热工基础（第三版）
张学学
复习提纲
第一章基本概念
1.工程热力学是从工程角度研究热能与机械能相互转换的科学。
2.传热学是研究热量传递过程规律的一门科学。
3.工质：热能转换为机械能的媒介物。
4.热力系统：选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统，简称系统。
5.外界（或环境）：系统之外的一切物体。
6.边界：系统与外界的分界面。
7.系统的分类：
（1）闭口系统：与外界无物质交换的系统。
（2）开口系统：与外界有物质交换的系统。
（3）绝热系统：与外界之间没有热量交换的系统。
（4）孤立系统：与外界没有任何的物质交换和能量（功、热量）交换。
8.热力状态：系统中的工质在某一瞬间呈现的各种宏观物理状况的总和称为工质（或系统）的热力状态，简称为状态。
9.平衡状态：在不受外界影响的条件下，工质（或系统）的状态参数不随时间而变化的状态。
10.基本状态参数：压力、温度、比容、热力学能（内能）、焓、熵。
11.表压力Pg、真空度Pv、绝对压力P
P g = P - P b P v = P b - P
12.热力学第零定律(热平衡定律) ：如果两个物体中的每一个都
分别与第三个物体处于热平衡，则这两个物体彼此也必处于热平衡。
13.热力过程：系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。
14.准平衡过程（准静态过程）：热力过程中，系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。
15.可逆过程：一个热力过程完成后，如系统和外界能恢复到各自的初态而不留下任何变化，则这样热力过程称为可逆过程。
16.不可逆因素：摩擦、温差传热、自由膨胀、不同工质混合。
17.可逆过程是无耗散效应的准静态过程。
18.系统对外界做功的值为正，外界对系统做功的值为负。
系统吸收热量时热量值为正，系统放出热量时热量值为负。
第二章热力学第一定律
1.热力学第一定律：在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。
也可表述为：不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。进入系统的能量－离开系统的能量=系统储存能量的变化。 2.闭口系统的热力学第一定律表达式：Q =?U +W
微元过程：δQ =dU +δW
可逆过程：Q =?U +?
1pdV δQ =dU +pdV
2
s 2
( 单位质量工质的微元过程： q = ?u + w
δq = du +δw
单位质量工质的可逆过程： q = ?u + ?1 3.比焓h = u + pv
pdv
δq = du + pdv
4.技术功：W t = 1
m ?c 2
f 2 + m
g ?z + W 5.开口系统的稳定流动能量方程式：Q = ?H +
1
m ?c 2
f 2 + m
g ?z + W ，即
Q = ?H + W t
单位质量工质： q = ?h +
1
?c 2
f
2 + g ?z + w
，即q = ?h + w t
6.膨胀功、流动功、技术功与轴功的区别和联系。
q - ?u = w = ( p 2v 2 - p 1v 1 ) + w t
w = 1 ?c t
2 f
2 + g ?z + w
当 p 2v 2 = p 1v 1
时，技术功等于膨胀功。
当忽略工质进出口处宏观动能和宏观位能的变化，技术功就是轴功；且技术功等于膨胀功与流动功之差。
在工质流动过程中，工质作出的膨胀功除去补偿流动功及宏观动能和宏观位能的差额即为轴功。
7.可逆过程的技术功： w t = -?1 vdp ，负号表示技术功的正负与 dp 相反。
8.稳定能量方程的应用。
（1）换热器
q = h 2 - h 1
（2）喷管和扩压管
1 c
2 2
f 2
2 )
= h - h 2
2
s
s s 1
- c f 1
R
（3）汽轮机
W s = h 1 - h 2
（4）泵和压缩机
-W s = h 2 - h 1
（5）绝热节流 h 1 = h 2
第三章 理想气体的性质与热力过程
1.理想气体：理想气体分子的体积忽略不计；理想气体分子之间无作用力；理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性碰撞。
2.理想气体状态方程式（克拉贝龙方程式）
PV = mR g T
或 PV = nRT
其中R = 8.314 J /(mol ? K )，
3.定容比热与定压比热。
R g = M
定容比热c V =
δq V
dT
定压比热c p =
δq p
dT
对于理想气体， c p - c V = R g 或 C p ,m - C V ,m = R (迈耶公式）
定义比热容比k = c p
，则c
c V
=
k
R k -1 g ， c V = 1
R k -1 g
4.理想气体的定值摩尔热容。
p
g
p
5.理想气体的熵。
?
?s = c ln T 2 + R ln v
2
??V
?
T 1 v 1 当比热容为定值时， ??s = c ln T 2 - R ln p 2
? p ? ? ?s = c
T 1 ln p 2 + c p 1
ln v 2
? V
? p 1
v 1
6.各种热力过程的计算公式。
g
p
7.三种压缩过程。（理想状态下压气机所消耗的功即为技术功）
（1）定温压缩： w t ,T = p 1v 1 ln
1
p 2
T 2，T = T 1
? k -1
?
n -1
k
? ? p 2 ? k
?
? p 2 ? n
（2）定熵（绝热）压缩： w t ,s =
k -1
p 1v 1 ?1- p
?
? T 2，n = T 1 p ?
??
? n -1 ? ? 1 ? ?? ? 1 ?
k -1
n
? ? p 2 ? n ? ? p 2 ? k
（3）多变压缩： w t ,n =
n -1 p 1v 1 ?1- p ? ?
T 2，s = T 1 p ?
??
? 1 ? ?? ? 1 ?
比较：
w t ,s > w t ,n > w t ,T
T 2,s > T 2,n > T 2,T
1 ? p z +1 ? z
8.多级压缩每级的增压比 π= ? ? p 1 ?
9.多级活塞式压气机的特点：
每级压气机压气轴功相等； 每级压气机排气温度相同； 每级压气机散热量相等； 每级压气机的容积效率相等，且大于单级压缩的容积效率。
10.喷管：使流体的压力降低，流速升高的管道称为喷管。
11.扩压管：使流体的压力升高，流速降低的管道称为扩压管。
2k k +1 p v
1 1
2k
k +1
R T
g 1
2
?
