一、1.若已知工质的绝对压力P=,环境压力Pa=,则测得的压差为(B)A.真空pv= B.表压力pg=.真空pv= D.表压力p g= 2.简单可压缩热力系的准平衡过程中工质压力降低,则(A) A.技术功为正 B.技术功为负 C.体积功为正 D.体积功为负 3.理想气体可逆定温过程的特点是(B)=0 =>W s>s″ 16.可逆绝热稳定流动过程中,气流焓的变化与压力变化的关系为(B) ====pdv 17、饱和湿空气的相对湿度(B)A.>1B.=1C.<<<1 18.湿空气的焓h为(D)湿空气的焓湿空气的焓干空气与1kg水蒸汽焓之和干空气的焓与1kg干空气中所含水蒸汽的焓之和 二、多项选择题 1.单位物量的理想气体的热容与_____有关。(ACDE)A.温度B.压力C.气体种类D.物量单位E.过程性质 2.卡诺循环是__AD___的循环。 A.理想化 B.两个定压、两个绝热过程组成 C.效率最高 D.可逆 3.水蒸汽h-s图上的定压线(AD)A.在湿蒸汽区为直线B.在过热蒸汽区为直线C.在湿蒸汽区为曲线 D.在过热蒸汽区为曲线 E.在湿蒸汽区和过热蒸汽区是斜率不同的直线 4.理想气体经绝热节流后,前后稳定截面上的__BD___相等。 5.A.压力B.温度C.比体积D.焓E.熵
二零一七年,秋
第一章 热力学第一定律 1-1用水银压力计测量容器中的压力,在水银柱上加一段水,若水柱高1020mm ,水银柱高900mm ,当时大气压力计上的度数为b 755mmHg p =。求容器中气体的压力。 解:查表可知:21mmH O=9.80665Pa 1mmHg=133.3224Pa 由题中条件可知 2H O Hg b 1020 mm 9.80665 Pa 900mm 133.3224Pa 755mm 133.3224Pa 230.651 KPa 0.231MPa p p p p =++=?+?+?=≈容器 即容器中气体的压力为0.231MPa 。 1-2容器中的真空度为600mmHg v p =,气压计上的高度是b 755mmHg p =,求容器中气体的绝对压力(用Pa 表示)。如果容器中的绝对压力不变,而气压计上高度为 b 770mmHg p =,求此时真空表的度数(以mmHg 表示). 解:因为 600mmHg=600mm 133.3224Pa=79993.4Pa v p =? b 755mmHg=755mm 133.3224Pa=100658.4Pa p =? 容器中气体的绝对压力为 b v 100658.479993.420665Pa p p p =-=-= 若以mmHg 表示真空度,则 20665 20665Pa= mmHg 155mmHg 133.3224 p == 则当气压计高度为b 770mmHg p =时,真空表的读数为 770mmHg 155mmHg 615mmHg v b p p p '=-=-= 1-3用斜管压力计测量锅炉烟道气的真空度,管子倾斜角30α=?,压力计使用密度 30.8g/cm ρ=的煤油,斜管中液柱长200mm l =,当地大气压力b 745mmHg p =。求烟气
2011-2012硅酸盐专业《热工基础》期末试题A卷 一、名词解释:(30分) 1、流体的密度—— 2、静压强—— 3、体积流量—— 4、发热量—— 5、相对湿度—— 6、黑体—— 7、干燥—— 8、完全燃烧—— 9、高温系数—— 10、干球温度—— 二、填空:(25分) 1.煤的工业分析法组成主要由__________、__________、__________、__________四种。 2.空气过剩系数是指_________________与__________________之比。 3.表示固体和液体燃料组成的基准有__________、__________、__________、__________四种。 4.传热的基本方式有__________ 、__________和__________。 5、在燃烧学中空气分为__________和________,而在干燥学中空气分为_________和________。 6、不完全燃烧分为______________和______________。 7、表示湿度的方法有三种:________、_____________、_________其中_____是为了测定方便; ______表示空气的相对干燥能力;________便于干燥计算。 三、简答题:(25分) 1、燃烧计算的内容有哪些? 2、如何对煤进行工业分析? 3、如何根据雷诺准数的大小来判断流体的流态? 4、冬天用手接触相同温度的铁块和木块时感到铁块比木块凉,这是为什么?
