工程热力学-简答题

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1、优质文档第1章 根本概念闭口系和外界无物质交换，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必须是闭口系统吗?答：否。当一个限制质量的质量入流率和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。有人认为，开口系统中系统和外界有物质交换，而物质又和能量不行分割，所以开口系不行能是绝热系。这种观点对不对，为什么?答：不对。“绝热系”指的是过程中和外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统和外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦完毕就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热和其边界是否对物质流开放无关。平衡状态和稳定状态有何区分和联系，平衡状态和匀称状态有何

2、区分和联系?答：“平衡状态”和“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变更，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；而平衡状态那么一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区分所在。倘使容器中气体的压力没有变更，试问安装在该容器上的压力表的读数会变更吗？在确定压力计算公式中，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，是工质真实压力和环境介质压力之差。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更，因此，即使工质的确定压力不变，表压力和真空度仍有可能变更。“当地大气压”并非就是环境大气

3、压。精确地说，计算式中的Pb 应是“当地环境介质”的压力，而不是随意任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。温度计测温的根本原理是什么?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。经验温标的缺点是什么?为什么?答：由选定的随意一种测温物质的某种物理性质，采纳随意一种温度标定规那么所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依靠于测温物质的性质，中选用不同测温物质制作温度计、采纳不同的物理性质作为温度的标记来测量温度时，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

4、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。促使系统状态变更的缘由是什么?举例说明。答：分两种不同状况： 假设系统原本不处于平衡状态，系统内各局部间存在着不平衡势差，那么在不平衡势差的作用下，各个局部发生相互作用，系统的状态将发生变更。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异，起初系统处于热不平衡的状态。这种状况下，无需外界赐予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变更：铁块的温度渐渐降低，水的温度渐渐提升，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态； 假设系统原

5、处于平衡状态，那么只有在外界的作用下作功或传热系统的状态才会发生变。(a)(b)图1-16 思索题8附图图1-16a、b所示容器为刚性容器：将容器分成两局部。一局部装气体，一局部抽成真空，中间是隔板。假设突然抽去隔板，气体(系统)是否作功？设真空局部装有很多隔板，每抽去一块隔板让气体先复原平衡再抽去一块，问气体(系统)是否作功？上述两种状况从初态变更到终态，其过程是否都可在P-v图上表示？答：；受刚性容器的约束，气体和外界间无任何力的作用，气体系统不对外界作功； b状况下系统也和外界无力的作用，因此系统不对外界作功； a中所示的状况为气体向真空膨胀(自由膨胀)的过程，是典型的不行逆过程。过程中

6、气体不行能处于平衡状态，因此该过程不能在P-v图上示出；b中的状况和a有所不同，假设隔板数量足够多，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，即气体经验的是一种准静过程，这种过程可以在P-v图上用实线表示出来。经验一个不行逆过程后，系统能否复原原来状态？包括系统和外界的整个系统能否复原原来状态？答：所谓过程不行逆，是指一并完成该过程的逆过程后，系统和它的外界不行能同时复原到他们的原来状态，并非简洁地指系统不行能回复到原态。同理，系统经验正、逆过程后复原到了原态也并不就意味着过程是可逆的；过程是否可逆，还得看和之发生过相互作用的全部外界是否也

7、全都回复到了原来的状态，没有遗留下任何变更。原那么上说来经验一个不行逆过程后系统是可能复原到原来状态的，只是包括系统和外界在内的整个系统那么必须不能复原原来状态。系统经验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更？假设上述正向及逆向循环中有不行逆因素，那么系统及外界有什么变更？答：系统完成一个循环后接着又完成其逆向循环时，无论循环可逆和否，系统的状态都不会有什么变更。依据可逆的概念，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，和之发生相互作用的外界也应一一回复到原来的状态，不遗留下任何变更；假设循环中存在着不行逆因素，系统完成的是不行逆循环时，虽然系统回复到原来状态，但在外

8、界必须会遗留下某种恒久无法复原的变更。留意：系统完成任何一个循环后都复原到原来的状态，但并没有完成其“逆过程”，因此不存在其外界是否“也复原到原来状态”的问题。一般说来，系统进展任何一种循环后都势必会在外界产生某种效应，如热变功，制冷等，从而使外界有了变更。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：不须要。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变更其位置，事实上不存在排斥大气的作用。第2章 热力学第必须律B隔板A自由膨胀刚性绝热容器中间用隔板分为两局部，A中存有高压空气，B中保持真空，如图2-11所示。假设将隔板

