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“材料热力学”补充习题

“材料热力学”补充习题
“材料热力学”补充习题

1、At 300K, 1 mole ideal gas expands from p =10?pΘ to p= pΘ isothermally and reversibly calculate (1) Calculate the q, w, ?H m, ?U m, ?G m, ?F m and ?S m; (2) If the gas expands isothermally to a vacuum until the pressure reaches p= pΘ, calculate q, w, ?H m, ?U m, ?G m, ?F m and ?S m.

2. Calculate the equilibrium vapour pressure (atm) of sodium for an aluminum melt containing 0.005 mol% sodium(Na). The activity coefficient of sodium in aluminum is 320 and the vapor pressure of pure sodium at 750 °C is 0.23 atm.

3、At 413.15K,the vapor pressure of pure C6H5Cl and C6H5Br are 125.238kPa and 66.104kPa. Given that the two pure liquids are mixed and form ideal solution. If a solution formed by the two pure liquids boils at 413.15K、101.325kPa, please calculate the composition of the solution and the vapor above it.

4、Given that when a specie A in a binary solution, its vapor pressure varies with its concentration in the pattern illustrated below. Make a table to indicate the activity, activity coefficient and chemical potential of A in different concentration sections I 、II and III,using its pure substance as standard state.

II

I III

5、At 300K, the vapor pressure of liquid A and liquid B are 37.33kPa and 22.66kPa. When 2 moles of A and 2 moles of B are mixed to form a solution, the vapor pressure above the solution is 50.66kPa, and the molar fraction of A in the vapor is 0.60. Given that vapors can be taken as ideal gases. ①Calculate a A( R )and a B( R) in the solution, ②γA and γB , ③?mix G , ④ If the solution is an ideal solution, what is the value of ?mix G id ? ⑤ What is the value of ?mix G ex of this solution?

6、The variation, with composition, of G E for Fe-Mn alloys at 1863K is listed below:

X Mn

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 G m E , Joules 395 703 925 1054 1100 1054 925 703 395 a 、Is the process to form Fe-Mn alloy at 1863K an exothermic one or an endothermic one ?

b. Does the system exhibit regular solution behavior?

c. Calculate E Fe μ and E Mn μ at X Mn = 0.6;

d. Calculate m mix G ? at X Mn = 0.4;

e. Calculate the partial pressures of Mn and Fe exerted by the alloy of X Mn = 0.2 7、Melts in the system Pb-Sn exhibit regular solution behavior. At 473?C, a Pb =

0.055 in a liquid solution of X Pb = 0.1. Calculate the value of PbSn ωfor the system

and calculate the activity of Sn in the liquid solution of X Sn = 0.5 at 500?C. 93.23ln 27.145390)(ln *

+--=T T atm p Fe

68.37ln 02.333440)(ln *+--=T T

atm p Mn

8、With respect to the Ellingham diagram, answer the following questions: a) Explain the slope changes for the reaction 2Mg + O 2 = 2MgO;

b) You want to heat up and a piece of silicon metal to 1600?C, decide on a suitable crucible material;

c) What is the value of ?H Θ of formation of TiO 2 ?

d) Find ?G Θfor the reaction Fe + 0.5O 2 =FeO at 1200 ?C;

e) Find ?G Θ for the reaction 3Mg + AlO 3 = 3MgO + 2A1 at 1500 ?C;

f) What is the equilibrium oxygen pressure when metallic titanium is in equilibrium with TiO 2 at 1000 ?C?

g) If you want to reduce pure TiO 2 to pure metallic titanium at 1000?C using a CO/CO 2 gas mixture, what is the minimum CO/CO 2 ratio that can achieve such a reduction.

9、Answer the following questions according to Ellingham diagram: ① At what temperature(s) C can reduce SnO 2(s)、Cr 2O 3(s) and SiO 2(s) ?

② At what temperature, the decomposition pressure of CuO reaches 1.01325?105 Pa ?

③ The temperature(s) at which Fe 3O 4 can be reduced to FeO by H 2 ?

④ ?G Θ when Mg reduces Al 2O 3 at 1000?C,

⑤ At what temperature, for the reaction )(322)(3234S S O Cr O Cr =+,

Pa 1019'2-(平)

is p O ? ⑥ Calculate the ?G when Fe reacts with O 2 at 10-5Pa and 10-10Pa respectively

at1000?C, and '(2平)

O p as well.

⑦ Calculate the equilibrium constant of reaction 2)()(CO Mn CO MnO s s +=+ at 1100?C (CO CO p p K /2=)

⑧ At what temperature, for reaction )(2)(2)(g s s O H Mn H MnO +=+, the

(平))/(22O H H is 104

/1 ? 10、The standard Gibbs free energy change for reaction I:

Ni (s ) + 1/2 O2 == NiO (s )is -244560 + 98.53TlnT J/ mol , question: a) How much is the standard Gibbs free energy change for reaction II : 2Ni (s ) + O2 == 2 NiO (s )

b) Calculate the equilibrium constants for reaction I and reaction II respectively at 1000? C.

c) At 1000? C, when oxygen pressure is maintained at 10-4 atm, how much is the

Gibbs free energy change for reaction I ? Can reaction I proceed forward ? Is Ni stable under this condition ? Is NiO stable under this condition ?

d) At 1000? C, how much should be the oxygen pressure if we want the Gibbs free energy change for reaction I to be 0, and how much should be the oxygen pressure if we want a Ni-NiO-O 2 system to be at equilibrium ?

e) At 1000 C, what is the condition to prevent Ni from being oxidized ? and what

is the condition to reduce NiO ?

