《工程热力学与传热学》——期末复习题-77791458609821975

中国石油大学（北京）远程教育学院期末复习题《工程热力学与传热学》一. 选择题1. 孤立系统的热力状态不能发生变化；（×）2. 孤立系统就是绝热闭口系统；（×）3. 气体吸热后热力学能一定升高；（×）4. 只有加热，才能使气体的温度升高；（×）5. 气体被压缩时一定消耗外功；（√ ）6. 封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（√ ）7. 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关；（√ ）8. 在闭口热力系中，焓h是由热力学能u和推动功pv两部分组成。

（×）9. 理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。

（×）10. 对于确定的理想气体，其定压比热容与定容比热容之比cp/cv的大小与气体的温度无关。

（×）11. 一切可逆热机的热效率均相同；（×）12. 不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（×）13. 如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（√ ）14. 如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变；（×）15. 不可逆过程的熵变无法计算；（×）16. 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（×）17. 封闭热力系统发生放热过程，系统的熵必然减少。

（×）18. 由理想气体组成的封闭系统吸热后其温度必然增加；（×）19. 知道了温度和压力，就可确定水蒸气的状态；（×）20. 水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（×）21. 对未饱和湿空气，露点温度即是水蒸气分压力所对应的水的饱和温度。

（√）二. 问答题1. 说明什么是准平衡过程？什么是可逆过程？指出准平衡过程和可逆过程的关系。

答：（1）准平衡过程：是假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近平衡态的过程，（2）可逆过程：是指如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路逆行，恢复到原来的状态，外界也随之回复到原来的状态的过程。

（3）准平衡过程和可逆过程的关系：准平衡过程着眼于系统内的平衡，可逆过程着眼于系统和外界的总平衡。

一个准平衡过程不一定是可逆过程，但一个可逆过程一定是一个准平衡过程。

可逆过程是无耗散的准平衡过程。

2. 试指出膨胀功，技术功，流动功的区别和联系？写出流动功的计算公式，说明流动功大小与过程特性有无关系？答：（1）膨胀功：是由于工质体积的变化对外所做的功；技术功：是指工程技术上可以直接利用的功，包括宏观动能，宏观位能，轴功；流动功：推动工质流动而做的功称为流动功。

膨胀功，技术功，流动功的联系为：)(21)(2f s 1122t pv z g c w v p v p w w ∆+∆+∆+=-+=。

（2）流动功的计算公式：)(1122f pv v p v p w ∆=-=，其大小与过程的特性无关，只与进出口的状态有关。

3. 试指出膨胀功，轴功，技术功，流动功的区别和联系，写出可逆过程中膨胀功，技术功的计算公式。

答：（1）膨胀功：是由于工质体积的变化对外所做的功；技术功：是指工程技术上可以直接利用的功，包括宏观动能，宏观位能，轴功；流动功：推动工质流动而做的功称为流动功。

膨胀功，技术功，流动功的联系为：)(21)(2f s 1122t pv z g c w v p v p w w ∆+∆+∆+=-+=。

（2）可逆过程中膨胀功的计算公式：⎰=21d v p w ；技术功的计算公式：⎰-=21t d p v w 。

4. 写出开口系统稳定流动能量方程式的表达式，说明式中各量的含义。

答：（1）开口系统稳定流动的能量方程式为：s 2f 21w z g c h q +∆+∆+∆=。

（2）式中各量含义：q 为工质与外界交换的热量，h ∆为工质进出口焓的变化，2f 21c ∆为工质宏观动能的变化，z g ∆为工质宏观位能的变化，s w 系统对外所作轴功。

