工程熱力學(xué)部分簡答題

1．均勻系統(tǒng)和單相系統(tǒng)的區(qū)別？答：如果熱力系統(tǒng)內(nèi)部個部分化學(xué)成分和物理性質(zhì)都均勻一致，則該系統(tǒng)成為均勻系統(tǒng)。如果熱力系統(tǒng)由單相物質(zhì)組成，則該系統(tǒng)稱為單相系統(tǒng)?？梢姡鶆蛳到y(tǒng)一定是單相系統(tǒng)，反之則不然。2．試說明穩(wěn)定、平衡和均勻的區(qū)別與聯(lián)系？答：穩(wěn)定狀態(tài)是指狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化，但這種不變可能是靠外界影響來維持的。平衡狀態(tài)是指不受外界影響時狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化。均勻狀態(tài)是指不受外界影響時不但狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化，而且狀態(tài)參數(shù)不隨空間變化。均勻→平衡→穩(wěn)定3．實現(xiàn)可逆過程的充分條件。答：（1）過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程，即過程所涉及的有相互作用的各物體之間的不平衡勢差為無限小。（2）過程中不純在耗散效應(yīng)，即不存在用于摩擦、非彈性變形、電流流經(jīng)電阻等使功不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬默F(xiàn)象。4．膨脹功、流動功、技術(shù)功、軸功有何區(qū)別與聯(lián)系。答：氣體膨脹時對外界所做的功稱為膨脹功。流動功是推動工質(zhì)進(jìn)行宏觀位移所做的功。技術(shù)功是膨脹功與流動功的差值。系統(tǒng)通過機(jī)械軸與外界所傳遞的機(jī)械功稱為軸功。5．焓的物理意義是什么，靜止工質(zhì)是否也有焓這個參數(shù)？答：焓的物理意義為，當(dāng)1kg工質(zhì)流進(jìn)系統(tǒng)時，帶進(jìn)系統(tǒng)與熱力狀態(tài)有關(guān)的能量有內(nèi)能u和流動功，而焓正是這兩種能量的總和。因此焓可以理解為工質(zhì)流動時與外界傳遞的與其熱力狀態(tài)有關(guān)的總能量。但當(dāng)工質(zhì)不流動時，不再是流動功，但焓作為狀態(tài)參數(shù)仍然存在。6．機(jī)械能向熱能的轉(zhuǎn)變過程、傳熱過程、氣體自由膨脹過程、混合過程、燃燒反應(yīng)過程都是自發(fā)的、不可逆的。熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述：熱量不可能自動地、無償?shù)貜牡蜏匚矬w傳至高溫物體。7．循環(huán)熱效率公式和是否完全相同？答：前者用于任何熱機(jī)，后者只用于可逆熱機(jī)。8．若系統(tǒng)從同一始態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)歷可逆過程和不可逆過程到達(dá)同一終態(tài)，兩個過程的熵變相同嗎？答：對系統(tǒng)來說，熵是狀態(tài)參數(shù)，只要始態(tài)和終態(tài)相同，過程的熵變就相等。所謂“可逆過程的熵變必然小于不可逆過程的熵變”中的熵變是指過程的總熵變，它應(yīng)該包括系統(tǒng)的熵變和環(huán)境的熵變兩部分。在始態(tài)和終態(tài)相同的情況下，系統(tǒng)的熵變相同，而不可逆過程中環(huán)境的熵變大于可逆過程中環(huán)境的熵變。9．；熵可能大于零，可能等于零，也可能小于零。----熵流，表示系統(tǒng)與外界交換的熱量與熱源溫差的比值。（大于時為不可逆過程，等于時為可逆過程）----熵產(chǎn)，表1．定量理想氣體經(jīng)歷兩個任意過程和，若、兩點(diǎn)在同一絕熱線上，比較與的大小。若b、c兩點(diǎn)在同一條定溫線上，結(jié)果又如何？答：因為內(nèi)能是狀態(tài)參數(shù)，所以；如果b、c在同一條絕熱線上，則由于b、c為壓縮過程，所以，從而若b、c在同一條定溫線上，則，從而2．理想氣體從同一初態(tài)膨脹到同一終態(tài)，定溫膨脹比絕熱膨脹相比，哪個過程做功多？若為壓縮過程呢？答：過程的圖如圖所示，絕熱過程線比定溫過程線要陡，所以，膨脹時，定溫過程做功較多；壓縮時，定溫過程耗功較少。3．如果等量的干空氣與濕空氣降低的溫度相同，兩者放出的熱量是否相同？答：空氣冷卻過程放出的熱量等于空氣冷卻過程前后的焓差。（1）不考慮水蒸氣凝析時，設(shè)干空氣的質(zhì)量為，則放熱量為設(shè)濕空氣的質(zhì)量為，則放熱量為顯然濕空氣放出的熱量更多。（2）若考慮水蒸氣凝析時，則還要增加水的汽化潛熱，會放出更多的熱量。4．絕熱節(jié)流過程中，工質(zhì)焓、熵、壓力、溫度等各參數(shù)如何變化？