完整word版工程热力学复习资料.docx

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完整word版工程热力学复习资料

1.热力学第二定律表述方法（二种最基本的表述方法）

克劳修斯说法:

热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。

开尔文-普朗克说法：

不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机。

如果把单一热源下作功的动力机称为第二类永动机。

即：

第二类永动机是不存在的。

2.功不是状态参数，是过程量

3.过程热量是热力系统和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量

4.气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加。

不正确

5.气体膨胀时一定对外作功。

不正确

6.气体压缩时一定消耗外功。

正确

7.熵是状态参数，从初态到终态，熵的变化与过程性质无关；

8.孤立系统的熵可以增大（不可逆时），理想上也可保持不变（可逆时），但决不能减小；

9.孤立系统熵增原理可以判断过程进行的方向，凡孤立系统熵增大的过程，才能发生，凡孤立系统熵减小的任何过程，都不可能发生；

10.孤立系统的熵增大，表示系统内发生了不可逆变化，即系统内发生了机械能的损失。

11.流速小于当地音速时,称为亚音速;流速大于当地音速时,称为超音速。

1工质-—实现热能和机械能相互转化的媒介物质。

2.高温热源（热源）-—工质从其中吸取热能的物体。

3.低温热源（冷源）-—接受工质排出热能的物体。

4.热力系统-—人为分割出来作为热力学分析的对象。

5.孤立系统—热力系统和外界既无能量交换又无物质交换的系统。

6.绝热系统—热力系统和外界的作用仅限于无热量交换的系统。

7.热力状态—工质在热力变化过程中某一瞬间所呈现的宏观物理状况，简称状态。

8.状态参数—用来描述工质所处状态的宏观物理量（如p，T等）。

物质的状态变化必然由参数的变化表示。

即:

状态参数一旦确定,工质的状态也就确定

9.平衡状态：

一个热力系统，如果在不受外界影响条件下，系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态称为平衡状态。

10.热力状态坐标图：

由热力系状态参数所组成的坐标图。

常用的有压容（p-v）图和温熵（T-s）图等。

11.准平衡过程：

由一系列连续的平衡态组成的过程称为准平衡过程也称为准静态过程。

12.可逆过程—如果系统完成某一热力过程后,再沿原来路径逆向进行时,能使系统和外界都返回原来状态而不留下任何变化的过程。

可逆过程是不引起任何热力学损失的理想过程，是实际过程的理想极限。

不可逆过程—不满足上述条件的过程。

13.热力学:

功是热力系统通过边界与外界交换的能量。

热力循环（循环）—工质由某一初态出发，经历一系列热力状态变化后，又回到原来初态的封闭热力过程。

按照循环性质可分为：

▲可逆循环：

全部由可逆过程组成的循环。

▲不可逆循环：

循环中有部分过程或全部过程是不可逆的循环。

按照循环目的可分为：

▲正向循环（热动力循环）—将热能转化为机械能的循环。

即从高温热源取得热量，使外界得到功的循环。

是顺时针循环。

▲逆向循环（制冷循环或热泵循环）—将热量从低温热源传给高温热源的循环。

即从低温热源取得热量，使外界消耗外功的循环。

是逆时针循环。

▲循环功—工质完成一个循环后对外作出的净功。

14.体积变化功：

膨胀功和压缩功都是通过工质体积的变化而与外界交换的功，因此统称为体积变化功。

15.轴功：

系统通过轴与外界交换的功量称为轴功。

16.推动功：

在开口系统中因工质流动而传递的功称为推动功。

相当于一假想的活塞为把前方的工质推进（或推出）系统所做的功，此量随工质进入（或离开）系统而成为带入（或带出）系统的能量。

17.开口系统（控制容积）—如果热力系统和外界不仅有能量交换而且有物质交换，则该系统称为开口系统。

闭口系统（控制质量）—热力系统与外界只有能量交换而无物质交换的系统。

此时系统质量保持不变

18.理想气体—分子本身不占有体积,分子之间没有作用力,实际不存在的假想气体

实际气体—当实际情况偏离理想气体条件较远时的气体视为实际气体

*干空气和过热水蒸气组成的是未饱和湿空气

*由干空气和饱和水蒸气组成的湿空气称为饱和湿空气

如果湿空气内水蒸气的含量保持一定,即分压力pv不变而温度↓,达到饱和状态,继续冷却就会结露。

对应于pv的饱和温度,称为露点

音速是微弱扰动在连续介质中产生的压力波传播的速度。

当地音速：

指所考虑的流道某一截面上的音速。

马赫数：

气体的流速和当地音速的比值,用符号M表示:

流速小于当地音速时,

1称为亚音速;