11、Liquid FeO is reduced to metallic iron at 1600 °C with CO(gas) according

to the following reaction:

FeO(liquid) + CO(g) = Fe(liquid) + CO 2

a) Calculate ?G Θ at 1600 °C for this reaction

b) Detennine the minimum CO/C02 ratio required to reduce pure liquid FeO to pure metallic iron at 1600 °C.

c) Determine the minimum CO/CO2 ratio required to reduce FeO dissolved in a liquid slag to metallic iron at 1600 °C. The metallic iron formed has a purity of 96 mole % iron. The activity of FeO in the liquid slag is 0.3.

CO(g) at 1600 °C: ?GΘ= -274.9 kJ/mol

CO2(g) at 1600 °C: ?GΘ = -396.3 kJ/mol

FeO at 1600 °C: ?GΘ = -144.6 kJ/mol

R= 8.314 J/ mol.K= 1.987 ca1/mol.K

12、In an experiment, it was found that the Ar was not pure enough. So a setup was devised in an attempt to purify the Ar, as illustrated below. Ar which was at 2 atm was let to flow through a glass tube and the Cu powder pile in it. Given that the temperature in the glass tube is 600?C and gas pressure is constant at 2 atm.. Calculate the purity of the outgoing Ar in percentage.

Ellingham Diagram

材料热力学与动力学复习题答案资料

` 一、常压时纯Al 的密度为ρ=cm 3 ,熔点T m =℃,熔化时体积增加5%。用理查得规则和克-克方程估计一下,当压力增加1Gpa 时其熔点大约是多少 解:由理查德规则 RTm Hm R Tm Hm Sm ≈??≈?= ? … 由克-克方程V T H dT dP ??=… 温度变化对ΔH m 影响较小,可以忽略, 代入得 V T H dT dP ??=dT T 1V Tm R dp V T Tm R ?≈??≈… 对 积分 dT T 1 V T Tm R p d T Tm Tm p p p ?? ?+?+?= 整理 ?? ? ???+?=?Tm T 1ln V Tm R p V T R V Tm R Tm T ??=???≈ Al 的摩尔体积 V m =m/ρ=10cm 3=1×10-5 m 3 ~ Al 体积增加 ΔV=5%V m =×10-5m 3 K 14.60314 .810510R V p T 7 9=??=??=?- Tm’=Tm+T ?=++= 二、热力学平衡包含哪些内容,如何判断热力学平衡。 内容:(1)热平衡,体系的各部分温度相等;(2)质平衡:体系与环境所含有的质量不变;(3)力平衡:体系各部分所受的力平衡,即在不考虑重力的前提下,体系内部各处所受的压力相等;(4)化学平衡:体系的组成不随时间而改变。 热力学平衡的判据: (1)熵判据:由熵的定义知dS Q T δ≥不可逆可逆 对于孤立体系,有0Q =δ,因此有 dS 可逆 不可逆 ≥,由于可逆过程由无限多个平衡态组成,因此对于孤立体系有 dS 可逆 不可逆0≥,对于封闭体系,可将体系和环境一并作为整个孤立体系来考虑熵的变化,即平衡 自发环境体系总0S S S ≥?+?=? | (2)自由能判据 若当体系不作非体积功时,在等温等容下,有 ()0 d ,≤V T F 平衡状态自发过程 上式表明,体系在等温等容不作非体积功时,任其自然,自发变化总是向自由能减小的方向 进行,直至自由能减小到最低值,体系达到平衡为止。 (3)自由焓判据 若当体系不作非体积功时,在等温等压下,有 d ≤G 平衡状态 自发过程 所以体系在等温等容不作非体积功时,任其自然,自发变化总是向自由能减小的方向进

工程热力学期末考试试题

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′>s″>s′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

工程热力学例题答案解

例1:如图,已知大气压p b=101325Pa ,U 型管内 汞柱高度差H =300mm ,气体表B 读数为0.2543MPa ,求:A 室压力p A 及气压表A 的读数p e,A 。 解: 强调: P b 是测压仪表所在环境压力 例2:有一橡皮气球,当其内部压力为0.1MPa (和大气压相同)时是自由状态,其容积为0.3m 3。当气球受太阳照射而气体受热时,其容积膨胀一倍而压力上升到0.15MPa 。设气球压力的增加和容积的增加成正比。试求: (1)该膨胀过程的p~f (v )关系; (2)该过程中气体作的功; (3)用于克服橡皮球弹力所作的功。 解:气球受太阳照射而升温比较缓慢,可假定其 ,所以关键在于求出p~f (v ) (2) (3) 例3:如图,气缸内充以空气,活塞及负载195kg ,缸壁充分导热,取走100kg 负载,待平 衡后,不计摩擦时,求:(1)活塞上升的高度 ;(2)气体在过程中作的功和换热量,已 知 解:取缸内气体为热力系—闭口系 分析:非准静态,过程不可逆,用第一定律解析式。 计算状态1及2的参数: 过程中质量m 不变 据 因m 2=m 1,且 T 2=T 1 体系对外力作功 注意:活塞及其上重物位能增加 例4:如图,已知活塞与气缸无摩擦,初始时p 1=p b ,t 1=27℃,缓缓加热, 使 p 2=0.15MPa ,t 2=207℃ ,若m =0.1kg ,缸径=0.4m ,空气 求:过程加热量Q 。 解: 据题意 ()()121272.0T T m u u m U -=-=? 例6 已知:0.1MPa 、20℃的空气在压气机中绝热压缩后,导入换热器排走部分热量,再进入喷管膨胀到0.1MPa 、20℃。喷管出口截面积A =0.0324m2,气体流速c f2=300m/s 。已知压气机耗功率710kW ,问换热器的换热量。 解: 稳定流动能量方程 ——黑箱技术 例7:一台稳定工况运行的水冷式压缩机,运行参数如图。设空气比热 cp =1.003kJ/(kg·K),水的比热c w=4.187kJ/(kg·K)。若不计压气机向环境的散热损失、动能差及位能差,试确定驱动该压气机所需功率。[已知空气的焓差h 2-h 1=cp (T 2-T 1)] 解:取控制体为压气机(不包括水冷部分 流入: 流出: 6101325Pa 0.254310Pa 355600Pa B b eB p p p =+=+?=()()63 02160.110Pa 0.60.3m 0.0310J 30kJ W p V V =-=??-=?=斥L ?{}{}kJ/kg K 0.72u T =1 2T T =W U Q +?=()()212211U U U m u m u ?=-=-252 1.96010Pa (0.01m 0.05m)98J e W F L p A L =??=???=???={}{}kJ/kg K 0.72u T =W U Q +?=g V m pq q R T =()f 22g p c A R T =620.110Pa 300m/s 0.0324m 11.56kg/s 287J/(kg K)293K ???==??()111 11111m V m P e q p q P q u p v ++?++() 1 2 1 22222m V m e q p q q u p v ++Φ?Φ++水水

