第一章 工程热力学基础
第一节 工质热力状态的基本参数
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. 12
12x 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。 如: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
BT w m =2
2
式中
2
2
w m —分子平移运动的动能,其中m 是一个分子的质量,w 是分子平移运动的均方根速度;B —比例常数; T —气体的热力学温度。
热力学第零定律:如两个物体分别和第三个物体处于热平衡,则它们彼此之间也必然处于热平衡。
摄氏度与热力学温度的换算: t T +=273 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(m 2)。
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。
nBT w m n p 3
22322==
式中:P —单位面积上的绝对压力;n —分子浓度,即单位容积内含有气体的分子数V
N n =,其中N 为容积V 包含的气体分子总数。
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 P g —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/m 3 ,v —工质的比容
m 3/kg
1.2 理想气体的状态方程式 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
m 3/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m kg 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
V M =M v —气体的摩尔容积,m 3/kmol ;
R 0=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.
2
2
2111T v P T v P =
6.
2
2
2111T V P T V P = 仅适用于闭口系统 状态方程的应用: 1.求平衡态下的参数
2.两平衡状态间参数的计算
3.标准状态与任意状态或密度间的换算 4.气体体积膨胀系数 1.3 热力学第一定律
热力学第一定律的实质: 能量守恒与转换定律在热力学中的应用 收入-支出=系统储能的变化
=+sur sys E E 常数
对孤立系统:0=?isol E 或 0=?+?sur sys E E
第一类永动机:不消耗任何能量而能连续不断作功的循环发动机。 1.4 理想气体的状态变化过程 1.4.1 热力过程分析概述
工程中,完成热功转换的热力循环都可以被抽象为由定容、定压、定温、 绝热和多变过程构成的。
假设条件 hypothesis Conditions :①理想气体;②准静态过程 讨论的内容:
①过程中能量转换关系(过程热量、功量,系统热力学能和焓的变化); ②状态参数的变化关系 ( p 、v 、T 、s ); ③过程曲线在 p -v 图及 T- s 图上的表示。 Δ u 、 Δ h 和 Δ s 按前述的方法计算 。 1.4.2 定容过程
比体积保持不变时系统状态发生变化所经历的过程
过程方程:v =常量
过程中状态参数之间的关系:
当比热为定值时:
定容过程在状态参数坐标图上的表示:
T-s 图上的斜率:
过程中能量转换关系:
即系统接受的热量全部用于增加系统的热力学能。当比热为定值时:
轴功:
1.4.3 定压过程
压力保持不变时系统状态发生变化所经历的过程
过程方程:p =常量
过程中状态参数之间的关系:
当比热为定值时:
定压过程在状态参数坐标图上的表示:
T-s 图上的斜率:
定压过程中能量转换关系系统的容积变化功:
系统接受的热量:
当比热为定值时:
轴功:
1.4.4 定温过程
温度保持不变时系统状态发生变化所经历的过程
过程方程及状态参数之间的关系:
定温过程在状态参数坐标图上的表示:
熵变:
当比热为定值时:
过程中能量转换关系定温过程系统所作的容积变化功为:
稳定流动的开口系统,若其工质的流动动能和重力位能的变化可以忽略不计,则按定温过程方
程式,定温过程中系统所作的轴功为:
即定温过程中系统轴功等于容积变化功热量:定温过程中系统的热力学能及焓均不变化,因而有
即定温过程中系统吸收的热量等于系统所作的功。
1.4.5 绝热过程
系统与外界不发生热量交换时所经历的过程。对于无功耗散的准静态绝热过程即为定熵过程,因此有:
一、定值比热容情况下绝热(定熵)过程的分析
由熵变关系式
整理可得:
即:
对于理想气体:
因此有:
绝热过程在状态参数坐标图上的表示:
状态参数之间的关系
能量转换关系(1)(2)
热量:容积变化功:
当比热为定值时:
开口系统,若忽略动能及重力位能的变化,轴功可表示为:
因此有
1.4.6 多变过程
各种热力过程,其过程方程式通常都可以表示为下述形式:
前述的四种典型过程均为多变过程的一个特例:
n =0 → pv 0 = p = 常量—定压过程;
n =1 → pv = 常量—定温过程;
n = κ → pv κ= 常量—绝热过程;
n =∞ → p 1/ n v = p 0 v = v = 常量—定容过程.
