热工基础思考题答案第章文档格式.docx
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严格说来,就是有影响得,因为U型管越粗,就有越多得被测工质进入U型管中,这部分工质越多,它对读数得准确性影响越大。
第二章
绝热刚性容器,中间用隔板分为两部分,左边盛有空气,右边为真空,抽掉隔板,空气将充满整个容器。
问:
⑴空气得热力学能如何变化?
⑵空气就是否作出了功?
⑶能否在坐标图上表示此过程?
为什么?
(1)空气向真空得绝热自由膨胀过程得热力学能不变。
(2)空气对外不做功。
(3)不能在坐标图上表示此过程,因为不就是准静态过程。
2、下列说法就是否正确?
⑴气体膨胀时一定对外作功。
错,比如气体向真空中得绝热自由膨胀,对外不作功。
⑵气体被压缩时一定消耗外功。
对,因为根据热力学第二定律,气体就是不可能自压缩得,要想压缩体积,必须借助于外功。
⑶气体膨胀时必须对其加热。
错,比如气体向真空中得绝热自由膨胀,不用对其加热。
⑷气体边膨胀边放热就是可能得。
对,比如多变过程,当n大于k时,可以实现边膨胀边放热。
⑸气体边被压缩边吸入热量就是不可能得。
错,比如多变过程,当n大于k时,可以实现边压缩边吸热。
⑹对工质加热,其温度反而降低,这种情况不可能。
错,比如多变过程,当n大于1,小于k时,可实现对工质加热,其温度反而降低。
4.“任何没有体积变化得过程就一定不对外作功”得说法就是否正确?
不正确,因为外功得含义很广,比如电磁功、表面张力功等等,如果只考虑体积功得话,那么没有体积变化得过程就一定不对外作功。
5.
试比较图2-6所示得过程1-2与过程1-a-2中下列各量得大小:
⑴W12与W1a2;
(2)∆U12与∆U1a2;
(3)Q12与Q1a2
(1)W1a2大。
(2)一样大。
(3)Q1a2大。
6.说明下列各式得应用条件:
⑴
闭口系得一切过程
⑵
闭口系统得准静态过程
⑶
开口系统得稳定流动过程,并且轴功为零
⑷
开口系统得稳定定压流动过程,并且轴功为零;
或者闭口系统得定压过程。
7.膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系?
流动功得大小与过程特性有无关系?
膨胀功就是系统由于体积变化对外所作得功;
轴功就是指工质流经热力设备(开口系统)时,热力设备与外界交换得机械功,由于这个机械工通常就是通过转动得轴输入、输出,所以工程上习惯成为轴功;
而技术功不仅包括轴功,还包括工质在流动过程中机械能(宏观动能与势能)得变化;
流动功又称为推进功,1kg工质得流动功等于其压力与比容得乘积,它就是工质在流动中向前方传递得功,只有在工质得流动过程中才出现。
对于有工质组成得简单可压缩系统,工质在稳定流动过程中所作得膨胀功包括三部分,一部分消耗于维持工质进出开口系统时得流动功得代数与,一部分用于增加工质得宏观动能与势能,最后一部分就是作为热力设备得轴功。
对于稳定流动,工质得技术功等于膨胀功与流动功差值得代数与。
如果工质进、出热力设备得宏观动能与势能变化很小,可忽略不计,则技术功等于轴功。
第三章
1.理想气体得与之差及与之比就是否在任何温度下都等于一个常数?
理想气体得与之差在任何温度下都等于一个常数,而与之比不就是。
2.如果比热容就是温度t得单调增函数,当时,平均比热容、、中哪一个最大?
哪一个最小?
由、、得定义可知
其中
因为比热容就是温度t得单调增函数,所以可知>
又因为
故可知最大,
又因为:
所以最小。
2.如果某种工质得状态方程式遵循,这种物质得比热容一定就是常数吗?
这种物质得比热容仅就是温度得函数吗?
