工程熱力學(xué)思考題和答案解析

1、工程熱力學(xué)思考題及答案第一章基本概念閉口系與外界無物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定，那么系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定 的熱力系一定是閉口系統(tǒng)嗎？答：不一定。穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量也可以保持恒定。有人認(rèn)為，開口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不可分割， 所以開口系統(tǒng)不可能是絕熱系。對不對，為什么？答：這種說法是不對的。工質(zhì)在越過邊界時，其熱力學(xué)能也越過了邊界。但熱力 學(xué)能不是熱量，只要系統(tǒng)和外界沒有熱量的交換就是絕熱系。平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系，平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián) 系？答：只有在沒有外界影響的條件下，工質(zhì)的狀態(tài)不隨時間變化，這種狀態(tài)稱之為 平衡狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)只要其工質(zhì)的狀態(tài)不隨時

2、間變化，就稱之為穩(wěn)定狀態(tài)，不考 慮是否在外界的影響下，這是它們的本質(zhì)區(qū)別。平衡狀態(tài)并非穩(wěn)定狀態(tài)之必要條 件。物系內(nèi)部各處的性質(zhì)均勻一致的狀態(tài)為均勻狀態(tài)。平衡狀態(tài)不一定為均勻狀態(tài)，均勻并非系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)之必要條件。假如容器中氣體的壓力沒有改變，試問安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會改 變嗎？絕對壓力計算公式p = Pb +P e (p P b)，P v=P b P (p b 0的過程必為不可逆過程（）（4）不可逆過程的熵變As無法計算（X）（5）如果從同一初始態(tài)到同一終態(tài)有兩條途徑，一為可逆，另一為不可逆，則 S不可逆S可逆，Sf,不可逆 Sf,可逆，七不可逆 Sg,可逆是否正確？答：S不可逆S可

3、逆、Sf,不可逆 Sf,可逆、Sg,不可逆 Sg,可逆（6）不可逆絕熱膨脹的終態(tài)熵大于初態(tài)熵，S2S1?不可逆絕熱壓縮的終態(tài)熵 小于初態(tài)S2S1不可逆絕熱壓縮的終態(tài)熵也大于 初態(tài)熵S2S。- ds 0, 0（7）工質(zhì)經(jīng)過不可逆循環(huán)有Tr ?-ds 0, 0答：工質(zhì)經(jīng)過不可逆循環(huán)有Tr從點a開始有兩個可逆過程：定容過程a-b和定壓過程a-c，b、c兩點在同一條絕熱線上，問qa b和qac哪個大？并在T-s上表示過程a-b、a-c及qab、qac答：由圖可知qa bqa cqa b 為 1-a-b-2-1 的面積；qa c 為 1-a-c -2-1 的面積某種理想氣體由同一初態(tài)經(jīng)可逆絕熱壓縮和不可

4、逆絕熱壓縮兩種過程將氣體壓縮到相同的終壓，在p-v圖和T-s圖上畫出兩過程，并在T-s圖上畫出兩過程的技術(shù)功及不可逆過程的用損失。答：由同一初態(tài)經(jīng)可逆絕熱壓縮和不可逆絕熱壓縮兩種過程到相同終壓如圖所 示。q h wt絕熱過程q0,所以wthh c (T T ) c (T T ) q p 21 p2”1p,1 2由圖可知，可逆絕熱壓縮過程的技術(shù)功為面積1-2T-j-m-1,不可逆絕熱壓縮 過程的技術(shù)功為面積1-2, T-f-m-1,不可逆過程的用損失為面積1-g-n-m-1對于一個孤立系統(tǒng)，其內(nèi)部若進行了可逆過程則孤立系統(tǒng)的總能不變，總熵不變總火用也不變？答：若系統(tǒng)內(nèi)進行的是不可逆過程則系統(tǒng)的總

5、能不變，總熵增加，總火用減小。第四章理想氣體的性質(zhì)怎樣正確看待“理想氣體”這個概念？在進行實際計算是如何決定是否可采 用理想氣體的一些公式？答：理想氣體：分子為不占體積的彈性質(zhì)點，除碰撞外分子間無作用力。理想氣 體是實際氣體在低壓高溫時的抽象，是一種實際并不存在的假想氣體。判斷所使用氣體是否為理想氣體（1）依據(jù)氣體所處的狀態(tài)（如：氣體的密度是 否足夠?。┕烙嬜鳛槔硐霘怏w處理時可能引起的誤差；（2）應(yīng)考慮計算所要求 的精度。若為理想氣體則可使用理想氣體的公式。氣體的摩爾體積是否因氣體的種類而異？是否因所處狀態(tài)不同而異？任何氣 體在任意狀態(tài)下摩爾體積是否都是0.022414m3/mol?答：氣體的

