工程热力学复习

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1、工程热力学工程热力学作业（任选一题作业（任选一题/计入平时成绩）计入平时成绩）（考试前交电子版，附姓名（考试前交电子版，附姓名/班级）班级）1、对工程热力学基本认知、对某一部分的、对工程热力学基本认知、对某一部分的比较深入的学习体会比较深入的学习体会2、对工程热力学相关的某个课题的想法或、对工程热力学相关的某个课题的想法或设计设计工程热力学工质计算性质能量转换规律理想气体性质实际气体性质热力学第一定律热力学第二定律热力过程分析热力循环分析热力学的两种研究方法热力学的两种研究方法宏观唯象 微观统计经典热力学方法统计热力学方法热力系定义:由某种边界包围，被取作研究对象的特定物质或空间开口系闭口系1

2、4.1.1系统和环境系统和环境系统：被研究对象。系统：被研究对象。环境：系统外与其密切相关的部分。环境：系统外与其密切相关的部分。敞开系统：与环境有物质交换也有能量交换。封闭系统：与环境无物质交换有能量交换。隔离系统：与环境无物质、能量交换。热力系统其它分类方式热力系统其它分类方式 其它分类方式其它分类方式物理化学性质物理化学性质 均匀系均匀系 非均匀系非均匀系工质种类工质种类多元系多元系单元系单元系相态相态多相多相单相单相简单可压缩系统简单可压缩系统最重要的最重要的系统系统 简单可压缩系统简单可压缩系统只交换只交换热量热量和和一种一种准静态的准静态的容积变化功容积变化功容积变化功容积变化功压

3、缩功压缩功膨胀功膨胀功状态：状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况某一瞬间热力系所呈现的宏观状况状态参数：状态参数：描述热力系状态的物理量描述热力系状态的物理量状态参数的状态参数的特征特征：1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然2、状态参数的积分特征状态参数的积分特征：状态参数的变化量：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关与路径无关，只与初终态有关3、状态参数的微分特征状态参数的微分特征：全微分：全微分全微分的定义全微分的定义 函数z=f(x, y) 的两个偏导数fx(x, y), fy(x, y)分别与自变量的增量x, y乘积之和 fx(x, y)

4、x + fy(x, y)y 若该表达式与函数的全增量z之差，当0时，是的高阶无穷小，那么该表达式称为函数z=f(x, y) 在(x, y)处(关于x, y)的全微分。 记作：dz=fx(x, y)x + fy(x, y)y 例如例如某理想气体体系 n = 2 mol， p = 1.013 10 5 Pa， V = 44.8 dm 3 ， T = 273 K 这就是一种状态。是由 n、p、V、T 所确定下来的体系的一种存在形式 。 因而 n、p、V、T 都是体系的状态函数。体系状态一定时，则体系的状态函数一定；若体系状态一定时，则体系的状态函数一定；若体系的一个或几个状态函数发生了变化，则体体系

5、的一个或几个状态函数发生了变化，则体系的状态发生变化。系的状态发生变化。始态和终态始态和终态体系变化前的状态称为始态，变化后的状态称为终态。 状态变化的始态和终态一经确定，则状态函状态变化的始态和终态一经确定，则状态函数的改变量是一定的。数的改变量是一定的。 例如，温度的改变量用 T 表示， 则 T = T终 T始 同样理解 n、 p、 V 等的意义。过程和途径过程和途径过程过程体系的状态发生变化，从始态到终态，则称体系的状态发生变化，从始态到终态，则称体系经历了一个热力学过程，简称过程。体系经历了一个热力学过程，简称过程。途径途径完成一个热力学过程，可以采取多种不同的完成一个热力学过程，可以

6、采取多种不同的方式。我方式。我们把每种具体的方式，称为一种途们把每种具体的方式，称为一种途径。径。热力学基本过程热力学基本过程等温过程等温过程过程中体系的温度保持不变过程中体系的温度保持不变( T=0)恒压过程恒压过程过程中体系的压力保持不变过程中体系的压力保持不变( P=0)恒容过程恒容过程过程中体系的压力保持不变过程中体系的压力保持不变( V=0)绝热过程绝热过程过程中体系和环境没有热交换过程中体系和环境没有热交换(Q=0)体系由始态变到终态，可以采取不同的途径来完成体系由始态变到终态，可以采取不同的途径来完成在体系发生了一系列变化后仍回到原来状态，在体系发生了一系列变化后仍回到原来状态，

7、则称为体系经历了一个循环过程。则称为体系经历了一个循环过程。途径途径I373K1.00 105Pa373K1.00 106Pa298K1.00 105Pa途径途径II298K1.00 106Pa例例将一气体由始态将一气体由始态T1=298K，P1=1.00 105Pa，变成终态，变成终态T2=373K，P2=1.00 106Pa，可，可以采取下列两种途径：以采取下列两种途径： P=P终终P始始 T=T终终T始始=1.00 1061.00 105=373298=9.00 105(Pa)=75（K） 状态函数的改变量，取决于始态和终态，状态函数的改变量，取决于始态和终态，与途径无关与途径无关分子动

8、能（移动、转动、振动）分子动能（移动、转动、振动）分子位能（相互作用）分子位能（相互作用）核能核能化学能化学能1、内能、内能内能是状态量内能是状态量 U :广延参数广延参数kJu :比参数比参数kJ/kg 内能总以变化量出现，内能零点人为定内能总以变化量出现，内能零点人为定说明：说明：注意：注意：对理想气体对理想气体u=f (T)u=f (T)内部储存能和外部储存能的总和，即热内部储存能和外部储存能的总和，即热力学能与宏观运动动能及位能的总和，力学能与宏观运动动能及位能的总和，叫做工质的总储存能，简称总能叫做工质的总储存能，简称总能基本状态参数基本状态参数压力压力 p、温度、温度T、比容、比容

