热工学原理期末复习

1、第二学期期末复习热工学原理第一章:基本概念一、名词解释1、热力系统(P10）(）闭口系统（控制质量系统):与外界无物质互换的系统。（2）开口系统(控制容积系统)：与外界有物质互换的系统。(3)绝热系统：与外界无热量互换的系统。（）孤立系统：与外界既无能量（功、热）互换又无物质互换的系统。2、状态参数(101)(1）状态参数：用于描述工质所处状态的宏观物理量。（2）压力：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强)，。（）温度:宏观上,温度是用来标志物体冷热限度的物理量；微观上,气体的温度是构成气体的大量分子平均移动动能的量度。t=73.15K。(4)比体积：单位质量的工质所占有的体积，单位：m3/k。(）密度:单位体积工质的质量，,单位：k/m。3、热力过程（P13）系统由一种状态达到另一种状态的变化过程称为热力过程,简称过程。4、可逆过程(P14)如果系统完毕了某一过程之后，再沿着原途径逆行而回到本来的状态，外界也随之答复到本来的状态而不留下任何变化,则这一过程称为可逆过程。二、问答题1、(1）表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数

2、与否也许变化？答:不能，由于表压力或真空度只是一种相对压力。若工质的压力不变,测量其压力的压力表或真空计的读数也许变化,由于测量所处的环境压力也许发生变化。、（13)当真空表批示数值愈大时，表白被测对象的实际压力愈大还是愈小?答：真空表批示数值愈大时，表白被测对象的实际压力愈小。3、（14)准平衡过程与可逆过程有何区别？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，因此可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。第二章：热力学第一定律一、名词解释热力学第一定律的实质（21）(1）热力学第一定律的实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律。（2)热力学第一定律的表述在热能与其她形式能的互相转换过程中,能的总量始终不变。不耗费能量就可以产生功的第一类永动机是不也许导致功的。二、计算题（2)空气在某压气机中被压缩,压缩前空气的参数为1.Pa,v1=0.84m；压缩后为p=0.8P,v2=.15m3/kg。若在压缩过程中每公斤空气的热力学能增长为146.5J,同步向外界放热kJ，压气机每分钟生产压缩气体kg。试求:(1）压缩过程中对每公斤空气所作的压缩功;(2）生产1g压缩空气所需的轴功;(3)

3、带动此压气机所需功率至少为多少（kW）？解:()。(2）忽视气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功。（)。第三章：抱负气体的性质与热力过程一、名词解释1、抱负气体状态方程式（3）,=8.4J/(mo）。2、热容（P537）（1）热容:物体温度升高1(或1）所需要的热量称为该物体的热容量,简称热容。(2)比热容:单位质量物质的热容量称为该物质的比热容（质量热容),单位为J(kK)或k/(kgK)，。(）比定容热容。比定容热容是在体积不变的状况下比热力学能对温度的偏导数,其数值等于在体积不变的状况下物质温度变化1K时比热力学能的变化量。（）比定压热容。比定容热容是在压力不变的状况下比晗对温度的偏导数，其数值等于在压力不变的状况下物质温度变化K时比晗的变化量。(5) 迈耶公式:，（、分别为摩尔定压热容、摩尔定容热容)(6）比热容比,，。3、混合气体的成分()（）质量分数：如果混合气体由k种组元气体构成,其中第i种组元的质量mi与混合气体总质量m的比值称为该组元的质量分数，。（2）摩尔分数：如果混合气体由k种组元气体构成,其中第i种组元的物质的量n与混合气体的物质的量n的比值称为该

4、组元的摩尔分数,，,。(3)体积分数:如果混合气体由种组元气体构成，其中第i种组元的分体积Vi与混合气体总体积V的比值称为该组元的体积分数,，。4、抱负气体的基本热力过程（061)（1）定容过程：气体比体积保持不变的过程称为定容过程。(2）定压过程:气体压力保持不变的过程称为定压过程。(3）定温过程：气体温度保持不变的过程称为定温过程。(4)绝热过程：气体与外界没有热量互换的状态变化过程称为绝热过程。可逆绝热过程称为定熵过程。多种热力过程的计算公式过程过程方程式初、终状态参数间的关系互换的功量互换的热量q/(J/kg)w/(J/kg)wt/（Jkg）定容v=定数;0定压p定数；或定温pv=定数；定熵v=定数或0二、问答题1、(31)抱负气体的和之差及和之比与否在任何温度下都等于一种常数？答：抱负气体的和之差在任何温度下都等于一种常数，而和之比不是。2、(3)如果比热容是温度t的单调增函数,当时，平均比热容、中哪一种最大？哪一种最小?答：由、的定义可知:，其中;，其中;，其中。由于比热容是温度的单调增函数，因此可知,又由于，故可知最大。又由于,因此最小。、()如果某种工质的状态方程式遵循

5、,这种物质的比热容一定是常数吗?这种物质的比热容仅是温度的函数吗?答：不一定,例如抱负气体遵循此方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。这种物质的比热容不一定仅是温度的函数。由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到：，由此可以看出，如果工质的内能不仅仅是温度的函数时,则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。4、(34）在图上画出定比热容抱负气体的可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆定温加热过程和可逆绝热膨胀过程。答: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。由于可逆定容加热过程容积不变,过程中系统内能增长,所觉得曲线1，从下向上。抱负气体的可逆定压加热过程有:,因此此过程为过原点的射线2，且向上。抱负气体的可逆定温加热过程有:，气体对外做功,体积增长，所觉得曲线3，从左到右。抱负气体的可逆绝热膨胀过程有:（c1、c2为常数)所觉得图中的双曲线4，且方向朝右（膨胀过程)。三、计算题1、（2）体积为0.07m3的刚性储气筒，装有压力为705a、温度为0的空气。筒上装有一排气阀，压力达到8.7515时就启动,压力将为8.41