多变过程在状态参数坐标图上的表示。
①n 顺时针方向增大。两图的过程线和区间一一对应。
② d v >0 , 功量为正。
③ d s >0 , 热量为正。
④ d T >0→ d u >0, d h >0。
多变过程的熵变:
得
多变过程的容积变化功:
多变过程的热量:
即:
按比热与热量之间的关系,上式可写为
对比上面二式,可得多变比热容为
多变过程的轴功:
多变过程,因此有
即多变过程的轴功等于容积膨胀功的n 倍,由此可得:
工程中,可按已有的热力过程来求取过程的多变指数n 。
由
可得:
所以在ln p -ln v 的坐标图上,多变过程可表示为一条直线。又按多变过程的参数关系:
对上式取对数并整理后可以得到:
1.5 热力学第二定律的实质
一、.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。
1.6 水蒸气
1.6.1 水的相变及相图
自然界中聚集态:固相、液相和气相。
下面以水为例:
融解过程:在一定压力下,固态冰--液态水(融点温度),
汽化过程:水—汽(沸点温度)
AB--融点与压力关系,为融解曲线。
A点固、液、汽三态共存的状态,为三相态,三相点。
例如: 水Pa =611.2Pa K=0.01℃
升华过程:低于三相点,冰--汽,反之为凝华。
AD--升华曲线。AC 和AD 称为相平衡曲线。在曲线上两相平衡共存,曲线划分成的三区
饱和状态:汽化和凝结的动态平衡状况 饱和压力与饱和温度关系:)(s s p f t 。
6。2 水蒸汽的定压发生过程 一、工业上水蒸气的形成 取定量0.01C 0
的纯水, 1.定压预热过程
2.饱和水定压汽化过程
汽化潜热:1kg 饱和液体加热成同温度下的干饱和蒸汽所需热量。
干度:湿蒸汽中含干蒸汽的质量占湿蒸汽的总质量的百分比
x=干蒸汽质量/湿蒸汽总质量
3.干饱和蒸汽定压过热过程
过热度:温度超过对应压力下的饱和温度。
二、水蒸汽的p-v T-s 图 水蒸汽定压形成特点: 一点:临界点C
两线:饱和液体线、饱和蒸汽线
三区:未饱和液体区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区
五种状态:未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态和过热蒸汽状态。
1.7 气体和蒸汽的流动
1.7.1 绝热流动的基本方程 稳态稳流
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。
二、连续性方程
由稳态稳流特点, ====m m m .......21const 而 v
fc m =
得:
0=-+v
dv f df c dc 该式适用于任何工质可逆与不可逆过程 三、绝热稳定流动能量方程 s w g d z dc q dh δδ---
=2
2
1 对绝热、不作功、忽略位能的稳定流动过程
得:dh c d -=2
2
说明:增速以降低本身储能为代价。 四、定熵过程方程
由可逆绝热过程方程 k
pv =const
得:
0=+v
dv k p dp
五、音速与马赫数
音速:微小扰动在流体中的传播速度。 定义式: s
p a )(
ρ??=
注意:压力波的传播过程作定熵过程处理。 特别的, 对理想气体:kRT a =
只随绝对温度而变
马赫数(无因次量):流速与当地音速的比值
a
c
M =
M>1,超音速 M=1 临界音速 M<1 亚音速
1.7.2 定熵流动的基本特性
一、气体流速变化与状态参数间的关系
对定熵过程,由dh=vdp ,得到:
vdp cdc -= 适用于定熵流动过程。
分析:1。气流速度增加(dc>0),必导致气体的压力下降(dp<0)。 2。气体速度下降(dc<0),则将导致气体压力的升高(dp>0)。
二、管道截面变化的规律
联立vdp cdc -=、连续性方程、可逆绝热过程方程
得到:
c
dc M f df )1(2-= 分析:
对喷管:当M<1,因为dc>0,则喷管截面缩小df<0,称渐缩喷管。 M>1的超音速气流时, 必须df>0称渐扩喷管。
若:将M<1增大到M>1,则喷管截面积由df<0转变为df>0,称为渐缩渐扩喷管,称拉伐尔(Laval)喷管。
称M=1而df=0为喉部,此处的截面称临界截面。 对扩压管反之。
1.7.3 喷管中流速及流量计算 定熵滞止参数
将具有一定速度的气流在定熵条件下扩压,使其流速/降低为零。
由 2
2
110c h h +=
p c c T T 22
110
+
= 应用等熵过程参数间的关系式得:
1
1010-???
?
??=k k T T p p 得 1
1010
-?
??
?
??=k k T T p p
二、喷管的出口流速
对理想气体:
??