9、v （容易测量）（容易测量）比容比容vm3/kg工质聚集的疏密程度工质聚集的疏密程度物理上常用物理上常用密度密度 kg/m3压力压力p示意图示意图一般是一般是指工质绝对压力与环境压力的指工质绝对压力与环境压力的相相对值对值相对压力相对压力注意：注意：只有绝对压力只有绝对压力p 才才是状态参数是状态参数绝对压力与相对压力绝对压力与相对压力示意图示意图当当p pb表压力表压力pe当当p 有足够时间恢复新平衡有足够时间恢复新平衡准静态过程准静态过程示功图示功图pV. .12. .pp外外21mkg工质：工质： W =pdV1kg工质：工质： w =pdvW可逆过程的定义可逆过程的定义 系统经历某一过

10、程后，如果能使系系统经历某一过程后，如果能使系统与外界同时恢复到初始状态，而不留统与外界同时恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为下任何痕迹，则此过程为可逆过程可逆过程。注意：可逆过程只是指可能性，并不注意：可逆过程只是指可能性，并不 是指必须要回到初态的过程。是指必须要回到初态的过程。举例：钻木取火可否回复初态？举例：钻木取火可否回复初态？可逆过程的实现可逆过程的实现准静态过程准静态过程 + 无耗散效应无耗散效应 = 可逆过程可逆过程无不平衡势差无不平衡势差通过摩擦使功通过摩擦使功变热的效应变热的效应(摩阻，电阻，摩阻，电阻，非弹性变性，非弹性变性，磁阻等）磁阻等） 不平衡势差不平衡势

11、差不可逆根源不可逆根源 耗散效应耗散效应 耗散效应耗散效应引入可逆过程的意义引入可逆过程的意义 准静态过程是实际过程的理想化过程，准静态过程是实际过程的理想化过程， 但并非最优过程，可逆过程是最优过程。但并非最优过程，可逆过程是最优过程。 可逆过程的功与热完全可用系统内工质可逆过程的功与热完全可用系统内工质 的状态参数表达，可不考虑系统与外界的状态参数表达，可不考虑系统与外界 的复杂关系，易分析。的复杂关系，易分析。 实际过程不是可逆过程，但为了研究方实际过程不是可逆过程，但为了研究方 便，先按理想情况（可逆过程）处理，便，先按理想情况（可逆过程）处理， 用系统参数加以分析，然后考虑不可逆用系

12、统参数加以分析，然后考虑不可逆 因素加以修正。因素加以修正。过程功和热量过程功和热量2、热力学定义：热力学定义：热力过程中，热力系统与边界间，热力过程中，热力系统与边界间，越过边界而传递的能量，若其全部作用效果可表现为越过边界而传递的能量，若其全部作用效果可表现为使物体改变宏观运动的状态，则这种传递的能量称为使物体改变宏观运动的状态，则这种传递的能量称为功。即，功是过程量；是传递的能量（瞬时量）。功。即，功是过程量；是传递的能量（瞬时量）。对于由气缸和活塞所包围的热力系统，对于由气缸和活塞所包围的热力系统，进行一个微元过程中，如活塞所受推进行一个微元过程中，如活塞所受推力为力为F,F,位移为位

13、移为dx,dx,则系统对外界作的膨则系统对外界作的膨胀功为：胀功为： W=Fdx1 1、力学功的定义力学功的定义: : 力力 在力方向上的位移在力方向上的位移 WF x 功功的一般表达式的一般表达式热力学最常见的功热力学最常见的功容积变化功容积变化功其他准静态功：其他准静态功：拉伸功，表面张力功，电功拉伸功，表面张力功，电功等等功的单位为焦耳（功的单位为焦耳（J）。）。1J的功相当干物体在的功相当干物体在1N力的力的作用下产生作用下产生1m位移时完成的功量，即位移时完成的功量，即单位时间内完成的功称为功率，单位为单位时间内完成的功称为功率，单位为W（瓦）（瓦）工程上还常用工程上还常用kw(千瓦

14、）作功率的单位千瓦）作功率的单位对准静态过程，对准静态过程，F=pA, ,所以所以，W=Fdx 当系统由状态当系统由状态1 1到状态到状态2 2进行一个准静态过程时，系统对外进行一个准静态过程时，系统对外界所作的功可表示为：界所作的功可表示为：单位质量气体单位质量气体以及以及功在功在p-v图上的表示：图上的表示：功的符号功的符号：系统对外：系统对外作功为正；外界对系作功为正；外界对系统作功为负。统作功为负。闭口系工质在膨胀过程中作的功井不能全部用来输出作有用闭口系工质在膨胀过程中作的功井不能全部用来输出作有用功，如举起重物。它一部分因摩摔而耗散，一部分用以排斥功，如举起重物。它一部分因摩摔而耗

15、散，一部分用以排斥大气，反抗大气压力作功，余下的才是可被利用的功，称做大气，反抗大气压力作功，余下的才是可被利用的功，称做有用功。若用有用功。若用Wu、Wl和和Wr分别表示有用功、摩擦耗功及排分别表示有用功、摩擦耗功及排斥大气功，则有斥大气功，则有由干大气压力可作定值，而可逆过程不包含任何耗散效由干大气压力可作定值，而可逆过程不包含任何耗散效应，应，WI0，可用功可简化成，可用功可简化成热热量量与与熵熵热量热量定义：热力系通过边界与外界的交定义：热力系通过边界与外界的交换的换的能量能量中，除了中，除了功功的部分的部分（不确切）（不确切）。另一定义：另一定义：热量热量是热力系与外界相互是热力系与