5、流态有几种?表现形式有何不同?如何判定? 五、计算题(20分) 1、水从三段串联管路流过,管路直径分别为:d1=100mm, d2=50mm, d3=25mm, ω3=10m/s,求ω1和ω2. 2、已知标态下CO2的密度为1.96kg/m3, O2的密度为1.43kg/m3,CO 的密度为1.25kg/m3, N2的密度为1.25kg/m3。今测得某水泥回转窑窑尾废气的体积百分比:CO2 =28.8% ,O2=1.0% ,CO =0.2%,N2=70%,求此废气标态时的密度。 3、一炉壁由耐火砖砌成,厚度δ=250mm,耐火砖内表面温度t1=1000℃, 外表面温度t2=100℃, 耐火砖平均导热系数为λ=1.28W/(m.℃)。求通过炉壁的热流量。
11-1 某种玻璃对波长0.4~2.5 μm 范围内的射线的透射比近似为0.95,而对其它波长射线的透射比近似为0,试计算此玻璃对温度为1500 K 、2000 K 和6000 K 的黑体辐射的透射比。 解:由题意: 当温度为1500K 时, K m T ?=?=μλ6004.015001 K m T ?=?=μλ37505.215002 查黑体辐射函数表,有%0)0(1=-T b F λ,%385.43)0(2=-T b F λ 此玻璃的透射比为:%216.41)95.0)0()0(12=-?--T b T b F F λλ( 当温度为2000K 时, K m T ?=?=μλ8004.020001 K m T ?=?=μλ50005.220002 查黑体辐射函数表,有%0)0(1=-T b F λ,%41.63)0(2=-T b F λ 此玻璃的透射比为:%2395.60)95.0)0()0(12=-?--T b T b F F λλ( 当温度为6000K 时, K m T ?=?=μλ24004.060001 K m T ?=?=μλ150005.260002 查黑体辐射函数表,有%05.14)0(1=-T b F λ,%885.96)0(2=-T b F λ 此玻璃的透射比为:%693.78)95.0)0()0(12=-?--T b T b F F λλ( 当温度为6000K 时, K m T ?=?=μλ24004.060001 K m T ?=?=μλ15000 5.260002 查黑体辐射函数表,有%05.14)0(1=-T b F λ,%885.96)0(2=-T b F λ 此玻璃的透射比为:%693.78)95.0)0()0(12=-?--T b T b F F λλ( 11-2 某黑体辐射最大光谱辐射力的波长8.5max =λμm ,试计算该黑体辐射在波长1~5 μm 范围内的辐射能份额。
第一章 思考题 1.平衡状态与稳定状态有何区别?热力学中为什幺要引入平衡态得概念? 答:平衡状态就是在不受外界影响得条件下,系统得状态参数不随时间而变化得状态.而稳定状态则就是不论有无外界影响,系统得状态参数不随时间而变化得状态。可见平衡必稳定,而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态得概念,就是为了能对系统得宏观性质用状态参数来进行描述. 2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算?若工质得压力不变,问测量其压力得 压力表或真空计得读数就是否可能变化? 答:不能,因为表压力或真空度只就是一个相对压力。若工质得压力不变,测量其压力得压力表或真空计得读数可能变化,因为测量所处得环境压力可能发生变化。 3.当真空表指示数值愈大时,表明被测对象得实际压力愈大还就是愈小? 答:真空表指示数值愈大时,表明被测对象得实际压力愈小。 4、准平衡过程与可逆过程有何区别? 答:无耗散得准平衡过程才就是可逆过程,所以可逆过程一定就是准平衡过程,而准平衡过程不一定就是可逆过程. 5、不可逆过程就是无法回复到初态得过程,这种说法就是否正确? 答:不正确。不可逆过程就是指不论用任何曲折复杂得方法都不能在外界不遗留任何变化得情况下使系统回复到初态,并不就是不能回复到初态。 6、没有盛满水得热水瓶,其瓶塞有时被自动顶开,有时被自动吸紧,这就是什幺原因? 答:水温较高时,水对热水瓶中得空气进行加热,空气压力升高,大于环境压力,瓶塞被自动顶开。而水温较低时,热水瓶中得空气受冷,压力降低,小于环境压力,瓶塞被自动吸紧。 7、用U形管压力表测定工质得压力时,压力表液柱直径得大小对读数有无影响? 答:严格说来,就是有影响得,因为U型管越粗,就有越多得被测工质进入U型管中,这部分工质越多,它对读数得准确性影响越大。 习题 1-1解: 1. 2. 3. 4. 1-2图1-8表示常用得斜管式微压计得工作原理。由于有引风机得抽吸,锅炉设备得烟道中得压力将略低于大气压力。如果微压机得斜管倾斜角,管内水 解:根据微压计原理,烟道中得压力应等于环境压力与水柱压力之差