工程热力学期末试卷及答案

页脚内容1

页脚内容2

1 n c n κ - = - R =,代入上式得 页脚内容3

页脚内容4

页脚内容 6 及内能的变化,并画出p-v 图,比较两种压缩过程功量的大小。(空气: p c =1.004kJ/(kgK),R=0.287kJ/(kgK))(20分) 2.某热机在T1=1800K 和T2=450K 的热源间进行卡诺循环,若工质从热源吸热1000KJ ,试计算:(A )循环的最大功?(B )如果工质在吸热过程中与高温热源的温差为100K ,在过程中与低温热源的温差为50K ,则该热量中能转变为多少功?热效率是多少?(C )如果循环过程中,不仅存在传热温差,并由于摩擦使循环功减小10KJ ,则热机的热效率是多少?(14分) 3.已知气体燃烧产物的cp=1.089kJ/kg ·K 和k=1.36,并以流量m=45kg/s 流经一喷管,进口p1=1bar 、T1=1100K 、c1=1800m/s 。喷管出口气体的压力p2=0.343bar ,喷管的流量系数cd=0.96;喷管效率为 =0.88。求合适的喉部截 面积、喷管出口的截面积和出口温度。(空气:p c =1.004kJ/(kgK), R=0.287kJ/(kgK))(20分) 一.是非题(10分) 1、√ 2、√ 3、× 4、× 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、√ 二.选择题(10分) 1、B2、C3、B4、B5、A 三.填空题(10分) 1、功W;内能U 2、定温变化过程,定熵变化 3、小,大,0 4、对数曲线,对数曲线 5、 a kpv kRT ==, c M a = 四、名词解释(每题2分,共8分) 孤立系统:系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统。 焓:为简化计算,将流动工质传递的总能量中,取决于工质的热力状态的那部分能量,写在一起,引入一新的物理量,称为焓。 热力学第二定律:克劳修斯(Clausius)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。开尔文一浦朗克(Kelvin —Plank)说法:不可能制造只从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。 相对湿度:湿空气的绝对湿度v ρ与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s ρ的比值, 称为相对湿度?。 五简答题(8分)

哈工大工程热力学习题答案——杨玉顺版

第二章 热力学第一定律 思 考 题 1. 热量和热力学能有什么区别?有什么联系? 答:热量和热力学能是有明显区别的两个概念:热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量,是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的;而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合,是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之,热量是热能的传输量,热力学能是能量?的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出;热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何? 答:二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-,()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d (变大) 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+(变大) 很相像,为什么热量 q 不是状态参数,而焓 h 是状态参数? 答:尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+(变大)似乎相象,但两者 的数学本质不同,前者不是全微分的形式,而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是,看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说,其循环积分:()dh du d pv =+??? 因为 0du =?,()0d pv =? 所以 0dh =?, 因此焓是状态参数。 而 对 于 能 量 方 程 来 说 ,其循环积分:

