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1、20132014学年度第二学期期末复习热工学原理第一章：基本概念一、名词解释1、热力系统（P910）（1）闭口系统（控制质量系统）：与外界无物质交换的系统。（2）开口系统（控制容积系统）：与外界有物质交换的系统。（3）绝热系统：与外界无热量交换的系统。（4）孤立系统：与外界既无能量（功、热）交换又无物质交换的系统。2、状态参数（P1012）（1）状态参数：用于描述工质所处状态的宏观物理量。（2）压力：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强），p二。A（3）温度：宏观上，温度是用来标志物体冷热程度的物理量；微观上，气体的温度是组成气体的大量分子平均移动动能的量度。t=T-273.15K。（4）比体
2、积：单位质量的工质所占有的体积,V m单位：m 3/kg。（5）密度：单位体积工质的质量,1 ,单位：kg/m 3。3、热力过程（P13）系统由一个状态到达另一个状态的变化过程称为热力过程，简称过程。4、可逆过程（P14）如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路径逆行而回到原来的状态，外界也随之回复到原来的状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。二、问答题1、（1-2）表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量
3、所处的环境压力可能发生变化。2、（1-3）当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。3、（1-4）准平衡过程与可逆过程有何区别？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。第二章：热力学第一定律、名词解释热力学第一定律的实质（P21）(1)热力学第一定律的实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律。(2)热力学第一定律的表述在热能与其他形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能造成功的。二、计算题(2-8)空气在某压气机中被压缩，压
4、缩前空气的参数为pi=0.1MPa,vi=0.845m3/kg;压缩后为p2=0.8MPa,V2=0.175m3/kg。若在压缩过程中每千克空气的热力学能增加为146.5J,同时向外界放热50kJ,压气机每分钟生产压缩气体10kg。试求：(1)压缩过程中对每千克空气所作的压缩功；(2)生产1kg压缩空气所需的轴功;(3)带动此压气机所需功率至少为多少(kW)?解：(1)wqu50146.5kJ/kg196.5kJ/kg。(2)忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功。252kJ/kg owsqAh50146.5(0.80.1750.10.845)103kJ/kg(3) Pws 1
5、060252 10 kW 42kW o60第三章：理想气体的性质与热力过程一、名词解释1、理想气体状态方程式(P33)R.pVmRgTmTnRT,R=8.314J/(molK)。2、热容(P3537)(1)热容：物体温度升高P Q Q CO1K (或1C)所需要的热量称为该物体的热容量，简称热容。dT dt(2)比热容：单位质量物质的热容量称为该物质的比热容(质量热容),单位为 J/(kg K)八q或 kJ/(kg K), c 一 dT(3)比定容热容CVq dt q dT-o比定容热容是在体积不变的情况下比热力学能对温T v度的偏导数，其数值等于在体积不变的情况下物质温度变化1K时比热力学能
6、的变化量。qph(4)比定压热容Cpp。比定容热容是在压力不变的情况下比啥对温度的偏pdTTp导数，其数值等于在压力不变的情况下物质温度变化1K时比啥的变化量。迈耶公式：CpCVRg,Cp,mCv,mR(Cp,m、G,m分别为摩尔定压热容、摩尔定容热容)Cp1f(6)比热谷比一,cpRg,cRg。ggCv113、混合气体的成分(P45)(1)质量分数：如果混合气体由k种组元气体组成,总质量m的比值称为该组元的质量分数,Wimi m其中第i种组元的质量 mi与混合气体 kkm mi ,wi1。i 1i 1(2)摩尔分数：如果混合气体由k种组元气体组成，其中第气体的物质的量n的比值称为该组元的摩尔
7、分数，x，n(3)体积分数：如果混合气体由k种组元气体组成，其中第i种组元的物质的量ni与混合kkn ni ,xi1 0i 1i 1i种组元的分体积Vi与混合气Vikk体总体积V的比值称为该组元的体积分数，iVVi,i1。Vi1i14、理想气体的基本热力过程(P5061)(1)定容过程：气体比体积保持不变的过程称为定容过程。(2)定压过程：气体压力保持不变的过程称为定压过程。(3)定温过程：气体温度保持不变的过程称为定温过程。(4)绝热过程：气体与外界没有热量交换的状态变化过程称为绝热过程。可逆绝热过程称为定嫡过程。各种热力过程的计算公式过程过程方程式初、终状态参数间的关系交换的功量交换的热量