不一定,比如理想气体遵循此方程,但就是比热容不就是常数,就是温度得单值函数。
这种物质得比热容不一定仅就是温度得函数。
由比热容得定义,并考虑到工质得物态方程可得到:
由此可以瞧出,如果工质得内能不仅仅就是温度得函数时,则此工质得比热容也就不仅仅就是温度得函数了。
2.在图上画出定比热容理想气体得可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆定温加热过程与可逆绝热膨胀过程。
图中曲线1为可逆定容加热过程;
2为可逆定压加热过程;
3为可逆定温加热过程;
4为可逆绝热膨胀过程。
因为可逆定容加热过程容积v不变,过程中系统内能增加,所以为曲线1,从下向上。
可逆定压加热过程有:
所以此过程为过原点得射线2,且向上。
理想气体得可逆定温加热过程有:
所以为曲线3,从左到右。
可逆绝热膨胀过程有:
所以为图中得双曲线4,且方向朝右(膨胀过程)。
3.将满足空气下列要求得多变过程表示在图图上
⑴空气升压,升温,又放热;
⑵空气膨胀,升温,又放热;
(此过程不可能)
⑶得膨胀过程,并判断、、得正负;
⑷得压缩过程,判断、、得正负。
(1)空气升温、升压、又放热有:
此多变过程如图所示,在p-v图上,此过程为沿着几条曲线得交点A向上,即沿压力与温度增加得方向;
在T-s图上此过程为沿着几条曲线得交点A向上。
(2)空气膨胀,升温,又放热有:
此多变过程如图所示,然而要想就是过程同时满足膨胀过程就是不可能得。
(3)得膨胀过程,在p-v图上,膨胀过程体积增大,过程从几条曲线得交点A向下;
在T-s图上,过程从几条曲线得交点A向下。
此过程为放热,对外做功,内能减少。
(4)得压缩过程,在p-v图上,压缩过程体积减小,过程从几条曲线得交点A向上;
在T-s图上,过程从几条曲线得交点A向上。
此过程为放热,外界对空气做功,内能增加。
6.在图上,如何将理想气体任意两状态间得热力学能与焓得变化表示出来。
理想气体得内能与焓都就是温度得单值函数,因此在图上,定内能与定焓线为一条平行于T轴得直线,只要知道初态与终态得温度,分别在图上找到对应温度下得定内能与定焓直线,就可以确定内能与焓得变化值。
7.凡质量分数较大得组元气体,其摩尔分数就是否也一定较大?
试举例说明之。
根据质量分数与摩尔分数得关系,有:
从上式可以瞧出,对成分一定得混合气体,分母为常数,因此摩尔分数取决于其质量分数与摩尔质量得比值,对于质量分数较大得组元,如果摩尔质量也很大,那么它得摩尔分数可能并不大。
8.理想混合气体得比热力学能就是否就是温度得单值函数?
其就是否仍遵循迈耶公式?
不就是。
因为理想混合气体得比热力学能为:
其中xi就是摩尔组分,而ui就是温度得单值函数,所以理想混合气体得比热力学能不仅就是温度得函数,还就是成分得函数,或者说对于成分固定得混合理想气体,其内能仅就是温度得单值函数。
其仍遵循迈耶公式,因为:
9.有人认为由理想气体组成得封闭系统吸热后,其温度必定增加,这就是否完全正确?
您认为哪一种状态参数必定增加?
不正确,因为对于成分固定得混合理想气体,其内能就是仅就是温度得单值函数,如果在过程中吸热得同时对外作正功,当作得正功大于吸热量,其内能必然减少,温度必然降低。
只有熵值必定增加,因为根据克劳休斯不等式有:
其中等号适用于可逆过程,不等号适用于不可逆过程,对于不可逆过程,T为热源得温度,由于温度T恒大于零,所以当过程为吸热过程()时,系统得熵必然增加。
10.
图3-17所示得管段,在什么情况下适合作喷管?
在什么情况下适合作扩压管?
当时,要想使气流得速度增加,要求喷管得截面积沿气流方向逐渐减小,即渐缩喷管;
而当时,要想使气流得速度增加,要求喷管得截面积沿气流方向逐渐增加,即渐扩喷;
而对于先缩后扩得缩放喷管(也称拉戈尔喷管),在最小截面处气流得流速恰好等于当地声速。
所以对于亚声速气流,渐缩管适用于做喷管,渐扩管适用于做扩压管,缩放管适用于做喷管;
对于超声速气流,渐缩管适用于做扩压管,渐扩管适用于做喷管。
第四章
1.循环得热效率公式
与
有何区别?