材料热力学与动力学复习题答案

一、常压时纯Al 的密度为ρ=2.7g/cm 3 ,熔点T m =660.28℃,熔化时体积增加5%。用理查得规则和克-克方程估计一下,当压力增加1Gpa 时其熔点大约是多少? 解:由理查德规则 RTm Hm R Tm Hm Sm ≈??≈?= ? …① 由克-克方程V T H dT dP ??=…② 温度变化对ΔH m 影响较小,可以忽略, ①代入②得 V T H dT dP ??=dT T 1V Tm R dp V T Tm R ?≈??≈…③ 对③积分 dT T 1 V T Tm R p d T Tm Tm p p p ?? ?+?+?= 整理 ??? ? ??+?=?T m T 1ln V T m R p V T R V Tm R Tm T ??=???≈ Al 的摩尔体积 V m =m/ρ=10cm 3=1×10-5m 3 Al 体积增加 ΔV=5%V m =0.05×10-5m 3 K 14.60314 .810510R V p T 7 9=??=??=?- Tm’=Tm+T ?=660.28+273.15+60.14=993.57K 二、热力学平衡包含哪些内容,如何判断热力学平衡。 内容:(1)热平衡,体系的各部分温度相等;(2)质平衡:体系与环境所含有的质量不变;(3)力平衡:体系各部分所受的力平衡,即在不考虑重力的前提下,体系内部各处所受的压力相等;(4)化学平衡:体系的组成不随时间而改变。 热力学平衡的判据: (1)熵判据:由熵的定义知dS Q T δ≥不可逆可逆 对于孤立体系,有0Q =δ,因此有 dS 可逆 不可逆 ≥,由于可逆过程由无限多个平衡态组成,因此对于孤立体系有 dS 可逆 不可逆0≥,对于封闭体系,可将体系和环境一并作为整个孤立体系来考虑熵的变化,即平衡 自发环境体系总0S S S ≥?+?=? (2)自由能判据 若当体系不作非体积功时,在等温等容下,有 ()0d ,≤V T F 平衡状态 自发过程 上式表明,体系在等温等容不作非体积功时,任其自然,自发变化总是向自由能减小的方向 进行,直至自由能减小到最低值,体系达到平衡为止。 (3)自由焓判据 若当体系不作非体积功时,在等温等压下,有 0d ≤G 平衡状态 自发过程 所以体系在等温等容不作非体积功时,任其自然,自发变化总是向自由能减小的方向进 行,直至自由能减小到最低值,体系达到平衡为止。

同济大学《工程热力学》期末模拟试卷

同济大学《工程热力学》期末模拟试卷 第一部分 选择题(共15分) 一、单项选择题(本大题共15小题,每题只有一个正确答案,答对一题得1分,共15分) 1、压力为10 bar 的气体通过渐缩喷管流入1 bar 的环境中,现将喷管尾部截去一段, 其流速、流量变化为。 【 】 A.流速减小,流量不变 B.流速不变,流量增加 C.流速不变,流量不变 D.流速减小,流量增大 2、某制冷机在热源T 1= 300K ,及冷源T 2= 250K 之间工作,其制冷量为1000 KJ ,消耗功为250 KJ ,此制冷机是 【 】 A.可逆的 B.不可逆的 C.不可能的 D.可逆或不可逆的 3、系统的总储存能为 【 】 A. U B. U pV + C. 2/2f U mc mgz ++ D. 2 /2f U pV mc mgz +++ 4、熵变计算式2121(/)(/)p g s c In T T R In p p ?=-只适用于 【 】 A.一切工质的可逆过程 B.一切工质的不可逆过程 C.理想气体的可逆过程 D.理想气体的一切过程 5、系统进行一个不可逆绝热膨胀过程后,欲使系统回复到初态,系统需要进行一个【】过 程 。 【 】

A.可逆绝热压缩 B.不可逆绝热压缩 C.边压缩边吸热 D.边压缩边放热 6、混合气体的通用气体常数,【】。【】 A.与混合气体的成份有关 B.与混合气体的质量有关 C.与混合气体所处状态有关 D.与混合气体的成份、质量及状态均无关系 7、贮有空气的绝热刚性密闭容器中装有电热丝,通电后如取空气为系统,则【】 A.Q>0,△U>0,W>0 B.Q=0,△U>0,W>0 C.Q>0,△U>0,W=0 D.Q=0,△U=0,W=0 8、未饱和空气具有下列关系【】 A.t>t w>t d B.t>t d>t w. C.t = t d = t w D.t = t w>t d 9、绝热节流过程是【】过程。【】 A.定压 B.定温 C.定熵 D.节流前后焓相等 10、抽汽式热电循环的结果是【】 A.提高循环热效率,提高热能利用率 B.提高循环热效率,降低热能利用率 C.降低循环热效率,提高热能利用率 D.降低循环热效率,降低热能利用率 11、一个橡皮气球在太阳下被照晒,气球在吸热过程中膨胀,气球内的压力正比于气球的容积,则气球内的气球进行的是【】 A.定压过程 B.多变过程 C.定温过程 D.定容过程 12、气体的容积比热是指【】

材料热力学试题

年 秋 季学期研究生课程考试试题 考 试 科 目:材料热力学 学生所在院(系):材料学院、航天学院 学生所在学科:材料学、材料加工工程 (* 题签与答题纸一起上交) 一、仔细阅读下列论述,判断正误,如果错误,请说明该论述违反了哪些热力学原理,并给出正确的论述。(16分) (1)在一炉10吨的钢水(Fe-C 二元溶体)中加入12克碳后,使钢水的吉布斯自由能的增加值即为Fe 的化学位。 (2)中间化合物的组元间的亲和力越大,与化合物相邻的端际固溶体的溶解度越大。 (3)在隔离体系中,体系的发展趋势是达到宏观有序。 (4)恒温恒压下,如果两相的吉布斯自由能相等,则两相彼此处于平衡状态。 二、(1)请推导如下公式: , , (9分) (2)在定压热容Cp 的经验表达式通常采用Cp=a+bT+cT -2的形式,请导出此时焓(H)、熵(S)和Gibbs 自由能(G)的表达式。(9分) 三、简答题: (1)请解释化合物的标准生成焓、标准生成自由能。(6分) (2)用吉布斯自由能曲线及公切线法则说明某些化合物(中间相)存在的成分范围可能不包含其理想配比的成分。(6分) (3)简述Calphad 的三要素及其主要功能。(6分) (4)请解释Onsager 倒易关系、最小熵产生原理。(6分) 四、请分析溶解度间隙和有序无序转变发生的热力学条件,并讨论在何种情况下会导致在一个材料中同时发生溶解度间隙和有序无序转变。(8分) 五、试从热力学的角度分析合金低温时效过程中出现GP 区(与母相晶体结构相同的溶质原子富集区),包括自由能-成分曲线、GP 区形核的形核驱动力。(8分) 六、50%Au-50%Cu(原子百分数)的混合物在高温下形成固溶体,在低温下形成化合物(CuAu),(10分) (1)1mol Cu 和1mol Au 在1150K 恒温混合,此时的Gibbs 自由能的变化量为多少?假设Cu 和Au 形成理想溶体。 (2)计算CuAu 化合物和Cu-Au 理想溶体的相变温度。假设Cu-Au 固溶体和有序化合物之间的相变为一级相变。 (3)实测的CuAu 化合物和Cu-Au 理想溶体之间的相变温度为683K 。请解释你计算的结果比实测结果高或者低的原因。 所需数据:CuAu 化合物的形成焓=-11904J/mol ,CuAu 化合物的形成熵忽略不计;Cu 的熔 学院学号姓名 (/)(1/)P G T H T ???=?????P G S T ???=- ????V P G T =??? ????

