工热简答题整理

工程热力学复习思考题解答Ⅰ1平衡与稳定：如果系统是在外界作用下保持状态不变，则不属于平衡状态，如稳态导热。稳定不一定平衡，但平衡一定稳定平衡与均匀：侧重点不一样，平衡强调时间上稳定不变，均匀强调空间各点的参数值相同。平衡不一定均匀，单相平衡态则一定均匀热力学第零定律意义：为建立温度概念提供实验依据，还为温度测量奠定理论基础。状态参数坐标图的重要性：系统内所有状态不随时间变换的状态是否一定是平衡态？为什么？不是，平衡态定义，没有外界作用作为一个重要条件列入，注意平衡和稳定的区别，稳定可有外界作用。平衡态是够一定是均匀？举例说明。不一定，平衡与均匀的区别，容器内有饱和水和饱和蒸汽，重力作用下，蒸汽在上，水在下，对容器整体分析，温度均匀，压力为微小的非均匀，密度为明显的非均有，但是平衡态。分为上下两部分的话，又各位均匀态，平衡态。经过一个不可逆过程，工质能否回到原状态？加适当的条件，可逆，不可逆均可恢复。正逆循环如何划分？按循环效果分对外做工的循环为正向循环，消耗功的循环为逆向循环，看图，顺时针正循环。1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。6．经验温标的缺点是什么？为什么？不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。热一率Q=△U+W为什么称作第一定律基本表达式，适用于什么工质和过程？该方程是闭口系做能量守恒分析而得，不加其他结论，适用于任何过程，任何工质。体积功、流动功、轴功和技术功有何异同？答：体积功又称膨胀功，它是系统体积膨胀或被压缩时与外界交换的功量。流动功：开口系中，物质进入或离开控制体积也需要做功。维持物质流动所必须的功。轴功:系统通过轴与外界交换的功量。技术功：技术功包括轴功、宏观动能增量和宏观位能增量，其中除了轴功是有用功外，宏观动能增量和宏观为能增量也能提供有效服务。工程热力学复习思考题解答Ⅰ2为：“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当？答：热力学第二定律的正确表述应是：热不可能全部变为功而不产生其它影响。所给说法中略去了“其它影响”的条件，因而是不妥当、不正确的。2.自发过程是不可逆过程，非自发过程必为可逆过程，这一说法是否正确？答：此说法不正确。自发过程具有方向性，因而必定是不可逆的；非自发过程是在一定补充条件下发生和进行的过程，虽然从理论上说来也许可以做到可逆，但事实上实际过程都不可逆，因为不可逆因素总是避免不了的。3.请给“不可逆过程”一个恰当的定义。热力过程中有哪几种不可逆因素？答：所谓不可逆过程是指那种系统完成逆向变化回复到原先状态后，与其发生过相互作用的外界不能一一回复到原来状态，结果在外界遗留下了某种变化的过程。简单地讲，不可逆过程就是那种客观上会造成某种不可恢复的变化的过程。典型的不可逆因素有：机械摩擦、有限温差下的传热、电阻、自发的化学反应、扩散、混合、物质从一相溶入另一相的过程等。6.循环热效率公式121tqqq和121tTTT是否完全相同？各适用于哪些场合？答：不完全相同。前者是循环热效率的普遍表达，适用于任何循环；后者是卡诺循环热效率的表达，仅适用于卡诺循环，或同样工作于温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源间的一切可逆循环。7.与大气温度相同的压缩空气可以膨胀作功，这一事实是否违反了热力学第二定律？答：不矛盾。压缩空气虽然与大气有相同温度，但压力较高，与大气不处于相互平衡的状态，当压缩空气过渡到与大气相平衡时，过程中利用系统的作功能力可以作功，这种作功并非依靠冷却单一热源，而是依靠压缩空气的状态变化。况且，作功过程中压缩空气的状态并不依循环过程变化。8.