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试简述如许作的利弊? 利:液体系体例冷剂正在

发布日期:[2019-11-07]    点击数:

  热力学谜底_工学_高档教育_教育专区。热 力 学 一、名词注释 1 过程:热力系从一个形态变化到另一个形态时所履历的全数形态的调集。 2 轮回:热力系统(工质)颠末一系列变化回到初态,这一系列变化过程称为热力轮回,简称轮回。 3 不变状

  热 力 学 一、名词注释 1 过程:热力系从一个形态变化到另一个形态时所履历的全数形态的调集。 2 轮回:热力系统(工质)颠末一系列变化回到初态,这一系列变化过程称为热力轮回,简称轮回。 3 不变形态:形态参数不随时间变化的形态称为不变形态。 4 热力学第零定律:若是两个系统别离取第三个系统处于热均衡,则这两个系统相互必然处于热均衡。 5 内能:指构成热力系的大量微不雅粒子本身所具有的能量,用 u 暗示。 6 启齿系统:取有物质互换的系统称为启齿系。 7 均衡形态:正在不受影响(沉力场除外)的前提下,若是系统的形态参数不随时间变化,则该系统所 处的形态称为均衡形态。 8 可逆过程:系统履历某一过程后,如令过程而能使系统取同时恢复到初始形态,而不留下 任何踪迹,则此过程为可逆过程。 9 卡诺定律:正在两个分歧温度的恒温热源之间工做的所有热机中,以可逆热机的效率为最高。 (1)正在不异的高温热源和低温热源之间工做的一切可逆机,热效率相等,取其工质无关。 (2)正在不异的高温热源和低温热源之间工做的一切不成逆机,其热效率低于可逆机的热效率。 10 根基形态参数:描述系统所处形态的一些宏不雅物理量称为形态参数;热工学中形态参数有六种,即 压力、比容、温度、内能、熵、焓,此中压力、比容、和温度是三个能够间接丈量并且又常用的形态 参数,称为根基形态参数。 11 抱负气体: 凡遵照克拉贝隆形态方程的气体(之间无感化力, 本身不占容积)称为抱负气体。 12 不变温度场:换热系统中空间各点温度场分布不随时间变化的场。 *13 制冷:用报酬的方式将物体或空间冷却,并使之低于温度,并维持这个低温的过程。 *14 传热过程:热量从间壁一侧的热流体通过间壁传给另一侧的冷流体,这种热量传送的过程称为传 热过程。 二、判断判毕命题能否准确并简要说由 1.不变流动热力系必为均衡热力系 (× ) 均衡热力系各形态参数值是确定的,且不随时间变化。不变不必然均衡,系统可能有表里势差存 正在。 2.两种相对湿度不异的湿空气,温度高者其接收水分能力强。 (×) 湿空气接收 水蒸气的能力只取相对湿度相关,而取温度无关 3.两个分歧的恒温热源之间工做所有热机以卡诺机的热效率为最高。 (× ) 正在两个分歧温度的恒温热源之间工做的一切热机中,卡诺轮回的效率最高。 4.可逆过程就是系统能够逆向进行答复原态的过程。 (× ) 可逆过程不是能自觉的逆向进行,而是说若当过程逆向进行时,逆过程正在留下的踪迹能将原 来正过程的踪迹完全消弭(必需指出能够自觉进行的)。 5.工质以初态 1 变化到另一形态 2,非论两头履历什么过程,其内能的变化量均相等。 (√) 内 能 是 指 组 成 热 力 系 的 大 量 微 不雅 粒 子 本 身 所 具 有 的 能 量 , 是 一 个 状 态 量 。 内 能 的 变 化 量 ?u=u2-u1=Q-W,变化量的大小是由从初形态 1 到另一形态 2 过程中工质和吸热(或放热)大小所 确定,取两头履历的过程无关. 6.任何形态都能够用坐标图上的点暗示。 (× ) 热力系不均衡形态,是无法暗示正在坐标系中的,由于热力系各部门形态参数不分歧。 7.可逆过程必然是准静态过程。 (√) 可逆过程=准静态过程+无耗散效应,所以可逆必然是准静态过程,而准静态过程不是可逆过程。 可逆过程能反复正过程的每一形态,而不惹起其他变化。 8.一杯滚水比一杯同体积的凉水具有更多的热量。 (× ) 热量是过程量,不是形态量。而纯真说热水和冷水,不存正在热量传送过程。能够这么说,一杯沸 水比一杯同体积的凉水具有更多的热力学能量。 9.轮回效率越高,则轮回向外输出的功也越多。 (× ) 效率高,只能申明正在同样轮回接收热量的前提下,轮回向外输出的功越多。 10.工质履历了一个不成逆轮回后其熵变为零。 第 1 页 共 5 页 热 力 学 (× ) 工质履历了一个不成逆轮回后其熵不变,熵的变化量为零。 11.凡是合适能量守恒定律的热力过程都是能够无前提实行的。 (× ) 能量守恒定律是正在说能量从一种形式到另一种形式,数量上的相等;热力学第二定律从能量 的标的目的注释了,能量的过程是由必然标的目的的,即:热量不克不及从动的无偿地从低温物体传至高 温物体。 12.使系统熵添加的过程必然是不成逆的过程。 (× ) 对于孤立系统,此说法是准确的。但正在启齿系统中,由 S 2 ? S1 ? ? 统取发生热量的互换,即 ? 2 1 2 1 ?Q 知,若是正在可逆过程中,系 T ?Q ? 0 ,系统熵同样能够添加,故错误。 T 13.过热蒸汽的温度必然高于湿蒸汽的温度。 (× ) 过热蒸汽的温度和压力相关。有可能高压下的湿蒸汽温度高于低压下的过热蒸汽温度。 14.绝热节省过程是定熵过程。 (× ) 节省阀绝热节省前后焓相等既能量相等。可是节省过程中焓有变化,缩口处速度变大,焓值并不 处处相等。 15.压力机把必然量的气体从不异的初形态压缩到不异的终压时,可逆定温压缩过程耗损的功最小(√) 三、选择题 DDDCA CDCBB 1.准静态过程就是 A. 均衡过程 B. 可逆过程 C. 不成逆过程 D. 无限接衡的过程 2.可逆过程必然是 A. 非均衡过程. B. 存正在着损耗的准静态过程 C. 工质能答复到初态的过程 D. 准静态过程 3.热力系取既有物质互换,又有能量互换,可能是 A. 杜口系统 B. 启齿系统 C. 绝热系统 D. B 或 C 4.颠末一个不成逆轮回,工质不克不及恢复本来形态 A. 这种说法是错误的 B. 这种说法是准确的 C. 这种说法正在必然前提下是准确的 D. 这种说法无法判断 5.系统和发生能量传送时,功和热量是 A. 过程量 B. 强怀抱 C. 广延量 D. 形态参数 6.正在 T-S 图上,肆意一个逆向轮回其 A. 吸热大于放热 B. 吸热等于放热 C. 吸热小于放热 D. 吸热和放热关系不定 7.抱负气体的比热容是 A. B. 随气体品种分歧而异,但对某种抱负气体而言,比热容为 C. 随气体品种分歧而异, 但对某种抱负气体某种过程而言,比热容为 D. 随气体品种分歧而异, 但对某种抱负气体某种过程而言,比热容为是温度的函数. 8.迈耶公式 A.仅合用于抱负气体,定比热容 B.合用于肆意气体,但定比热容 C.合用于抱负气体,能否定比热容不限 D.合用于肆意气体 9..某抱负气体自形态 1 履历一个可逆多变过程达到形态 2,其温度下降,熵增大,则气体 A.压力升高、比体积增大,对外做正功 B.压力降低、比体积增大,对外做正功 C.压力升高、比体积减小,对外做负功 D.压力降低、比体积减小,对外做负功 10.定量的某种抱负气体,履历某种可逆过程,过程中不成能同时发生 A. 