答：依據(jù)熱力學(xué)第一定律，，如忽略動能和勢能的變化，則，，故，即絕熱節(jié)流過程屬于等焓節(jié)流，工質(zhì)焓不變。節(jié)流過程，，所以熵增加。節(jié)流過程，由于流動阻力的作用，工質(zhì)壓力降低。節(jié)流后的溫度取決于節(jié)流系數(shù)，若，節(jié)流后溫度降低；若，節(jié)流后溫度升高；若，節(jié)流溫度不變。理想氣體節(jié)流后溫度不變，而大多數(shù)降低。5．對于能實現(xiàn)定溫壓縮的壓氣機(jī)，是否還需要才用多級壓縮？多級壓縮有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？答：顯然，定溫壓縮時，壓氣機(jī)的耗功量最少，壓縮終了溫度最低；絕熱壓縮時，壓氣機(jī)的耗功量最大，壓縮終了溫度最高；多變壓縮介于兩者之間，并隨多變指數(shù)n的減小而減小。壓縮終了氣體溫度過高會使得潤滑油過熱而變質(zhì)，損壞壓縮機(jī)，嚴(yán)重時還會引起爆炸。因此在壓縮過程中應(yīng)力求工質(zhì)得到充分冷卻，使之趨于定溫壓縮。所以工程上常采用多級壓縮、級間冷卻等方式實現(xiàn)省功和降溫。與單級壓縮相比多級壓縮有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）排氣溫度低，這對于保證壓縮機(jī)安全工作很有必要；（2）多級壓縮較單級壓縮省功；（3）多級壓縮由于每一級壓力比小，因而每一級的容積效率比單級壓縮高，汽缸行程容積的有效利用率高；（4）多級壓縮活塞上所受的最大氣體力小，因為高級缸的汽缸直徑可以做得較小。6．為了節(jié)能環(huán)保，電廠用省煤器等來降低排煙溫度。問：排煙溫度是否越低越好？為什么？答：不是越低越好。因為：1、排煙溫度過低會引起低溫腐蝕；2、降低排煙溫度要求增加省煤器受熱面和空氣預(yù)熱器受熱面，使得制造成本提高。7．自行車壓力通常應(yīng)維持在0.25MPa左右，用手動打氣筒向輪胎充氣時用濕毛巾包在打氣筒外壁，會有什么后果？答：打氣筒的工作原理實際上與活塞式壓縮機(jī)的工作原理相似；是外界大氣壓，是克服車胎氣門所需要的壓力。若在其它情況保持不變的條件下，用濕毛巾包在打氣筒的外壁使得打氣筒內(nèi)部的溫度降低，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，因為和不變，減小，則與原來相比，單位行程內(nèi)進(jìn)入車胎的氣體會比原來多，最后導(dǎo)致車胎內(nèi)壓力大于0.25Mpa，甚至肯能會發(fā)生爆胎的現(xiàn)象。1．什么是Exergy？Exergy定義的基準(zhǔn)是什么？答：Exergy是系統(tǒng)由任一狀態(tài)經(jīng)可逆過程變化到與給定環(huán)境狀態(tài)相平衡時所做的最大理論功。Exergy定義的基準(zhǔn)是能量的可用程度。2．熱量Exergy和工質(zhì)Exergy有何不同？他們都是狀態(tài)參數(shù)嗎？答：熱量Exergy是熱量所能做出的最大有用功,它與熱量一樣也是過程量；工質(zhì)Exergy是指工質(zhì)的理論做功能力，它是狀態(tài)參數(shù)，當(dāng)環(huán)境一定時，其值僅取決于工質(zhì)本身所處的狀態(tài)。3．說明Exergy損失和熵產(chǎn)之間的關(guān)系。答：Exergy損失與熵產(chǎn)之間成正比例關(guān)系。即由溫差引起的Exergy損失與熵產(chǎn)成正比，由摩擦引起的Exergy損失也與熵產(chǎn)成正比。4．Exergy方程的物理意義是什么？答：Exergy方程表明，系統(tǒng)提供的熱量Exergy與工質(zhì)焓Exergy之和等于系統(tǒng)完成的技術(shù)功與Exergy損失之和?？梢姡珽xergy方程綜合了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，既體現(xiàn)了能量在數(shù)量上的關(guān)系，也表示了在質(zhì)量上的關(guān)系。5．Exergy效率與熱效率有何不同？答：Exergy效率是一種相對效率，它反應(yīng)了實際氣體過程偏離理想可逆過程的程度。它從質(zhì)量上說明了應(yīng)該轉(zhuǎn)變成的可用能中有多少被實際利用了，而熱效率只是從數(shù)量上說明了有多少熱能轉(zhuǎn)變成了功。6．動力循環(huán)是指把熱能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能的循環(huán)，是正循環(huán)。而廣義熱泵循環(huán)是通過消耗機(jī)械能把熱量由低溫物體傳向高溫物體的循環(huán)，是逆循環(huán)；如果逆向循環(huán)的目的是為了維持低溫?zé)嵩吹牡蜏?，則稱該循環(huán)為制冷循環(huán)，如果逆向循環(huán)的目的是為了維持高溫?zé)嵩吹母邷?，則