9、抽去，分析容器中空气的热力学能如何变更？假设隔板上有一小孔，气体泄漏人B中，分析A、B两局部压力一样时A、B两局部气体的比热力学能如何变更？答: 定义容器内的气体为系统，这是一个限制质量。由于气体向真空作无阻自由膨胀，不对外界作功，过程功；容器又是绝热的，过程的热量，因此，依据热力学第必须律，应有，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，其比热力学能亦和原来一样，没有变更；假设为志向气体，那么其温度不变。 当隔板上有一小孔，气体从A泄漏人B中，假设隔板为良好导热体，A、B两局部气体时刻应有一样的温度，当A、B两局部气体压力一样时，A、B两局部气体处于热力学平衡状态

10、，状况像上述作自由膨胀时一样，两局部气体将有一样的比热力学能，按其容积比安排气体的总热力学能；假设隔板为绝热体，那么过程为A对B的充气过程，由于A局部气体需对进入B的那一局部气体作推动功，充气的结果其比热力学能将比原来削减，B局部气体的比热力学能那么会比原来提升，最终两局部气体的压力会到达平衡，但A局部气体的温度将比B局部的低见习题4-22。热力学第必须律的能量方程式是否可写成的形式，为什么？答：热力学第必须律的根本表达式是：过程热量 = 工质的热力学能变更 + 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；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

11、存在什么q1、q2和w1、w2；对于过程1-2并不存在过程热量和过程功，因此其次个公式也是不成立的。.热力学第必须律解析式有时写成以下两种形式：分别探讨上述两式的适用范围。答：第一个公式为热力学第必须律的最普遍表达，原那么上适用于不作宏观运动的一切系统的全部过程；其次个表达式中由于将过程功表达成，这只是对简洁可压缩物质的可逆过程才正确，因此该公式仅适用于简洁可压缩物质的可逆过程。.为什么推动功出此时此刻开口系能量方程式中，而不出此时此刻闭口系能量方程式中？答：当流体流淌时，上游流体为了在下游占有一个位置，必需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

12、在系统和外界之间形成一种特有的推动功推动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淌现象，不存在上游流体推挤下游流体的作用，也就没有系统和外间的推动功作用，所以在闭口系统的能量方程式中不会出现推动功项。.稳定流淌能量方程式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？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状况，稳态稳流的能量方程是适用的。.开口系实施稳定流淌过程，是否同时满意以下三式：上述三式中W、W

13、t和Wi的相互关系是什么?答：是的，同时满意该三个公式。第一个公式中dU指的是流体流过系统时的热力学能变更，dW是流体流过系统的过程中对外所作的过程功；其次个公式中的dWt指的是系统的技术功；第三个公式中的dWi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”和机器轴功的区分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。过程功是技术功和流淌功推出功和推动功之差的总和；而内部功那么是从技术功中扣除了流体流淌动能和重力位能的增量之后所剩余的局部。图2-12 合流 几股流体集合成一股流体称为合流，

14、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截面之间的空间为限制体积，列出能量方程式，并导出出口截面上焓值h3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，并忽视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 志向气体的热力过程1. 分析气体的热力过程要解决哪些问题？用什么方法解决？试以志向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：提醒过程中气体的状态参数变更规律和能量转换的状况，进而找出影响这种转换的主要因素。分析气体热力过程的详细方法

15、是：将气体视同志向气体；将详细过程视为可逆过程，并突出详细过程的主要特征，志向化为某种简洁过程；利用热力学根本原理、状态方程、过程方程，以及热力学状态坐标图进展分析和表示。对于志向气体的定温过程从略2. 对于志向气体的任何一种过程,以下两组公式是否都适用：答：因为志向气体的热力学能和焓为温度的单值函数，只要温度变更一样，不管经验任何过程其热力学能和焓的变更都会一样，因此，所给第一组公式对志向气体的任何过程都是适用的；但是其次组公式是分别由热力学第必须律的第一和其次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

16、段所表达的关系而言那么仅适用于志向气体。3. 在定容过程和定压过程中，气体的热量可依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参加热量？假如参加的话应如何计算？答：在气体定温膨胀过程中事实上是须要参加热量的。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更的乘积来求解，最根本的求解关系应是热力学第必须律的根本表达式：q = u + 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，可见，只要状态参数P1、v1和v2确定了，q的数值也确定了，是否q和途径无关？答：否。所说的定温过程热量计算公式利用志向气体状

17、态方程、气体可逆过程的过程功，以及过程的定温条件获得，因此仅适用于志向气体的定温过程。式中的状态1和状态2，都是指定温路径上的状态，并非随意状态，这本身就确定无疑地说明热量是过程量，而非和过程路径无关的状态量。5. 在闭口热力系的定容过程中，外界对系统施以搅拌功w，问这时Q = mcvdT是否成立？答：不成立。只是在内部可逆的单纯加热过程中即无不行逆模式功存在时才可以通过热容和温度变更的乘积来计算热量，或者原那么地讲，只是在在可逆过程中不存在以非可逆功模式做功的时候才可以通过上述热量计算公式计算热量。对工质施以搅拌功时是典型的不行逆过程。6. 试说明绝热过程的过程功w和技术功wt的计算式是否只

