【文章內(nèi)容簡介】 的放熱過程時，能量轉(zhuǎn)換關系如何？由知1nk Δu0，q0，w0 第五章１．借助逆向循環(huán)可使熱量從低溫物體傳到高溫物體，這與熱力學第二定律的克勞修斯說法是否矛盾？為什么？不矛盾。因為逆向循環(huán)之所以能把熱量從低溫物體傳到高溫物體，是因為逆向循環(huán)以消耗循環(huán)凈功為代價。2．理想氣體由某一初態(tài)，分別經(jīng)可逆絕熱過程12和不可逆絕熱過程1239。膨脹到同一終溫，試問這兩個過程的功有何關系？為什么？ 這兩個過程的功相等，因為理想氣體絕熱過程的功只與初、終態(tài)溫度有關可逆功，不可逆。3．工質(zhì)經(jīng)不可逆循環(huán)，其∮ds＝0，但又有關系式∮dQ/T0，為什么？第二定律(不可逆)，(dQ/T)不≠ds熵是狀參∮ds=0，所以∮(dQ/T)’不0。4．為什么說“工質(zhì)經(jīng)過一個絕熱過程其熵變量只能是大于或等于零，而經(jīng)過一個放熱過程其熵可增可減或不變”？由ds≥dq/T，絕熱dq=0，所以ds≥0 放熱dq0，T0，所以dq/T0，所以滿足ds≥dq/T ，可有ds0，ds=0，ds0。5．理想氣體從同一初態(tài)吸熱到相同的終溫，一為定壓吸熱，一為定容吸熱。問兩者的吸熱量和內(nèi)能變化量。兩過程的吸熱平均溫度有何關系？ qv=CvΔT 因為T2V=T2P ，所以內(nèi)能變化相等 7．當孤立系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生不可逆變化，其總熵量必然增大。以孤立系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生有溫差的傳熱過程為例，簡單說明之。兩物體溫度為T1，T2(T1T2)，傳熱量為Q，ΔS孤＝Q/T1+Q/T2=Q(1/T21/T1)08．為什么“熱力系統(tǒng)經(jīng)過一個不可逆過程后，其熵的變化量無法計算”的說法是錯誤的？那么不可逆過程的熵變量又應該通過什么途徑來計算呢？熵是狀態(tài)參數(shù)，熵變量僅決定于熱力系統(tǒng)的初終狀態(tài)，不論過程可逆與否，與路徑無關，由于過程有，故熵變不能通過不可逆過程計算，但可通過初終態(tài)相同的任意可逆過程計算。10．Pv圖上兩條定熵線為什么不可能相交？試根據(jù)熱力學第二定律證明之。假設兩條定熵線相交，用反證法證明。11．“不可逆過程的熵差無法計算”，該說法對不對？為什么？不對，熵是狀態(tài)參數(shù)，與過程無關。12．“如果從同一始態(tài)到同一終態(tài)有兩條途徑，一為可逆，一為不可逆，那么不可逆的熵差必大于可逆途徑的熵差”。這種說法對嗎？為什么？不對，熵是狀態(tài)參數(shù)，與過程無關。只要有相同的初終態(tài)，熵差就相等。13．為什么單熱源熱機不能實現(xiàn)？（試用孤立系統(tǒng)的熵增原理進行分析）如單熱源熱機能實現(xiàn)則從高溫熱源吸進熱量Q1全部變?yōu)楣?，Q1=W0，取孤立系ΔS孤=Q1/T1=W/T10，不能實現(xiàn)。14．為什么熱量不能自發(fā)地、不負代價地從低溫熱源傳向高溫熱源？用反證法，如果熱量能自發(fā)從低溫流向高溫，將違反熱力學第二定律。 取孤立系，ΔS孤=Q(1/T11/T2)，因T1T2，所以ΔS孤0，不能實現(xiàn)。15．根據(jù)熱力學第二定律分析，為什么完成一個正向循環(huán)后熱能不能100%地轉(zhuǎn)化為機械能？如果完成一個循環(huán)熱能100％轉(zhuǎn)化為機械能，則相當于只從一個熱源吸熱，對熱源和熱機取孤立系，則孤立系ΔS孤=Q1/T1=W/T10，不能實現(xiàn)。 １．何謂正向循環(huán)與逆向循環(huán)？這兩種循環(huán)所產(chǎn)生的效果有何不同？逆向循環(huán)與可逆循環(huán)又有何區(qū)別？正向循環(huán)是將高溫熱源放出熱量的一部分轉(zhuǎn)化為功的循環(huán)；逆向循環(huán)是消耗一定量的機械能使熱能從低溫熱源傳至高溫熱源的循環(huán)；可逆循環(huán)是全部由可逆過程組成的循環(huán)。第七章１．水蒸汽在定溫過程中是否滿足關系式q=w？為什么？不滿足。因為要使q=w成立，必須有，水蒸汽不是理想氣體，故對于水蒸汽的定溫過程。第八章當進口空氣流的馬赫數(shù)M＞1時，截面漸縮的管道宜作噴管還是擴壓管？為什么？宜作擴壓管。因為由幾何條件知：當dA＜0、M＞0時，dc＜0，再由幾何條件知dp＞0；2．亞音速空氣流過漸縮噴管，初壓P1=10bar，背壓Pb=1bar，如其余條件都不變，只提高初溫，則出口流速、流量將如何改變？為什么？ C2=Ccr T1增大，C2增大 qmax，T1增大，qmax下降。流速增大，流量減?。?．亞音速空氣定熵流經(jīng)噴管，已知進口截面上空氣壓力P1=7bar， 試問當出口背壓分別為5bar,，為使氣流充分膨脹，得到最大動能，應該分別采用什么形狀的噴管？為什么？5/7=。4．理想氣體流經(jīng)漸縮管道時，在什么條件下起噴管作用？什么條件下起擴壓管作用？為什么？ dA0 M1 dc/c0，起噴管作用；M1時，dc0起擴壓管作用；5．對于管內(nèi)理想氣體的穩(wěn)定可逆流動，促使流速改變的力學條件如何表達了流速與壓力的關系？由KM2dC/C= dp/p dc0，所以dp0。6．亞音速氣流穩(wěn)定、絕熱流過漸縮管道，壓力怎樣變化？為什么？對穩(wěn)定絕熱管流，dA/A=(M21)dC/C 因dA0，M1，所以dc0， 又KM2dC/C=dp/p，dc0，所以dp0，故壓力降低。7．亞音速氣流流過漸縮噴管，背壓低于臨界壓力，若初溫t1提高，而其它條件不變，則出口速度、壓力和流量有何變化？為什么？背壓低于臨界壓力，出口達到臨界狀態(tài) P2＝Pcr不變 C2=Ccr T1增大，C2增大 mmax，T1增大，mmax下降。8．對亞音速氣流，要使流動加速，管道截面應如何變化？當氣流加速時，氣流壓力如何變化？為什么？采用漸縮噴管，壓力減小 因為dA/A=(M21)dc/c，M1，要使dc0，必dA0， 又由(1/K)dp/P=M2dc/c，dc0，則dp0，壓力減小。9．亞音速理想氣體可逆絕熱流過漸縮截面管道時，氣體溫度、壓力、流速如何變化？為什么？T、P下降，C增大。由dA/A=(M21)dc/c知，dA0，M1，所以dc0。又由(1/K)dp/p=M2dc/c，dc0，dq0。又由cdc=dh=CpdT，dc0，所以dT0。第九章１．壓氣機采用多級壓縮和級間冷卻的主要優(yōu)點有哪些？為什么？節(jié)省壓縮耗功，限制壓縮終溫，提高容積效率；可由兩級壓縮且級間定壓冷卻的P－V圖和T－S圖分析原因。2．設計多級壓縮、級間冷卻的活塞式壓氣機時，采用各級的增壓比相同，這樣做可得到哪些有利結(jié)果？每級耗功相等，有利于曲軸的平衡；每級壓縮終溫相等；每級放熱相等。3．活塞式壓氣機在何種情況下要采用多級壓縮？分析采用多級壓縮、級間冷卻方法的優(yōu)劣。要求壓力較高氣體（也即增壓比高），為保證一定的生產(chǎn)量。 優(yōu)點：減少余隙容積影響；能得到一定生產(chǎn)量高壓氣體，節(jié)省壓縮耗功，降低了終溫有利于潤滑；有利于軸力平衡； 缺點：增加了一個冷卻裝置。4．采用兩級級間冷卻的壓氣機，若進口壓力與出口壓力分別為P1和P3，則其最有利的中間壓力P2與P1和P3的關系如何？這樣選取P2有哪些好處？