16、外界相互作用的另一种方式，在作用的另一种方式，在温度温度的推动下，的推动下，以微观以微观无序无序运动方式传递的运动方式传递的能量能量。热热量量如如何何表表达达？热量是否可以用类似于功的式子热量是否可以用类似于功的式子表示表示？引入引入“熵熵”热量与容积变化功热量与容积变化功能量传递方式能量传递方式容积变化功容积变化功传热量传热量性质性质过程量过程量过程量过程量推动力推动力压力压力p 温度温度T标志标志dV,dvdS ,ds公式公式条件条件准静态或可逆准静态或可逆可逆可逆熵熵 实验实验 两种不同颜色的小球混合两种不同颜色的小球混合体系有自发使混乱度增加的趋势体系有自发使混乱度增加的趋势实验实验一

17、滴墨水滴入一盆清水中一滴墨水滴入一盆清水中一盆黑水一盆黑水(反之则不成立反之则不成立)隔板隔板打开熵（熵（Entropy）的定义的定义rev: reversible比参数比参数kJ/kg.Kds:可逆过程可逆过程 qrev除以传热时的除以传热时的T所得的所得的商商 命名为命名为“熵熵”广延量广延量kJ/K1 1、熵熵是是状态参数状态参数 3、熵熵的物理意义：的物理意义：熵熵体现了体现了可逆过程可逆过程传热的传热的大小大小与与方向方向2、符号、符号规定规定系统系统吸热吸热时时为为正正Q 0dS 0系统系统放热放热时时为为负负Q 0dS ：不可逆过程：不可逆过程热二律表达式之一热二律表达式之一关于

18、第二定律关于第二定律孤立系统孤立系统=非孤立系统非孤立系统+相关外界相关外界=：可逆过程：可逆过程：不可逆过程：不可逆过程这是最常用的这是最常用的第二定律表达式第二定律表达式问答：问答：问答：问答：自发过程是不可逆过程，非自发过程必为自发过程是不可逆过程，非自发过程必为自发过程是不可逆过程，非自发过程必为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？可逆过程，这一说法是否正确？可逆过程，这一说法是否正确？可逆过程，这一说法是否正确？ 错。“非自发过程必为可逆过程”的说法完全错误，非自发过程需付出代价（更强的自发过程）才能实现，可逆过程则是一种实际上不存在的理想过程，两者之间没

19、有什么关系问答：请给问答：请给“不可逆过程不可逆过程”一个恰当的定义。请归纳一个恰当的定义。请归纳热力过程中有哪几种不可逆因素？热力过程中有哪几种不可逆因素？各种不可逆因素总可以表示为将机械能耗散各种不可逆因素总可以表示为将机械能耗散为热能，如温差传热。凡有温度差的地方原为热能，如温差传热。凡有温度差的地方原本都可产生动力，但温差传热使得本可以作本都可产生动力，但温差传热使得本可以作出的功没有作出，机械能耗散为热能。出的功没有作出，机械能耗散为热能。凡使机械能耗散为热能的过程都是不可逆过凡使机械能耗散为热能的过程都是不可逆过程。热力过程中的不可逆因素有功热转换、程。热力过程中的不可逆因素有功热

20、转换、有限温差传热、自由膨胀、混合过程、电阻有限温差传热、自由膨胀、混合过程、电阻等等 问答：不可逆循环热效率一定小于可逆循问答：不可逆循环热效率一定小于可逆循环热效率？可逆循环热效率都相等？环热效率？可逆循环热效率都相等？第一句不完整，第二句可以判为错。必须在同样的高温热源和低温热源之间。否则没有比较基础上述两个循环热效率公式是否完全相同？各适用于哪些上述两个循环热效率公式是否完全相同？各适用于哪些场合？场合？不同。不同。前者适用于一般的循环（可逆和不可逆循前者适用于一般的循环（可逆和不可逆循环），后者仅适用于在两个恒温热源之间环），后者仅适用于在两个恒温热源之间工作的可逆循环工作的可逆循环

21、 （1）熵增大的过程必定为吸热过程）熵增大的过程必定为吸热过程错。不可逆绝热过程熵也会增大错。不可逆绝热过程熵也会增大（2）熵增大的过程必为不可逆过程）熵增大的过程必为不可逆过程错。可逆吸热过程熵增大（3）使系统熵增的过程必为不可逆过程）使系统熵增的过程必为不可逆过程错。应该是：使孤立系统熵增大的过程必为不可孤立系统熵增大的过程必为不可逆过程逆过程关于理想气体关于理想气体定义定义忽略气体分子间相互作用力和分子本身体积影响忽略气体分子间相互作用力和分子本身体积影响,仅具有弹性质仅具有弹性质点的气体，实际气体点的气体，实际气体p0v的极限状态时，气体视为理想气体。的极限状态时，气体视为理想气体。理

22、想气体状态方程理想气体状态方程V：nKmol气体容积m3；V：质量为mkg气体所占的容积；P：绝对压力Pa ；v：比容m3/kg； T：热力学温度K 状状态态方方程程VM：摩尔容积m3/kmol； RM：通用气体常数，J/kmolK；理想气体的比热理想气体的比热计算计算内能内能, , 焓焓, , 热量热量都要用到比都要用到比热热定义定义:比热比热单位物量的物质升高单位物量的物质升高1K或或1oC所需的热量所需的热量c :质量比热容质量比热容Mc:摩尔比热容摩尔比热容C:容积比热容容积比热容定容过程定容过程 U=Qv+ W式中，式中，W=p V，定容反应过程中，定容反应过程中， V=0，故故W=