5. 试将满足空气下列要求的多变过程表示在p-v 图和T-s 图上（1）理想气体的定温，定压，定容和定熵过程；（2）空气升压，升温，又放热的热力过程。

答：6. 试将满足空气下列要求的多变过程表示在p-v 图和T-s 图上（1）理想气体的定温，定压，定容和定熵过程；（2）空气膨胀，升温，又吸热的热力过程。

答：7. 试将满足空气下列要求的多变过程表示在p-v 图和T-s 图上（1）理想气体的定温，定压，定容和定熵过程；（2）工质又膨胀，又降温，又放热的多变过程。

答：8. 回答什么是热力学第一定律？什么是热力学第二定律？写出两个与热力学第二定律相等价的数学表达式。

答：（1）热力学第一定律：在热能和机械能的相互转换过程中，能的总量保持不变。

（2）热力学第二定律：克劳修斯表述：不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其他变化。

开尔文-普朗克表述：不可能从单一热源取热，使之全部转变为功而不产生其他影响。

（3）与热力学第二定律等价的数学表达式：1）克劳修斯积分式：0≤⎰T Qδ，用于判断一个循环是否可能，是否可逆。

式中等号用于可逆循环，不等号用于不可逆循环。

2）孤立系统熵增原理：0d d g iso ≥=S S 。

孤立系统熵增原理指出孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。

孤立系统的熵增完全由熵产组成，式中等号用于可逆过程，不等号用于不可逆过程。

3）过程熵变的计算式：⎰≥∆21TQ S δ，用于判断过程能否进行，是否可逆，等号为可逆过程，不等号为不可逆过程。

（以上等价数学表达式写出2个即可）9. 说明什么是第一类永动机？什么是第二类永动机的含义，它们是否违反了热力学第一定律和热力学第二定律。

答：（1）第一类永动机：是指不花费代价就能够产生功的机器。

（2）第二类永动机：是指能够从单一热源取热并使之完全变为功的机器。

（3）第一类永动机违反了热力学第一定律。

第二类永动机不违反热力学第一定律，但却违反了热力学第二定律。

10. 什么是饱和湿空气？什么是未饱和湿空气？如何将未饱和湿空气转变为饱和湿空气？答：（1）饱和湿空气：是由干空气和干饱和水蒸气组成的空气。

（2）不饱和湿空气：是由干空气和过热水蒸气组成的空气。

（3）将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种：方法1：湿空气温度T 一定时，增加水蒸气分压力 )(s max v v T p p p ==,方法2：保持水蒸气含量v p 不变，降低湿空气温度)(v s p T T =。

11. 解释相对湿度，含湿量的含义。

写出水蒸气分压力，相对湿度，含湿量之间的相互关系。

答：（1）相对湿度：湿空气的绝对湿度ρv 与同温度下湿空气的最大绝对湿度ρs 之比称为湿空气的相对湿度，即：sv ρρϕ=。

（2）含湿量：在湿空气中，与单位质量干空气共存的水蒸气的质量，称为湿空气的含湿量。

（3）水蒸气分压力，相对湿度，含湿量的关系为：sb s v b v622.0622.0p p p p p p d ϕϕ-=-= 12. 说明朗肯循环的基本系统组成，指出在每个设备中完成的热力过程。

答：（1）朗肯循环的基本系统组成：锅炉，汽轮机，冷凝器，给水泵。

（2）锅炉中：未饱和水定压加热成为过热水蒸气过程；汽轮机中：过热水蒸汽在汽轮机中可逆绝热膨胀对外作功至冷凝压力过程；冷凝器中：湿蒸气可逆定压放热冷凝为饱和水过程；给水泵中：饱和水在凝结水泵中可逆绝热被压缩过程。

13. 写出朗肯循环热效率的计算公式？分析提高朗肯循环热效率的方法有哪些？答：（1）朗肯循环热效率公式为：由：322311,h h Q h h Q -=-= 得：3121413241121)()(h h h h h h h h h h Q Q Q --=----=-=η（2）提高朗肯循环热效率的方法有：1）保持蒸汽的初压1p ，终压2p 不变，提高蒸汽的初温1T ；2）保持蒸汽的初温1T ，终压2p 不变，提高蒸汽的初压1p ；3）保持蒸汽的初压1p ，初温1T 不变，降低蒸汽的终压2p ；4）在朗肯循环基础上，改进循环，如采用再热循环，回热循环等。

14. 分析采用再热循环的目的是什么？答：再热循环的目的主要在于增加蒸汽干度，以便在蒸气初温度限制下可以采用较高的初压力，从而提高循环热效率。

15. 分析采用回热循环的目的是什么？答：回热循环的目的主要是提高进入锅炉之前的给水，且减少冷源损失，从而提高循环的热效率。

16. 如图所示为蒸汽一次回热循环的T-s 图，指出图中与回热相关的热力过程，并写出一次回热循环热效率的计算公式。

答：（1）与回热有关的热力过程为：过程7-8-9：kg α工质在回热加热器中定压放热过程；过程4-9： kg )1(α-工质在回热加热器中定压吸热过程。

（2）热效率计算公式：由：））（（32210111,h h Q h h Q --=-=α 得：913210132101121)(11)(1)(h h h h h h h h h hQ Q Q ----=-----=-=）（）（ααη 17. 如图所示为蒸汽一次再热循环的T-s 图，指出与一次再热相关T-s 图T的热力过程及过程特点，并写出一次再热循环热效率的计算公式。

答：（1）与再热有关的热力过程为：过程7-1：工质在再热器中的定压加热过程。

（2）热效率计算公式：由：3227'1411'),h h Q h h h h Q -=-+-=（）（ 得：)()()()()(7'141327'141121h h h h h h h h h h Q Q Q -+----+-=-=η。

18. 写出傅里叶定律表达式的一般形式，说明其适用条件及式中负号的含义。

答：（1）傅里叶定律的表达形式用向量式表示：热流量为：,n t A∂∂-=λ 或用热流密度表示为：nt ∂∂-=λ。

（2）适用条件：各向同性物体。

式中负号含义：负号说明导热热流量的方向与温度梯度的方向共线反向，温度梯度的方向为沿着等温面的法线方向，并指向温度升高的方向，热流量的方向为温度降落的方向。

19. 写出直角坐标系下，非稳态，常物性，有内热源的导热微分方程形式，写出导温系数的定义式和物理意义。

答：（1）导热微分方程形式：)(222222z t y t x t a t ∂∂+∂∂+∂∂=∂∂τ；（2）导温系数：c a ρλ=，其物理意义为：材料传播温度变化能力大小的指标。

20. 一个具体导热问题的完整数学描述应包括哪些方面？答：（1）一个具体导热问题的完整数学描述包括：导热微分方程和相应的单值性条件（单值性条件包括4个方面：几何条件，物理条件，时间条件和边界条件。