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1、2023高等工程热科学复习题2023高等工程热科学复习题一、简答题.结合工作实践说明热力学第确定律和热力学其次定律的本质及意义。能量转换与守恒定律在热过程中的应用，热是能的一种，机械能变热能或热能变机械能，它 们间的比值守恒确定的；或热可以变为功，功也可以变为热；确定量的热消逝时，必产生相 应量的功，消耗确定量的功也必消灭与之对应确实定量的热。过程进展的结果表现为使孤立系统燧增大，实质是能量的传递和转移过程是能量的可用性 （品质）下降的过程。通过摩擦机械能转变为热能虽然数量没变但是无限可转化能变成了部分可转化能，能量品质下降，故可自发进展，冰箱等制冷装置就是花费了其他能量（如电） 把冷冻室里德
2、热量传递到温度较高的环境介质去。方向、途径、限度1 .举两个不同类型的例子说明热力学其次定律在判定过程进展的方向性中的作用。例1、制冷机（如电冰箱）可以将热量Q由低温T2处（冰箱内）向高温T1处（冰箱外的外界）传 递，但此时外界对制冷机做了电功W而引起了变化，并且高温物体也多吸取了热量Q（这是 电能转化而来的）。这与克氏表述并不冲突。热量不行能自发地、不花任何代价地从低温物 体传向高温物体,例2在试验中，重物下降带动叶片转动而对水做功，使水的内能增加。但是，我们不行能造 出这样一个机器：在其循环动作中把一重物上升而同时使水冷却而不引起外界变化。普朗克与 开氏表述，不行能制造出从单一热源吸热，使
3、之全部转化为功而不留下任何变化的热力循 环发动机。例3、（抱负气体向真空自由膨胀）如以下图，容器被中间的隔板分为体积相等的两局部：A 局部盛有抱负气体，B局部为真空。现抽掉隔板，则气体就会自由膨胀而布满整个容器。这 个过程是不行逆的，我们从没有见过这种现象：气体自动地由整个容器收缩到A局部，而 使B局部成为真空。例4、（两种抱负气体的集中混合）如以下图，两种抱负气体C和D被隔板隔开，具有一样 的温度和压强。当中间的隔板抽去后，两种气体发生集中而混合。2 .阐述平衡态及系统平衡的判据。一个热力系统假设在不受外界影响的条件下，系统的状态能够保持不变；系统内或系统与外 界之间一切不平衡的势差都不存在
4、时，系统的一切宏观变化停顿，此时热力系统所处的状态条件：热、力、化学平衡孤立系普遍判据定温定容定温定压3 .如何理解？节能的本质应当是什么？能（用Q表示）有两个属性:数量的大小和品质的凹凸。在环境条件下任一形式的能量在理论2023高等工程热科学夏习题上能够转变为有用功的那局部称为能量的用，其不能转变为有用功的那局部称为该能量的火无。 在确定的能量中，火用占的比例越大，其品质越高。热力学第确定律可表述为：“在任何能量转 换过程中火用和火无的总和保持不变”。而热力学其次定律可综述为“孤立系统火用减火无增 原理依据热力学其次定律，能量转化过程是沿火用减火无增的方向进展的。火用的削减不 但说明能量数量
5、的损失，而且说明能量质量的贬值，这才是真正意义上的能量损失。所谓用能， 实质上就是用火用;节能,实质上就是节火用;因此在用能过程中,就应当充分、有效地发挥火用 的作用，尽可能削减不必要和不合理的火用损失，尽量避开贵重的火用轻易地退化为火无。4 .以下命题是否正确？说明理由1）水蒸气在汽轮机内膨胀作功，水蒸汽热力学能的一局部转变为功输出，其余局部在 冷凝器中释放，也就是。2）水从高山留下，势能转变为动能，总能量守恒，但可用能削减，即 损失。3）动力机排向环境的能量全部，没有。4）在煤气炉上烧开水，火焰释放热量中的使水升温，转化为环境大气的热力学能。” 对不对？为什么？6,结合你工作实例说明对用能