2k ? 2?k -1 p
1
12.喷管和扩压管流速变化与截面变化的关系。
13.喷管中气体的流速和流量。
?k -1 ?
??p2 ?k ?
对于理想气体，出口流速 c
f 2 p1v1 ?1-
p ?
?
??? 1 ??
?
ν=p cr =?
k 2 ?k -1
临界压力比
cr p ?
k +1
1 ??
注：当
当p
2
/ p
1
≥νcr 即
p
2
/ p
1
<νcr 即
p
2
≥p
cr
p
2
cr 时，应选择渐缩喷管； 时，应选择缩放喷管。 临界流速c f ,cr == 质量流量：1）渐缩喷管q m =A2 2k k -1 2）缩放喷管q m,max =A min ? 14.绝热滞止。 （1）滞止焓h = h + 1 c 2 0 2 f c 2 （2）滞止温度T = T + f 2c p （3）滞止压力 0 k = p ? T 0 ? k -1 T ? ? 第四章 热力学第二定律 1.机械能可以自发的转化为热能，而热能却不能自发的转化为机械能。 2.自发过程是不可逆的。 3.热力学第二定律。 克劳修斯表述：不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其他变化。 开尔文—普朗克表述：不可能从单一热源取热，并使之完全转变为功而不产生其他影响。（或：第二类永动机是不可能制造成功 的。） 4.热机循环效率η = w net = 1- q 2 ，适用于一切热力过程。 q 1 q 1 5.卡诺循环 0 p t 1→2 为定温膨胀过程； 2→3 为定熵膨胀过程； 3→4 为定温压缩过程； 4→1 为定熵压缩过程。 卡诺循环热效率η = 1-q2 =T2 (s2 -s1 ) = 1-T2 q 1 T 1 (s 2 -s 1 ) T 1 结论： （1）卡诺循环的热效率只取决于高温热源的温度T1与低温热源的温度T2，而与工质的性质无关。提高T1，降低T2，可以使卡诺循环的热效率提高。 （2）卡诺循环的热效率总是小于1，不可能等于1，因为T1→∞ 或T2＝0K 都是不可能的。这说明通过热机循环不可能将热能全部转变为机械能。 （3）当T1=T2时，卡诺循环的热效率等于零，这说明没有温差是不可能连续地将热能转变为机械能，只有一个热源的热机（第二类永动机）是不可能的。 6.逆卡诺循环。 卡诺制冷循环的制冷系数ε C = T 2 T -T 1 2 卡诺热泵循环的供热系数ε'=T1 C T -T 1 2 C ? ? 7.卡诺定理。 定理一：在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率，与工质的性质无关。 定理二：在相同高温热源和低温热源间工作的任何不可逆热机的热效率都小于可逆热机的热效率。 8.熵流（ΔS f ）：熵流是由于系统和外界进行热量交换和物质交换而引起的熵变化。 ?S f > 0 ?S f < 0 ?S f = 0 吸热或工质流入放热或工质流出 绝热或无工质流入流出 熵产（ΔS g ）：熵产是由于过程中系统内部存在不可逆因素造成 作功能力的损失而引起熵的变化。 ?S g = 0 ?S g > 0 可逆过程 不可逆过程 对于一个不可逆过程， ?S = ?S f + ?S g 9.克劳修斯不等式。 克劳修斯积分等式 δQ = 0 ，用于可逆循环 T 克劳修斯不等式 δQ < 0，用于不可逆循环 T 10.孤立系统熵增原理：孤立系统的一切实际热力过程总是向着熵增加的方向进行。即熵只能增大，或者不变，绝不能减少。 孤立系统， ?S f = 0 从而 ?S iso = ?S g ≥ 0 第五章水蒸气与湿空气 1.水蒸气的定压发生过程 （1）水定压预热 （2）饱和水定压汽化 （3）干蒸汽定压过热 水蒸气的定压形成过程经历了预热、汽化和过热3 个阶段，并先后经历未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽和过热蒸汽5 种状态。 2.一点、两线、三区、五状态 一点（临界点C）、两线（上界线d1d2d3…、下界线b1b2b3…）、三区（液相区（未饱和水区）、汽液两相区（湿蒸汽区）、汽相区（过热蒸汽区））、五状态（未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干蒸汽、过热蒸汽） 3.水蒸气的基本热力过程 2 定容过程： w = 0, w t = v ( p 1 - p 2 ) q = u 2 - u 1 = (h 2 - h 1 ) - ( p 2 - p 1 )v 定压过程： w = p (v 2 - v 1 ), w t = 0 q = h 2 - h 1 定温过程： w = q - ?u = T (s 2 - s 1 ) - (h 2 - h 1 ) + ( p 2v 2 - p 1v 1 ) w t = q - ?h = T (s 2 - s 1 ) - (h 2 - h 1 ) q = ?1 Tds = T (s 2 - s 1 ) 定熵过程： w = u 1 - u 2 , w t = h 1 - h 2 , q = 0 4.露点温度（T d ）：湿空气中水蒸气分压力 p V 所对应的饱和温度， 称为露点温度，简称露点。 5.湿空气的湿度 （1）绝对湿度ρV = m = V p V ，R g ,V R T = 461.5J /(kg ? K ) 最大绝对湿度ρs = g ,V p s R g ,V T （2）相对湿度?= ρ V ρs （3）含湿量d = 0.622 = p V p s p V = 0.622 ? p s kg / kg (干空气) p - p V 5.湿空气的相对分子质量M r p -?p s = 28.97 -10.954 p V p 湿空气的气体常数 Rg = 287 1- 0.378 p V p J /(kg ? K ) 湿空气的密度ρ= p 287T - 0.001317 ?p s T 6.湿空气的焓 h =ha +hV =1.005t +d (2501 +1.842t) kJ / kg(干空气) 7. ?< 1 时，湿球温度T w高于露点温度T d而低于干球温度T；?= 1 时，干球温度、湿球温度、露点温度相等。 第六章动力装置循环 1.朗肯循环：朗肯循环系统是由水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器等四种主要设备组成。 2.工作原理 3→4：水在给水泵中的可逆绝热压缩过程 消耗机械功w s,3-4 =h 4 -h 3 4→5→6→1：水与水蒸气在锅炉中的可逆 定压加热过程，定压吸热量q 1 =h 1 -h 4 1→2：水蒸气在汽轮机中的可逆绝热膨胀 过程，对外输出机械功w s,1-2 =h 1 -h 2 2→3：乏汽在冷凝器中的定压放热过程， 定压放热量q2 =h2 -h3 3.朗肯循环热效率η=w net =(h1 -h2 ) - (h4 -h3 ) = 1-h2 -h3 q 1 (h 1 -h 4 ) h 1 -h 4 汽耗率d =3600 ，单位 w net kg /(kW ?h) t 4.提高朗肯循环热效率的基本途径是提高工质的平均吸热温度和降低平均放热温度。 （1）从改变工质参数角度上来讲有： ①提高新汽（即过热蒸汽）的初压力、初温度以提高平均吸热温度； ②降低乏汽压力以降低平均放热温度； （2）其他途径：采用所谓“回热”、“再热”等措施，来提高循环的平均吸热温度；另外，可以采取“热电联供”措施来提高热能利用的有效利用率。 5.混合加热循环（萨巴德循环）：柴油机理想循环 （1）内燃机的几个特性参数 压缩比ε=v 1 ，表示压缩过程中工质体积被压缩的程度。 v 2 升压比λ= p 3 ，表示定容加热过程中工质压力升高的程度。 p 2 预胀比ρ=v 4 ，表示定压加热时工质膨胀的程度。 v 3 （2）热力过程的理想化 T ? v ?k -1 1→2 可逆绝热压缩过程 2 = 1 ? = εk - 1 ? T = T εk -1 T 1 ? v 2 ? 