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1、1请解释节流过程的物理实质。2.空气输气主管上通过阀门接一包有绝热材料的刚性容器，输气管可看成为一个容量极大的气源，其参数为p、T。该刚性容器内装有空气，其参数为p、T ,且满足p p。开启阀门，气体迅速 0 0 11 0 1充入容器，试计算对应充气终了压力p ( p p p )时的充气终了温度T及充气量Am，并对充 2 0 2 1 2气前后容器内气体温度的变化进行分析讨论。(8%+4%+8%=20%)3.证明题：一个与外界绝热的均匀金属棒，初始时一端温度为T ,另一端温度为T，且T T1 2 1 2 试证明：当达均匀的终温T二(T + T )/2时，该金属棒的不可逆损失为：f 12W= T
2、AS = TC (1 + In T +-X In T - T In T)Loss 0 ad 0 pfT T 2 T T 11 2 1 2上式中：T为环境温度；C为金属棒的定压比热容。(10%)0p1. 请解释气流节流过程的物理实质。(3%+7%=10%)Vt0丿h【答】气流微分节流效应a hT cp恃 - v，由此可得pahah即节流后气体温度降低；即节流后气体温度不变；即节流后气体温度升高。(dv ) Jt J 0 ；但(pv)的变化可能变 pp大、不变或者减小，具体依据节流时气体的状态确定，即 d(pv)可能大于、等于或者小于0。分析 du = -du - d( pv) 可知，kp当d(p
3、v) 0时，du 0，气流节流时温度降低；k当d(pv) 0时，就有三种情况：A).当d(pv)的绝对值小于du ， du 0，气流节流时温度升高。k当du =-d(pv)时，即内位能增量正好等于(pv)值的落差时，du = 0，即气体的内动能在节pk流过程中保持不变，节流前后气体温度不变，这样的温度称为转化温度。2、【解】：选定刚性容器内的气体为研究对象，具体为如图中虚线所画控制容积。( 、 ” c 2 因为气体携带的动能相对于它的焓为数甚小，故可认为h + I 2丿in沁h ;又输气管可看成为极大 in的气源，所以 h _ h _ c T 。in 0 p 0因为本题是对刚性绝热容器充气)所
4、以：5Q _ 0，dV _ 0，5 W _ 0 net5m_ 0 ，out( 、7 C 2h + I 2丿out对研究控制容积运用质量方程、能量方程可有dm 二 5 mindE 二 h 5 mC .Vin in相比控制容积内气体的内能来讲，其动能和位能可以忽略，所以dE 二dU二mdu + udmC.V对研究控制容积运用状态方程可有dm _ dp dTm p T综合以上关系式，可得dp kT dT_0p kT -T T0dm _ T dpm kT p0其中k为空气的绝热指数，k _ c /cpv对式进行积分化解，可得结合T _ R，对式进行积分化解，可得 mRAm _ m 一 m _ (p p
5、 )2 i kRT 2i0下面对充气前后容器内气体温度的变化进行分析讨论。假定容器原来是真空的，则dU 二 udm 二 c Tdmv又因dU = h dm = c T dmin p 0所以可得T 二 kT0即表明，对于真空刚性绝热容器，气体充入容器后温度将增加 k 倍。一般容器并非真空，充入得气体与原有得气体混合。如果原有气体的温度T T ；如果原有气体的温1 0 2 1度T kT，混合后气体温度降低，即T p。开启阀门，气体缓慢地充入容器，将充气 1 1 0 1过程作为等温过程处理，试计算对应充气终了压力p ( p p p )时的充气终了充气过程中容器吸 2 0 2 1收的热量Q及充气量Am