每級耗功相等，每級終溫相同，每級排熱相等。 第十章１．內(nèi)燃機混合加熱理想循環(huán)有哪些特性參數(shù)？它們對循環(huán)熱效率影響如何？ε=v2/v1，λ=P3/P2，ρ=v4/v3 提高ε、λ和降低ρ可使ηt提高。第十一章１．在蒸汽動力裝置中，只要汽輪機葉片材料允許，為什么要同時提高過熱蒸汽的初壓P1和初溫t1？僅提高P1能使提高，但x2將降低；只有提高P1同時又提高t1，使 提高而x2可在允許范圍內(nèi)。 四、作圖題第四章１．閉系里的雙原子理想氣體進行多變膨脹過程(1nk)， 試在Ｔ－Ｓ圖上用面積表示該過程的膨脹功。 由q=Δu+W及T－S圖上定容線下方的面積代表內(nèi)能變化量，可在T－S圖用面積表示膨脹功W。2．在Ｐ－Ｖ、Ｔ－Ｓ圖上畫出理想氣體（雙原子）受壓縮，升溫又放熱的多變過程，指出其多變指數(shù)n的范圍，并說明能量轉(zhuǎn)換關系。類似于《工程熱力學》一書思考題9（P141）3．試將滿足氣體受壓縮、又升溫、又吸熱的多變過程在Ｐ－Ｖ，Ｔ－Ｓ圖上表示出來，并說明能量轉(zhuǎn)換關系，指出多變指數(shù)n的范圍。類似工程熱力學一書思考題9(P141)4．理想氣體從狀態(tài)1可逆絕熱壓縮到狀態(tài)2，再可逆定容加熱到狀態(tài)3， 再可逆定溫膨脹到狀態(tài)4，最后經(jīng)可逆定壓放熱過程回到初態(tài)1。試在Pv圖和Ts圖上畫出該可逆循環(huán)。根據(jù)四個基本熱力過程來構(gòu)成循環(huán)。5．在PV圖上畫出工質(zhì)又膨脹、又降溫、又吸熱的多變過程。1nk；吸熱和內(nèi)能降低都轉(zhuǎn)換為對外作功。6．在PV圖及TS圖上畫出雙原子理想氣體的n=， 并指出能量轉(zhuǎn)換關系。由T－S圖知，Δu0，W0，q0。7．在PV圖和TS圖上畫出理想氣體的可逆膨脹、放熱過程，指出n 的范圍并說明能量轉(zhuǎn)換關系。先由w/q=(k1)/(kn)知nk，Kn+∞，則可由W0和q0畫出pv圖和Ts圖，能量轉(zhuǎn)換關系為：內(nèi)能的減小轉(zhuǎn)化為對外作功和放熱。Δu0，W0，q0 第五章１．閉系里的理想氣體作不可逆絕熱膨脹12，設環(huán)境溫度T0T2，試在Ｔ－Ｓ圖上用面積表示膨脹功和作功能力損失。在T－S圖上先畫出定熵膨脹過程1－3和不可逆絕熱膨脹過程1－2，且兩過程的終態(tài)比容相等，則作功能力損失I=T0(S2S3)。 2．理想氣體由初溫T1可逆等壓吸熱至T2，再經(jīng)不可逆絕熱膨脹至初溫(T3=T1)，然后可逆等溫放熱至初態(tài)。在Ｔ－Ｓ圖上畫出循環(huán)， 并用面積表示作功能力損失。設環(huán)境溫度為T0(T0T1)I=T0ΔS第七章１．壓力為P溫度為t1的過熱水蒸汽定壓冷卻成干度為x2的濕蒸汽，試在hs圖上表示該冷卻過程，并寫出該過程放熱量的計算式。在hs圖上表示水蒸汽的定壓冷卻過程見熱力學P224圖79。2．在某蒸汽鍋爐中，把90bar、30℃的未飽和水在定壓下加熱成450℃的過熱蒸汽，熵增Δs=()。煙氣在定壓下從1500℃降至250℃，生產(chǎn)1Kg過熱蒸汽所需煙氣的熵降│Δs│=，查得蒸汽的飽和溫度ts=℃，設環(huán)境溫度t0=17℃，試在Ｔ－Ｓ圖上定性地畫出煙氣和形成過熱蒸汽的過程線， 并用面積表示由于不可逆?zhèn)鳠岫鸬拿可a(chǎn)1Kg過熱蒸汽的作功能力損失。在T－S圖上，煙氣的過程線是一條定壓放熱線，水的定壓加熱汽化過程線參見熱力學P215圖7－5；作功能力損失I＝T0S孤；第八章１．理想氣體穩(wěn)定絕熱地流過噴管，一為可逆流動12， 另一為不可逆流動1239。，若P2=P239。，試在Ｔ－Ｓ圖上用面積表示這兩種流動的出口動能之差， 并說明畫圖依據(jù)。