工程热力学思考题及答案.pdf

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积为多变过程1-2的热量。对于多变过程其热力学能变化量及焓变化量可由下面两式计算得到:?u?c(T?T)?c(T?T)?qv21v2'1v,1?2?h?c(T?T)?c(T?T)?qp21p2''1p,1?2过初始状态点,做定容线2-2’,图3-3中阴影部分面积为多变过程1-2的热力学能变化量;过初始状态点,做定压线2-2’,图3-4中阴影部分面积为多变过程1-2的焓变化量;若为不可逆过程,热力学能、焓不变如上图。热量无法在图中表示出来。,这些计算式是否可用于不可逆过程初、终态的熵变?为什么?答:可以。因为熵是状态参数,只与初终状态有关,与过程无关。?qds?,比热容的定义式为δq=cdT,故Tds=cdT理想气体的比热容是温度的单值函数,所以理想气体的熵也是温度的单值函百学须先立志。——朱熹:..谋事在人,成事在天!——《增广贤文》数。这一结论是否正确?若不正确,错在何处??qds?rev?q?q?cdT答:T中,为一微元可逆变化过程中与热源交换的热量,而rev?qdT中为工质温度升高所吸收的热量,它们是不能等同的所以这一结论是错误的。14.(1)气体吸热后熵一定增大()。(2)气体吸热后温度一定升高()。(3)气体吸热后热力学能一定升高()。(4)气体膨胀时一定对外做功()(5)气体压缩时一定耗功()答:(1)(×)(2)(×)(3)(×)(4)(×)(5)(√)?答:不适用。>x,能否断定质量分数也AB是w>w?ABMMx?eqwx?eqwAMABMB答:因为A,B,混合气体的折合摩尔质量相同,但是组分Aw?w和B摩尔的摩尔质量大小关系不能确定。?在什么条件下才可以把实际气体作为理想气体处理?答:理想气体模型中忽略了气体分子间的作用力和气体分子所占据的体积。实际气体只有在高温低压状态下,其性质和理想气体相近。或者在常温常压下,那些不易液化的气体,如氧气、氦气、空气等的性质与理想气体相似,可以将它们看作理想气体,使研究的问题简化。?能否将Z当作常数处理?答:压缩因子为温度、压力相同时的实际气体比体积与理想气体比体积之比。压缩因子不仅随气体的种类而且随其状态而异,故每种气体应有不同的Z=f(p,T)曲线。因此不能取常数。,但在实际气体状态方程的研究中范德瓦尔方程的地位却很高,为什么?答:范德瓦尔方程其计算精度虽然不高,但范德瓦尔方程式的价值在于能近似地反映实际气体性质方面的特征,并为实际气体状态方程式的研究开拓了道路,因此具有较高的地位。,也可以由物质的T、p、v计算得到,需要较高的精度时应采用哪种方法,为什么?crcrcr答:当需要较高的精度时应采用实验数据拟和得到a、b。利用临界压力和临界温老当益壮,宁移白首之心;穷且益坚,不坠青云之志。——唐·王勃:..海纳百川,有容乃大;壁立千仞,无欲则刚。——林则徐度计算得到的a、b值是近似的。?为什么要引入对应态原理?什么是对比参数?答:在相同的压力与温度下,不同气体的比体积是不同的,但是只要它们的p和rT分别相同,它们的v必定相同,这就是对应态原理。对应态原理并不是十分rr精确,但大致是正确的。它可以使我们在缺乏详细资料的情况下,能借助某一资料充分的参考流体的热力性质来估算其他流体的性质。相对于临界参数的对比值叫做对比参数。?试说明u=u(s,p)是否是特性函数。答:对简单可压缩的系统,任意一个状态参数都可以表示成另外两个独立参数的函数。其中,某些状态参数若表示成特定的两个独立参数的函数时,只需一个状态函数就可以确定系统的其它参数,这样的函数就称为“特性函数”。但是对于比容无法用该函数表示出来,所以此函数不是特性函数。、Δh、Δs?答:将状态方程进行求导,然后带入热力学能、焓或熵的一般关系式,在进行积分。、焓、熵的一般关系式是否可用于不可逆过程?答:热力学能、焓、熵都是状态参数,计算两个平衡状态之间的变量可任意选择其过程。所以同样适用于不可逆过程。?