2→3 可逆定容加热过程 T 3 = p 3 = λ? T = λT = T λεk -1 T 2 p 2 3 2 1 3→4 可逆定压加热过程 T 4 = v 4 = ρ? T = ρT = T ρλεk -1 T 3 v 3 T ? v ?k -1 4 ? ρv 3 ?k -1 1 ? ρv ?k -1 ? ρ?k -1 4→5 可逆绝热膨胀过程 5 = 4 ? = ?3 ? = ?2 ? = ? T 4 ? v 5 ? ? v 1 ? ? v 1 ? ? ε? ? ρ?k -1 ? T = T ? = T λρk 5 4 ? ε? 1 5→1 可逆定容放热过程 （3）混合加热循环的热效率 q 1 = c V (T 3 - T 2 ) + c p (T 4 - T 3 ) q 2 = c V (T 5 - T 1 ) q c (T - T ) T - T λρk -1 ηt = 1- 2 = 1- V 5 1 = 1- 5 1 = 1- q c (T - T ) + c (T - T ) (T - T ) + k (T - T ) εk -1[(λ-1) + k λ(ρ-1)] 1 V 3 2 p 4 3 3 2 4 3 当压缩比ε增加、升压比λ增加及预胀比ρ减少时，都会使混合加热循环的热效率提高。 6.定容加热循环（奥托循环）：汽油机的理想循环 ρ= 1 ∴η = 1- 1 t ε k -1 定容加热循环的热效率只与压缩比ε有关，且随压缩比ε的增大而提高。 7.定压加热循环（狄赛尔循环）:早期柴油机理想循环 2 1 ∴η= λ= 1 1 ρk -1 1- t εk -1 k (ρ-1） 当压缩比ε增加、预胀比ρ减 少时，定压加热循环的热效率提高。 8.三种活塞式内燃机理想循环的比较。 （1）进气状态、最高压力、最高温度彼此相同。 ηt,V <η t,m <η t,p （2）进气状态、最高压力、吸热量彼此相同。 ηt,p >η t,m >η t,V 9.燃气轮机装置的理想循环 定压加热燃气轮机装置循环（布雷登循环）（1）四个过程 1→2 绝热压缩过程 2→3 定压加热过程 3→4 绝热膨胀过程 4→1 定压放热过程 （2）循环特性参数 循环中工质的吸热量为q1 =c p (T3 -T2 ) 工质放出的热量为q2 =c p (T4 -T1 ) 增压比π=p2 p 1 T 4 T ? p k -1 ? k k -1 ? p ? k T k -1 参数关系 2 = 2 ? = 3 ? = 3 = π k T 1 ? p 1 ? ? p 4 ? q T 4 c (T - T ) ? T 1 T ? -1? 1 η = 1- 2 = 1- p 4 1 = 1- ? 1 ? = 1- （3）循环热效率 t q c (T - T ) ? T ? k -1 1 p 3 2 T 2 3 -1? π k T ? 2 ? （4） 功 量 燃气轮机轴功 w s ,3-4 = h 3 - h 4 = c p (T 3 - T 4 ) 压气机轴功 w s ,1-2 = h 2 - h 1 = c p (T 2 - T 1 ) ? ? 1 ? ? k -1 ?? 输出净功 w = w - w = c ?T 1- ? - T π k -1?? net s ,3-4 s ,1-2 p ? 3 k -1 ? 1 ? ?? ? ? π k ? ? 第七章 制冷装置循环 1.空气压缩式制冷循环 1→2 可逆绝热压缩过程 2→3 可逆定压放热过程 3→4 可逆绝热膨胀过程 4→1 可逆定压吸热过程 ε= 空气压缩制冷系数 q 2 q 1 - q 2 = 1 T 2 - T 3 -1 T - T 1 k -1 π k -1 1 4 = 热工基础（第三版） 张学学 复习提纲 第一章基本概念 1.工程热力学是从工程角度研究热能与机械能相互转换的科学。 2.传热学是研究热量传递过程规律的一门科学。 3.工质：热能转换为机械能的媒介物。 4.热力系统：选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统，简称系统。 5.外界（或环境）：系统之外的一切物体。 6.边界：系统与外界的分界面。 7.系统的分类： （1）闭口系统：与外界无物质交换的系统。 （2）开口系统：与外界有物质交换的系统。 （3）绝热系统：与外界之间没有热量交换的系统。 （4）孤立系统：与外界没有任何的物质交换和能量（功、热量）交换。 8.热力状态：系统中的工质在某一瞬间呈现的各种宏观物理状况的总和称为工质（或系统）的热力状态，简称为状态。 9.平衡状态：在不受外界影响的条件下，工质（或系统）的状态参数不随时间而变化的状态。 10.基本状态参数：压力、温度、比容、热力学能（内能）、焓、熵。 11.表压力Pg、真空度Pv、绝对压力P P g = P - P b P v = P b - P 12.热力学第零定律(热平衡定律) ：如果两个物体中的每一个都 分别与第三个物体处于热平衡，则这两个物体彼此也必处于热平衡。 13.热力过程：系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。 14.准平衡过程（准静态过程）：热力过程中，系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 15.可逆过程：一个热力过程完成后，如系统和外界能恢复到各自的初态而不留下任何变化，则这样热力过程称为可逆过程。 16.不可逆因素：摩擦、温差传热、自由膨胀、不同工质混合。 17.可逆过程是无耗散效应的准静态过程。 18.系统对外界做功的值为正，外界对系统做功的值为负。 系统吸收热量时热量值为正，系统放出热量时热量值为负。 第二章热力学第一定律 1.热力学第一定律：在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 也可表述为：不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。进入系统的能量－离开系统的能量=系统储存能量的变化。 2.闭口系统的热力学第一定律表达式：Q =?U +W 微元过程：δQ =dU +δW 可逆过程：Q =?U +? 1pdV δQ =dU +pdV 2 11-1 某种玻璃对波长0.4~2.5 μm 范围内的射线的透射比近似为0.95，而对其它波长射线的透射比近似为0，试计算此玻璃对温度为1500 K 、2000 K 和6000 K 的黑体辐射的透射比。 解：由题意： 当温度为1500K 时， K m T ?=?=μλ6004.015001 K m T ?=?=μλ37505.215002 查黑体辐射函数表，有%0)0(1=-T b F λ,%385.43)0(2=-T b F λ 此玻璃的透射比为：%216.41)95.0)0()0(12=-?--T b T b F F λλ（ 当温度为2000K 时， K m T ?=?=μλ8004.020001 K m T ?=?=μλ50005.220002 查黑体辐射函数表，有%0)0(1=-T b F λ,%41.63)0(2=-T b F λ 此玻璃的透射比为：%2395.60)95.0)0()0(12=-?--T b T b F F λλ（ 当温度为6000K 时， K m T ?=?=μλ24004.060001 K m T ?=?=μλ150005.260002 查黑体辐射函数表，有%05.14)0(1=-T b F λ,%885.96)0(2=-T b F λ 此玻璃的透射比为：%693.78)95.0)0()0(12=-?--T b T b F F λλ（ 当温度为6000K 时， K m T ?=?=μλ24004.060001 K m T ?=?=μλ15000 5.260002 查黑体辐射函数表，有%05.14)0(1=-T b F λ,%885.96)0(2=-T b F λ 此玻璃的透射比为：%693.78)95.0)0()0(12=-?--T b T b F F λλ（ 11-2 某黑体辐射最大光谱辐射力的波长8.5max =λμm ，试计算该黑体辐射在波长1~5 μm 范围内的辐射能份额。 1.系统：在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为热力系统，简称系统。 2.系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为平衡状态。 3.状态参数：用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数，如温度、压力、比体积等。工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等，其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积，称为基本状态参数。 4.