工程热力学习题课

2、第一类永动机是不可能制成的。 数学表达式： 进入系统的能量-离开系统的能量=系统储存能量的增量
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例4判断题
热力学第一定律适用于任意的热力过程，不管过程是否可逆。 （√ ）
热量不可能从低温热源传向高温热源；
（× ）
稳定流动系统与外界交换的功和热量相等且不随时间而变。 （×）
稳定流动系统进出口工质的状态相同。
例1.热力学能就是热量吗？
不是。热力学能是工质的状态参数，是工质的性 质，是工质内部储存能量，是与状态变化过程无 关的物理量。热量是工质状态发生变化时通过系 统边界传递的热能，其大小与变化过程有关，热 量不是状态参数。
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例2热力学第一定律的实质是什么？写出数学表达式。
热力学第一定律的实质就是能量守恒与转换定律在热力学上的 应用。 它的文字表达形式有多种： 例如：1、在孤立系统中，能的形式可以转换，但能的总量不变；
（6）混合气体由氮气和二氧化碳组成，已知氮气的质量成分为0.72， 则混合气体的平均气体常数Rg= 0.267kJ / (kgK)，平均摩尔质量 M= 31.1103 kg / mo。l
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例6选择题
（1）气体常量Rr( A ) A.与气体种类有关,与状态无关 C.与气体种类和状态均有关
B.与状态有关,与气体种类无关 D.与气体种类和状态均无关
统工质与外界没有热量交换。
（× ）
（3）在理想气体定温压缩过程中，压气机消耗的轴功全部转化
成热能向外界放出。 H2 H1 Ws,T QT
（√）
（4）绝热压缩过程中消耗的轴功一部分用于增加气体的焓，一
工程热力学习题课
第一章基本概念
2
例1.判断题 判断下列过程那些是A可逆的；B不可逆的；C可以是可逆的，并扼要说明不 可逆的原因 （1）对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发。 （2）对刚性容器内的水做功，使其在恒温下蒸发。 （3）对刚性容器中的空气缓慢加热，使其从50℃升温到100℃。
解答： （1）可以是可逆过程，也可以是不可逆过程，取决于热源温度与水温度是 否相等，若两者不等，则存在外部的传热不可逆因素，便是不可逆过程。 （2）对刚性容器的水做功，只能是搅拌功，伴有摩擦扰动，因而有内不可 逆因素，是不可逆过程。 （3）可以是可逆的，也可以是不可逆的，取决于热源温度与空气温度是否 随时相等或随时保持无限小的温差。
2
式为 wt vdp ，热量的计算式为
2
1
q Tds
。
1
1
（3）绝热过程的技术功等于膨胀功的 倍。
膨胀功
w
R
1
T1
T2
技术功
wt
R 1
T1
T2
（4）过程方程为 p vn 常数，对于某一指定的过程，多变指数n=0 时，表示 定压过程 ，n=1时，表示 定温过程 ，n= 时，表
示 定容过程 ，n= 时，表示 定熵过程 。
阿伏伽德罗定律
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例2.对于确定的一种理想气体，cp–cv是否等于定值？ cp/cv是否为定值？cp–cv、cp/cv是否随温度变化？ cp–cv=Rg，等于定值，不随温度变化。cp/cv不是定值，将 随温度发生变化。
知识点：梅耶公式以及比热容比，
以单原子、双原子、多原子气体为
例认知
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例3.实际气体性质与理想气体性质差异产生的原因是什么？ 在什么条件下才可以把实际气体作理想气体处理？
A.wc增大, ηv减小
B.wc不变, ηv减小
C.wc不变, ηv不变
D.wc减小, ηv减小
wc
n
n
1
RgT1
n1 n
1
v
1
p2 p1
1
nwenku.baidu.com
1
为增加比， 为余隙容积百分比。
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例3判断题
（1）可逆绝热过程即等熵过程；反之，等熵过程必为可逆绝热
过程。
（√ ）
ds q T
（2）系统经历一个可逆定温过程，由于温度没有变化，故该系
gz2
p2v2
（2）焓的定义式为 h u pv ，单位是 J / kg 。
（3）技术功wt
1 2
c2f
gz
ws
，可逆过程技术
功 wt vdp
。技术功与膨胀功的关系为 wt w pv。
（4）若气缸中的气体进行膨胀，由V1膨胀到V2，活 塞外面是大气，大气压力为P0，工质膨胀对外所作的 功中有用功为 w有用 W p0 V2 V1 。
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第四章理想气体的热力过程及气体压 缩
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例1填空题
（1）对于理想气体，du cV dT , dh cpdT，它们的适用条件分别 是 理想气体的任何过程 。
