建环期末考试工程热力学答案

一、基本知识点

1、理想气体经历一个等温过程后，状态参数熵可能发生变化。 2、如果热机从热源吸热100kJ，对外作功100kJ，则违反热力学第二定律 3、系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值大小取决于系统的初、终态和系统所经历的过程。

14、系统的总储存能E为U?mc2?mgz

25、工质熵减少的过程必须伴随自发过程才能进行

6、 在两个恒温热源间工作的热机a、b均进行可逆循环，a机工质是理想气体，b机工质是水蒸气，其热效率

?t,a和

?t,b的关系为

?t,a??t,b

7、基本状态参数只有p、 v、T。

8、理想气体的下列定温加热过程的热力学能是不变的 9、卡诺循环包括两个等温过程和两个等熵过程。

10、什么叫强度性参数？目前只有温度和压力属于强度性参数 11、工质经过一个循环，又回到初态，其熵不变

12、提高循环热效率的不正确的途径是尽量增大各种传热温差

13、绝热系统与外界没有热量交换，孤立系统与外界没有任何能量和质量交换。 14、理想气体多变过程的比热公式为cn?n?kcv n?115、对于闭口系统的任意过程，如果系统的熵变为零，则无法判断过程的可逆与否

wt?12?c?g?z?ws2 ，可逆过程1-2的技术功可用

16、技术功的定义式为

2wt???vdp1

17、熵流是由热量的流动带来的熵变，所以，吸热为正，放热为负。

18、理想气体的比热容与 温度 、 过程 和压力等因素有关。

?c?1?19、卡诺循环循环热效率的公式为数之间的关系为

T2T1，逆卡诺循环制冷系数与供热系

?2,c?1??1,c。

20、在最高温度与最低温度相同的所有的循环中以卡诺循环的热效率最高。 21、热力系统的储存能包括热力学能、宏观动能、重力位能。

22、闭口系统热力学第一定律的公式为 q??u?w，开口系统热力学第一定律的公式

q??h?wt。

23、理想气体经过一个绝热节流过程，节流前后h1 = h2

npv?常数 。 24、绝热过程的过程方程式为

25、理想气体经历一个可逆过程1-2，过程中交换的热量为交换的膨胀功为

w??pdv12q??Tds12 ，过程中

。

26、准静态过程就是不属于可逆过程。 27、流动功不是过程量，是由流动工质的状态决定的。 28、孤立系统熵增原理表达了热力学第二定律的基本内容。 29、对工质加热，工质的温度反而有可能降低。 30、理想气体的熵是温度的单值函数。

31、两种湿空气的相对湿度相等，则它们吸收水蒸气的能力也相等。 32、闭口系统经历一个放热过程，其熵变有可能增加、减少或不变。 33、已知饱和湿蒸汽的温度和压力不能确定其他状态参数。

34、膨胀功、技术功都是与过程路径有关系的过程量。流动功与路径无关。 35、理想气体在绝热容器中做自由膨胀，则初、终状态气体温度与压力的关系不可以表示为

T2?p2?????T1?p1??k?1k

二、简答题 1、理想气体的

cp和

cv都随温度而变，那么他们的差值

?cp?cv?是否也随温度而

k?变？他们的比热容比答、根据梅耶公式

cpcv则又如何？

，R气体常数，不随温度而变，因此，

cp?cv?R?cp?cv?不

随温度而变，由于

cp和

cvk?都随温度而变，他们的比值

cpcv也会随温度而变。

2、若分别以某种服从p(v?b)?RT的气体（其中b为常数）和理想气体为工质在两个恒温热源之间进行卡诺循环，试比较哪个循环的热效率大一些，为什么？ 答：这两种气体在相同的热源与冷源之间进行卡诺循环，两种气体的循环热效率相等。因为卡诺循环的热效率只与热源的温度有关，与介质的类型无关。 3、热力学第一定律和第二定律的实质分别是什么？写出各自的数学表达式。 答：热力学第一定律的实质是能量转换与守恒定律，即能量转换需要量守恒。其表达公式：q??u?w；热力学第二定律的实质是能量具有品质高下之分，能量转换具有方向性，能量转换只能沿着能量品质下降的方向自发进行。其数

学表达式：

?Siso?0；?s?sf?sg；??qT?0；??1-2TT1

4、温度计测温的基本原理是什么？

答：温度计测温的基本原理是热力学第零定律。两个物体分别与第三个物体相接触，处于热平衡，则这两个物体也处于热平衡。 5、物体的温度越高，所具有的热量也越多，对吗？

答：不对。物体的温度越高，其热力学能越高。热量不是状态参数，属于过程量，在传递过程中才有意义。不同温度的物体降温到相同的温度，则温度高的物体放出的热量越多。

6、一刚性绝热容器内充有水和水蒸气的混合物，它们的温度与压力分别相等，

不随时间变化。试问汽水混合物是否处于平衡态？是否处于均匀态？ 答：在刚性绝热容器里面，水和水蒸气的压力相同，温度相等，均不随时间发生变化，而且不受外界影响，是处于平衡态；处于平衡态的汽水混合物，汽相与液相的密度不同，因此不是处于均匀态。 7、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，且无耗散效应。 8、热量与过程量有什么区别？有什么联系？

答：热量是过程量，在过程中存在，热力学能是状态参数，是系统内部存储的能量；当热量经过一个热力过程传到物体中后，就会转换成热力学能。 9、与大气温度相同的压缩气体可以从大气吸热而膨胀作功（依靠单一热源作功），这是否违背热力学第二定律。

