热工答案长沙理工大学出版傅俊萍要点0001

1、第一章1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。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，因为测量所处的环境压力可能发生变化。3. 当真空表指示数

2、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。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。准平衡过程只注重的是系统内部而可逆过程是内外兼顾！5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情 况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。引起其他变化时是可以回到初态的！习题1-1 解：Pb=755 133.3 10* =1.006bar =100.6kPa1. P =

3、 Pb Pg = 100.6 13600 = 13700.6kPa2. pg 二 p - pb = 2.5 -1.006 = 1.494bar = 149.4kPa3. p 二 pb pv 二 755 700 二 55mmHg 二 7.3315kPa4. pv = pb _P = 1.006 - 0.5 二 0.506bar 二 50.6kPa1- 25 = pb Pa 二 0.97 1.10 = 2.07barp2 二 Pi - pb = 2.07 -1.05 二 0.32barPc = Pb - P2 = 0.97 - 0.32 二 0.65bar1- 3解：由于压缩过程是定压的，所以有w

4、 = f pdV = p(Vi v2) = 0.5 0 汉(0.8 0.4) = 200KJ1-4解：改过程系统对外作的功为第二章豐(八亠5(1 )空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。(2) 空气对外不做功。(3) 不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。根据q= u+w分析2.下列说法是否正确？气体膨胀时一定对外作功。错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。气体被压缩时一定消耗外功。对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。气体膨胀时必须对其加热。错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 气体边膨胀边放热是可能的。对，比如

5、多变过程，当 n大于k时，可以实现边膨胀边放热。 气体边被压缩边吸入热量是不可能的。错，比如多变过程，当 n大于k时，可以实现边压缩边吸热。 对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。错，比如多变过程，当 n大于1,小于k时，可实现对工质加热，其温度反而降低。4. “任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？答:不正确，因为外功的含义很广， 比如电磁功、表面张力功等等，如果只考虑体积功的话, 那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。5. 试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的 卩丁大小： W 与 Wi2； (2) AU2 与 AUa2； (3) Q2 与 Q

6、a2答：(1)W 大。(2) 一样大。(3)Qa2 大。6.说明下列各式的应用条件:图2-6思考题4附图闭口系的一切过程 q - . ：u pdv闭口系统的准静态过程 q 二.u (p2v2 - p1v1)开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零 q = u p(v2 - vj开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。2-1 W膨 人吸 W压-Q放=2000 650-1200 = 1450kJ2- 2过程Q kJW kJAU kJ1-21390013902-30395-3953-4-10000-10004-10-552- 3压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：w = q -

7、 Au - -50 - 146.5 - -196.5kJ / kg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，所以生产每kg压缩空气所需的轴功为：3Ws 二 q- Ahi =-50 -146.5-(0.8 0.175-0.1 0.845) 10 = -252kJ / kg定义式h=u+pvw x 10所以带动此压气机所需的功率至少为：P s42kW602-4第三章1前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。2答：不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件

8、下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。41 )不正确，只有孤立系统才可以这样说;(2) 不正确，S为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算；(3) 不对，S为状态参数，和过程无关，S相等；(4) 不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。(5) 不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。(6) 工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。如果是可逆过程，熵才一定减小。5根据克劳休斯不等式，我们知道系统在过程中的熵变满足：，s_2=20(kJkoT T(K)即:系统的熵增加， 要想使系统回到初态，新的过程必须使

9、系统熵减少，而可逆绝热过程 熵不变，不可逆绝热过程熵增加，因而不可能通过一个可逆过程或者一个不可逆过程使系 统回到初态。3- 1解：由热量守恒Q2 二 Q, -W = 1000 - 450 = 550J 由克劳休斯不等式：Q, Q2 1000 550120.0185 J K 0T1T25403003- 23-3解：采用电炉取暖时,乙5.56KW3600当采用电动机带动卡诺热泵时，Ppump g T1；T2IT1%5620935 =0.474kW=25300皿=0474 100% =8.53%Pef5.56T13-4 （ 1 ）热效率为=卫T2 =150= 33.1 %(2) 吸热 QW 2.7

10、8.16kJn 33.1%放热 Q2 =Q1 _W =8.16 一2.7 = 5.46kJ(3) 性能系数丄=150 273 ,.02-T2150-10Q1 =W = Q1 - Q2 ；= Q1 -4.5r 3.02得到 Q1 =6.73kJ s所W =Qh -Q2 =6.73-4.5 =2.23kJ s3=5 解：对于制冷机Q21W 20.25kJ名 4对于热机W 0.25t 一 0.3=0.83kJ3-6解：理想气体的内能是温度的单值函数，气体向真空的膨胀过程系统对外不作功，且过程绝热，系统的内能不变，故气体温度不变：t=t -170CPPV =7 汉3 =o.525MPa由 PV = P

