工程热力学复习重点2012. 3
绪论
[1]理解和掌握工程热力学的研究对象、主要研究内容和研究方法
[2]理解热能利用的两种主要方式及其特点
[3]了解常用的热能动力转换装置的工作过程
1．什么是工程热力学
从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。
2．能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题
3. 热能及其利用
[1]热能：能量的一种形式
[2]来源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。
如风能,水力能,太阳能、地热能、化学能和核能等。
二次能源：由一次能源转换而来的能源，如机械能、机械能等。
[3]利用形式：
直接利用：将热能利用来直接加热物体。如烘干、采暖、熔炼(能源消耗比例大)
间接利用：各种热能动力装置，将热能转换成机械能或者再转换成电能，
4．.热能动力转换装置的工作过程
5．热能利用的方向性及能量的两种属性
[1]过程的方向性：如：由高温传向低温
[2]能量属性：数量属性、,质量属性(即做功能力)
[3]数量守衡、质量不守衡
[4]提高热能利用率：能源消耗量与国民生产总值成正比。
第1章基本概念及定义
1. 1 热力系统
一、热力系统
系统：用界面从周围的环境中分割出来的研究对象，或空间内物体的总和。
外界：与系统相互作用的环境。
界面：假想的、实际的、固定的、运动的、变形的。
依据：系统与外界的关系
系统与外界的作用：热交换、功交换、质交换。
二、闭口系统和开口系统
闭口系统：系统内外无物质交换,称控制质量。
开口系统：系统内外有物质交换,称控制体积。
三、绝热系统与孤立系统
绝热系统：系统内外无热量交换(系统传递的热量可忽略不计时，可认为绝热)
孤立系统：系统与外界既无能量传递也无物质交换
=系统+相关外界=各相互作用的子系统之和= 一切热力系统连同相互作用的外界
四、根据系统内部状况划分
可压缩系统：由可压缩流体组成的系统。
简单可压缩系统：与外界只有热量及准静态容积变化
均匀系统：内部各部分化学成分和物理'性质都均匀一致的系统，是由单相组成的。
非均匀系统：由两个或两个以上的相所组成的系统。
单元系统：一种均匀的和化学成分不变的物质组成的系统。
多元系统：由两种或两种以上物质组成的系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
思考题：
孤立系统一定是闭口系统吗?反之怎样?
孤立系统一定不是开口的吗、
孤立系统是否一定绝热？
1．2 工质的热力状态与状态参数
一、状态与状态参数
状态：热力系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。
状态参数：描述工质状态特性的各种状态的宏观物理量。
如：温度（T ）、压力（P ）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u ）、焓（h ）、熵（s ）、自由能（f ）、自由焓（g ）等。 状态参数的数学特性:
1． 1212x x dx -=
?
表明：状态的路径积分仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。
2．?dx =0
表明：状态参数的循环积分为零
基本状态参数：可直接或间接地用仪表测量出来的状态参数：温度、压力、比容或密度
温度：宏观上，是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量。
微观上,是大量分子热运动强烈程度的量度
2．压力：
垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
f
F p = 式中：F —整个容器壁受到的力，单位为牛顿（N ）； f —容器壁的总面积（m2）。
微观上：分子热运动产生的垂直作用于容器壁上单位面积的力。
压力测量依据：力平衡原理 压力单位：MPa
相对压力：相对于大气环境所测得的压力。工程上常用测压仪表测定的压力。
以大气压力为计算起点，也称表压力。
g p B p += （P>B ）
H B p -= （P
式中 B —当地大气压力
Pg —高于当地大气压力时的相对压力，称表压力；
H —低于当地大气压力时的相对压力，称为真空值。
注意：只有绝对压力才能代表工质的状态参数
3．比容:
比容：单位质量工质所具有的容积。 密度：单位容积的工质所具有的质量。
m V v = m 3/kg
关系：1=v ρ
式中：ρ—工质的密度 kg/m3 ，v —工质的比容 m3/kg
例:表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？
解：作为工质状态参数的压力是绝对压力，测得的表压力或真空度都是工质的绝对压力与大气压力的相对值，因此不能作为工质的压力；因为测得的是工质绝对压力与大气压力的相对值，即使工质的压力不变，当大气压力改变时也会引起压力表或真空表读数的变化。
1．3准静态过程与可逆过程
热力过程：系统状态的连续变化称系统经历了一个热力过程。
一、准静过程：如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小，以致该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态，这样的过程称为准静态过程。
注意:准静态过程是一种理想化的过程，实际过程只能接近准静态过程。
二、可逆过程：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，则此过程称为可逆过程。
实现可逆过程的条件：
过程无势差 (传热无温差，作功无力差)
过程无耗散效应。
三、可逆过程的膨胀功 (容积功)
系统容积发生变化而通过界面向外传递的机械功。
?=2
1
pdv w J/kg
规定: 系统对外做功为正，外界对系统作功为负。
问题： 比较不可逆过程的膨胀功与可逆过程膨胀功
四、可逆过程的热量:
系统与外界之间依靠温差传递的能量称为热量。
可逆过程传热量：?=2
1
Tds q q J/kg
规定:系统吸热为正，放热为负。
1．4 热力循环:
定义：工质从某一初态开始，经历一系列状态变化，最后由回复到初态的过程。,
一、正循环
正循环中的热转换功的经济性指标用循环热效率：
式中 q1—工质从热源吸热；q2—工质向冷源放热； w0—循环所作的净功。
二、逆循环
以获取制冷量为目的。
制冷系数： 2
12021q q q w q -==ε 式中：q1—工质向热源放出热量；q2—工质从冷源吸取热量；w0—循环所作的净功。 供热系数： 211012q q q w q -==
ε 式中：q1—工质向热源放出热量，q2—工质从冷源吸取热量，w0—循环所作的净功
思考题：
1．温度为100℃的热源，非常缓慢地把热量加给处于平衡状态下的0℃的冰水混合物，试问：1、冰水混合物经历的是准静态过程吗？2、加热过程是否可逆？
2．平衡态与稳态（稳态即系统内各点的状态参数均不随时间而变）有何异同？热力学中讨论平衡态有什么意义？
3．外界条件变化时系统有无达到平衡的可能？在外界条件不变时，系统是否一定处于平衡态？
4．判断下列过程是否为可逆过程：
1)对刚性容器内的水加热使其在恒温下蒸发。
2)对刚性容器内的水作功使其在恒温下蒸发。
3)对刚性容器中的空气缓慢加热使其从50℃升温到100℃
4)定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被慢慢压缩
5)100℃的蒸汽流与25℃的水流绝热混合。
6)锅炉中的水蒸汽定压发生过程（温度、压力保持不变）。
7)高压气体突然膨胀至低压。
8)摩托车发动机气缸中的热燃气随活塞迅速移动而膨胀。
9)气缸中充有水，水上面有无摩擦的活塞，缓慢地对水加热使之蒸发。
第2章 热力学第一定律
2．1系统的储存能
系统的储存能的构成：内部储存能+外部储存能
一．内能
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，单位质量工质所具有的内能，称为比内能，简称内能。U=mu
内能=分子动能+分子位能
分子动能包括：
1．分子的移动动能 2.分子的转动动能 3.分子内部原子振动动能和位能
分子位能：克服分子间的作用力所形成
u=f (T,V) 或u=f (T,P) u=f (P,V)
注意: 内能是状态参数.
特别的: 对理想气体u=f (T)
问题思考: 为什么?
二 外储存能：
系统工质与外力场的相互作用（如重力位能）及以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量（宏观动能）。 宏观动能：221mc E k
= 重力位能：mgz E p = 式中
g —重力加速度。 三 系统总储存能： 或mgz mc U E ++=221 gz c u e ++=22
1 2．
2 系统与外界传递的能量
与外界热源,功源,质源之间进行的能量传递
一、热量
在温差作用下,系统与外界通过界面传递的能量。
系统吸热热量为正，系统放热热量为负。
单位：kJ kcal l kcal=4.1868kJ
特点: 热量是传递过程中能量的一种形式，热量与热力过程有关,或与过程的路径有关.
二、功
除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界传递的能量.
1．膨胀功W ：在力差作用下，通过系统容积变化与外界传递的能量。
单位：l J=l Nm
规定: 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
膨胀功是热变功的源泉
2 轴功W s :
通过轴系统与外界传递的机械功
注意: 刚性闭口系统轴功不可能为正，轴功来源于能量转换
三、随物质传递的能量
1．流动工质本身具有的能量
2． 流动功(或推动功)：
维持流体正常流动所必须传递量，是为推动流体通过控制体界面而传递的机械功.
推动1kg 工质进、出控制体所必须的功 1122v p v p w f -=
注意: 流动功仅取决于控制体进出口界面工质的热力状态。流动功是由泵风机等提供
思考：与其它功区别
四、焓的定义：
焓=内能+流动功
对于m 千克工质： pV U H +=
对于1千克工质：h=u+ p v
五、焓的物理意义：
对流动工质(开口系统)，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.
对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合状态参数
思考为什么：特别的对理想气体 h= f (T)
2．3 闭口系统能量方程
一、能量方程表达式
W Q U -=? 适用于mkg 质量工质
w q u -=? 1kg 质量工质
注意: 该方程适用于闭口系统、任何工质、任何过程。
由于反映的是热量、内能、膨胀功三者关系，因而该方程也适用于开口系统、任何工质、任何过程.
