热工基础A(习题课(1)--工热总复习)西南交大载运.ppt

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1、习习 题题 课课 (一一)工工 程程 热热 力力 学学 部部 分分A、工程热力学复习要点、工程热力学复习要点第一章第一章基本概念和定义基本概念和定义1.热力系统的基本类型，热力系统的选择。热力系统的基本类型，热力系统的选择。热力系统的选择不是唯一的，只有根据题目热力系统的选择不是唯一的，只有根据题目内容正确选择系统，才能获得正确的结果。内容正确选择系统，才能获得正确的结果。2.状态参数的性质。状态参数的性质。1）注意状态参数是状态的单值函数这一重要性质；）注意状态参数是状态的单值函数这一重要性质；2）在基本状态参数中，要特别注意压力）在基本状态参数中，要特别注意压力P与与Pb、Pg、P 的关系

2、。的关系。3）准静态过程和可逆过程的定义、实现的条件）准静态过程和可逆过程的定义、实现的条件及两者之间的关系。及两者之间的关系。注意今后在分析计算过程中，绝大多数是针注意今后在分析计算过程中，绝大多数是针对可逆过程而言的。对可逆过程而言的。5.功和热量的性质、计算和图示。功和热量的性质、计算和图示。1）功和热量都是过程量；）功和热量都是过程量；2）注意一些典型的可逆过程和不可逆过程中功的计算；）注意一些典型的可逆过程和不可逆过程中功的计算；4.热力学热力学(内内)能、总能的概念和性质。能、总能的概念和性质。3）Pv、Ts图。图。只有可逆过程的功和热量才能在只有可逆过程的功和热量才能在 P、T

3、s 图上表示。图上表示。第二章、热力学第一定律第二章、热力学第一定律1.热力学第一定律的实质。热力学第一定律的实质。2.闭口系和稳流系能量方程式的应用。闭口系和稳流系能量方程式的应用。1）理解公式中各项的物理意义；）理解公式中各项的物理意义；2）注意两者在数学上是完全等价的，但物理意义不同，）注意两者在数学上是完全等价的，但物理意义不同，因此首先应正确选择系统（闭口系或稳流系），因此首先应正确选择系统（闭口系或稳流系），再利用对应的能量方程式求解；再利用对应的能量方程式求解；3）两个能量方程都有多种表达形式，要注意哪些是普）两个能量方程都有多种表达形式，要注意哪些是普遍适用的，哪些只能用于理想

4、气体和可逆过程中；遍适用的，哪些只能用于理想气体和可逆过程中；4）掌握膨胀功、轴功、技术功、流动功等概念以）掌握膨胀功、轴功、技术功、流动功等概念以及各种机械功在及各种机械功在P 图上的图示；图上的图示；5）焓的定义及其物理意义。）焓的定义及其物理意义。第三章第三章 理想气体的热力性质及过程理想气体的热力性质及过程1.熟练掌握理想气体状态方程式的应用。熟练掌握理想气体状态方程式的应用。2.气体的比热容。气体的比热容。1)比热的定义、单位；比热的定义、单位；2)定压和定容比热的关系定压和定容比热的关系(包括迈耶公式、比热比）；包括迈耶公式、比热比）；3)真实比热、平均比热、定值比热的概念。真实比

5、热、平均比热、定值比热的概念。考题中将给出除空气之外其他工质的所有物性参数考题中将给出除空气之外其他工质的所有物性参数3.理想气体理想气体 u、h、s的计算。的计算。熵变公式虽是通过两状态间的可逆过程导出熵变公式虽是通过两状态间的可逆过程导出的，但由于熵是状态参数，故对不可逆过程，熵的，但由于熵是状态参数，故对不可逆过程，熵变公式同样适用。变公式同样适用。4.了解水蒸汽的基本概念和了解水蒸汽的基本概念和p-v、T-s图及水蒸汽表的图及水蒸汽表的应用。应用。5.理想气体的理想气体的热热力力过过程程1).理想气体理想气体4种基本热力过程及多变过程的特点，过种基本热力过程及多变过程的特点，过程中状态

