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《工程热力学与传热学》——期末复习题-77791458609821975

中国石油大学(北京)远程教育学院期末复习题《工程热力学与传热学》一. 选择题1. 孤立系统的热力状态不能发生变化;(×)2. 孤立系统就是绝热闭口系统;(×)3. 气体吸热后热力学能一定升高;(×)4. 只有加热,才能使气体的温度升高;(×)5. 气体被压缩时一定消耗外功;(√ )6. 封闭热力系内发生可逆定容过程,系统一定不对外作容积变化功;(√ )7. 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态,而与工质经历的过程无关;(√ )8. 在闭口热力系中,焓h是由热力学能u和推动功pv两部分组成。

(×)9. 理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。

(×)10. 对于确定的理想气体,其定压比热容与定容比热容之比cp/cv的大小与气体的温度无关。

(×)11. 一切可逆热机的热效率均相同;(×)12. 不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率;(×)13. 如果从同一状态到同一终态有两条途径:一为可逆过程,一为不可逆过程,则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变;(√ )14. 如果从同一状态到同一终态有两条途径:一为可逆过程,一为不可逆过程,则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变;(×)15. 不可逆过程的熵变无法计算;(×)16. 工质被加热熵一定增大,工质放热熵一定减小;(×)17. 封闭热力系统发生放热过程,系统的熵必然减少。

(×)18. 由理想气体组成的封闭系统吸热后其温度必然增加;(×)19. 知道了温度和压力,就可确定水蒸气的状态;(×)20. 水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W;(×)21. 对未饱和湿空气,露点温度即是水蒸气分压力所对应的水的饱和温度。

(√)二. 问答题1. 说明什么是准平衡过程?什么是可逆过程?指出准平衡过程和可逆过程的关系。

答:(1)准平衡过程:是假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近平衡态的过程,(2)可逆过程:是指如果系统完成了某一过程之后,再沿着原路逆行,恢复到原来的状态,外界也随之回复到原来的状态的过程。

(3)准平衡过程和可逆过程的关系:准平衡过程着眼于系统内的平衡,可逆过程着眼于系统和外界的总平衡。

一个准平衡过程不一定是可逆过程,但一个可逆过程一定是一个准平衡过程。

可逆过程是无耗散的准平衡过程。

2. 试指出膨胀功,技术功,流动功的区别和联系?写出流动功的计算公式,说明流动功大小与过程特性有无关系?答:(1)膨胀功:是由于工质体积的变化对外所做的功;技术功:是指工程技术上可以直接利用的功,包括宏观动能,宏观位能,轴功;流动功:推动工质流动而做的功称为流动功。

膨胀功,技术功,流动功的联系为:)(21)(2f s 1122t pv z g c w v p v p w w ∆+∆+∆+=-+=。

(2)流动功的计算公式:)(1122f pv v p v p w ∆=-=,其大小与过程的特性无关,只与进出口的状态有关。

3. 试指出膨胀功,轴功,技术功,流动功的区别和联系,写出可逆过程中膨胀功,技术功的计算公式。

答:(1)膨胀功:是由于工质体积的变化对外所做的功;技术功:是指工程技术上可以直接利用的功,包括宏观动能,宏观位能,轴功;流动功:推动工质流动而做的功称为流动功。

膨胀功,技术功,流动功的联系为:)(21)(2f s 1122t pv z g c w v p v p w w ∆+∆+∆+=-+=。

(2)可逆过程中膨胀功的计算公式:⎰=21d v p w ;技术功的计算公式:⎰-=21t d p v w 。

4. 写出开口系统稳定流动能量方程式的表达式,说明式中各量的含义。

答:(1)开口系统稳定流动的能量方程式为:s 2f 21w z g c h q +∆+∆+∆=。

(2)式中各量含义:q 为工质与外界交换的热量,h ∆为工质进出口焓的变化,2f 21c ∆为工质宏观动能的变化,z g ∆为工质宏观位能的变化,s w 系统对外所作轴功。

