热工基础与测试复习试题集

注意：试卷内容请一律写在密封线框内，否则无效。共2页第注意：试卷内容请一律写在密封线框内，否则无效。共2页第7页1一、填空题：得分评分人(注：有单位的量，请注明单位)热工测量一般是指对：温度、压力、流量、成分、热量等参数的测量。热工测量主要是应用于过程监测、过程控制、实验分析与系统辨识、三个方面。热量传递的三种基本方式是：导热、热对流、热辐射。测量误差的来源主要于：方法（或理论）误差、器具误差、影响误差、人身误差。测量仪表的基本技术指标有：量程范围、灵敏度、灵敏限（分辨率，死区）、仪器基本误差、仪器允许误差、准确度等级、相对误差。热电偶的基本定律是：热电偶均质导体定律、热电偶中间导体定律、热电偶中间温度定律、热电偶参考电极定律。热电偶的结构是由：自由端、热端、电极、二级仪表组成的。热电偶参考端的温度处理方法有：采用0T恒定器法、对热电势进行修正、补偿导线法或接入参考端温度补偿器、采用参考端温度补偿器法。热工学中的基本状态参数分别是：温度、压力、比容、内能、熵、焓。气体常数Rg与种类有关，与状态有关。摩尔气体常数R与种类无关，与状态有关。氧气的摩尔质量是多少32，单位是：g/mo，氧气气体常数Rg等于260，氧气的摩尔气体常数R等于8.314。理想混合气体的成分分类的方法有：质量成分、容积成分、混合气体的摩尔成分。15、投入辐射的辐射能可分解成吸收选择、吸收比、光谱吸收比三部分。16、热工测量系统由如下四个基本环节组成传感器、变换器、传输通道、显示装置。17、1atm(标准大气压)=760mmHg=1.013x10^5Pa=0.1013MPa=1.033kgf/cm218、理想气体一氧化碳（CO）摩尔定压热容公式（与温度成两次方关系）C=a1+a2T+a3T^2、该公式的适用范围是：理想气体的热力学能仅与温度有关，是温度的单值函数。19、气体一氧化碳（CO）平均定压比热容与温度的直线关系公式是：cV1m=0.7331+0.00009681t、该公式的适用范围是：真实比热容与温度成线性关系。20、一氧化碳（CO）的摩尔质量是：28x10^-3kg/mol、定压比热容是：1.042kJ/（kg.k）、定容摩尔比热容是：20.88j/（mol.k)、气体常数Rg=:296.93J(kg.k)、21、氧气在726.85℃温度时的热力学能是：23075J/mol、焓：31389J/mol、绝对熵：243.471J/mol、22、在温度为283.15K时水的饱和压力是：0.0012279MPa、饱和水与饱和蒸汽的比焓分别是：42.00kJ/kg、2518.90kJ/kg。23、压力3MPa、温度分别在500K时的水处于、530K时的水处于状态。24、回转烘干机按其传热方式分类有：直接传热型、间接传热型、复式传热型。25、1bar(巴)=1x10^5Pa,1mmH2O=9.81Pa,26、摄氏温度t与热力学温度T换算关系式t=T-273.15k。27、卡诺循环的热效率＝T1-T2/T1，卡诺制冷循环的制冷系数T2/T1-T2。28、要实现热能和机械能之间连续不断地转换，必须依靠和。29、流动工质进入开口系带入的能量有，推动功为。工质流出开口系时带出的能量为，推动功为。30、工程热力学的状态参数有比体积、压力、温度、比焓、比熵、比热力学能。二、名词解释：得分评分人仪器的基本误差仪表指示值与被测量的实际值之间的差异。仪表误差是客观存在的，无论仪表的制造工艺如何完美，都不可能没有误差仪器的允许误差对给定的测量仪器，规范、规程等所允许的误差极限值准确度是用来同时表示测量结果中系统误差和随机误差大小的程度精密度在规定的条件下,独立测量结果间的一致程度.精确度测量结果与被测量（约定）真值的一致程度6测量仪表的准确度等级绝对误差与该仪表的测量上限(最大刻度)之比乘上百分数即为引用误差。也就是仪表的准确等级变差指仪表在上行程和下行程的测量过程中，同一被测变量所指示的两个结果之间的偏差比焓1Kg工质的焓值比熵单位质量工质的熵比体积单位质量的物质所占有的体积称为比体积热流密度（定义、公式、单位）：单位面积（1平方米）的截面内单位时间（1秒）通过的热量。

