.75×105×105Pa 时才关闭。
若由于外界加热的原因，造成阀门开启。
问：（1）当阀门开启时，筒温度为多少？（2）因加热而失掉多少空气？设筒空气温度在排气过程中保持不变。
解：设气体的初态参数为1111m T V p 和、、，阀门开启时气体的参数为2222m T V p 和、、，阀门重新关闭时气体的参数为3333m T V p 和、、，考虑到刚性容器有：321V V V ==，且21m m =。
（1）当阀门开启时，贮气筒压力达到8.75×105Pa ，所以此时筒温度和气体质量分别为：()K K p p T T 44.366107108.7515.27302551212=⨯⨯⨯+==，()kg kg T R V p m m 0.22515.273022870.02710751g 1121=+⨯⨯⨯===。
（2）阀门重新关闭时，筒气体压力降为8.4×105Pa ，且筒空气温度在排气过程中保持不变，所以此时筒气体质量为kg kg T R V p T R V p m g g 216.044.366287027.0104.852333333=⨯⨯⨯===。
所以，因加热失掉的空气质量为()kg kg m m m 0.0090.2160.225Δ32=-=-=。
2、（3﹣3）一绝热刚体气缸，被一导热的无摩擦的活塞分成两部分。