6、摩爾體積在同溫同壓下的情況下不會因氣體的種類而異；但因所處狀 態(tài)不同而變化。只有在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下摩爾體積為0.022414 m3/mol摩爾氣體常數(shù)R值是否隨氣體的種類不同或狀態(tài)不同而異？答：摩爾氣體常數(shù)不因氣體的種類及狀態(tài)的不同而變化。如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式為pv=RgT，那么這種工質(zhì)的比熱容、熱力學(xué)能、 焓都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？答：一種氣體滿足理想氣體狀態(tài)方程則為理想氣體，那么其比熱容、熱力學(xué)能、 焓都僅僅是溫度的函數(shù)。C p/對于一種確定的理想氣體，Cp Cv是否等于定值？ *Cv是否為定值？在不同溫度下Cp Cv、，v是否總是同一定值？c/答：對于確定的理想氣體在同一溫度下Cp Cv為定

7、值，-Cv為定值。在不同溫度下Cp Cv為定值，/ Cv不是定值邁耶公式是否適用于理想氣體混合物？是否適用于實際氣體？答：邁耶公式的推導(dǎo)用到理想氣體方程，因此適用于理想氣體混合物不適合實際 氣體。試論證熱力學(xué)能和焓是狀態(tài)參數(shù)，理想氣體熱力學(xué)能和焓有何特點？答：在工程熱力學(xué)里，在無化學(xué)反應(yīng)及原子核反應(yīng)的過程中，化學(xué)能、原子核能 都不變化，可以不考慮，因此熱力學(xué)能包括內(nèi)動能和內(nèi)位能。內(nèi)動能由溫度決定， 內(nèi)位能由v決定。這樣熱力學(xué)能由兩個狀態(tài)參數(shù)決定。所以熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)。由公式h = u + pv可以看到，焓也是由狀態(tài)參數(shù)決定，所以也是狀態(tài)參數(shù)。對于 理想氣體熱力學(xué)能和焓只是溫度的函數(shù)。氣體有兩

8、個獨立的參數(shù)，u(或h)可以表示為p和v的函數(shù)，即u= f (p, v)。 但又曾得出結(jié)論，理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵只取決于溫度，這兩點是否 矛盾？為什么？答：不矛盾。實際氣體有兩個獨立的參數(shù)。理想氣體忽略了分子間的作用力，所 以只取決于溫度。為什么工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓、熵為零的基準(zhǔn)可以任選？理想氣體的熱力學(xué)能或焓的參照狀態(tài)通常選定哪個或哪些個狀態(tài)參數(shù)值？對理想氣體的熵又如 何？答：在工程熱力學(xué)里需要的是過程中熱力學(xué)能、焓、熵的變化量。熱力學(xué)能、焓、 熵都只是溫度的單值函數(shù)，變化量的計算與基準(zhǔn)的選取無關(guān)。熱力學(xué)能或焓的參 照狀態(tài)通常取0K或0C時焓時為0,熱力學(xué)能值為0。熵的基準(zhǔn)狀態(tài)取 二10

9、1325Pa、T0 =0K 熵值為0氣體熱力性質(zhì)表中的u、h及s0的基準(zhǔn)是什么狀態(tài)？答：氣體熱力性質(zhì)表中的u、“及，0基準(zhǔn)是態(tài)是T0,p0 ,T0 0K , P0=101325Pa在如圖3-1所示的T-s圖上任意可逆過程1-2的熱量如何表示？理想氣體 在1和2狀態(tài)間的熱力學(xué)能變化量、焓變化量如何表示？若在1-2經(jīng)過的是 不可逆過程又如何？答：圖3-2中陰影部分面積為多變過程1 -2的熱量。對于多變過程其熱力學(xué)能變化量及焓變化量可由下面兩式計算得到:uc (TT )c (TT )qv 21v 21v,1 2hc (TT )c (TT )qP 21P 21p,12過初始狀態(tài)點，做定容線2-2，圖3

10、-3中陰影部分面積為多變過程1-2的 熱力學(xué)能變化量；過初始狀態(tài)點，做定壓線2-2，圖3-4中陰影部分面積 為多變過程1-2的焓變化量；若為不可逆過程，熱力學(xué)能、焓不變?nèi)缟蠄D。 熱量無法在圖中表示出來。理想氣體熵變計算式是由可逆過程導(dǎo)出的，這些計算式是否可用于不可逆過 程初、終態(tài)的熵變？為什么？答：可以。因為熵是狀態(tài)參數(shù)，只與初終狀態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)。ds L熵的數(shù)學(xué)定義式為 T ，比熱容的定義式為dq =cdT，故Tds = cdT 理想氣體的比熱容是溫度的單值函數(shù)，所以理想氣體的熵也是溫度的單值函 數(shù)。這一結(jié)論是否正確？若不正確，錯在何處？ds 一答： T中，qre為一微元可逆變化過程中與