思考题 第一章 1.平衡状态与稳定状态有何区别?热力学中为什幺要引入平衡态的概念? 答:平衡状态是在不受外界影响的条件下,系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响,系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定,而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念,是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 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。 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。 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。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程,这种说法是否正确? 答:不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态,并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶,其瓶塞有时被自动顶开,有时被自动吸紧,这是什幺原因? 答:水温较高时,水对热水瓶中的空气进行加热,空气压力升高,大于环境压力,瓶塞被自动顶开。而水温较低时,热水瓶中的空气受冷,压力降低,小于环境压力,瓶塞被自动吸紧。 7. 用U形管压力表测定工质的压力时,压力表液柱直径的大小对读数有无影响? 答:严格说来,是有影响的,因为U型管越粗,就有越多的被测工质进入U型管中,这部分工质越多,它对读数的准确性影响越大。 第二章
热工基础题库 一、选择题 基本概念 1.与外界只发生能量交换而无物质交换的热力系统称为。B A、开口系统 B、闭口系统 C、绝热系统 D、孤立系统 2.与外界既无能量交换又无物质交换的热力系统称为。D A、开口系统 B、闭口系统 C、绝热系统 D、孤立系统 3.开口系统与外界可以有。D A、质量交换 B、热量交换 C、功量交换 D、A+B+C 4.与外界有质量交换的热力学系统是:A A、开口系统 B、闭口系统 C、绝热系统 D、孤立系统 5.下列与外界肯定没有质量交换但可能有热量交换。B A、绝热系统 B、闭口系统 C、开口系统 D、孤立系统 6.实现热功转换的媒介物质称为。C A、系统 B、气体 C、工质 D、蒸气 7.工质应具有良好的和。A A、流动性/膨胀性 B、耐高温性/导热性 C、耐高压性/纯净 D、耐腐蚀性/不易变形 8.若闭系处于热力学平衡状态,则内部工质的处处一致。A A、压力和温度 B、压力和比容 C、比容和温度 D、压力、温度和比容 9.稳定状态是平衡状态,而平衡状态是稳定状态。B A、一定/一定 B、不一定/一定 C、一定/不一定 D、不一定/不一定 10.均匀状态是平衡状态,而平衡状态是均匀状态。C A、一定/一定 B、不一定/一定 C、一定/不一定 D、不一定/不一定 11.下列组参数都不是状态参数。C A、压力;温度;比容 B、内能;焓;熵 C、质量;流量;热量 D、膨胀功;技 术功;推动功 12.下列组参数都是状态参数。A A、焓;熵;比容 B、膨胀功;内能;压力 C、热量;比热;温度 D、技术功;动能;位能 13.下列答案是正确的。B A、10℃=43.8℉=285.15K B、10℃=50℉=283.15K C、10℃=40.2℉=285.15K D、10℃=42℉=283.15K 14.摄氏温度变化1℃与热力学绝对温度变化1K相比,有。B A、前者大于后者 B、两者相等 C、后者大于前者 D、不一定 15.摄氏温度变化1℃与华氏温度变化1℉相比,有。B A、前者大于后者 B、两者相等 C、后者大于前者 D、不一定 16.若大气压力为100KPa,真空度为60KPa,则绝对压力为。D A、160KPa B、100KPa C、60KPa D、40KPa 17.若大气压力为100KPa,表压力为60KPa,则绝对压力为。A A、160KPa B、100KPa C、60KPa D、40Kpa 18.在工程热力学计算中使用的压力是。A A、绝对压力 B、表压力 C、真空压力 D、大气压力 19.若大气压力为0.1Mpa,容器内的压力比大气压力低0.004Mpa,则容器的B。 A、表压力为0.096Mpa B、绝对压力为0.096Mpa C、真空度为0.104Mpa D、表压力为0.104Mpa
热工基础(第三版) 张学学 复习提纲
第一章基本概念 1.工程热力学是从工程角度研究热能与机械能相互转换的科学。 2.传热学是研究热量传递过程规律的一门科学。 3.工质:热能转换为机械能的媒介物。 4.热力系统:选取一定的工质或空间作为研究对象,称之为热力系统,简称系统。 5.外界(或环境):系统之外的一切物体。 6.边界:系统与外界的分界面。 7.系统的分类: (1)闭口系统:与外界无物质交换的系统。 (2)开口系统:与外界有物质交换的系统。 (3)绝热系统:与外界之间没有热量交换的系统。 (4)孤立系统:与外界没有任何的物质交换和能量(功、热量)交换。 8.热力状态:系统中的工质在某一瞬间呈现的各种宏观物理状况的总和称为工质(或系统)的热力状态,简称为状态。 9.平衡状态:在不受外界影响的条件下,工质(或系统)的状态参数不随时间而变化的状态。 10.基本状态参数:压力、温度、比容、热力学能(内能)、焓、熵。 11.表压力Pg、真空度Pv、绝对压力P P g = P - P b P v = P b - P 12.热力学第零定律(热平衡定律) :如果两个物体中的每一个都
