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第3章 思考题与习题参考答案1．液压泵的工作压力取决于什么？液压泵的工作压力和额定压力有什么区别？ 答：液压泵的工作压力取决于负载，负载越大，工作压力越大。
液压泵的工作压力是指在实际工作时输出油液的压力值，即液压泵出油口处的压力值，也称为系统压力。
额定压力是指在保证泵的容积效率、使用寿命和额定转速的前提下，泵连续运转时允许使用的压力限定值。
2．如何计算液压泵的输出功率和输入功率？液压泵在工作过程中会产生哪两方面的能量损失？产生这些损失的原因是什么？答：液压泵的理论输入功率为P T nT i ==ωπ2，输出功率为0PF pA pq υυ===。
功率损失分为容积损失和机械损失。
容积损失是因内泄漏、气穴和油液在高压下的压缩而造成的流量上的损失；机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。
3．齿轮泵为什么有较大的流量脉动？流量脉动大会产生什么危害？答：由于齿轮啮合过程中压油腔的容积变化率是不均匀的，因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。
流量脉动引起压力脉动，随之产生振动与噪声。
4．为什么齿轮泵的吸油口和出油口的位置不能任意调换？答：由于齿轮泵存在径向液压力不平衡的问题，为减小液压力的不平衡，通中出油口的直径小于吸油口的直径，因此吸油口和出油口的位置不能任意调换。
5．试说明齿轮泵的困油现象及解决办法。
答：齿轮泵要正常工作，齿轮的啮合系数必须大于1，于是总有两对齿轮同时啮合，并有一部分油液因困在两对轮齿形成的封闭油腔之内。
当封闭容积减小时，被困油液受挤压而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热并使轴承等机件受到附加的不平衡负载作用；当封闭容积增大时，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴，这就是齿轮泵的困油现象。
消除困油的办法，通常是在两端盖板上开卸荷槽。
6．齿轮泵压力的提高主要受哪些因素的影响？可以采取哪些措施来提高齿轮泵的工作压力？答：齿轮泵压力的提高主要受压力油的泄漏的影响。
通常采用的方法是自动补偿端面间隙，其装置有浮动轴套式和弹性侧板式齿轮泵。
第3章短路电流计算3-1 什么叫短路？短路的类型有哪些？造成短路的原因是什么？短路有什么危害？答：短路是不同相之间，相对中线或地线之间的直接金属性连接或经小阻抗连接。
短路种类有三相短路，两相短路，单相短路和两相接地短路。
短路的原因主要有设备绝缘自然老化，操作过电压，大气过电压，污秽和绝缘受到机械损伤等。
短路的危害有：1 短路产生很大的热量，导体温度身高，将绝缘损坏。
2 短路产生巨大的电动力，使电气设备受到变形或机械损坏。
3 短路使系统电压严重降低，电器设备正常工作受到破坏。
4 短路造成停电，给国家经济带来损失，给人民生活带累不便。
5严重的短路将影响电力系统运行的稳定性，使并联运行的同步发电机失去同步，严重的可能造成系统解列，甚至崩溃。
6 不对称短路产生的不平横磁场，对附近的通信线路和弱电设备产生严重的电磁干扰，影响其正常工作。
3-2 什么叫无限大功率电源供电系统？它有什么特征？为什么供配电系统短路时，可将电源看做无限大功率电源供电系统？答：所谓“无限大容功率电源”是指端电压保持恒定、没有内部阻抗和功率无限大的电源，它是一种理想电源，即相当于一个恒压源。
无限大功率电源供电系统的特征是：系统的容量无限大、系统阻抗为零和系统的端电压在短路过程中维持不变。
实际上并不存在真正的无限大功率电源，任何一个电力系统的每台发电机都有一个确定的功率，即有限功率，并有一定的内部阻抗。
当供配电系统容量较电力系统容量小得多，电力系统阻抗不超过短路回路总阻抗的5%~10%，或短路点离电源的电气距离足够远，发生短路时电力系统母线降低很小，此时可将电源看做无限大功率电源供电系统，从而使短路电流计算大为简化。
3-3无限大功率电源供电系统三相短路时，短路电流如何变化？答：三相短路后，无源回路中的电流由原来的数值衰减到零；有源回路由于回路阻抗减小，电流增大，但由于回路内存在电感，电流不能发生突变，从而产生一个非周期分量电流，非周期分量电流也不断衰减，最终达到稳态短路电流。