??
?????????? ??--=
-k k p p RT k k c 1
0202112 对实际气体:
)
(72.44202T T c c p -=
三、临界压力比及临界流速
1
0)1
2(-+==k k
c k p p β
特别的对双原子气体:528.0=β
四、流量与临界流量
2
2
2v c f m =
kg/s 五、喷管的计算
喷管的设计计算 出发点:b p p =2 当流体流过喷管 ,已知b p k T p 00、f
1) 当
0p p
p p c b =≥β 即 c b p p > 采用渐缩喷管。 2)当0
0p p p p c
b =
≤β 即 c b p p < 采用缩扩喷管。
渐缩喷管的校和计算
当流体流过渐缩喷管 ,已知b p k T p 00
、f
1) 当0
0p p p p c
b =
≥β 即 c b p p > b p p =2 2)当
0p p
p p c b =≤β 即 c b p p < c p p =2 喷管的最大流量 c
c
c v c f m =max kg/s 水蒸汽流速、流量的计算:
第二章 热力学第一定律 思 考 题 1. 热量和热力学能有什么区别?有什么联系? 答:热量和热力学能是有明显区别的两个概念:热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量,是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的;而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合,是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之,热量是热能的传输量,热力学能是能量?的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出;热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何? 答:二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-,()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d (变大) 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+(变大) 很相像,为什么热量 q 不是状态参数,而焓 h 是状态参数? 答:尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+(变大)似乎相象,但两者 的数学本质不同,前者不是全微分的形式,而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是,看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说,其循环积分:()dh du d pv =+???蜒? 因为 0du =??,()0d pv =?? 所以 0dh =??, 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说,其循环积分: q du pdv δ=+???蜒?
工程热力学Ⅰ(A 卷) (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分 则: 。1分 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。 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) B 隔板 A 自由膨胀 12iso T T R S S S S S ?=?+?+?+?W 1212 00ISO Q Q S T T -?=+++R 0S ?=22 t t,C 1111Q T Q T ηη==-=-iso 0S ?=iso 0 S ?=
热工基础(第三版) 张学学 复习提纲
第一章基本概念 1.工程热力学是从工程角度研究热能与机械能相互转换的科学。 2.传热学是研究热量传递过程规律的一门科学。 3.工质:热能转换为机械能的媒介物。 4.热力系统:选取一定的工质或空间作为研究对象,称之为热力系统,简称系统。 5.外界(或环境):系统之外的一切物体。 6.边界:系统与外界的分界面。 7.系统的分类: (1)闭口系统:与外界无物质交换的系统。 (2)开口系统:与外界有物质交换的系统。 (3)绝热系统:与外界之间没有热量交换的系统。 (4)孤立系统:与外界没有任何的物质交换和能量(功、热量)交换。 8.热力状态:系统中的工质在某一瞬间呈现的各种宏观物理状况的总和称为工质(或系统)的热力状态,简称为状态。 9.平衡状态:在不受外界影响的条件下,工质(或系统)的状态参数不随时间而变化的状态。 10.基本状态参数:压力、温度、比容、热力学能(内能)、焓、熵。 11.表压力Pg、真空度Pv、绝对压力P P g = P - P b P v = P b - P 12.热力学第零定律(热平衡定律) :如果两个物体中的每一个都
分别与第三个物体处于热平衡,则这两个物体彼此也必处于热平衡。 13.热力过程:系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。 14.准平衡过程(准静态过程):热力过程中,系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 15.可逆过程:一个热力过程完成后,如系统和外界能恢复到各自的初态而不留下任何变化,则这样热力过程称为可逆过程。 16.不可逆因素:摩擦、温差传热、自由膨胀、不同工质混合。 17.可逆过程是无耗散效应的准静态过程。 18.系统对外界做功的值为正,外界对系统做功的值为负。 系统吸收热量时热量值为正,系统放出热量时热量值为负。 第二章热力学第一定律 1.热力学第一定律:在热能与其它形式能的互相转换过程中,能的总量始终不变。 也可表述为:不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。进入系统的能量-离开系统的能量=系统储存能量的变化。 2.闭口系统的热力学第一定律表达式:Q =?U +W 微元过程:δQ =dU +δW 可逆过程:Q =?U +? 1pdV δQ =dU +pdV 2