q=Q/(S*t)开口系进行物质和能量交换闭口系不进行物质交换，进行能量交换绝热系体系与环境之间没有热传递孤立系与环境既无物质交换，又无能量交换热平衡状态在一定的温度下，电子从低能量的量子态跃迁到高能量的量子状态及电子从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态这两个相反过程之间建立起动态平衡，摄氏温标在标准大气压（1013.25百帕斯卡）下，水（冰）的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分为100等份，每等份为1℃热力学温标以冰、水和水汽平衡共存的三相点为273.16°，以分子热运动的动能等于零的绝对零度为零点的温标称为热力学温标系统误差它是在一定的测量条件下，对同一个被测尺寸进行多次重复测量时，误差值的大小和符号（正值或负值）保持不变；或者在条件变化时，按一定规律变化的误差。均质导体定律热电偶必须由两种不同的均质导体或半导体构成。若热电极材料不均匀，由于温度梯存在，将会产生附加热电势。中间导体定律在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响，这就是中间导体定律。中间温度定律热电偶回路两接点（温度为T、T0）间的热电势，等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。连接导体定律由导体A，B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持第三导体两段温度相同，接入导体C后对回路总电势无影响！接触电热两块不同的金属导体A和B相互接触，由于金属的费米能级不同，相互接触时发生电子交换，达到平衡后，两块金属中产生接触电势差温差电势单一导体两端由于温度不同而在其两端产生的电势为温差电势热传导热量总是从温度高的物体传到温度低的物体，这个过程叫做热传导热对流通过介质(液体或气体)的流动来传递热量的方式称为热对流热辐射物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热辐射温度场物质系统内各个点上温度的集合称为温度场.等温面同一时刻具有相同温度各点连接成的面叫等温面等温线温度值相同各点的连线称为等温线温度梯度（定义、方向）描述温度在特定的区域环境内最迅速的变化会向何方向，以及是何种速率的物理量.通常把温度增加的方向作为它的正方向膨胀功由系统体积变化而由系统对环境所做的功或环境对系统所做的功流动功工质在流动时,总是从后面获得推动功,而对前面作出推动功,进出系统的推动功之差称为流动功正向循环热能转化为机械能的循环，是动力循环。逆向循环热容当一系统由于加给一微小的热量δQ而温度升高dT时,δQ/dT这个量即是该系统的热容比热容单位质量物质的热容量,即单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能摩尔热容1mol物质温度每升高1K所吸收的热量,称为摩尔热容定容比热容在物体体积不变的情况下,单位质量的某种物质温度升高1K(开尔文)所需吸收的热量,叫做该种物质的“定容比热容”定压比热容在压强不变的情况下，单位质量的某种物质温度升高1K所需吸收的热量，叫做该种物质的“定压比热容”迈耶公式在相同温度条件下，任何理想气体的定压比热必大于其定容比热，且两者的差值恒等于一常数的关系式未饱和水未饱和就是指溶液或者气体所含溶质的量还没有达到最大限度饱和水处于饱和状态的蒸汽称为饱和蒸汽，液态水称为饱和水。湿饱和蒸汽饱和状态下的水和蒸汽分别称为饱和水和饱和蒸汽，饱和蒸汽和饱和水的混合物称为湿饱和蒸汽干饱和蒸汽对湿蒸汽进行加热，直至湿饱和蒸汽中的水全部变化为蒸汽时，称为干饱和蒸汽。过热蒸汽对干饱和蒸汽继续加热，温度上升，比体积增大，温度已经高于相应压力下的饱和温度，胡称为过热蒸汽。湿饱和蒸汽的干度每千克湿饱和蒸汽中含有干饱和蒸汽的质量百分数湿空气湿空气是干空气和水汽的混合气体，即空气中的气体成分。未饱和湿空气湿空气中水蒸气得分压力Pv没有达到湿空气温度T所对应的饱和压力Ps饱和湿空气湿气中水蒸气得分压力Pv达到湿空气温度T所对应的饱和压力Ps湿空气的饱和压力湿空气的绝对湿度指单位体积的湿空气中包含的水蒸气质量，它也就是水蒸气的密度rv湿空气的相对湿度常用湿空气的绝对湿度rv与同温度下饱和空气的绝对湿度rs的比值来衡量空气的潮湿程度。这个比值称为相对湿度，用符号f湿空气的露点温度达到饱和时，蒸汽分压力就是对应于空气温度的饱和蒸汽压力ps。另外，在保持湿空气中蒸汽分压力pv不变的情况下，降低湿空气温度，也可达到饱和空气状态。这样达到的饱和状态d称为湿空气的露点，露点所处的温度是对应于蒸汽分压力pv的饱和温度，称为湿空气的露点温度，用符号Td表示。热力学第零定律如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。这一结论称做“热力学第零定律”热力学第一定律热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。热力学第二定律不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。又称“熵增定律”，表明了在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。卡诺循环卡诺循环包括四个步骤：等温吸热，