工程热力学期末试卷及答案

一.就是非题 1.两种湿空气的相对湿度相等,则吸收水蒸汽的能力也相等。() 2.闭口系统进行一放热过程,其熵一定减少() 3.容器中气体的压力不变,则压力表的读数也绝对不会改变。() 4.理想气体在绝热容器中作自由膨胀,则气体温度与压力的表达式为 k k p p T T 11212-??? ? ??=() 5.对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析,其结果与所取系统的形式无关。() 6.工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程,则工质熵的变化就是一样的。() 7.对于过热水蒸气,干度1>x () 8.对于渐缩喷管,若气流的初参数一定,那么随着背压的降低,流量将增大,但最多增大到临界流量。() 9.膨胀功、流动功与技术功都就是与过程的路径有关的过程量() 10.已知露点温度d t 、含湿量d 即能确定湿空气的状态。() 二.选择题(10分) 1.如果热机从热源吸热100kJ,对外作功100kJ,则()。 (A)违反热力学第一定律;(B)违反热力学第二定律; (C)不违反第一、第二定律;(D)A 与B 。 2.压力为10bar 的气体通过渐缩喷管流入1bar 的环境中,现将喷管尾部截去一小段,其流速、流量变化为()。 A 流速减小,流量不变(B)流速不变,流量增加 C 流速不变,流量不变(D)流速减小,流量增大 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()。 (A)系统的初、终态;(B)系统所经历的过程; (C)(A)与(B);(D)系统的熵变。 4.不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后,其结果只能就是()。 (A)全部水变成水蒸汽(B)部分水变成水蒸汽 (C)部分或全部水变成水蒸汽(D)不能确定 5.()过程就是可逆过程。 (A)、可以从终态回复到初态的(B)、没有摩擦的 (C)、没有摩擦的准静态过程(D)、没有温差的 三.填空题(10分) 1.理想气体多变过程中,工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2.蒸汽的干度定义为_________。 3.水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________,在高温时较__________,在临界温度为__________。 4.理想气体的多变比热公式为_________ 5.采用Z 级冷却的压气机,其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释(每题2分,共8分) 1.卡诺定理: 2..理想气体 3.水蒸气的汽化潜热 5.含湿量 五简答题(8分) 1、证明绝热过程方程式 2、已知房间内湿空气的d t 、wet t 温度,试用H —d 图定性的确定湿空气状态。 六.计算题(共54分) 1.质量为2kg 的某理想气体,在可逆多变过程中,压力从0、5MPa 降至0、1MPa,温度从162℃降至27℃,作出膨胀功267kJ,从外界吸收热量66、8kJ 。试求该理想气体的定 值比热容p c 与V c [kJ/(kg ·K)],并将此多变过程表示在v p -图与s T -图上(图上 先画出4个基本热力过程线)。(14分) 2.某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13、5bar,t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0、08bar 的干饱与蒸汽,设环境温度t0=20℃,试求:汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率(15分) 3.压气机产生压力为6bar,流量为20kg/s 的压缩空气,已知压气机进口状态1p =1bar,1t =20℃,如为不可逆绝热压缩,实际消耗功就是理论轴功的1、 15倍,求压气 机出口温度2t 及实际消耗功率P 。(已知:空气p c =1、004kJ/(kgK),气体常数R=0、287kJ/(kgK))。(15分) 4.一卡诺循环,已知两热源的温度t1=527℃、T2=27℃,循环吸热量Q1=2500KJ,试求:(A)循环的作功量。(B)排放给冷源的热量及冷源熵的增加。(10分) 一.就是非题(10分) 1、× 2、× 3、× 4、√ 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、× 二.选择题(10分) 1、B 2、A3、A4、A5、C 三.填空题(10分)

材料力学学生习题解答

E F N1 F N3 F N2 β (c) 2-1 试绘出下列各杆的轴力图。 2-2 求下列结构中指定杆内的应力。已知(a)图中杆的横截面面积A 1=A 2=1150mm 2; 解:(1)分析整体,作示力图 ∑=0)(i B F M : 041088=??-?A F 40kN A F = (2)取部分分析,示力图见(b ) ∑=0)(i C F M : 02442.22=?+?-?q F F A N 2(404402) 36.36kN 2.2 N F ?-?== 3 2622 36.361031.62MPa 115010N F A σ-?===?杆 (3)分析铰E ,示力图见(c ) ∑=0ix F : 0sin 12=-βN N F F 22 1221 40.65kN 2 N N F F +=?= 3 1 6 11 37.9610 35.3MPa 115010N F A σ-?= ==?杆 F 2F F N 2F F N A E C D B F A F B C F A F Cy F Cx N2(b)