为什么?答:与水的相图比较,显著的差别是固液二相平衡线的倾斜方向不同,由于液态水凝固时容积增大,依据克拉贝隆-克劳修斯方程固液相平衡曲线的斜率为负。而其它物质则相反。?三相点与临界点有什么差异?答:水的三相点状态参数不是唯一的,其中温度、压力是定值而比体积不是定值;临界点是唯一的,其比体积、温度、压力都是确定的;三相点是三相共存的点,临界点是饱和水线与饱和蒸汽线的交点,在该点饱和水线与饱和蒸汽线不再有分别。,测得容器内温度为200℃,试问容器内的水是什么集态?因意外事故容器上产生了一不大的裂缝,试分析其后果?答:水的集态为高压水,若有裂缝则会产生爆裂事故。,因此有人认为过程中热量等于膨胀功,即q=w,对不对?为什么?答:这种说法是不对的。因为温度不变不表示热力学能不变。这里分析的是水,良辰美景奈何天,便赏心乐事谁家院。则为你如花美眷,似水流年。——《汤显祖》:..常将有日思无日,莫待无时思有时。——《增广贤文》定压汽化有相变,不能作为理想气体来处理,所以Δu≠0。不能得到q=w这样的结果。,而晴天则容易干?答:阴雨天空气的湿度大,吸取水蒸气的能力差,所以晒衣服不易干。晴天则恰恰相反,所以容易干。?冬季室内有供暖装置时,为什么会感到空气干燥?用火炉取暖时,经常在火炉上放—壶水,目的何在?答:人呼出的气体是未饱和湿空气。当进入外界环境时,外界环境的温度很低使得呼出的气体得到冷却。在冷却过程中,湿空气保持含湿量不变,温度降低。当低于露点温度时就有水蒸气不断凝结析出,这就形成了白色雾状气体。冬季室内有供暖装置时,温度较高,使空气含湿量减小。因此会觉得干燥。放一壶水的目的就是使水加热变成水蒸气散发到空气中增加空气的含湿量。?解释降雾、结露、结霜现象,并说明它们发生的条件。答:露点:湿空气中水蒸气的分压力所对应的饱和温度称为湿空气的露点温度,或简称露点。a)雾是近地面空气中的水蒸气发生的凝结现象。白天温度比较高,空气中可容纳较多的水汽。但是到了夜间,地面温度较低,空气把自身的热量传给地面,空气温度下降,这时湿空气随温度降低呈现出过饱和状态,就会发生凝结,当足够多的水分子与空气中微小的灰尘颗粒结合在一起,同时水分子本身也会相互粘结,就变成小水滴或冰晶,这就形成了雾。雾的形成基本条件,一是近地面空气中的水蒸气含量充沛,二是地面气温低。三是在凝结时必须有一个凝聚核,如尘埃等。b)露是水蒸气遇到冷的物体凝结成的水珠。露的形成有两个基本条件:一是水汽条件好,二是温度比较低的物体(低,指与露点温度比较)。,温度逐渐降低且保持含湿量不变,。当温度低于露点温度时就有水珠析出,这就形成露。c)霜是近地面空气中的水蒸气在物体上的凝华现象。霜的形成有两个基本条件,一是空气中含有较多的水蒸气,二是有冷(O℃以下)的物体。,湿空气与温度较低物体接触达到水汽过饱和的时候多余的水汽就会析出。如果温度在0°C以下,则多余的水汽就在物体表面上凝华为冰晶,形成霜。,湿球温度、干球温度以及露点三者哪个大?对于饱和空气,三者的大小又将如何?答:对于未饱和空气,干球温度数值较大。对于饱和空气三者的大小相等。?相对湿度愈大含湿量愈高,这样说对吗?答:含湿量d:1千克干空气所带有的的水蒸气的质量。相对湿度是湿空气中实际包含的水蒸气量与同温度下最多能包含的水蒸气量的百分比。相对湿度是一个比值,不能简单的地说相对湿度愈大含湿量愈高,他与同温度下最多能包含的水蒸气量是相关的。,问容器内湿空气的φ、d、云路鹏程九万里,雪窗萤火二十年。——《王实甫》:..非淡泊无以明志,非宁静无以致远。——诸葛亮pv如何变化?答:φ减小,d减小,p减小。,问湿空气的φ、d、h如何变化?答:φ减小,d不变,h变大。?用什么方法解决?试以理想气体的定温过程为例说明之。答:主答:主要解决的问题及方法:?确定???(及状态方程)过程方程?确定???、终状态参数之间的关系?计算???q,?,?,?u,?h,?(用P—V图及T—S图)(根据需要可以定性也可以定量)例:1)过程方程式:T?常数(特征)PV?