热工理论基础答案 - 热工过程自动化专业

第三章 热力学第二定律

思考题1（p36） q 1 为任意热机循环的热效率公式； q T 1 为卡诺循环的热效率公式 T 4(p24)(1) Ⅹ;(2) Ⅹ;(3) Ⅹ;(4) Ⅹ;(5) Ⅹ;(6) Ⅹ 3-1(p24)解： 由克劳修斯不等式判断
2 t 1 2 c 1
T T
m

m c
2
2
lnBiblioteka 1T Tm
2
1 0 0 4 .1 8 7 ln
333 293
2 0 0 4 .1 8 7 ln
333 353
4 .7 3 9 k J / K
第九章流体及其物理性质


1（p108）流体有那些特性？试述液体和气体特性的异同点？ 答：流体具有流动性、压缩性、膨胀性、粘性。 相同点:液体和气体都具有流动性。 不同点：液体具有一定的体积而无一定的形状，而且液体往往存在 于其它气体或液体的分界面，液体不易被压缩；气体既无一定的体积也 无一定的形状，它可充满容纳它的空间。液体与气体比较，气体容易被 压缩。 2(p108)试述流体连续性介质假设的内容？并说明引入这个假设的必要性？ 答：连续介质假设：假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。 必要性：(1) 流体的密度、压强、速度、温度等物理量一般在空间和时间 上是连续分布的。(2) 在该假设条件下建立流体运动微分积分方程，可用 连续函数理论求解。
这两个公式适用于理想气体的任何过程。理想 气体在任意过程中热力学能和焓的变化 和 可 分别由以下积分式求得
u
v
p

2
1
cv d T ; h

2
1
c pdT
只有基准为零K时，h和u才同时为零。 2(p54)理想气体的cp和cv之差在任何温度下都等于一个 常数； 理想气体的cp和cv之比在任何温度下不等于一个常数。


(1) 4（p21） w
12
w 1 a 2 ; ( 2 ) U 1 2 U 1 a 2 ; (3) Q 1 2 Q 1 a 2
2-4(P22)废烟气带走的热量
Q 2 2 5 0 1 1 6 0 0 3 8 0 0 3 6 0 0 1 .5 9 1 0 k J
第五章水蒸气及蒸气动力循环



思考题1（p64）锅炉产生的水蒸气在定温过程中不满 足q=w,因为此时水蒸气不是理想气体。 2（p64） 答：有0 ℃或低于0 ℃的水蒸气存在。因为蒸发在任 何温度下都会进行。有低于0 ℃的水存在。降低压力， 则会有0 ℃的水存在。 思考题1（p76）
第七章气体的流动

1（p109）温度为20 ℃,流量为60m3/h的水流入加热器，经加热后，水 温升高到80 ℃，如果水的膨胀系数 5 5 0 1 0 1 / ℃ ，问水从加热器中流 出时，体积流量变为多少？ 解：设水从加热器中流出时，体积流量变为V
6 v
v
V /V T
6
550 10
热工理论基础
习题课
第一章 热力学的基本概念



3（p13）准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：1.可逆过程一定是准平衡过程； 2.准平衡过程不一定是可逆过程。 4（ p13 ）不可逆过程是无法恢复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程可能使工质沿相同的路径逆行恢复到原来状态， 但不能使相互作用中所涉及的外界也恢复到原来状态。 1-3（p13）解：气体所作的膨胀功


1（p89）声速取决于哪些因素？ 答：声速取决于气体介质的性质和气体的状态。 2（p89)为什么渐缩喷管中气体的流速不可能超过当地 声速? 答：根据渐缩喷管截面积变化率与流速变化率关系：
dA
又因 ，若 ，则与 A 0 矛盾。 所以渐缩喷管中气体的流速不可能超过当地声
M
a
dc 2 ( M a 1) 0 A c dc 0 c




6平衡状态：没有在外界影响的条件下，系统的各部分 在长时间内不发生任何变化的状态。 7可逆过程：如果系统完成了某一过程之后，有可能使 工质沿相同的路径逆向进行而恢复到原来状态，并使 相互作用所涉及的外界也恢复到原来状态，而不留下 任何改变，则这一过程称为可逆过程。 8孤立系统熵增原理：一切实际过程都一定朝着使孤立 系统熵增大的方向进行，任何使孤立系统熵减少的过 程都是不能发生的。 9平衡状态与稳定状态的区别是什么？ 答：平衡状态与稳定状态的差别：只要系统的参数不 随时间而改变，即认为系统处于稳定状态，它无须考 虑参数保持不变是如何实现的，但是，平衡状态必须 是在没有外界作用下实现参数保持不变。
1 1 m 1 2 2 2 1
1 0 0 4 .1 7 8 ( t 2 2 0 ) 2 0 0 4 .1 7 8 (8 0
t
m
)
解得 tm=60℃ 混合前后容器内水的熵变为
S S 1 S
2

T
T
1
m
mc
1
1
dT

T
T
T
m
m c
2
2
dT

2
T
mc
1
1
ln
W

V2
V1
pd V p (V 2 V 1 ) 0 .5 1 0 (0 .8 0 .4 ) 2 1 0 J
5 4
热力系统：被认为分割出来作为热力学分析对象的有限物质叫做热力系统。 平衡状态：没有在外界影响的条件下，系统的各部分在长时间内不发生任何 变化的状态。
第二章 热力学第一定律

(V 6 0 ) / 6 0 80 20

解得V=61.98 m3/h 2(9-5)解：根据题意：活塞与活塞缸接触面积 A L d 0 .1 4 5 9 ㎡ Au F 流体内摩擦力 h 2 8 .4 1 2 5 1 0 N s / ㎡ 动力粘性系数
7
乏汽带走的热量
Q 2 2 5 0 1 1 6 0 0 3 8 0 0 3 6 0 0 1 .5 9 1 0 k J
7
Q
2-8(P22)每千克工质每小时吸收热量
4 7
m ( h1 h 2 ) 4 1 0 ( 2 8 7 4 4 1 7 .4 ) 9 .8 2 6 4 1 0 Q 锅炉每小时耗煤量 m 3 8 5 3 .5 3 0 0 0 0 .8 5


10卡诺循环有哪些过程组成？请写出卡诺循环的热效率公式，并分析之？（此题由 同学们独立完成）。 11 100kg、温度为20℃的水与200kg、温度为80℃水在绝热容器中混合，求混合前 后水的熵变。已知水的比热容c=4.187kJ/(kg.K). 解：首先求混合水的温度tm.由于混合过程是在绝热条件下进行的，根据水的热平衡， 可得 m c (t t ) m c (t t )


Q
T

Q T
1

Q T
2

1000 540

(1 0 0 0 4 5 0 ) 300
0 .0 2 0
1
2
积分结果违背克劳修斯积分不等式，所以设计不合理。
第四章理想气体的性质及其热力过程
思考题

du c dT ; dh c dT 1（p54）理想气体热力学能和焓都是温度的单值函数.
F
Au
h
7 3 6 .4 N P F V 4 4 1 8 .4 w
克服摩擦力所需功率
0
dA
速
热力学补充习题


1
真空度：负的表压力通常称为真空度。



2第二永动机：从单一热源吸热使之完全转化为功的热 机。 3马赫数：研究气体流动时，通常把气体的流速与当地 声速的比值称为马赫数。 4热力系统：被认为分割出来作为热力学分析对象的有 限物质叫做热力系统。 5理想气体：气体分子之间的平均距离相当大，分子体 积与气体的总体积相比可忽略不计；分子之间无作用 力；分子之间的互相碰撞以及分子与容器壁的碰撞都 是弹性碰撞。