2-3 求下列各杆内的最大正应力。 (3)图(c)为变截面拉杆,上段AB 的横截面积为40mm 2,下段BC 的横截面积为30mm 2,杆材料的ρg =78kN/m 3。 解:1.作轴力图,BC 段最大轴力在B 处 6N 120.530107812.0kN B F -=+???= AB 段最大轴力在A 处 6N 1212(0.5300.540)107812.0kN A F -=++?+???= 3 N 26 12.010 400MPa 30mm 3010B B F σ--?===? 3 N 2 6 12.010 300MPa 40mm 4010A A F σ--?= ==? 杆件最大正应力为400MPa ,发生在B 截面。 2-4 一直径为15mm ,标距为200mm 的合金钢杆,比例极限内进行拉伸试验,当轴向荷载从零缓慢地增加58.4kN 时,杆伸长了0.9mm ,直径缩小了0.022mm ,确定材料的弹性模量E 、泊松比ν。 解:加载至58.4kN 时,杆件横截面中心正应力为 3 N 24 58.410330.48MPa 1.5104 F A σπ-?==??= 线应变:3 33 Δ0.910 4.51020010 l l ε--?===?? 弹性模量:33 330.48MPa 73.410MPa 4.510 E σ ε -===?? 侧向线应变:310467.115 022 .0-?==, ε 泊松比:, 0.326 εμε= = 2-6图示短柱,上段为钢制,长200mm ,截面尺寸为100×100mm 2;下段为铝制,长300mm ,截面尺寸为200×200mm 2。当柱顶受F 力作用时,柱子总长度减少了0.4mm ,试求F 值。已知E 钢=200GPa ,E 铝=70GPa 。 解:柱中的轴力都为F ,总的变形(缩短)为: 12 0.20.3Δg l F F l E A E A = + 123 99Δ0.20.30.410 0.20.3200100.10.170100.20.21931.0kN g l l F E A E A -= ?? +???????=?? +?????????? = A B C 12.0 12.0 F N (kN)

(完整版)工程热力学习题集附答案

工程热力学习题集 一、填空题 1.能源按使用程度和技术可分为 能源和 能源。 2.孤立系是与外界无任何 和 交换的热力系。 3.单位质量的广延量参数具有 参数的性质,称为比参数。 4.测得容器的真空度48V p KPa =,大气压力MPa p b 102.0=,则容器内的绝对压力为 。 5.只有 过程且过程中无任何 效应的过程是可逆过程。 6.饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域,位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态:未饱和水 饱和水 湿蒸气、 和 。 7.在湿空气温度一定条件下,露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 、水蒸气含量越 ,湿空气越潮湿。(填高、低和多、少) 8.克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9.熵流是由 引起的。 10.多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11.能源按其有无加工、转换可分为 能源和 能源。 12.绝热系是与外界无 交换的热力系。 13.状态公理指出,对于简单可压缩系,只要给定 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14.测得容器的表压力75g p KPa =,大气压力MPa p b 098.0=,则容器内的绝对压力为 。 15.如果系统完成某一热力过程后,再沿原来路径逆向进行时,能使 都返回原来状态而不留下任何变化,则这一过程称为可逆过程。 16.卡诺循环是由两个 和两个 过程所构成。 17.相对湿度越 ,湿空气越干燥,吸收水分的能力越 。(填大、小) 18.克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19.熵产是由 引起的。 20.双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有:( )、( )、( )。 22、理想气体的热力学能是温度的( )函数。 23、热力平衡的充要条件是:( )。 24、不可逆绝热过程中,由于不可逆因素导致的熵增量,叫做( )。 25、卡诺循环由( )热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的( )、( )、( )。 31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时,该热力系为_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。

材料热力学与动力学复习题

一、常压时纯Al 的密度为ρ=2.7g/cm 3,熔点T m =660.28℃,熔化时体积增加5%。用理查得规则和克-克方程估计一下,当压力增加1Gpa 时其熔点大约是多少? 解:由理查德规则 RTm Hm R Tm Hm Sm ≈??≈?= ? …① 由克-克方程V T H dT dP ??=…② 温度变化对ΔH m 影响较小,可以忽略, ①代入②得 V T H dT dP ??=dT T 1V Tm R dp V T Tm R ?≈??≈…③ 对③积分 dT T 1 V T Tm R p d T Tm Tm p p p ?? ?+?+?= 整理 ??? ? ??+?=?Tm T 1ln V Tm R p V T R V Tm R Tm T ??=???≈ Al 的摩尔体积 V m =m/ρ=10cm 3=1×10-5m 3 Al 体积增加 ΔV=5%V m =0.05×10-5m 3 K 14.60314 .810510R V p T 7 9=??=??=?- Tm’=Tm+T ?=660.28+273.15+60.14=993.57K 二、热力学平衡包含哪些内容,如何判断热力学平衡。 内容:(1)热平衡,体系的各部分温度相等;(2)质平衡:体系与环境所含有的质量不变;(3)力平衡:体系各部分所受的力平衡,即在不考虑重力的前提下,体系内部各处所受的压力相等;(4)化学平衡:体系的组成不随时间而改变。 热力学平衡的判据: (1)熵判据:由熵的定义知dS Q T δ≥不可逆可逆 对于孤立体系,有0Q =δ,因此有 dS 可逆 不可逆 ≥,由于可逆过程由无限多个平衡态组成,因此对于孤立体系有 dS 可逆 不可逆0≥,对于封闭体系,可将体系和环境一并作为整个孤立体系来考虑熵的变化,即平衡 自发环境体系总0S S S ≥?+?=? (2)自由能判据 若当体系不作非体积功时,在等温等容下,有 ()0d ,≤V T F 平衡状态 自发过程 上式表明,体系在等温等容不作非体积功时,任其自然,自发变化总是向自由能减小的方向 进行,直至自由能减小到最低值,体系达到平衡为止。 (3)自由焓判据 若当体系不作非体积功时,在等温等压下,有 d ≤G 平衡状态 自发过程 所以体系在等温等容不作非体积功时,任其自然,自发变化总是向自由能减小的方向进 行,直至自由能减小到最低值,体系达到平衡为止。