分别与第三个物体处于热平衡,则这两个物体彼此也必处于热平衡。 13.热力过程:系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。 14.准平衡过程(准静态过程):热力过程中,系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 15.可逆过程:一个热力过程完成后,如系统和外界能恢复到各自的初态而不留下任何变化,则这样热力过程称为可逆过程。 16.不可逆因素:摩擦、温差传热、自由膨胀、不同工质混合。 17.可逆过程是无耗散效应的准静态过程。 18.系统对外界做功的值为正,外界对系统做功的值为负。 系统吸收热量时热量值为正,系统放出热量时热量值为负。 第二章热力学第一定律 1.热力学第一定律:在热能与其它形式能的互相转换过程中,能的总量始终不变。 也可表述为:不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。进入系统的能量-离开系统的能量=系统储存能量的变化。 2.闭口系统的热力学第一定律表达式:Q =?U +W 微元过程:δQ =dU +δW 可逆过程:Q =?U +? 1pdV δQ =dU +pdV 2
第四章气体和蒸汽的基本热力过程 4.1试以理想气体的定温过程为例,归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法解决。 答:主要解决的问题及方法: (1) 根据过程特点(及状态方程)——确定过程方程 (2) 根据过程方程——确定始、终状态参数之间的关系 (3) 由热力学的一些基本定律——计算,,,,,t q w w u h s ??? (4) 分析能量转换关系(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) 2)始、终状态参数之间的关系: 12p p =2 1 v v 3)计算各量:u ?=0、h ?=0、s ?=21p RIn p -=21 v RIn v 4)P ?V 图,T ?S 图上工质状态参数的变化规律及能量转换情况 4.2对于理想气体的任何一种过程,下列两组公式是否都适用 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21()v q u c t t =?=-适于定容过程,21()p q h c t t =?=-适用于定压过程。 4.3在定容过程和定压过程中,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的热量 4.4过程热量q 和过程功w 都是过程量,都和过程的途径有关。由理想气体可逆定温过程热量公式 2 111 v q p v In v =可知,故只要状态参数1p 、1v 和2v 确定了,q 的数值也确定了,是否q 与途径无关? 答:对于一个定温过程,过程途径就已经确定了。所以说理想气体可逆过程q 是与途径有关的。 4.5在闭口热力系的定容过程中,外界对系统施以搅拌功w δ,问这v Q mc dT δ=是否成立? 答:成立。这可以由热力学第一定律知,由于是定容过2211 v v dv w pdv pv pvIn RTIn v v v ====??为零。故v Q mc dT δ=,它与外界是否对系统做功无关。 4.6绝热过程的过程功w 和技术功t w 的计算式: w =12u u -,t w =12h h - 是否只限于理想气体?是否只限于可逆绝热过程?为什么?
工程热力学期末试卷 建筑环境与设备工程专业适用 (闭卷,150分钟) 班级 姓名 学号 成绩 一、简答题(每小题5分,共40分) 1. 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。 2. 温度为500°C 的热源向热机工质放出500 kJ 的热量,设环境温度为30°C ,试问这部分热量的火用(yong )值(最大可用能)为多少? 答: =??? ? ?++- ?=15.27350015.273301500,q x E 303.95kJ 3. 两个不同温度(T 1,T 2)的恒温热源间工作的可逆热机,从高温热源T 1吸收热量Q 1向低温热源T 2放出热量Q 2,证明:由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增 。假设功源的熵变△S W =0。 证明:四个子系统构成的孤立系统熵增为 (1分) 对热机循环子系统: 1分 1分 根据卡诺定理及推论: 1分 4. 刚性绝热容器中间用隔板分为两部分,A 中存有高压空气,B 中保持真空,如右图所示。若将隔板抽去,试分析容器中空气的状态参数(T 、P 、u 、s 、v )如变化,并简述为什么。 答:u 、T 不变,P 减小,v 增大,s 增大。 自由膨胀 12iso T T R S S S S S ?=?+?+?+?W 1212 00ISO Q Q S T T -?= +++R 0S ?= iso S ?=
5. 试由开口系能量程一般表达式出发,证明绝热节流过程中,节流前后工质的焓值不变。(绝热节流过程可看作稳态稳流过程,宏观动能和重力位能的变化可忽略不计) 答:开口系一般能量程表达式为 绝热节流过程是稳态稳流过程,因此有如下简化条件 , 则上式可以简化为: 根据质量守恒,有 代入能量程,有 6. 什么是理想混合气体中某组元的分压力?试按分压力给出第i 组元的状态程。 答:在混合气体的温度之下,当i 组元单独占有整个混合气体的容积(中容积)时对容器壁面所形成的压力,称为该组元的分压力;若表为P i ,则该组元的状态程可写成:P i V = m i R i T 。 7. 高、低温热源的温差愈大,卡诺制冷机的制冷系数是否就愈大,愈有利?试证明你的结论。 答:否,温差愈大,卡诺制冷机的制冷系数愈小,耗功越大。(2分) 证明:T T w q T T T R ?==-= 2 2212ε,当 2q 不变,T ?↑时,↑w 、↓R ε。即在同样2q 下(说明 得到的收益相同),温差愈大,需耗费更多的外界有用功量,制冷系数下降。(3分) 8. 一个控制质量由初始状态A 分别经可逆与不可逆等温吸热过程到达状态B ,若两过程中热源温度均为 r T 。试证明系统在可逆过程中吸收的热量多,对外做出的膨胀功也大。