特别的: 对可逆过程
?-=?21pdv q u 思考为什么？
二、.循环过程第一定律表达式
结论: 第一类永动机不可能制造出来
思考：为什么
三、理想气体内能变化计算
由dT c du q v v v ==δ得：
dT c du v =，?=?2
1dT c u v
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程
或： )(12T T c u v -=?
用定值比热计算
用平均比热计算
()T f c v =的经验公式代入?=?2
1dT c u v 积分。
理想气体组成的混合气体的内能：
∑∑====+++=n
i i i n i i n u m U U U U U 1121Λ 2．4 开口系统能量方程
由质量守恒原理： 进入控制体的质量一离开控制体的质量=控制体中质量的增量
能量守恒原理：
进入控制体的能量一控制体输出的能量=控制体中储存能的增量
设控制体在τd 时间内:
进入控制体的能量=11211
)21(m gz c h Q δδ+++ 离开控制体的能量=22222)2
1(m gz c h W S δδ+++ 控制体储存能的变化cv cv cv E dE E dE -+=)(
代入后得到:
=Q δ22222)21(m gz c h W S δδ+++11211)2
1(m gz c h δ++-+cv dE 注意:本方程适用于任何工质，稳态稳流、不稳定流动的一切过程,也适用于闭口系统
2．5 开口系统稳态稳流能量方程
一 稳态稳流工况
工质以恒定的流量连续不断地进出系统，系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定，不随时间变化，称稳态稳流工况。
条件：1.符合连续性方程
2.系统与外界传递能量，收入=支出，且不随时间变化
适用于任何工质，稳态稳流热力过程
二 技术功
在热力过程中可被直接利用来作功的能量，称为技术功。
技术功=膨胀功+流动功
特别的：对可逆过程：
思考：为什么？注意：技术功是过程量
公式：s w q dh δδ-=
适用于任何工质稳态稳流过程，忽略工质动能和位能的变化。
三、理想气体焓的计算
对于理想气体 ()T f RT u h =+=
dT c dh p =，dT c h p ?=?21
适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程
适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程，
用定值比热计算
用平均比热计算
把()T f c p =的经验公式代入?=?2
1dT c h p 积分。
思考题：
1．门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗?
2. 既然敞开冰箱大门不能降温，为什么在门窗紧闭的房间内安装空调器后却能使温度降低呢?
3．对工质加热，其温度反而降低，有否可能？
4．对空气边压缩边进行冷却，如空气的放热量为1kJ ，对空气的压缩功为6kJ ，则此过程中空气的温度是升高，还是降低。
5．空气边吸热边膨胀，如吸热量Q=膨胀功，则空气的温度如何变化。
6．讨论下列问题：
1) 气体吸热的过程是否一定是升温的过程。
2) 气体放热的过程是否一定是降温的过程。
3) 能否以气体温度的变化量来判断过程中气体是吸热还是放热。
7．试分析下列过程中气体是吸热还是放热(按理想气体可逆过程考虑)
1) 压力递降的定温过程。
2) 容积递减的定压过程。
3) 压力和容积均增大两倍的过程。
第3章 气体和蒸汽的性质
3．1 理想气体状态方程
一、理想气体与实际气体
定义：气体分子是一些弹性的，忽略分子相互作用力，不占有体积的质点,
注意：当实际气体p →0 v →∞的极限状态时，气体为理想气体。
二、理想气体状态方程的导出
状态方程的几种形式
1．RT pv = 适用于1千克理想气体。
式中：p —绝对压力 Pa
v —比容 m3/kg ， T —热力学温度 K 2．mRT pV = 适用于m 千克理想气体。
式中V —质量为mkg 气体所占的容积
3．T R pV M 0= 适用于1千摩尔理想气体。
式中VM=Mv —气体的摩尔容积，m3/kmol ； R0=MR —通用气体常数，
J/kmol ·K 4．T nR pV 0= 适用于n 千摩尔理想气体。
式中V —nKmol 气体所占有的容积，m 3；n —气体的摩尔数，M
m n =，kmol 5．222111T v P T v P =
6． 2
22111T V P T V P = 仅适用于闭口系统 3．2 理想气体的比热
一、比热的定义与单位
定义：单位物量的物体，温度升高或降低1K （1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体比热。
单位：式中
c —质量比热，kJ/Kg ·k
'c —容积比热，kJ/m3·k Mc —摩尔比热，kJ/Kmol ·k 换算关系：04.22'ρc Mc c ==
注意：比热不仅取决于气体的性质，还于气体的热力过程及所处的状态有关。
二、定容比热和定压比热 定容比热：v
v v
v T u dT du dT q c ??? ????===δ 表示：明单位物量的气体在定容情况下升高或降低1K 所吸收或放出的热量．
定压比热：dT
dh dT q c p
p ==δ 表示：单位物量的气体在定压情况下升高或降低1K 所吸收或放出的热量。
迈耶公式：R c c v p
=- R c c v p 0''ρ=-
比热比：
三、定值比热、真实比热与平均比热
1、定值比热：凡分子中原子数目相同因而其运动自由度也相同的气体，它们的摩尔比热值都相等，称为定值比热。
2、真实比热：相应于每一温度下的比热值称为气体的真实比热。
常将比热与温度的函数关系表示为温度的三次多项式
3．平均比热
思考题：
1．某内径为15.24cm 的金属球抽空后放后在一精密的天平上称重，当填充某种气体至7.6bar 后又进行了称重，两次称重的重量差的2.25g ，当时的室温为27℃，试确定这里何种理想气体。
2．通用气体常数和气体常数有何不同？
3．混合气体处于平衡状态时，各组成气体的温度是否相同，分压力是否相同。
4．混合气体中某组成气体的千摩尔质量小于混合气体的千摩尔质量，问该组成气体在混合气体中的质量成分是否一定小于容积成分，为什么。
第4章 气体和蒸汽的基本热力过程
一、定压过程
二、定容过程
三、定温过程
四、绝热过程
q=0 u w ?-= h w t ?-=
第5章 热力学第二定律
5．1 自然过程的方向性
一、磨擦过程
功可以自发转为热,但热不能自发转为功
二、传热过程
热量只能自发从高温传向低温
三、自由膨胀过程
绝热自由膨胀为无阻膨胀,但压缩过程却不能自发进行
四、混合过程
两种气体混合为混合气体是常见的自发过程
五、燃烧过程
燃料燃烧变为燃烧产物(烟气等),只要达到燃烧条件即可自发进行
结论:自然的过程是不可逆的
5．2 热力学第二定律的实质
克劳修斯说法：热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其它变化
开尔文说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变为机械能，而不引起其它变化的循环发动机。
5.3 卡诺循环与卡诺定理
意义：解决了热变功最大限度的转换效率的问题
一.卡诺循环:
[一] 正循环
组成：两个可逆定温过程、两个可逆绝热过程
过程a-b ：工质从热源(T1)可逆定温吸热
b-c ：工质可逆绝热(定'熵)膨胀
c-d ：工质向冷源(T2)可逆定温放热
d-a ：工质可逆绝热(定熵)压缩回复到初始状态。
循环热效率：
)(11a b s s T q -==面积abefa )(22d c s s T q -==面积cdfec
因为 )()(d c a b s s s s -=- 得到 12
1T T t -=η
分析：
1、热效率取决于两热源温度，T1、T2，与工质性质无关。
2、由于T1,∞≠ T2≠0，因此热效率不能为1
3、若T1=T2，热效率为零，即单一热源，热机不能实现。
[二] 逆循环：
包括：绝热压缩、定温放热。
定温吸热、绝热膨胀。
制冷系数：212212021T T T q q q w q c
-=-==ε 供热系数211211012T T T q q q w q c
-=-==ε 关系：112+=c c εε
分析：通常T2>T1-T2 所以：
11>c ε
二 卡诺定理： 1、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。
2.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.
思考题
1．自发过程为不可逆过程，那么非自发过程即为可逆过程。此说法对吗?为什么?
2．自然界中一切过程都是不可逆过程，那么研究可逆过程又有什么意义呢?
3．以下说法是否正确?
①工质经历一不可逆循环过程,因
?T Q δ<0，故?ds <0
②不可逆过程的熵变无法计算 ③若从某一初态沿可逆和不可逆过程达到同一终态，则不可逆过程中的熵变必定大于可逆过程中的熵变。
4．某热力系统经历一熵增的可逆过程，问该热力系统能否经一绝热过程回复到初态。
5．若工质经历一可逆过程和一不可逆过程，均从同一初始状态出发，且两过程中工质的吸热量相同，问工质终态的熵是否相同？
6．绝热过程是否一定是定熵过程？定熵过程是否一定满足PvK=定值的方程？
答案：可逆绝热过程才是定熵。否，必须为理想气体，可逆绝热，定值比热容。
7．工质经历一个不可逆循环能否回复到初态？
8．用孤立系统熵增原理证明：热量从高温物体传向低温物体的过程是不可逆过程。
第8章 压气机的热力过程
8．1 压气机的理论压缩功
压气机: 用来压缩气体的设备
一、单机活塞式压气机工作过程
吸气过程、压缩过程、排气过程。理想化为可逆过程、无阻力损失.
1．定温压缩轴功的计算
st w =?-=21vdp w t 1211ln
p p v p -
按稳态稳流能量方程，压气机所消耗的功，一部分用于增加气体的焓，一部分转化为热能向外放出.