6、系统进展分析时的两种方法：第确定律分析法和其次定律分 析法的差异和相互关系。P47第确定律分析法依据能量在数量上守恒的关系，通过分析提示系统各部位能量数量上转换、 传递、利用和损失的状况，确定该系统的能量利用或转换效率。特点是抓住能量数量上的平 衡、考虑了能量数量的利用程度，反映了能量数量的“外部损失”。其次定律分析法从能量的数量和质量来分析系统各部位对能量利用和损失状况。其中的用分 析法提示能量中用的转换、传递、利用和损失状况，得到系统用效率。特点是抓住不行逆过 程中用转变为无、无不行能转变为用，提示系统内部存在的能量质的贬值。据第确定律分析，最大能量损失发生在冷凝器中，但是据其次定律分析法
7、，由于放热温度很 低，所以不行逆性及由此造成的用损失并不大。相反锅炉中的用损失却很高。锅炉内燃料燃 烧过程和高温烟气与水蒸气之间传热过程这两个不行逆过程使大量的用蜕变为无，也正是这 两种不行逆过程引起的用损失，才大大增加了通过冷凝器所排弃的热量。用分析与能分析相比较，在揭露损失的缘由、部位以及指出改进方向等方面更科学、更合理。但 是能分析也能为节约用能指明确定的方向，譬如通过回收余热、回收未加利用的废、副物资 和削减物料的泄露、加强保温等措施以削减外部损失.所以在能分析的根底上进一步做好用分 析将能分析与用分析相结合分析用能系统。7 .实际气体与抱负气体差异的本质，实际气体的状态方程应具有特征
8、，范德瓦尔方程作为 实际气体状态方程是否适宜？为什么？ P66/68/71分子间存在相互作用力。特征：1、任意状态方程在p趋向零的任何温度下都应能简化为抱 负气体状态方程。而且当温度趋向无穷大时，比照等温线趋于Z=1的直线。2、当压力趋广 零时，等比照温度线的斜率在低广波义耳温度时为零，即在此温度下，比照温度线杀Z=12023高等工程热科学夏习题的水平直线，此时一切真实气体也遵守pv=RgT的规律。3、对于实际流体的临界等温线来 说，在p-v图上临界点是驻点及拐点。实际气体必需满足在临界点的一阶导数等于零、两阶 导数等于零。4、纯质在气相及液相中的化学势相等。5、抱负气体在p-T图上的等比体积
9、线 是直线，其斜率随密度的增加而增加。8 .据纯质气体的状态方程如何构造实际气体混合物的状态方程。P88利用各组成气体的方程中的常数通过确定的法则来确定混合物方程中的相应常数，再来计算 混合物的p、v、T或其他热力参数，这种方法称为混合法则。混合气体的性质也可以用虚 拟临界参数法来计算。所谓的虚拟临界参数法是把混合气体看成有着虚拟的临界常数Tcm 及Pern的某种假想纯质，确定该混合物的虚拟临界参数Pcm,Tcm,再利用纯质的通用图表及 方程，计算其体积等参数。9 .如何确定实际气体的热力学能、始、精等参数？ P93余函数和偏差函数的概念和作用。 P100据热力学能的一般表达式，利用状态方程及
10、比热容计算，也可依据状态仅取决于状态本身和经 受的过程无关的特性，先计算抱负气体的有关值，再加上实际流体与抱负气体相关值的偏差而 得到。还可以利用抱负气体的有关值，加实际流体与抱负气体相关值的偏差而得到。偏差函 数是实际状态值减去抱负气体状态值，余函数是抱负气体状态值减去实际状态值。前者的抱负 气体状态是可以存在的，由于全部气体在温度为T,压力趋向很低，比体积趋向于无穷人时 气体性质趋向于抱负气体，而后者的抱负气体状态是可能根本不存在的假想状态。10 .何谓偏心因子，概括其作用。11 .什么是偏摩尔参数，P119两种液体等压混合，混合液体积是否必定是两种液体体积之 和？如何确定混合液的体积P1