工程热力学期末考试试题

建筑环境与设备工程专业 一、选择题(每小题3分,共分) 1.若已知工质的绝对压力P=0.18MPa,环境压力Pa=0.1MPa,则测得的压差为( B ) A.真空pv=0.08Mpa B.表压力pg=0.08MPa C.真空pv=0.28Mpa D.表压力pg=0.28MPa 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 ) A.q=0 B. Wt=W C. Wt>W D. Wt

A.焓值增加 B.焓值减少 C.熵增加 D.熵减少 7.空气在渐缩喷管内可逆绝热稳定流动,其滞止压力为0.8MPa,喷管后的压力为0.2MPa,若喷管因出口磨损截去一段,则喷管出口空气的参数变化为( C ) A.流速不变,流量不变 B.流速降低,流量减小 C.流速不变,流量增大 D.流速降低,流量不变 8.把同样数量的气体由同一初态压缩到相同的终压,经( A )过程气体终温最高。 A.绝热压缩 B.定温压缩 C.多变压缩 D.多级压缩 9._________过程是可逆过程。( C ) A.可以从终态回复到初态的 B.没有摩擦的 C.没有摩擦的准平衡 D.没有温差的 10.绝对压力p, 真空pv,环境压力Pa 间的关系为( D ) A.p+pv+pa=0 B.p+pa-pv=0 C.p-pa-pv=0 D.pa-pv-p=0 11 Q.闭口系能量方程为( D ) A. +△U+W=0 B.Q+△U-W=0 C.Q-△U+W=0 D.Q-△U-W=0 12.气体常量Rr( A )

材料力学习题集 (有答案)

绪 论 一、 是非题 1.1 材料力学主要研究杆件受力后变形与破坏的规律。 ( ) 1.2 内力只能是力。 ( ) 1.3 若物体各点均无位移,则该物体必定无变形。 ( ) 1.4 截面法是分析应力的基本方法。 ( ) 二、选择题 1.5 构件的强度是指( ),刚度是指( ),稳定性是指( )。 A. 在外力作用下构件抵抗变形的能力 B. 在外力作用下构件保持其原有的平衡状态的能力 C. 在外力作用下构件抵抗破坏的能力 1.6 根据均匀性假设,可认为构件的( )在各点处相同。 A. 应力 B. 应变 C. 材料的弹性常数 D. 位移 1.7 下列结论中正确的是( ) A. 内力是应力的代数和 B. 应力是内力的平均值 C. 应力是内力的集度 D. 内力必大于应力 参考答案:1.1 √ 1.2 × 1.3 √ 1.4 × 1.5 C,A,B 1.6 C 1.7 C 轴向拉压 一、选择题 1. 等截面直杆CD 位于两块夹板之间,如图示。杆件与夹板间的摩擦力与杆件自重保持平衡。设杆CD 两侧的摩擦力沿轴线方向均匀分布,且两侧摩擦力的集度均为q ,杆CD 的横截面面积为A ,质量密度为ρ,试问下列结论中哪一个是正确的? (A) q gA ρ=; (B) 杆内最大轴力Nmax F ql =; (C) 杆内各横截面上的轴力N 2 gAl F ρ= ; (D) 杆内各横截面上的轴力N 0F =。 2. 低碳钢试样拉伸时,横截面上的应力公式N F A σ=适用于以下哪一种情况? (A) 只适用于σ≤p σ; (B) 只适用于σ≤e σ; (C) 3. 在A 和B

和点B 的距离保持不变,绳索的许用拉应力为[]σ 取何值时,绳索的用料最省? (A) 0; (B) 30; (C) 45; (D) 60。 4. 桁架如图示,载荷F 可在横梁(刚性杆)DE 为A ,许用应力均为[]σ(拉和压相同)。求载荷F 的许用值。以下四种答案中哪一种是正确的? (A) []2 A σ; (B) 2[]3A σ; (C) []A σ; (D) 2[]A σ。 5. 一种是正确的? (A) 外径和壁厚都增大; (B) 外径和壁厚都减小; (C) 外径减小,壁厚增大; (D) 外径增大,壁厚减小。 6. 三杆结构如图所示。今欲使杆3的轴力减小,问应采取以下哪一种措施? (A) 加大杆3的横截面面积; (B) 减小杆3的横截面面积; (C) 三杆的横截面面积一起加大; (D) 增大α角。 7. 图示超静定结构中,梁AB 为刚性梁。设l ?示杆1的伸长和杆2的正确答案是下列四种答案中的哪一种? (A) 12sin 2sin l l αβ?=?; (B) 12cos 2cos l l αβ?=?; (C) 12sin 2sin l l βα?=?; (D) 12cos 2cos l l βα?=?。 8. 图示结构,AC 为刚性杆,杆1和杆2力变化可能有以下四种情况,问哪一种正确? (A) 两杆轴力均减小; (B) 两杆轴力均增大; (C) 杆1轴力减小,杆2轴力增大; (D) 杆1轴力增大,杆2轴力减小。 9. 结构由于温度变化,则: (A) (B) (C)

