热工学基础学习知识原理期末复习资料

,.2013~2014学年度第二学期期末复习热工学原理第一章：基本概念一、名词解释1、热力系统（P9~10）（1）闭口系统（控制质量系统）：与外界无物质交换的系统。（2）开口系统（控制容积系统）：与外界有物质交换的系统。（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），AFp。（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，mVv，单位：m3/kg。（5）密度：单位体积工质的质量，Vm，1v，单位：kg/m3。3、热力过程（P13）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p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；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）kgkJkgkJuqw/5.196/5.14650。（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。kgkJkgkJhqws/252/100.845)0.10.175(0.8146.550Δ3。（3）kWkWwPs4260102526010。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）nRTTMRmTmRpVg，R=8.314J/(mol·K)。2、热容（P35~37）（1）热容：物体温度升高1K（或1℃）所需要的热量称为该物体的热容量，简称热容。dtQdTQC。（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)，dtqdTqc。（3）比定容热容vVVTudTqc。比定容热容是在体积不变的情况下比热力学能对温度的偏导数，其数值等于在体积不变的情况下物质温度变化1K时比热力学能的变化量。（4）比定压热容pppThdTqc。比定容热容是在压力不变的情况下比晗对温度的偏导数，其数值等于在压力不变的情况下物质温度变化1K时比晗的变化量。（5）迈耶公式：gVpRcc，RCCmVmp,,（mpC,、mVC,分别为摩尔定压热容、摩尔定容热容）（6）比热容比Vpcc，gpRc1，gVRc11。3、混合气体的成分（P45）,.（1）质量分数：如果混合气体由k种组元气体组成，其中第i种组元的质量mi与混合气体总质量m的比值称为该组元的质量分数，mmwii，kiimm1，11kiiw。（2）摩尔分数：如果混合气体由k种组元气体组成，其中第i种组元的物质的量ni与混合气体的物质的量n的比值称为该组元的摩尔分数，nnxii，kiinn1，11kiix。（3）体积分数：如果混合气体由k种组元气体组成，其中第i种组元的分体积Vi与混合气体总体积V的比值称为该组元的体积分数，VVii，kiiVV1，11kii。4、理想气体的基本热力过程（P50~61）（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。各种热力过程的计算公式过程过程方程式初、终状态参数间的关系交换的功量交换的热量q/(J/kg)w/(J/kg)wt/(J/kg)定容v=定数12vv；1212ppTT012ppv12TTcV定压p=定数12pp；1212vvTT12vvp或12TTRg012TTcp定温pv=定数12TT；2112vvpp1211lnvvvpww定熵pvκ=定数2112vvpp12112vvTT11212ppTT12211vpvp或211TTRgw0二、问答题1、（3﹣1）理想气体的pc和vc之差及pc和vc之比是否在任何温度下都等于一个常数？答：理想气体的pc和vc之差在任何温度下都等于一个常数，而pc和vc之比不是。2、（3﹣2）如果比热容是温度t的单调增函数，当12tt时，平均比热容10|tc、20|tc、21|ttc中哪一个最大？哪一个最小？,.答：由10|tc、20|tc、21|ttc的定义可知：)(d10011tcttcctt，其中10t；)(d20022tcttcctt，其中20t；)(d122121tctttcctttt，其中21tt。因为比热容是温度t的单调增函数，所以可知21|ttc10|tc，又因为20211212021120210)()(10212102tttttttttttttcctcctcctttctcc，故可知21|ttc最大。又因为211021210201002111212dd)(ddtttcttctttttcttctccttttttt0)()()()(210112211120121121211ttcctttttctttcttttttttt，所以10|tc最小。3、（3﹣3）如果某种工质的状态方程式遵循TRpvg，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：gRTuTvpTuTwTuTwuTqcddddddddddd)d(dd，由此可以看出，如果工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。4、（3﹣4）在vu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1为可逆定容加热过程；2为可逆定压加热过程；3为可逆定温加热过程；4为可逆绝热膨胀过程。因为可逆定容加热过程容积v不变，过程中系统内能增加，所以为曲线1，从下向上。理想气体的可逆定压加热过程有：2111cvcudvcdvRcPdvPvTcduPP，vcucuvcc1221000；，所以时，为常数，且考虑到和，所以此过程为过原点的射线2，且向上。理想气体的可逆定温加热过程有：00wqwqu，气体对外做功，体积增加，所以为曲线3，从左到右。理想气体的可逆绝热膨胀过程有：211111cvkcudvvcpdvdukk（c1、c2为常数）所以为图中的双曲线4，且方向朝右（膨胀过程）。三、计算题1、（3﹣2）体积为0.027m3的刚性储气筒，装有压力为7×105Pa、温度为20℃的空气。筒上装有一排气阀，压力达到8.75×105Pa时就开启，压力将为8.4×105Pa时才关闭。若由于外界加热的原因，造成阀门开启。问：（1）当阀门开启时，筒内温度为多少？,.uv1234（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。解：设气体的初态参数为1111mTVp和、、，阀门开启时气体的参数为2222mTVp和、、，阀门重新关闭时气体的参数为3333mTVp和、、，考虑到刚性容器有：321VVV，且21mm。（1）当阀门开启时，贮气筒内压力达到8.75×105Pa，所以此时筒内温度和气体质量分别为：KKppTT44.366107108.7515.27302551212，kgkgTRVpmm0.22515.273022870.02710751g1121。（2）阀门重新关闭时，筒内气体压力降为8.4×105Pa，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kgkgTRVpTRVpmgg216.044.366287027.0104.852333333。所以，因加热失掉的空气质量为kgkgmmm0.0090.2160.225Δ32。2、（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、30℃的理想气体0.5kg，而另一侧储有0.12MPa、30℃、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（℃）；（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30℃，所以平衡时系统的温度仍为30℃。（2）设气缸一侧气体的初始参数为1111mTVp和、、，终态参数为111TVp、、，另一侧气体的初始参数为2222mTVp和、、，终态参数为222TVp、、，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。3361111109.0104.015.273302875.0mmpTRmVg，3362222363.01012.015.273302875.0mmpTRmVg，213321471.0363.0109.0VVmmVVV＝总。终态时，两侧的压力相同，即ppp21，对两侧分别写出状态方程，2122222211111111(TVVpTVpTVpTVpTVpTVp）－，总2211221111''VpVppVVpVVpVppV总总，终态时的压力PaPaPaVVpVpp56622111085.102.184661472.0303.01012.0109.0104.0总。3、（3﹣4）5kg的Ar气体经历了一热力学能不变的过程，初态为p1=6.0×105Pa、T1=600K，膨胀终了的体积V2=3V1。Ar气体可