11、22当几种物质混合组成多元系统时，由于分子（或原子）间作用力的影响，这些物质在多元系 统中的性质与其单独存在时所表现的性质不同。为了与纯组元时【mol物质所占的体积区分， 把溶液中Imol物质所占的体积称为偏摩尔体积，多元系统其他表示容量的广延参数分别称 为偏摩尔玲、偏摩尔端等。是在等温等压条件下的偏微商，物理意义：各组分浓度确定的巨 大体系中，在等温、等压条件下保持其他的组分数量不变时，因参与Imol第i种物质而引 起的体系的性质转变量。12 .相平衡的判据是什么？阐述弯曲界面对系统平衡的影响。争论液滴和汽泡形成的原理 及影响因素及对传热的影响。P154159.什么是稀溶液的依数性，举例说明
12、工程实践应用。13 .卡诺循环的经济性指标是一切热力循环中最高的，有限时间热力学争论的对象与卡诺循 环是否有冲突？为什么？14 .如何理解热经济学的特点和本质。二、计算题1 .用NO图推算NH3蒸汽在900kPa及2000c时的比体积。文献给出此状态下氨的比2023高等工程热科学夏习题体积为 0.252 mVkgo 氨的临界参数：T = 406K、p =11.28MPa。 crcr2 .压力 =17MPa、温度7= 278K氮气等温膨胀到13MPa利用通用余焰图和燃图求过 程的热量。3 .空气由初态p = 0.5MPa, / =37。经绝热节流压力变化到p,= 0.1MPa。环境温度 ，o=2
13、7C。求：1kg空% (1)节流立程的 损失；(2)从状态1到状W 2可以得到的最大有 用功；(3)在同样的初、终压力之间进展可逆定温膨胀时的最大有用功；(4)你认为该如何定义节流阀效率。P584 .推导无内热源、常物性、各向同性的材料的导热微分方程式。P245.由x = 0.85的甲烷和x = 0.15的氮所组成的自然气，在稳定流淌的压缩机内从 lOatm和220K被可逆等温地压缩到lOOatm,质量流量为lkg/s0假设混合物为抱负溶体， 计算该过程中所需要的功率和传热率。，纯甲烷和纯氮的燃、燧数据如下表。P135气体状态 1lOatm 和 220K状态 2 lOOatm 和 220KH。
14、 J/m ol mS J/(m ol - K) mH o J/m ol mS。 J/(m ol K) m甲烷16250155.812930125.4氮1318()162.912170140.26.某活塞式内燃机按定压加热抱负循环一一狄塞尔循环(12等隔压缩，2-3等压吸热,3-4等燃膨胀，4”等压放热，见附图)运行。循环工质 (空气)从平均温度1750 K的恒温热源吸热，向300K的低温热源放热。循环的压缩比(v /v )为15,循环的最 高温度和最低温度分别为1500K和340K。试计算传热不行逆产生的损失及循环效率。气体比热容取定值，c = 1.005 kJ/(kg-K), *14 R =
15、 0.287 kJ/(kg K) 。 P179P&(20 分)7.核电厂利用蒸汽发生器生产蒸汽，蒸汽发生器中热流体是一回路冷却剂。进入蒸汽压力为7.08MPa,温度为压力为7.08MPa,温度为发生器时冷却剂的温度329.8C,出口平均进【I温度290.8C, 流量为17550 t/h。蒸汽发生器产生的蒸汽是压力6.53MPa,干度 近似为1饱和蒸汽，进入蒸汽发生器水的压力为7.08MPa,温 度为221.3C蒸汽发生器向环境大气的散热量可无视，求：蒸汽 的流量及蒸汽发生器的效率。假定7=298K, p =().IMPao已00知：h = 1515.0 kJ/kg、5 = 3.527 kJ/(kg ! s = 5.848kJ/(kg K)。221.3C时水的焰为 950.7kJ/kg,燧为 2.521kJ/(kg K)；环境状态下水的 h = 104.87 kJ/k g， 0s = 0.3664kJ/(kg K )。8.市场出售的防冻剂为乙二醇(C H (OH),其密度是1.12g/cni3o为了防止在-102023高等工程热科学复习题时凝固，需在20升的汽车水箱中参与多少升纯乙二醇？ P170