思考题与习题解答第1章专机总体设计1.1 专机应满足哪些基本要求？答：专机应满足下列基本要求：1) 工艺范围; 2) 加工精度; 3) 生产率和自动化程度; 4) 可靠性; 5) 操作方便、工作完全；6) 造型美观、减少污染。
1.2 专机设计的步骤是什么？答：大体上可分为以下四个阶段：1) 调查研究; 2) 总体方案设计; 3) 工作图设计; 4) 试制鉴定。
1.3 专机的总体方案设计包括哪些内容？答：具体内容如下：1) 调查研究; 2) 专机的总体布局; 3) 工艺分析; 4) 确定专机的主要技术参数。
1.4 总体布局的内容是什么？答：内容是按工艺要求决定机床所需的运动，确定机床的组成部件，以及确定各个部件的相对运动和相对位置关系，同时也要确定操纵、控制机构在机床中的配置，并作出机床的总联系尺寸图。
1.5 为何在总体方案设计中工艺分析是十分重要的？答：工艺分析首先确定该专机所采用哪一种的工艺方法，工艺方法又是多种多样的，它对机床的结构和性能的影响很大。
工艺方法的改变将导致机床的运动、传动、部件配置以及结构等产生一系列变化。
不同的工艺方法，必然会使机床的结构、运动、传动等有所不同。
因此，在总体方案设计中工艺分析就显得十分重要的。
1.6 专机的运动有哪几种类型？运动分配的原则是什么？答：按其运动的功用可分为表面成形运动和辅助运动两大类。
表面成形运动又可分为主运动和进给运动两类。
运动分配的原则应考虑下列几项：1) 简化机床的传动和结构; 2) 提高加工精度; 3) 缩小机床占地面积。
1.7 主轴转速数列有哪几种类型？分别适用于什么场合？答：主轴转速数列采用等比级数、等差级数、对数级数等类型排列。
一般情况下，在主运动系统中主轴转速采用等比级数排列; 在进给运动系统中采用按等差级数排列的数列。
1.8专机的功率确定方法有哪几种？目前常用的方法是什么？答：有3种方法：1) 类比法; 2) 实侧法; 3) 计算法。
第1章思考题与习题1-1动力系统、电力系统和电力网的基本组成形式如何？1-2电力系统的接线方式有几种？何谓开式网络？何谓闭式网络？1-3简述电力系统运行特点和要求。
1-4如何评价电能质量，电能质量的三个指标是什么？各有怎样要求？1-5为什么要规定电力系统的电压等级？简述主要电压等级。
1-6电力系统的各个元件（设备）的额定电压如何确定？举例说明。
1-7电力系统的负荷曲线有几种？什么是年持续负荷曲线和最大负荷利用小时数？T。
1-8某一负荷的年持续负荷曲线如图1-11所示，试求最大负荷利用小时数max图1-11 题1-8的年持续负荷曲线1-9试确定图1-12所示的电力系统中发电机和变压器的额定电压（图中标示电力系统的额定电压）。
图1-12题1-9电力系统接线图+抽头，T2运行于主抽头，1-10试求图1-12中各变压器的额定变比，当变压器T1运行于5%-抽头时，各变压器的实际变比是多少？T3运行于 2.5%1-11某电力系统的典型日负荷曲线如图1-13所示，试计算日平均负荷和负荷率。
图1-13题1-11的日负荷曲线第2章思考题与习题2-1 架空输电线路的电阻、电抗、电纳和电导是如何计算的，影响电抗的参数的主要因素是什么？2-1 架空线路采用分裂导线有哪些优点？电力线路一般采用什么样的等效电路表示？2-3 何谓自然功率？2-4 双绕组和三绕组变压器一般以什么样等值电路表示？2-5 对于升压型和降压型的变压器，如果所给出的其他原始数据均相同，它们的参数相同吗？为什么？2-7 什么称为变压器的额定变比、实际变比、平均额定电压变比，在归算中如何应用？2-8 何谓有名值？何谓标幺制？标幺制有什么优缺点？基准值如何选取？2-9 电力系统等值电路的元件参数计算时，何谓精确计算法？何谓近似计算法？它们分别用在怎样的场合？2-10 试推导由负荷功率求取恒定负荷阻抗或导纳的方法。
2-11 一条长度为600km的500kV架空线路，使用4×LGJ-400分裂导线，611110.01870.275 4.05100r x km b S km g -=Ω=Ω=⨯=、、、。
《化工过程流体机械》思考题参考解答参考教材《过程流体机械》2010.92 容积式压缩机☆思考题2.2 写出容积系数λV 的表达式，并解释各字母的意义。