第一章基本概念与定义 1.答:不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定 2.答:这种说法是不对的。工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 3.答:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4.答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5.答:温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。 6.答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。 7.答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。 8.答:(1)第一种情况如图1-1(a),不作功(2)第二种情况如图1-1(b),作功(3)第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来,第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。 9.答:经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。系统和外界整个系统不能恢复原来状态。 10.答:系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后,系统恢复到原来状态,外界没有变化;若存在不可逆因素,系统恢复到原状态,外界产生变化。 11.答:不一定。主要看输出功的主要作用是什么,排斥大气功是否有用。
第九章气体动力循环 1、从热力学理论看为什么混合加热理想循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高,随定压预胀比ρ的增大而降低 答:因为随着压缩比ε和定容增压比λ的增大循环平均吸热温度提高,而循环平均放热温度不变,故混合加热循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高。混合加热循环的热效率随定压预胀比ρ的增大而减低,这时因为定容线比定压线陡,故加大定压加热份额造成循环平均吸热温度增大不如循环平均放热温度增大快,故热效率反而降低。 2、从内燃机循环的分析、比较发现各种理想循环在加热前都有绝热压缩过程,这是否是必然的 答:不是必然的,例如斯特林循环就没有绝热压缩过程。对于一般的内燃机来说,工质在气缸内压缩,由于内燃机的转速非常高,压缩过程在极短时间内完成,缸内又没有很好的冷却设备,所以一般都认为缸内进行的是绝热压缩。 3、卡诺定理指出两个热源之间工作的热机以卡诺机的热效率最高,为什么斯特林循环的热效率可以和卡诺循环的热效率一样 答:卡诺定理的内容是:在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环,其热效率都相同,与可逆循环的种类无关,与采用哪一种工质无关。定理二:在温度同为T1的热源和同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环,其热效率必小于可逆循环。由这两条定理知,在两个恒温热源间,卡诺循环比一切不可逆
循环的效率都高,但是斯特林循环也可以做到可逆循环,因此斯特林循环的热效率可以和卡诺循环一样高。 4、根据卡诺定理和卡诺循环,热源温度越高,循环热效率越大,燃气轮机装置工作为什么要用二次冷却空气与高温燃气混合,使混合气体降低温度,再进入燃气轮机 答:这是因为高温燃气的温度过高,燃气轮机的叶片无法承受这么高的温度,所以为了保护燃气轮机要将燃气降低温度后再引入装置工作。同时加入大量二次空气,大大增加了燃气的流量,这可以增加燃气轮机的做功量。 5、卡诺定理指出热源温度越高循环热效率越高。定压加热理想循环的循环增温比τ高,循环的最高温度就越高,但为什么定压加热理想循环的热效率与循环增温比τ无关而取决于增压比π 答:提高循环增温比,可以有效的提高循环的平均吸热温度,但同时也提高了循环的平均放热温度,吸热和放热均为定压过程,这两方面的作用相互抵消,因此热效率与循环增温比无关。但是提高增压比,p1不变,即平均放热温度不变,p2提高,即循环平均吸热温度提高,因此循环的热效率提高。 6、以活塞式内燃机和定压加热燃气轮机装置为例,总结分析动力循环的一般方法。 答:分析动力循环的一般方法:首先,应用“空气标准假设”把实际问题抽象概括成内可逆理论循环,分析该理论循环,找出影响循环热效率的主要因素以及提高该循环效率的可能措施,以指导实际