工程热力学习题集答案一、填空题 1.常规新 2.能量物质 3.强度量 4.54KPa 5.准平衡耗散 6.干饱和蒸汽过热蒸汽 7.高多 8.等于零 9.与外界热交换 10.7 2g R 11.一次二次12.热量 13.两 14.173KPa 15.系统和外界16.定温绝热可逆17.小大 18.小于零 19.不可逆因素 20.7 2g R 21、(压力)、(温度)、(体积)。 22、(单值)。 23、(系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零)。 24、(熵产)。 25、(两个可逆定温和两个可逆绝热) 26、(方向)、(限度)、(条件)。 31.孤立系; 32.开尔文(K); 33.-w s=h2-h1或-w t=h2-h1 34.小于 35. 2 2 1 t t t C C> 36. ∑=ω ωn 1 i i i i i M / M / 37.热量 38.65.29%
39.环境 40.增压比 41.孤立 42热力学能、宏观动能、重力位能 43.650 44.c v (T 2-T 1) 45.c n ln 1 2T T 46.22.12 47.当地音速 48.环境温度 49.多级压缩、中间冷却 50.0与1 51.(物质) 52.(绝对压力)。 53.(q=(h 2-h 1)+(C 22 -C 12 )/2+g(Z 2-Z 1)+w S )。 54.(温度) 55. (0.657)kJ/kgK 。 56. (定熵线) 57.(逆向循环)。 58.(两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程) 59.(预热阶段、汽化阶段、过热阶段)。 60.(增大) 二、单项选择题 1.C 2.D 3.D 4.A 5.C 6.B 7.A 8.A 9.C 10.B 11.A 12.B 13.B 14.B 15.D 16.B 17.A 18.B 19.B 20.C 21.C 22.C 23.A 三、判断题 1.√ 2.√ 3.? 4.√ 5.? 6.? 7.? 8.? 9.? 10.? 11.? 12.? 13.? 14.√ 15.? 16.? 17.? 18.√ 19.√ 20.√ 21.(×) 22.(√) 23.(×) 24.(×) 25.(√) 26.(×) 27.(√) 28.(√) 29.(×) 30.(√) 四、简答题
1 一、判断题(正确的划“√”,错误的划“×”,每小题2分,共20分) 1. 理想气体只有取定比热容时,才能满足迈耶公式c p -c v =R g 。………………………………………( × ) 2. 经不可逆循环,系统与外界均无法完全恢复原态。…………………………………………………( × ) 3. 某容器中气体的压力为1MPa ,而被密封在压力为0.5MPa 的空间中用来测量该容器压力的压力表的读数是0.5MPa 。………………………………………………………………………………………( √ ) 4. 由于Q 和W 都是过程量,故(Q-W) 也是过程量。…………………………………………………( × ) 5. 活塞式压气机应采用隔热措施,使压缩过程接近绝热过程。………………………………………( × ) 6. 系统中发生吸热过程系统熵必增加。………………………………………………………………( × ) 7. 只要知道闭口系统发生某个过程前后的熵差值就可求出整个过程中系统与外界交换的热量。( × ) 8. 热力学恒等式du =Tds -pdv 与过程可逆与否无关。…………………………………………………( × ) 9. 对于可逆过程有δQ =T d S ,对于不可逆过程有δQ >T d S 。…………………………………………( × ) 10. 理想气体的内能、焓和熵都是温度的单值函数。…………………………………………………( × ) 二、选择题(每小题3分,共30分) 1.工质进行了一个吸热,升温,压力增加的多变过程,则多变指数n 满足:…………………………( C ) A. 0
习题及部分解答 第一篇 工程热力学 第一章 基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量,哪些是过程量: 答:压力,温度,位能,热能,热量,功量,密度。 2. 指出下列物理量中哪些是强度量:答:体积,速度,比体积,位能,热能,热量,功量,密度。 3. 用水银差压计测量容器中气体的压力,为防止有毒的水银蒸汽产生,在水银柱上加一段水。若水柱高mm 200,水银柱高mm 800,如图2-26所示。已知大气压力为mm 735Hg ,试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ?解:根据压力单位换算 4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量,如图2-27所示。若已知斜管倾角 30=α ,压力计中使用 3/8.0cm g =ρ的煤油,斜管液体长度mm L 200=,当地大气压力MPa p b 1.0=,求烟气的绝对压力(用MPa 表示)解: 5.一容器被刚性壁分成两部分,并在各部装有测压表计,如图2-28所示,其中C 为压力表,读数为kPa 110,B 为真空表,读数为 kPa 45。若当地大气压k P a p b 97=,求压力表A 的读数(用 k P a 表示) kPa p gA 155= 6. 试述按下列三种方式去系统时,系统与外界见换的能量形式是什么。 (1).取水为系统; (2).取电阻丝、容器和水为系统; (3).取图中虚线内空间为系统。 答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量,起读数为MPa 4.13;冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量,其读数为 mmHg 706。若大气压力为MPa 098.0,试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力(用MPa 表示) MPa p MPa p 0039.0;0247.021== 8.测得容器的真空度 mmHg p v 550=,大气压力MPa p b 098.0=,求容器内的绝对压力。若大气压变为 MPa p b 102.0=', 求 此 时 真 空 表 上 的 读 数 为 多 少 mmMPa ? MPa p MPa p v 8.579,0247.0='= 9.如果气压计压力为kPa 83,试完成以下计算: (1).绝对压力为11.0MPa 时的表压力; (2).真空计上的读数为kPa 70时气体的绝对压力; (3).绝对压力为kPa 50时的相应真空度(kPa ); (4).表压力为MPa 25.0时的绝对压力(kPa )。 (1). kPa p g 17=;
