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、名词解释（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），p —。

A（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， V 、 3v ，单位：m /kg 。

m（5）密度：单位体积工质的质量，m,V3、热力过程（P13）v 1，单位：kg/m 3。

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 , w=0.845m 3/kg ;1、热力系统（P9〜10）（1 ）闭口系统（控制质量系统） （2 ）开口系统（控制容积系统）:与外界无物质交换的系统。

:与外界有物质交换的系统。

压缩后为p2=0.8MPa, V2=0.175m3/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)w q u 50 146.5 kJ / kg 196.5kJ/kg 。

(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。

w sq A h 50 1 46.5 (0.8 0.1750.1 0.845) 103kJ/ kg 252kJ/kg 。

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)R pV mR g T m TM2、热容(P35~37)nRT , R =8.314J/(mol • K)。

(3) 比定容热容C^-qV— °比定容热容是在体积不变的情况下比热力学能对温度dT T v的偏导数，其数值等于在体积不变的情况下物质温度变化4、理想气体的基本热力过程(P50~61)(1)热容：物体温度升高1K (或1C)所需要的热量称为该物体的热容量，简称热容。

Q dTQ dt(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), cq dT_q 。

dt(3) Pw s 10 60需严W 42kW。

(4) 比定压热容C p — °比定容热容是在压力不变的情况下比晗对温度的偏导pdT T p数，其数值等于在压力不变的情况下物质温度变化(5) 迈耶公式： 尔定容热容)C p C V R g , C p,m C V,m1K 时比晗的变化量。

(C p,mC/,m 分别为摩尔定压热容、摩(6 )比热容比 C p,C pCV(P45)[R g ，CVR g °3、混合气体的成分(1)质量分数：如果混合气体由 k 种组元气体组成,其中第m-总质量m 的比值称为该组元的质量分数， w iL, m(2)摩尔分数：如果混合气体由k 种组元气体组成，其中第X i 旦 n(3)体积分数：如果混合气体由 k 种组元气体组成，其中第 i 先，V 气体的物质的量n 的比值称为该组元的摩尔分数,体总体积V 的比值称为该组元的体积分数,i 种组元的质量m i 与混合气体km i ,w i1 °i 1i 种组元的物质的量 m 与混合kkn n i , x 1 °i 1i 1i 种组元的分体积V i 与混合气kkV i ,i 11K 时比热力学能的变化量。

(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C p 和C v 之差及C p 和C v 之比是否在任何温度下都等于一个常数?答：理想气体的C p 和C v 之差在任何温度下都等于一个常数，而C p 和C v 之比不是。

2、(3- 2)如果比热容是温度t 的单调增函数，当t 2 t 1时，平均比热容C|0、C|02、C|( 中哪一个最大？哪一个最小？答: 由c|0、c|02、C|；2的定义可知：Ct 1 0t1cdt 0c(t )，其中 0t 1 ；t2cdtc(t )，其中 0 t 2 ； ct2因为比热容是温度t 的单调增函数，所以可知t2t2t 1t 1t2cdt-c(t )，其中 t 1t 2 t 1c i :\cl 01,又因为c tt 1又因为ct2t 2t 0t2t 2 t 1t2t t 1 cd t t1I 0(C ； C：)t 2I t2 E(c t 1 c 0)t 10 c ； c ；，故可知c|t ：最大。

t 1t 2 0Cdt (t1t 2) t 1Cd tt 1:cdt3、( 3 - 3)如果某种工质的状态方程式遵循pv &T ,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：解：设气体的初态参数为 p i 、V i 、T i 和m ，阀门开启时气体的参数为 P 2、V 2、T 2和m 2，阀 门重新关闭时气体的参数为 P 3、V 3、T 3和m 3，考虑到刚性容器有：V i V 2 V 3，且m i m 2。

(i) 当阀门开启时，贮气筒内压力达到 8.75X i05Pa ，所以此时筒内温度和气体质量分别为：p 28.75 i05T 2 T i 吃 20 273.I5K 366.44K ，P i7 i05p i V i 7 i05 0.027m i m 2kg 0.225kg 。

R g T i 287 20 273.I5(2)阀门重新关闭时，筒内气体压力降为8.4x i05Pa,且筒内空气温度在排气过程中保持不变，所以此时筒内气体质量为 m 3 P 3" P 3"84 I0 0.027 kg 0.2i6kg 。

R 9T 3 R g T 2287 366.44所以，因加热失掉的空气质量为 A m m 2 m 30.225 0.2I6 kg 0.009kg 。

t l t 2(t l t 2)t iC|o(t 2 t i )t i C t 1t l t 2(t 2 t i )t i (C ： C ：)t l t 20，所以c |0最小。

dq d( u w) du d w d u d v d u p R g ，由此可以看出，如果dTdTdTdT 9则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。

C dT dTdT工质的内能不仅仅是温度的函数时，4、( 3-4)在U v 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i 为可逆定容加热过程； 为可逆绝热膨胀过程。

线i , 理因为可逆定容加热过程容积4所以为曲2为可逆定压加热过程； 3为可逆定温加热过程; v 不变，过程中系统内能增加，从下向上。

想 气 体TC PP dv vP 空RC i 和C 2为常数，且考虑到v所以此过程为过原点的射线 2, 理想气体的可逆定温加热过程有： 所以为曲线 理想气dudv C i dv u0时，且向上。

uGV C 2，0,所以C 20； u C i V ，0，气体对外做功,体积增加,3，从左到右。

体的热 八膨胀过程有绝 i百k i vC i Ci . —dv v所以为图中的双曲线 三、计算题i 、( 3- 2)体积为0.027m 3的刚性储气筒，装有压力为7 x i05Pa>温度为20C 的空气。

筒上装有一排气阀，压力达到8.75X i05Pa 时就开启，压力将为 8.4X i05Pa 时才关闭。

若由于外界加热的原因，造成阀门开启。

问: 当阀门开启时，筒内温度为多少？(2)因加热而失掉多少空气？设筒内空气温度在排气过程中保持不变。

du pdvC 2 ( C i 、C 2为常数)4,且方向朝右(膨胀过程)。

(i)v32、( 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。

最初活塞被固定在某一位置，气缸的一侧储有 0.4MPa 、30C 的理想气体 0.5kg,而另一侧储有 0.12MPa 、30C 、0.5kg 的同样气体。

然后松开活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。

设比热容为定值 试求：(1)平衡时的温度(C) ； (2)平衡时的压力(MPa )。

解：(1)气体可以看作是理想气体，理想气体的内能是温度的单值函数，选取绝热气缸内的 两部分气体共同作为热力学系统，在过程中，由于气缸绝热，系统和外界没有热量交换，同时气缸是刚性的，系统对外作功为零，故过程中系统的内能不变，而系统的初温为 30C,所以平衡时系统的温度仍为 30C 。

(2)设气缸一侧气体的初始参数为 p 「V 「和mh ，终态参数为p 「V「「，另一侧气体的初始参数为 P 2、V T 2和m 2，终态参数为P 2、V 2、T 2，重新平衡时整个系统的总体 积不变，所以先要求出气缸的总体积。