绝热膨胀，等温放热，绝热压缩。即理想气体从状态1（P1，V1，T1）等温吸热到状态2（P2，V2，T2），再从状态2绝热膨胀到状态3（P3，V3，T3），此后，从状态3等温放热到状态4（P4，V4，T4），最后从状态4绝热压缩回到状态1。这种由两个等温过程和两个绝热过程所构成的循环称为卡诺循环。卡诺定理以理想气体为工作物质的可逆卡诺循环，其热效率仅取决于高温及低温两个热源的温度。以热力学第二定律为基础，可以将之推广为适用于任意可逆循环的普遍结论，称为“卡诺定理”。克拉贝龙状态方程pV=nRT三、分析题：得分评分人1、容器内盛有一定量的理想气体，如果将气体放出一部分后达到了新的平衡状态，问放气前、后两个平衡状态之间参数能否按状态方程表示为下列形式：（a）（b）放气前、后两个平衡状态之间参数能按方程式(a)形式描述，而不能用方程式(b)描述。因为容器中所盛有的一定量理想气体在放出一部分后，其前、后质量发生了变化，根据p1V1=m1RgT1，p2V2=m2RgT2，而m1≠m2可证。2、请说明弹簧管测压计的测压原理，并以此说明表测压力的读数为相对压力的道理（请画图说明）。弹簧压力计的测压原理是利用弹簧管在被测压力作用下产生变形,使自由端产生位移,经放大机构使指针偏转,从而指示出相应的压力值.弹簧压力计主要是由弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头组成.用测量范围为－50~+150kPa的压力表测量140kPa压力时，仪表示值为+142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用相对误差。真值L=140kPa,

测量值x=142

kPa

绝对误差Δ=x-L=142-140=2

kPa

实际相对误差&=△/Lx100%=1.43%标称相对误差&’=△/xX100%=1.41%引用误差y=△/Xnx100%=△/测量上限-测量下限x100%=150-（-50）=1%4、请用水蒸气的焓熵图查出：干度为0.9,压力为1MPa时的焓、熵、温度和比体积压力为2MPa，温度为600℃时的焓、熵、比体积和干度5、湿蒸汽和湿空气有何不同？饱和蒸汽是水蒸汽的一种状态，在一定压力下水和水蒸汽间的蒸发和凝结达到一种稳定平衡状态，这时候的水蒸汽就是饱和蒸汽。