对理想气体定温压缩,表示消耗的轴功全部转化成热能向外放出.
st w =T Q
2．定熵压缩轴功的计算,
按稳态稳流能量方程，绝热压缩消耗的轴功全部用于增加气体的焓，使气体温度升高，该式也适用于不可逆过程
3．多变压缩轴功的计算
按稳态稳流能量方程，多变压缩消耗的轴功部分用于增加气体的焓，部分对外放热，该式同样适用于不可逆过程 结论: ss sn st w w w -<-<- T sn s T T T 22>>
可见定温过程耗功最少，绝热过程耗功最多
8．2 多级压缩及中间冷却
由 k k p p T T 11212-???? ??=
即：压力比越大，其压缩终了温度越高，较高压缩气体常采用中间冷却设备，称多级压气机.
最佳增压比：使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时，各级的增压比称为最佳增压比。
压气机的效率：在相同的初态及增压比条件下，可逆压缩过程中压气机所消耗的功与实际不可逆压缩过程中压气机所消耗的功之比，称为压气机的效率。
特点:
1．减小功的消耗,由p-v 图可知
2．降低气体的排气温度,减少气体比容
3．每一级压缩比降低,压气机容积效率增高
中间压力的确定: 原则：消耗功最小。
以两级压缩为例,得到：2312//p p p p =
结论:两级压力比相等，耗功最小。
推广为Z 级压缩
推理:
1．每级进口、出口温度相等.
2．各级压气机消耗功相等.
3．各级气缸及各中间冷却放出和吸收热量相等.
8．5 活塞式压气机余隙影响
一、余隙对排气量的影响
余隙：为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞，在汽缸端盖与活塞行程终点间留有一定的余隙，称为余隙容积，简称余隙
活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比，
结论：余隙使一部分汽缸容积不能被有效利用，压力比越大越不利。
二 余隙对理论压缩轴功的影响
式中：41V V V -=为实际吸入的气体体积。
结论：不论压气机有无余隙，压缩每kg 气体所需的理论压缩轴功都相同，所以应减少余隙容积。
思考题：
1．在p-v 图上，T 和s 减小的方向分别在哪个方向，在T-s 图上p 和v 减小的方向分别在哪个方向。
2．工质为空气，试在p-v 和T-s 图上画出n=1.5的膨胀过程和n=1.2的压缩过程的大概位置，并分析二过程中q 、w 、?u 的正负。
3．如果气体按p c v /=规律膨胀，其中c 为常数，则此过程中理想气体被加热还是被冷却。
4．在多变过程中热量和功量之间的关系等于什么，即
n n q w / =? 5．试在T-s 图上用过程线和横坐标之间的面积来分析相同初态和相同终态压力下的定温、多变、绝热压缩中的能量转换关系，比较哪种压缩时耗功量最小。
6．如果气体压缩机在汽缸中采取各种冷却方法后，已能按定温过程进行压缩，这时是否还要采用分级压缩，为什么。
第9章 气体动力循环
9．2 活塞式内燃机实际循环的简化
开式循环(open cycle)；
燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为不可逆；
各环节中工质质量、成分稍有变化。
9．3 活塞式内燃机的理想循环
一、混合加热理想循环
0?1 吸气
1?2 压缩
2?3 喷油、燃烧
3?4 燃烧
4?5 膨胀作功
5?0 排气
二、定压加热理想循环
三、定容加热理想循环
第10章 蒸汽动力装置循环
热机：将热能转换为机械能的设备叫做热力原动机。热机的工作循环称为动力循环。
动力循环可分：蒸汽动力循环和燃气动力循环两大类。
10．1蒸汽动力基本循环一朗肯循环
朗肯循环是最简单的蒸汽动力理想循环，热力发电厂的各种较复杂的蒸汽动力循环都是在朗肯循环的基础上予以改进而得到的。
一、装置与流程
蒸汽动力装置：锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵等四部分主要设备。
工作原理：p-v 、T-s 和h-s 。
朗肯循环可理想化为：两个定压过程和两个定熵过程。
二、朗肯循环的能量分析及热效率
取汽轮机为控制体，建立能量方程:
三、提高朗肯循环热效率的基本途径
依据：卡诺循环热效率
1、提高平均吸热温度
直接方法式提高蒸汽压力和温度。
2、降低排气温度 ..
第11章 制冷循环
11．1 空气压缩制冷循环 空气压缩式制冷：将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀，会获得低温低压的空气。
原则：实现逆卡诺循环
工作原理如图：
注意：空气的热物性决定了空气压缩致冷循环的致冷系数低和单位工质的致冷能力小。 或：121
1T T T -=ε
11．2 蒸汽压缩制冷循环
一、实际压缩式制冷循环
蒸气压缩致冷装置：压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器组成。
原理：由蒸发器出来的致冷剂的干饱和蒸气被吸入压缩机，绝热压缩后成为过热蒸气(过程1-2)，蒸气进入冷凝器，在定压下冷却(过程2-3)，进一步在定压定温下凝结成饱和液体(过程3-4)。饱和液体继而通过一个膨胀阀(又称节流阀或减压阀)经绝热节流降压降温而变成低干度的湿蒸气。
注意：工业上，用节流阀取代膨胀机。
二、制冷剂的压焓图(lgp-h 图)
原理：以致冷剂焓作为横坐标，以压力对数为纵坐标，共绘出致冷剂的六种状态参数线簇：
定焓(h)、定压力(p)、定温度(T)、定比容(v)、定熵(s)及定干度(x)线.
蒸气压缩式致冷循环各热力过程在lgp-h 图上的表示：
1-2表示压缩机中的绝热压缩过程。2-3-4是冷凝器中的定压冷却过程
4-5为膨胀阀中的绝热节流过程。5-1表示蒸发器内的定压蒸发过程。
三、制冷循环能量分析及致冷系擞
实际蒸气压缩致冷循环整个装置的能量分析。其致冷系数为
02
1w q =ε=收获/消耗
制冷剂质量流量：22
q Q m =
压缩机所需功率：3600
0mw p =
冷凝器热负荷：()121h h M Q -= 四、影响制冷系数的主要因素
降低制冷剂的冷凝温度
提高蒸发温度
五、蒸汽喷射制冷循环
简答题
第1章 基本概念
⒈ 闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 ⒉ 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么?
答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
⒊ 平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系?
答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。
⒋ 倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式 中，当地大气压是否必定是环境大气压?
答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。
“当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的P b 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它
意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。
⒌ 温度计测温的基本原理是什么?
答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。
⒍ 经验温标的缺点是什么?为什么?
答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。
⒎ 促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。
答：分两种不同情况：
⑴ 若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态；
⑵ 若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。
⒏ 图1-16a 、b 所示容器为刚性容器：⑴将容器分成两部分。
一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板。若突然抽去隔
板，气体(系统)是否作功？
⑵设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平
衡再抽去一块，问气体(系统)是否作功？
⑶上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在P -v 图上表示？ 答：⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功；⑵ b 情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功； ⑶ a 中所示的情况为气体向真空膨胀(自由膨胀)的过程，是典型的不可逆过程。过程中气体不可能处于平衡状态，因此该过程不能在P -v 图上示出；b 中的情况与a 有所不同，若隔板数量足够多，每当抽去一块隔板时，气体只作极微小的膨胀，因而可认为过程中气体始终处在一种无限接近平衡的状态中，即气体经历的是一种准静过程，这种过程可以在P -v 图上用实线表示出来。
⒐ 经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？
答：所谓过程不可逆，是指一并完成该过程的逆过程后，系统和它的外界不可能同时恢复到他们的原来状态，并非简单地指系统不可能回复到原态。同理，系统经历正、逆过程后恢复到了原态也并不就意味着过程是可逆的；过程是否可逆，还得看与之发生过相互作用的所有外界是否也全都回复到了原来的状态，没有遗留下任何变化。原则上说来经历一个不可逆过程后系统是可能恢复到原来状态的，只是包括系统和外界在内的整个系统则一定不能恢复原来状态。 ⒑ 系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统和外界有什么变化？若上述正向及逆向循环中有不可逆因素，则系统及外界有什么变化？