容积系数λV （最重要系数）λV ＝1－α（n 1ε－1）＝1－⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛110n s dS p p V V（2-12）式中：α ——相对余隙容积，α ＝V 0（余隙容积）/ V s （行程容积）；α ＝0.07～0.12（低压），0.09～0.14（中压），0.11～0.16（高压），＞0.2(超高压)。
ε ——名义压力比（进排气管口可测点参数），ε ＝p d / p s ＝p 2 / p 1 ，一般单级ε ＝3～4；n ——膨胀过程指数，一般n ≤m （压缩过程指数）。
☆思考题2.3 比较飞溅润滑与压力润滑的优缺点。
飞溅润滑（曲轴或油环甩油飞溅至缸壁和润滑表面），结构简单，耗油量不稳定，供油量难控制，用于小型单作用压缩机；压力润滑（注油器注油润滑气缸，油泵强制输送润滑运动部件），结构复杂（增加油泵、动力、冷却、过滤、控制和显示报警等整套供油系统油站），可控制气缸注油量和注油点以及运动部件压力润滑油压力和润滑油量，适用大中型固定式动力或工艺压缩机，注意润滑油压和润滑油量的设定和设计计算。
☆思考题2.4 多级压缩的好处是什么？ 多级压缩优点：①.节省功耗（有冷却压缩机的多级压缩过程接近等温过程）；②.降低排气温度（单级压力比小）；③.增加容积流量（排气量，吸气量）（单级压力比ε降低，一级容积系数λV 提高）；④.降低活塞力（单级活塞面积减少，活塞表面压力降低）。
缺点：需要冷却设备（否则无法省功）、结构复杂（增加气缸和传动部件以及级间连接管道等）。
☆思考题2.5 分析活塞环的密封原理。
活塞环原理：阻塞和节流作用，密封面为活塞环外环面和侧端面（内环面受压预紧）；关键技术：材料（耐磨、强度）、环数量（密封要求）、形状（尺寸、切口）、加工质量等。
思考题与习题参考答案4-1 欲将发电机的三相绕组连成星形时,如果误将U 2，V 1，W 2连成一点(中性点)，是否也可以产生对称三线电压？答：不是。
4-2 当发电机的三相绕组连成星形时，设线电压)30sin(238012︒-=t u ω，试写出相电压ｕl 的三角函数。
答：380sin(60)l u t ω=-︒4-3 什么是三相负载、单相负载和单相负载的三相连接？相交流电动机有三根电源线接到电源的L l ，L 2，L 3三端．称为三相负载，电灯有两根电源线，为什么不称为两相负载？而称单相负载？答：三相负载是指由三相电源所带的负载，单相负载时指由单相电源带的负载，负载的三相连接是指将单向负载按照特定的连接方式连接成适合三相电路的负载连接形式。
电灯被称为单相负载是因为带动电灯工作的电源只需要一个就可以了。
4-6 为什么电灯开关—定要接在相线(火线)上？答：开关接在火线上才能在开关打开的时候保证每相电源所在回路断开。
4-8 有一次某楼电灯发生故障，第二层和第三层楼的所有电灯突然都暗淡下来，而第一层楼的电灯亮度未变，试问这是什么原因，这楼的电灯是如何连接的?同时又发现第三层楼的电灯比第二层楼的还要暗些.这又是什么原因?画出电路图。
(1)本系统供电线路图(2) 当P 处断开时，二、三层楼的灯串联接380V 电压，所以亮度变暗，但一层楼的灯仍承受220V 电压亮度不变。
(3) 因为三楼灯多于二楼灯即 R 3< R 2 , 所以三楼灯比二楼灯暗。
4-9有一台三相发电机，其绕组接成星形，每相额定电压为220V 。
在一次试验时，用电压表量得相电压220321===U U U V ，而线电压则为2203112==U U V ，38023=U V 试问这种现象是如何造成的？AP BC N 三层二层 一层答：12相间有短路。
4-10 在图4-29所示的电路中，三相四线制电源电压为380／220V ，接有对称星形联结的白炽灯负载，其总功率为180W 。
第3章和第4章重点思考题和习题解答
第3章 理想气体
习题
3-2 体积为0.027m 3的刚性贮气筒，装有压力为5107×Pa 、温度为20℃的空气。
筒上装有一排气阀，压力达到51075.8×Pa 时就开启，压力降为 5
104.8×Pa 时才关闭。
若由于外界加热的原因，造成阀门的开启，问：⑴ 当阀门开启时，筒内温度为多少？⑵ 因加热而失掉多少空气？设筒内空气温度在排气过程中保持不变。