吸热、升温又对外做正功 B. 吸热、降温又对外做负功 C. 吸热、升温又对外做负功 D. 吸热、降温又对外做正功 四、简答题 1.蒸汽压缩制冷轮回安拆采用了节省阀来取代膨缩机,试简述如许做的利弊? 利:液体系体例冷剂正在膨缩机中体积膨缩不大,很小,且膨缩机内不答应呈现液体,免得损坏叶 片,所以,凡是正在现实轮回多采用布局简单、制价廉价、操做便利的节省阀取代膨缩机。弊:节省阀 不合错误外膨缩降温结果没有膨缩机对外降温结果显著。流体介质正在节省阀流速较大的环境下, 第 2 页 共 5 页 热 力 学 易呈现汽蚀现象,以致部门零件概况很快损坏,同样节省阀精度不高,不宜调理,密封性较差,效率 低。 2.霉旱季节时一些冷水管概况带有水珠呈现,这是为什么? 梅旱季节,空气比力潮湿,即空气含湿量较大一般达到饱和含湿量,当这些水蒸气碰到温度相对 较冷的水管达到水蒸气的温度时就会液化,构成水滴凝结正在水管概况。 3.简述为什么空调能够降低室内温度,而敞开的冰箱却不克不及? 空调是操纵制冷系统把冷空气排正在室内,而把制冷发生的热气排出室外。冰箱倒是全排正在室外, 所以空调能够降低室内温度,敞开的冰箱却不克不及。 4.用热水泵输送容器内热水到必然高度的另一系统内,为防止热水正在泵送过程中可能发生汽化,试问 热水泵应拆正在容器下仍是拆正在容器上若干米处? 5.若别离以某种从命 p(v-b)=RgT 的气体(此中 b 为)和抱负气体为工质,正在两个恒温热源之间进行 卡诺轮回,试比力哪个轮回的热效率大一些?为什么? 两个轮回的热效率相等,由卡诺轮回推论,正在两个分歧温度的恒温热源间工做的一切可逆热机, 具有不异的热效率,且取工质的性质相关。 6.0℃ 的冰正在温度为 20℃ 的大气中逐步融化成水,试阐发该过程能否可逆?过程中冰的熵变和大气的熵 变哪个大?为什么? 该过程不是可逆的, 因为大气和冰能够看做是一个孤立系, 大气正在冰融化前后能够看做温度不变, 冰融化前后温度也不变,既满脚温差传热。熵变公式 dS=δQ/T,又空气温度比水大故冰的熵变大 7.简述均衡态、不变态、平均态的关系 “均衡态”是指当系统内各个形态参量都不再随时间而变化,且系统取不存正在物质取能量的交 换,则系统达到均衡态。“不变态”也是形态参量不随时间改变,但系统可取进行能量互换。不变 态不必然是均衡态,均衡态必然是不变态,均衡态不必然是平均态,单相均衡态是平均态。 8.若系统从 A 形态出发,经不成逆绝热过程达到 B 态,该系统能不克不及从 A 态出发,经可逆绝热过程到 达 B 态? 不克不及。由熵变表达式: dS ? ?Q / Tr ,对于绝热过程: dS ? 0 。系统从 A 态出发,颠末不成逆过程 到 B 态,则 ΔSAB = SB-SA0,所以 SBSA。若可逆过程终态为 B′ 则 ΔSAB′=SB′-SA=0 所以 SB′= SB 因而 SB′SB 由于熵是形态参数,所以 B′和 B 不是统一个形态。因而系统由 A 态出发履历 可逆绝热过程不成能达到不成逆绝热过程的终态。 9.注释冬天房间窗玻璃内侧结霜的缘由。 由于室表里温度、湿度都纷歧样。当窗外温度降低到零摄氏度以下时,窗玻璃温度也会随之降低。 室内热空气中的水分便正在窗户内侧的玻璃上遇冷凝结成霜。 10.何为第二类永动机?试用热力学第二定律证明其是制制不出来的。 人们把从单一热源取得热量并使之完全变为机械能而不惹起其他变化的轮回策动机称为第二类 永动机。按照卡诺轮回,知 η=1-T1/T2 当 T1= T2 时 η=0 即不成能单一热源供热,所以第二类永动机不 可能制成。 