18、限于志向气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？答：以上两式仅依据绝热条件即可由热力学第必须律的第一表达式及其次表达式导出，和何种工质无关，和过程是否可逆无关。7. 试判定以下各种说法是否正确：(1)定容过程即无膨胀(或压缩)功的过程；(2)绝热过程即定熵过程；(3)多变过程即随意过程。答：膨胀功压缩功都是容积变更功，定容过程是一种系统比体积不变，对限制质量或说系统容积不变的过程，因此说定容过程即无膨胀(或压缩)功的过程是正确的；绝热过程指的是系统不和外界交换热量的过程。系统在过程中不和外界交换热量，这仅说明过程中系统和外界间无伴随热流的熵流存在，但假设为不行逆过程，由于过程中存在熵产，那么系统

19、经验该过程后会因有熵的产生而发生熵的额外增加，事实上只是可逆的绝热过程才是定熵过程，而不行逆的绝热过程那么为熵增大的过程，故此说法不正确；多边过程是指遵循方程Pvn = 常数n为某一确定的实数的那一类热力过程，这种变更规律虽较具普遍性，但并不包括一切过程，因此说多变过程即随意过程是不正确的。8. 参照图4-15，试证明：q1-2-3 q1-4-3 。图中1-2、4-3为定容过程，1-4、2-3为定压过程。答：由于其中w1-2、w4-3为定容过程功，等于零；w2-3、w1-4为定压过程功，等于。由于故另一方面，P-v图上过程曲线和横轴v之间所夹的面积代表过程功，显见 w1-2 = w4-3 =

20、0；w2-3 w4-3，即w1-2-3 w1-4-3。依据热力学第必须律：对热力学状态参数u，应有可见9. 如图4-16所示，今有两个随意过程a -b及a -c，其中b、c在同一条绝热线上。试问uab和uac哪个大？假设b、c在同一条定温线上，结果又如何？答：由于b、c在同一条绝热线上，过程b-c为绝热膨胀过程，由热力学第必须律，有过程中系统对外作膨胀功，wbc 0，故有ub uc因此，应有假设b、c在同一条定温线上，依据志向气体的热力性质，那么有10. 在T-s图上如何表示绝热过程的技术功wt和膨胀功w？答：依据热力学第必须律，绝热过程的技术功wt和过程功w分别应等于过程的焓增量和热力学能增

21、量的负值，因此，在T-s图上绝热过程技术功wt和膨胀功w的表示，事实上就是过程的焓增量和热力学能增量的表示。详细方法为：见第3章思索题1111. 在P-v图和T-s图上如何判定过程中q、w、u、h的正负？答：当过程曲线分别指向绝热线、定容线、定温线的右侧时q、w、u、h值为正；反之为负。第5章 热力学其次定律1. 热力学其次定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能，而热能不行能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当？答：热力学其次定律的正确表述应是：热不行能全部变为功而不产生其它影响。所给说法中略去了“其它影响”的条件，因而是不妥当、不正确的。2. 自发过程是不行逆过程，非自发过程必为可逆过程

22、，这一说法是否正确？答：此说法不正确。自发过程具有方向性，因而必定是不行逆的；非自发过程是在必须补充条件下发生和进展的过程，虽然从理论上说来或许可以做到可逆，但事实上实际过程都不行逆，因为不行逆因素总是幸免不了的。3. 请给“不行逆过程”一个恰当的定义。热力过程中有哪几种不行逆因素？答：所谓不行逆过程是指那种系统完成逆向变更回复到原先状态后，和其发生过相互作用的外界不能一一回复到原来状态，结果在外界遗留下了某种变更的过程。简洁地讲，不行逆过程就是那种客观上会造成某种不行复原的变更的过程。典型的不行逆因素有：机械摩擦、有限温差下的传热、电阻、自发的化学反响、扩散、混合、物质从一相溶入另一相的过程

23、等。4. 试证明热力学其次定律各种说法的等效性：假设克劳修斯说法不成立，那么开尔文说法也不成立。 高温热源低温热源图4A 热机循环热机Q1Q2W0高温热源低温热源图4B 不行能的热机循环热机Q1Q2W0Q2证：热力学其次定律的克劳修斯表述是：热不行能自发地、不付代价地从高温物体传至低温物体。开尔文表述那么为：不行能从单一热源取热使之全部变为功而不产生其它影响。遵照开尔文说法，遵循热力学其次定律的热力发动机其原那么性工作系统应有如图4A所示的状况。假设克劳修斯说法可以违反，热量Q2可以自发地不付代价地从地温物体传至高温物体，那么应有如图4B所示的状况。在这种状况下，对于所示的热机系统当热机完成一

