工程热力学部分简答题

1．均匀系统和单相系统的区别？
答：如果热力系统内部个部分化学成分和物理性质都均匀一致，则该系统成为均匀系统。

如果热力系统由单相物质组成，则该系统称为单相系统。

可见，均匀系统一定是单相系统，反之则不然。

2．试说明稳定、平衡和均匀的区别与联系？
答：稳定状态是指状态参数不随时间变化，但这种不变可能是靠外界影响来维持的。

平衡状态是指不受外界影响时状态参数不随时间变化。

均匀状态是指不受外界影响时不但状态参数不随时间变化，而且状态参数不随空间变化。

均匀→平衡→稳定
3．实现可逆过程的充分条件。

答：（1）过程是准静态过程，即过程所涉及的有相互作用的各物体之间的不平衡势差为无限小。

（2）过程中不纯在耗散效应，即不存在用于摩擦、非弹性变形、电流流经电阻等使功不可逆地转变为热的现象。

4．膨胀功、流动功、技术功、轴功有何区别与联系。

答：气体膨胀时对外界所做的功称为膨胀功。

流动功是推动工质进行宏观位移所做的功。

技术功是膨胀功与流动功的差值。

系统通过机械轴与外界所传递的机械功称为轴功。

5．焓的物理意义是什么，静止工质是否也有焓这个参数？
答：焓的物理意义为，当1kg 工质流进系统时，带进系统与热力状态有关的能量有内能u 和流动功pv ，而焓正是这两种能量的总和。

因此焓可以理解为工质流动时与外界传递的与其热力状态有关的总能量。

但当工质不流动时，pv 不再是流动功，但焓作为状态参数仍然存在。

6．机械能向热能的转变过程、传热过程、气体自由膨胀过程、混合过程、燃烧反应过程都是自发的、不可逆的。

热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不可能自动地、无偿地从低温物体传至高温物体。

7．循环热效率公式12
1q q q -=η和121T T T -=η是否完全相同？
答：前者用于任何热机，后者只用于可逆热机。

8．若系统从同一始态出发，分别经历可逆过程和不可逆过程到达同一终态，两个过程的熵变相同吗？
答：对系统来说，熵是状态参数，只要始态和终态相同，过程的熵变就相等。

所谓“可逆过程的熵变必然小于不可逆过程的熵变”中的熵变是指过程的总熵变，它应该包括系统的熵变和环境的熵变两部分。

在始态和终态相同的情况下，系统的熵变相同，而不可逆过程中环境的熵变大于可逆过程中环境的熵变。

9．g f
dS dS dS +=；熵可能大于零，可能等于零，也可能小于零。

T Q
dS f δ=----熵流，表示系统与外界交换的热量与热源温差的比
值。

0≥g dS （大于时为不可逆过程，等于时为可逆过程）----熵产，表示过程中不可逆因素引起的熵变，反映了过程的不可逆程度。

状态量（微元用d ）：内能（u ）、焓（h ）、熵（S ）、比热容（p c 和v c ）
过程量（微元用δ）：功（w ）、热量（q ）
1．压缩因子的物理意义是什么？ 答：0v v RT pv Z ==，它反映了实际气体与理想气体的偏离程度，也
反映了气体压缩性的大小，Z>1表示实际气体较理想气体难压缩，Z<1表示实际气体较理想气体易压缩。

2．对比态定律对处理实际气体有何作用？
答：凡是遵循同一对比态方程的任何物质，如果它们的对比参数)/(c r p p p 、r T 、r v 中有两个对应相等，则另一个对比参数也一定
相等，这些物质也就处于对应状态，这就是对比态定律。

