2014-2015河南理工大学研究生高等工程热力学与传热学试题答案
1试述热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述的一致性
开尔文描述：不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。 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它变化。
一致性自己写
2.蒸汽压缩制冷循环装置采用了节流阀来代替膨胀机，试简述这样做的利弊？
利：液体制冷剂在膨胀机中体积膨胀不大，做功很小，且膨胀机内不允许出现液体，以免损坏叶片，所以，通常在实际循环多采用结构简单、造价便宜、操作方便的节流阀代替膨胀机。弊：节流阀不对外做功膨胀降温效果没有膨胀机对外做功降温效果显著。流体介质在节流阀流速较大的情况下，易出现汽蚀现象，致使部分零件表面很快损坏，同样节流阀精度不高，不宜调节，密封性较差，效率低。
3简述当水蒸气分压不变时，绝对湿度、相对湿度和含湿量三个参数随温度升高而变化的情况。
4若空气比热容取定值，问在定压过程中加给空气的热量中有多少用来做功？有多少用来改变热力学能？
解：定压过程总加热量为：
q =c p ΔT
其中用来改变热力学能的部分为：
Δu = c v ΔT
而c p = c v +R g
因此，定压过程用来作功的部分为：
w =Rg △T
5有人说：凡是符合能量守恒定律的热力过程都是可以无条件实行的，你认为对吗？请简要说明理由。
错。能量守恒定律是在说能量从一种形式转化到另一种形式，数量上的相等；热力学第二定律从能量转化的方向解释了，能量的转化过程是由一定方向的，即：热量不能自动的无偿地从低温物体传至高温物体。
6 描述传热的三种基本方式、基本规律与应用范围。
传热三种基本方式：传导、对流、辐射 传导——主要应用于固体或静止的流体，遵循傅立叶导热定律（dx
dt k q -=）
对流——主要是由于流体流动而引起的传热现象，遵循牛顿冷却定律（t h q ∆=）
辐射——所有物体都具有热辐射效应，但主要适用于温度相差较大的物体之间，遵循Stefan-Boltzmann 定律（4
t q σ=）
7举例说明孤立系统熵增与系统内部过程进行方向的联系。
A 、
B 看成是一个系统，那么热传递的方向就是：从温度的高低有序到热平衡无序的变化 熵增原理，指明了一切自然过程的方向性。简单地说熵就是系统内混乱和无序的度量。熵值越大，混乱无序的程度越大。化学反应是按熵增的方向进行的；在生命科学领域，动植物的生命发展是按熵增方向进行的；在社会科学领域，人类社会的发展进步是按熵增方向进行的。 8结合实例说明工程中增强和削弱传热的方法和技术有哪些？ 增强传热的方法
1 、扩展传热面
2 、改变流动状况：增加流速、增强扰动、采用旋流及射流等都能起增强传热的效果，但这些措施都将使流动阻力增大，增加动力消耗。
3 、使用添加剂改变流体物性：流体热物性中的导热系数和体积比热容对表面传热系数的影响较大。在流体内加入些添加剂可以改变流体的某些热物理性能，达到强化传热的效果。
4 、改变表面状况：如增加粗糙度、改变表面结构、表面涂层等。
削弱传热的方法
1 、覆盖热绝缘材料。常用的材料日前有：岩棉、泡沫塑料、微孔硅酸切、珍珠岩等。
2 、改变表面状况。即改变表面的辐射特性及附加抑制对流的元件。
3 、遮热板
三、分析计算题．
某理想气体在定压下从t 1℃加热到t 2℃，并做了膨胀功W(KJ/kg)，该气体定压比热c p 为定值，试用t 1、t 2、c p 等已知参数表示：
(1) 该气体的气体常数R 。
(2) 热力过程中单位质量气体内能的改变量。
(3) 热力过程中单位质量气体的吸热量。
(4) 热力过程中单位质量气体熵变。
解：(1) 12t t W R -= (2) W t t c u p --=∆)(12 (3) )(12t t c q p -=吸
(4) 1
2ln t t c S p =∆
四 1．试用热力学第一定律证明第一类永动机不可能制造出来。
热力学第一定律是当热能与其它形式的能量相互转换时，能的总量保持不变。就是说为了得
到机械能必须花费热能或其它能量。而第一类永动机是不消耗任何形式的能量就能循环动作、对外做功的机器，它违反能量守恒定律。
2．试用热力学第二定律证明，在状态图上，两条可逆绝热过程线不可能相交。
热二律表述为：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。
若一条等温线与一条绝热线有两个交点，则两条曲线构成了一个循环过程，它仅从单一的热源吸热，且全部转换为功，热机效率达100%，违背了热力学第二定律的开尔文说法，所以不成立。
证明：热力学第二定律指出不可能从单一热源吸热，使之完全变为有用功，而不产生其它影响。利用反证法，假设两条可逆绝热线S1和S2相交（如图）。引入等温线T构成一个正循环。此循环只有一个热源而对外做功，根据热力学第二定律，所以两条可逆绝热线不可能相交。