6、05P时才关闭。若由于外界加热的因素,导致阀门启动。问：(1）当阀门启动时，筒内温度为多少？（2）因加热而失掉多少空气？设筒内空气温度在排气过程中保持不变。解:设气体的初态参数为,阀门启动时气体的参数为,阀门重新关闭时气体的参数为，考虑到刚性容器有：，且。（1)当阀门启动时,贮气筒内压力达到875105Pa,因此此时筒内温度和气体质量分别为：,。（2）阀门重新关闭时，筒内气体压力降为8.4105Pa，且筒内空气温度在排气过程中保持不变，因此此时筒内气体质量为。因此,因加热失掉的空气质量为。2、(33)一绝热刚体气缸,被一导热的无摩擦的活塞提成两部分。最初活塞被固定在某一位置,气缸的一侧储有.4P、30的抱负气体.5g，而另一侧储有.12MPa、30、.5k的同样气体。然后松开活塞任其自由移动,最后两侧达到平衡。设比热容为定值试求:(1)平衡时的温度(）；(2)平衡时的压力（MPa)。解:(1）气体可以看作是抱负气体，抱负气体的内能是温度的单值函数,选用绝热气缸内的两部分气体共同作为热力学系统，在过程中,由于气缸绝热，系统和外界没有热量互换，同步气缸是刚性的，系统对外作功为零,故过程中系

7、统的内能不变,而系统的初温为30，因此平衡时系统的温度仍为3。(2）设气缸一侧气体的初始参数为，终态参数为,另一侧气体的初始参数为,终态参数为，重新平衡时整个系统的总体积不变,因此先规定出气缸的总体积。，,。终态时，两侧的压力相似,即,对两侧分别写出状态方程，终态时的压力。3、(34）5k的Ar气体经历了一热力学能不变的过程，初态为1=6.105P、=60K,膨胀终了的体积2=3V1。r气体可作为抱负气体,设比热容为定值，Rg=0.08kJ/(kK）,求终温、终压及总熵变量。解：由于A可看作抱负气体，抱负气体的内能时温度的单值函数，过程中内能不变,故终温,由状态方程可求出终压为。总熵变量。4、()kg的空气,由初态p10.3P、t1=0经下列不同过程膨胀到同一终压p201Pa;(1)定温;(2）定熵;(）n=1.2。试比较不同过程中空气对外作的膨胀功、互换的热量和终温。解：(1)定温：。由抱负气体的状态方程可得到初终态的体积:,。因此气体对外所作的功和吸取的热量分别为：,。（2)定熵:相称于可逆绝热过程，气体对外所作的功和热量分别为：Q=，终温。(3)=1.2：为多变过程，根据过程方程

8、可得到气体的终温。气体对外所作的功和热量分别为：,。5、(38）一氧气瓶的体积为0.4m3，内盛p1=147.1P的氧气,其温度与室温相似，即t=t0=2。(1)如启动阀门,使压力迅速下降到p2=755105P,求此时氧气的温度t2和所放出的氧气的质量；（2)阀门关闭后，瓶内氧气的温度与压力将如何变化；（3）如放气极为缓慢，以致瓶内气体与外界随时处在热平衡,当压力自141105Pa降到73.5105P时，所放出的氧气较第一种状况是多还是少？解:()如果放气过程不久,瓶内气体来不及和外界互换热量，同步假设容器内的气体在放气过程中,时时处在准平衡态，过程可看作可逆绝热过程。因此气体终温。瓶内本来的气体质量。放气后瓶内气体的质量因此放出的氧气质量为。()阀门关闭后，瓶内气体将升温,直到和环境温度相似，即T3=T1=20273.15()=293.15,压力将升高，根据抱负气体状态方程可得到，最后平衡时的压力为。(3)如果放气极为缓慢，以至瓶内气体与外界随时处在热平衡，即放气过程为定温过程，因此放气后瓶内的气体质量为，,故所放的氧气比的一种状况多。第四章:热力学第二定律一、名词解释热力循环(P485）(1)热力循环:工质通过一系列的状态变化,重新答复到本来状态的所有过程。(2)正向循环(动力循环、热机循环)：将热能转换为机械能的循环。循环热效率。(3)逆向循环：消耗外界提供的功量，将热量从低温热源传递到高温热源的循环。(4）制冷装置的制冷系数。（5)热泵的供热系数。第九章:导热一、名词解释1、等温线与等势面(P7）在同一时刻,温度场中温度相似的点所连成的线或面。2、温度梯度（P15）温度梯度表达等温面法线方向的温度变化，。温度梯度是矢量，其方向沿等温面的法线指向温度增进的方向。、热导率（P17）热导率是物质的重要热物性参数，表达该物质导热能力的大小。，热导率的值等于温度梯度的绝对值为1K时的热流密度值。4、边界条件（P185186）由于物体内部的导热现象总是在外部环境的作用下发生的，因此需要阐明导热物体边界上的热状态以及与周边环境之间的互相作用。(1)第一类边界条件给出物体边界上的温度分布及其随时间的

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