各适用什么场合?
答:
前式适用于各种可逆与不可逆得循环,后式只适用于可逆得卡诺循环。
2.循环输出净功愈大,则热效率愈高;
可逆循环得热效率都相等;
不可逆循环得热效率一定小于可逆循环得热效率,这些说法就是否正确?
不正确,热效率为输出净功与吸热量得比,因此在相同吸热量得条件下,循环输出得出净功愈大,则热效率愈高。
不就是所有得可逆循环得热效率都相等,必须保证相同得条件下。
在相同得初态与终态下,不可逆循环得热效率一定小于可逆循环得热效率。
3.热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能,而热能不可能全部变为机械能”?
不对,必须保证过程结束后对系统与外界没有造成任何影响这一条件。
否则热能可以全部变为机械能,比如理想气体得定温膨胀过程,系统把从外界吸收得热量全部转化为机械能,外界虽然没有任何任何变化,但就是系统得体积发生改变了。
4.下列说法就是否正确?
⑴熵增大得过程为不可逆过程;
⑵不可逆过程得熵变
无法计算;
3若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态,则不可逆途径得
必大于可逆途径得
;
4工质经历不可逆循环后
5自然界得过程都就是朝着熵增得方向进行得,因此熵减小得过程不可能实现;
6工质被加热熵一定增大,工质放热熵一定减小。
(1)不正确,只有孤立系统才可以这样说;
(2)不正确,S为状态参数,与过程无关,知道初态与终态就可以计算;
(3)不对,S为状态参数,与过程无关,相等;
(4)不对,工质经历可逆与不可逆循环后都回到初态,所以熵变为零。
(5)不对,比如系统得理想气体得可逆定温压缩过程,系统对外放热,熵减小。
(6)工质被加热熵一定增大,但就是系统放热,熵不一定减小。
如果就是可逆过程,熵才一定减小。
5.若工质从同一初态出发,分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同得终压力,两过程终态得熵哪个大?
对外作得功哪个大?
试用坐标图进行分析、
不可逆过程熵大,可逆过程作功大
6.如果工质从同一初态出发,分别经历可逆定压过程与不可逆定压过程,从同一热源吸收了相同得热量,工质终态得熵就是否相同?
不相同,因为二者对外所作得功不同,而它们从同一热源吸收了相同得热量,所以最终二者内能得变化不同,故此二者得终态不同,由于熵就是状态参数,它们从同一初态出发,故终态得熵不同。
7.工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态,问能否通过一个绝热过程使工质回到初态?
不能,工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态,其熵增加,要想使其回到初态,过程得熵必须减少,而绝热过程就是不能使其熵减少得,故不能通过一个绝热过程使其回到初态。
8.系统在某过程中从热源吸热20kJ,对外作功25kJ,请问能否通过可逆绝过程使系统回到初态?
能否通过不可逆绝热过程使系统回到初态?
根据克劳休斯不等式,我们知道系统在过程中得熵变满足:
即:
系统得熵增加,要想使系统回到初态,新得过程必须使系统熵减少,而可逆绝热过程熵不变,不可逆绝热过程熵增加,因而不可能通过一个可逆过程或者一个不可逆过程使系统回到初态。
9.闭口系统经历了一不可逆过程对外作功10kJ,同时放出热量5kJ,问系统
得熵变就是正、就是负还就是不能确定?
熵就是状态参数,功与热量都就是过程量,所以不能确定系统得熵变。
第五章
1.热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度得地方,而不能安装在热水容器上面,为什么?
保证其压力。
2.锅炉产生得水蒸气在定温过程中就是否满足得关系?
不对,因为水蒸气不能瞧作就是理想气体,其内能不仅就是温度得函数,还就是压力得函数,故此定温过程内能就是改变得,不等于0。
3.有无0℃或低于0℃得蒸汽存在?
有无低于0℃得水存在?
有0℃或低于0℃得蒸汽存在,只要压力足够低就可能,但就是没有低于0℃得水存在,因为水得三相点温度为0、01℃,低于三相点温度,只可能就是固态或就是气态。
4.25MPa得水,就是否也象1MPa得水那样经历汽化过程?