答：系统完成一个循环后接着又完成其逆向循环时，无论循环可逆与否，系统的状态都不会有什么变化。根据可逆的概念，当系统完成可逆过程（包括循环）后接着又完成其逆向过程时，与之发生相互作用的外界也应一一回复到原来的状态，不遗留下任何变化；若循环中存在着不可逆因素，系统完成的是不可逆循环时，虽然系统回复到原来状态，但在外界一定会遗留下某种永远无法复原的变化。
（注意：系统完成任何一个循环后都恢复到原来的状态，但并没有完成其“逆过程”，因此不存在其外界是否“也恢复到原来状态”的问题。一般说来，系统进行任何一种循环后都必然会在外界产生某种效应，如热变功，制冷等，从而使外界有了变化。）
⒒ 工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出的功中是否要减去活塞排斥大气功才是有用功？
答：不需要。由于活塞也包含在系统内，既然系统完成的是循环过程，从总的结果看来活塞并未改变其位置，实际上不存在排斥大气的作用。
第2章 热力学第一定律
⒈ 刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图
2--11所示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有一
小孔，气体泄漏人B 中，分析A 、B 两部分压力相同时A 、B 两部分气体的比热力学
能如何变化？
答: ⑴ 定义容器内的气体为系统，这是一个控制质量。
由于气体向真空作无阻自由膨胀，不对外界作功，过程功0=W ；容器又是绝热的，过程的热量0=Q ，因此，根据热力学第一定律W U Q +?=，应有0=?U ，即容器中气体的总热力学能不变，膨胀后当气体重新回复到热力学平衡状态时，其比热力学能亦与原来一样，没有变化；若为理想气体，则其温度不变。
⑵ 当隔板上有一小孔，气体从A 泄漏人B 中，若隔板为良好导热体，A 、B 两部分气体时刻应有相同的温度，当
A 、
B 两部分气体压力相同时，A 、B 两部分气体处于热力学平衡状态，情况像上述作自由膨胀时一样，两部分气体将有相同的比热力学能，按其容积比分配气体的总热力学能；若隔板为绝热体，则过程为A 对B 的充气过程，由于A 部分气体需对进入B 的那一部分气体作推进功，充气的结果其比热力学能将比原来减少，B 部分气体的比热力学能则会比原来升高，最终两部分气体的压力会达到平衡，但A 部分气体的温度将比B 部分的低（见习题4-22）。
⒉ 热力学第一定律的能量方程式是否可写成
的形式，为什么？
答：⑴热力学第一定律的基本表达式是：
过程热量 = 工质的热力学能变化 + 过程功
第一个公式中的Pv 并非过程功的正确表达，因此该式是不成立的；
⑵热量和功过程功都是过程的函数，并非状态的函数，对应于状态1和2并不存在什么q 1、q 2和w 1、w 2；对于过程1-2并不存在过程热量12q q q -=和过程功12w w w -=，因此第二个公式也是不成立的。
⒊ .热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式：
分别讨论上述两式的适用范围。
答：第一个公式为热力学第一定律的最普遍表达，原则上适用于不作宏观运动的一切系统的所有过程；第二个表达式中由于将过程功表达成
?21d v P ，这只是对简单可压缩物质的可逆过程才正确，因此该公式仅适用于简单可压缩物质
的可逆过程。
⒋ .为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量方程式中？
答：当流体流动时，上游流体为了在下游占有一个位置，必须将相应的下游流体推挤开去，当有流体流进或流出系统时，上、下游流体间的这种推挤关系，就会在系统与外界之间形成一种特有的推动功（推进功或推出功）相互作用。反之，闭口系统由于不存在流体的宏观流动现象，不存在上游流体推挤下游流体的作用，也就没有系统与外间的推动功作用，所以在闭口系统的能量方程式中不会出现推动功项。
⒌ .稳定流动能量方程式（2-16）是否可应用于活塞式压气机这种机械的稳定工况运行的能量分析？为什么？
自由膨胀
答：可以。就活塞式压气机这种机械的一个工作周期而言，其工作过程虽是不连续的，但就一段足够长的时间而言（机器的每一工作周期所占的时间相对很短），机器是在不断地进气和排气，因此，对于这种机器的稳定工作情况，稳态稳流的能量方程是适用的。
⒍ .开口系实施稳定流动过程，是否同时满足下列三式：
上述三式中W 、W t 和W i 的相互关系是什么?
答：是的，同时满足该三个公式。
第一个公式中d U 指的是流体流过系统时的热力学能变化，?W 是流体流过系统的过程中对外所作的过程功；第二个公式中的?W t 指的是系统的技术功；第三个公式中的?W i 指的是流体流过系统时在系统内部对机器所作的内部功。对通常的热工装置说来，所谓“内部功”与机器轴功的区别在于前者不考虑机器的各种机械摩擦，当为可逆机器设备时，两者是相等的。从根本上说来，技术功、内部功均来源于过程功。过程功是技术功与流动功（推出功与推进功之差）的总和；而内部功则是从技术功中扣除了流体流动动能和重力位能的增量之后所剩余的部分。
⒎ 几股流体汇合成一股流体称为合流，如图2-12所示。工程上几台
压气机同时向主气道送气，以及混合式换热器等都有合流的问题。通常
合流过程都是绝热的。取1-1、2-2和3-3截面之间的空间为控制体积，
列出能量方程式，并导出出口截面上焓值h 3的计算式。
答：认为合流过程是绝热的稳态稳流过程，系统不作轴功，并忽略流体
的宏观动能和重力位能。对所定义的系统，由式(2-28)
应有能量平衡
第4章 理想气体的热力过程
1. 分析气体的热力过程要解决哪些问题？用什么方法解决？试以理想气体的定温过程为例说明之。
答：分析气体的热力过程要解决的问题是：揭示过程中气体的状态（参数）变化规律和能量转换的情况，进而找出影响这种转换的主要因素。
分析气体热力过程的具体方法是：将气体视同理想气体；将具体过程视为可逆过程，并突出具体过程的主要特征，理想化为某种简单过程；利用热力学基本原理、状态方程、过程方程，以及热力学状态坐标图进行分析和表示。
对于理想气体的定温过程……（从略）
2. 对于理想气体的任何一种过程,下列两组公式是否都适用：
答：因为理想气体的热力学能和焓为温度的单值函数，只要温度变化相同，不论经历任何过程其热力学能和焓的变化都会相同，因此，所给第一组公式对理想气体的任何过程都是适用的；但是第二组公式是分别由热力学第一定律的第一和第二表达式在可逆定容和定压条件下导出，因而仅分别适用于可逆的定容或定压过程。就该组中的两个公式的前一段而言适用于任何工质，但对两公式后一段所表达的关系而言则仅适用于理想气体。
3. 在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温膨胀过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？
答：在气体定温膨胀过程中实际上是需要加入热量的。定温过程中气体的比热容应为无限大，应而不能以比热容和温度变化的乘积来求解，最基本的求解关系应是热力学第一定律的基本表达式：q = Δu + w 。
4. 过程热量q 和过程功都是过程量，都和过程的途径有关。由定温过程热量公式1211ln v v v P q =
，可见，只要状态参数P 1、v 1和v 2确定了，q 的数值也确定了，是否q 与途径无关？
答：否。所说的定温过程热量计算公式利用理想气体状态方程、气体可逆过程的过程功v P w d d =，以及过程的定温条件获得，因此仅适用于理想气体的定温过程。式中的状态1和状态2，都是指定温路径上的状态，并非任意状态，图2-12 合流
工程热力学期末试卷 建筑环境与设备工程专业适用 （闭卷，150分钟） 班级 姓名 学号 成绩 一、简答题(每小题5分，共40分) 1. 什么是热力过程？可逆过程的主要特征是什么？ 答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力过程。可逆过程的主要特征是驱动过程进行的势差无限小，即准静过程，且无耗散。 2. 温度为500°C 的热源向热机工质放出500 kJ 的热量，设环境温度为30°C，试问这部分热量的火用（yong ）值（最大可用能）为多少？ 答： = ??? ? ? ++-?=15.27350015.273301500,q x E 303.95kJ 3. 两个不同温度（T 1,T 2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T 1吸收热量Q 1向低温热源T 2放出热量Q 2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增 。假设功源的熵变△S W =0。 证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为 （1分） 对热机循环子系统： 1分 1分 根据卡诺定理及推论： 1 4. 刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数（T 、P 、u 、s 、v ）如何变化，并简述为什么。 答：u 、T 不变，P 减小，v 增大，s 增大。 自由膨胀 12iso T T R S S S S S ?=?+?+?+?W 1212 00ISO Q Q S T T -?= +++R 0S ?=iso 0 S ?=