23、0则则 U=Qv 在定容过程中，热效应通常用在定容过程中，热效应通常用Qv表示。表示。 由由 U=Qv在定容反应中，体系吸收或放出的热量全部用在定容反应中，体系吸收或放出的热量全部用来改变体系的内能。来改变体系的内能。当当 U0时，时，Qv0，是吸热过程，是吸热过程， U0时，时，Qv0时，时，Qp0，是吸热过程是吸热过程； rH0时，时，Qp不可逆不可逆熵的增加是能量退化的量度。熵的增加是能量退化的量度。如图当如图当A A物体下降物体下降 h h时，水温由时，水温由T-T+T-T+ T T，这个过程中重力势，这个过程中重力势能能MgMg h h全部变成水的内能。要全部变成水的内能。要利用这一

24、能量只能利用热机。利用这一能量只能利用热机。若周围温度为若周围温度为T T0 0则这部分能量则这部分能量能对外作功的最大值为：能对外作功的最大值为：能作的功少了，一部分能量放入到低温热库。再也不能能作的功少了，一部分能量放入到低温热库。再也不能被利用了。这部分不能被利用的能量称为退化的能量。被利用了。这部分不能被利用的能量称为退化的能量。MAAAT+ Tm退化的能量退化的能量以重物及水为孤立系统，其熵变：以重物及水为孤立系统，其熵变：C为为比热比热对外能作的最大的功值对外能作的最大的功值MAAAT+ Tm1 1）退化的能量与熵成正比）退化的能量与熵成正比2 2）自然界的实际过程都是不可逆过程，

25、即熵增加的过）自然界的实际过程都是不可逆过程，即熵增加的过程，大量能源的使用加速了这一过程。而熵的增加导程，大量能源的使用加速了这一过程。而熵的增加导致了世界混乱度的增加。致了世界混乱度的增加。 热源温度愈高它所输出的热能转变为功的潜力就热源温度愈高它所输出的热能转变为功的潜力就愈大，即较高温度的热能有较高的品质。当热量从高温愈大，即较高温度的热能有较高的品质。当热量从高温热源不可逆的传到低温热源时，尽管能量在数量上守恒，热源不可逆的传到低温热源时，尽管能量在数量上守恒，但能量品质降低。但能量品质降低。 一切不可逆过程实际上都是能量品质降低的过程，一切不可逆过程实际上都是能量品质降低的过程，热

26、力学第二定律提供了估计能量品质的方法。热力学第二定律提供了估计能量品质的方法。(4) 提高热机循环热效率的根本途径是提高循环的平均吸热温度和降低循环的平均放热温度。师法大自然师法大自然植物正以我们所不知道的方式将太阳能转化为生物能。煤炭其实是这种转化积累的结果。目前人类还不能模仿这种方式，但在寻找利用这种方式的途径，例如寻找类似三叶杨的植物，转基因植物等，产生更多的淀粉产生更多更低廉的乙醇（酒精）。乙醇汽油巴西走在前列。我国也在试点。土豆玉米面临一轮新机遇。产油植物、加工生物油等日益得到重视，工业和农业的界限将逐渐模糊。 师法大自然师法大自然大气、海洋、土壤，是温度基本恒定的巨大的能量宝库，目

27、前还不能转换但可以利用。空调如果利用土壤温度基本恒定的特点，可节省50的优质能量（电），缺点是投资较大、建筑设计时就要预留位置，美国有一套完整的税收优惠政策（包括对含这种空调的房产的转让税收、银行贷款等）鼓励利用这种空调。 师法大自然师法大自然大自然自己利用大气、海洋、土壤中的巨大的能量不限于光合作用这样温柔的方式，形成飓风的能量来源于大气和海洋蕴含的温差湿度差等等。这些微弱的能量如何汇集在一起形成威力巨大的飓风，还基本上是个谜。“最优的节能方式是更本就不生产能量”。这似乎是纯理论的说法。但，有些途径。例如，隔热材料。 基于新材料的热力循环研究基于新材料的热力循环研究高温材料是热机研发的基础。

28、目前燃气轮机循环初温T3已提高到1430，高温部件的材料仍以超级合金为主，部分静部件也采用了陶瓷材料。而对更高循环初温(16001800以上)的燃气轮机的构思将基于采用革命性新材料，重点在于开发有更好的综合高温性能、更高熔点以及更小密度的新高温材料，以实现无冷却或少冷却。*陶瓷材料(如Al2O3，Si3N4等)是一种较好的选择。陶瓷高温部件可实现无冷却化或大幅度减少冷却空气量，许多国家致力于开发高温陶瓷燃气轮机。此外，绝热复合内燃机是内燃机发展的一个重要方向，关键就是绝热陶瓷材料。 高温冷却：最好是取消冷却高温冷却：最好是取消冷却火力发电厂的锅炉：燃料发出的热与水管之间的热交换已经比较好，效率

29、达到90，但燃料发热量与所发出电力（按热量折算）相比，效率只有30左右，为什么？其余的能量都随冷却水流失，怎么办？冷却水是否是火力电厂的节能关键？这里有个误区。冷却水所带走的能量的质量因做功而已大大降低。减少或取消冷却才是关键（例如陶瓷发动机）。这里，我们看到，虽然能量守恒已深入人心，但了解能量有质量的差异的却不多。这里蕴涵着巨大的商机。 燃料电池与热力学联合循环整合燃料电池与热力学联合循环整合燃料电池与热力学联合循环整合的多重联合循环(FCCC)：它是燃料电池(通过电化学反应把燃料化学能直接转化为电能)和热力学循环有机结合的动力系统，其煤基循环系统热效率可突破60%，类似的以天然气为燃料的系