11、熱源交換的熱量，而q CdT 中勺為工質(zhì)溫度升高dT所吸收的熱量，它們是不能等同的所以這一結(jié)論是錯誤 的。14.答：（1）氣體吸熱后熵一定增大（）。（2）氣體吸熱后溫度一定升高（）。（3）氣體吸熱后熱力學(xué)能一定升高（）。（4）氣體膨脹時一定對外做功（）（5）氣體壓縮時一定耗功（）(X)(2)(x) (3)(x) (4)(x) (5)M)道爾頓分壓定律和亞美格分體積定律是否適用于實際氣體混合物？答：不適用?；旌蠚怏w中如果已知兩種組分A和B摩爾分?jǐn)?shù)xAxB，能否斷定質(zhì)量分?jǐn)?shù)也 是wawb ？x Lw x Lw答：因為A M A A, B M B B，混合氣體的折合摩爾質(zhì)量相同，但是組分A 和B摩爾

12、的摩爾質(zhì)量大小關(guān)系不能確定。所以不能斷定WA WB第五章實際氣體的性質(zhì)及熱力學(xué)一般關(guān)系式實際氣體性質(zhì)與理想氣體性質(zhì)差異產(chǎn)生的原因是什么？在什么條件下才可以 把實際氣體作為理想氣體處理？答：理想氣體模型中忽略了氣體分子間的作用力和氣體分子所占據(jù)的體積。實際 氣體只有在高溫低壓狀態(tài)下，其性質(zhì)和理想氣體相近?；蛘咴诔爻合?，那些 不易液化的氣體，如氧氣、氦氣、空氣等的性質(zhì)與理想氣體相似，可以將它們看 作理想氣體，使研究的問題簡化。壓縮因子2的物理意義怎么理解？能否將Z當(dāng)作常數(shù)處理？答：壓縮因子為溫度、壓力相同時的實際氣體比體積與理想氣體比體積之比。壓 縮因子不僅隨氣體的種類而且隨其狀態(tài)而異，故每種

13、氣體應(yīng)有不同的Z = f(p,T) 曲線。因此不能取常數(shù)。范德瓦爾方程的精度不高，但在實際氣體狀態(tài)方程的研究中范德瓦爾方程的 地位卻很高，為什么？答：范德瓦爾方程其計算精度雖然不高，但范德瓦爾方程式的價值在于能近似地 反映實際氣體性質(zhì)方面的特征，并為實際氣體狀態(tài)方程式的研究開拓了道路，因此具有較高的地位。范德瓦爾方程中的物性常數(shù)a和b可以由試驗數(shù)據(jù)擬合得到，也可以由物質(zhì)的Tcr、pcr、vcr計算得到，需要較高的精度時應(yīng)采用哪種方法，為什么？答：當(dāng)需要較高的精度時應(yīng)采用實驗數(shù)據(jù)擬和得到a、b。利用臨界壓力和臨界溫 度計算得到的a、b值是近似的。什么叫對應(yīng)態(tài)原理？為什么要引入對應(yīng)態(tài)原理？什么是對

14、比參數(shù)？答：在相同的壓力與溫度下，不同氣體的比體積是不同的，但是只要它們的Pr和 Tr分別相同，它們的、必定相同，這就是對應(yīng)態(tài)原理。對應(yīng)態(tài)原理并不是十分 精確，但大致是正確的。它可以使我們在缺乏詳細資料的情況下，能借助某一資 料充分的參考流體的熱力性質(zhì)來估算其他流體的性質(zhì)。相對于臨界參數(shù)的對比值 叫做對比參數(shù)。什么是特性函數(shù)？試說明u = u(s, p)是否是特性函數(shù)。答：對簡單可壓縮的系統(tǒng)，任意一個狀態(tài)參數(shù)都可以表示成另外兩個獨立參數(shù)的 函數(shù)。其中，某些狀態(tài)參數(shù)若表示成特定的兩個獨立參數(shù)的函數(shù)時，只需一個狀 態(tài)函數(shù)就可以確定系統(tǒng)的其它參數(shù)，這樣的函數(shù)就稱為“特性函數(shù)”。但是對于 比容無法用該

15、函數(shù)表示出來，所以此函數(shù)不是特性函數(shù)。如何利用狀態(tài)方程和熱力學(xué)一般關(guān)系求取實際氣體的Au.Ah.As？答：將狀態(tài)方程進行求導(dǎo)，然后帶入熱力學(xué)能、焓或熵的一般關(guān)系式，在進行積 分。本章導(dǎo)出的關(guān)于熱力學(xué)能、焓、熵的一般關(guān)系式是否可用于不可逆過程？ 答：熱力學(xué)能、焓、熵都是狀態(tài)參數(shù)，計算兩個平衡狀態(tài)之間的變量可任意選擇 其過程。所以同樣適用于不可逆過程。水的相圖和一般物質(zhì)的相圖區(qū)別在哪里？為什么？答：與水的相圖比較，顯著的差別是固液二相平衡線的傾斜方向不同，由于液態(tài) 水凝固時容積增大，依據(jù)克拉貝隆-克勞修斯方程固液相平衡曲線的斜率為負。 而其它物質(zhì)則相反。第六章水蒸氣與濕空氣水的三相點的狀態(tài)參數(shù)是不