实际上， du cV dT 也适用于实际气体的定容过程； dh cpdT也适用于实际气体的定压过程。
2
（2）可逆过程中膨胀功计算式为 w pdv ，技术功的计算
B Q=0 , ΔU>0 , W<0 D Q=0 , ΔU=0 , W=0
（3）闭口系能量方程为( D ) A.Q+△U+W=0 B.Q+△U－W=0 C.Q－△U+W=0 D.Q－△U－W=0
（4）理想气体绝热流经节流阀，节流后稳定截面处的焓值（ C ） A. 升高； B. 降低 ； C. 不变； D. 无法确定
。 为mH2 小于 mO2
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（3）双原子理想气体的定值比热容 cp为 2 R0 。
（4）理想气体的热力学能是温度的 单值 函数
（5）气体常数Rg与气体种类 有 关，与状态 无 关。通用气体 常数R与气体种类 无 关，与状态 无 关。在SI制中R的数值 是 8.314 ，单位是 J / mol K 。
1）消耗多少标准m3的煤气； 2）其他条件不变，煤气压力降低到30 mmH2O，同 样读数 相当于多少标准m3 煤气； 3）其它同1）但平均温度为30 ℃，又如何？
解：
1）由于压力较低，故煤气可作理想气体
m pV p0V0 RgT RgT0
V0
p1 p0
T0 T1
V0
p1 p0
T0 V T1
751.4133.32 449.81
例8判断题
（1）如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持
不变；
（ ×）
（2）压力表读值发生变化,说明工质的热力状态也发生了变化。 ( × ) （3）可逆过程一定是准静态过程,而准静态过程不一定是可逆过程。( √ )
（4）由于准静态过程都是微小偏离平衡态的过程，故从本质上说属
于可逆过程。
（×）
任何气体经过绝热节流后，温度必然降低。
（ ×）
绝热节流的温度效应可用一个偏导数来表征，这个量称为焦耳－汤姆
逊系数。它是一个状态的单值函数。实际气体节流后温度可能升高、
降低或不变。
（√ ）
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例5. 用稳流能量方程分析锅炉、汽轮机、压气机、冷凝器 的能量转换特点，得出对其适用的简化方程。
解：锅炉： q h 汽轮机： wt h 压气机： wt h 冷凝器： q h
体的体积与同样状态下的理想气体相比，发生了变化。 变化的比例就是压缩因子。Z不能当作常数处理。
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例5填空题
(1)已知某双原子气体的气体常数Rr=260J/(kg·k)，则其定值定体质
量比热容cv=__65_0__J/(kg·k)。
（2）同样大小的容器内分别储存了同样温度的氢气和氧气，若
二个容器内气体的压力相等，则二种气体质量的大小
101 325 Pa
Pa
273.15 K
273.15 17
68.37 K
m3
63.91 m3
16
2） p2 (751.4133.32 309.81) Pa
V0
p2 p0
T0 V T2
63.81
m3
3） p3 p1 T3 (273.15 30) K
V0
强调：
p3 p0
T0 V T3
4
例3．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那 么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？
不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。 例4.有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质 又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不 对，为什么？
不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界 进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确 地说是热力学能）不在其中。
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例2选择题
（1）已知一理想气体可逆过程中,wt=w,此过程的特性为 u 0
( B)
h 0
A.定压
B.定温 C.定体
D.绝热
（2）把同样数量的气体由同一初态压缩到相同的终压，经 ( A )过程气体终温最高。 A.绝热压缩 B.定温压缩 C.多变压缩 D.多级压缩
（3）活塞式压气机的余隙容积增大使( B )
61.16
m3
气体p,T 改变,容积改变,故以V 作物量单位, 必与条件相连。
任何气体，只要压力很低，都可以作为理想气体。有时尽管 并不知道气体常数，但气体常数只与气体种类有关而与气体的状 态无关，所以常常可以利用在标准状态和使用状态的状态方程式 消去未知的气体常数。
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第三章热力学第一定律
