工程热力学自测题.doc

自测题 第一篇 工程热力学 第一章 基本概念 1.如图1所示，绝热的容器内工质用电加热器进行加热，若分别采用 （1）.容器内工质为系统； （2）.容器（含工质与电加热器）为系统； （3）.包括容器和电加热器电源在内的物体为系统。系统与外界交换的能量形式是什么？ 图1 解：（1）.采用容器内工质为系统时，工质受电加热器加入时得到热量，依次系统与外界交换的能量形式是能量。 （2）.采用容器为系统时，如图2虚线所围空间所示，工质和电加热器拒载系统内。工质虽然同样收到电加热器加热，但这一热量交换发生在系统内，没有穿过边界，且容器绝热，与外界无热交换，依次系统与外界不存在热量交换。然而，此时电加热器工作需要输入电能。部分输电线路在系统之外，因此此时系统与外界交换的能量形式是电能。 图2 （3）.当采用容器和电加热器电源在内的物体为系统时，如图3虚线所围空间所示，系统与外界无热量交换，此时电加热器工作需要电能，但由于电源及输电线路均在系统内，电能未穿过边界，因而系统与外界无功量9电能）的交换。这样，系统与外界无任何形式的能力交换。 图3 讨论： 以上分析表明，对于同一装置，当采用不同的物体为系统时，系统与外界交换的能量形式不同。因此，在讨论、研究能量传递和转换的问题时，首先要明确的是系统是怎样划分的，不同的划分所得结论不同。 某刚性容器被一刚性壁分成两部分。在容器的不同部位装有压力计，如图4所示，设大气压力为。 （1）.若 压力表和的读数分别为和,试确定压力表的读数；容器两部分的工质绝对压力为多少？ （2）.若表为真空表，读数为压力表读数为，试问如果表有读数，则表是什么表？其度数是多少？ 图4 解： （1）. （2）.由表为压力表知，；又由表知。从而有 若表有读数，则表一定为真空表，有 则 讨论：（1）.在工程实际中，无论是用压力表还是真空表，测到的都是工质的绝对压力与环境压力之差，而不是工质的真实压力（绝压）。 （2）.在计算绝对压力时用的环境压力并非一定是大气压力。此环境压力是指测压差仪表所处的空间以来，既可以是大气压力，如本题中表，所处的空间压力，也可以是某个空间的压力，如本题中的表，其环境压力为。 3.定义一种新的线性温标——牛顿温标（单位为牛顿度，），水的冰点和沸点在标准大气压下分别为和。 （1）.试导出牛顿温标与热力学温标的关系式； （2）.热力学温标为时，牛顿温标为多少？ 解：（1）.根据线性关系的两点式，有 得 （2）.当时，将代入上式得 （） 讨论：从题目要求和最后答案可以看到，牛顿温标和热力学温标的分度方法相同，但基准点的值不同：在水的三相点，热力学温标值为而牛顿温标的值为。 4.判断下列过程是否可逆过程，并扼要说明理由。 （1）.对刚性容器内的水加热，使其在恒温下汽化； （2）.对刚性容器内的水做功，使其在恒温下汽化； （3）.对刚性容器内的空气缓慢加热，使其从℃升温到℃； （4）.℃的蒸汽流与℃的水流绝热混合。 （5）.定质量的氮气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被缓慢压缩。 解： （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是否相等。若两者不等，则存在外部的不等温传热的不可逆因素，该过程为不可逆过程。 （2）.对刚性容器的水做功，只能是搅拌功，则有黏性摩阻的耗散效应存在，因而是不可逆过程。 （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。 （4）.高温的蒸汽与低温的水绝热混合，显然存在二者之间的不等温传热温差这一不可逆因素，因而必定是不可逆过程。 （5）.气体在气缸中被活塞缓慢压缩，气体流动速度很慢，黏性摩阻可以忽略。且由于被缓慢压缩时压差可以为无限小。因此可逆与否关键在于 外界与系统间的势差。气缸和活塞不导热，则系统与外界无热量传递，若外界与气体间的压差为有限值，过程为非可逆过程；事实上，气体被缓慢压缩、可以热为内外压差为无限小，因此过程可认为是可逆过程。 讨论：判断过程可逆与否，可以利用定义，而更多的则是利用条件实现条件是否满足“准静态家无耗散”来判别的，二者都满足则是可逆过程，二者中有一条不满足则为不可逆过程。上述5给小题的分析正是这样做的。 5.一气缸活塞内的气体由初态，，可逆膨胀到若过程中压力与体积间的关系为，试求其他所做的膨胀功。 解 由