16、是唯一確定的？三相點與臨界點有什么差異？ 答：水的三相點狀態(tài)參數(shù)不是唯一的，其中溫度、壓力是定值而比體積不是定值； 臨界點是唯一的，其比體積、溫度、壓力都是確定的；三相點是三相共存的點， 臨界點是飽和水線與飽和蒸汽線的交點，在該點飽和水線與飽和蒸汽線不再有分 別。岡帷絕熱的密閉容器內(nèi)水的壓力為4MPa，測得容器內(nèi)溫度為200C，試問容器 內(nèi)的水是什么集態(tài)？因意外事故容器上產(chǎn)生了一不大的裂縫，試分析其后 果？答：水的集態(tài)為高壓水，若有裂縫則會產(chǎn)生爆裂事故。水的定壓汽化過程中溫度維持不變，因此有人認(rèn)為過程中熱量等于膨脹功，即q = w,對不對？為什么？答：這種說法是不對的。因為溫度不變不表示熱力學(xué)

17、能不變。這里分析的是水， 定壓汽化有相變，不能作為理想氣體來處理，所以Au手0。不能得到q = w 這樣的結(jié)果。為何陰雨天曬衣服不易干，而晴天則容易干？答：陰雨天空氣的濕度大，吸取水蒸氣的能力差，所以曬衣服不易干。晴天則恰 恰相反，所以容易干。為何冬季人在室外呼出的氣是白色霧狀?冬季室內(nèi)有供暖裝置時，為什么會感 到空氣干燥？用火爐取暖時，經(jīng)常在火爐上放一壺水，目的何在？答：人呼出的氣體是未飽和濕空氣。當(dāng)進入外界環(huán)境時，外界環(huán)境的溫度很低使 得呼出的氣體得到冷卻。在冷卻過程中，濕空氣保持含濕量不變，溫度降低。當(dāng) 低于露點溫度時就有水蒸氣不斷凝結(jié)析出，這就形成了白色霧狀氣體。冬季室內(nèi)有供暖裝置時，

18、溫度較高，使空氣含濕量減小。因此會覺得干燥。放一 壺水的目的就是使水加熱變成水蒸氣散發(fā)到空氣中增加空氣的含濕量。何謂濕空氣的露點溫度?解釋降霧、結(jié)露、結(jié)霜現(xiàn)象，并說明它們發(fā)生的條件。 答：露點：濕空氣中水蒸氣的分壓力所對應(yīng)的飽和溫度稱為濕空氣的露點溫度， 或簡稱露點。a）霧是近地面空氣中的水蒸氣發(fā)生的凝結(jié)現(xiàn)象。白天溫度比較高，空氣中可容 納較多的水汽。但是到了夜間，地面溫度較低，空氣把自身的熱量傳給地面，空 氣溫度下降，這時濕空氣隨溫度降低呈現(xiàn)出過飽和狀態(tài)，就會發(fā)生凝結(jié)，當(dāng)足夠 多的水分子與空氣中微小的灰塵顆粒結(jié)合在一起，同時水分子本身也會相互粘 結(jié)，就變成小水滴或冰晶，這就形成了霧。霧的形成

19、基本條件，一是近地面空氣 中的水蒸氣含量充沛，二是地面氣溫低。三是在凝結(jié)時必須有一個凝聚核，如塵 埃等。b）露是水蒸氣遇到冷的物體凝結(jié)成的水珠。露的形成有兩個基本條件：一是水 汽條件好，二是溫度比較低的物體（低，指與露點溫度比較）。，溫度逐漸降低 且保持含濕量不變，。當(dāng)溫度低于露點溫度時就有水珠析出，這就形成露。c）霜是近地面空氣中的水蒸氣在物體上的凝華現(xiàn)象。霜的形成有兩個基本條件， 一是空氣中含有較多的水蒸氣，二是有冷（OC以下）的物體。，濕空氣與溫度較 低物體接觸達到水汽過飽和的時候多余的水汽就會析出。如果溫度在0C以下， 則多余的水汽就在物體表面上凝華為冰晶，形成霜。對于未飽和空氣，濕球

20、溫度、干球溫度以及露點三者哪個大?對于飽和空氣， 三者的大小又將如何？答：對于未飽和空氣，干球溫度數(shù)值較大。對于飽和空氣三者的大小相等。何謂濕空氣的含濕量？相對濕度愈大含濕量愈高，這樣說對嗎？答：含濕量d: 1千克干空氣所帶有的的水蒸氣的質(zhì)量。相對濕度是濕空氣中實 際包含的水蒸氣量與同溫度下最多能包含的水蒸氣量的百分比。相對濕度是一個比值，不能簡單的地說相對濕度愈大含濕量愈高，他與同溫度下最多能包含的水 蒸氣量是相關(guān)的。剛性容器內(nèi)濕空氣溫度保持不變而充入干空氣，問容器內(nèi)濕空氣的。、d、p v如何變化？答：（P減小，d減小，p v減小。若封閉汽缸內(nèi)的濕空氣定壓升溫，問濕空氣的P、d、h如何變化？