第 一 章 基本概念与定义 1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答:不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。 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,所以开口系统不可能是绝热系。对不对,为什么? 答:这种说法是不对的。工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 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:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。 物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 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?绝对压力计算公式b e p p p =+()e p p >, b e p p p =-()e p p <中,当地大气压是否必定是环境大气压? 答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5.温度计测温的基本原理是什么? 答:选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。有两个系统分别和第三个系统处于热平衡,则两个系统彼此必然处于热平衡。 6.经验温标的缺点是什么?为什么? 答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。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的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。 7.促使系统状态变化的原因是什么?举例说明 答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。 8.分别以图参加公路的自行车赛车运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子内的热水和正在运行的电视机为研究对象,说明这是什么系统。 答:赛车运动员因为有呼吸有物质交换,运动员 对自行车作功,因此有能量交换,因此赛车运动 员是开口系统。压缩空气只有对子弹作功,因此 为闭口系统。杯子内的热水对外既有能量交换又 有物质交换,因此为开口系统,正在运行的电视 机有能量交换物物质交换,因此为闭口系统 9.家用加热电器是利用电加热水的家用设备,通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体(不包括电机热器),这是什么系统?把电加热器包括在研究对象内,是什么系统?什么情况下构成孤立的系统? 答:仅仅考虑电热水器为控制体,因有盖,不能与外界进行物质交换但与电机热器有热交换,因此是闭口系统。将电加热器包括在内,无热量交换因此是绝热过程。如果电加热器内电流非外部,而是用电池,即可认为绝热系统。 10.分析汽车动力系统与外界的质能交换情况? 答:汽车发动机有吸气,压缩,作功,排气四个过程,因此吸气过程吸 收外界的空气,过程中既有物质的进入,也有随物质进入带入的能量。
第一章 1-1 试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高(mm),(1) 水,(2) 酒精,(3) 液态钠。它们的密度分别为1000kg/m3,789kg/m3和860kg/m3。 1-4 人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是p=cρ1.4,c为常数。在海平面上空气的压力和密度分别为1.013×105Pa和1.177kg/m3,如果在某山顶上测得大气压为5×104Pa。试求山的高度为多少。重力加速度为常量,即g=9.81m/s2。 1-7如图1-15 所示的一圆筒容器,表A的读数为360kPa,表B读数为170kPa,表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。大气压力为760mmHg。试求(1) 真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的绝对压力;(2) 表C的读数;(3) 圆筒顶面所受的作用力。 图1-15 1-8 若某温标的冰点为20°,沸点为75°,试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。 1-10 若用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况,对吗?若可能,读数相同的温度应是多少? 1-14一系统发生状态变化,压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。若系统初态压力为600kPa,容积为0.3m3,试问系统容积膨胀至0.5m3时,对外作了多少膨胀功。 1-15气球直径为0.3m,球内充满压力为150kPa的空气。由于加热,气球直径可逆地增大到0.4m,并且空气压力正比于气球直径而变化。试求该过程空气对外作功量。 1-16 1kg气体经历如图1-16所示的循环,A到B为直线变化过程,B到C为定容过程,C到A为定压过程。试求循环的净功量。如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化?