工程热力学习题解答

1. 热量和热力学能有什么区别?有什么联系? 答:热量和热力学能是有明显区别的两个概念:热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量,是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的;而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合,是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之,热量是热能的传输量,热力学能是能量?的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出;热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何? 答:二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h p v =-,()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d (变大) 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+(变大) 很相像,为什么热量 q 不是状态参数,而焓 h 是状态参数? 答:尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+(变大)似乎相象,但两者的数学本 质不同,前者不是全微分的形式,而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是,看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说,其循环积分:()dh du d pv =+??? 因为 0du =?,()0d pv =? 所以 0dh =?, 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说,其循环积分: q du pdv δ=+??? 虽然: 0du =? 但是: 0pdv ≠? 所以: 0q δ≠? 因此热量q 不是状态参数。 4. 用隔板将绝热刚性容器分成A 、B 两部分(图2-13),A 部分装有1 kg 气体,B 部分为高度真空。将隔板抽去后,气体热力学能是否会发生变化?能不能用 d d q u p v δ=+ 来分析这一过程?

工程热力学期末试题答案.doc

全国考研专业课高分资料 中北大学 《工程热力学》 期末题 笔记:目标院校目标专业本科生笔记或者辅导班笔记 讲义:目标院校目标专业本科教学课件 期末题:目标院校目标专业本科期末测试题2-3 套 模拟题:目标院校目标专业考研专业课模拟测试题 2 套 复习题:目标院校目标专业考研专业课导师复习题 真题:目标院校目标专业历年考试真题,本项为赠送项,未公布的不送!

中北大学工程热力学试题(A)卷(闭卷) 2013--2014 学年第一学期 学号:姓名: 一、单项选择题(本大题共 15 小题,每题只有一个正确答案,答对一题得 1 分,共15分) 1、压力为 10 bar 的气体通过渐缩喷管流入 1 bar 的环境中,现将喷管尾部 截去一段,其流速、流量变化为。【】 A. 流速减小,流量不变 B.流速不变,流量增加 C.流速不变,流量不变 D. 2 、某制冷机在热源T1= 300K,及冷源消耗功为 250 KJ ,此制冷机是流速减小,流量增大 T2= 250K 之间工作,其制冷量为 【】 1000 KJ, A. 可逆的 B. 不可逆的 C.不可能的 D. 可逆或不可逆的 3、系统的总储存能为【】 A. U B. U pV C. U mc2f / 2 mgz D. U pV mc2f / 2 mgz 4、熵变计算式s c p In (T2 / T1) R g In ( p2 / p1) 只适用于【】 A. 一切工质的可逆过程 B.一切工质的不可逆过程 C.理想气体的可逆过程 D.理想气体的一切过程 5、系统进行一个不可逆绝热膨胀过程后,欲使系统回复到初态,系统需要进行 一个【】过程。

第二章热力学第一定律练习题及解答

第 二 章 热力学第一定律 一、思考题 1. 判断下列说法是否正确,并简述判断的依据 (1)状态给定后,状态函数就有定值,状态函数固定后,状态也就固定了。 答:是对的。因为状态函数是状态的单值函数。 (2)状态改变后,状态函数一定都改变。 答:是错的。因为只要有一个状态函数变了,状态也就变了,但并不是所有的状态函数都得 变。 (3)因为ΔU=Q V ,ΔH=Q p ,所以Q V ,Q p 是特定条件下的状态函数? 这种说法对吗? 答:是错的。?U ,?H 本身不是状态函数,仅是状态函数的变量,只有在特定条件下与Q V ,Q p 的数值相等,所以Q V ,Q p 不是状态函数。 (4)根据热力学第一定律,因为能量不会无中生有,所以一个系统如要对外做功,必须从 外界吸收热量。 答:是错的。根据热力学第一定律U Q W ?=+,它不仅说明热力学能(ΔU )、热(Q )和 功(W )之间可以转化,有表述了它们转化是的定量关系,即能量守恒定律。所以功的转化 形式不仅有热,也可转化为热力学能系。 (5)在等压下,用机械搅拌某绝热容器中的液体,是液体的温度上升,这时ΔH=Q p =0 答:是错的。这虽然是一个等压过程,而此过程存在机械功,即W f ≠0,所以ΔH≠Q p 。 (6)某一化学反应在烧杯中进行,热效应为Q 1,焓变为ΔH 1。如将化学反应安排成反应相 同的可逆电池,使化学反应和电池反应的始态和终态形同,这时热效应为Q 2,焓变为ΔH 2,则ΔH 1=ΔH 2。 答:是对的。Q 是非状态函数,由于经过的途径不同,则Q 值不同,焓(H )是状态函数,只要始终态相同,不考虑所经过的过程,则两焓变值?H 1和?H 2相等。 2 . 回答下列问题,并说明原因 (1)可逆热机的效率最高,在其它条件相同的前提下,用可逆热机去牵引货车,能否使火 车的速度加快? 答?不能。热机效率h Q W -=η是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。

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