6、参数及功与热量的计算，注意过程都是程中状态参数及功与热量的计算，注意过程都是可逆的；表可逆的；表3.2应熟记。应熟记。2).能按已知条件在能按已知条件在P 及及Ts图上正确画出过程线图上正确画出过程线注意过程线的起点应在注意过程线的起点应在4条基本过程线的交点上。条基本过程线的交点上。3).活塞式压气机三种压缩过程的分析和比较，功和活塞式压气机三种压缩过程的分析和比较，功和热量的计算。多级压缩的目的和参数特征热量的计算。多级压缩的目的和参数特征.6.理想气体混合物理想气体混合物1）.混合气体的定义和基本假设，分压力、分容积。混合气体的定义和基本假设，分压力、分容积。2）.混合气体的成分表示法。

7、混合气体的成分表示法。第四章第四章 热力学第二定律热力学第二定律 1.热力学第二定律的实质：一切自发过程都是不可热力学第二定律的实质：一切自发过程都是不可 逆的。逆的。2.热力学第二定律的两种经典表述（开尔文普朗热力学第二定律的两种经典表述（开尔文普朗 克说法和克劳修斯说法），克说法和克劳修斯说法），注意热力学第二定律注意热力学第二定律在表述上的完整性（缺少任何一部分内容都不正在表述上的完整性（缺少任何一部分内容都不正确）。确）。3.卡诺循环的组成、热效率，卡诺定理的指导意义。卡诺循环的组成、热效率，卡诺定理的指导意义。4.熵的定义式，过程中引起熵变的原因，热熵流和熵的定义式，过程中引起熵变的

8、原因，热熵流和熵产，孤立系熵增原理及其应用。熵产，孤立系熵增原理及其应用。注意：注意：熵的定义式熵的定义式 ds q T 只适用于可逆过程，只适用于可逆过程，而而熵流熵流 dsf qT 适用于任何过程。适用于任何过程。孤立系熵增原理同样适用于绝热系，可用来做为孤立系熵增原理同样适用于绝热系，可用来做为判断实际过程是否可逆和能否实现的条件。判断实际过程是否可逆和能否实现的条件。5、作功能力的物理意义及其与熵产的关系、作功能力的物理意义及其与熵产的关系,作功能力损失与因不可逆少作功的关系作功能力损失与因不可逆少作功的关系.6、能量的品位及能量贬值原理、能量的品位及能量贬值原理,有用能及无用能有用能

9、及无用能.7 7、熵方程、熵增原理及作功能力损失、熵方程、熵增原理及作功能力损失熵方程熵方程:闭口系闭口系-S S=S Sf f+S+Sg g 对绝热系对绝热系 S S=S Sg g 0 0 稳流系稳流系-S S2 2S S1 1=S Sf fS Sg g 对绝热系对绝热系 S S2 2S S1 1=S Sg g 0 0 熵增原理熵增原理:S Sisoiso=S S工工质质+S+S外界外界 =S Sg g 0 0 0 0 不可逆；不可逆；=0 0 可逆；可逆；0 0 不可能不可能功损失（因不可逆少作的功）功损失（因不可逆少作的功）:W:WL L=W W可逆可逆-W-W不可逆不可逆作功能力损失作

10、功能力损失:I I=T T0 0 S Sisoiso =T T0 0 S Sg g 通常通常:W:WL LI,I,这是这是 W WL L加热工质加热工质使其温度高于使其温度高于环境环境 温度温度 T T0 0 ，还有一定的作功能力，并未完全损失掉，还有一定的作功能力，并未完全损失掉第五章第五章 水蒸气水蒸气 1.基本概念。基本概念。2.水蒸气的定压发生过程。水蒸气的定压发生过程。3.水蒸气的热力性质图表。水蒸气的热力性质图表。4.水蒸气的热力过程。水蒸气的热力过程。第六章第六章 湿空气湿空气1.空气基本概念。空气基本概念。1)饱和湿空气和未饱和湿空气；饱和湿空气和未饱和湿空气；2)湿空气绝对湿