可逆过程：如果系统完成了某一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态，并且不给外界留下任何变化，这样的过程为可逆过程。 准平衡过程：所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 可逆过程的条件：准平衡过程＋无耗散效应。 5.绝对压力p 、大气压力p b 、表压力p e 、真空度p v 只有绝对压力p 才是状态参数 1.热力学能：不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运动动能和分子之间的位能之和（热能）。热力学能符号：U ，单位：J 或kJ 。 热力系统储存能=宏观动能、宏观位能+热力学能 储存能：E ，单位为J 或 kJ 2.热力学第一定律实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律，可表述为：a.在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 b.不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。 c.进入系统的能量－离开系统的能量 = 系统储存能量的变化 3.闭口系统：与外界无物质交换的系统。系统的质量始终保持恒定，也称为控制质量系统 闭口系统的热力学第一定律表达式 对于微元过程 对于可逆过程 对于单位质量工质 对于单位质量工质的可逆过程 4.开口系统稳定流动实现条件 1）系统和外界交换的能量（功量和热量）与质量不随时间而变； 2）进、出口截面的状态参数不随时间而变。 理想气体状态方程 R g 为气体常数，单位为J/(kg·K) 2.比热容：物体温度升高1K （或1℃）所需要的热量称为该物体的热容量，简称热容 比热容（质量热容）：单位质量物质的热容，c ，J/(kg·K) 道尔顿定律：混合气体的总压力等于各组元分压力之和（仅适用于理想气体） d q u w δ=+ δ2f s 1 2 Q H m c mg z W =?+?+?+g pv R T =pV nRT =d d q q c T t δδ== 第四章 思考题 1. 循环的热效率公式 121q q t - =η 和 121T T t -=η 有何区别？各适用什么场合？ 答：前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。 2. 循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一 定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？ 答： 不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。 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”？ 答： 不对， 必须保证过程结束后对系统和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，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。 4. 下列说法是否正确？为什么？ ⑴ 熵增大的过程为不可逆过程； ⑵ 不可逆过程的熵变S ?无法计算； ⑶ 若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的S ?必大于 可逆途径的S ?； ⑷ 工质经历不可逆循环后0>?S ； ⑸ 自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现； ⑹ 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。 答： （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，和过程无关，知道初态和终态就可以计算； （3）不对，S 为状态参数，和过程无关，S ?相等； （4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。 （5）不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。 （6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。如果是可逆过程，熵 第5章热力学第二定律 5．1 本章基本要求 (45) 5．2 本章重点: (45) 5．3 本章难点 (45) 5．4 例题 (46) 5．5思考及练习题 (55) 5．6 自测题 (60) 5．1 本章基本要求 理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。 熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用、火无的概念。 5．2 本章重点: 学习本章应该掌握以下重点内容:, l．深入理解热力学第二定律的实质，它的必要性。它揭示的是什么样的规律；它的作用。 2．深入理解熵参数。为什么要引入熵。是在什么基础上引出的。怎样引出的。它有什么特点。 3．系统熵变的构成，熵产的意义，熟练地掌握熵变的计算方法。 4．深入理解熵增原理,并掌握其应用。 5．深入理解能量的可用性，掌握作功能力损失的计算方法 5．3 本章难点 l．过程不可逆性的理解，过程不可逆性的含义。不可逆性和过程的方向性与能量可用性的关系。 2．状态参数熵与过程不可逆的关系。 3．熵增原理的应用。 4．不可逆性的分析和火用分析. 5．4 例题 例1：空气从P1=0.1MPa ，t1=20℃，经绝热压缩至P2=0.42MPa ，t2=200℃。求：压缩过程工质熵变。（设比热为定值）。 解：定压比热： k kg kJ R C P ?=?== /005.1287.027 27 由理想气体熵的计算式： k kg kJ P P R T T C S P ?=-=-=?/069.01.042 .0ln 287.0293473ln 005.1ln ln 121212 例2：刚性容器中贮有空气2kg ，初态参数P1=0.1MPa ，T1=293K ，内装搅拌器，输入轴功率WS=0.2kW ，而通过容器壁向环境放热速率为kW Q 1.0. =。求：工作1小时后孤立系统熵增。 解：取刚性容器中空气为系统，由闭系能量方程：U Q W s ?+=. . 经1小时， () 12. .36003600T T mC Q W v s -+=()K mC Q W T T v 5447175.021.02.036002933600..12=?-+=? ?? ??-+ = 由定容过程： 1 2 12T T P P =， MPa T T P P 186.0293 5441.0121 2=?== 取以上系统及相关外界构成孤立系统： sur sys iso S S S ?+?=? K kJ T Q S sur /2287.1293 1 .036000=?== ? K kJ S iso /12.22287.18906.0=+=? 例3：压气机空气由P1=100kPa ，T1=400K ，定温压缩到终态P2=1000kPa ，过程中实际 第一章 思考题 1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2.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是否可能变化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 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，所以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。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习题 1-1 解： 热工基础总复习 第一章 1.系统：在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为热力系统，简称系统。 2.