流速大于当地音速时,

1称为超音速。

临界点c处，饱和水和干饱和蒸汽具有相同的状态；临界点对应的压力为临界压力pc，该压力下的汽化温度为临界温度Tc。

水的加热汽化过程在p-v和T-s图上表示为:

一个点：

临界点

二条线：

饱和水线、饱和蒸汽线

三个区:

过冷水区、湿蒸汽区（湿区）、过热

蒸汽区（过热区）

五种状态：

过冷水（未饱和水）、饱和水、湿饱

和蒸汽、饱和蒸汽、过热蒸汽

1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？

答：

不对。

因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。

因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。

2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系

答：

平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。

所以两者是不同的。

如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。

反之，均匀系也不一定处于平衡态。

但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。

如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。

3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？

答：

“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。

对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变化，二者必居其一。

但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件地统一在一起了。

这个条件就是：

在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。

4、“过程量”和“状态量”有什么不同？

答：

状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。

因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值过程量的。

5.热量和热力学能有什么区别？

有什么联系？

答：

热量和热力学能是有明显区别的两个概念：

热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。

热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。

简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？

的储存量。

二者的联系可由热力学第一定律表达式

看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。

6.如果将能量方程写为

或

那么它们的适用范围如何？

答：

二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。

因为

，

对闭口系将

代入第一式得

即

。

7..能量方程

（变大）与焓的微分式

（变大）很相像，为什么热量q不是状态参数，而焓h是状态参数？

答：

尽管能量方程

与焓的微分式

（变大）似乎相象，但两者的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。

是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。

对焓的微分式来说，其循环积分：

因为

，

8.用气管向自行车轮胎打气时，气管发热，轮胎也发热，它们发热的原因各是什么？

答：

用气管向自行车轮胎打气需要外界作功，管内空气被压缩，压力升高，温度也升高，所以金属气管发热；空气经过气管出气嘴和轮胎气门芯时都有节流效应，这也会使空气的温度进一步升高，这些温度较高的空气进入轮胎后导致轮胎也发热了。

9.理想气体的热力学能和焓只和温度有关，而和压力及比体积无关。

但是根据给定的压力和比体积又可以确定热力学能和焓。

其间有无矛盾？

如何解释？

答：

其间没有矛盾，因为对理想气体来说，由其状态方程

可知，如果给定了压力和比容也就给定了温度，因此就可以确定热力学能和焓了。

10.迈耶公式对变比热容理想气体是否适用？

对实际气体是否适用？

答：

迈耶公式

是在理想气体基础上推导出来的，因此不管比热是否变化，只要是理想气体就适用，而对实际气体则是不适用的。

11.物质的临界状态究竟是怎样一种状态？

答：

在较低压力下，饱和液体和饱和蒸汽虽具有相同的温度和压力，但它们的密度却有很大的差别，因此在重力场中有明显的界面（液面）将气液两相分开，随着压力升高，两饱和相的密度相互接近，而在逼近临界压力（相应地温度也逼近临界温度）时，两饱和相的密度差逐渐消失。

流体的这种汽液两相无法区分的状态就是临界状态。

由于在临界状态下，各微小局部的密度起伏较大，引起光线的散射形成所谓临界乳光。

12.各种气体动力循环和蒸汽动力循环，经过理想化以后可按可逆循环进行计算，但所得理论热效率即使在温度范围相同的条件下也并不相等。

这和卡诺定理有矛盾吗？

答：

并不矛盾，虽然经过理想化的各种循环都可以按可逆循环计算，但甚至在相同的温度范围内（指循环最高温度和最低温度之间）也不一定具有相同的热效率。

原因是吸热过程和防热过程并不都是在最高温度和最低温度下进行的，因而可能具有不同的平均吸热温度和平均放热温度。

所以循环热效率也可以不同。

卡诺定理则是专对在最高温度下吸热和在最低温度下放热的可逆循环（包括卡诺循环和回热卡诺循环）而言的。

14.利用制冷机产生低温再利用低温物体做冷源以提高热机循环的这样做是否有利？

答：

这样做必定不利，因为虽然低温物体作冷源可以提高热及循环的热效率，多获得功，但是要造成这样的低温冷源，需要制冷机，需要耗功，由于不可逆性的存在，制冷机消耗的功必然大于热机多获得的功，因此，这样做是得不偿失的。

13能否在蒸汽动力循环中将全部蒸汽抽出来用于回热（这样就可以取消凝汽器，Q2=0），从而提高热效率？

能否不让乏汽凝结放出热量Q2，而用压缩机将乏汽直接压入锅炉，从而减少热能损失，提高热效率？

答：

不能在蒸汽动力装置中将全部蒸汽抽出来，用于回热。

因为锅炉给水吸收不了这么大的回热量，回热的抽气量是由热平衡方程确定的，通常只占汽轮机中蒸汽流量的小部分，也不能将乏汽直接压入锅炉，由于不可逆性的存在，如果这样做，所需的压缩功将超过蒸汽在汽轮机中膨胀作出功，整个装置不仅无动力输出，反而消耗动力，因而不可能起到节能和提高热效率的作用。