状态1 --定容→ 状态2 --定温→ 状态3(但部分气体排出) 解：⑴K 3667
8.75293p p T T 1212=×== (注意：T 1=273+20=293K) ⑵ kg 0.225293
2870.027107T R V p m 51g 111=×××== (注意：R g =287 J/(kg.K)) kg 0.216366
2870.027108.4T R V p m 52g 232=×××== kg 0.0090.2160.225m m Δm 21=−=−=
或：3
m 00108.0=∆V
或 mol 31.045.776.7=−=∆n
3-3 一绝热刚体气缸，被一导热的无摩擦的活塞分成两部分，最初活塞被固定在某一位置，气缸的一侧贮有0.4MPa 、30℃的理想气体0.5kg ，而另一侧贮有0.12MPa 、30℃、0.5kg 的同样气体，然后放松活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。
设比热容为定值，试求：⑴ 平衡时的温度（℃）；⑵ 平衡时的压力(MPa)。
解：⑴ 平衡时的温度为30℃
⑵ 方法1： 0.30.4
0.12p p V V 1221=== 由:T
pV T V p T V p 222111=+ 得：p=0.185MPa
方法2：
由:1111RT M m V p =，得1111RT Mp m V =
同理：2222RT Mp m V =，RT Mp
m V = V V V =+21，RT Mp
m RT Mp m RT Mp m =+222111 T p
m T p m T p m =+222111 得：p=0.185MPa
3-7 6 kg 空气由初态3.01=p MPa ，=1t 30℃，经下列不同过程膨胀到同一终压 1.02=p MPa ，⑴ 定温；⑵ 定熵；⑶ n =1.2。
试比较不同过程中空气对外作的膨胀功，交换的热量和终温。
解：⑴ 定温：K 303T 2= (注意：R g =287 J/(kg.K)，W=m*w) kJ 5735.9560.1
0.3ln 3032876p p ln m W 211=×=×××==T R g kJ 573W Q == (注意：Q=W ，而不是Q = -W) ⑵ 定熵:K 221)0.3
0.1(303)p p (T T 1.411.4k 1k 1212=×==−− kJ 352221)(3031
1.42876)T (T 1k R m W 21=−−×=−−=g Q=0
⑶ n =1.2: （注意：多变过程不是定熵过程）
K 252)0.3
0.1(303)p p (T T 21./20.11212=×==−n n kJ 438)522(3031
21.2876)T (T 1R m W 21=−−×=−−=n g kJ 220252))(3031
1.22876(715.94)T )(T 1n R m(C Q 12g
v −=−−−=−−−= 3-26 某闭口系统内有1 kmol 的空气，初态体积为1m 3，终态体积为10 m 3，当初态及终态
温度均为100℃时，计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。
⑴ 可逆膨胀； ⑵ 向真空膨胀；⑶ 在外压恒为0.1MPa 的环境中膨胀。
(1) 可逆膨胀为定温过程，
1
2ln v v T R w g =＝0.287*(273+100)*ln(10/1)=246.5kJ/kg W=246.5kJ/kg*29kg/kmol=7148.5 kJ
Q=W=T*ΔS
T W S /=∆＝19.2 kJ/K
(2) V P W b ∆=*＝0
s ∆=0
(3) V P W b ∆=*＝0.1*106*(10-1)＝900kJ
T W S /=∆＝2.4kJ/K
第4章 热力学第二定律
思考题
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
才一定减小。
5. 若工质从同一初态出发，分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同的终压力，两过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图进行分析.