5. 试由开口系能量方程一般表达式出发，证明绝热节流过程中，节流前后工质的焓值不变。（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计） 答：开口系一般能量方程表达式为 绝热节流过程是稳态稳流过程，因此有如下简化条件 ， 则上式可以简化为： 根据质量守恒，有 代入能量方程，有 6. 什么是理想混合气体中某组元的分压力？试按分压力给出第i 组元的状态方程。 答：在混合气体的温度之下，当i 组元单独占有整个混合气体的容积（中容积）时对容器壁面所形成的压力，称为该组元的分压力；若表为P i ，则该组元的状态方程可写成：P i V = m i R i T 。 7. 高、低温热源的温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数是否就愈大，愈有利？试证明你的结论。 答：否，温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数愈小，耗功越大。（2分） 证明：T T w q T T T R ?==-= 2 2212ε，当 2q 不变，T ?↑时，↑w 、↓R ε。即在同样2q 下(说明 得到的收益相同)，温差愈大，需耗费更多的外界有用功量，制冷系数下降。（3分） 8. 一个控制质量由初始状态A 分别经可逆与不可逆等温吸热过程到达状态B ，若两过程中热源温度均为 r T 。试证明系统在可逆过程中吸收的热量多，对外做出的膨胀功也大。
2015年工程热力学简答题
2015 年工程热力学简答题 第1 章基本概念 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时 (如稳态稳流系统) ，系统内的质量将保持恒定不变。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么? 答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 4.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式 P P b P e (P P b)； P P b P v (P P b ) 中，当地大气压是否必定是环境大气压? 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的P b 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力” ，或被视为不变的“环境大气压力”。 5.温度计测温的基本原理是什么？答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质” ，这一性质就是“温度”的概念。 6.经验温标的缺点是什么？为什么？
一、判断题： 1. 平衡状态一定稳定状态。 2. 热力学第一定律的实质是能量守恒定律； 3．公式d u = c v d t 适用理想气体的任何过程。 4．容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。 5．在T —S 图上，任意二条可逆绝热过程线不能相交。 6．膨胀功与流动功都是过程的函数。 7．当把一定量的从相同的初始状态压缩到相同的终状态时，以可逆定温压缩过程最为省功。 8．可逆过程是指工质有可能沿原过程逆向进行，并能恢复到初始状态的过程。 9. 根据比热容的定义式 T q d d c ，可知理想气体的p c 为一过程量； 10. 自发过程为不可逆过程，非自发过程必为可逆过程； 11．在管道内作定熵流动时，各点的滞止参数都相同。 12．孤立系统的熵与能量都是守恒的。 13．闭口绝热系的熵不可能减少。 14．闭口系统进行了一个过程，如果熵增加了，则一定是从外界吸收了热量。 15．理想气体的比焓、比熵和比定压热容都仅仅取决与温度。 16．实际气体绝热节流后温度一定下降。 17．任何不可逆过程工质的熵总是增加的，而任何可逆过程工质的熵总是不变的。 18. 不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率； 19．混合气体中质量成分较大的组分，其摩尔成分也一定大。 20．热力学恒等式du=Tds-pdv 与过程可逆与否无关。 21．当热源和冷源温度一定，热机内工质能够做出的最大功就是在两热源间可逆热机对外输出的功。 22．从饱和液体状态汽化成饱和蒸汽状态，因为气化过程温度未变，所以焓的变化量Δh=c p ΔT=0。 23．定压过程的换热量q p =∫c p dT 仅适用于理想气体，不能用于实际气体。 24．在p －v 图上，通过同一状态点的定熵过程的斜率大于定温过程的斜率。
1.何谓状态何谓平衡状态何为稳定状态 状态：热力学系统所处的宏观状况 平衡状态：在不受外界影响的条件下，系统的状态不随时间而变化 稳定状态：系统内各点参数不随时间而变化 2.说明状态参数的性质。 (1)状态参数是状态的函数。对应一定的状态。状态参数都有唯一确定的数位。 (2)状态参数的变化仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。当系统经历一系列状态变化而恢复到初态时。其状态参数的变化为零，即它的循环积分为零 (3)状态参数的数学特征为点函数，它的微分是全微分。 3.何谓热力过程 热力学状态变化的历程 4.何谓准静态过程实现准静态过程的条件是什么 准静态过程：热力学系统经历一系列平衡状态，每次状态变化时都无限小的偏离平衡状态。 条件：状态变化无限小，过程进行无限慢。 5.非准静态过程中，系统的容积变化功可否表示为 ?=-21 2 1 d v p w 为什么 不可以。在非准静态过程中pv的关系不确定，没有函数上的联系。 6.何谓可逆过程 经历一个热力学过程后，热力学系统逆向沿原过程逆向进行，系统和有关的外界都返回到原来的初始状态，而不引起其他的变化。 7.何谓热力循环 系统由初始状态出发，经过一系列中间状态后重新回到初始状态所完成的一个封闭式的热力过程称为热力循环。 8.何谓正循环，说明其循环特征。 在状态参数坐标图上，过程按照顺时针循环的为正循环，其目的是利用热产生机械功，动力循环，顺时针，循环净功为正。 9.何谓逆循环，说明其循环特征。 在状态参数坐标图上，过程按照逆时针循环的为逆循环，其目的是付出一定代价使热量从低温区传向高温区，制冷循环，逆时针，循环净功为负。 10.何谓热量何谓功量 热量：仅仅由于温度不同，热力学系统与外界之间通过边界所传递的能量 功量：热力学系统和外界间通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物。 11.热量和功量有什么相同的特征两者的区别是什么 相同特征：都是系统与外界间通过边界传递的能量，都是过程量，瞬时量。
工程热力学简答题汇 总
1热力系统：被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。 开口系统：热力系统和外界不仅有能量交换而且有物质交换。 闭口系统：热力系统和外界只有能量交换而无物质交换。 孤立系统：热力系统和外界即无能量交换又无物质交换。 2平衡状态：一个热力系统如果在受外界影响的条件下系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态叫平衡状态。 准平衡过程：若过程进行的相对缓慢，工质在被平衡破坏后自动回复平衡的时间，即所谓弛豫时间又很短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致显著偏离平衡状态，那么这样的过程就叫做准平衡过程。 可逆过程：当完成了某一过程之后，如果有可能使工质沿相同的路径逆行而回复到原来状态，并且相互作用中所涉及到的外界亦回复到原来状态而不留下任何改变。 3汽化潜热：即温度不变时，单位质量的某种液体物质在汽化过程中所吸收的热量。 4比热的定义和单位：1kg物质温度升高1k所需热量称为质量热容，又称比热容，单位为 J/(kg·K)，用c表示，其定义式为c=δq/dT或c=δq/dt。 5湿空气的露点：露点是在一定的pv下（指不与水或湿物料相接触的情况），未饱和湿空气冷却达到饱和湿空气，即将结出露珠时的温度，可用湿度计或露点仪 测量，测的td相当于测定了 pv。 6平衡状态与稳定状态有何区 别和联系，平衡状态与均匀状 态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态” 的概念均指系统的状态不随时 间而变化，这是它们的共同 点；但平衡状态要求的是在没 有外界作用下保持不变；而平 衡状态则一般指在外界作用下 保持不变，这是它们的区别所 在。 7卡诺定理：定理一：在相同 温度的高温热源和相同温度的 低温热源之间工作的一切可逆 循环，其热效率都相等，与可 逆循环的种类无关，与采用哪 一种工质也无关。 定理二：在温度同为T1的热 源和同为T2的冷源间工作的 一切不可逆循环，其热效率必 小于可逆循环。 推论一：在两个热源间工作的 一切可逆循环，他们的热效率 都相同，与工质的性质无关， 只决定于热源和冷源的温度， 热效率都可以表示为ηc=1— T2/T1 推论二：温度界限相同，但具 有两个以上热源的可逆循环， 其热效率低于卡诺循环 推论三：不可逆循环的热效率 必定小于同样条件下的可逆循 环 8气体在喷管中流动，欲加速 处于超音速区域的气流，应采 取什么形式的喷管，为什么： 因为Ma>1超声速流动，加速 dA>0气流截面扩张，喷管截面 形状与气流截面形状相符合， 才能保证气流在喷管中充分膨 胀，达到理想加速度过程，采 用渐扩喷管。 9压气机，实际过程与理想过 程的关系，在压气机采取多级 压缩和级间冷却有什么好处： 每级压气机所需功相等，这样 有利于压气机曲轴平衡。每个 汽缸气体压缩后达到的最高温 度相同，这样每个汽缸的温度 条件相同。每级向外排出的热 量相等，而且每级的中间冷却 器向外排除的热量也相等。 （避免压缩因比压太高而影响 容积效率，有利于气体压缩以 等温压缩进行，对容积效率的 提高也有利） 10逆向循环：把热量从低温热 源传给高温热源。 11绝热节流：在节流过程中， 流体与外界没有热量交换就称 绝热节流。 14简述功和热量的区别与联 系：都是过程量，作功有宏观 移动，传热无宏观移动，作功 有能量转化，传热无能量转 化，功变热无条件，热变功有 条件。 12喷管的形状选择与哪些因素 有关？背压对喷管性能有何 影响？温度有何变化规律和 影响？进口截面参数（滞止 压力P0）和背压（P b）；Pb ≥Pcr选渐缩喷管，Pb＜Pcr 选缩放喷管。 