11.有没有 500℃ 的水,为什么? 没有。由水的 T-S 图可知,水的临界温度为 374.15℃ ,临界压力是 pc=22.129Mpa。tc 是最高的饱 和水温度,水正在 pc 下被加热到 tc 时会当即汽化,成为过热蒸汽。当 ttc 时,非论压力多大都不克不及使水 蒸气液化,500℃ 曾经远跨越了 tc,所以不存正在 500℃ 的水。 13.注释“下雪不冷化雪冷” 起首按照热二律,热量只能从高温物体传送到低温物体,下雪时的气温低于雪的温度,雪不成能 从空气中接收热量化掉,因此不会导致气温下降。化雪时,需要从四周的空气吸热,导致温度降低。 所以人们会感受下雪不冷化雪冷。 *14.试用传热学理论注释热水瓶的保温道理。 保温瓶两头为双层玻璃瓶胆,两层之间抽成实空形态并镀银或铝。双层玻璃和镀层能把热射线反 射归去,隔离了热辐射的通;胆被抽成实空,了对传播导的前提;用不易传热的木塞,隔绝距离了 对传播热的通;以上三点了保温瓶的保温结果。 第 3 页 共 5 页 热 力 学 *15.简述影响强制对流换热的各要素。 (1)流动形态(包罗层流和紊流)和流动缘由;(2)流体的物质;(3)壁面的几何特征对速度场所温 度场多有影响,从而影响对流换热过程 五、证明题 1.试用热力学第必然律证明第一类永动机不成能制制出来。 热力学第必然律是当热能取其它形式的能量彼此转换时,能的总量连结不变。就是说为了获得机 械能必需破费热能或其它能量。而第一类永动机是不耗损任何形式的能量就能轮回动做、对外的 机械,它违反能量守恒定律。 2.试用热力学第二定律证明,正在形态图上,两条可逆绝热过程线不成能订交。 热二律表述为:不成能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不发生其他影响。 若一条等温线取一条绝热线有两个交点,则两条曲线形成了一个轮回过程,它仅从单一的热源吸 热,且全数转换为功,热机效率达 100%,了热力学第二定律的开尔文说法,所以不成立。 3.操纵热力学第二定律证明,形态图上定熵线取定温线不成能交于两点。 若两条绝热线订交,那么我们必然能够取一条和这两条绝热线都订交的等温线,如许就间接形成 了我所提的等温线和绝热线(现实是订交的两条,可是连正在一路变成了一条)构成的轮回。很明显, 这了“一条等温线取一条绝热线不克不及有两个交点”的命题。所以两条绝热线.试证想气体的定压比热取定容比热之差恒为一个。 dh d ? (u ? pv ) , 证明:由抱负气体定压比热的表达式有: c p 0 ? dT dT du d ? ( Rg T ) ? cv 0 ? Rg , 由于 pv ? RgT , 所以 c p 0 ? dT dT 及 c p0 ? cv0 ? Rg , 此中: c p 0 是定压比热, cv 0 是定容比热, Rg 是气体. 所以 抱负气体的定压比热取定容比热之差恒为一个 Rg 。 六、计较题 1.冬天用一热泵对房间供热,若房间的热丧失是每小时 50000kJ,室外温度为-10℃ ,要使该房间 内连结室温 20℃ ,则带动该热泵所需的最小功率是几多 kW?(10 分) 解:当热泵按逆卡诺轮回工做时,其供热系数最高,带动热泵所需功率就最小。因而,应按逆卡诺循 环计较。现热泵工做于-10℃ 和 20℃ 两个热源之间,由式(1-3-5) ,当它按逆卡诺轮回工做时,其供热 系数为: ?c ? 又由 ?c ? TH 20 ? 273 ? ? 9.77 TH ? TC (20 ? 273) ? (?10 ? 