系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为平衡状态。 3.状态参数：用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数，如温度、压力、比体积等。工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等，其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积，称为基本状态参数。 4.可逆过程：如果系统完成了某一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态，并且不给外界留下任何变化，这样的过程为可逆过程。 准平衡过程：所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 可逆过程的条件：准平衡过程＋无耗散效应。 5.绝对压力p、大气压力p b、表压力p e、真空度p v 只有绝对压力p 才是状态参数 第二章 1.热力学能：不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运动动能和分子之间的位能之和（热能）。热力学能符号：U，单位：J 或kJ 。 热力系统储存能=宏观动能、宏观位能+热力学能 储存能：E，单位为J或kJ 2.热力学第一定律实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律，可表述为： a.在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 b.不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。 c.进入系统的能量－离开系统的能量= 系统储存能量的变化 3.闭口系统：与外界无物质交换的系统。系统的质量始终保持恒定，也称为控制质量系统 闭口系统的热力学第一定律表达式 对于微元过程 对于可逆过程 对于单位质量工质 对于单位质量工质的可逆过程 4.开口系统稳定流动实现条件 1）系统和外界交换的能量（功量和热量）与质量不随时间而变； 2）进、出口截面的状态参数不随时间而变。 开口系统的稳定流动能量方程 对于单位质量工质： 对于微元过程 5.技术功：在工程热力学中，将工程技术上可以直接利用的动能差、位能差及轴 功三项之和称为技术功，用W t 表示 对于单位质量工质 6.节流：流体在管道内流动，遇到突然变窄的断面，由于存在阻力使流体的压力降低的现象称为节流。工程上由于气体经过阀门等流阻元件时，流速大时间短， 来不及与外界进行热交换，可近似地作为绝热过程来处理，称为绝热节流。 注意：绝热节流过程不是定焓过程 第三章 1.理想气体是一种经过科学抽象的假想气体，它具有以下3个特征： （1）理想气体分子的体积忽略不计； （2）理想气体分子之间无作用力； （3）理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性碰撞。 理想气体状态方程式 R g为气体常数，单位为J/(kg·K) 质量为m 的理想气体 热工基础课后答案超详细版 (张学学) 本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March 第一章 思考题 1.平衡状态与稳定状态有何区别热力学中为什幺要引入平衡态的概念 2. 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 3.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是否可能变化 4. 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 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，所以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。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习 题 1-1 解： kPa bar p b 100.61.00610133.37555==??=- 1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+= 2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-= 3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-= 4. kPa bar p p p b v 6.50506.0 5.000 6.1==-==- 1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅 炉设 备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角?=30α， 管内水 解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差 mmHg Pa gh p 35.79805.0102008.91000sin 3==????=-αρ＝水柱 mmHg p p p b 65.74835.7756=-=-=水柱 1-3 解： bar p p p a b 07.210.197.01=+=+= 热工基础第十章思考题答案 1 何谓表面传热系数？写出其定义式并说明其物理意义。 答：q=h（t w-t f），牛顿冷却公式中的h为表面传热系数。表面传热系数的大小反映对流换热的强弱。 2 用实例简要说明对流换热的主要影响因素。 答：（1）流动起因室内暖气片周围空气的流动是自然对流。而风机中的流体由于受到外力的作用属于强迫对流。强迫对流和自然对流的换热效果是不同的。 （2）流动的状态流动状态有层流和湍流，层流和湍流的对流换热强度不同，输水管路，水流速度不同，会导致水的流动状态由层流到湍流，那么这两种流动状态对流换热效果是不同的。 （3）流体有无相变水在对流换热过程中被加热变成水蒸气，蒸气在对流换热过程中被冷却变成水，这个过程会吸收和放出汽化潜热，两个换热过程的换热量不同。 （4）流体的物理性质流体的物理性质对对流换热影响很大，对流换热是导热和对流两种基本导热共同作用的结果。因此，比如水和油，金属和非金属对流换热效果不同。 （5）换热表面的几何因素换热器管路叉排和顺排换热效果不同，换热管线直径大小对换热效果也有影响。 3 对流换热微分方程组有几个方程组组成，各自到处的理论依据是什么？ 答：（1） 连续性微分方程 （2） 热量平衡方程 （1）ρ(u τ+u u x +v u y )=F x?p x +η(2u x2 +2u y2 )动量平衡方程 连续性微分程的依据是根据质量守恒导出的 热量平衡方程是根据能量守恒导出的 动量平衡方程是根据动量守恒导出的 4 何谓流动边界层和热边界层？它们的厚度是如何规定的。 答：流动边界层是由于流体粘度造成速度变化的区域，即速度发生明显变化的流体薄层。速度达到∞ 处的y值作为边界层的厚度，用δ表示。 当温度均匀的流体与它所流过的固体壁面温度不同时，在壁面附近会形成一层温度变化较大的流体层，称为热边界层。过于温度t-t w=（t∞-t w）处到壁面的距离为热边界层的厚度。 5 简述边界层理论的基本内容。 答：（1）边界层的厚度与壁面特征长度L相比是很小的量。 （2）流场划分为边界层区和主流区。流动边界层内存在较大的速度梯度，是发生动量扩散的主要 区域。在流动边界层之外的主流区，流体可近似为理想流体。热边界层内存在较大的温度梯度，是发生热 量扩散的主要区域，热边界层之外的温度梯度可以忽略。 （3）根据流动状态，边界层分为层流边界层和湍流边界层。湍流边界层分为层流底层、缓冲层与湍流核心三层。层流底层内的速度梯度和温度梯度远大于湍流核心。 （4）在层流边界层与层流底层内，垂直于壁面方向上的热量传递主要靠导热。湍流边界层的主要热阻在层流底层。 6 边界层理论对求解对流换热问题有何意义？ 答：应用边界层理论分析对流换热微分方程中各项的数量级，忽略高阶小量，可以使对流换热微分方程组得到合理的简化，更容易分析求解。 热工基础第十章思考题答案 1何谓表面传热系数？