21、 答：p減小，d不變，h變大。第七章理想氣體的熱力過程分析氣體的熱力過程要解決哪些問題？用什么方法解決？試以理想氣體的 定溫過程為例說明之。答：主答：主要解決的問題及方法:根據(jù)過程特點（及狀態(tài)方程）確定 過程方程根據(jù)過程方程確定始、終狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系由熱力學(xué)第一定律等計算q, , t, U, h, S分析能量轉(zhuǎn)換關(guān)系（用P-V圖及T-S圖）（根據(jù)需要可以定性也可以 定量）例：V 2V1PV常數(shù)（方程）或 P1V1 P2V21）過程方程式：T常數(shù)（特征）P 12）初、終狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系：P23)計算各量:4)P V圖，Ts R ln 2 R ln 2V1I,dV V VPdV PV PV l

22、m RT lnVV VVRT lm1VqRT ln-21S圖上工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律及能量轉(zhuǎn)換情況u 0系駕1 閉口系：12過程q 0 Jq開口系：12過程h 0 q 0J0q t對于理想氣體的任何一種過程，下列兩組公式是否都適用:uc(tt)quc(tt)TV 21TTV 21hc(tt)qhc(tt)p 21p 21答:不是都適用。第一組公式適用于任何一種過程。第二組公式0u cv(t2 t1)uzi | 1q h c (t t )uj -r-j-適用于定容過程，P 21適用于定壓過程。在定容過程和定壓過程中，氣體的熱量可根據(jù)過程中氣體的比熱容乘以溫差 來計算。定溫過程氣體的溫度不變，在定

23、溫過程中是否需對氣體加入熱量？ 如果加入的話應(yīng)如何計算？答：定溫過程對氣體應(yīng)加入熱量。,dVr Vr VPdVPV PV lm RT lmVV VVRT ln21VqRT ln-81過程熱量q和過程功w都是過程量，都和過程的途徑有關(guān)。由定溫過程熱量 公式故，只要狀態(tài)參數(shù)P1. v1和v2確定了，q的數(shù)值也確定了，是否q與途 徑無關(guān)？答：對于一個定溫過程，過程途徑就已經(jīng)確定了。所以說q是與途徑有關(guān)的。在閉口熱力系的定容過程中，夕卜界對系統(tǒng)施以攪拌功州，問這時Q=mcvdT 手qi-4-3。途中1-2、4-3為定容過程，1-4、2-3為定壓 過程。答：2-3= U1-2-3+W1-2-3，-4-3

24、= 1-4-3.AU1-2-3=AU1-4-3, W1-2-3W1-4-3q1-2-3 q1-4-3如圖所示。今有兩個任意過程a-b及a-c, b、c在同一條絕熱線上，試問Auab與Auac哪個大？若b、c在同一條定溫線上，結(jié)果又如何？答：b、c在同一條絕熱線上Auab Auac，若b、c在同一條定溫線上，二者相等。在T-s圖上如何表示絕熱過程的技術(shù)功和膨脹功？答：絕熱過程，不管是否是可逆過程都有Wth,W U所以在T-S圖上的表示方法與第三章相同。在p-v圖和T-s圖上如何判斷過程中q、w、Au、Ah的正負？答：1） 的判別:01彳主右以（V）為界：PV圖上2往左1.右下方0T S圖上，2.

25、左上方 0右上方左下方00u 0u02） u，“的判別：以（T）為界： V圖上1.上方為u T S圖上2下方為u3）。的判別:以（T）為界:一V圖上右上方q左下方qT 一 S圖上1向右q 02向左q 000第八章氣體和蒸汽的流動改變氣流速度起主要作用的是通道的形狀，還是氣流本身的狀態(tài)變化？ 答：改變氣流速度主要是氣流本身狀態(tài)變化。當(dāng)氣流速度分別為亞聲速和超聲速時，下列形狀的管道宜于作噴管還是宜于 作擴壓管？答：氣流速度為亞聲速時圖中的1圖宜于作噴管，2圖宜于作擴壓管，3圖宜于 作噴管。當(dāng)聲速達到超聲速時時1圖宜于作擴壓管，2圖宜于作噴管，3圖宜于 作擴壓管。4圖不改變聲速也不改變壓強。當(dāng)有摩擦

26、損耗時，噴管的流出速度同樣計算，似乎與無摩擦損耗時相同，那 么摩擦損耗表現(xiàn)在哪里呢？答：摩擦損耗包含在流體出口的焓值里。摩擦引起出口速度變小，出口動能的減 小引起出口焓值的增大。在圖中圖a為漸縮噴管，圖b為縮放噴管。設(shè)兩噴管的工作背壓均為0.1MPa， 進口截面壓力均為1MPa，進口流速可忽略不計。1）若兩噴管的最小截面面 積相等，問兩噴管的流量、出口截面流速和壓力是否相同？ 2）假如沿截面2 -2切去一段，將產(chǎn)生哪些后果？出口截面上的壓力、流速和流量起什么變 化？答：1）若兩噴管的最小截面面積相等，兩噴管的流量相等，漸縮噴管出口截面 流速小于縮放噴管出口截面流速，漸縮噴管出口截面壓力大于縮放