饱和湿空气是指在一定的压力和温度下空气中所含水蒸汽量达到最大，一般就是相对湿度为100%6、气瓶的体积为5L，内有压力为101325Pa的氧气，现用抽气体积为0.1L的抽气筒进行抽气。由于抽气过程十分缓慢，可认为气体温度始终不变。为了使其压力减少一半,甲认为要抽25次,他的理由是抽25次后可抽走25×0.1L=2.5L氧气，容器内还剩下一半的氧气,因而压力就可减少一半;但乙认为要抽50次，抽走50×0.lL=5.0L氧气，相当于使其体积增大一倍，压力就可减少一半。你认为谁对?为什么?甲和乙的看法都是错误的。

甲把氧气的体积误解成质量,导出了错误的结论,在题设条件下，如果瓶内氧气质量减少了一半，压力确实能相应地减半。但是抽出氧气的体积与抽气时的压力、温度有关,并不直接反映质量的大小。因此,氧气体积减半，并不意味着质量减半。

乙的错误在于把抽气过程按定质量系统经历定温过程进行处理。于是他认为体积增大一倍，压力就减半。显然在抽气过程中，瓶内的氧气是一种变质量的系统,即使把瓶内的氧气与被抽走的氧气取为一个联合系统，联合系统内总质量虽然不变，但瓶内氧气的参数与被抽放的氧气的参数并不相同，也同样无法按定质量的均匀系统进行处理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？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。不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？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。

9、对某一容器中的湿空气降温后或升温后，这两种情况变化前后的绝对湿度、相对湿度和含湿量是否发生变化？比热容与温度有何关系，工程中常用比热容有哪两种（相对于温度关系的），分别在什么条件下采用。比热容不是属性，比热容是特性。与物体的种类，状态有关。与吸收的热量，升高的温度，物体的质量没有关系。但是物体吸收的热量，与升高的温度，物体质量成正比，并且与物体的种类（比热容）有关。△t是温差.不同比热容的物体在同样条件下,比热容小的升温快.理由如下：

Q=mC△t,这里条件一样指Q（热量）、m（质量）相同,那么△t=Q/mC,所以C大,△t小,就是前后温差小,升温慢.反之比热容小的升温快.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什么要引入平衡态的概念？四、问答题：得分评分人组成测量系统的基本环节是哪些？测试系统包括传感器、信号调理、数据采集、数据处理、显示。热工测量中的传感器作为敏感元件应满足哪些要求：敏感元件输入与输出之间应该有稳定的单值函数关系敏感元件应该只对被测量的变化敏感，而对其他一切可能的输入信号不敏感在测量过程中，敏感元件应该不干扰或尽量少干扰被测介质的状态热工测量中的变换器的功能是什么？对其有何要求？要求：性能稳定,精确度高,使信息损失最小功能：将传感器输出信号变换成显示装置易于接收的部件测量相对误差的定义是什么？不同约定值各自对应何种相对误差？相对误差指的是测量所造成的绝对误差与被测量〔约定〕真值之比。乘以100%所得的数值，以百分数表示被选用于制作温度计的物质必需具备哪些条件？:

常用温度计是根据液体的热胀冷缩性质制成的等温面与等温线的特征是什么：（2分）同一时刻，物体中温度不同的等温线或等温面不能相交；在连续介质的假设条件下，等温面（或等温线）或者在物体中构成封闭的曲面（或曲线），或者终止与物体的边界，不可能在物体中中断。选用作热电偶的材料有哪些要求？①