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差异产生的原因就是理想气体忽略了分子体积与分子间作 用力。当p→0时，实际气体成为理想气体。实际情况是当实 际气体距离其液态较远时，分子体积与分子间作用力的影响 很小，可以把实际气体当作理想气体处理。
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例4.压缩因子Z的物理意义怎么理解？能否将Z当作常数处理？ 答：由于分子体积和分子间作用力的影响，实际气
（ ×）
（5）气体膨胀时一定对外作功；
（× ）
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第二章气体的热力性质
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例1.气体的摩尔体积Vm是否因气体的种类而异？是否因所处 状态不同而异？任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是 0.022414m3/mol？
气体的摩尔体积Vm不因气体的种类而异。所处状态发生 变化，气体的摩尔体积也随之发生变化。任何气体在标准 状态（p=101325Pa，T=273.15K）下摩尔体积是 0.022414m3/mol。在其它状态下，摩尔体积将发生变化。
ws h1 h2
ws h2 h1
在汽轮机中所作的轴功等于工质的焓降 压气机绝热压缩消耗的轴功等于压缩气体焓的增加
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例6.填空题
（1）流动工质进入开口系带入的能量有
u1
p1v1
1 2
c2f 1
gz1
，
推动功为 p1v1 。工质流出开口系时带出的能量
为 ，推动功为 。 u2
p2v2
1 2
c2f 2
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例6选择题
（1）一绝热刚体容器用隔板分成两部分，左边盛有高压理想气体，
右边为真空，抽去隔板后，容器内的气体温度将 （ A ）
A 升高 B 降低
C不变
（2）贮有空气的绝热刚性密闭容器中，安装有电加热丝，通电后，
如取空气为系统，则过程中的能量关系有（ C ）
A Q>0 , ΔU>0 , W>0 C Q>0 , ΔU>0 , W=0
例6．工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统 输出功中是否要减去活塞排斥大气功才是有用功？
不需要减去
循环过程不需要考虑，注意循环。
6
例7选择题
（1）( C )过程是可逆过程 A.可以从终态回复到初态的 B.没有摩擦的 C.没有摩擦的准平衡的 D.没有温差的
（2）下列系统中与外界不发生能量交换的系统是（ B ） A 绝热系统 B 孤立系统 C 闭口系统 D A+B
（2）由理想气体混合物分压力和分容积定义可以得到（ D ） A、pVi miRT ； B、piV ni RT ； C、pivi RiT ； D、pVi piV
（3）对比态状态方程的形式是 （ D ）：
A、
； B、
； C、 ； D、
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例7.煤气表上读得煤气消耗量是68.37 m3，使用期间煤气 表的平均表压力是44 mmH2O，平均温度为17 ℃，大气平均压 力为751.4 mmHg，求：
例2.填空题
(1)能源按其有无加工、转换可分为 一次 能源和 二次 能源。 （2）绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。 （3）孤立系是指系统与外界既无 能量 交换也无 质量 交换的热力系。 （4）热力系在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变， 这种状态称为 平衡状态 ( 平衡状态还是稳定状态 ) （5）实现可逆过程的条件是： 过程是准静态过程；过程中不存在好散效应。 （6）测得容器的表压力为75KPa ，大气压力为0.098MPa ，则容器内 的绝对压力为 173 kPa 。 （7）已知当地大气压为0.1MPa，一压力容器中被测工质的压力为50kPa， 此时，该工质的测量应选用 真空计 （填真空计或压力表）测压计。
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例5．经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包 括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？ 经历一个不可逆过程后，系统可以恢复原来状态，它将导 致外界发生变化。包括系统和外界的整个大系统不能恢复 原来状态。
可逆过程：如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使系统和外界都 返回原来状态而不留下任何变化。