27、噴管出口截面 壓力。2）若截取一段，漸縮噴管最小截面面積大于縮放噴管最小截面面積，則漸縮噴 管的流量小于縮放噴管的流量，漸縮噴管出口截面流速小于縮放噴管出口截面流 速，漸縮噴管出口截面壓力大于縮放噴管出口截面壓力。圖中定焓線是否是節(jié)流過程線？既然節(jié)流過程不可逆，為何在推導(dǎo)節(jié)流微分 效應(yīng)J M時可利用曲=0 ?答：定焓線并不是節(jié)流過程線。在節(jié)流附近流體發(fā)生強烈的擾動及渦流，不能 用平衡態(tài)熱力學(xué)方法分析，不能確定各截面的焓值。但是在距孔口較遠的地方流 體仍處于平衡態(tài)，忽略速度影響后節(jié)流前和節(jié)流后焓值相等。盡管節(jié)流前和節(jié)流 后焓值相等，但不能把節(jié)流過程看作定焓過程。距孔口較遠的地方屬于焓值不變 的過

28、程所以dh =0。第九章壓氣機的熱力過程如果由于應(yīng)用汽缸冷卻水套以及其他冷卻方法，氣體在壓氣機氣缸中已經(jīng)能 夠按定溫過程進行壓縮，這時是否還需要采用分級壓縮？為什么？答：分級壓縮主要是減小余隙容積對產(chǎn)氣量的影響，冷卻作用只是減小消耗功。 所以仍然需要采用分級壓縮。壓氣機按定溫壓縮時氣體對外放出熱量，而按絕熱壓縮時不向外放熱，為什 么定溫壓縮反較絕熱壓縮更為經(jīng)濟？答：絕熱壓縮時壓氣機不向外放熱，熱量完全轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的內(nèi)能，使工質(zhì)的溫度 升高不利于進一步壓縮容易對壓氣機造成損傷，耗功大。等溫壓縮壓氣機向外放熱，工質(zhì)的溫度不變，有利于進一步壓縮耗功小，所以等溫壓縮更為經(jīng)濟。壓氣機所需要的功也可以由第一

29、定律能量方程式導(dǎo)出，試導(dǎo)出定溫、多變、 絕熱壓縮壓氣機所需要的功，并用T-s圖上面積表示其值。答：由第一定律能量方程式q h W定溫過程h 0,所以Wc W w R T lnP1同時R lnp-1-P2則有多變過程Wc Wt h qT T 立上R T T n 1 v 21 n 1 k 1 g 21,k T -h c T T R T 1p 21 k 1 g 1 T1n 1R T 叢 n 1 k 1 g 1 p1R T1nA n 1p1絕熱壓縮過程9 0,所以kTh c T T R T 1p 21 k 1 g 1 T1P2p1等溫過程所作的功為圖7-1中面積1-2T-m-n-1，絕熱過程所作的功為

30、圖中面積 1-2 s-f-n-1多變過程所作的功為圖中面積1-2 n-j-g-2n-4.葉輪是壓氣機不可逆絕熱壓縮比可逆絕熱壓縮多耗功可用圖7-2中的面積m2s2 nm表示，這是否即是此不可逆過程的做功能力損失？為什么？答：多消耗的功量并不就是損失的做功能力損失。因為iTs T(s s)T(s s)2(s s)_0 g 0 210 21 T 21 為圖 9-2 上面積 1-7-n-m 所示。如圖所示的壓縮過程1-2,若是可逆的，則這一過程是什么過程？它與不可逆絕熱壓縮過程1-2的區(qū)別何在？兩者之中哪一過程消耗的功大？大多 少？答：若壓縮過程1-2是可逆的，則為升溫升壓吸熱過程。它與不可逆絕熱壓

31、縮過 程的區(qū)別是：該過程沒有不可逆因素的影響，所消耗的功是最小的，且可以在T-s 圖上把該過程的吸熱量表示出來。對于不可逆絕熱壓縮過程q = Au + w,w= Au,而可逆絕熱壓縮過程q = Au+ w, w = q Au所以2 Tds不可逆過程消耗的功大，數(shù)值為1第十章氣體動力循環(huán)以活塞式內(nèi)燃機和定壓加熱燃氣輪機裝置為例，總結(jié)分析動力循環(huán)的一般方 法。答：分析動力循環(huán)的一般方法：首先把實際過程的不可逆過程簡化為可逆過程。 找到影響熱效率的主要因素和提高熱效率的可能措施。然后分析實際循環(huán)與理論 循環(huán)的偏離程度，找出實際損失的部位、大小、原因以及改進辦法。內(nèi)燃機定容加熱理想循環(huán)和燃氣輪機裝置定