6、。(20%)五. 一个与外界绝热的均匀金属棒，初始时一端温度为T ,另一端温度为T，且T T。环境温度为T1 2 12 0金属棒的定压比热容为C，试求当达均匀的终温T二(T + T )/2时，该金属棒的不可逆损失。(15%) pf12武汉理工大学教务处试题标准答案及评分标准用纸课程名称：低温技术(B卷).简答题：(4%x6=24%)1) .在低温研究中常常用使用无量刚准则关系式，简要阐述Buckingham 定理；答.量刚理论是研究物理量量刚之间固有关系的理论，Buckingham 定理是量刚理论中的基本定理，其具体内 容是：在一个物理问题中，无量刚化后的被定量是无量刚化后的主定量的函数。2)
7、 . 简述获得低温的方法； 【答】获得低温的方法有： 相变制冷； 气体绝热节流制冷； 气体膨胀制冷；绝热放气制冷； 空间辐射制冷； 绝热退磁制冷。3) .请给出并解释气体制冷机的通用冷量计算公式；【答】回热式制冷机冷量的通用计算公式：Q二f fpdV，分析此式可知，要使制冷机产生冷量，其制冷膨胀 腔必须具有以下三个基本要素：1) . 气体压力周期性地变化；2) .气体体积周期性地变化；3) .气体容积与压力变化之间维持匹配的相位差。 由于获得这三个基本要素的具体措施不同，气体压力和体积的变化规律不同，从而引起制冷机传热和作功的效果不同，出现了多种小型低温回热式制冷机。4) .请写出学习的空气液
8、化循环。【答】空气液化循环包含：一次节流液化循环、有预冷的一次节流液化循环、二次节流液化循环、克老特液化 循环、海兰德液化循环、卡皮查液化循环。5) .请解释一下氢的正仲态转化。【答】氢分子由两个氢原子以共价键构成，如果构成氢分子的两个原子的原子核自旋方向相同，即为正氢； 反之，为仲氢。 在一定条件下，正氢可以转变为仲氢，这一现象就是氢的正-仲态转化。在气态条件下正-仲态转化只 能在催化剂(触媒)存在的情况下发生；液态则在没有催化剂的情况下也会自发地进行。 氢的正-仲态转化是一放热效应，转化过程中放出的热量与转化时的温度有关。6) . 【答】康诺瓦罗夫定律：是说明理想溶液中液相与气相中的成分是
9、不同的。具体可表述为：如果不同蒸汽压 的纯液体在给定温度下混合成二元溶液，则气相里的成分和液相里的成分并不相同，对于较高蒸汽压的组分，它 在气相中的成分大于它在液相中的成分；如果在二元溶液的相平衡曲线中有极值存在，那么在极值点上液体和蒸 汽的组分相同。二. (16%)【答】1).整机循环为闭合循环，整机与外界无质量交换，不同部件中工质所处的状态及所经历的状态 变化有很大差别；2).以高效紧凑的回热器为主要热交换器，其内进行的交变流动是不稳定过程；3).循环由体积变化引起的变质量、周期性不稳定过程组成；4) .整机内每一个工质微团在每次循环中所经历的热力过程和循环并非完全相同，采取微团行为跟踪研
10、究是 非常困难的；5) .整机性能分析采取研究每一个控制容积在一次循环中宏观参数的变化规律及与外界的能量交换效果；6).整机通用冷量计算公式为：Q二J PdV7) .这类热机主要是小型或微型，有许多特种应用。三. 请阐述我国第五代空分流程的主要特点。(25%) 【答】我国第五代空分流程就是常温分子筛净化增压膨胀空分流程(简称第五代空分)。在寻求降低能耗的途径上，常温分子筛净化增压膨胀空分流程的出现，是空分流程技术的一大进步。这一 时期，国内空分设备制造商纷纷应用该技术，实现了制氧容量从小到大的全系列空分设备的升级换代，使我国 的空分设备整体性能接近20 世纪80年代国际先进水平。典型产品:6000m3/h空分设备。【流程特点】(1) 在常温分子筛净化全低压空分流程的基础上，将膨胀机的制动发电机改成了增压机。增压机的作用是 将膨胀空气在膨胀过程中产生的功，直接用来使进膨胀机的空气增压，使膨胀机前压力的提高，就增加了单位 膨胀空气的制冷量，在空分设备所需冷量一定的情况下，减少了膨胀空气量，总的加工空气量也就相应降低， 使常温分子筛净化增压膨胀空
