工程热力学与传热学期末复习题答案

中国石油大学（北京）—远程教学学院—《工程热力学与传热学》复习题答案（2015年春季）1中国石油大学（北京）远程教育学院《工程热力学与传热学》——复习题答案热力学部分一.判断对错1.闭口系统具有恒定的质量，但具有恒定质量的系统不一定是闭口系统；（√）2.孤立系统一定是闭口系统，反之则不然；（√）3.孤立系统就是绝热闭口系统；（×）4.孤立系统的热力状态不能发生变化；（×）5.平衡状态的系统不一定是均匀的，均匀系统则一定处于平衡状态；（√）6.摄氏温度的零度相当于热力学温度的273.15K；（√）7.只有绝对压力才能表示工质所处的状态，才是状态参数；（√）8.不可逆过程就是工质不能回复原来状态的过程；（×）9.系统中工质经历一个可逆定温过程，由于没有温度变化，故该系统中工质不能与外界交换热量；（×）10.气体吸热后热力学能一定升高；（×）11.气体被压缩时一定消耗外功；（√）12.气体膨胀时一定对外作功；（×）13.只有加热，才能使气体的温度升高；（×）14.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；（√）15.工质所作的膨胀功与技术功，在某种条件下，二者的数值会相等；（√）16.由理想气体组成的封闭系统吸热后其温度必然增加；（×）17.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；（√）18.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；（×）19.功不是状态参数，热力学能与流动功之和也不是状态参数；（×）20.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；（×）21.理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程；（×）22.有人说：“自发过程是不可逆过程，非自发过程就是可逆过程”，这种说法对吗？中国石油大学（北京）—远程教学学院—《工程热力学与传热学》复习题答案（2015年春季）2（×）23.自然界中发生的一切过程都必须遵守能量守恒与转换定律；（√）24.遵守能量守恒与转换定律的一切过程都能自发进行；（×）25.热力学第二定律可否表述为：“功可以完全转变为热，而热不能完全转变为功。”（×）26.第二类永动机不仅违反了热力学第二定律，也违反了热力学第一定律；（×）27.工质经过一个不可逆循环，不能回复到原来状态；（×）28.一切可逆热机的热效率均相同；（×）29.不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（×）30.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；（×）31.不可逆过程的熵变无法计算；（×）32.工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（×）33.封闭热力系统发生放热过程，系统的熵必定减小；（×）34.熵增大的过程必为不可逆过程；（×）35.熵减小的过程不能实现；（×）36.可逆绝热过程是定熵过程，反之，定熵过程就是可逆绝热过程；（×）37.只要有不可逆性就会有熵产，故工质完成一个不可逆循环，其熵的变化量必大于零；（×）38.孤立系统内只有有机械能不可逆地转化为热能，系统的熵必然增大；（√）39.临界点时，饱和液体的焓等于干饱和蒸汽的焓；（√）40.知道了温度和压力，就可确定水蒸气的状态；（×）41.水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（×）42.干饱和蒸汽被定熵压缩，将转变为过热蒸汽；（√）43.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；（√）44.当湿空气的相对湿度为0时，表示空气中完全没有水蒸气；（√）45.湿空气的相对湿度为100%时，表示空气中全部都是水蒸气；（×）46.空气的相对湿度越大，其含湿量越大；（×）47.湿空气的含湿量d一定时，温度越高，其吸湿能力越强；（√）48.湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于相对湿度；（×）49.蒸汽再热循环的主要目的是为了提高汽轮机的排汽干度；（√）中国石油大学（北京）—远程教学学院—《工程热力学与传热学》复习题答案（2015年春季）350.蒸汽回热循环的主要目的是提高锅炉给水温度，从而提高循环的热效率。（√）二.问答题1.什么是准平衡过程？什么是可逆过程？说明准平衡过程和可逆过程的关系。答：准平衡过程（准静态过程）：是指过程中系统所经历的每一个状态都无限接近于平衡状态的过程。可逆过程：是指当系统完成某一路径后，如果全过程沿相同的路径逆行而能使过程中所涉及的一切（系统，环境）都恢复到原来的状态而不留下任何痕迹，则这一过程即为可逆过程。准静态过程和可逆过程的着眼点不同：准静态过程只着眼于工质内部的平衡，有无外部的机械摩擦（耗散）对工质内部的平衡并无影响可逆过程：可逆过程则分析工质与外界作用所产生的总效果。不仅强调工质内部的平衡，而且要求工质与外界作用可以无条件地逆复，过程进行时不存在任何能量的耗散。可逆过程是无耗散的准静态过程。2.写出可逆过程中膨胀功的计算公式，并在p-v图中表示膨胀功。答：可逆过程中膨胀功：21dwpv。3.试指出膨胀功、技术功、流动功的区别和联系，并将可逆过程中的膨胀功，技术功表示在p-v图中。答：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；工质在流过热工设备时，必须受外力推动，这种推动工质流动而做的功称为流动功。膨胀功，轴功，技术功，流动功的联系为：2t2211sf1()()2wwpvpvwcgzpv4.有一个绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空。现抽掉隔板，空气将充满整个容器。问（1）空气的热力学能如何变化？（2）空气是否做了功？pv12０pdvwvdpvdpwtpv12０pdvwvdpvdpwtpv12０pdvwvdpvdpwtpv12０pdvwvdpvdpwt中国石油大学（北京）—远程教学学院—《工程热力学与传热学》复习题答案（2015年春季）4答：（1）热力学能变化为零，即012u；（2）向真空自由膨胀，空气不作功。