32、壓加熱理想循環(huán)的熱效率。若兩 者初態(tài)相同，壓縮比相同，他們的熱效率是否相同？為什么？若卡諾循環(huán)的壓縮比與他們相同，則熱效率如何？為什么？答：若兩者初態(tài)相同，壓縮比相同，它們的熱效率相等。因為而2P1嘰（v，）kk對于定壓加熱理想循環(huán)P1V2帶入效率公式可知二者相等。若卡諾 循環(huán)的壓縮比與他們相同，則有紂1 V 1， 1 1k1它們的效 率都相等?；钊絻?nèi)燃機循環(huán)理論上能否利用回?zé)醽硖岣邿嵝剩繉嶋H中是否采用？為什么？答：理論上可以利用回?zé)醽硖岣邿嵝省Ｔ趯嶋H中也得到適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。如果采用 極限回?zé)幔梢蕴岣邿嵝实璧幕責(zé)崞鲹Q熱面積趨于無窮大，無法實現(xiàn)。燃氣輪機裝置循環(huán)中，壓縮過程若采用定溫壓

33、縮可減少壓縮所消耗的功，因 而增加了循環(huán)凈功，但在沒有回?zé)岬那闆r下循環(huán)熱效率為什么反而降低，試 分析之。1 T1-=2-答：采用定溫壓縮增加了循環(huán)凈功。而J在此過程中T2不變，T1變小，所以其熱效率降低。燃氣輪機裝置循環(huán)中，膨脹過程在理想極限情況下采用定溫膨脹，可增大膨 脹過程作出的功，因而增加了循環(huán)凈功，但在沒有回?zé)岬那闆r下循環(huán)熱效率 反而降低，為什么？1 T12_答：定溫膨脹增大膨脹過程作出的功，增加循環(huán)凈功，但T1在此過程中T2變大，二不變，所以其熱效率降低。加力燃燒渦輪噴氣式發(fā)動機是在噴氣式發(fā)動機尾噴管入口前裝有加力燃燒 用的噴油嘴的噴氣發(fā)動機，需要突然提高飛行速度是此噴油嘴噴出燃油，

34、進 行加力燃燒，增大推力。其理論循環(huán)(的熱效率比定壓燃燒噴氣式發(fā)動機循 環(huán)的熱效率提高還是降低？為什么？w 答：該理論循環(huán)熱效率比定壓燃燒噴氣式發(fā)動機循環(huán)的熱效率降低。因為 q當(dāng)利用噴油嘴噴出燃油進行加力燃燒時，雖然多做了功增大了推力，但是功的增 加是在吸收了大量的熱的基礎(chǔ)上獲得的。由圖可知獲得的功與需要的熱的比值小 于定壓燃燒噴氣式發(fā)動機循環(huán)的比值，導(dǎo)致整體的理論循環(huán)的熱效率比定壓燃燒 噴氣式發(fā)動機循環(huán)的熱效率降低。有一燃氣輪機裝置，它由一臺壓氣機產(chǎn)生壓縮空氣，而后分兩路進入兩個燃 燒室燃燒。燃氣分別進入兩臺燃氣輪機，其中燃氣輪機I發(fā)出的動力全部供 給壓氣機，另一臺燃氣輪機II發(fā)出的動力則為

35、輸出的凈功率。設(shè)氣體工質(zhì)進 入讓汽輪機I和II時狀態(tài)相同，兩臺燃氣輪機的效率也相同，試問這樣的方 案和圖8-5、圖8-6所示的方案相比較(壓氣機的nc,s和燃氣輪機的nt都 相同)在熱力學(xué)效果上有何差別？裝置的熱效率有何區(qū)別？答：原方案：循環(huán)吸熱量：QjcmAt，循環(huán)凈功：w0=wT-wc=m(h3-h4)-(h2-h1) (1)第2方案：循環(huán)吸熱量：Q1=cmAAt+ cm BAt=cmAt (2)循環(huán)凈功：wo=wTB=mB(h3-h4)(3)對于第2 方案 w =wc，即：m (hRh)=m(h9h)， TA： A 3421或(m-mB)(h3-h4)=m(h2-h1) (4)由(3)、

36、(4)解得:wo=m(h3-h4)-(h2-h1)結(jié)論:兩種方案循環(huán)吸熱量與循環(huán)凈功均相同，因而熱力學(xué)效果相同，熱效率wo/Q1 必相同。第十一章蒸汽動力裝置循環(huán)干飽和蒸汽朗肯循環(huán)與同樣初壓力下的過熱蒸汽朗肯循環(huán)相比較，前者更接 近卡諾循環(huán)，但熱效率卻比后者低，如何解釋此結(jié)果？答：干飽和蒸汽朗肯循環(huán)局限于飽和區(qū)，上限溫度受制于臨界溫度，導(dǎo)致其平均 吸熱溫度較低，故即使實現(xiàn)卡諾循環(huán)，其熱效率也不高。本世紀(jì)二三十年代，金屬材料的耐熱性僅達400C，為使蒸汽初壓提高，用再 熱循環(huán)很有必要。其后，耐熱合金材料有進展，加之其他一些原因，在很長 一段時期內(nèi)不再設(shè)計制造按再熱循環(huán)工作的設(shè)備。但近年來隨著初壓