11、度、相对湿度、含湿量、焓、湿空气绝对湿度、相对湿度、含湿量、焓、露点露点 温度、湿球温度；温度、湿球温度；2.湿空气的湿度图湿空气的湿度图3.湿空气的热力过程分析湿空气的热力过程分析第七章第七章 气体与蒸汽的流动气体与蒸汽的流动 1.当地音速，截面方程，马赫数与喷管外形选择的当地音速，截面方程，马赫数与喷管外形选择的 关系。关系。2.定熵滞止，滞止焓、滞止温度、滞止压力。定熵滞止，滞止焓、滞止温度、滞止压力。3.喷管中气体流速和流量的计算。喷管中气体流速和流量的计算。4.临界压比的意义，出口压力临界压比的意义，出口压力P2与背压与背压Pb的关系，的关系，背压背压Pb变化对出口流速和变化对出口流

12、速和 P2的影响。的影响。第八章第八章 热力循环热力循环 1.重点掌握内燃机循环中特性参数的定义、重点掌握内燃机循环中特性参数的定义、各状态点参数及循环的功、热、热效率各状态点参数及循环的功、热、热效率 的计算。的计算。2.蒸汽压缩致冷循环的基本组成、致冷系数、供热蒸汽压缩致冷循环的基本组成、致冷系数、供热 系数系数,及会用及会用 T-s 图图和和 lgP-h 图分析制冷循环图分析制冷循环.B、要熟记的内容、要熟记的内容1、两套热、两套热方程方程 q=du+w=CvdT+pdv-闭口系闭口系(初终态初终态)q=dh+wt=CpdT vdp-稳稳流流系系(进进出出口口)注意注意:式中各项的物理意

13、义及各式的实用条件式中各项的物理意义及各式的实用条件只要出现只要出现CvdT、CpdT 就就只适用于只适用于理想气体理想气体只要出现只要出现pdv、vdp就只适用于就只适用于可逆过程可逆过程wt=d(Cf2/2)+gdz+ws=vdp几个重要的几个重要的特殊关系特殊关系:qP=h,qv=u (wt)s=-h,(w)s=-u,(wt)v=-vp=-RT,(w)P=pv=RT,2、三个三个S计算公式计算公式-适用于任何过程适用于任何过程3、可逆绝热、可逆绝热(等熵等熵)过程参数关系式过程参数关系式熟记熟记P51,表表3.25、四个基本过程的、四个基本过程的p-v,T-S图图 四种机械功的表达式及图

14、示四种机械功的表达式及图示P Pv v1 12 2W=W=PdVPdV=W Wt t=-=-VdPVdP=PV=PPV=P2 2V V2 2-P-P2 2V V2 2 =-=-W WS S=W=Wt tW Wt t=nWnW 与与dvdv同号同号 与与dpdp反号反号 PVPV永为正永为正 PVPV可可正可负正可负 忽略动位能忽略动位能 N-N-多变指数多变指数 6 6、熵方程、熵增原理及作功能力损失、熵方程、熵增原理及作功能力损失熵方程熵方程:闭口系闭口系-S S=S Sf f+S+Sg g 对绝热系对绝热系 S S=S Sg g 0 0 稳流系稳流系-S S2 2S S1 1=S Sf f

15、S Sg g 对绝热系对绝热系 S S2 2S S1 1=S Sg g 0 0 熵增原理熵增原理:S Sisoiso=S S工工质质+S+S外界外界 =S Sg g 0 0 0 0 不可逆；不可逆；=0 0 可逆；可逆；0 0 不可能不可能功损失（因不可逆少作的功）功损失（因不可逆少作的功）:W:WL L=W W可逆可逆-W-W不可逆不可逆作功能力损失作功能力损失:I I=T T0 0 S Sisoiso =T T0 0 S Sg g 通常通常:W:WL LI,I,这是这是 W WL L加热工质加热工质使其温度高于使其温度高于环境环境 温度温度 T T0 0 ，还有一定的作功能力，并未完全损失

16、掉，还有一定的作功能力，并未完全损失掉 7 7、喷管选型原则及判据、喷管选型原则及判据(M(M 和和 )一、计算题一、计算题 1、解题方法和步骤解题方法和步骤 (1)系统分析系统分析:系统系统、外界外界、过程特点过程特点 (2)列能量方程列能量方程 (3)列补充方法列补充方法(使使 未知数未知数=方程数方程数)(4)计算计算 (5)讨论讨论(结果是否合理结果是否合理、还有无其他方法还有无其他方法 C、考试例题、考试例题 2、例题、例题 例例1 1 已知已知:结构如图所示结构如图所示,V VA1=V VB1 内装空气内装空气P1=0.1Mpa,tA1=tB1=170C=tb 向向A室加热室加热,

