第 8 章 热控制系统
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思 考 题8-1 根据热力学第二定律判断下列哪种说法是正确的.(A) 热量能从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体.(B) 功可以全部变为热,但热不能全部变为功.(C) 气体能够自由膨胀,但不能自动收缩.(D) 有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量,反之则不行. [ C ]8-2 有人说: “不可逆过程就是不能往反方向进行的过程” 对吗?为什么?[不可逆过程并不是一定不能往反方向进行的过程,而是往反方向进行的过程中用任何 方法都不能使系统和外界同时复原]8-3 有人设计一台卡诺热机(可逆的).每循环一次可从 400 K 的高温热源吸热1800 J ,向 300 K 的低温热源放热 800 J.同时对外作功 1000 J,这样的设计是(A) 可以的,符合热力学第一定律.(B) 可以的,符合热力学第二定律.(C) 不行的,卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量.(D) 不行的,这个热机的效率超过理论值. [ D ][卡诺热机效率最大: % 25 1 12 = - = T T h ] 8-4 某人设想一台可逆卡诺热机, 循环一次可以从400K 的高温热源吸热1800J, 向300K 的低温热源放热 800J, 同时对外作功 1000J. 试分析这一设想是否合理?为什么?[ 违背熵 增原理 ]8-5 下列过程是否可逆,为什么?(1) 通过活塞(它与器壁无摩擦),极其缓慢地压缩绝热容器中的空气;(2) 用旋转的叶片使绝热容器中的水温上升(焦耳热功当量实验).解:(1)是可逆过程。
此过程是无损耗的准静态过程,当活塞(它与器壁无摩擦),极其缓慢地 绝热膨胀时,系统和外界都可复原,故是可逆过程。
(2)是不可逆过程。
功可完全转化为热,但在无外界影响下,热能却不能完全转化为 机械能。
8-6 关于可逆过程和不可逆过程的判断:(A) 可逆热力学过程一定是准静态过程.(B) 准静态过程一定是可逆过程.(C) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程.(D) 凡有摩擦的过程,一定是不可逆过程.以上四种判断,其中正确的是哪些? [ A,D ]8-7 在所给出的四个图象中,哪个图象能够描述一定质量的理想气体,在可逆绝热过 程中,密度随压强的变化? [ D ]88 从统计的意义来解释, 不可逆过程实质上是一个怎样的状态转变过程?一切实际 过程都向着什么方向进行? [ 从几率较小的状态到几率较大的状态;状态的几率增大 (或 熵值增加) ]89 由绝热材料包围的容器被隔板隔为两半,左边是理想气体,右边真空.如果把隔 板撤去,气体将进行自由膨胀过程,达到平衡后气体的温度及熵如何变化? [ 温度不变; 熵增加 ]810 在一个孤立系统内, 一切实际过程都向着什么方向进行?这就是热力学第二定律 的统计意义. 从宏观上说, 一切与热现象有关的实际过程都是可逆的吗? [ 状态几率增大; 都是不可逆的 ]811 所谓第二类永动机,从功能量转换角度来讲,是一种什么形式的机器?它不可能 制成是因为违背了热学中的哪条定律? [ 从单一热源吸热,在循环中不断对外作功的热 机;热力学第二定律 ]812 熵是什么的定量量度?若一定量的理想气体经历一个等温膨胀过程, 它的熵将如 何变化? [ 大量微观粒子热运动所引起的无序性(或热力学系统的无序性) ;增加] 思考题 8-7图。
第八章热力学定律本章学习提要1.理解热力学第一定律,知道热力学第一定律反映了系统内能的变化和系统通过做功及传热过程与外界交换的能量之间的关系。
初步会用热力学第一定律分析理想气体的一些过程,以及生活和生产中的实际问题。
2.知道热力学第二定律的表述。
知道熵是描写系统无序程度的物理量。
热力学的两个基本定律都是通过对自然界和生活、生产实际的观察、思考、分析、实验而得到的,这也是我们学习这两条基本定律应采取的方法。
人类的进步是与对蕴藏在物质内部能量的认识和利用密切相关的。
热力学定律为更好地设计和制造热机、更好地开发和利用能源指明了方向。
随着生产和科学实践的发展,人们逐步领悟到有效利用能源的意义,懂得遵循科学规律的重要性,从而更自觉地抵制违背科学规律的行为。
此外,以热力学定律为基础的现代热力学理论还广泛应用于物质结、凝聚态物理、低温物理、化学反应、生命现象、宇宙和恒星演化等领域,取得了巨大成就。
A 热力学第一定律一、学习要求理解热力学第一定律。
初步会用热力学第一定律分析理想气体的一些过程,以及生活和生产中的实际问题。
关注热力学第一定律的建立过程,明白热力学第一定律是包括内能的能的转化和能量守恒定律,是通过对自然界和生活、生产实际的观察、思考、分析、实验而得到的自然界中的最基本、最普遍的定律之一,通过对热力学第一定律的学习,体会该定律在科学史上的重要地位,感受该定律对技术进步和社会发展的巨大作用。