30、统效率有望达到75%，并实现SO2、NOx以及粉尘等的零排放 磁流体发电与热力学联合循环整合磁流体发电与热力学联合循环整合磁流体发电与热力学联合循环整合的多重联合循环(MHD-CC)：它也是先通过高温磁流体技术实现直接发电，然后借助热力学联合循环、寻求物理能高效转换利用的多重联合循环 思考题气体有两个独立的参数，u（或h）可以表示为p和v的函数，即u=f(p, v)。但又曾得出结论，理想气体的热力学能（或焓）只取决于温度，这两点是否矛盾？为什么？ 思考题理想气体熵变计算式（3-39）、（3-41）、（3-43）等是由可逆过程导出，这些计算式是否可以用于不可逆过程初、终态的熵变？为什么？ 熵的数

31、学定义式为ds=dq/T，又dq=cdT，故ds=(cdT)/T。因理想气体的比热容是温度的单值函数，所以理想气体的熵也是温度的单值函数，这一结论是否正确？ 思考题试判断下列各说法是否正确：（1）气体吸热后熵一定增大；（2）气体吸热后温度一定升高；（3）气体吸热后热力学能一定增加；（4）气体膨胀时一定对外作功；（5）气体压缩时一定耗功。简答题简答题1、 两个质量和比热（cm）相同，温度分别为TA和TB的固体进行热交换，请推导说明达到热平衡的过程是一个不可逆过程。简答题简答题1、解：TA, mTB, m传热传热如果此系统熵增大于零，则过程不可逆。如果此系统熵增大于零，则过程不可逆。孤立系孤立系简

32、答题简答题1、解：直接传热，则平衡温度，所以过程不可逆。所以过程不可逆。简答题简答题1、解：一般错误：认为热源温度恒定简答题简答题、有人说，根据卡诺定理，一切不可逆机的效率必小于可逆机的效率。是否正确？请说明理由。 简答题简答题、解：要注意是否同温限或同等效温限，这样才能比较。简答题简答题、写出熵和焓的定义式，理想气体定容过程焓的变化解：解：简答题简答题44、膨胀功、流动功、轴功和技术功之间有何区别？有何联系？ 对流动工质，微分形式能量方程对流动工质，微分形式能量方程简答题简答题44、膨胀功、流动功、轴功和技术功之间有何区别？有何联系？ 所以，所以，简答题简答题55、系统经历了一不可逆过程，已

33、知终态熵小于初态熵，能否判断该过程一定放出热量，为什么？ 解：如果你认为系统是闭口系，由解：如果你认为系统是闭口系，由则有则有必定放热必定放热简答题简答题55、系统经历了一不可逆过程，已知终态熵小于初态熵，能否判断该过程一定放出热量，为什么？ 解：如果认为系统是开口系，据题意有解：如果认为系统是开口系，据题意有简答题简答题66、三块相同的金属块被加热到温度TA，第一块迅速被冷却到环境温度T0，其熵变为？；第二块在环境中缓慢冷却到T0，其熵变为？；第三块先与温度为TB (TA TB T0)的热源接触，达到平衡后再被冷却到环境温度T0，其熵变为？；试说明这三个过程、和的大小关系。 简答题简答题66

34、、解：熵是状态量，熵变与过程无关，熵是状态量，熵变与过程无关，计算题计算题1、某绝热容器中盛有压力为8MPa的氧气，由于该容器漏气，容器内的氧气的压力降为2.0MPa，求漏掉的氧气的质量占原有氧气质量的百分之几。 计算题计算题1、解：、解：方法一方法一选容器为对象，开口系。容器绝热缓慢漏气，在整个过程中容器内气体始终满足，V这个过程上课时曾经推导过。气体比容气体比容计算题计算题1、解：、解：方法一方法一选容器为对象，开口系。V一些错误：、认为是定温过程；、直接假设泄漏到外部的气体也是绝热膨胀，虽然计算结果对。但这种假设是没有根据的。计算题计算题1、解：、解：方法一方法一选容器为对象，开口系。容

35、器绝热缓慢漏气，在整个过程中容器内气体始终满足，m2/m1=v1/v2=(p2/P1)1/k=0.3166习题1-5用 U 型压力计测量容器中气体的压力，在水银柱上加一段水，则得水柱高 1020mm，水银柱高 900mm，如图 1-1 所示，若当地大气压为 755mmHg，求容器中气体的压力（MPa）= (1020 9.81)Pa + (900 133.3)Pa + (755 133.3)Pap = pe + pb习题1-8 压力锅中，当锅内蒸汽的压力超过了柱塞的压力后蒸汽才能逸出(图 1-3)。若蒸汽逸出时压力锅内压力应达到 201kPa，大气压Pb=101KPa，求小柱塞的质量。 解：蒸汽

36、逸出时锅内表压即为柱塞产生压力，故 pe=p pb=201kPa101kPa =100kPa 柱塞质量 m=(PeA)/g =(10010Pa4106m2)/9.81m/s2 =0.0408kg = 40.8g习题1-9 容器隔成 AB 两室，大气压 pb=0.1013MPa ，气压表 2 读为pe2= 0.04MPa ，气压表1读数pe1= 0.294MPa ，求气压表 3 的读数（用 MPa 表示）。pA=pb+ pe1= 0.1013MPa + 0.294MPa = 0.3953MPapA = pB + pe2 pB = pA pe2 = 0.39153MPa 0.04MPa = 0.3