11、V得到V 4热力学能变化为U二U-U =0P0 525熵的变化为sRln0.287ln00T=0.0826kJ/kgK3-73-8把闭口系统和热源取为研究的热力学系统，为孤立系，根据孤立系统熵增原理:-8000二1.7kJ /K ： 0所以该过程是不可能的既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将全部蒸汽抽出来用于回热？为什么回热能提高热效率？答：采用回热措施，虽然对每kg蒸汽来说做功量减少，但抽汽在凝结时所放出的潜热却全部得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每kg工质在锅炉中吸收的热量大为减少，因此，提高了循环效率。但抽汽量不是越多越好，是根据质量守恒和能量守恒的原则确定的。

12、3.蒸汽动力装置循环热效率不高的原因是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机将乏气直接升压送回锅炉是否可以？答：乏气如果是水汽混合的，则不能进行压缩。如果全部是气体进行压缩，则体积流量太大，需要采 用大尺寸的机器设备，是不利的。4. 卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环？答：与郎肯循环相同温限的卡诺循环，吸热过程将在气态下进行，事实证明气态物质实现定温过程是十分困难的，所以过热 蒸汽卡诺循环至今没有被采用。那么，能否利用饱和区定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环，从原理上 看是可能的，但是实施起来，有两个关键问题，一是，汽轮机出口位于饱和区干度不高处，湿度太大

13、使得 高速运转的汽轮机不能安全运行，同时不可逆损失增大，其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区 进行，气液混和工质的压缩会给泵的设计和制造带来难以克服的困难，因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺 循环。6-1某朗肯循环新蒸汽的参数为P仁4MPa、t1=400 ，乏气的压力P2=4kPa，忽略泵功，试计算此循环的循环净功、加热量、热效率及乏气的干度x。如果t1=550C呢？解：1点：P仁4MPa, t1=400C查表得：h1=3215.71kJ/kg, s仁6.773kJ/(kg.K)2 点：s2=s1=6.773kJ/(kg.K), P2=4KPa 查表得：h2=2040.13kJ/kg, x

14、=0.7893(4)点：由 P3=P2=4KPa 查表得：h3=121.29kJ/kg吸热量：q1=h1-h3=3215.71 - 121.29=3094.42kJ/kg 净功量：wnet=h1-h2=3215.71 - 2040.13=1175.58kJ/kg 热效率：=wnet1175.58=37.99% q13094.42干度：x=0.789 1点：由 P1=4MPa, t1=550C查表得：h仁3558.58kJ/kg, s1=7.233kJ/(kg.K)2点：由 s2=s1=7.233kJ/(kg.K), P2=4kPa 查表得：h2=2179.11kJ/kg, x=0.846 3(

15、4)点：由 P3=4kPa, 查表得：h3=121.29kJ/kg吸热量：q仁h1 - h3=3558.58 - 121.29=3437.29kJ/kg 净功量：wnet=h1 - h2=3558.58-2179.11=1379.47kJ/kg 热效率：=wnet1379.47=40.13% q13437.29干度：x=0.8466-2某蒸汽动力装置，气轮机入口蒸汽的参数为P仁13MPa,t1=535 C,在气轮机内膨胀做功至干饱和蒸汽后被送入再热器，在定压下重新加热到535。C，再进入气轮机后半部继续膨胀至乏气压力7kPa,如蒸汽流量为200t/h，忽略泵功，计算气轮机的轴功、循环效率及乏气

16、干度x。设煤的发热量为2104kJ/kg,求理论煤耗量。 解：1 点：由 P仁 13MPa, t1=535C 得：h仁3430.18kJ/kg, s1=6.559kJ/(kg.K)5点：由 s5=s1=6.559kJ/(kg.K),得：P5=1.082MPa , h5=2779.07kJ/kg5, t1t5535C 得：1 点：由 P1P35537.822kJ/(kg.K) h1.50kJ/kg , s1,P2=7KPa 得：2点：由 s2s1h2=2430.67kJ/kg , x2=0.9413点：由P3=P2得：h3=163.38kJ/kg吸热量：h53430q1h1h3h1.18163.