工程热力学习题集 一、填空题 1.能源按使用程度和技术可分为 能源和 能源。 2.孤立系是与外界无任何 和 交换的热力系。 3.单位质量的广延量参数具有 参数的性质,称为比参数。 4.测得容器的真空度48V p KPa =,大气压力MPa p b 102.0=,则容器内的绝对压力为 。 5.只有 过程且过程中无任何 效应的过程是可逆过程。 6.饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域,位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态:未饱和水 饱和水 湿蒸气、 和 。 7.在湿空气温度一定条件下,露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 、水蒸气含量越 ,湿空气越潮湿。(填高、低和多、少) 8.克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9.熵流是由 引起的。 10.多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11.能源按其有无加工、转换可分为 能源和 能源。 12.绝热系是与外界无 交换的热力系。 13.状态公理指出,对于简单可压缩系,只要给定 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14.测得容器的表压力75g p KPa =,大气压力MPa p b 098.0=,则容器内的绝对压力为 。 15.如果系统完成某一热力过程后,再沿原来路径逆向进行时,能使 都返回原来状态而不留下任何变化,则这一过程称为可逆过程。 16.卡诺循环是由两个 和两个 过程所构成。 17.相对湿度越 ,湿空气越干燥,吸收水分的能力越 。(填大、小) 18.克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19.熵产是由 引起的。 20.双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有:( )、( )、( )。 22、理想气体的热力学能是温度的( )函数。 23、热力平衡的充要条件是:( )。 24、不可逆绝热过程中,由于不可逆因素导致的熵增量,叫做( )。 25、卡诺循环由( )热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的( )、( )、( )。 31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时,该热力系为_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。
工程热力学答案 一、填空题 第一章 1.功和热量都是与过程有关的量。 2.热量的负值代表工质向外放热。 3.功的正值代表工质膨胀对外作功。 4.循环中各个过程功的代数和等于循环净功。 5.循环中作功与耗功的绝对值之差等于循环净功。 6、热效率ηt定义为循环净功与消耗热量的比值。 7.如果工质的某一热力学量的变化量与过程路径无关,而只与过程的初态和终态有关,则 该热力学量必是一个状态参数。 8.如果可使工质沿某一过程相同的途径逆行回复到原态,并且与之相关的外界也回复到原态、不留下任何变化,则该过程为可逆过程。 9.不存在任何能量的不可逆损耗的准平衡过程是可逆过程。 10.可逆过程是指工质能经原过程路径逆向进行恢复到初态,并在外界不留下任何改变的过程。 11.平衡过程是整个过程中始终保持热和力的平衡的过程。 12.热力系统的平衡状态是指在不受外界影响的条件下,系统的状态能够始终保持不变。 13.系统处于平衡态通常是指同时具备了热和力的平衡。 14.被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统。 15.热力系统中称与外界有质量交换为开口系统。 16.热力系统中称与外界无热交换为绝热系统。 17.热力系统中称既无能量交换又无质量交换为孤立系统。 18.热力系统中称仅与外界有能量交换而无质量交换为闭口系统。 19.大气压力为Pb,真空度为Pv,系统绝对压力P应该是P= Pb-Pv 。 20.大气压力为P b,表压力为P g则系统的绝对压力P= 、P=P b+P g。 21.在大气压力为1bar的实验室里测量空气的压力时,若真空表的读数为30000Pa,则空气的绝对压力为 7×104Pa 。 22.制冷系数ε定义为在逆向循环中,低温热源放出的热量与循环消耗的净功之比。23.供暖系数ε'定义为在逆向循环中,高温热源得到的热量与循环消耗的净功之比。 24.循环的净功等于循环的净热量。 25.热动力循环是将热能转化为机械能的循环。
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。
全国考研专业课高分资料 中北大学 《工程热力学》 期末题 笔记:目标院校目标专业本科生笔记或者辅导班笔记 讲义:目标院校目标专业本科教学课件 期末题:目标院校目标专业本科期末测试题2-3 套 模拟题:目标院校目标专业考研专业课模拟测试题 2 套 复习题:目标院校目标专业考研专业课导师复习题 真题:目标院校目标专业历年考试真题,本项为赠送项,未公布的不送!