常数(方程)PV1?2或PV?PVPV11222)初、终状态参数之间的关系:21?u?0?h?0VP?s?Rln2??Rln2VP3)计算各量:11dVVV???PdV??PV?PVln2?RTln2VVV11V????RTln2tV1Vq?????RTln2tV1P?V图,T?S图4)上工质状态参数的变化规律及能量转换情况人之为学,不日进则日退,独学无友,则孤陋而难成;久处一方,则****染而不自觉。——《顾炎武》:..常将有日思无日,莫待无时思有时。——《增广贤文》?u?0??0q?0?q??闭口系:1—2过程q?h?0q?0??0?q??开口系:1—,下列两组公式是否都适用:??u?c(t?t)?q??u?c(t?t)V21V21Ⅰ?Ⅱ??h?c(t?t)q??h?c(t?t)?p21?p21q??u?c(t?t)答:不是都适用。第一组公式适用于任何一种过程。第二组公式v21q??h?c(t?t)适用于定容过程,p21适用于定压过程。,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:定温过程对气体应加入热量。dVVV???PdV??PV?PVln2?RTln2VVV11V????RTln2tV1Vq?????,都和过程的途径有关。由定温过程热量忍一句,息一怒,饶一着,退一步。——《增广贤文》:..百学须先立志。——朱熹公式故,只要状态参数p、v和v确定了,q的数值也确定了,是否q与途112径无关?答:对于一个定温过程,过程途径就已经确定了。所以说q是与途径有关的。,外界对系统施以搅拌功δw,问这时Q=mcvdTδ是否成立?答:=u?u,w=h?h是否只限于理想气12t12体?是否只限于可逆绝热过程?为什么?答:不只限于理想气体和可逆的绝热过程。因为q=Δu+w和q=Δh+w是t通用公式,适用于任何工质任何过程,只要是绝热过程q=0无论是可逆还是不可逆。所以w=u?u,w=h?h不只限于可逆绝热过程。:(1)定容过程既无膨胀(或压缩)功的过程;(2)绝热过程即定熵过程;(3)多变过程即任意过程。答:(1)(×);(2)(×);(3)(×):试证明:q>≠q。途中1-2、4-3为定容过程,1-4、2-3为定压1-2-31-4-3过程。答:q=Δu+w,q=Δu+w1-2-31-2-31-2-31-4-31-4-31-4-3∵Δu=Δuw>w1-2-31-4-3,1-2-31-4-3∴q>q1-2-31-4-。今有两个任意过程a-b及a-c,b、c在同一条绝热线上,试问Δu与Δu哪个大?若b、c在同一条定温线上,结果又如何?abac勿以恶小而为之,勿以善小而不为。——刘备:..万两黄金容易得,知心一个也难求。——《曹雪芹》答:b、c在同一条绝热线上Δu<Δu,若b、c在同一条定温线上,二者相abac等。-s图上如何表示绝热过程的技术功和膨胀功?w???h,w???u答:绝热过程,不管是否是可逆过程都有t所以在T-S图上的表示方法与第三章相同。-v图和T-s图上如何判断过程中q、w、Δu、Δh的正负??答:1)的判别:?1?往右??0?2?往左??0P—V图上以(V)为界:??0T—??0?u?h2),的判别:?u?0P—?u?0以(T)为界:?u?0T—?u?0q3)的判别:?0P—?0以(T)为界:?0T—?0大丈夫处世,不能立功建业,几与草木同腐乎?——《罗贯中》:..天行健,君子以自强不息。地势坤,君子以厚德载物。——《易经》,还是气流本身的状态变化?答:改变气流速度主要是气流本身状态变化。,下列形状的管道宜于作喷管还是宜于作扩压管?答:气流速度为亚声速时图中的1图宜于作喷管,2图宜于作扩压管,3图宜于作喷管。当声速达到超声速时时1图宜于作扩压管,2图宜于作喷管,3图宜于作扩压管。4图不改变声速也不改变压强。,喷管的流出速度同样计算,似乎与无摩擦损耗时相同,那么摩擦损耗表现在哪里呢?答:摩擦损耗包含在流体出口的焓值里。摩擦引起出口速度变小,出口动能的减小引起出口焓值的增大。4