15.湿空气和湿蒸汽、饱和空气和饱和蒸汽，它们有什么区别？

[答]：

湿空气与湿蒸汽的区别：

湿空气指的是含有水蒸汽的空气，它是干空气（完全不含水蒸汽）与水蒸汽的混合物，湿空气中的水蒸汽通常处于过热状态。

湿蒸汽是潮湿蒸汽的简称，它是饱和液体和饱和蒸汽的混合物，两相处于平衡状态，湿蒸汽处于饱和状态。

饱和空气和饱和水蒸汽的区别：

饱和空气是指湿空气中所含水蒸汽的分压力达到了当时温度所对应的饱和压力，不再具有吸湿能力，如果再加入水蒸汽，就会凝结出水珠来。

饱和蒸汽则是指可以与同温同压的（饱和）液体平衡共存的蒸汽。

16.为什么浴室在夏天不像冬天那样雾气腾腾？

[答]：

所谓雾气就是漂浮在空气中的小水珠。

由于温度较高和通风情况较好，夏天浴室里的相对湿度比冬天的低，因而吸湿能力比冬天的强，不易形成雾状小水珠，所以不像冬天那样雾气腾腾。

1用斜管式压力计测量锅炉管道中烟气的真空度。

管子的倾角

，压力计中使用密度为800Kg/m3的煤油。

倾管中液柱长度为l=200mm。

当时大气压力B=745mmHg，问烟气的真空度为若干毫米汞柱？

绝对压力为若干毫米汞柱？

[解]：

（1）根据式（1-6）式有

（2）根据（1-5）式有

2.有一容器，内装隔板，将容器分成A、B两部分（图1-14）。

容器两部分中装有不同压力的气体，并在A的不同部位安装了两个刻度为不同压力单位的压力表。

已测得1、2两个压力表的表压依次为9.82at和4.24atm。

当时大气压力为745mmHg。

试求A、B二部分中气体的绝对压力（单位用MPa）。

[解]：

3.气体在某一过程中吸入热量12kJ，同时热力学能增加20kJ。

问此过程是膨胀过程还是压缩过程？

对外所作的功是多少（不考虑摩擦）？

解:

由闭口系能量方程：

又不考虑摩擦，故有

所以

因为

所以

因此，这一过程是压缩过程，外界需消耗功8kW。

5.容积为2.5m3的压缩空气储气罐，原来压力表读数为0.05MPa，温度为18℃。

充气后压力表读数升为0.42MPa，温度升为40℃。

当时大气压力为0.1MPa。

求充进空气的质量。

[解]：

在给定的条件下，空气可按理想气体处理，关键在于求出充气前后的容积，而这个容积条件已给出，故有

4.有一闭口系，从状态1经过a变化到状态2（图2-14）；又从状态2经过b回到状态1；再从状态1经过c变化到状态2。

在这三个过程中，热量和功的某些值已知（如下表中所列数值），某些值未知（表中空白）。

试确定这些未知值。

过程

热量Q/kJ

膨胀功W/kJ

1-a-2

10

（7）

2-b-1

-7

-4

1-c-2

（11）

8

[解]：

关键在于确定过程1－2的热力学能变化，再根据热力学能变化的绝对值不随过程而变，对三个过程而言是相同的，所不同的只是符号有正、负之差，进而则逐过程所缺值可求。

根据闭口系能量方程的积分形式：

2—b—1：

1—a—2：

1—c—2：

将所得各值填入上表空中即可

※此题可以看出几点：

①不同热力过程，闭口系的热量Q和功W是不同的，说明热量与功是与过程有关的物理量。

②热力学能是不随过程变化的，只与热力状态有关。

6.50kg废气和75kg空气混合。

已知：

废气的质量分数为

，

，

，

空气的质量分数为

，

求混合气体的：

（1）质量分数；

（2）平均摩尔质量；（3）气体常数。

[解]：

（1）混合气体的质量成分可由（3-11）式求得：

（2）混合气体的平均分子量可由（3-20）式求得

（3）混合气体的气体常数可由（3-21）式求得：

7.空气从T1=300K、p1=0.1MPa压缩到p2=0.6MPa。

试计算过程的膨胀功（压缩功）、技术功和热量，设过程是

（1）定温的、

（2）定熵的、（3）多变的（n=1.25）。

按定比热容理想气体计算，不考虑摩擦。

[解]：

依题意计算过程如下：

（1）定温过程计算

（2）定熵过程计算

（3）多变过程计算

（相关处都换成n）