热工学习题（一）名词解释：
1.Thermodynamics:
Work is defined as the mechanical form of energy that is transferred between systems and its surrounding through boundary. 2.conservation of energy principle
(1)Energy can be neither created nor destroyed, it can only change forms. (2)In the nature, every substance has energy, which has different change forms. It can change from one form to another, but during the change, the total energy is unchangeable. 3. closed system:
energy, but not matter, can be exchanged with the environment. Examples: a tightly capped
Neither energy nor matter can be exchanged with the environment - in fact, no interactions with the environment are possible at all. 4.open system:
Both energy and matter can be exchanged with the environment. Example: an open cup of coffee. 5 isolated system :
Without any contact with the environment.
过程：指热力系由一个状态变化到另一个状态时所经历的全部状态的集合。 循环：就是封闭的过程，即热力系从某一个状态开始，经过一系列中间状 态后，又回复到原来的状态。
稳定状态:状态参数不随时间变化的状态。
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”。
灰体:物体的单色黑度不随波长变化的物体。
基本状态参数:从各个不同方面描写热力系宏观状态的物理量是状态参数，常用的有六个即压力、比容、温度、内能、焓、熵。其中压力、比容、温度可直接测量比较直观，称为基本状态参数。
黑度: 实际物体的的辐射力与相同温度下黑体的辐射力的比值。
内能：是指组成热力系的大量微观粒子本身所具有的能量，热力学研究的内能主要包括分子动能和位能。
开口系统：与外界有质量交换的热力系统。
平衡状态：指热力系在无外界的影响下，宏观性质不随时间而变化的状态。 可逆过程：如果一个过程进行完以后，能使热力系沿相同的路径逆向回复到原态，
且相互作用中所涉及的外界也回复原态，而不留下任何迹象。 热辐射：由于自身温度或热运动的原因而激发的电磁波传播。 非稳态导热：不稳定温度场内的导热
热阻：反映阻止热量传递能力的综合参量
卡诺定律：1：在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切可逆热机，热效率都相等，与其工质无关。2：在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切不可逆热机，其热效率不可能大于可逆热机的热效率。
理想气体：是由不占体积的质点组成，分子间没有相互作用力。
制冷：用人为的方法使其某物体或空间冷却，使其温度低于环境温度并维持这个
低温的过程。
传热过程：热量从间壁一侧的热流体通过间壁传给另一侧的冷流体，这种热量传
递的过程称为传热过程。
稳定温度场：某个换热系统在某一瞬间空间各点的温度分布情况不随时间变化，即为稳定温度场。
黑体：如果物体能全部吸收外来射线即?=1，则这种物体被定义为黑体。 （二）填空题：
1 传热学是研究热量传递规律的学科。
2、灰体时指物体的单色黑度不随波长变化的物体。 3、傅里叶定律的数学表达式是q=-λδt/δn（w/㎡）
4、比渥数Bi的表达式Bi=α〃l/λ，努赛尔数Nu=α〃l/λ，二者的差别是：物
理意义不同，Nu数表示流体的对流换热强弱，Bi数是导体内部热阻与外部对流热阻的相对大小。
5 集总参数法的适用条件是Bi≦0.1
6、在其他因素不变的情况下，流体力流速越大，则边界层厚度 越薄，流体粘
性系数越大，则边界层厚度 越厚 7、沸腾换热的推动力是壁面过热度
8、凝结换热有两种形式，珠状凝结的表面传热系数往往高于膜状凝结 9、黑体辐射常数σ=5.67x10—8的国际单位为w/（m2.k4）