8、q/(J/kg)w/(J/kg)wt/(J/kg)定容v=定数T2p2V2V1；-T1R0vP2PiCvT2T1定压p二定数T2V2p2p1；T1V1pV2%或RgT2T10CpT2T1定温pv=定数T2工；包工dV2nInV2RMln一Viww定嫡pvJ定数_p2_V_pV21T2V1T1V21T2p2T1p1PiVip2V21-Rg或T1T21w0二、问答题1、(3-1)理想气体的Cp和Cv之差及Cp和Cv之比是否在任何温度下都等于一个常数？答：理想气体的Cp和Cv之差在任何温度下都等于一个常数，而Cp和Cv之比不是。2、(3-2)如果比热容是温度t的单调增函数，当t2匕时，平均比热容C|
9、0、C|02、C|t2中哪一个最大？哪一个最小？答：由c|0、c|02、c|t2的定义可知:c0t2t cdttc； -0- c（t ），其中 0t2 ; c：t2因为比热容是温度t的单调增函数，所以可知t1cdt- c(t )，其中0tit2cdtc(t )，其中 tit2 tic|；2c|0,ti ；t2。又因为ct2 ti/It2t2、，,t2t1X.ct2(ctic0)t2(ctic0)t10ctic：,故可知c |t2最大。t2又因为c0t2titi cd t t2 cdt00tit 2tit2(tit2)0cdtticdttit2八,、，ti八,、，t2(tit2)tic0(t2t
10、i)t1ctitit2(t2Wc： ct0)tit20,所以c|0最小。3、（3-3）如果某种工质的状态方程式遵循pvRgT,这种物质的比热容一定是常数吗?这种物质的比热容仅是温度的函数吗?答：不一定，比如理想气体遵循此方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。这种物质的比热容不一定仅是温度的函数。由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到：dqd（uw）dudwdudvducpRg,由此可以看出，如果dTdTdTdTdTdTdTg工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。4、（3-4）在uV图上画出定比热容理想气体的可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆
11、定温加热过程和可逆绝热膨胀过程。答：图中曲线i为可逆定容加热过程；2为可逆定压加热过程；3为可逆定温加热过程；4为可逆绝热膨胀过程。因为可逆定容加热过程容积V不变，过程中系统内能增加，所以为曲线i,从下向上。理想气体的可逆定压加热过程有：,TcP_,_cP,duPdvPidvGdvuc1Vc2,vR。和02为常数，且考虑到v0时，u0,所以q0;uciv,所以此过程为过原点的射线2,且向上。理想气体的可逆定温加热过程有：uqw0qw0,气体对外做功，体积增加,所以为曲线3,从左到右。理想气体的可逆绝热膨胀过程有：dupdv与dvuck,c2（ci、c2为常数）kkIvkiv所以为图中的双曲线4
12、,且方向朝右（膨胀过程）。三、计算题i、（3-2）体积为0.027m3的刚性储气筒，装有压力为7Xi05Pa、温度为20c的空气。由于外界加热的原因，造成阀门开启。问:（i）当阀门开启时，筒内温度为多少?筒上装有一排气阀，压力达到8.75xi05Pa时就开启，压力将为8.4Xi05Pa时才关闭。若（2）因加热而失掉多少空气？设筒内空气温度在排气过程中保持不变。解：设气体的初态参数为门重新关闭时气体的参数为Pi、Vi、Ti和mi,阀门开启时气体的参数为P2、V2、T2和m2,阀P3、V3、T3和m3,考虑到刚性容器有：ViV2V3,且mim2。（1）当阀门开启时，贮气筒内压力达到8.75xi05
13、Pa,所以此时筒内温度和气体质量分别miTi 送 20 PiP1V1 观丽_58.75 105273.15 K7 105_57 105 0.027 ,kg287 20 273.15366.44K ,0.225kg。不变,所以,阀门重新关闭时，筒内气体压力降为所以此时筒内气体质量为m38.4X105Pa,且筒内空气温度在排气过程中保持一一一_ _5_ _ _p3yp3y 8.4 10 0.027.kg 0.216kg。RgT3RgT2287 366.44因加热失掉的空气质量为Am m2 m3 0.225 0.216 kg 0.009kg。2、（3-3） 一绝热刚体气缸，被一导热的无摩擦的活塞分成
14、两部分。最初活塞被固定在某一位置，气缸的一侧储有 0.4MPa、30 c的理想气体 0.5kg，而另一侧储有0.I2MPa、30C、0.5kg的同样气体。然后松开活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。设比热容为定值试求：（I）平衡时的温度（C）; （2）平衡时的压力（MPa）。解：（I）气体可以看作是理想气体，理想气体的内能是温度的单值函数，选取绝热气缸内的两部分气体共同作为热力学系统，在过程中，由于气缸绝热，系统和外界没有热量交换，同时气缸是刚性的，系统对外作功为零，故过程中系统的内能不变，而系统的初温为 30 C,所以平衡时系统的温度仍为 30 Co（2）设气缸一侧气体的初始参数为Pi、Vi、Ti和m1，终态参数为Pi、Vi、Ti ,另一侧气体的初始参数为P2、V2、T2和m2,终态参数为p2、V2、丁2 ,重新平衡时整个系统的总体积不变，所以先要求出气缸的总体积。Vi色RgTi0.5 287 30 273.15Pim2RgT20.4 I060.109m3 ,0.5