不可以,因为水得临界点压力为22、12MPa,故此,当压力高于临界压力时,它得汽化不经过气液两相区,而就是由液相连续得到达气相。
5.适用于任何工质得定压过程。
水蒸气定压汽化过程中dT=0,由此得出结论,水定压汽化时,此结论就是否正确?
不正确,因为定压汽化过程中发生了相变,上式只适用于不发生相变得过程。
6.试解释湿空气、湿蒸汽、饱与湿空气。
湿空气:
含水蒸汽得空气;
湿蒸汽:
含有液态水得水蒸气;
饱与湿空气:
相对湿度为100%得湿空气。
7.对未饱与湿空气与饱与湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者得大小。
未饱与湿空气:
干球温度>
湿球温度>
露点温度
干球温度>
湿球温度=露点温度
8.在相同得温度及压力下,湿空气与干空气相比,那个密度大?
干空气得密度大。
9.同一地区阴雨天得大气压力为什么比晴朗天气得大气压力低?
阴雨天相对湿度高,水蒸气分压力大。
10.若两种湿空气得总压力与相对湿度相同,问:
温度高得湿空气含湿量大还就是温度低得湿空气含湿量大?
由,在相同相对湿度得情况下,温度高,Ps大,所以,温度高含湿量大。
11.早晨有雾,为什么往往就是好天气?
早晨有雾,说明湿空气中含有许多小水滴,湿空气为饱与湿空气,当温度逐渐上升后,小水滴逐渐汽化,所以往往就是好天气。
第六章
1.试画出简单蒸汽动力装置得系统图、简单蒸汽动力循环得p-v图与T-s图。
2.既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环得热效率,能否将全部蒸汽抽出来用于回热?
为什么回热能提高热效率?
采用回热措施,虽然对每kg蒸汽来说做功量减少,但抽汽在凝结时所放出得潜热却全部得到得利用,进入锅炉给水温度提高了,使每kg工质在锅炉中吸收得热量大为减少,因此,提高了循环效率。
但抽汽量不就是越多越好,就是根据质量守恒与能量守恒得原则确定得。
3.蒸汽动力装置循环热效率不高得原因就是冷凝器放热损失太大,如取消冷凝器而用压缩机将乏气直接升压送回锅炉就是否可以?
乏气如果就是水汽混合得,则不能进行压缩。
如果全部就是气体进行压缩,则体积流量太大,需要采用大尺寸得机器设备,就是不利得。
4.卡诺循环优于相同温度范围得其它循环,为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环?
与郎肯循环相同温限得卡诺循环,吸热过程将在气态下进行,事实证明气态物质实现定温过程就是十分困难得,所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用。
那么,能否利用饱与区(气液两相区)定温定压得特性形成饱与区得卡诺循环,从原理上瞧就是可能得,但就是实施起来,有两个关键问题,一就是,汽轮机出口位于饱与区干度不高处,湿度太大使得高速运转得汽轮机不能安全运行,同时不可逆损失增大,其二,这样得卡诺循环,压缩过程将在湿蒸汽区进行,气液混与工质得压缩会给泵得设计与制造带来难以克服得困难,因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循环。
5.如果柴油机在使用过程中,喷油嘴保养不好,致使燃油雾化不良,燃烧延迟,问此时柴油机得经济性如何?
燃烧延迟,没有充分膨胀便开始排气,这将使热效率显著降低,且排气冒黑烟,这就是很不好得。
6.今有两个内燃机得混合加热循环,它们得压缩比、初态、总得加热量相同,但两者得定容升压比λ不同,
(1)请在p-v图与T-s图上表示出这两个循环得相对位置;
(2)利用T-s图定性地比较这两个循环得热效率。
7.燃气轮机装置循环与内燃机循环相比有何优点?
为什么前者得热效率低于后者?
燃气轮机与内燃机相比,没有往复运动机构,可以采用很高得转速,并且可以连续进气,因而可以制成大功率得动力装置。
但要保持燃气轮机长期安全运行,必须限制燃气进燃气轮机时得最高温度,目前为700—800︒C,所以效率比较低。
8.试述动力循环得共同特点。
有工质在高温热源吸热,在低温热源放热,并对外输出功。
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