写出其定义式并说明其物理意义。 答： q=h（t w-t f），牛顿冷却公式中的 h 为表面传热系数。表面传热系数的大小反映对流换热的强弱。 2用实例简要说明对流换热的主要影响因素。 答：（ 1）流动起因室内暖气片周围空气的流动是自然对流。而风机中的流体由于受到 外力的作用属于强迫对流。强迫对流和自然对流的换热效果是不同的。 （2 ）流动的状态流动状态有层流和湍流，层流和湍流的对流换热强度不同，输水 管路，水流速度不同，会导致水的流动状态由层流到湍流，那么这两种流动状态对流换热效果是不同的。 （3）流体有无相变水在对流换热过程中被加热变成水蒸气，蒸气在对流换热过程 中被冷却变成水，这个过程会吸收和放出汽化潜热，两个换热过程的换热量不同。 （4）流体的物理性质流体的物理性质对对流换热影响很大，对流换热是导热和对 流两种基本导热共同作用的结果。因此，比如水和油，金属和非金属对流换热效果不同。 （5）换热表面的几何因素换热器管路叉排和顺排换热效果不同，换热管线直径大小对换热效果也有影响。 3对流换热微分方程组有几个方程组组成，各自到处的理论依据是什么？ 答：（1 ） 连续性微分方程 （2） 热量平衡方程 （ 1） （ 2）ρ?u + u ?u + v ?u?p? 2 u? 2 u ) 动量平衡方程 ( ?x?y ) = F x - ?x + η( + ?y 2 ?τ?x 2连续性微分程的依据是根据质量守恒导出的 热量平衡方程是根据能量守恒导出的 动量平衡方程是根据动量守恒导出的 4何谓流动边界层和热边界层？它们的厚度是如何规定的。 答：流动边界层是由于流体粘度造成速度变化的区域，即速度发生明显变化的流体薄层。速度达到∞处的 y 值作为边界层的厚度，用δ表示。 当温度均匀的流体与它所流过的固体壁面温度不同时，在壁面附近会形成一层温度变化较大的流体层，称为热边界层。过于温度 t- t w =（ t∞ - t w）处到壁面的距离为热边界层的厚度。 5简述边界层理论的基本内容。 答：（1）边界层的厚度与壁面特征长度L 相比是很小的量。 （2）流场划分为边界层区和主流区。流动边界层内存在较大的速度梯度，是发生动量扩散的主要区域。在流动边界层之外的主流区，流体可近似为理想流体。热边界层内存在较大的温度梯度，是发生热量扩散的主要区域，热边界层之外的温度梯度可以忽略。 （3）根据流动状态，边界层分为层流边界层和湍流边界层。湍流边界层分为层流底层、缓冲层与湍流核心三层。层流底层内的速度梯度和温度梯度远大于湍流核心。 （4）在层流边界层与层流底层内，垂直于壁面方向上的热量传递主要靠导热。湍流边界层的主要热阻在层流底层。 6边界层理论对求解对流换热问题有何意义？ 忽略高阶小量，可以使对答：应用边界层理论分析对流换热微分方程中各项的数量级， 流换热微分方程组得到合理的简化，更容易分析求解。 7层流边界层和湍流边界层在传热机理上有何区别？ 答：在层流边界层内，热边界层内的温度梯度的变化比较平缓，垂直于壁面方向上的 热量传递主要依靠导热。而湍流边界层内，层流底层有很大的温度梯度，热量传递主要靠导热；而湍流核心内由于强烈的扰动混合使温度趋于均匀，温度梯度较小，热量传递主要靠对流。 8何谓两个物理现象相似？ 答：如果同类物理现象之间所有同名物理量场都相似，即同名的物理量在所有对应瞬间、对应地点的数值成比例，称物理现象相似。 第四章 思考题 1. 循环的热效率公式 121q q t - =η 和 12 1T T t -=η 有何区别？各适用什么场合？ 答：前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。 2. 循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一 定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？ 答： 不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。 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”？ 答： 不对， 必须保证过程结束后对系统和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，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。 4. 下列说法是否正确？为什么？ ⑴ 熵增大的过程为不可逆过程； ⑵ 不可逆过程的熵变S ?无法计算； ⑶ 若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的S ?必大于 可逆途径的S ?； ⑷ 工质经历不可逆循环后0>?S ； ⑸ 自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现； ⑹ 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。 答： （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，和过程无关，知道初态和终态就可以计算； （3）不对，S 为状态参数，和过程无关，S ?相等； （4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。 （5）不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。 热工基础总复习 第一章 1?系统：在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为 热力系统，简称系统。 2?系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为平衡状态。 3. 状态参数：用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数，如温度、压力、比 体积等。工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、比热力学能、 比焓、比熵等，其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积，称为基本 状态参数。 4. 可逆过程：如果系统完成了某一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态, 并且不给外界留下任何变化，这样的过程为可逆过程。 准平衡过程：所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 可逆过程的条件：准平衡过程+无耗散效应。 P 、大气压力 P b 、表压力 P e 、真空度P v p = p + p p 才是状态参数 b N e 第二章 1?热力学能：不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运动动能和分子之间的位 能之和（热能）。 热力学能符号：U ,单位：J 或kJ 。 热力系统储存能=宏观动能、宏观位能+热力学能 2. 热力学第一定律实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律，可表述为： a. 在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 b. 不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。 c. 进入系统的能量一离开系统的能量 =系统储存能量的变化 3. 闭口系统：与外界无物质交换的系统。系统的质量始终保 持恒定，也称为控制 质量系统 闭口系统的热力学第- 疋律表达式 Q U W 对于微元过程 Q dU W 对于可逆过程 Q dU pdV Q 2 U 1 pdV 对于单位质量工质 q du w q u w 5. 绝对压力 只有绝对压力 P = P b - P v 储存能：E ，单位为J 或kJ E k E p = dw + /;dv = Aw + j 2 /?dv 第五章热力学第二定律 热力学第二定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当 ? 答：不能这样表述。