37、553MPape3 = pB pb = 0.3553MPa 0.1013MPa = 0.254MPa习题117 某蒸汽动力厂加入锅炉的每 1MW 能量要从冷凝器排出 0.58MW 能量，同时水泵消耗 0.02MW 功，求汽轮机输出功率和电厂的热效率。P =(12)+PC=(1MW0.58MW) 0.02MW = 0.44MW =1-(0.58MW/1MW)=0.42习题119 据统计，某地各发电厂平均发 1kWh 的电耗标煤 372g ，若标煤的热值是29308kJ/kg ，试求电厂平均热效率是多少？ =3600KJ/(0.372Kg 29308kJ/kg)=33%一度电=1 千瓦时（ 1KW

38、h ）折合标准煤因 1W=1J/s， 1KWh（也就是 1 小时“电”）具有的热值为：1000W3600s=3600000J=3600KJ习题2-1 一辆汽车 1 小时消耗汽油 34.1 升，已知汽油发热量为 44000 kJ/kg ，汽油密度0.75g/cm3 。测得该车通过车轮出的功率为 64kW，试求汽车通过排气，水箱散热等各种途径所放出的热量。 汽油总发热量 Q =(34.1 L0.001m30.75Kg/m3)44000 kJ/kg =1125300KJ 汽车散发热量 Qout=Q W 3600 = (1125300 643600)kJ/h = 894900kJ/h习题24 气体某一

39、过程中吸收了 50J 的热量，同时，热力学能增加 84J，问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外作功是多少 J？解：取气体为系统，据闭口系能量方程式W = Q U = 50J 84J = 34J 所以过程是压缩过程，外界对气体作功 34J习题习题214 500 kPa 饱和液氨进入锅炉加热成干饱和氨蒸气，然后进入压力同为 500 kPa 的过热器加热到 275 K，若氨的质量流量为 0.005 g/s，求：锅炉和过热器中的换热率。 已知：氨进入和离开锅炉时的焓分别为 h1 =h=396.2kJ/kg、h2=h =223.2kJ/kg 氨离开过热器时的焓为h =25.1kJ/kg 。关键：对于稳定

40、流动， Q=H2-H1+W 氨进入和离开锅炉及离开过热器时焓分别为 h1= h =396.2kJ/kg ，h2=h “=223.2kJ/kg ， h =25.1kJ/kg锅炉换热率 b = M (h2h1) = 0.005kg/s 223.2kJ/kg (396.2kJ/kg) = 0.865kW换热器中换热率e =qm (h h2 ) = 0.005kg/s 25.1kJ/kg (223.2kJ/kg) = 0.991kW以下题目及其解答，来自于本课程采用的教科书（光盘电子版）关于水蒸气关于水蒸气1、了解下列基本概念：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸汽、饱和液体、饱和温度、饱和压力、三相点、临界

41、点、汽化潜热等2、了解蒸汽定压发生过程及其在pv图和Ts图上的表示，了解一点、二线、三区、五状态。了解水的饱和、过热、过冷状态之间压力、温度的关系；3、了解蒸汽图表的结构，并掌握其应用4、了解蒸汽热力过程的热量和功量的计算历年考试题型举例历年考试题型举例考试类型考试类型一、解释基本概念一、解释基本概念二、判断并改错二、判断并改错三、选择填空三、选择填空四、问答题四、问答题五、绘制热力过程五、绘制热力过程六、计算六、计算解释基本概念解释基本概念（1010分）分）热力系统；开口系统；孤立系统；准静态过热力系统；开口系统；孤立系统；准静态过程；可逆过程；热力学温标；定容比热；定程；可逆过程；热力学温

42、标；定容比热；定压比热；基本状态参数；平衡状态；孤立系压比热；基本状态参数；平衡状态；孤立系统的熵增原理；多变过程；卡诺循环；概括统的熵增原理；多变过程；卡诺循环；概括性的卡诺循环；热效率；制冷系数，供暖系性的卡诺循环；热效率；制冷系数，供暖系数，轴功；流动功数，轴功；流动功 ；作功能力；作功能力 判断并改错判断并改错（1010分）分）1 1、卡诺循环的热效率一定小于、卡诺循环的热效率一定小于1 1，逆卡诺循环的供，逆卡诺循环的供暖系数一定大于暖系数一定大于1 1。 对对 2 2、定温过程中因系统温度保持不变，故与外界没有定温过程中因系统温度保持不变，故与外界没有热量交换；热量交换； 错错：定

43、温过程中因系统温度保持不变，若过程可定温过程中因系统温度保持不变，若过程可逆，则与外界交换热量为逆，则与外界交换热量为Ts3 3、不作技术功过程的能量方程为、不作技术功过程的能量方程为对对判断并改错判断并改错（1010分）分）4 4、循环功越大，则热效率越高；反之热效率越高，、循环功越大，则热效率越高；反之热效率越高，则循环功越大。则循环功越大。错错：在吸热量相同的情况下，若循环功越大，则热在吸热量相同的情况下，若循环功越大，则热效率越高；反之热效率越高，则循环功越大。效率越高；反之热效率越高，则循环功越大。5 5、自发过程是不可逆过程，不可逆过程是无法恢、自发过程是不可逆过程，不可逆过程是无

44、法恢复到起始状态的过程。复到起始状态的过程。错错：自发过程是不可逆过程，不可逆过程可以恢复自发过程是不可逆过程，不可逆过程可以恢复到起始状态，但必须给环境留下一定影响。到起始状态，但必须给环境留下一定影响。 填空或选择填空填空或选择填空（2030分）分）1、hcpT 对对于于理理想想气气体体适适用用于于热热力力过程；对于实际气体适用于过程；对于实际气体适用于过程。过程。 任意任意定压定压2、混合气体由、混合气体由N2和和CO2组成，已知组成，已知N2的体积分数为的体积分数为0.75，则混合气体的折合气体常数，则混合气体的折合气体常数Rg，折，折合摩尔质量合摩尔质量Mm。 33kg/kmol25