二、要点辨析1.热力学第一定律的含义和表式热力学第一定律是包括内能的能的转化和能量守恒定律。
物质的内能是一种与物质内的大量构成粒子无序热运动有关的能量形式,物质系统(如汽缸中一定质量的气体)内能的变化是它与外界交换能量的结果,而这种能量的交换则可通过做功和热传递两种方式实现,热力学第一定律反映了系统内能的变化(ΔU)与它和外界交换的功(W)和热量(Q)之间的定量的关系:ΔU=Q+W。
2.应用热力学第一定律解题时,要注意各物理量正、负号的含义当热力学第一定律表示为ΔU =Q +W 时,ΔU 为正值,表示系统内能增加;负值表示系统内能减小。
热工控制系统B思考题与习题第一章控制系统概述1. 什么叫自动控制系统?2.自动控制系统主要由哪几部分组成?每一部分的作用是什么?3.控制对象、被控制量、控制量和给定值是如何定义的?请举例说明。
4.自动控制系统的主要分类方法有哪几种?说明各种分类方法的特点,指出各种分类方法所包括的系统是什么?各系统的特点是什么?5.什么叫前馈控制系统?什么叫反馈控制系统?6.什么叫反馈?什么叫负反馈?7、什么叫定值控制系统?对定值控制系统来说,系统的输入量是什么?举例说明日常生活中的定值控制系统。
8.什么叫随动控制系统?对随动控制系统来说,系统的输入量是什么?举例说明日常生活中的随动控制系统。
9.、对一个实际控制系统如何实现负反馈?10.说明汽包锅炉有哪些被控制量?相应的控制量、控制机构有哪些?锅炉运行过程中被控制量可能会受到哪些扰动?11.控制过程的基本形式有哪几种?它们各有什么特点?如何根据控制过程曲线来检验控制系统是否满足基本要求?哪种控制过程的基本形式符合热工控制过程的要求,给出稳定性指标的范围。
12.通常从哪三个方面衡量自动调节系统的工作品质,表示调节系统的工作品质的指标有哪几个?如何兼顾这些指标?13.举出反馈控制系统的实例,指出被控制量、控制量、控制机构、给定值、扰动,画出控制系统的示意图。
14.水位自动控制系统的两种方案如下图所示,在运行中,希望水位高度H维持不变:(1)说明各系统的工作原理。
(2)画出各系统的方框图,并说明控制对象、被控制量、给定值、扰动各是什么?(3)试说明两系统各属于何种结构的控制方式。
(4)当水箱出口水流量q2变化时,各系统能否使水位高度保持不变?试从原理上定性说明。
第二章控制对象的动态特性1.为什么要研究对象动态特性?2.热工控制对象一般有哪几种类型?每种类型的特点是什么?写出相对应的传递函数。
3.热工控制对象的特征参数有哪些?是如何定义的,物理意义是什么?4.写出表示有自平衡能力对象动态特性的两套特征参数和它们之间的关系。
《仪表与自动化》第二版第1章自动控制系统基本概念1-3自动控制系统主要由哪些环节组成?解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表,工段号为3,仪表序号为07;TRC-303表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的温度控制仪表;工段号为3,仪表序号为03;FRC-305表示集中仪表盘安装的,具有指示记录功能的流量控制仪表;工段号为3,仪表序号为05。
1-7 在自动控制系统中,测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号(如气压信号或电压、电流信号等)送往控制器;控制器接受测量变送器送来的信号,与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后将此结果用特定信号(气压或电流)发送出去执行器即控制阀,它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度,从而改变操纵变量的大小。
1-8.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质?解:被控对象(对象)——自动控制系统中,工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。
控系统通常用该变量的名称来称呼,如温度控制系统,压力制系统等。
给定值(或设定值或期望值)——人们希望控制系统实现的目标,即被控变量的期望值。
它可以是恒定的,也可以是能按程序变化的。
操纵变量(调节变量)——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节(操纵)的变量。
或实现控制作用的变量。
操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。
1-11题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。
A、B两种物料进入反应器进行反应,通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。