17、当当P2=0.4Mpa时时 求求:tA2,tB2和和 qA解解:1)系统分析系统分析:分别取分别取A A、B B为系统为系统,A A 的外界有的外界有B B、q qA A ,B B 的外界有的外界有A A、t tb b良导体良导体绝绝热热刚刚体体无无摩摩擦擦电加热器电加热器uA1kgB1kgPA1PB1tA1tB1qAqBto=17oC2)过程条件过程条件:A多变过程多变过程,B等温过程等温过程,PA=PB,tB2=tB1=170C=tbVA1+VB1=VA2+VB2,WB=-WA3)列列能量方程能量方程B:qB=wB=RgT1ln(P1/P2)A:qA=u+wA=Cv(TA2-TA1)-wB

18、u4)补充方程补充方程2(RgT1/P1)=(RgTA2/P2)+(RgT1/P2)=Rg(TA2+T!)/P25)计算计算由由:qB=wB=0.281290ln(1/4)=-115.4kJ/kg由由:TA2=(2P2/P1-1)T1=7T1=2030K由由:qA=0.716(2030-290)+115.4=1361.24kJ/kg6)讨论讨论(1)取两个系统的关键是找到二者的相互关系取两个系统的关键是找到二者的相互关系(2)上端如果改为上端如果改为定压定压、绝热绝热等条件等条件(3)有时取一个系统更方便有时取一个系统更方便例例2：已知：已知：如图所示，如图所示，A A、B B室内各盛有相同的

19、某理想气体室内各盛有相同的某理想气体 10kg10kg，t t1 1 27 27 o oC C，P P1 1=0.15=0.15 MPaMPa,C Cp p=1.2 kJ/=1.2 kJ/kg.kkg.k，R Rg g=0.4 kJ/=0.4 kJ/kg.kkg.k，加热盘管中液体的参数为：加热盘管中液体的参数为：T=500k,T=500k,T=350 k350 k，G G液液=10 kg/min.C=10 kg/min.Cp p液液=1.0 kJ/=1.0 kJ/kg.kkg.k,试求：试求：加热加热1 1分钟后室内气体温度分钟后室内气体温度 A A室气体对外作功量。室气体对外作功量。BAT

20、T 解：解：1分钟传人室内的热量：分钟传人室内的热量：Q=GCpT=101(500-350)1500kJ 隔板是良导体隔板是良导体 两室温度始终相等两室温度始终相等 绝热、刚体绝热、刚体 无摩擦无摩擦良导体良导体液体加热盘管液体加热盘管B室传人室传人A室的热量（等压过程）：室的热量（等压过程）：QA=Ht=mCp(T2-T1)-B室实际得到的热量（等容过程）：室实际得到的热量（等容过程）：QB=QQA=UmCv(T2-T1)-将式将式、相加：相加：Q=m（Cp+Cv)(T2-T1)1500-得得:T21500/10(1.2+0.8)+300=375K=102oCA室对外作功：室对外作功：W=m

21、P(VA2-VA1)=mRg（T1-T2)=100.475=300kJ讨论：讨论：若取若取AB为系统，则可直接得到为系统，则可直接得到式，使问题简化。式，使问题简化。例例3 3 定容加定容加热热内燃机循内燃机循环环，压缩压缩比比为为8 8，2-32-3过过程程 中空气的吸中空气的吸热热量量为为280.5kJ/kg280.5kJ/kg，压缩过压缩过程程开始时开始时 的压力和温度分别为的压力和温度分别为 P P1 1=0.981 bar=0.981 bar 和和t t1 127 27 o oC C 。已知：已知：CpCp1.01 kJ/kg.k1.01 kJ/kg.k，CvCv0.712kJ/kg