13蒸汽压缩式制冷和空气压缩式制 冷的联系与区别。蒸汽压缩式制冷 的优点，装置上的区别及原因。 答：都是利用压缩气体来制冷，制 冷装置不用，使用的气体不同，前 者使用的是低沸点的水蒸气，后者 使用的是空气。蒸汽压缩式制冷的 优点：1，更接近于同温限的逆向卡 诺循环，提高了经济性；2，单位质 量工质制冷量较大。为了简化设 备，提高装置运行的可靠性，实际 应用的蒸汽压缩制冷循环常采用节 流阀代替膨胀机。 14湿空气温度与吸湿能力的关系 湿含量一定时，温度升高，空气中 水蒸气密度变大，吸湿能力下降 15朗肯循环在T-S图上表示 1-2，绝热膨胀做功 2-3，冷却放热，冷凝的饱和水 3-4，在水泵里绝热压缩 4-1，加热，汽化 循环吸热量q1=h1-h4；循环放热量 q2=h2-h3 对外做功w1=h1-h2；消耗功w2=h4- h3 热效率ηt=Wnet/q1=(h1-h2)-(h4- h3)/h1-h4 16R和Rg的意义及关系：Rg是气体 常数，仅与气体种类有关而与气体 的状态无关；R是摩尔气体常数，不 仅与气体状态无关，也与气体的种 类无关，R=8.3145J(mol·K)。若气 体的摩尔质量为M，则R=MRg 17热量（可用能）的概念：在温 度为T0的环境条件下，系统（T＞ T0）所提供的热量中可转化为有用 功的最大值是热量，用EX，Q表 示。 18热力学第二定律的表述 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2
图 1 图2 2012工程热力学Ⅰ考题（A ） 一、简答题（共30分） 1、图1中循环1-2-3-a -1和循环1-b -3-4-1都是不可逆 循环。有人判断循环1-2-3-a -1的热效率高于循环1-b -3-4-1的热效率，你是否同意他的说法，为什么？（10分） 2、有一种热机，以水蒸气为工质，循环的高温热源温度为1200 K ，低温热源温度为300 K ，循环的热效率t η。现将循环工质改成理想气体，则循环的热效率t'η与原循环热效率比较将发生什么样的变化？为什么？ （10分） 3、“水蒸气的朗肯循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出大量热量，有人提出将汽轮机排出的乏汽直接送回锅炉可提高水蒸气循环的热效率。”请据热力学基本定律出发评估这种观点。（10分） 二、计算题（共70分） 1、一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为200kPa 、温度20℃， 喷嘴内径为0.002m 时，射出水流温度20℃，压力100kPa ，流速1000m/s ，已知在200kPa 、20℃时，3 0.001002m /kg v =，假定可近似认为水的比体积不变，求水泵功率。（10分） 2、某太阳能供暖的房屋用5×8×0.3m 的大块混凝土板作为蓄热材料，该混凝土的密度为2300kg/m 3 ，比热容0.65kJ/(kg ·K)。若混凝土板在晚上从23℃冷却到18℃（室内温度），求此过程的熵产。（10分） 3、某活塞式内燃机定容加热理想循环（图2循环1-2-3-4-1），压缩比ε =10，压缩冲程的起点状态是t 1=35℃ 、p 1=100kPa 。加热过程中气体吸热650kJ/kg 。假定比热容为定值，且c p =1.004kJ/（kg·K），κ =1.4，求：（1）循环中各点的温度、压力和循环热效率；（2）若循环压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的熵产分别为0.1kJ/(kg·K)和0.12 kJ/(kg·K)，求工质 经循环后的熵变； （3） 若膨胀过程持续到5（p 5 = p 1），画出循环T-s 图，并分析循环热效率提高还是下降。（10+5+5分） 4、空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为4.2，初终态温度分别为30℃和227℃。
工程热力学复习重点2012. 3 绪论 [1]理解和掌握工程热力学的研究对象、主要研究内容和研究方法 [2]理解热能利用的两种主要方式及其特点 [3]了解常用的热能动力转换装置的工作过程 1．什么是工程热力学 从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。 2．能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题 3. 热能及其利用 [1]热能：能量的一种形式 [2]来源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。 如风能,水力能,太阳能、地热能、化学能和核能等。 二次能源：由一次能源转换而来的能源，如机械能、机械能等。 [3]利用形式： 直接利用：将热能利用来直接加热物体。如烘干、采暖、熔炼(能源消耗比例大) 间接利用：各种热能动力装置，将热能转换成机械能或者再转换成电能， 4．.热能动力转换装置的工作过程 5．热能利用的方向性及能量的两种属性 [1]过程的方向性：如：由高温传向低温 [2]能量属性：数量属性、,质量属性(即做功能力) [3]数量守衡、质量不守衡 [4]提高热能利用率：能源消耗量与国民生产总值成正比。 第1章基本概念及定义 1. 1 热力系统 一、热力系统 系统：用界面从周围的环境中分割出来的研究对象，或空间内物体的总和。 外界：与系统相互作用的环境。 界面：假想的、实际的、固定的、运动的、变形的。 依据：系统与外界的关系 系统与外界的作用：热交换、功交换、质交换。 二、闭口系统和开口系统 闭口系统：系统内外无物质交换,称控制质量。 开口系统：系统内外有物质交换,称控制体积。 三、绝热系统与孤立系统 绝热系统：系统内外无热量交换(系统传递的热量可忽略不计时，可认为绝热) 孤立系统：系统与外界既无能量传递也无物质交换
1．均匀系统和单相系统的区别？ 答：如果热力系统内部个部分化学成分和物理性质都均匀一致，则该系统成为均匀系统。如果热力系统由单相物质组成，则该系统称为单相系统。可见，均匀系统一定是单相系统，反之则不然。2．试说明稳定、平衡和均匀的区别与联系？ 答：稳定状态是指状态参数不随时间变化，但这种不变可能是靠外界影响来维持的。 平衡状态是指不受外界影响时状态参数不随时间变化。 均匀状态是指不受外界影响时不但状态参数不随时间变化，而且状态参数不随空间变化。 均匀→平衡→稳定 3．实现可逆过程的充分条件。 答：（1）过程是准静态过程，即过程所涉及的有相互作用的各物体之间的不平衡势差为无限小。（2）过程中不纯在耗散效应，即不存在用于摩擦、非弹性变形、电流流经电阻等使功不可逆地转变为热的现象。 4．膨胀功、流动功、技术功、轴功有何区别与联系。 答：气体膨胀时对外界所做的功称为膨胀功。 流动功是推动工质进行宏观位移所做的功。 技术功是膨胀功与流动功的差值。 系统通过机械轴与外界所传递的机械功称为轴功。 5．焓的物理意义是什么，静止工质是否也有焓这个参数？
答：焓的物理意义为，当1kg 工质流进系统时，带进系统与热力状态有关的能量有内能u 和流动功pv ，而焓正是这两种能量的总和。因此焓可以理解为工质流动时与外界传递的与其热力状态有关的总能量。但当工质不流动时，pv 不再是流动功，但焓作为状态参数仍然存在。 6．机械能向热能的转变过程、传热过程、气体自由膨胀过程、混合过程、燃烧反应过程都是自发的、不可逆的。 热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不可能自动地、无偿地从低温物体传至高温物体。 7．循环热效率公式12 1q q q -=η和121T T T -=η是否完全相同？ 答：前者用于任何热机，后者只用于可逆热机。 8．若系统从同一始态出发，分别经历可逆过程和不可逆过程到达同一终态，两个过程的熵变相同吗？ 答：对系统来说，熵是状态参数，只要始态和终态相同，过程的熵变就相等。所谓“可逆过程的熵变必然小于不可逆过程的熵变”中的熵变是指过程的总熵变，它应该包括系统的熵变和环境的熵变两部分。在始态和终态相同的情况下，系统的熵变相同，而不可逆过程中环境的熵变大于可逆过程中环境的熵变。 9．g f dS dS dS +=；熵可能大于零，可能等于零，也可能小于零。 T Q dS f δ=----熵流，表示系统与外界交换的热量与热源温差的比 值。 0≥g dS （大于时为不可逆过程，等于时为可逆过程）----熵产，表
循环吸热量q 仁h1-h4 ;循环放热量 q2=h2-h3 对外做功w 仁h1-h2 ;消耗功w2=h4-h3 热效率 n =Wnet/q 1=(h1-h2)-(h4-h3)/h1-h4 16R 和Rg 的意义及关系：Rg 是气体常数， 仅与气体种类有关而与气体的状态无关； R 是摩尔气体常数，不仅与气体状态无关， 也与气体的种类无关，R=8.3145J(mol K)。 若气体的摩尔质量为 M 则R=MRg 17热量 (可用能)的概念：在温度为T0 的环境条件下，系统(T >T0)所提供的热 量中可转化为有用功的最大值是热量 ， 用EX, Q 表示。 18热力学第二定律的表述 克劳休斯从热量传递方向性的角度提出 ： 热不可能自发地、不付出代价地从低温物 体传至高温物体。 热能转化为机械能的开尔文说法：不可能 制造出从单一热源吸热，使之全部转化为 功而不留下其他任何变化的热力发动机。 19熵定义式，及其适用条件 ds= S Q re /T(熵的变化等于可逆过程中系 统与外界交换的热量与热力学温度的比 值) 熵产由(△ S=A Sg+ △ Sf )得熵产△ Sg=A S-A Sf >0 在孤立系统内，一切实际过程(不可逆过 程)都朝着是系统熵增加的方向进行或在 极限情况下(可逆过程)维持系统的熵不 变，而任何使系统熵减少的过程是不可能 发生的。孤立系熵越大，不可逆过程越大。 1热力系统：被人为分割出来作为热力 学分析对象的有限物质系统。 开口系统：热力系统和外界不仅有能 量交换而且有物质交换。 闭口系统：热力系统和外界只有能量 交换而无物质交换。 孤立系统：热力系统和外界即无能量 交换又无物质交换。 