答：不可逆过程熵大，可逆过程作功大
习题
4-1 某发明者自称已设计出一台在540 K 和300 K 的热源之间循环工作的热机，该热机从高温热源每吸收1000 J 的热量可作出450 J 的净功，他的设计合理吗？
解:
方法1：同热源间工作的卡诺热机(理想可逆热机)的热效率为：
44.011
2=−=T T tC η (注意：T 用绝对温度K 为单位) 该热机的热效率为：
tC t Q W ηη>==45.01
它的设计是不合理的
方法2：由热量守恒
J W Q Q 550450100012=−=−=
由克劳休斯不等式： 00185.0300
55054010002211>=−=+K J T Q T Q 它的设计是不合理的
4-3 某可逆热机工作在温度为150℃的高温热源和温度为10℃的低温热源之间，试求：
⑴ 热机的热效率为多少？
⑵ 当热机输出的功为2.7 kJ 时，从高温热源吸收的热量及向低温热源放出的热量各为
多少？
⑶ 如将该热机逆向作为热泵运行在两热源之间，热泵的性能系数为多少？ 当工质从温度为10℃的低温热源吸收4.5 kJ/s 的热量时，要求输入的功率为多少？ 解：
（1）热效率为 %1.33423101501
21=−=−=T T T η (注意：T 用绝对温度K 为单位) （2） 吸热 kJ W
Q 16.8%
1.337.21===η 放热
kJ W Q Q 46.57.216.812=−=−=
（3）性能系数 02.310150273150'2
11=−+=−=T T T ε (注意：T 用绝对温度K 为单位) ()()02.35.4''1211×−=−=⋅=Q Q Q W Q εε
得到 s kJ Q 73.61=
所以 s kJ Q Q W 23.25.473.621=−=−=
或者 ε′=/1Q W =6.73/3.02=2.23 kJ/s
4-10 图4－11为一烟气余热回收方案图。
设烟气比热容1400=p c J/ (kg ·K )，1000=v c J/ (kg ·K )，求：⑴ 烟气流经换热器传给热机工质的热量；⑵ 热机排给大气的最小热量Q 2；⑶ 热机输出的最大功W 。
解：（1）根据稳定流动方程，烟气放热： ()()kJ
T T mc Q p 4116375274.16211=−××=−=
（2）Q 2取最小时，此过程可逆，取烟气、工质和低温热源为系统，此系统为孤立系统，
孤立系统的可逆过程熵不变
0=∆+∆∆l h tot S S S ＝
1
22121ln T T mc T dT mc T Q
S p T T p T T h ===∆∫∫δ kJ 2389800310ln 30014006ln 0ln
12020212=××−=−=⇒=+=∆+∆∆T T T mc Q T Q T T mc S S S p p l h tot ＝
（3）kJ 17272389411621max =−=−=Q Q W。