一、判断题: 1. 平衡状态一定稳定状态。 2. 热力学第一定律的实质是能量守恒定律; 3.公式d u = c v d t 适用理想气体的任何过程。 4.容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。 5.在T —S 图上,任意二条可逆绝热过程线不能相交。 6.膨胀功与流动功都是过程的函数。 7.当把一定量的从相同的初始状态压缩到相同的终状态时,以可逆定温压缩过程最为省功。 8.可逆过程是指工质有可能沿原过程逆向进行,并能恢复到初始状态的过程。 9. 根据比热容的定义式 T q d d c ,可知理想气体的p c 为一过程量; 10. 自发过程为不可逆过程,非自发过程必为可逆过程; 11.在管道作定熵流动时,各点的滞止参数都相同。 12.孤立系统的熵与能量都是守恒的。 13.闭口绝热系的熵不可能减少。 14.闭口系统进行了一个过程,如果熵增加了,则一定是从外界吸收了热量。 15.理想气体的比焓、比熵和比定压热容都仅仅取决与温度。 16.实际气体绝热节流后温度一定下降。 17.任何不可逆过程工质的熵总是增加的,而任何可逆过程工质的熵总是不变的。 18. 不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率; 19.混合气体中质量成分较大的组分,其摩尔成分也一定大。 20.热力学恒等式du=Tds-pdv 与过程可逆与否无关。 21.当热源和冷源温度一定,热机工质能够做出的最大功就是在两热源间可逆热机对外输出的功。 22.从饱和液体状态汽化成饱和蒸汽状态,因为气化过程温度未变,所以焓的变化量Δh=c p ΔT=0。 23.定压过程的换热量q p =∫c p dT 仅适用于理想气体,不能用于实际气体。 24.在p -v 图上,通过同一状态点的定熵过程的斜率大于定温过程的斜率。
1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 不一定,稳定流动系统内质量也保持恒定。 2.有人认为开口系统内系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系统不可能是绝热系。对不对,为什么?不对,绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递(传热量),随物质进出的热能(准确地说是热力学能)不在其中。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系?平衡状态一定是稳定状态,稳定状态则不一定是平衡状态。 4.倘使容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?绝对压力计算公式 p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b ) 中,当地大气压是否必定是环境大气 压? 当地大气压p b 改变,压力表读数 就会改变。当地大气压 p b 不一定是环境大气压。 5.温度计测温的基本原理是什么? 6.经验温标的缺点是什么?为什么? 不同测温物质的测温结果有较大的误差,因为测温结果依赖于测温物质的性质。 7.促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。 有势差(温度差、压力差、浓度差、电位差等等)存在。 8.分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象,说明这些是什么系统。 参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统(闭口系统——忽略蒸发时)、正在运行的电视机是闭口系统。 4题图
9.家用电热水器是利用电加热水的家用设备,通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制 体(但不包括电加热器),这是什么系统?把电加热器包括在研究对象内,这是什么系统?什么情况下能构成孤立系统? 不包括电加热器为开口(不绝热)系统(a 图)。包括电加热器则为开口绝热系统(b 图)。 将能量传递和质量传递(冷水源、热水汇、热源、电源等)全部包括在内,构成孤立系统。或者说,孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。 10.分析汽车动力系统(图1-21)与外界的质能交换情况。吸入空气,排出烟气,输出动力(机械能)以克服阻力,发动机水箱还要大量散热。不考虑燃烧时,燃料燃烧是热源,燃气工质吸热;系统包括燃烧时,油料发生减少。 11.经历一个不可逆过程后,系统能否恢复原来状态?包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态? 经历一个不可逆过程后,系统可以恢复原来状态,它将导致外界发生变化。包括系统和外界的整个大系统不能恢复原来 状态。 12.图1-22中容器为刚性绝热容器,分成两部分,一部分装气体,一部分 抽成真空,中间是隔板, (1)突然抽去隔板,气体(系统)是否作功? p 1 9题图
试卷一 一、选择(本大题 16 分,每小题 2 分) 1.某系统经过一个任意不可逆过程达到另一状态,表达式()正确。 (a) ds > dq/T ( b ) ds < dq/T ( c ) ds=dq/T 2.处于平衡状态的简单可压缩热力系统,其状态参数间的关系正确的是()。 (ρ为密度 ) 。 (a)F=F(ρ,v,T) ( b ) F=F(ρ,v,P) ( c ) F=F(ρ,P,T) 3.用压力表测量容器内氧气的压力,压力表读数为 25bar 。已知当地大气压力为 1bar ,则氧气的真实压力为() bar 。 (a) 26 ( b ) 25 ( c ) 24 4.在 p - v 图上,经过同一状态点的理想气体等温过程线斜率的绝对值比绝热过程线斜率的绝对值() (a) 大( b )小( c )相等( d )可能大,也可能小 5.理想气体 1kg 经历一不可逆过程,对外做功 20kJ 放热 20kJ ,则气体温度变化为()。 (a) 提高( b )下降( c )不变 6.同一理想气体从同一初态分别经定温压缩、绝热压缩和多变压缩( 1 1.系统从外界吸收热量,温度一定升高()。 2.在热力循环中,如果工质不向冷源放热,则该循环的热效率可以达到 100% ()。 