17、383553.502779.074041.23kJ/kg净功量：h23430wneth1h5h1.182779.073553.52430.671773.94kJ/kg热效率：煤耗率=wnet1773.9443.90% q14041.23q120040.41t/h 42106-3某船用理想蒸汽动力装置，气轮机入口新蒸汽参数为P仁6MPa、t1=560 C,冷凝器内蒸汽压力为6kPa,忽略泵功，求循环热效率。若该装置的功率为10MW，求每小时耗汽量为多少？解：1 点：由 P仁6MPa, t1=560C 得：h仁3562.68kJ/kg, s1=7.057kJ/(kg.K)2点：由 s2=s1, P

18、2=6kPa 得：h2=2173.35kJ/kg, x=0.83693点：由P3=P2得：h3=151.5kJ/kg吸热量q仁 h1 - h3=3562.68 - 151.5=3411.18kJ/kg净功量：wnet=h1-h2=3562.68-2173.35=1389.33kJ/kg热效率：wnet1389.3340.73% q13411.1810103360025.91t/hwnet6-4某蒸汽动力装置采用一次抽汽回热循环，气轮机入口的参数为P仁10MPa,t1=400 ,冷凝器压力P2=0.05MPa,当蒸汽膨胀至2MPa时抽出kg蒸汽进入混合式加热器，定压放热以加热来自冷凝器的(1 -

19、)kg冷凝水，使其成为抽汽压力下的饱和水，经水泵加压后送回锅炉。求此循环的热效率机1kg工质所作的轴功。 解：1点：由P仁10MPa, t1=400C 得：h1=3099.93kJ/kg, s仁 6.218kJ/(kg.K)a点：由 sa=s1, Pa=2MPa 得：ha=2739.62kJ/kg2点：由 s2=sa,P2=0.05MPa 得：h2=2157.95kJ/kg, x=0.7883(4)点：由 P3=P2 得：h3=340.58kJ/kg5(6)点：由 P5=Pa 得：h5=908.57kJ/kg抽汽量：h5h31h5h3热效率：h5h3908.57340.580.2368 hah

20、32739.62340.5811轴功：h2h32157.95340.5836.71% 110.2368h1h53099.93908.57ws=(h1-h5) =(3099.93-908.57) 0.3671=804.45kJ/kg第九章9-2 v=u/p9-8第十章10-2恥 p + pf gh = 0b*jr Ip=pM】_pM_p詡12=IS.fixlOxSxOxlO -IOx9$x5OOxlO J-0.8-4.6! x|O4 pa10-8解1水平分力:h3,0F = pg xh b - HMM)x x 3 = 44 J452 2压力体体积：ft1, -T A Lr = A A + - A

21、 -()sin 45 2am 45*3I ,3.= 13x( J1tin 452B am 45=429 jh 铅垂分力：fr -= l*K0 k.RI x 1 J629 = 11 .41金力：F, = s F； + F： = 44 445 3 4 11 .41 1 = 43 .595 kN方向：0 = nrctan11 .4144.145第十二章思考题1、P148（伯努利方程的物理意义和几何意义）2、当S 时，层流底层完全淹没了管壁的粗糙不平，湍流核心区的流动不会受到管壁粗糙度的影响，就像在完全光滑的管内流动，称为水利光滑”。这种管道简称 光滑管”当S 时，管壁的凹凸不平部分暴露于湍流核心区，

22、突出部分会引起旋涡，形成新的能 量损失。管壁的粗糙度影响到了湍流，称为水利粗糙”。这种管称为 粗糙管”。3、p157（层流、紊流）4、P171 （尼古拉兹实验曲线）5、P174 （水利半径、当量直径）6、雷诺数减小，（根据公式可以判断）十三章1、何谓速度势和流函数？他们是如何引进的？具有什么性质？P1912、写出均匀直线流动、电源和电汇的流函数和势函数，并分别说明它们的速度分布和压强 分布。P194-1973、（偶极流和绕圆柱体）4、 何谓边界层，它有哪些特征？P205-206P2105、粘性流体绕物体时有哪些阻力？采取什么措施减小阻力?第14章1. 导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子

23、的热运动而产生的热量传递现象，称为 导热；对流 则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。2. 傅立叶定律：215页 牛顿冷却公式：216页 斯忒藩玻耳兹曼定律：218页。3. 导热系数的单位是： W/(m.K): 表面传热系数的单位是：W/(m2.K): 传热系数的单位是： W/(m2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。4. 当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和

24、杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表 面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。第15章1. 物质系统内各个点上温度的集合称为温度场.它是时间和空间坐标的函数。对于一维和二维、三维温度场，稳态时可分别表示为T=f(x)和T=f(x , y)、T=(x , y, z),非稳态时则分别表示为 T=f(x , t)和T=f(x , y, t)、T=(x , y,乙t)。物体各点的温度不随时间变 动，这种温度场称为稳态温度场(或称定常温度场)。2. 224 页，式(a)。3. 因为金属导电是由于自由电子的定向移动而产生的，而金属导热也是依靠自由电子的移动，所以，导电性能好的金属导热性能也好。4.