中北大学工程热力学试题(A)卷(闭卷) 2013--2014 学年第一学期 学号:姓名: 一、单项选择题(本大题共 15 小题,每题只有一个正确答案,答对一题得 1 分,共15分) 1、压力为 10 bar 的气体通过渐缩喷管流入 1 bar 的环境中,现将喷管尾部 截去一段,其流速、流量变化为。【】 A. 流速减小,流量不变 B.流速不变,流量增加 C.流速不变,流量不变 D. 2 、某制冷机在热源T1= 300K,及冷源消耗功为 250 KJ ,此制冷机是流速减小,流量增大 T2= 250K 之间工作,其制冷量为 【】 1000 KJ, A. 可逆的 B. 不可逆的 C.不可能的 D. 可逆或不可逆的 3、系统的总储存能为【】 A. U B. U pV C. U mc2f / 2 mgz D. U pV mc2f / 2 mgz 4、熵变计算式s c p In (T2 / T1) R g In ( p2 / p1) 只适用于【】 A. 一切工质的可逆过程 B.一切工质的不可逆过程 C.理想气体的可逆过程 D.理想气体的一切过程 5、系统进行一个不可逆绝热膨胀过程后,欲使系统回复到初态,系统需要进行 一个【】过程。
习题及部分解答 第一篇 工程热力学 第一章 基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量,哪些是过程量: 答:压力,温度,位能,热能,热量,功量,密度。 2. 指出下列物理量中哪些是强度量:答:体积,速度,比体积,位能,热能,热量,功量,密度。 3. 用水银差压计测量容器中气体的压力,为防止有毒的水银蒸汽产生,在水银柱上加一段水。若水柱高 mm 200,水银柱高mm 800,如图2-26所示。已知大气压力为mm 735Hg ,试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ?解:根据压力单位换算 kPa p p p p kPa Pa p kPa p Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==?=?==?=?= 4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量,如图2-27所示。若已知斜管倾角 30=α,压力计中 使用3/8.0cm g =ρ 的煤油,斜管液体长度mm L 200=,当地大气压力MPa p b 1.0=,求烟 气的绝对压力(用MPa 表示)解: MPa Pa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -?==???==αρ MPa p p p v b 0992.0108.7841.06=?-=-=- 5.一容器被刚性壁分成两部分,并在各部装有测压表计,如图2-28所示,其中C 为压力表,读数为 kPa 110,B 为真空表,读数为kPa 45。若当地大气压 kPa p b 97=,求压力表A 的读数(用kPa 表示) kPa p gA 155= 6. 试述按下列三种方式去系统时,系统与外界见换的能量形式是什么。 (1).取水为系统; (2).取电阻丝、容器和水为系统; (3).取图中虚线内空间为系统。 答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量,起读数为MPa 4.13;冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量, 其读数为mmHg 706 。若大气压力为MPa 098.0,试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力(用MPa 表示) M P a p M P a p 0039.0;0247.021== 8.测得容器的真空度 mmHg p v 550=,大气压力MPa p b 098.0=,求容器内的绝对压力。若大气
第 一 章 基本概念与定义 1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答:不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。 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,所以开口系统不可能是绝热系。对不对,为什么? 答:这种说法是不对的。工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 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:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。 物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 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?绝对压力计算公式b e p p p =+()e p p >, b e p p p =-()e p p <中,当地大气压是否必定是环境大气压? 答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5.温度计测温的基本原理是什么? 答:选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。有两个系统分别和第三个系统处于热平衡,则两个系统彼此必然处于热平衡。 6.经验温标的缺点是什么?为什么? 答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。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的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。 7.促使系统状态变化的原因是什么?举例说明 答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。 8.分别以图参加公路的自行车赛车运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子内的热水和正在运行的电视机为研究对象,说明这是什么系统。 答:赛车运动员因为有呼吸有物质交换,运动员 对自行车作功,因此有能量交换,因此赛车运动 员是开口系统。压缩空气只有对子弹作功,因此 为闭口系统。杯子内的热水对外既有能量交换又 有物质交换,因此为开口系统,正在运行的电视 机有能量交换物物质交换,因此为闭口系统 9.家用加热电器是利用电加热水的家用设备,通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体(不包括电机热器),这是什么系统?把电加热器包括在研究对象内,是什么系统?什么情况下构成孤立的系统? 答:仅仅考虑电热水器为控制体,因有盖,不能与外界进行物质交换但与电机热器有热交换,因此是闭口系统。将电加热器包括在内,无热量交换因此是绝热过程。如果电加热器内电流非外部,而是用电池,即可认为绝热系统。 10.分析汽车动力系统与外界的质能交换情况? 答:汽车发动机有吸气,压缩,作功,排气四个过程,因此吸气过程吸 收外界的空气,过程中既有物质的进入,也有随物质进入带入的能量。压缩后喷油点火,这个过程中压缩点火为能量交换,喷油为物质交换。