2平衡状态：一个热力系统如果在受外 界影响的条件下系统的状态能够始终保 持不变，则系统的这种状态叫平衡状态。 准平衡过程：若过程进行的相对缓慢， 工质在被平衡破坏后自动回复平衡的时 间，即所谓弛豫时间又很短，工质有足 够的时间来恢复平衡，随时都不致显著 偏离平衡状态，那么这样的过程就叫做 准平衡过程。 可逆过程：当完成了某一过程之后， 如果有可能使工质沿相同的路径逆行而 回复到原来状态，并且相互作用中所涉 及到的外界亦回复到原来状态而不留下 任何改变。 3汽化潜热：即温度不变时， 单位质量 的某种液体物质在汽化过程中所吸 收的热量。 4比热的定义和单位：1kg 物质温度升高 1k 所需热量称为质量热容，又称比热 容，单位为J/(kg ? K)，用c 表示，其定 义式为 c= S q/dT 或 c= S q/dt 。 5湿空气的露点：露点是在一定的pv 下 (指不与水或湿物料相接触的情况)， 未饱和湿空气冷却达到饱和湿空气，即 将结出露珠时的温度，可用湿度计或露 点仪测量，测的td 相当于测定了 pv 。 6平衡状态与稳定状态有何区别和联 系，平衡状态与均匀状态有何区别和联 系？ 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概 念均指系统的状态不随时间而变化，这 是它们的共同点；但平衡状态要求 的是在没有 外界作用下保持不变； 而平衡状态则一般指在外界作用下 保持不变，这是它们的区别所在。 7卡诺定理：定理一：在相同温度的 高温热源和相同温度的低温热源之 间工作的一切可逆循环，其热效率 都相等，与可逆循环的种类无关， 与采用哪一种工质也无关。 定理二：在温度同为T1的热源和同 为T2的冷源间工作的一切不可逆 循环，其热效率必小于可逆循环。 推论一：在两个热源间工作的一切 可逆循环，他们的热效率都相同， 与工质的性质无关，只决定于热源 和冷源的温度，热效率都可以表示 为加=1 — T2/T1 推论二：温度界限相同，但具有两 个以上热源的可逆循环，其热效率 低于卡诺循环 推论三：不可逆循环的热效率必定 小于同样条件下的可逆循环 8气体在喷管中流动，欲加速处于 超音速区域的气流，应采取什么形 式的喷管，为什么： 因为Ma>1超声速流动，加速 dA>0 气流截面扩张，喷管截面形状与气 流截面形状相符合，才能保证气流 在喷管中充分膨胀，达到理想加速 度过程，采用渐扩喷管。 9压气机，实际过程与理想过程的 关系，在压气机采取多级压缩和级 间冷却有什么好处： 每级压气机所需功相等，这样有利 于压气 机曲轴平衡。每个汽缸气体 压缩后达到的 最高温度相同，这样 每个汽缸的温度条件相同。每级向 外排出的热量相等，而且每级的中 间冷却器向外排除的热量也相等。 (避免压缩因比压太高而影响容积 效率，有利于气体压缩以等温压缩进 行，对容积效率的提高也有利) 10逆向循环：把热量从低温热源传 给高温热源。 11绝热节流：在节流过程中，流体 与外界没有热量交换就称绝热节流。 14简述功和热量的区别与联系 ：都 是过 程量，作功有宏观移动，传热无 宏观移动，作功有能量转化，传热无 能量转化，功变热无条件，热变功有 条件。 12喷管的形状选择与哪些因素有 关？背压对喷管性能有何影响？ 温度有何变化规律和影响？ 进口 截面参数(滞止压力 P °)和背压 (P b )； Pb>Per 选渐缩喷管，Pb v Per 选缩放喷管。 13蒸汽压缩式制冷和空气压缩式制 冷的联系与区别。蒸汽压缩式制冷 的优点，装置上的区别及原因。 答： 都是利用压缩气体来制冷，制冷装置 不用，使用的气体不同，前者使用的 是低沸点的水蒸气，后者使用的是空 气。蒸汽压缩式制冷的优点： 1,更 接近于同温限的逆向卡诺循环， 提高 了经济性；2，单位质量工质制冷量 较大。为了简化设备，提高装置运行 的可靠性，实际应用的蒸汽压缩制冷 循环常采用节流阀代替膨胀机。 14湿空气温度与吸湿能力的关系 湿含量一定时，温度升高，空气中水 蒸气密度变大，吸湿能力下降 15朗肯循环在T-S 图上表示 1- 2，绝热膨胀做功 2- 3，冷却放热，冷凝的饱和水 3- 4，在水泵里绝热压缩 4- 1，加热，汽化
工程热力学习题A 一、简要问答题 1.工程热力学的研究对象主要是什么？ 答：工程热力学的研究对象主要是能量转换，特别是热能转化为机械能的规律和方法，以及提高转化效率的途径，以提高能源利用的经济性。 2.热能的利用有哪两种基本的利用形式，并举例说明？ 答：一种是热能的直接利用，如冶金，化工，食品等工业和生活上的应用，另一种是热能的间接利用，如把热能转化成机械能或电能为人们提供动力。 3.何为工质？如何采用气体而不采用液体或固体作为热机的工质？ 答：工质是指在热机中工作的借以实现将热能转化成机械能的媒介物质，因气体的膨胀性与压缩性远比液体、固体要好，所以热机中的工质是采用气体，而不采用液体，更不能采用固体。 4.功量与热量有何不同和相同之处？ 答：相同之处：（1）都是过程量，而不是状态参数；（2）都是工质与外界交换的能量；（3）可逆过程都可图示。 不同之处：（1）功量是有序能（机械能）即功量是有规则的宏观运动能量的传递，在做功过程中往往伴随着能量形态的转化，而热量是无序能（热能）即热量是大量微粒子热运动的能量传递，传热过程中不出现能量形态的转化。（2）有功转换的动力是压差，而有热交换的动力是温差，（3）功量与热量的计算表达式不同。（4）功量可在p-vt图上图示，而热量是在T-s图上图示。 5.写出热力系统第一定律的文字表达？ 答：热力学第一定律的文字表述：热可以变为功，功也可以变为热，一定量的热消失时，必产生相应量的功，消耗一定量的功时，必出现与之对应的一定量的热。 6.写出1Kg工质的焓的符号与定义式及其能量含义，并指出焓是过程量还是状态参数。答：焓的符号是h，其定义式是h=u+pv，其能量含义是系统中因引进1kg工质而获得的总能量是热力学能u与推动功pv之和，焓是状态参数，而不是过程量。 7.何为理想气体，并举例指出什么气体可视为理想气体？什么气体不能视为理想气体？ 答：理想气体是指其分子是具有弹性的，而不具有体积的质点，分子间没有相互作用力的假想气体。工质中常用的氧气、氮气、氢气等及空气，燃气，烟气等在通常使用的温度，压力下都可作为理想气体。而水蒸气，制冷装置中的工质，如氟利昂汽等不能看做理想气体。 8.指出Rg，R的名称，单位，以及其值是否与气体种类及气体的状态有关？ 答：Rg称为气体参数，其单位是J/Kg*K，其值取决于气体种类，而与气体所处状态无关，R称为摩尔气体常数，也成为通用气体常数，其单位是J/mol*K，其值即于气体种类也与气体所处状态无关。 9.为何说四个基本的热力过程是多变的过程的特例？ 答：四个基本的热力过程，是指1定容过程，其过程表达式是V=c；2定压过程，其过程表达式是P=c；3定温过程，其过程表达式是T=c；4定熵过程，又称绝热过程，其过程表达式S=c。 因多变过程方程式是PV n=常数，当n=0时，pv0=常数→p=常数，这是定压过程方程式。 n=1时，pv1=常数→pv=常数，这是定温过程方程式。n=k时，pv k=常数，这是绝热过程方程式（即定熵过程方程式）；n→±∞时，P1/n*v=常数→v=常数，这是定容过程方程式。所以说，四个基本的热力过程是多变过程的特例。 10.为何说可逆绝热过程一定是定熵过程？
《工程热力学》复习题汇总 一填空题 1．热力系统：忽略家用电热水器的表面散热，取正在加热不在使用的电热水器 为控制体，（不包括电加热器），这是系统，把电加热器包括在研究对象内，这是系统，研究对象加入，构成孤立系统。 2．热力系统：盛满热水的真空保温杯是系统，内燃机在汽缸进气或排气 阀门打开时，是系统。 3．过程判断：热力系统与外界在绝热但存在摩擦力的情况下，在无限小压差下 缓慢的做功过程准静态过程，可逆过程。 4．过程判断：热量从温度为100℃的热源通过薄容器壁缓慢地传递给处于平衡 状态下的冰水混合物，此过程准静态过程，可逆过程，理由 5. 通过搅拌器作功使水保持等温的汽化过程，此过程为，理由为。 6. 有一刚性容器，被分成两部分，一部分装有气体，一部分抽成真空，若真空部 分装有许多隔板，每抽去一块隔板，让气体先恢复平衡再抽去下一块，问此过程为，理由为。7．闭口系统热力学第一定律表达式：，稳流开口系 统的热力学第一定律表达式为：；开口系统工质跟外界交换 的技术功包括，可逆过程技术功的计算式为：； 8 闭口容器内的气体从热源吸收了100kJ 的热量，并对外膨胀作功消耗了40kJ，其中克服摩擦功5kJ，假设摩擦产生的耗散热全部用于增加工质的热力学能，根 据闭口系统能量守恒方程式，系统热力学能增加量为。
9．理想气体是，工程上常用的空气、燃气和烟气理想气体，水蒸气理想气体。10．一种确定的理想气体，其c p-c v 定值，c p/c v 定值，c p/c v随变化，其中c p-c v 的含义是；工程上常用的空气、燃气理想气体，水蒸气理想气体。 11. 过冷水的定压汽化过程在p- v 图上可表示出五种状态，分别 为：。 12. 实际气体与理想气体的偏离可用压缩因子Z 表示，理想气体的Z 等于， 实际气体的Z 随压力的增高，呈现的变化。 13．气体在管道内绝热流动，其滞止状态是指，此时的焓h0 = ；临界压力与有关，工临界流速临界声速。 14．活塞式压缩机中，因的存在，使产气量降低，但理论上对单位质量气体耗功影响。 15．活塞式内燃机有三个循环特征性能参数，分别为 。 16．活塞式内燃机循环过程与燃气轮机循环过程的主要区别可概括为 。 17．刚性绝热气缸- 活塞系统，B侧设有电热丝, 判断下列 4 种情况分别是什么热力系统. 红线内—— 黄线内不包含电热丝—— 黄线内包含电热丝—— 兰线内——
工程热力学复习题答案整理-判断题和简答题
校内本科班工程热力学复习题答案整理 （判断题和简答题部分） 一、判断正误，并解释原因（5 题，4 分每题） 1、热力系统处于平衡状态时，和外界无任何作用发生，此时系统的状态是稳定均匀的。 答：错误。因为均匀是相对于平衡状态下单相物系而言的。详见P16 2、理想气体的分子是没有大小和质量的，且其相互间的碰撞是弹性的。 答：错误。理想气体是些弹性的、不具体积的质点，存在质量。 3、从微观上讲，只要分子之间的作用力和分子自身体积可以忽略，则这种气体就可以 视为理想气体。高空大气层内气体十分稀薄，满足上述要求，故可以视为理想气体，可 用经典热力学知识处理有关问题。 答：正确。详见P61-P62 4、理想气体发生的任意可逆热力过程都能够用“n pv=常数”来描述其过程特点。