下述说法是否正确:.⑴熵增大的过程必定为吸热过程：⑵熵减小的过程必为放热过程；⑶定熵过程必为可逆绝热过程。答：⑴说法不对。系统的熵变来源于熵产和热熵流两个部分，不可逆绝热过程中工质并未从外界吸热，但由于存在熵产工质的熵也会因而增大；⑵说法是对的。系统的熵变来源于熵产和热熵流两个部分，其中熵产必定是正值，因而仅当系统放热，热熵流为负值时，系统的熵值才可能减小；⑶这种说法原则上是不对的。系统的熵变来源于熵产和热熵流两个部分，其中熵产必定是正值，对于不可逆的放热过程，其热熵流为负值，当热熵流在绝对数值上恰好与熵产一样时，过程将成为定熵的。因此：可逆的绝热过程为定熵过程，而定熵过程却不一定是绝热过程。9.下述说法是否有错误：⑴熵增大的过程必为不可逆过程；⑵使系统熵增大的过程必为不可逆过程；⑶熵产Sg0的过程必为不可逆过程；⑷不可逆过程的熵变S无法计算；⑸如果从同一初始态到同一终态有两条途径，一为可逆，另一为不可逆，则工程热力学复习思考题解答Ⅰ3可逆不可逆SS、f,f,可逆不可逆SS、g,g,可逆不可逆SS；⑹不可逆绝热膨胀的终态熵大于初态熵，S2S1，不可逆绝热压缩的终态熵小于初态熵S2S1；⑺工质经过不可逆循环有0ds；0drTq。答：⑴说法不正确。系统的熵变来源于熵产和热熵流两个部分，其中熵产必定是正值（含零），热熵流则可为正值，亦可为负值。当系统吸热时热熵流为正值，即便是可逆过程（熵产为零）系统的熵也增大；⑵此说法与⑴是一样的。如果所说的“系统”指的是孤立系统则说法是正确的。不过实在不应该这样含糊“系统”这一概念！⑶根据熵产原理，这一说法是正确的。⑷此说法完全错误。熵是状态参数，只要过程的初、终状态确定了，系统的熵变就完全确定，与过程无关。因此，不可逆过程熵变的计算方法之一便是借助同样初、终状态的可逆过程来进行计算。至于利用熵的一般关系式进行熵变计算，它们根本就与过程无关。⑸根据熵为状态参数知，两种过程的端点状态相同时应有相同的熵变，认为可逆不可逆SS是错误的；不可逆过程将有熵产生，而可逆过程则不会产生熵，因此说g,g,可逆不可逆SS是正确的；熵是状态参数，过程端点状态相同时应有相同熵变，由系统熵方程gfSSS，过程可逆时可逆f,SS；不可逆时不可逆不可逆g,f,SSS，式中0g,不可逆S，可见应有f,f,不可逆可逆SS，而不是f,f,可逆不可逆SS。⑹此说法不对。根据熵产原理，系统经历不可逆绝热过程后，无论是膨胀或受压缩，其熵都将增大。⑺由熵为状态参数知，工质经过循环过程后其熵应不变，所以认为0ds是不正确的；根据克劳修斯不等式知，0drTq是正确的。10.从点a开始有两个可逆过程：:定容过程a-b和定压过程a-c，b、c两点在同一条绝热线上（见图5-33），问qa-b和qa-c哪个大？并在T-s图上表示过程a-b、a-c及qa-b、qa-c。（提示：:可根据循环a-b-c-a考虑。）答：根据循环a-b-c-a的情况应是正循环，即循环的吸热量应大于循环的放热量（指绝对值）。其中qa-b为循环的吸热量，qc-a为循环的放热量，由此，知qa-bqa-c在T-s图上sTcbasasb工程热力学复习思考题解答Ⅰ4PvTs22s12s21t1P1P2P2P1T1T0可用能损失s1s1s21qa-b的大小如面积abcsbsaa所示；qa-c的大小如面积acsbsaa所示；11.由同一初态经可逆绝热压缩和不可逆绝热压缩两种过程将某种理想气体压缩到相同的终压，在P-v图和T-s图上画出两过程，并在T-s图上示出两过程的技术功及不可逆过程的火用损失。答：作图如下图中12s为可逆绝热压缩；12为不可逆绝热压缩。T1=T1面积12ss1s11为可逆绝热压缩消耗的技术功；面积12s2s11为不可逆绝热压缩消耗的技术功。T0为环境温度，带阴影线部分面积为不可逆过程的火用损失。12.立系统中进行了⑴可逆过程；⑵不可逆过程。