3.沸腾状态的水总是烫手的。 ( ) 4.蒸汽抽汽回热循环每级抽汽量越大,循环热效率越大。 ( ) 5.绝热过程一定是定熵过程。 ( ) 6.供热系数一定大于 1 ,制冷系数也一定大于 1 。 ( ) 7.实际气体的压缩因子总不等于 1 。() 8.任意可逆循环的热效率都是。 ( ) 三、填空(本大题 16 分,每小题 2 分) 1、稳定流动能量方程式应用于换热器时的简化形式 2、2kg 空气从 300K 定压加热到 700K 时的吸热量为 kJ (空气比定压热容 =1.004 kJ/ ( kg ·K )) 3、当湿蒸汽的干度 x = 0 时,工质全部为。 4、一不可逆热机在高温热源 T h 和低温热源 T l 之间工作。高温热源熵变–1.5kJ/K ;低温热源熵变2.5kJ/K ,热机在绝热压缩过程中熵变 0.2kJ/K ;绝热膨胀过程中熵变 0.7kJ/K ;取高温热源、低温热源和热机为系统,则完成循环后此系统的 熵变S 系 = ___ kJ/K 。 5、已知氧气在 250K时=0.913 kJ/(kg·K),=0.653 kJ/(kg·K)。则该气 体的气体常数R g =___kJ/(kg·K)。 6、一热泵工作时向高温热源传递热量 50kJ, 消耗掉的机械能 20 kJ, 供暖系数为。 热工基础总复习 第一章 1.系统:在工程热力学中,通常选取一定的工质或空间作为研究的对象,称之为热力系统,简称系统。 2.系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为平衡状态。 3.状态参数:用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数,如温度、压力、比体积等。工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等,其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积,称为基本状态参数。 4.可逆过程:如果系统完成了某一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态,并且不给外界留下任何变化,这样的过程为可逆过程。 准平衡过程:所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 可逆过程的条件:准平衡过程+无耗散效应。 5.绝对压力p、大气压力p b、表压力p e、真空度p v 只有绝对压力p 才是状态参数 第二章 1.热力学能:不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运动动能和分子之间的位能之和(热能)。热力学能符号:U,单位:J 或kJ 。 热力系统储存能=宏观动能、宏观位能+热力学能 储存能:E,单位为J或kJ 2.热力学第一定律实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律,可表述为: a.在热能与其它形式能的互相转换过程中,能的总量始终不变。 b.不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。 c.进入系统的能量-离开系统的能量= 系统储存能量的变化 3.闭口系统:与外界无物质交换的系统。系统的质量始终保持恒定,也称为控制质量系统 闭口系统的热力学第一定律表达式 对于微元过程 对于可逆过程 对于单位质量工质 对于单位质量工质的可逆过程 4.开口系统稳定流动实现条件 1)系统和外界交换的能量(功量和热量)与质量不随时间而变; 2)进、出口截面的状态参数不随时间而变。 开口系统的稳定流动能量方程 对于单位质量工质: 对于微元过程 5.技术功:在工程热力学中,将工程技术上可以直接利用的动能差、位能差及轴 功三项之和称为技术功,用W t 表示 对于单位质量工质 6.节流:流体在管道内流动,遇到突然变窄的断面,由于存在阻力使流体的压力降低的现象称为节流。工程上由于气体经过阀门等流阻元件时,流速大时间短, 来不及与外界进行热交换,可近似地作为绝热过程来处理,称为绝热节流。 注意:绝热节流过程不是定焓过程 第三章 1.理想气体是一种经过科学抽象的假想气体,它具有以下3个特征: (1)理想气体分子的体积忽略不计; (2)理想气体分子之间无作用力; (3)理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性碰撞。 理想气体状态方程式 R g为气体常数,单位为J/(kg·K) 质量为m 的理想气体 第八章压气机的热力过程1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部,会发现打气时轻松了一点,工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片,为什么? 答:因为气体在压缩时,以等温压缩最有利,其所消耗的功最小,而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却,都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程,从而使压缩的耗功减小。 2、既然余隙容积具有不利影响,是否可能完全消除它? 答:对于活塞式压气机来说,由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要,在所难免的会在压缩机中留有空隙,所以对于此类压缩机余隙容积是不可避免的,但是对于叶轮式压气机来说,由于它是连续的吸气排气,没有进行往复的压缩,所以它可以完全排除余隙容积的影响。 