凡是服从对比态定律，并能满足同一对比态方程的各种物质，称为热力学上相似的物质。

这为以对比参数确定普遍化压缩因子方法奠定了基础。

3．临界点：饱和液体线和饱和蒸气线的交点。

（临界温度是能发生气液相转变的最高温度，超过临界温度时，只有气体）
三相点：融化曲线、汽化曲线和升华曲线的交点。

（温度低于三相温度时，直接发生蒸气与固体的转变）
在v p -图上描述物质相变化规律：一点（临界点）、二线（饱和液体线和干饱和蒸汽线）、三区（位于饱和液体线左侧的未饱和液体区、位于干饱和蒸汽线右侧的蒸汽区和两条线之间的湿蒸汽区）、五态（未饱和液体、饱和液体、湿蒸汽、干饱和蒸汽和过热蒸汽）
问题：一个密闭容器内有水的气液混合物，对其加热能否一定变成蒸汽？
答：一定可以。

只要温度超过水的临界温度就能够变成蒸汽，因为温度超过临界温度时，只有气体存在。

4．相对湿度和含湿量（湿度）：
相对湿度是指湿空气中水蒸气的实际含量接近最大可能含量的程度，即湿空气中水蒸气的实际分压st p 与同温度下水蒸气饱和压
力s p 之比，s st
p p =ϕ；当1=ϕ时说明空气中的水蒸气处于饱和状态。

含湿量是指湿空气中所含水蒸气的质量与所含干空气质量之比，)(/1000a kg g m m d a
st ⨯= s s a st p p p p p d ⋅-⋅==ϕϕ622622；含湿量不变说明st p 保持不变。

干球温度（湿空气的实际温度）>湿球温度>露点温度（与st p 对应的饱和温度）。

当处于饱和状态时，三者相等；空气的相对湿度越小，水分蒸发越快，湿球温度比干球温度低得越多。

问题：冬季室内供暖时，为什么会感到空气干燥？
答：空气的相对湿度越小，空气越干燥。

冬季取暖时，室内空气逐渐升高，水蒸气炮和压力相应升高，而空气的含湿量不变，即分压力不变，所以相对湿度降低了。

1．定量理想气体经历两个任意过程b a -和c a -，若b 、c 两点在同一绝热线上，比较ab u ∆与ac u ∆的大小。

若b 、c 两点在同一条定
温线上，结果又如何？
答：因为内能是状态参数，所以ab bc ac
u u u ∆+∆=∆； 如果b 、c 在同一条绝热线上，则bc bc bc
w u q +∆= 由于b 、c 为压缩过程，所以0>-=∆bc bc w u ，从而ab ac u u ∆>∆
若b 、c 在同一条定温线上，则0=∆bc u ，从而ab ac u u ∆=∆
2．理想气体从同一初态膨胀到同一终态，定温膨胀比绝热膨胀相比，哪个过程做功多？若为压缩过程呢？
答：过程的v p -图如图所示，
绝热过程线比定温过程线要陡，
所以，膨胀时，定温过程做功较多；
压缩时，定温过程耗功较少。

3．如果等量的干空气与湿空气降低的温度相同，两者放出的热量是否相同？
答：空气冷却过程放出的热量等于空气冷却过程前后的焓差。

（1）不考虑水蒸气凝析时，
设干空气的质量为a st
m m +，则放热量为T m c T m c q st pa a pa ∆+∆=1
设湿空气的质量为st a m m +，则放热量为T m c T m c q st pst a pa ∆+∆=2
显然湿空气放出的热量更多。

（2）若考虑水蒸气凝析时，则还要增加水的汽化潜热，会放出更多的热量。

4．绝热节流过程中，工质焓、熵、压力、温度等各参数如何变化？
答：依据热力学第一定律，t w h q +∆=，如忽略动能和势能的变化，
则0=q ，0=t
w ，故0=∆h ，即绝热节流过程属于等焓节流，工质
焓不变。

节流过程，0=≥T q
dS δ，所以熵增加。

节流过程，由于流动阻力的作用，工质压力降低。

节流后的温度取决于节流系数j μ，若0>j
μ，节流后温度降低；若0<j μ，节流后温度升高；若0=j μ，节流温度不变。

理想气体节流后温度不变，而大多数降低。

5．对于能实现定温压缩的压气机，是否还需要才用多级压缩？多级压缩有哪些优缺点？
答：显然，定温压缩时，压气机的耗功量最少，压缩终了温度最低；绝热压缩时，压气机的耗功量最大，压缩终了温度最高；多变压缩介于两者之间，并随多变指数n 的减小而减小。