先在T－S圖上畫出過程線1－2和1－2’，由絕熱流過噴管的能量方程知，這兩種流動的出口動能差等于=定壓線2－2’下方的面積。2．理想氣體穩(wěn)定流經(jīng)噴管時向外放熱，試在Ts圖上用面積定性表示每千克氣體的動能增量。由穩(wěn)定流動的能量方程知：氣流的動能增量等于[q12(h2h1)]，根據(jù)噴管中氣流特征（即T2T1,P2P1）可得n1，又因q120，從而可在T－S圖上畫出過程線1－2，并畫出表示動能增量的面積。第九章１．壓氣機把初態(tài)為(p1,v1)的空氣按多變過程(1nk)壓縮到終壓P3，試在Pv圖上用面積表示不分級壓縮比分兩級壓縮且級間定壓冷卻多耗的功。Pv圖見熱力學P261圖95；2．當初態(tài)和增壓比相同時，試在pv圖上用面積表示采用兩級壓縮、 級間冷卻的活塞式壓氣機比單級壓縮壓氣機所節(jié)省的功。節(jié)省的耗功見熱力學P261圖95(b)中的陰影面積；3．當初態(tài)與增壓比相同時，試在Ts圖上表示兩級壓縮級間冷卻比不分級壓縮少耗的功。 第十章１．當活塞式內(nèi)燃機的三種理想循環(huán)有相同的初態(tài)、最高壓力和最高溫度時，試畫Ts圖比較這三種理想循環(huán)熱效率的高低。ηtp ηtmηtv，T－S圖見熱力學P281圖1012；2．對內(nèi)燃機的三種理想循環(huán)，當初態(tài)、吸熱量和最高壓力相同時，試用T S圖比較三種理想循環(huán)熱效率的高低。T－S圖略。 由圖知，q1P=q1m=q1v, q2vq2mq2p，由熱效率公式，所以ηtpηtmηtv。 3．當初態(tài)相同、壓縮比ε相同、吸熱量q1相同時，試畫T－s圖比較活塞式內(nèi)燃機三種理想循環(huán)熱效率的高低。T－s圖見沈維道的《工程熱力學》P280圖10－11；由圖知，q1v=q1m=q1p q2pq2mq2v 由熱效率公式 ηtrηtmηtp 4．畫出內(nèi)燃機混合加熱理想循環(huán)的Ｐ－Ｖ和Ｔ－Ｓ圖，指出循環(huán)的特性參數(shù)，在Ｔ－Ｓ圖上比較初態(tài)相同，壓縮比相同，最高溫度相同時，三種內(nèi)燃機理想循環(huán)熱效率大小。ηtvηtmηtp5．在TS圖上比較初態(tài)相同，最高壓力和放熱量相同時， 內(nèi)燃機三種理想循環(huán)熱效率的高低。與《工程熱力學》一書圖1012(P281)相同；ηtp ηtmηtv6．對活塞式內(nèi)燃機的三種理想循環(huán)，當初態(tài)、最高溫度和放熱量相同時，試在TS圖上比較這三種循環(huán)熱效率的高低。循環(huán)T－S圖與書圖1012相同。ηtp ηtmηtv7．對內(nèi)燃機三種理想循環(huán)，當初態(tài)、壓縮比和放熱量相同時，試在TS 圖上比較三種循環(huán)熱效率的高低。循環(huán)T－S圖略。 由圖知，q1vq1mq1p q2v=q2m=q2p 由熱效率公式，所以ηtvηtmηtp8．在Ｔ－Ｓ圖上比較初態(tài)相同， 吸熱量和最高溫度相同時，內(nèi)燃機三種理想循環(huán)熱效率的高低。ηtp ηtmηtv9．試在T－s圖上畫出燃氣輪機裝置的定壓加熱實際循環(huán)，（實際循環(huán)中只有壓縮過程和膨脹過程是不可逆絕熱過程，其余過程都是可逆的），并在T－s圖上面積表示實際循環(huán)比理想循環(huán)少作的功。T－S圖參見熱力學P288圖10－19，不可逆絕熱膨脹比可逆絕熱膨脹少作的功為定壓線44’下方的面積，不可逆絕熱壓縮比可逆絕熱壓縮多耗的功為定壓線22’下方的面積。 11．若初態(tài)的循環(huán)最高溫度相同時，若增壓比提高，試畫Ts 圖證明：燃氣輪機裝置定壓加熱理想循環(huán)的熱效率提高。 第十一