工程热力学复习思考题二 - 答案

复习思考题二答案

一、填空题（每空1分，共10分）

1、热力学第一定律解析式有时写成q =∆u ＋12

⎰pdv ，此式适用于任意系统、任意工质和可逆过程。

2、既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除它？对于往复式压气机，余隙容积不可能完全消除；对于旋转式压气机，则有可能完全消除。

3、气体动力循环和蒸汽动力循环提高循环热效率的共同原则：提高工质的平均吸热温度。

4、理想气体状态方程：pV nRT =。

5、刚性容器内湿空气温度保持不变而充入干空气，容器内湿空气的φ减小，d 减小，p v 减小。（增大或减小）

二、判断题（每题1分，共20分）

1、闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，但系统内质量保持恒定的热力系不一定是闭口系统。（√）

2、可以由基本能量方程式得出功、热量和热力学能是相同性质的参数的结论。（×）

3、工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出的功中不需要减去活塞排斥大气功才是有用功。（√）

4、气体流入真空容器，需要推动功。（×）

5、摩尔气体常数R 值是随气体的状态不同而不同的。（×）

6、如果某种工质的状态方程式为pv=RgT ，这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。（√）

7、麦耶公式的推导用到理想气体方程，因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。（√）

8、气体吸热后温度一定升高。（×）

9、熵是状态参数，只与初终状态有关，与过程无关。（√）

10、定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程。（√）

三、选择题（每题1分，共10分）

1、 热力学第一定律解析式有时写成：q=∆u ＋w ，那么适用范围是（A ）

（A ）任意系统、任意工质和任意过程

（B ）闭口系统、任意工质和任意过程

（C ）任意系统、任意工质和可逆过程

（D ）闭口系统、任意工质和可逆过程

2、湿蒸汽经定温膨胀过程后其内能变化（B ）

（A ）△U=0（B ）△U ＞0

（C ）△U ＜0（D ）△U ＜0或△U ＞0

3、压气机压缩气体所耗理论轴功为（C ）

（A ）pdv 12⎰ （B ）d pv ()12⎰ （C ） pdu 12

⎰

＋p 1v 1－p 2v 2

4、多级（共Z 级）压气机压力比的分配原则应是（B ）

（A）βi=（P Z+1+P1）/Z （B）βi=（P Z+1/P1）1/Z

（C）βi=P Z+1/P1 （D）βi=（P Z+1/P1）/Z

5、工质熵减少的过程（B）

（A）不能进行（B）可以进行

（C）必须伴随自发过程才能进行

（D）不确定

6、闭口系统功的计算式W=U1－U2（D）

（A）只适用于可逆绝热过程。

（B）只适用于绝热自由膨胀过程。

（C）只适用于理想气体的绝热过程。

（D）适用于可逆与不可逆的绝热过程。

7、如果热机从热源吸热100kJ，对外作功100kJ，则（B）。

（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和B

8、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）。

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

9、系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值大小取决于（D）。

（A）系统的熵变（B）系统所经历的过程；

（C）（A）和（B）（D）系统的初、终态

10、不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后，其结果只能是（A）。

（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

四、简答题（每题6分，共48分）

1、经验温标的缺点是什么?为什么?

答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。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制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。

2、水的三相点的状态参数是不是唯一确定的？三相点与临界点有什么差异？答：水的三相点状态参数不是唯一的，其中温度、压力是定值而比体积不是定值；临界点是唯一的，其比体积、温度、压力都是确定的；三相点是三相共存的点，临界点是饱和水线与饱和蒸汽线的交点，在该点饱和水线与饱和蒸汽线不再有分别。

3、范德瓦尔方程的精度不高，但是在实际气体状态方程的研究中范德瓦尔方程的地位却很高，为什么？

答：范德瓦尔方程是第一个实际气体状态方程，在各种实际气体状态方程中它的形式最简单；它较好地定性地描述了实际气体的基本特征；其它半理论半经验的状态方程都是沿范德瓦尔方程前进的。

4、平衡的一般判据是什么？讨论自由能判据、自由焓判据和熵判据的关系。答：孤立系统熵增原理给出了热力学平衡的一般判据，即熵判据。孤立系统中过

程进行的方向是使熵增大的方向，当熵达到最大值时，过程不能再进行下去，孤立系统达到热力学平衡状态。

在等温定压条件下，熵判据退化为吉布斯自由能（自由焓）判据：系统的自发过程朝着使吉布斯自由能减小的方向进行；等温定容条件下，熵判据退化为亥姆霍兹自由能（自由能）判据：系统的自发过程朝着使亥姆霍兹自由能减小的方向进行。

5、为什么工质的热力学能、焓和熵为零的基准可以任选，所有情况下工质的热力学能、焓和熵为零的基准都可以任选？理想气体的热力学能或焓的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值？对理想气体的熵又如何？

答：在工程热力学里，在无化学反应及原子核反应的过程中，化学能、原子核能都不变化，可以不考虑，因此热力学能包括内动能和内位能。内动能由温度决定，内位能由v 决定。这样热力学能由两个状态参数决定。所以热力学能是状态参数。由公式可以看到，焓也是由状态参数决定，所以也是状态参数。对于理想气体热力学能和焓只是温度的函数。

6、请给“不可逆过程”一个恰当的定义。请归纳热力过程中有哪几种不可逆因素？

答：各种不可逆因素总可以表示为将机械能耗散为热能，例如温差传热，卡诺说：凡是有温度差的地方都可以产生动力。因此，温差传热使得本可以作出的功没有作出，这就相当于将机械能耗散为热能。凡是最终效果都可以归结为使机械能耗散为热能的过程都是不可逆过程。热力过程中的不可逆因素有功热转换、有限温差传热、自由膨胀、混合过程、电阻等等。

7、什么叫对应态定律？为什么要引入对应态定律？什么是对比参数？

答：在相同的对比态压力和对比态温度下，不同气体的对比态比体积必定相同。引入对应态原理，可以使我们在缺乏详细资料的情况下，能借助某一资料充分的参考流体的热力性质来估算其它流体的性质。某气体状态参数与其临界参数的比值称为热力对比参数。（对比参数是一种无量纲参数）

8、压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？

答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。

五、综合题（每题11分，共22分。）

1、在如图 1 所示的 T-s 图上任意可逆过程 1-2 的热量如何表示？理想气体在 1 和 2 状态间的热力学能变化量、焓变化量如何表示？若在 1-2 经过的是不可逆过程又如何？

pv u h +=