22、0.712kJ/kg，P Pv v1 12 23 34 4SSvv 解解：（1 1）分析）分析 求求 P P3 3、w w 先先 P P2 2、T T2 2、T T3 3 求求t t 先先 q q2 2 T T4 4(或用或用 )求求:该该循循环环的最高的最高压压力力P P3 3、最高最高温度温度T T3 3 、循循环环功功w w和和热热效率效率t t T T3 3 q q2 2/CvCv+T+T2 2 1083.2 K1083.2 K P P3 3 T T3 3 P P2 2/T/T2 2 28.14 bar28.14 bar t t=1-1/=1-1/K-1 K-1 56.5 56.5%（

23、或（或1-q1-q2 2/q/q1 1）W=W=q q1 1 t t=158.4 kJ/kg=158.4 kJ/kg注意注意:如果是混合加热循环如果是混合加热循环,就必须记住就必须记住 、的定义式的定义式,同时要记住同时要记住 过程的参数关系式过程的参数关系式,否则就无法计算否则就无法计算.SPV（2 2）求求 解解 P P2 2 P P2 2 K K =18.43 bar=18.43 bar T T2 2 T T1 1 K-1 K-1 689 K689 K二、简答题二、简答题例例图示分析图示分析右图中右图中u12与与u13S12与与S13q12与与q13面积面积A与与B注注1:注注2:如果过

24、程如果过程2-3是是或或n=0.8又如何又如何?谁大谁大?=S123ABPV123VP是是过程过程Wt=kW面积面积A面积面积BSTTST-S图中有一过程图中有一过程1-2,试在图中用面积表示出试在图中用面积表示出u12,h12w,wt,q.1Pv22V2PTSu12=qv=h12=qP=q=w=q-u=wt=q-h=222111112V2V2P2P-+解解:思考题思考题vP1234证证:q12=q34T2T1 三、填空或名词解释三、填空或名词解释此类题全部围绕基本概念来出此类题全部围绕基本概念来出,例如例如:1、三个状态参数（三个状态参数（u u、h h、s s）的表达式及物理意义；的表达式

25、及物理意义；2 2、平衡态、准平衡过程、平衡态、准平衡过程、可逆过程及它们之间的关系可逆过程及它们之间的关系 3 3、热力系统及开、闭口系统间的关系；、热力系统及开、闭口系统间的关系；4 4、状态参数及过程函数的特征及区别、状态参数及过程函数的特征及区别 ；5 5、储存能及转移能的特征及区别储存能及转移能的特征及区别 6 6、自发过程及非自发过程；自发过程及非自发过程；7 7、热力学第二定律的实质热力学第二定律的实质 8 8、卡诺循环的意义及其热效率；卡诺循环的意义及其热效率；9 9、造成热力过程不可因素、造成热力过程不可因素 1010、系统熵的变化是由哪些部分组成；、系统熵的变化是由哪些部分

26、组成；11 11 如何用熵增原理判断过程和循环的可逆性和可能性如何用熵增原理判断过程和循环的可逆性和可能性 12、能量品质及贬值原能量品质及贬值原13、理想气体及理想混合气体的定义及基本假设、理想气体及理想混合气体的定义及基本假设14、气体常数、气体常数Rg和和R的性质及区别的性质及区别；15、比热定义及定压、定容比热的关系；、比热定义及定压、定容比热的关系；16、三种压缩过程的的比较及图示、三种压缩过程的的比较及图示17、多级压缩的目的和特点、最佳压比的确定多级压缩的目的和特点、最佳压比的确定18、何谓汽化、蒸发、沸腾及其区别；何谓汽化、蒸发、沸腾及其区别；19、何谓临界点、三相点及其特征、何谓临界点、三相点及其特征20、干球、湿球和露点温度及其关系干球、湿球和露点温度及其关系21、保证喷管中空气充分膨胀的充要条件；保证喷管中空气充分膨胀的充要条件；22、何谓临界状态和临界压比；何谓临界状态和临界压比；23、喷管阻塞现象的实质；喷管阻塞现象的实质；24、滞止状态和滞止参数滞止状态和滞止参数25、喷管设计的基本原则及喷管选型的判据；喷管设计的基本原则及喷管选型的判据；26、蒸汽压缩制冷循环的基本组成，蒸汽压缩制冷循环的基本组成，为什么不采用理想（卡诺）循环，为什么不采用理想（卡诺）循环，实际采用的循环与理想循环的区别实际采用的循环与理想循环的区别