压缩终了气体温度过高会使得润滑油过热而变质，损坏压缩机，严重时还会引起爆炸。

因此在压缩过程中应力求工质得到充分冷却，使之趋于定温压缩。

所以工程上常采用多级压缩、级间冷却等方式实
现省功和降温。

与单级压缩相比多级压缩有以下优点：（1）排气温度低，这对于保证压缩机安全工作很有必要；（2）多级压缩较单级压缩省功；（3）多级压缩由于每一级压力比小，因而每一级的容积效率比单级压缩高，汽缸行程容积的有效利用率高；（4）多级压缩活塞上所受的最大气体力小，因为高级缸的汽缸直径可以做得较小。

6．为了节能环保，电厂用省煤器等来降低排烟温度。

问：排烟温度是否越低越好？为什么？
答：不是越低越好。

因为：1、排烟温度过低会引起低温腐蚀；2、降低排烟温度要求增加省煤器受热面和空气预热器受热面，使得制造成本提高。

7．自行车压力通常应维持在0.25MPa左右，用手动打气筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有什么后果？
答：打气筒的工作原理实际上与活塞式压缩机的工作原理相似；
p是外界大气压，2p是克服车胎气门所需要的压力。

若在其它情1
况保持不变的条件下，用湿毛巾包在打气筒的外壁使得打气筒内部的温度降低，根据理想气体状态方程T
pV
nR
，因为p和V不
m
变，T减小，则与原来相比，单位行程内进入车胎的气体会比原来多，最后导致车胎内压力大于0.25Mpa，甚至肯能会发生爆胎的现象。

1．什么是Exergy？Exergy定义的基准是什么？
答：Exergy是系统由任一状态经可逆过程变化到与给定环境状态相平衡时所做的最大理论功。

Exergy定义的基准是能量的可用程度。

2．热量Exergy和工质Exergy有何不同？他们都是状态参数吗？
答：热量Exergy是热量所能做出的最大有用功,它与热量一样也是过程量；
工质Exergy是指工质的理论做功能力，它是状态参数，当环境一定时，其值仅取决于工质本身所处的状态。

3．说明Exergy损失和熵产之间的关系。

答：Exergy损失与熵产之间成正比例关系。

即由温差引起的Exergy损失与熵产成正比，由摩擦引起的Exergy损失也与熵产成正比。

4．Exergy方程的物理意义是什么？
答：Exergy方程表明，系统提供的热量Exergy与工质焓Exergy 之和等于系统完成的技术功与Exergy损失之和。

可见，Exergy 方程综合了热力学第一定律和热力学第二定律，既体现了能量在数量上的关系，也表示了在质量上的关系。

5．Exergy效率与热效率有何不同？
答：Exergy效率是一种相对效率，它反应了实际气体过程偏离理想可逆过程的程度。

它从质量上说明了应该转变成的可用能中
有多少被实际利用了，而热效率只是从数量上说明了有多少热能转变成了功。

6．动力循环是指把热能转换成为机械能的循环，是正循环。

而广义热泵循环是通过消耗机械能把热量由低温物体传向高温物体的循环，是逆循环；
如果逆向循环的目的是为了维持低温热源的低温，则称该循环为制冷循环，
如果逆向循环的目的是为了维持高温热源的高温，则称该循环为供暖循环。

7．实际过程中不采用蒸汽卡诺循环的原因？
答：（1）绝热压缩过程难以实现；
（2）定熵膨胀末期，蒸汽湿度较大，对汽轮机工作不利；（3）蒸汽比体积比水大上千倍，压缩时设备庞大，耗功也大；（4）蒸汽卡诺循环也仅限于湿蒸汽区，上限温度T受限于临界温度，因此热效率不高，每循环完成的功也不大。