24、个循环时，事实上低温热源既不得到什么，也不失去什么，就犹如不存在一样，而高温热源事实上只是放出了热量(Q1-Q2)，同时，热力发动机那么将该热量全部转变为功而不产生其它影响，即热力学其次定律的开尔文说法不成立。5. 下述说法是否有错误： 循环净功Wnet愈大那么循环热效率愈高； 不行逆循环的热效率必须小于可逆循环的热效率； 可逆循环的热效率都相等，。 答：说法不对。循环热效率的根本定义为：，循环的热效率除和循环净功有关外，尚和循环吸热量Q1的大小有关；说法不对。依据卡诺定理，只是在“工作于同样温度的高温热源和同样温度的低温热源间”的条件下才能确定不行逆循环的热效率必须小于可逆循环，离开了这一条

25、件结论就不正确；说法也不正确。依据卡诺定理也应当是在“工作于同样温度的高温热源和同样温度的低温热源间”的条件下才能确定全部可逆循环的热效率都相等，而且和工质的性质和关，和循环的种类无关。假如式中的温度分别采纳各自的放热平均温度和吸热平均温度那么公式就是正确的，即，不过这种状况下也不能说是“全部可逆循环的热效率都相等”，只能说全部可逆循环的热效率表达方式一样。6. 循环热效率公式和是否完全一样？各适用于哪些场合？答：不完全一样。前者是循环热效率的普遍表达，适用于任何循环；后者是卡诺循环热效率的表达，仅适用于卡诺循环，或同样工作于温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源间的一切可逆循环。7. 和

26、大气温度一样的压缩空气可以膨胀作功，这一事实是否违反了热力学其次定律？答：不冲突。压缩空气虽然和大气有一样温度，但压力较高，和大气不处于相互平衡的状态，当压缩空气过渡到和大气相平衡时，过程中利用系统的作功实力可以作功，这种作功并非依靠冷却单一热源，而是依靠压缩空气的状态变更。况且，作功过程中压缩空气的状态并不依循环过程变更。8. 下述说法是否正确:. 熵增大的过程必定为吸热过程： 熵减小的过程必为放热过程； 定熵过程必为可逆绝热过程。答：说法不对。系统的熵变来源于熵产和热熵流两个局部，不行逆绝热过程中工质并未从外界吸热，但由于存在熵产工质的熵也会因而增大；说法是对的。系统的熵变来源于熵产和热熵

27、流两个局部，其中熵产必定是正值，因而仅当系统放热，热熵流为负值时，系统的熵值才可能减小；这种说法原那么上是不对的。系统的熵变来源于熵产和热熵流两个局部，其中熵产必定是正值，对于不行逆的放热过程，其热熵流为负值，当热熵流在确定数值上恰好和熵产一样时，过程将成为定熵的。因此：可逆的绝热过程为定熵过程，而定熵过程却不必须是绝热过程。9. 下述说法是否有错误： 熵增大的过程必为不行逆过程； 使系统熵增大的过程必为不行逆过程； 熵产Sg 0的过程必为不行逆过程； 不行逆过程的熵变DS无法计算； 假如从同一初始态到同一终态有两条途径，一为可逆，另一为不行逆，那么、； 不行逆绝热膨胀的终态熵大于初态熵，S2

28、S1，不行逆绝热压缩的终态熵小于初态熵S2 qa-c在T-s图上qa-b的大小如面积abcsbsaa所示；qa-c的大小如面积acsbsaa所示；11. 由同一初态经可逆绝热压缩和不行逆绝热压缩两种过程将某种志向气体压缩到一样的终压，在P-v图和T-s图上画出两过程，并在T-s图上示出两过程的技术功及不行逆过程的火用损失。答：作图如下图中12s为可逆绝热压缩；12为不行逆绝热压缩。T1=T1面积12ss1s11为可逆绝热压缩消耗的技术功；PvTs22s12s21t1P1P2P2P1T1T0可用能损失s1s1s21面积12s2s11为不行逆绝热压缩消耗的技术功。T0为环境温度，带阴影线局部面积为不行逆过程的火用损失。12. 立系统中进展了可逆过程；不行逆过程。问孤立系统的总能、总熵、总火用各自如何变更？答：经验可逆过程后，孤立系统的总能、总熵、总火用均不变更；经验不行逆过程后，孤立系统的总能将保持不变，总熵将增加，总火用 将削减。