37、提高再 熱循環(huán)再次受到注意。請分析其原因。答：通過對熱機的效率進行分析后知道，提高蒸汽的過熱溫度和蒸汽的壓力，都 能使熱機效率提高。在本世紀(jì)二三十年代，材料的耐熱性較差，通過提高蒸汽的 溫度而提高熱機的效率比較困難，因此采用再熱循環(huán)來提高蒸汽初壓。隨著耐熱 材料的研究通過提高蒸汽的溫度而提高熱機的效率就可以滿足工業(yè)要求。因此很 長一段時期不再設(shè)計制造再熱循環(huán)工作設(shè)備。近年來要求使用的蒸汽初壓提高， 由于初壓的提高使得乏氣干度迅速降低，引起氣輪機內(nèi)部效率降低，另外還會侵 蝕汽輪機葉片縮短汽輪機壽命，所以乏氣干度不宜太低，必須提高乏氣溫度，就 要使用再熱循環(huán)。各種實際循環(huán)的熱效率無論是內(nèi)燃機循環(huán)，

38、燃氣輪機循環(huán)，或是蒸汽循環(huán)都 肯定地與工質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，這些事實是否與卡諾定理相矛盾？答：這與卡諾定理并不矛盾?？ㄖZ定理當(dāng)中的可逆循環(huán)忽略了循環(huán)當(dāng)中所有的不 可逆因素，不存在任何不可逆損失，所以這時熱能向機械能轉(zhuǎn)化只由熱源的條件 所決定。而實際循環(huán)中存在各種不可逆損失，由于工質(zhì)性質(zhì)不同，不可逆因素和 不可逆程度是各不相同的，因此其熱效率與工質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。蒸汽動力循環(huán)中，在動力機中膨脹作功后的乏汽被排入冷凝器中，向冷卻水 放出大量的熱量q2，如果將乏汽直接送入汽鍋中使其再吸熱變?yōu)樾抡羝?，?是可以避免在冷凝器中放走大量熱量，從而減少對新汽的加熱量q1大大提高 熱效率嗎？這樣想法對不對?為什么？答：這樣

39、的想法是不對的。因為從熱力學(xué)第二定律來講一個非自發(fā)過程的進行必 定要有一個自發(fā)過程的進行來作為補充條件。乏氣向冷卻水排熱就是這樣一個補 充條件，是不可缺少的。用蒸汽作為循環(huán)工質(zhì)，其吸熱和放熱接近定溫過程，而我們又常說以定溫吸 熱和定溫放熱最為有利，可是為什么在大多數(shù)情況下蒸汽循環(huán)反較柴油機循 環(huán)的熱效率低？答：柴油機的汽缸壁因為有冷卻水和進入氣缸的空氣冷卻，燃燒室和葉片都可以 冷卻，其材料可以承受較高燃氣溫度，燃氣溫度通?？筛哌_1800-2300K，而蒸汽 循環(huán)蒸汽過熱器外面是高溫燃氣里面是蒸汽，所以過熱器壁面溫度必定高于蒸汽 溫度，這與柴油機是不同的，蒸汽循環(huán)的最高蒸汽溫度很少超過600K.

40、。因此蒸 汽循環(huán)的熱效率較低。應(yīng)用熱泵來供給中等溫度（例如100C上下）的熱量是比直接利用高溫?zé)嵩吹?熱量來得濟，因此有人設(shè)想將乏汽在冷凝器中放出熱量的一部分用熱泵提高 溫度，用以加熱低溫段（100C以下）的鍋爐給水，這樣雖然需要增添熱泵設(shè)備。 但卻可以取消低溫段的抽汽回?zé)?，使抽汽回?zé)嵩O(shè)備得以簡化，而對循環(huán)熱效 率也能有所補益。這樣的想法在理論上是否正確？答：這種想法是不正確的。回?zé)嵫h(huán)是是通過減少了溫差傳熱不可逆因素，從而 使熱效率提高，使該循環(huán)向卡諾循環(huán)靠近了一步。而該題中的想法恰恰是又增加 了溫差傳熱不可逆因素。因此對效率提高是沒有好處的。熱量利用系數(shù)E說明了全部熱量的利用程度，為什么又說它不能完善地衡量 循環(huán)的經(jīng)濟，性？答：熱量利用系數(shù)說明了全部熱量的利用程度，但是不能完善的衡量循環(huán)的經(jīng)濟 性。能量分為可用能與不可用能，能量的品位是不同的。在實際工程應(yīng)用中用的 是可用能?？捎媚茉诟鱾€部分各個過程的損失是不能用熱量利用系數(shù)來說明的?？偨Y(jié)一下氣體動力循環(huán)和蒸汽動力循環(huán)提高循環(huán)熱效率的共同原則。答：提高循環(huán)熱效率的共同原則是：提高工質(zhì)的平均吸熱溫度。第十二章制冷循環(huán)壓縮蒸汽制冷循環(huán)采用節(jié)流閥來代替膨脹機，壓縮空氣制冷循