45、1.94J/kg.K3、可逆过程膨胀功的计算式、可逆过程膨胀功的计算式w ，可，可逆过程技术功的计算式逆过程技术功的计算式wt。pdvvdp填空或选择填空填空或选择填空（20分）分）4、一热机经历一个热力循环后，从高温热源、一热机经历一个热力循环后，从高温热源T1（1000K）吸取热量吸取热量8000kJ，向低温热源，向低温热源T2（300K）放出热量）放出热量2000kJ，则此循环过程为：，则此循环过程为：（A）可逆循环过程可逆循环过程（B）不可逆循环过程）不可逆循环过程（C）此热力过程不可能实现此热力过程不可能实现（D）无法判断）无法判断5、一个系统经过两个过程，一个可逆，另一个不可逆。、

46、一个系统经过两个过程，一个可逆，另一个不可逆。从同一初态从同一初态A出发到同一终态出发到同一终态B。若。若和和分别表分别表示不可逆和可逆过程的熵变，则示不可逆和可逆过程的熵变，则(D)无法判断无法判断填空或选择填空填空或选择填空（20分）分）pv12346、如图所示，工质在、如图所示，工质在1-2-3过程中吸热过程中吸热200千焦，作功千焦，作功50千焦，若工质千焦，若工质1-4-3过过程作功程作功30千焦，则吸热：千焦，则吸热：（A）140KJ（B）200KJ（C）150KJ（D）180KJ7、下列说法哪些是错误的、下列说法哪些是错误的孤立系统内工质的状态不能发生变化孤立系统内工质的状态不能

47、发生变化只要不存在任何性质的耗散效应就一定不会产生能量不可逆损耗只要不存在任何性质的耗散效应就一定不会产生能量不可逆损耗经过一个不可逆过程后，经过一个不可逆过程后，工质再不能沿原路回复到原来的状态工质再不能沿原路回复到原来的状态质量相同的物体质量相同的物体A和和B，若，若TATB，物体，物体A具有的热量较物体具有的热量较物体B多多A.B.C.D. 填空或选择填空填空或选择填空（20分）分）8 8、关于热力学第二定律表述，正确的是、关于热力学第二定律表述，正确的是（A A）不可能从热源吸取热量使之变为有用功而不产生其它影）不可能从热源吸取热量使之变为有用功而不产生其它影响响（B B）不可能从单一

48、热源吸收热量使之完全变为有用功）不可能从单一热源吸收热量使之完全变为有用功（C C）热量不可能从高温物体传向低温物体而不产生其他变化）热量不可能从高温物体传向低温物体而不产生其他变化（D D）不可能把热量从低温物体传向高温物体而不产生其他变）不可能把热量从低温物体传向高温物体而不产生其他变化化 pvABC9、如图所示，、如图所示，AC，BC为任意可逆过为任意可逆过程线，程线，AB为等熵过程线，则为等熵过程线，则与与的关系为：的关系为：（D）无法判断无法判断问答题（问答题（20分）分）1 1、举例说明温度和压力同时增加且吸热或温度和压力同、举例说明温度和压力同时增加且吸热或温度和压力同时减小且放

49、热的过程是否可能？如果可能，它们的多变指时减小且放热的过程是否可能？如果可能，它们的多变指数在什么范围？数在什么范围？ 回答要点：回答要点：1 1、定容吸热或放、定容吸热或放热过程满足上述热过程满足上述条件。条件。2 2、确定多变指数、确定多变指数的范围可根据基的范围可根据基本过程分析本过程分析pOvn =0wt0问答题（问答题（20分）分）2、1000kJ的功与恒温热源（的功与恒温热源（T=500K）所放出的）所放出的2500kJ的热量相比，哪个价值较高，为什么？（环的热量相比，哪个价值较高，为什么？（环境温度境温度T0=300K）答题要点答题要点：本题考点是了解能量不仅有数量的大小，：本题

50、考点是了解能量不仅有数量的大小，还有质的大小。还有质的大小。 1000kJ的功全部是可用能，的功全部是可用能，在本题在本题条件下，条件下，2500kJ的热量的最大可用能为：的热量的最大可用能为：Ex（1-T0/T）25001000kJ两者相等？两者相等？两者不等？两者不等？问答题（问答题（20分）分）3 3、孤立系统中进行了（、孤立系统中进行了（1 1）可逆过程、（）可逆过程、（2 2）不可逆过）不可逆过程，问孤立系统的总能、总熵、总的可用能损失各自程，问孤立系统的总能、总熵、总的可用能损失各自如何变化？如何变化？本题考点：本题考点：1 1、孤立系统的概念、孤立系统的概念2 2、热力学第一定律

51、在孤立系统中的应用、热力学第一定律在孤立系统中的应用3 3、热力学第二定律在孤立系统中的应用、热力学第二定律在孤立系统中的应用4 4、可用能损失与熵变的关系、可用能损失与熵变的关系问答题（问答题（20分）分）4、能量方程、能量方程q=dupdv与焓的微分式与焓的微分式dhdud(pv)很相像，为什么热量很相像，为什么热量q是状态参数，而焓是状态参数，而焓h是状态参数是状态参数？本题考点：公式的适用条件本题考点：公式的适用条件1、q=dupdv适用于可逆过程适用于可逆过程2、任意工质的焓豆满足、任意工质的焓豆满足dhdud(pv)绘制热力过程绘制热力过程（15152020分）分）1、将气体吸热、