答：不违背。对于理想气体的定温过程，从单一热源吸热并膨胀做功，工质的状态发生了变化，所以不违背热力学第二定律。

10、什么是平衡系统？对于简单可压缩系统，实现平衡的条件是什么？ 答：平衡是系统不受外界影响的条件下，系统的宏观热力性质不随时间发生变化。实现平衡的条件有两条：（1）系统的状态参数不随时间发生变化；（2）系统与外界之间及其系统内部没有任何的不平衡势差。 三、计算题

1、供暖用风机连同加热器，把温度为t1?00C的冷空气加热到温度为

t2?2500C，然后送入建筑物的风道内，送风量为0.56kg/s，风机轴上的输入

功率为1kW，设整个装置与外界绝热。试计算：(1)风机出口处的空气温度？；（2）空气在加热器中的吸热量。3）若加热器中有阻力，空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降，以上计算结果是否正确？

2、在高温热源T1?2000K及低温冷源T2?600K之间进行一个不可逆循环。若

工质在定温吸热过程中与热源T1存在60K的温差，在定温放热过程中与冷源T2也存在60K的温差，而其余两个为定熵膨胀和定熵压缩过程。试求 （1）循环热效率；

（2）若热源供给1000kJ的热量，则作功能力损失是多少？

V1?0.032m3，3、空气初态为p1?0.1Mpa、t1?500C、压缩到终态p2?3.1Mpa、

V2?0.0021m3，试求（1）过程的多变指数；（2）压缩机所消耗的轴功；（3）

压缩终了空气的温度；（4）压缩过程中工质与外界交换的热量。

4、一活塞气缸装置中的气体经历了2个过程。从状态1到状态2，气体吸热500kJ活塞对外做功800kJ。从状态2到状态3是一个定压过程，压力为400KPa，气体向外散热450kJ。并且已知U1?2000kJ，U2?3500kJ，试计算2－3过程中气体体积的变化。

解： 过程１－２，根据热力学第一定律：

?U12?U2?U1?Q12?W12

则： U2?Q12?W12?U1?500kJ?800kJ?2000kJ?1700kJ

对于过程２－３，有

W23?Q23??U23?Q23?(U3?U2)?(?450kJ)?(3500?1700)kJ??2250kJ

由于W23??32pdV?p2(V3?V2)，所以：

?V23?W23/p2??2250kJ/400kPa??5.625m3，负号说明在压缩过程中体积减小。

5、某人准备设计一台热机，使之能从温度为973K的高温热源吸热2000kJ，并向温度为303K的冷源放热800kJ。（1）问此循环能否实现？（2）若把此热机当制冷机用，从冷源吸热800K，能否可能向热源放热2000kJ？欲使之从冷源吸热800kJ,至少需耗多少功？

解：利用孤立系统熵增原理来判断循环是否可行，孤立系由热源、冷源及热机组成，因此

?Siso??SH??SL??SE?SE?0 （a）

式中：和分别为热源及冷源的熵变；为循环的熵变，即工质的熵变。因为工质经循环恢复到原来状态，所以

?SE?0 （b）

而热源放热，所以 ?SH??冷源吸热，则 ?SL?|Q1|2000kJ????2.055kJ/K （c） T1973K|Q2|800kJ??2.640kJ/K （d） T2303K将式（b）、（c）、（d）代入式（a），得

?Ssio?(?2.055?2.640?0)kJ/K?0

所以此循环能实现。

若将此热机当制冷机用，使其逆行，显然不可能进行，因为根据上面的分析，此热机循环是不可逆循环。（2分）

6、有一刚性绝热容器，用隔板分隔成两部分，两部分的体积相等。设容器一边盛有1kg的空气，另一边为真空。当隔板抽出去以后，空气会充满整个容器达到平衡，求此过程中1kg空气热力学能的变化、焓的变化和熵的变化。

解：取整个刚性绝热容器为研究对象，根据热力学第一定律，可得Q??U?W。根据已知条件，可知Q?0,W?0，因此?U?0。空气是理想气体，热力学能是温度的单值函数，过程中热力学能不变，因此初终状态温度不变，既T2?T1。

根据已知条件，空气自由膨胀后体积V2是初始体积V1的2倍，既：

v2

?2 v1

带入理想气体熵的计算式，可得1kg空气经历自由膨胀过程后的熵变： ?S?m??cvln??T2v??Rln2??1?287ln2?198.9J/K ?T1v1?

式中：和分别为热源及冷源的熵变；为循环的熵变，即工质的熵变。因为工质经循环恢复到原来状态，所以

?SE?0 （b）

而热源放热，所以 ?SH??冷源吸热，则 ?SL?|Q1|2000kJ????2.055kJ/K （c） T1973K|Q2|800kJ??2.640kJ/K （d） T2303K将式（b）、（c）、（d）代入式（a），得

?Ssio?(?2.055?2.640?0)kJ/K?0

所以此循环能实现。

若将此热机当制冷机用，使其逆行，显然不可能进行，因为根据上面的分析，此热机循环是不可逆循环。（2分）

6、有一刚性绝热容器，用隔板分隔成两部分，两部分的体积相等。设容器一边盛有1kg的空气，另一边为真空。当隔板抽出去以后，空气会充满整个容器达到平衡，求此过程中1kg空气热力学能的变化、焓的变化和熵的变化。

解：取整个刚性绝热容器为研究对象，根据热力学第一定律，可得Q??U?W。根据已知条件，可知Q?0,W?0，因此?U?0。空气是理想气体，热力学能是温度的单值函数，过程中热力学能不变，因此初终状态温度不变，既T2?T1。

根据已知条件，空气自由膨胀后体积V2是初始体积V1的2倍，既：

v2

?2 v1

带入理想气体熵的计算式，可得1kg空气经历自由膨胀过程后的熵变： ?S?m??cvln??T2v??Rln2??1?287ln2?198.9J/K ?T1v1?

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