工程热力学与传热学（第二十七）复习题部分答案

《工程热力学与传热学》复习题答案

渤海石油职业学院石油工程系——晏炳利

第一篇工程热力学 第一章绪论

一、填空题

1．水力能、风能、太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等 2．① 以机械能的形式直接利用（如水力能、风能）；

② 以热能的形式利用（如太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等）。

3．① 直接利用热能加热物体（如采暖、烘烤、冶炼、蒸煮等）；

② 间接利用。

4．吸气、压缩、爆发、排气

5．① 热力学第一、第二定律；② 研究工质的热物理性质；③ 研究各种热力设

备中的能量转换过程 二、概念题

1．热力学：是一门研究与热现象有关的能量、物质和它们之间相互作用规律的科学。

2．工程热力学：是从工程应用的角度研究热能与机械能之间相互转换的规律，达到提高能量有效利用率目的的学科。

三、简答题

1．工程热力学的基本任务．：通过对各种用能设备及系统中的能量转换过程及影响因素的研究，探索有效、合理利用能量的技术途径和基本方法。 第二章基本概念

一、概念题

1．工质：工程热力学中，把实现热能与机械能相互转换的媒介物或工作介质

称为工质。

2．环境（外界）：指系统以外与系统相联系的部分称为环境。

3．热力状态：系统在某一瞬间的宏观物理状况称为系统的热力状态简称状

态。

4．平衡态：指在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的状

态。

5．绝对压力（P）：一般情况下，容器内系统的实际压力称为绝对压力（P）。

测压计测出的不是绝对压力，而是气体的绝对压力与当地大气压力的差值，是一个相对压力。

6.表压力（Pg）：当容器内气体的实际压力大于大气压力时，测压计（压力表）的读数为正，读数称为表压力。

7.真空度（Pv）：当容器内气体的实际压力小于大气压力时，测压计（真空表）的读数为负，读数的绝对值称为真空度。

状态方程：表示基本状态参数之间函数关系的方程称为状态方程。 热力过程（过程）：系统从一个状态变化到另一个状态所经历的状态称为热力过程。

准静态（准平衡）过程：系统由平衡态（I）变化到平衡态（II）的过程中，所经历的每一个中间状态都可看作平衡态，这样的过程均称为准静态（准平衡）过程。

可逆过程：在工质进行完一个热力过程以后，如果能使工质沿着相同的路径，逆行回到原来的初始状态，并且系统和环境也完全都能恢复到原来的状态而不留任何改变。这样的过程称之为可逆过程。反之，则称之为不可逆过程。

功（W）：当系统与环境之间存在压力差时，系统通过边界与环境之间相互传递的能量称为功。

容积功(体积功)：封闭系统中通过工质的容积改变而与环境交换的功。 热量（Q）：当热力学系统与环境之间存在温差时，系统与环境之间相互传递的非功形式的能量称为热量。

功与热量的区别

热量的传递宏观上是由于热力系统与环境之间存在温差造成，微观上使物体之间通过紊乱的分子运动发生相互作用而传递的能量；

功的传递宏观上是由于物体的宏观运动发生相互作用而传递的能量，微观上是物体之间有规律的微观运动发生能量的传递。

功是有序能的传递量；热量是无序能的传递量。

二、填空题

1．对工质的要求：① 具有良好的流动性和膨胀性；② 通常选用气（汽）

态物质。

2．根据系统与环境的关系，系统可分为四种：

① 开口系统：系统与环境之间即存在物质交换，又存在能量交换。 如，在空气中燃烧木材等是开口系统；图2-1（b）所示的系统是开口系统。 ② 闭口系统：系统与环境之间只有能量交换，没有物质交换。

如，在一个有密封盖的杯子内装有热水。此时，热量可以通过杯子向外扩散，但水分子不能进入空气中。图2-1（a）所示的系统是闭口系统。

③ 绝热系统：系统与环境之间无热量交换，但可以有功量和物质交换。 如：内燃机汽缸中封闭的工质，在膨胀时有热量传给冷却水，若把冷却水和工质作为系统，则该系统与环境没有热量交换，为绝热系统。