答：错误。只有当n pv中的n为常数时才可以用来描述。 正确。当考察的过程时微元过程时。 5、如果从同一初始状态到同一终态有可逆和不可逆两个过程，则可逆过程的熵变小于 不可逆过程的熵变。 答：错误。因为熵是状态函数，对于同一初始状态和同一终态的两个过程，其熵变相同。 6、根据热力学第二定律，自然界不可能有熵产为负的过程发生，所有自发过程都会导 致能量品质的降低。 答：正确。所有自发过程都是不可逆过程，而不可逆过程会导致作功能力损失，使能量的品质降低。 7、水在定压汽化过程中温度保持不变，则此过程中的吸热量等于其对外所做的膨胀功。 答：错误。此过程吸收的热量等于蒸汽分子内位
能增加和对外所做的膨胀功。详见P80 8、水蒸汽图表中参数的零点选定为三相状态下的液态水的参数。 答：正确。详见P82 9、水处于三相状态时的压力、温度和比容都小于其临界状态下的相应值。 答：错误。处在三相状态下的水由于存在着汽化潜热，则升高相同的温度所需热量更多，即比热容要大于临界状态下的相应值。 正确。对于处在液相的水，其压力、温度和比容都小于其临界状态下的相应值。 10、对于任一现成喷管，无论其形式如何，只要气体在喷管内部等熵流动，其流量 都将随着背压的降低而增大，直至无穷大。 答：错误。当背压下降至临界压力 P时，流量达 cr 最大。若背压再下降，则流量保持不变。 11、如果气体能够在活塞式压气机的气缸内实现
工程热力学基础简答题
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1、什么是叶轮式压气机的绝热效率？ 答： 2、压缩因子的物理意义是什么？ 它反映了实际气体与理想气体的偏离 程度，也反映了气体压缩性的大小，Z>1表示实际气体较理想气体难压缩，Z<1表示实际气体较理想气体易压缩。 3、准平衡过程和可逆过程的区别是什么？ 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。 4、什么是卡诺循环？如何求其效率？ 答：卡诺循环包括四个步骤：等温吸热，绝热膨胀，等温放热，绝热压缩。 5、余隙容积对单级活塞式压气机的影响？ 答：余隙容积的存在会造成进气容积减少，所需功减少。余隙容积过大会使压缩机的生产能力和效率急剧下降，余隙容积过小会增加活塞与气缸端盖相碰撞的危险性 6、稳定流动工质焓火用的定义是如何表达的？
答：定义：稳定物流从任意给定状态经开口系统以可逆方式变化到环境状态，并只与环境交换热量时所能做的最大有用 功。 7、写出任意一个热力学第二定律的数学表达式、 答： 8、理想气体经绝热节流后，其温度、压力、热力学能、焓、熵如何变化？ 答：温度降低，压力降低，热力学能减小、焓不变、熵增加。 9、冬季室内采用热泵供暖，若室内温度保持在20度，室外温度为-10度时，热泵的供暖系数理论上最高可达到多少？ 答： 10、对于简单可压缩系统，实现平衡状态的条件是什么？热力学常用的基本状态参数有哪些？ 答：热平衡、力平衡、相平衡；P、V、T 11、简述两级压缩中间冷却压气机中，中间冷却的作用是什么？如何计算最佳中间压力？ 答：减少高压缸耗功，利于压气机安全运行，提高容积效率， 降低终了温度；中间压力： 12、混合理想气体的分体积定律是什么？写出分体积定律 的数学表达式。
《工程热力学》复习题型 一、简答题 1.状态量（参数）与过程量有什么不同？常用的状态参数哪些是可以直接测 定的？哪些是不可直接测定的？ 内能、熵、焓是状态量，状态量是对应每一状态的（状态量是描述物质系统状态的物理量）。功和热量是过程量，过程量是在一个物理或化学过程中对应量。（过程量是描述物质系统状态变化过程的物理量）温度是可以直接测定的，压强和体积是不可以直接测定的。 2.写出状态参数中的一个直接测量量和一个不可测量量；写出与热力学第二 定律有关的一个状态参数。 3.对于简单可压缩系统，系统与外界交换哪一种形式的功？可逆时这种功如 何计算。 交换的功为体积变化功。可逆时 4.定压、定温、绝热和定容四种典型的热力过程，其多变指数的值分别是多 少？ 0、1、k、n 5.试述膨胀功、技术功和流动功的意义及关系，并将可逆过程的膨胀功和技 术功表示在p v 图上。 膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功(由于这个机械工通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功);流动功是推动工质进行宏观位移所做的功。 膨胀功=技术功+流动功 6.热力学第一定律和第二定律的实质分别是什么？写出各自的数学表达式。热力学第一定律的实质就是能量守恒与转换定律在热力学上的应用。（他的文字表达形式有多种，例如：1、在孤立系统中，能的形式可以转换，但能的总量不变；2、第一类永动机是不可能制成的。）数学表达式： 进入系统的能量-离开系统的能量=系统储存能量的增量 热力学第二定律的实质是自发过程是不可逆的；要使非自发过程得以实现，必须伴随一个适当的自发过程作为补充条件。数学表达式可用克劳修斯不等式表示： ∮(δQ T )≤0 7.对于简单可压缩系，系统只与外界交换哪一种形式的功？可逆时这种功如 何计算（写出表达式）？ 简单可压缩系统与外界只有准静容积变化功(膨胀功或压缩功)的交换。可逆时公
第1章 基本概念 ⒈ 闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 ⒉ 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么? 答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 ⒊ 平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 ⒋ 倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式 )( )( b v b b e b P P P P P P P P P P <-=>+=； 中，当地大气压是否必定是环境大气压? 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的P b 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。 ⒌ 温度计测温的基本原理是什么? 答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。 ⒍ 经验温标的缺点是什么?为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 ⒎ 促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。 答：分两种不同情况： ⑴ 若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需
工程热力学简答题
1.何谓状态？何谓平衡状态？何为稳定状态？ 状态：热力学系统所处的宏观状况 平衡状态：在不受外界影响的条件下，系统的状态不随时间而变化 稳定状态：系统内各点参数不随时间而变化 2.说明状态参数的性质。 (1)状态参数是状态的函数。对应一定的状态。状态参数都有唯一确定的数位。 (2)状态参数的变化仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。当系统经历一系列状态变化而恢复到初态时。其状态参数的变化为零，即它的循环积分为零 (3)状态参数的数学特征为点函数，它的微分是全微分。 3.何谓热力过程？ 热力学状态变化的历程 4.何谓准静态过程？实现准静态过程的条件是什么？ 准静态过程：热力学系统经历一系列平衡状态，每次状态变化时都无限小的偏离平衡状态。 条件：状态变化无限小，过程进行无限慢。 5.非准静态过程中，系统的容积变化功可否表示为 ?=-21 2 1 d v p w ？为什么？ 不可以。在非准静态过程中pv的关系不确定，没有函数上的联系。 6.何谓可逆过程？ 经历一个热力学过程后，热力学系统逆向沿原过程逆向进行，系统和有关的外界都返回到原来的初始状态，而不引起其他的变化。 7.何谓热力循环？ 系统由初始状态出发，经过一系列中间状态后重新回到初始状态所完成的一个封闭式的热力过程称为热力循环。 8.何谓正循环，说明其循环特征。
在状态参数坐标图上，过程按照顺时针循环的为正循环，其目的是利用热产生机械功，动力循环，顺时针，循环净功为正。 9.何谓逆循环，说明其循环特征。 在状态参数坐标图上，过程按照逆时针循环的为逆循环，其目的是付出一定代价使热量从低温区传向高温区，制冷循环，逆时针，循环净功为负。 10.何谓热量？何谓功量？ 热量：仅仅由于温度不同，热力学系统与外界之间通过边界所传递的能量 功量：热力学系统和外界间通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物。 11.热量和功量有什么相同的特征？两者的区别是什么？ 相同特征：都是系统与外界间通过边界传递的能量，都是过程量，瞬时量。 12.当系统进行一个任意的过程时，系统与外界交换的热量是否可表示为 ?=-21 2 1 d s T q ？为什么？ 不可以，因为在非准静态过程中，T,S的关系不确定 13.何谓技术功？说明其与轴功的关系。 工程上可以直接利用的机械功。轴功是技术功的一部分。 14.何谓轴功？说明其与技术功的关系。轴功是技术功的一部分。 系统与外界通过机械轴而传递的能量。 15.试说明热力学能的定义及其物理意义。 定义：储存于热力学系统内各种形式能量的总和。 物理意义：热力学系统确定的本身的能量，是状态参数，储存于系统内部。 16.试说明焓的定义及其应用于开口系统时的物理意义。 定义：人为的规定h=u+pv作为一个新的状态参数，称其为焓。 物理意义：开口系统中，随工质转移的能量 17.试说明理想气体的热力学能和焓的特点。