表述不正确，对于可逆的定温过程，所吸收的热量可以全部转化为机械能，但是自身状态发生了变化。所以这种表述不正确。 理想气体进行定温膨胀时，可从单一恒温热源吸入的热量，将之全部转变功对外输出，是否与热力学第二定律的开尔文叙述矛盾？提示：考虑气体本身是否有变化。 答：不矛盾，因为定温膨胀气体本身状态发生了改变。 自发过程是不可逆过程，非自发过程必为可逆过程，这一说法是否正确？ 答：不正确。自发过程是不可逆过程是正确的。非自发过程却不一定为可逆过程。 请归纳热力过程中有哪几类不可逆因素？ 答：。不可逆因素有：摩擦、不等温传热和不等压做功。 试证明热力学第二定律各种说法的等效性：若克劳修斯说法不成立，则开尔文说也不成立。 答：热力学第二定律的两种说法反映的是同一客观规律——自然过程的方向性→是一致的，只要一种表述可能，则另一种也可能。假设热量Q2 能够从温度T2 的低温热源自动传给温 度为 T1 的高温热源。现有一循环热机在两热源间工作，并且它放给低温热源的热量恰好等 于 Q2。整个系统在完成一个循环时，所产生的唯一效果是热机从单一热源（T1）取得热量Q1-Q2，并全部转变为对外输出的功W。低温热源的自动传热Q2 给高温热源，又从热机处接受 Q2，故并未受任何影响。这就成了第二类永动机。? 违反了克劳修斯说法，? 必须违反了开尔文说法。反之，承认了开尔文说法，克劳修斯说法也就必然成立。 下列说法是否有误： （1）循环净功 Wnet 愈大则循环效率愈高；（×） （2）不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率；（×） （3）可逆循环的热效率都相等，t 1 T 2（×）T1 循环热效率公式t q1 q2 和t T1 T 2是否完全相同？各适用于哪些场合？ q1 T1 答：这两个公式不相同。t q1 q 2适用于任何工质，任何循环。 t T 1 T 2适用于任 q1 T1 何工质，卡诺循环。 下列说法是否正确： （1）熵增大的过程必定为吸热过程（×）； （2）熵减小的过程必为放热过程（×）； （3）定熵过程必为可逆绝热过程（×）。 （4）熵增大的过程必为不可逆过程（×） （5）使系统熵增大的过程必为不可逆过程（×） （6）熵产S g 0 的过程必为不可逆过程（√） 第二章 思考题 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空气的热力学能如何变化？⑵空气是否作出了功？⑶能否在坐 标图上表示此过程？为什么？ 答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。 （2）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。 2. 下列说法是否正确？ ⑴气体膨胀时一定对外作功。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，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，气体是不可能自压缩的，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，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 ⑷气体边膨胀边放热是可能的。 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是不可能的。 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. “任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？ 答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面力功等等，如果只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。 5. 试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列 各量的大小：⑴W12与W1a2； (2) U12与U1a2； (3) Q 12与Q 1a2 答：（1）W 1a2大。 (2)一样大。 （3）Q 1a2大。 6. 说明下列各式的应用条件： ⑴ w u q +?= 闭口系的一切过程 ⑵ ?+ ?=pdv u q 闭口系统的准静态过程 ⑶ )(1122v p v p u q -+?= 开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零 ⑷ )(12v v p u q -+?= 开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。 7. 膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关 系？ 答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、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（宏观动能和势能）的变化；流动功又称为推进功，1kg 工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。 习 题 2-1 解：kJ U Q W 308050Δ-=-=-= ，所以是压缩过程 热工基础题目 1-11 在冬季，工厂某车间每一小时经过墙壁等处的损失热量3 000 000 KJ，车间各工作机器消耗的动力为400 KW，假定其最终全部变成热能散发在车间内，另外，室内经常点着50盏100W的电灯，为试车间内温度不变，每小时加入多少热量？ 1-12 水在101325 Pa，100 ℃下定压汽化，比体积由0.001 m3/Kg增加到1.76 m 3/Kg，若气化潜热为2250KJ/Kg,已知定压汽化过程汽化潜热为晗差，求1Kg水灾定压汽化过程中的热力学能变化量。 1-14质量为1275Kg的汽车在以60 000m/h 速度行驶时被刹车制动，速度降至20 000m/h ，假定刹车过程中0.5Kg的刹车带和4Kg的刚刹车鼓均匀加热，但与外界没有传热。刹车和刚刹车鼓的比热容分别是 1.1KJ/(Kg.K)和0.46 KJ/(Kg.K)，求刹车带和刚刹车鼓的升温。 1-17 空气在压气机中被压缩，压缩前的空气参数为：P1=0.1MPa,v1=0.845m3/Kg,压缩后的参数是P2=1MPa,v2=0.175m3/Kg,压缩过程中1Kg空气热力学能增加146.5KJ，同时向外放出50KJ，压气机每分钟压缩空气1Kg,带动此压气机要用多大功率的电动机？ 1-20 蒸汽动力厂中锅炉以流量40 000Kg/h向汽轮机提供蒸汽，汽轮机进口处的压力表的读书为8.9MPa,蒸汽的焓是3441KJ/Kg,汽轮机出口处的真空表的读数为730.6mmHg,出口处蒸汽的焓是2248KJ/Kg，汽轮机向环境散热为6.81×KJ/h,若当地大气压是760mmHg,求：（1）进、出口处的蒸汽的绝对压力；（2）不计进、出口处的位能差和动能差时汽轮机的功率；（3）若进、出口处的蒸汽的速度分别为70m/s和140m/s时对汽轮机的功率有多大影响？（4）若进、出口的高度差为1.6m时对汽轮机的功率有多大影响？ 1-21 500KPa饱和液氨进入锅炉加热成干饱和氨蒸汽，然后进入过热器等压加热到275K，若氨的质量流量为0.005Kg/s,离开过热器时的焓h=-25.1KJ/Kg.氨气进入和离开锅炉时焓分别为h1=h′=-396.2KJ/Kg,h2=h′′=-223.2KJ/Kg，求锅炉和过热器的换热率。 1-24 一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为100KPa,温度为20℃，喷嘴内径为0.002m，射出水流温度为20℃，压力为200KPa,流苏1000m/s,200KPa、20℃时，v=0.001002 m3/Kg,近似认可水的比体积不变，求水泵功率。 第二章 2-8 空气压缩机每分钟从大气中吸取温度Tb=17℃,压力Pb=750mmHg的空气0.2 m3，充入V=1 m3的储气罐中，储气罐中原有空气的温度为T1=17℃，表压力为0.05MPa,问经过几分钟使储气罐中的气体压力和温度提高到P2=0.7MPa,T2=50℃. d Q U W δ=+δq u w =?