52、升温又压缩的热力过程画在、将气体吸热、升温又压缩的热力过程画在p-v，T-s图上图上TOsn =1pOvn =0w 0w 0绘制热力过程绘制热力过程（15152020分）分）2、一理想气体经可逆绝热过程从、一理想气体经可逆绝热过程从1状态变化到状态变化到2状态，试状态，试在在Ts图上用面积表示出此过程的图上用面积表示出此过程的h12h2h1。TOs34等等压压线线等等熵熵过过程程h1212h12绘制热力过程绘制热力过程（15152020分）分）3、工质经历一可逆的热力膨胀后，向环境放出热量，、工质经历一可逆的热力膨胀后，向环境放出热量，试将此热力过程画在试将此热力过程画在pv，Ts图上。图上。

53、 本题考点本题考点：利用热力学第一定律确定热力学能的变化。：利用热力学第一定律确定热力学能的变化。分析：分析：q0；qu+pdv u04、水在、水在0.2MPa压力不变的情况下，由压力不变的情况下，由20升温到升温到150的热力过程画在的热力过程画在p-v，T-s 图上。图上。 本题考点：本题考点：水变为水蒸气的过程是有相变的过程，水变为水蒸气的过程是有相变的过程，先应求出饱和温度，确定其状态先应求出饱和温度，确定其状态压力压力0.2MPa，饱和温度为，饱和温度为120.24，此过程包括水升，此过程包括水升温，相变和蒸汽过热三个阶段。温，相变和蒸汽过热三个阶段。p-v，T-s 图如下图如下34

54、2pv10.2MPa2Ts134293.15K393.39K423.15K1、空气在气缸中由初状态、空气在气缸中由初状态T1300K，p10.15MPa进行如下过进行如下过程：程：（1）定压吸热膨胀定压吸热膨胀，温度升高到，温度升高到480K；（2）先）先定温膨胀定温膨胀，然后再在，然后再在定容定容下使下使压力增加到压力增加到0.15MPa，温，温度升高到度升高到480K。计算题计算题求：求：1 1）将上述两种过程画在）将上述两种过程画在压容图和温熵图压容图和温熵图中；中；2 2）按定比热容计算这）按定比热容计算这两种过程两种过程中的中的膨胀功、热量、热力学能膨胀功、热量、热力学能和熵的变化和

55、熵的变化3 3）对计算）对计算结果结果进行进行讨论讨论。 本题考点：本题考点：理想气体热力过程的特点及其计算理想气体热力过程的特点及其计算1 1、两种过程的、两种过程的压容图和温熵图压容图和温熵图如下如下（300K）（480K）(0.2MPa)2、按定比热容计算这、按定比热容计算这两种过程两种过程中的中的膨胀功、热量、热力学膨胀功、热量、热力学能和熵的变化（能和熵的变化（cpo=1.004（kJ/kg.K）cvo=0.716（kJ/kg.K）由题意知，两过程的由题意知，两过程的初终状态相同初终状态相同，故热力学能和熵的，故热力学能和熵的变化相同变化相同。对于对于理想气体理想气体过程过程1 1为

56、定压过程为定压过程过程过程2 2：先等温膨胀，后等容压缩：先等温膨胀，后等容压缩 对对等温过程等温过程： 则：则： v1RgT1/p10.2871300/1500.5742（m3/kg）v2RgT2/p10.2871480/1500.9187m3/kg 对对等容过程等容过程： 对过程对过程2 2： 3 3、讨论：、讨论：过程量和状态量过程量和状态量的特点进行分析的特点进行分析2、两台卡诺热机串连工作。、两台卡诺热机串连工作。A热机工作在热机工作在700和和t之间；之间；B热机工作在热机工作在t和和20之间，试计算在下列情况下的之间，试计算在下列情况下的t值：值： 1 1）两热机输出的功相同；）

57、两热机输出的功相同； 2 2）两热机的热效率相同。）两热机的热效率相同。 本题考点本题考点：熟悉卡诺循环的：熟悉卡诺循环的热效率热效率计算、计算、循环净功、循环净热量循环净功、循环净热量之间的关系之间的关系问题问题1：两热机输出的功相同，即两热机输出的功相同，即WA=WB WAWBq1q2q2q3对卡诺循环，有：对卡诺循环，有： 代入式（代入式（1 1）得：）得： 973.15T2T2293.15；T2633.15K，t360问题问题2 2、两热机的热效率相同、两热机的热效率相同，即，即 t = 242.4= 242.43、将、将3kg温度为温度为0的冰的冰，投入盛有，投入盛有20kg温度为温

58、度为50的水的水的的闭口绝热容器中，已知水的比热容为闭口绝热容器中，已知水的比热容为4.187kJ/(kgK)，冰的，冰的融解热为融解热为335kJ/kg（不考虑体积变化，环境温度（不考虑体积变化，环境温度20）。）。求：求：1 1）达到热平衡时的温度）达到热平衡时的温度 2 2）绝热混合过程系统的熵变）绝热混合过程系统的熵变 3 3）绝热混合过程可用能的损失）绝热混合过程可用能的损失本题考点：本题考点：热力学第一定律热力学第一定律的应用，的应用，熵变熵变的计算，的计算，可可用能用能损失的计算损失的计算解：解：（1）平衡时的温度）平衡时的温度由题意知，冰、水混合是在由题意知，冰、水混合是在闭口绝热闭口绝热设备中进行，且此设备中进行，且此热力过程和外界没有能量交换，故此系统为热力过程和外界没有能量交换，故此系统为孤立系统孤立系统。即：。即：热水放出的热量被冰吸收。设混合平衡时的温度为热水放出的热量被冰吸收。设混合平衡时的温度为T2，则，则 34.187 (T2273.15K)+3353=204.187 (323.15KT2)解得：解得：T2306.2K（2 2）系统的熵增）系统的熵增 （3 3）可用能的损失）可用能的损失