5.什么是热力学能？什么是焓？答：热力学能：是物质内部的微观粒子所具有的能量之和。比焓：单位质量工质沿流动方向向前传播的总能量中取决于热力状态的那部分能量。6.写出开口系统稳定流动能量方程式的形式，说明式中各量的含义。答：开口系统稳定流动的能量方程式为：2fs12qhcgzw。式中：q为工质与外界交换的热量，h为工质进出口焓的增加，2f12c为工质宏观动能的变化，gz为工质宏观位能的变化，sw系统对外所作轴功。7.描述绝热节流过程的特点？写出节流过程能量方程式的形式。答：绝热节流过程的特点：绝热节流过程是典型的不可逆过程，节流前后流体压力减小，速度提高，熵值增加。能量方程式：12hh。8.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。9.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。.p0vTsvp空气升温，升压，放热过程.p0vTTssvvpp空气升温，升压，放热过程T0s.pTs空气升温，升压，放热过程vT0s.ppTTss空气升温，升压，放热过程vvp0vTsvp工质膨胀，升温，吸热过程p0vTTssvvpp工质膨胀，升温，吸热过程T0s.pTsv工质膨胀，升温，吸热过程T0s.ppTTssvv工质膨胀，升温，吸热过程中国石油大学（北京）—远程教学学院—《工程热力学与传热学》复习题答案（2015年春季）510.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）n=1.6的膨胀过程，并判断q，w，u的正负。11.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）n=1.3的压缩过程，并判断q，w，u的正负。12.什么是热力学第一定律：什么是热力学第二定律？答：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。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-普朗特表述：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。13.说明第一类永动机和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：第一类永动机是指不花费代价就能够产生功的机器。违反了热力学第一定律。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热机，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。14.什么是卡诺循环？卡诺循环的热效率与哪些因素有关？答：卡诺循环是由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的循环。卡诺循环的T20s.pv1Tsn=1.6膨胀过程T20s.ppvv1TTssn=1.6膨胀过程.p0vTsvpn=1.6膨胀过程12.p0vTTssvvppn=1.6膨胀过程12.p0vTsvpn=1.3压缩过程12.p0vTTssvvppn=1.3压缩过程12T20s.pv1Tsn=1.3压缩过程T20s.ppvv1TTssn=1.3压缩过程中国石油大学（北京）—远程教学学院—《工程热力学与传热学》复习题答案（2015年春季）6热效率表示为：2C1=1TT，与高温热源和低温热源的温度T1，T2有关。15.写出克劳修斯积分式的形式，如何利用克劳修斯积分式判断一个循环能否实现？是可逆循环还是不可逆循环？答：克劳修斯积分式：0QT，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。16.写出闭口系统熵方程的表达式？什么是熵流？什么是熵产？答：闭口系统熵方程可表示为：fg+sss。熵流fs：是由于工质与热源之间交换热量所引起的熵变，熵产gs：是由于不可逆因素造成的熵变。17.写出孤立系统的熵增原理，如何利用孤立系统熵增原理判断一个热力过程能否实现？是可逆过程还是不可逆过程？答：孤立系统熵增原理：isog0dSdS。孤立系统熵增原理指出鼓励系统的熵只能增大，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。18.如果工质从同一初态出发，分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同的终压力，问过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用T-s图进行分析。答：终态的熵：22SS，不可逆，可逆，对外作的功：WW可逆不可逆。坐标图分析：过程线1’-2可逆面积为可逆过程中技术功，1’-2不可逆面积为不可逆过程中技术功。19.如果闭口系统中工质由初态经过一个不可逆绝热过程膨胀到终态，分析工质能否经过一个绝热过程回到初态，为什么？答：根据闭口系统的熵方程：闭口系统的熵增=熵流+熵产。可得：不能经过一2s1T0sp2不可逆绝热膨胀过程（终压相同）1’2s1T0spp2不可逆绝热膨胀过程（终压相同）1’中国石油大学（北京）—远程教学学院—《工程热力学与传热学》复习题答案（2015年春季）7个绝热过程回到初态。因为当系统由初态经过一个不可逆绝热过程到达终态时，此过程是一个熵增的过程，要想回到初态，需要一个熵减的过程，而绝热过程的熵增大于等于零，所以不能经过绝热过程回到初态。20.水蒸气的定压产生过程经历哪三个阶段？水的状态有哪些不同的变化？答：水蒸气定压产生过程的三个阶段为：未饱和水的定压预热阶段，饱和水的定压汽化阶段，饱和蒸汽的定压过热阶段。水的状态分别经历：未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽五个不同状态。21.什么是临界点？有没有400℃的水？有没有-10℃的水蒸气？答：饱和水和干饱和蒸汽的区别完全消失的状态点称为临界点。没有400℃的水，有-10℃的水蒸气。因为水的临界温度ct=373.99℃。22.什么是未饱和湿空气？什么是饱和湿空气？说明将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法？答：未饱和湿空气：是由干空气和过热蒸汽