热电特性稳定，即热电动势与温度的对应关系保持恒定。

②

两种材料组成的热电偶应输出较大的热电动势，以得到较高的灵敏度，且热电动势与温度间应尽可能成线性关系，这样易于测量，且可得到较高的精确度。

③

电阻温度系数和电阻率要小，否则热电偶的电阻将随工作端的温度不同而有较大的变化，影响测量结果的精确性④

能应用于较宽的温度范围，热电特性、物理化学性能稳定。⑤

较好的工艺性能，便于成批生产，且复现性好，便于统一分度。电阻温度计的优缺点是什么？(1)不适于测量高温物体。(2)不同种类的电限式温度计个体差异较大。如铜电阻温度计感沮元件结构复杂，休积较大，热惯性大，不适于测体积狭小和温度瞬变对象的温度;半导体热敏电阻的互换性差等。热辐射的特点有哪些？热辐射的特点①热辐射的光谱是连续光谱.②辐射谱的性质与温度有关.在室温下,大部分物体辐射红外线,加热到500℃左右,呈暗红色,发射红外线和可见光中的红光；加热到1500℃,呈白色,发射各种可见光；再升温,呈青、蓝色,说明辐射的光中青光,蓝光占成分大.同一物体在一定温度下所辐射的能量,在不同光谱区域的分布是不均匀的；温度越高,光谱中与能量最大的辐射相应的频率也越高.③在同一温度下,不同的物体所辐射的光谱成分不同,如Cu加热到800℃,观察到明亮的红色光；同一温度下,熔化的水晶却不辐射可见光.闭口系统的热力学第一定律？Q=W+△U开口系实现稳定流动的条件是什么？系统内个流通截面上工质的质量流量相等，且不随时间而变，满足质量守恒。系统内储存的能量保持不变，即单位时间内输出入系统的能量应等于从系统输出的能量，满足能量守恒。开口系统的稳定流动能量方程是什么？Q=(h2-h1)+1/2x(c2^2-c1^2)+g(z2-z1)+w5卡诺循环热效率是什么？卡诺制冷循环的制冷系数的计算公式是什么？Wc=T2/(T1-T2)卡诺热泵循环的供热系数的计算公式是什么？闭口系统的熵方程是什么？熵的增量是由哪两部分组成的？dS=dSf+dSg孤立系统熵增原理是什么？对于孤立系统，因为与外界没有任何能量交换，得出：

0fdS所以有：gisodSdS

而

0gdS

因此：0isodS即孤立系统的熵值只能增大、或者不变，绝对不能减小。何谓克劳修斯不等式？任何一个热机的效率都不能大于工作在相同的两个高温热源和低温热源之间的可逆卡诺热机的效率理想气体的有何特征？理想气体在微观上具有以下两个特征：

1、分子间无相互作用力。

2、分子本身不占有体积

*实际上绝对的理想气体时不存在的，它只是一种假想的气体。理想气体状态方程式是（请分别用Rg和R表示）什么？pV=nRTpV=mRgT工质在t1~t2温度范围内的平均比热容的计算公式是什么？理想气体分压力的道尔顿定律是什么？任何容器内的气体混合物中，如果各组分之间不发生化学反应，则每一种气体都均匀地分布在整个容器内，它所产生的压强和它单独占有整个容器时所产生的压强相同。理想气体分体积相加定律是什么？混合气体总体积等于每一组成气体的分体积之和理想混合气体的平均摩尔质量计算公式是什么？混合气体中两种气体的摩尔质量分别为M和M，体积分数分别为X%和(-X%)则混合气体平均摩尔质量为：M*X%M*(-X%)理想混合气体的平均气体常数计算公式是什么？湿空气的压力组成是什么？干空气的分压力和水蒸气的分压力湿空气的含湿量是什么？在湿空气中,与1kg干空气同时并存的水蒸汽量称为含湿量测量误差中的相对误差还可分为：标称相对误差、实际相对误差和引用相对误差，请分别说明这三种相对误差的区别（2分）。等温面与等温线的特征是什么？热电偶的工作原理是什么？（2分）常用于热电阻的材料有哪些？（2分）铂、铜、铁、镍和一些半导体材料请在温熵图上画出水蒸汽定压过程示意图，并以此为例分析说明一点、两线、三区和五态的内容和过程。（4分）五、计算题得分评分人1、如图5-1所示的气缸，其内充以空气。气缸截面积A=100cm2，活塞距底面高度H=10cm。H活塞及其上重物的总重量Gi=195kg。当地的大气压力Hp0=771mmHg，环境温度t0=27℃。若当气缸内气