④孤立系统：系统与环境之间即无物质交换，又无能量交换。

如果把所有发生相互作用的各种设备作为一个整体，并把这个整体作为研究的系统，则这个系统与环境没有任何相互作用时该系统就是一个孤立系统。

如，热水装在保温瓶内。则水和保温瓶构成的系统为孤立系统。 平衡态的条件：①不受外界影响；②不随时间改变。

热力学平衡态的特点：① 内部温度和压力处处相等；②温度和压力只有唯一值。

热力学中常见的状态参数：温度、压力、比容、内能、物质的量、焓和熵等。 状态参数的特点：

①是状态的单值函数，随状态变化而变化；

②只与状态变化的始态和终态有关，与状态变化的途径无关。 强度参数：与质量无关的参数。如：压力、温度等。 特点：不具有加和性。

尺度参数：与质量有关的参数。如：体积、内能、焓、熵等。 特点：具有加和性。

华氏温标、摄氏温标与绝对温标之间的换算：

tF?tC?009595tC?32(tF?32)00TK?tC?273.150实现可逆过程必须满足的条件：

① 系统状态所经历的过程必须是准静态过程；

② 系统中不存在任何能量的不可逆损耗（如摩擦、温差传热等耗散效应）。

第三章 热力学第一定律

一、填空题

自然界中存在的能量形式有：① 物体发生宏观运动时表现出的机械能（包括：动能和势能）；② 化学反应中表现出的化学能；③ 核能；④ 分子热运动热中表现出的能等。

工质的内能包括：分子作无规则热运动具有的内动能和分子间相互作用力产生的内位能。工质的内能是温度和容积（或比容）的函数。

热力学第一定律用于闭口系统的数学表达式（闭口系统能量方程）为：

Q =ΔU+W

对于单位质量工质有：q=Δ

u+w

对于微元过程有：dq=dU+dw

一元稳定流动开口系统的热力学第一定律数学表达式。q=Δ

h+1/2Δ

（wg2）+gΔz+ ws

常见的换热器有：锅炉、冷凝器、蒸发器、空气冷却器、水冷却器和油冷却器等。

喷管：是一种使流动工质加速而增加其流动动能的管道。 扩压管：是使工质沿流动方向增加压力的管道。

气轮机分为：蒸汽轮机和燃气轮机。它们都是由喷管和工作叶片组成的。 节流过程中，工质的焓值相等。

二、概念题及简答题

热力学第一定律的实质：热和功可以相互转换，消耗一定数量的功，必定产生相应数量的热量；反之为了获取一定数量的功，必须消耗相当数量的热量。

稳定流动：工质的流动状况不随时间而改变，流道中任意位置工质的状态参数和流速也不随时间而改变的流动称为稳定流动。

一元稳定流动满足的条件：

（1）任意一点的状态参数不随时间而改变；

（2）系统内工质质量无积聚（即单位时间内进入系统那个的质量等于离开系统的质量）；

（3）系统内储存能量保持不变（即（即单位时间内进入系统的能量等于离开系统的能量）。

节流：流体流经阀门或缩孔，流动突然受阻而产生的降压现象称为节流。

第四章 热力学第二定律

一、填空题

热力学第一定律揭示了热量与功的相互转换及热量传递中的能量守恒规律。 热力学第二定律解决的是热功转换和热量传递的方向、条件与限度等问题。 热力循环包括：可逆循环和不可逆循环。可逆循环包括：正循环和逆循环 逆循环可分为：① 制冷循环；② 热泵循环。 热力学第二定律的代表性描述有两种：

1．克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。

2．开尔文说法：不可能从单一热源吸收热量使之完全变为有用功，而不引起其他变化。

二、概念题与简答题

热力循环：指工质从某一热力状态出发，经过一系列中间状态变化过程，又回到原来的热力状态的全部过程的组合称为热力循环（循环）。

可逆循环的特征：

（1）循环中工质的任意一个状态参数的净变化量都为零。

（2）循环过程中工质与环境交换的净功w等于其与环境的净传热量q。 制冷机的目的：从冷库或冰箱中抽取热量排向温度较高的环境，使冷库或冰箱内的温度下降并保持低温。

逆循环：是消耗机械能，迫使热量从低温物体转移到高温物体的循环。 自发过程：不需要借助外力的作用就能进行的过程称为自发过程。 非自发过程：需要借助外力的作用才能进行的过程称为非自发过程。