问孤立系统的总能、总熵、总火用各自如何变化？答：经历可逆过程后，孤立系统的总能、总熵、总火用均不改变；经历不可逆过程后，孤立系统的总能将保持不变，总熵将增加，总火用将减少。第4章理想气体的热力过程1.分析气体的热力过程要解决哪些问题？用什么方法解决？试以理想气体的定温过程为例说明之。答：分析气体的热力过程要解决的问题是：揭示过程中气体的状态（参数）变化规律和能量转换的情况，进而找出影响这种转换的主要因素。分析气体热力过程的具体方法是：将气体视同理想气体；将具体过程视为可逆过程，并突出具体过程的主要特征，理想化为某种简单过程；利用热力学基本原理、状态方程、过程方程，以及热力学状态坐标图进行分析和表示。对于理想气体的定温过程……（从略）2.对于理想气体的任何一种过程,下列两组公式是否都适用：)()()()(12p12v12p12vttchqttcuqttchttcu答：因为理想气体的热力学能和焓为温度的单值函数，只要温度变化相同，不论经历任何过程其热力学能和焓的变化都会相同，因此，所给第一组公式对理想气体的任何过程都是适用的；但是第二组公式是分别由热力学第一定律的第一和第二表达式在可逆定容和定压条件下导出，因而仅分别适用于可逆的定容或定压过程。就该组中的两个公式的前一段而言适用于任何工质，但对两公式后一段所表达的关系而言则仅适用于理想气体。3.在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温膨胀过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？答：在气体定温膨胀过程中实际上是需要加入热量的。定温过程中气体的比热容应为无限大，应而工程热力学复习思考题解答Ⅰ5不能以比热容和温度变化的乘积来求解，最基本的求解关系应是热力学第一定律的基本表达式：q=Δu+w。4.过程热量q和过程功都是过程量，都和过程的途径有关。由定温过程热量公式1211lnvvvPq，可见，只要状态参数P1、v1和v2确定了，q的数值也确定了，是否q与途径无关？答：否。所说的定温过程热量计算公式利用理想气体状态方程、气体可逆过程的过程功vPwdd，以及过程的定温条件获得，因此仅适用于理想气体的定温过程。式中的状态1和状态2，都是指定温路径上的状态，并非任意状态，这本身就确定无疑地说明热量是过程量，而非与过程路径无关的状态量。5.在闭口热力系的定容过程中，外界对系统施以搅拌功δw，问这时δQ=mcvdT是否成立？答：不成立。只是在内部可逆的单纯加热过程中（即无不可逆模式功存在时）才可以通过热容与温度变化的乘积来计算热量，或者原则地讲，只是在在可逆过程中（不存在以非可逆功模式做功的时候）才可以通过上述热量计算公式计算热量。对工质施以搅拌功时是典型的不可逆过程。6.试说明绝热过程的过程功w和技术功wt的计算式21t21hhwuuw；是否只限于理想气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？答：以上两式仅根据绝热条件即可由热力学第一定律的第一表达式wuq及第二表达式twhq导出，与何种工质无关，与过程是否可逆无关。7.试判断下列各种说法是否正确：(1)定容过程即无膨胀(或压缩)功的过程；(2)绝热过程即定熵过程；(3)多变过程即任意过程。答：①膨胀功（压缩功）都是容积（变化）功，定容过程是一种系统比体积不变，对控制质量或说系统容积不变的过程，因此说定容过程即无膨胀(或压缩)功的过程是正确的；②绝热过程指的是系统不与外界交换热量的过程。系统在过程中不与外界交换热量，这仅表明过程中系统与外界间无伴随热流的熵流存在，但若为不可逆过程，由于过程中存在熵产，则系统经历该过程后会因有熵的产生而发生熵的额外增加，实际上只是可逆的绝热过程才是定熵过程，而不可逆的绝热过程则为熵增大的过