新能源利用中的物理问题---思考题与练习题.doc

新能源利用中的热物理问题 思考题与练习题 2014.12 能源概论 什么是能流密度?举例说明可再生能源的能流密度的主要特点。 能流密度是在一定空间范围内，单位面积（如平方米）所能取得的或单位重量（如公斤）能源所能产生的某种能源的能量或功率。是评价能源的主要指标之一。如能流密度很小，即很难作为主要能源。按目前技术水平，太阳能和风能的能流密度很小，每平方米约100瓦左右。各种常规能源的能流密度都较大，如1公斤标准煤发热量为7000千卡（1卡＝4.1868焦耳），1公斤石油发热量为10000千卡。核能的能流密度最大，1公斤铀235裂变时可释放出164亿千卡的热量。 什么是能源品位?举例说明低品位能源 如汽车废热、太阳热能等 能否利用?在经济上是否合算? 能源品位-能源所含有用成分的百分率。有用成分百分率越高则品位越高。高品位的能源是指电力、机械功、燃气和液体燃料等，是相对那些不易利用的易造成浪费的能源而言的，所谓低品位能源包括热能、生物能等，二者之间是可以互相转化的。 含能体能源是指包含能量的物质。如化石燃料、草木燃料、核燃料等。这种含能体可以直接储存运送。 4. 从能量守恒角度，世界上的总能量保持不变。但为何人类存在能源危机？ 5. 什么是生态平衡、温室效应、臭氧层破坏?影响它们的主要因素各有哪些? 生态平衡指自然生态系统中生物与环境之间,生物与生物之间相互作用而建立起来的动态平衡联系。又称“自然平衡”。 大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表受热后向外放出的大量长波热辐射线却被大气吸收，这样就使地表与低层大气温作用类似于栽培农作物的温室，故名温室效应。自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强，已引起全球气候变暖等一系列极其严重问题，引起了全世界各国的关注 在平流层中，一部分氧气分子可以吸收小于240μm波长的太阳光中的紫外线，并分解形成氧原子。这些氧原子与氧分子相结合生成臭氧，生成的臭氧可以吸收太阳光而被分解掉，也可与氧原子相结合，再度变成氧分子。人类生产和使用大量CFCs，因其化学稳定性好、在对流层下不易被分解而进入平流层。到达平流层的CFCs受到短波紫外线UV—C的照射，分解为Cl自由基，参与对臭氧的消耗 6. 为何电能是最佳的二次能源？你认为目前哪种能源技术转换为电能最方便高效？ 7. 水力能和草木秸秆燃烧也属于可再生能源，但为何不属于国际上提倡的新能源范畴？ 8. 举例说明可再生能源 如太阳能 与不可再生能源 如煤 各自的优缺点。 9. 举例说明可再生能源转换为电能的过程与成本的关系。 10.从能源品质评价的角度，你认为中国应该大力发展那一种或哪几种可再生能源？ 11. 化石能源仍是当今人类的主要能源,我国目前的能源利用中70%是煤和石油。假设现在世界上的化石能源已全部耗尽,新的替代能源还未问世,将会出现什么情况?请想象几个场景。 12. 你认为21世纪中期世界的主要能源是什么?人类如何最终解决能源问题? 热力学 1. 什么是热力学平衡态?在什么情况下可以将系统假设为热力学平衡态? 2. 什么是可逆过程和不可逆过程?在能量转换过程中,哪些是可逆的,哪些是不可逆的? 3. 什么是热机?为什么热机的效率一定小于1? 4. 在各种可再生能源转换装置中,举例说明哪些装置属于热机?哪些不属于热机?不属于热机的装置效率可以大于1吗? 5. 从热力学第一定律的角度,能量不会消失而恒为常量,为什么人类却面临着能源危机? 6. 汽车发动机依靠汽油来提供能量。这一能量是如何转换的?能量最终跑到了哪里? 7. 从热力学第二定律出发,说明为何关于环境“先污染后治理”的观点是完全错误的。 8. 举例说明如何利用热力学第一和第二定律指导能源利用过程。 9．举例说明第一类和第二类永动机，它们为何不可能实现？ 10．举例说明卡诺热机效率不适用于太阳光伏电池不 流体力学 9. 流体力学与固体力学的主要区别是什么?流体力学建立在哪几个假设和守恒方程的基础上? 10.既然流体是由大量的分子组成,那么流体中某点的流速的含义是什么?是否是该点分子的速度? 11.由于流体的粘性,靠近管壁的流体速度降低,此时有一种什么物理量在从主流向管壁传递?粘性的作用是什么? 12.可压缩和不可压缩流体的主要区别是什么?气体是可压缩流体吗? 13.牛顿第二定律是如何运用到大量的流体质点中,变成了流体力学的动量方程? 14.从能量的角度,层流与湍流的主要区别是什么?哪种流态携带的能量多?哪种容易利用? 15.在太阳能热利用中,水和空气是两种常用的工质。分析比较两种工质的利弊,以及适用的场合。 16.试述飞机飞行的原理以及风轮机的工作原理。 传热学 17. 传热学与热力学有何区别? 18.传热有哪几种机制,它们的微观本质是什么?