卡诺循环：是在恒定的高温热源和低温热源之间，由两个可逆的定温过程和两个可逆的绝热过程组成的可逆循环。

提高热能动力装置热效率的基本途径：

（1）提高工质从高温热源吸热时的平均吸热温度，向高温方向发展； （2）降低工质向低温热源放热时的平均放热温度，尽量使其低至接近环境温度；

（3）尽量避免和减少过程的不可逆性，使实际循环尽量接近可逆循环。 提高制冷装置系数的基本途径：

（1）在满足冷藏对象要求的条件下，应选择较高的冷库（低温热源）温度； （2）在可选择的情况下，选择低温的冷却介质（高温热源）；

（3）尽量避免和减少过程的不可逆性（如减小冷凝器、蒸发器的传热温差和各种摩擦损失），使实际循环尽可能接近可逆循环。

熵：微元可逆过程中工质吸收的热量与温度的比值称为该微元工程中熵的增量。

熵增原理：物质在自然界中的一切变化过程中，其熵的总和必朝着增大的方向进行，决不会减小。这个规律称为熵增原理。

第五章 理想气体的热力性质

一、填空题

理想气体的特点：① 分子本身不占体积；② 分子之间没有相互作用力。 一种某一状态的气体是否可以被看成是理想气体的条件： ① 看它与理想气体的分子模型相接近的程度。 ② 看计算所需要的准确度。 物量可以是质量、体积或物质的量。

二、概念题与简答题

热容量：物体升高10C（或1K）所需的热量称为该物体的热容量（简称热容）。

热容量与物质本身的性质、质量及加热过程等因素有关。

比热容：单位物量物体升高10C（或1K）所需的热量称为该物体的比热容（简称比热）。

定压比热：定压条件下，单位物量的工质，温度变化10C所需要的热量。

根据所选物量单位不同，定压比热可分为：① 定压质量比热cp；② 定压容积比热c/p；③定压千摩尔比热cM.p

定容比热：定容条件下，单位物量的工质，温度变化10C所需要的热量。 根据所选物量单位不同，定压比热可分为：

① 定容质量比热cv；② 定压容积比热cv；③定压千摩尔比热cM，v

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第六章 理想气体的热力过程

一、填空题

研究过程的目的：

① 确定工质在热力过程中状态参数变化的规律； ② 确定热能与机械能相互转化的数量关系； ③ 分析能量变化的特性。

工质的基本热力过程包括：定压过程、定容过程、等温过程和绝热过程等。

二、概念题与简答题

分析热力学过程的方法和步骤：

（1）根据过程的特征和热力性质，将过程的规律表示为过程方程式P=f(v); (2)根据过程方程式和热力过程确定过程状态参数的变化规律（既初、终态参数间的关系）；

（3）在p-v图和T-s图上画出过程曲线，并分析过程的方向；

（4）计算系统中工质的内能变化量、焓的变化量，确定过程的容积功（封闭系统）、技术功（开口系统）以及系统与环境交换的热量。

定容过程：一定量工质在状态变化中始终保持体积不变的热力过程称为定容过程。

定压过程：一定量工质在状态变化中始终保持压力不变的热力过程称为定压过程。

等温过程：一定量工质在状态变化时，温度始终保持不变的过程称为等温过程。

绝热过程：一定量工质在状态变化时，与环境之间没有热量交换的热力过程称为绝热过程。

第十章 水蒸气

一、填空题

水蒸气的特点：

① 具有良好的热力性质；如比热容大、传热性好。 ② 价格低廉，对环境无污染。 ③ 适用范围

汽化有两种方式：蒸发与沸腾。

定压水蒸气的产生过程可分为三个阶段：① 定压预热阶段—过冷水加热到饱和水的过程。② 定压汽化阶段——饱和水加热到干饱和蒸汽的过程。③ 定压过热阶段——干饱和蒸汽加热到过饱和蒸汽的过程。

水的临界参数为：pc=22.115MPa t c=374.120C v c=0.003147m3/kg 水的相变过程在p-v图和T-s图上所表示的规律可归纳为： 一点（临界点）、 两线（x=0，x=1）、