273) q1 Q1 Q 50000 ? 知,带动此热泵每小时需耗损的外功: W ? 1 ? ? 5118 kJ w W ?c 9.77 W 5118 ? ? 1.42 kw t 3600 *2.已知空气温度为 30℃ ,压力为 1bar,相对湿度为 60%,试求空气的含湿量。已知 30℃ 时饱和空气 压力为 42.41mbar(10 分) 因而,带动该热泵所需最小功率为: P ? 解:由题知 B=1bar=100000 Pa,Ps=42.41mbar=4241Pa,于是 Pw= ? Ps=0.6× 4241=2544.6 Pa, d=622× [Pw/(B-Pw)]=622× [2544.6/(100000-2544.6)]=16.24 g/kg(D) 3.2kg 质量某种抱负气体按可逆多变过程膨缩到原有体积的三倍,温度从 300℃ 下降到 60℃ ,膨缩过 程中 418.68kJ,吸热 83.736kJ.求该气体的定压比热容和定容比热容(10 分) ? u=Q+W=Cvm ? T, 解:W=418.68kJ, Q=83.736kJ, ? H= ? u+pv=Cpm ? T, ? u=Q+W=502.416=Cvm ? T, pv=W=428.68kJ, Cv=502.416/(2× 240)=1.047 J/kg· ℃ , ? H= ? u+pv=502.416+418.68=921.096=Cpm ? T, Cp=921.096/(2× 240)=1.919 J/kg· ℃ . 4.某抱负气体正在定压下从 t1℃ 加热到 t2℃ ,并做了膨缩功 W(KJ/kg),该气体定压比热 cp 为定值,试用 t1、www.ylg12.com,t2、cp 等已知参数暗示: 第 4 页 共 5 页 热 力 学 (1) 该气体的气体 R。(2) 热力过程中单元质量气体内能的改变量。(3) 热力过程中单元质量气体 的吸热量。(4) 热力过程中单元质量气体熵变。 解:(1) R ? W t 2 ? t1 (2) ?u ? cp t2 ? t1 ?W (3) q吸 ? cp t2 ? t1 (4) ?S ? c p ln t2 t1 5.设室内 100W 电灯胆的概况温度为 110℃ ,试确定此电灯胆正在不变工做时的熵产率. 解:100W=100J/s, Q=TS, 每秒的熵产:S=Q/T=100J× (1/383K)=0.26J/K 6.一台汽锅的炉墙由三层材料叠合构成.最里面的是耐火粘土砖厚 115mm(λ 1=1.12W/(M.K);两头是 B 级硅藻土砖厚 125 mm(λ 2=0.116 W/(M.K);最外层石棉板厚 70 mm(λ 3=0.116 W/(M.K);已知炉内、外表温度别离为 495℃和 60℃, 求每平方米炉墙每小时的热丧失及耐火粘土砖取硅藻土砖分界面上的温度。 解:多层平壁传热,通过各层的热流量不异,记为 q q? t w1 ? t w 2 ?1 ?1 ? t w 2 ? t w3 ?2 ?2 ? t w3 ? t w 4 ?3 ?3 由上式可推出 q? ?1 ? 2 ? 3 ? ? ?1 ?2 ?3 t w1 ? t w 4 ? 495? 60 W / m2 W / m2 ? 244 0.115 0.125 0.070 ? ? 1.12 0.116 0.116 即每平方米炉墙每小时的热丧失为 244W/m2 耐火土砖取硅藻土砖分界面的温度为 t w 2 ? t w1 ? q 0.115 ?1 ? (495 ? 244 ? ) ℃=470℃ 1.12 ?1 第 5 页 共 5 页