中国自考人——700门自考课程 永久免费、完整 在线学习 快快加入我们吧! 全国2002年10月高等教育自学考试 工程热力学(一)试题 课程代码:02248 一、单项选择题(本大题共15小题,每小题1分,共15分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要 求的,请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.简单可压缩热力系统的状态可由( ) A.两个状态参数决定 B.两个具有物理意义的状态参数决定 C.两个可测状态参数决定 D.两个相互独立的状态参数决定 2.热能转变为机械能的唯一途径是通过工质的( ) A.膨胀 B.压缩 C.凝结 D.加热 =△h+w t 适宜于( ) A.稳流开口系统 B.闭口系统 C.任意系统 D.非稳流开口系统 4.锅炉空气预热器中,烟气入口温度为1373K ,经定压放热后其出口温度为443K ,烟气的入口体积是出口体积的 ( ) A.3.1倍 倍 倍 倍 5.理想气体定压过程的势力学能变化量为( ) △t △T 6.理想气体等温过程的技术功=( ) (p 1-p 2) 2 1P P 7.在p —v 图上,经过同一状态点的理想气体等温过程线斜率的绝对值比绝热过程线斜率的绝对值( ) A.大 B.小 C.相等 D.可能大,也可能小 8.不可逆机与可逆机相比,其热效率( ) A.一定高 B.相等 C.一定低 D.可能高,可能低,也可能相等 9.若弧立系内发生的过程都是可逆过程,系统的熵( ) A.增大 B.减小 C.不变 D.可能增大,也可能减小 10.水蒸汽热力过程热力学能变化量△u=( ) B.△h-△(pv) (T 2-T 1) D.2 1t t v c (T 2-T 1) 11.理想气体绝热流经节流阀,节流后稳定截面处的温度( ) A.升高 B.降低 C.不变 D.无法确定 12.热力计算时,回热加热器的出口水温取决于( ) A.回热抽气量 B.回热抽汽压力 C.加热器的给水量 D.加热器的进口温度 13.若再热压力选择适当,则朗肯循环采用再热后( ) A.汽耗率上升,热耗率下降 B.汽耗率下降,热耗率上升 C.汽耗率与热耗率都上升 D.汽耗率与热耗率都下降 14.在定压加热燃气轮机循环中,为达到提高循环热效率的目的,可采用回热技术来提高工质的( ) A.循环最高温度 B.循环最低温度 C.平均吸热温度 D.平均放热温度 15.湿空气中水蒸汽所处的状态( ) A.可以是饱和状态,也可以是过热蒸汽状态 B.只能是饱和状态
第一章 基本概念 思 考 题 1、如果容器中气体压力保持不变,那么压力表的读数一定也保持不变,对吗? 答:不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力 两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变,当大气压力变化时,压力表的读数也会 随之变化,而不能保持不变。 2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系 答:平衡(状态)值的是热力系在没有外界作用(意即热力、系与外界没有能、质交 换,但不排除有恒定的外场如重力场作用)的情况下,宏观性质不随时间变化,即热力系 在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。所以两者是不同的。如对气-液两相平衡的状 态,尽管气-液两相的温度,压力都相同,但两者的密度差别很大,是非均匀系。反之,均 匀系也不一定处于平衡态。 但是在某些特殊情况下,“平衡”与“均匀”又可能是统一的。如对于处于平衡状态 下的单相流体(气体或者液体)如果忽略重力的影响,又没有其他外场(电、磁场等)作 用,那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。 3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的? 答:“平衡”意味着宏观静止,无变化,而“过程”意味着变化运动,意味着平衡被 破坏,所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说,或是平衡,静止不动,或是运动,变 化,二者必居其一。但是二者也有结合点,内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件 地统一在一起了。这个条件就是:在内部平衡过程中,当外界对热力系的作用缓慢得足以 使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。 4、“过程量”和“状态量”有什么不同? 答:状态量是热力状态的单值函数,其数学特性是点函数,状态量的微分可以改成全 微分,这个全微分的循环积分恒为零;而过程量不是热力状态的单值函数,即使在初、终 态完全相同的情况下,过程量的大小与其中间经历的具体路径有关,过程量的微分不能写 成全微分。因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。 习 题 1-1 一立方形刚性容器,每边长 1 m ,将其中气体的压力抽至 1000 Pa ,问其 真空度为多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛顿?已知大气压力为 0.1MPa 。 [解]:(1) 6(0.110Pa 1000Pa)/133.3224742.56mmHg v b p p p =-=?-= (2) 26()1(0.110Pa 1000Pa)99000N b F A P A P P m =?=-=??-=