5. 试将满足空气下列要求的多变过程表示在p-v 图和T-s 图上(1)理想气体的定温,定压,定容和定熵过程;(2)空气升压,升温,又放热的热力过程。

答:6. 试将满足空气下列要求的多变过程表示在p-v 图和T-s 图上(1)理想气体的定温,定压,定容和定熵过程;(2)空气膨胀,升温,又吸热的热力过程。

答:7. 试将满足空气下列要求的多变过程表示在p-v 图和T-s 图上(1)理想气体的定温,定压,定容和定熵过程;(2)工质又膨胀,又降温,又放热的多变过程。

答:8. 回答什么是热力学第一定律?什么是热力学第二定律?写出两个与热力学第二定律相等价的数学表达式。

答:(1)热力学第一定律:在热能和机械能的相互转换过程中,能的总量保持不变。

(2)热力学第二定律:克劳修斯表述:不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其他变化。

开尔文-普朗克表述:不可能从单一热源取热,使之全部转变为功而不产生其他影响。

(3)与热力学第二定律等价的数学表达式:1)克劳修斯积分式:0≤⎰T Qδ,用于判断一个循环是否可能,是否可逆。

式中等号用于可逆循环,不等号用于不可逆循环。

2)孤立系统熵增原理:0d d g iso ≥=S S 。

孤立系统熵增原理指出孤立系统的熵只能增大,或者不变,绝不能减小。

孤立系统的熵增完全由熵产组成,式中等号用于可逆过程,不等号用于不可逆过程。

3)过程熵变的计算式:⎰≥∆21TQ S δ,用于判断过程能否进行,是否可逆,等号为可逆过程,不等号为不可逆过程。

(以上等价数学表达式写出2个即可)9. 说明什么是第一类永动机?什么是第二类永动机的含义,它们是否违反了热力学第一定律和热力学第二定律。

答:(1)第一类永动机:是指不花费代价就能够产生功的机器。

(2)第二类永动机:是指能够从单一热源取热并使之完全变为功的机器。

(3)第一类永动机违反了热力学第一定律。

第二类永动机不违反热力学第一定律,但却违反了热力学第二定律。

10. 什么是饱和湿空气?什么是未饱和湿空气?如何将未饱和湿空气转变为饱和湿空气?答:(1)饱和湿空气:是由干空气和干饱和水蒸气组成的空气。

(2)不饱和湿空气:是由干空气和过热水蒸气组成的空气。

(3)将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种:方法1:湿空气温度T 一定时,增加水蒸气分压力 )(s max v v T p p p ==,方法2:保持水蒸气含量v p 不变,降低湿空气温度)(v s p T T =。

11. 解释相对湿度,含湿量的含义。

写出水蒸气分压力,相对湿度,含湿量之间的相互关系。

答:(1)相对湿度:湿空气的绝对湿度ρv 与同温度下湿空气的最大绝对湿度ρs 之比称为湿空气的相对湿度,即:sv ρρϕ=。

(2)含湿量:在湿空气中,与单位质量干空气共存的水蒸气的质量,称为湿空气的含湿量。

(3)水蒸气分压力,相对湿度,含湿量的关系为:sb s v b v622.0622.0p p p p p p d ϕϕ-=-= 12. 说明朗肯循环的基本系统组成,指出在每个设备中完成的热力过程。

答:(1)朗肯循环的基本系统组成:锅炉,汽轮机,冷凝器,给水泵。

(2)锅炉中:未饱和水定压加热成为过热水蒸气过程;汽轮机中:过热水蒸汽在汽轮机中可逆绝热膨胀对外作功至冷凝压力过程;冷凝器中:湿蒸气可逆定压放热冷凝为饱和水过程;给水泵中:饱和水在凝结水泵中可逆绝热被压缩过程。

13. 写出朗肯循环热效率的计算公式?分析提高朗肯循环热效率的方法有哪些?答:(1)朗肯循环热效率公式为:由:322311,h h Q h h Q -=-= 得:3121413241121)()(h h h h h h h h h h Q Q Q --=----=-=η(2)提高朗肯循环热效率的方法有:1)保持蒸汽的初压1p ,终压2p 不变,提高蒸汽的初温1T ;2)保持蒸汽的初温1T ,终压2p 不变,提高蒸汽的初压1p ;3)保持蒸汽的初压1p ,初温1T 不变,降低蒸汽的终压2p ;4)在朗肯循环基础上,改进循环,如采用再热循环,回热循环等。

14. 分析采用再热循环的目的是什么?答:再热循环的目的主要在于增加蒸汽干度,以便在蒸气初温度限制下可以采用较高的初压力,从而提高循环热效率。

15. 分析采用回热循环的目的是什么?答:回热循环的目的主要是提高进入锅炉之前的给水,且减少冷源损失,从而提高循环的热效率。

16. 如图所示为蒸汽一次回热循环的T-s 图,指出图中与回热相关的热力过程,并写出一次回热循环热效率的计算公式。

答:(1)与回热有关的热力过程为:过程7-8-9:kg α工质在回热加热器中定压放热过程;过程4-9: kg )1(α-工质在回热加热器中定压吸热过程。

(2)热效率计算公式:由:))((32210111,h h Q h h Q --=-=α 得:913210132101121)(11)(1)(h h h h h h h h h hQ Q Q ----=-----=-=)()(ααη 17. 如图所示为蒸汽一次再热循环的T-s 图,指出与一次再热相关T-s 图T的热力过程及过程特点,并写出一次再热循环热效率的计算公式。

答:(1)与再热有关的热力过程为:过程7-1:工质在再热器中的定压加热过程。

(2)热效率计算公式:由:3227'1411'),h h Q h h h h Q -=-+-=()( 得:)()()()()(7'141327'141121h h h h h h h h h h Q Q Q -+----+-=-=η。

18. 写出傅里叶定律表达式的一般形式,说明其适用条件及式中负号的含义。

答:(1)傅里叶定律的表达形式用向量式表示:热流量为:,n t A∂∂-=λ 或用热流密度表示为:nt ∂∂-=λ。

(2)适用条件:各向同性物体。

式中负号含义:负号说明导热热流量的方向与温度梯度的方向共线反向,温度梯度的方向为沿着等温面的法线方向,并指向温度升高的方向,热流量的方向为温度降落的方向。

19. 写出直角坐标系下,非稳态,常物性,有内热源的导热微分方程形式,写出导温系数的定义式和物理意义。

答:(1)导热微分方程形式:)(222222z t y t x t a t ∂∂+∂∂+∂∂=∂∂τ;(2)导温系数:c a ρλ=,其物理意义为:材料传播温度变化能力大小的指标。

20. 一个具体导热问题的完整数学描述应包括哪些方面?答:(1)一个具体导热问题的完整数学描述包括:导热微分方程和相应的单值性条件(单值性条件包括4个方面:几何条件,物理条件,时间条件和边界条件。

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