3、如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法,气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩,这时是否还需要采用分级压缩?为什么? 答:我们采用分级压缩的目的是为了减小压缩过程中余隙容积的影响,即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在,所以我们仍然需要分级压缩。 4、压气机按定温压缩时,气体对外放出热量,而按绝热压缩时不向外放热,为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济? 答:绝热压缩时压气机不向外放热,热量完全转化为工质的内能,使工质的温度升高,压力升高,不利于进一步压缩,且容易对压气机造成损伤,耗功大。等温压缩压气机向外放热,工质的温度不变,相比于绝热压缩气体压力较低,有利于进一步压缩耗功小,所以等温压缩更为经济。 5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出,试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功,并用T-S图上面积表示其值。 答:由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出,所以压气机耗功应以技术功计,一般用w c 表示,则w c =-w t 由第一定律:q=△h+w t , 定温过程:由于T 不变,所以△h 等于零,既q=w t ,q=T △s ,2 1ln p p R s g =?,则有 多变过程:w c =-w t =△h-q 所以??????????-???? ??-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程:即q=0,所以 6、活塞式压气机生产高压气体为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺? 答:由于活塞式压气机余隙容积的存在,当压缩比增大时,压气机的产气量减小,甚至不产气,所以要将压缩比控制在一定范围之内,因此采用多级压缩,以减小单级的压缩比。气体压缩以等温压缩为最有利,因此应设法使压气机内气体压缩过程指数n 减小,采用级间冷却可以很好的减小n. 7、叶轮是压气机不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多耗功可用图8-11中的面积m2s 2’nm 表示,这是否即是此不可逆过程的做功能力损失?为什么? 图8-11 答:多消耗的功量并不就是损失的做功能力损失。因为 i=()()m n T m n s s s s T S T -=-=?2' 00 为图中的17nm1. 8、如图8-13所示的压缩过程1-2,若是可逆的,则这一过程是什么过程?他与不可逆绝热压缩过程1-2的区别何在?两者之中哪一过程消耗的功大?大多少? 图8-13 图 1 图2 2012工程热力学Ⅰ考题(A ) 一、简答题(共30分) 1、图1中循环1-2-3-a -1和循环1-b -3-4-1都是不可逆 循环。有人判断循环1-2-3-a -1的热效率高于循环1-b -3-4-1的热效率,你是否同意他的说法,为什么?(10分) 2、有一种热机,以水蒸气为工质,循环的高温热源温度为1200 K ,低温热源温度为300 K ,循环的热效率t η。现将循环工质改成理想气体,则循环的热效率t'η与原循环热效率比较将发生什么样的变化?为什么? (10分) 3、“水蒸气的朗肯循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出大量热量,有人提出将汽轮机排出的乏汽直接送回锅炉可提高水蒸气循环的热效率。”请据热力学基本定律出发评估这种观点。(10分) 二、计算题(共70分) 1、一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料,供水压力为200kPa 、温度20℃, 喷嘴内径为0.002m 时,射出水流温度20℃,压力100kPa ,流速1000m/s ,已知在200kPa 、20℃时,3 0.001002m /kg v =,假定可近似认为水的比体积不变,求水泵功率。(10分) 2、某太阳能供暖的房屋用5×8×0.3m 的大块混凝土板作为蓄热材料,该混凝土的密度为2300kg/m 3 ,比热容0.65kJ/(kg ·K)。若混凝土板在晚上从23℃冷却到18℃(室内温度),求此过程的熵产。(10分) 3、某活塞式内燃机定容加热理想循环(图2循环1-2-3-4-1),压缩比ε =10,压缩冲程的起点状态是t 1=35℃ 、p 1=100kPa 。加热过程中气体吸热650kJ/kg 。假定比热容为定值,且c p =1.004kJ/(kg·K),κ =1.4,求:(1)循环中各点的温度、压力和循环热效率;(2)若循环压缩过程和膨胀过程均不可逆,两过程的熵产分别为0.1kJ/(kg·K)和0.12 kJ/(kg·K),求工质 经循环后的熵变; (3) 若膨胀过程持续到5(p 5 = p 1),画出循环T-s 图,并分析循环热效率提高还是下降。(10+5+5分) 4、空气在轴流压缩机中被绝热压缩,压力比为4.2,初终态温度分别为30℃和227℃。热工基础 期末总复习 重点(张学学)
工程热力学思考题参考答案
工程热力学1期末试题+答案