+热工基础总复习 第一章 1.系统：在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为热力系统，简称系统。 2.系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为平衡状态。 3.状态参数：用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数，如温度、压力、比体积等。 工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等，其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积，称为基本状态参数。 4.可逆过程：如果系统完成了某一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态，并且不给外界留下任何变化，这样的过程为可逆过程。 准平衡过程：所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 可逆过程的条件：准平衡过程＋无耗散效应。 5. 绝对压力 p 、大气压力p b 、表压力p e 、真空度p v 只有绝对压力 p 才是状态参数 第二章 1.热力学能：不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运动动能和分子之间的位能之和（热能）。 热力学能符号：U ，单位：J 或kJ 。 热力系统储存能=宏观动能、宏观位能+热力学能 储存能：E ，单位为 J 或 kJ k p E U E E =++ 2. 热力学第一定律实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律 ，可表述为 ：a.在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 b.不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。 c.进入系统的能量－离开系统的能量 = 系统储存能量的变化 3.闭口系统：与外界无物质交换的系统。系统的质量始终保持恒定，也称为控制质量系统 闭口系统的热力学第一定律表达式 对于微元过程 对于可逆过程 对于单位质量工质 对于单位质量工质的可逆过程 p p p b e =+p p p =-b v Q U W =?+2 1 d Q U p V =?+?d q u w δ=+δd p Q U dV δ=+ 第一章 思考题 1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2. 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是否可能变化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3． 当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 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，所以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。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习 题 1-1 解： 1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉设 备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角?=30α， 管内水 解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差 1-3 解： 1－4 解： 1-4 解： 1-5 解：由于压缩过程是定压的，所以有 第二童 思考题 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空气的热力学能如何变化？（2）空气是否作出了功？（3）能否在坐标图上表示此过程？为什么？ 答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。 （2）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。 2.下列说法是否正确？ （1）气体膨胀时一泄对外作功。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 （2）气体被压缩时一泄消耗外功。 对，因为根据热力学第二泄律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。 （3）气体膨胀时必须对其加热。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 （4）气体边膨胀边放热是可能的。 对，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边膨胀边放热。 （5）气体边被压缩边吸入热量是不可能的。 错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。 （6）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，英温度反而降低。 4.“任何没有体积变化的过程就一左不对外作功”的说法是否正确？ 答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面力功等等，如果只考虑体枳功的话, 那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。 5.试比较图2-6所示的过程1-2与过程l-a-2中下列各 量的大小:⑴ % 与％; （2） AL//2与他2；⑶ 图2-6思考题4附图Qjj Qla2 答：(1)W⑷大。 (2)—样大。 (3)Q/c2 大。 6.说明下列各式的应用条件: 闭口系的一切过程 闭口系统的准静态过程 (3)q = Aw + (/?2v2 - ) 开口系统的稳泄流动过程，并且轴功为零 (4)q =/?(v2 - ) 开口系统的稳左左压流动过程，并且轴功为零：或者闭口系统的定压过程。 7.膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关 答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备(开口系统)时, 热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、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(宏观动能和势能)的变化：流动功又称为推进功，1kg工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳泄流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳立流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、岀热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。 2-1 解：W = 2-At； = 50-80 =-30A:J ,所以是压缩过程 2-2 解：vv w;=(2?5~Q^ =2000 + 650-1200 = \450kJ 2-3 解：△U = 0 = 2xlO'x36OO =7.2xlO&J/力 2—4解：状态b和状态a之间的能之差为：热工基础(张学学--第三版)复习知识点
《热工基础(张学学 高教》课后答案 第十一章习题解答
热工基础_期末总复习_重点(张学学)
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