三区（未饱和水区、湿蒸汽区、过热蒸汽区）、

五态（过冷水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽）。

二、概念题与简答题

蒸汽：是指刚刚脱离液态，或比较接近液态的气体工质，在被冷却或压缩时很容易回到液态。

蒸发：在液体的自由表面上进行气化过程称为蒸发。

蒸发过程：液面附近动能较大的分子克服液体的表面张力，离开页面，并上升到空气中。由于能量较大的分子的离开，会使液体内分子的平均动能减少，表现为液体温度降低，只有不断加热，才能维持液体的温度不变。温度越高，蒸发越剧烈。

饱和温度（ts）：饱和状态时所对应的温度称为饱和温度。

饱和压力 (ps)：饱和状态时液体表面上方蒸汽产生的压力称为饱和压力。 饱和蒸汽：处于饱和状态的蒸汽称为饱和蒸汽； 饱和液体：饱和状态下的液体称为饱和液体。

湿饱和蒸汽（湿蒸汽）：饱和蒸汽与饱和液体的混合物。 干饱和蒸汽（干蒸汽）：不含饱和液体的饱和蒸汽。

未饱和液体：温度低于其压力所对应的饱和温度的液体称为未饱和液体。 沸腾：在一定温度下，液体的内部和表面同时发生剧烈气化的现象称为沸腾。 湿蒸汽的干度（x）:1kg湿蒸汽中所含饱和蒸汽的质量称为湿蒸汽的干度。

第十一章 蒸汽压缩制冷循环

一、填空题

常用的氟利昂有：氟利昂12（CF2Cl2）、氟利昂22（CHF2Cl）、氟利昂134a（C2H2F4）等。

p-h图是以logp为纵坐标、以h为横坐标建立的半对数坐标图。

蒸汽压缩制冷装置的组成：压缩机、冷凝器、热力膨胀阀（节流阀）、蒸发器（冷库）。

二、概念题与简答题

制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境温度，并维持这个低温，称为制冷。

简述蒸汽压缩制冷循环的工作原理：

① 制冷剂的干饱和蒸汽在压缩机中绝热压缩，压力和温度升高，成为过饱和蒸汽；

② 进入冷凝器后在定压下被冷却为干饱和蒸汽，然后在定温定压条件下，凝结为饱和液体；

③ 经节流阀，进行绝热节流，压力和温度都降低，并有少量液体汽化； ④ 进入蒸发器，在定压定温下吸热，制冷剂液体全部变为干饱和蒸汽，同时达到制冷的目的；

⑤ 最后，干饱和蒸汽再进入压缩机，开始下一轮的循环。 蒸汽压缩制冷理想循环的制冷系数为

提高制冷系数的方法：

（1）增大制冷量q2和降低耗功w可以增大制冷系数。（2）使冷凝器出口、状态为3的饱和液体继续在定压下冷却放热，使饱和液体过冷。

??q2w?h1?h4h2?h1第十二章 湿空气

一、填空题

湿空气：含有水蒸气的空气称为湿空气。 干空气：不含水蒸气的空气称为干空气。

理想混合气体：指由理想气体干空气和水蒸气组成的湿空气。

湿空气的热力过程主要指湿空气处理中的加热、冷却、加湿、去湿等过程。

二、概念题与简答题

不饱和湿空气：由干空气和过热水蒸气组成的湿空气称为不饱和湿空气。 饱和湿空气：由干空气和饱和水蒸气组成的，称为饱和湿空气。 露点温度：湿空气开始结露的温度

绝对湿度：每1kg湿空气中所含水蒸气的质量称为绝对湿度。

相对湿度（φ）：湿空气的绝对湿度（ρv）与同温度下饱和湿空气的绝对湿度(ρs)之比。

???v?s?PvPs含湿量（d）：含有1kg干空气的湿空气中所含有的水蒸气质量称为含湿量。

第十三章 导言

一、填空题

传热学：是研究热量传递规律的学科。 传热学研究的对象：

（1）不同条件下，传热系统内部温度分布规律； （2）与温度分布相关的热流密度； （3）传递给定热量所需的时间。

热传递可分为三种基本方式：1．热传导（导热）、2．热对流、3．热辐射

二、概念题与简答题

辐射换热：不同温度的物体之间，由电磁波来传递热量的过程称为辐射换热。

第十四章 导热

一、填空题

导热是依靠物体内部的分子、原子或自由电子等微粒的热运动来传递热量

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