10、稳态导热的第三类边界条件温度表述的关系式-λ（t/δn）w=α(tw-tf) （三）判断题并说明原因：
1.稳定流动热力系必为平衡热力系。（×) 需满足力平衡和热平衡，还有化学平衡和相平衡。
2.两种相对湿度相同的湿空气，温度高者其吸收水分能力强。(×) 温度高的吸收水分能力越低。
3.两个不同的恒温热源之间工作所有热机以卡诺机的热效率为最高。（×）卡诺循环是理想的可逆循环，实际上无法实现无温差的等温传热过程。
4.可逆过程就是系统可以逆向进行回复原态的过程。（×） 可逆过程是能够反向进行并完全恢复原来状态平且不能对外界造成任何影响的热力过程。
5.工质以初态1变化到另一状态2，不论中间经历什么过程，其内能的变化量均相等。(√) 内能的状态量只与初末初态有关，内能的变化量仅取决于变化前后的系统状态，而与这个变化是如何发生的以及变化经历了怎样曲折的过程完全无关。
6.任何状态都可以用坐标图上的点表示。（×） 不平衡状态不可以用坐标图上的点表示
7.可逆过程一定是准静态过程。(√) 可逆过程是准静过程的充分不必要条件 8.一杯沸水比一杯同体积的凉水具有更多的热量。（×） 由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转移的能量称为热量，题目没有能量转换
9.循环效率越高，则循环向外输出的功也越多。（×） 循环效率越高，说明工质从热源吸收的热量中转变为功的部分就越多。
10.工质经历了一个不可逆循环后其熵变为零。（√） 11.凡是符合能量守恒定律的热力过程都是可以无条件实行的。（×）还要考虑方向性。
12.使系统熵增加的过程一定是不可逆的过程。（×）可以是一般过程，即：还要考虑热力学第二定律。
13.过热蒸汽的温度一定高于湿蒸汽的温度。
14.绝热节流过程是定熵过程。（×） 可逆绝热过程为定熵过程绝热节流过程为不可逆过程
15. 压力机把一定量的气体从相同的初状态压缩到相同的终压时，可逆定温压缩过程消耗的功最小。（√） （四）选择题：
1.准静态过程就是（D ）
A.平衡过程 B.可逆过程 C.不可逆过程 D.无限接近平衡的过程 2.可逆过程一定是（D）
A．非平衡过程 B.存在着损耗的准静态过程 C．工质能回复到初态的过程 D.准静态过程
3.热力系与外界既有物质交换，又有能量交换可能是（D ） A.闭口系统 B.开口系统 C.绝热系统 D.B或C
4经过一个不可逆循环，工质不能恢复到原来状态（A ） A.这种说法是错误的 B.这种说法是正确的. C.这种说法在一定条件下是对的 D.这种说法是无法判断的 5.系统和外界发生能量传递时功和热量是（ A） A.过程量 B.强度量 C.广延量 D.状态量 6.T-S图上任意一个逆向循环其（C）
A.吸热大于放热 B.吸热等于放热 C.吸热小于放热 D.吸热和放热关系不定 7.理想气体的比热容是（D ） A.常数
B.随气体种类不同而异但对某种理想气体而言，比热容为常数
C.随气体种类而异，但对某种理想气体某种过程而言，比热容为常数
D.随气体种类而异，但对某种理想气体某种过程而言，比热容为温度的函数 8.迈耶公式（C）。
A.仅适于理想气体，定比热容 B.适用于任意气体，但定比热容 C.适用于理想气体，不限定比热容 D.适用于任意气体
9.某理想气体自状态1经历一个可逆多变的过程到达状态2，其温度下降熵增大，则气体（B ）
A.压力升高，比体积增大，对外做正功 B.压力降低，比体积增大，对外作正功 C.压力升高，比体积减小，对外作负功 D.压力减小，比体积减小，对外做负功
10.定量的某种理想气体，经历某一种可逆过程，过程中不可能同时发生（B ） A.吸热升温，对外作正功 B.吸热降温，对外作负功 C.吸热升温，对外作负功 D.吸热降温, 对外作正功 五．简答
1.蒸汽机压缩制冷装置采用节流阀来代替膨胀机，试简述这样做的利弊？
利:液体制冷剂在膨胀机中体积膨胀不大，做功很小，且膨胀机内不允许出现液体，以免损坏叶片，所以，通常在实际循环多采用结构简单、造价便宜、操作方便的节流阀代替膨胀机。
弊：节流阀不对外做功膨胀降温效果没有膨胀机对外做功降温效果显著。流体介质在节流阀流速较大的情况下，易出现汽蚀现象，致使部分零件表面很快损坏，同样节流阀精度不高，不宜调节，密封性较差。
2.梅雨季节是一些冷水管表面带有水珠，这是为什么？
答：因为梅雨季节，空气比较湿润，即空气含湿量较大一般达到饱和含湿量，当这些水蒸气遇到温度相对较冷的水管达到水蒸气的露点温度时就会液化，形成水滴凝结在水管表面。
3.简述为什么空调可以降低室内温度，而敞开的冰箱不行？
答：冰箱里的热量由冷凝器带到冰箱外压缩机在做功的时候也会产生一部分热量散发到室内，冰箱一般作成一个整体，换热工作都在室内进行，所以打开冰箱将室内制冷是不可能的。而空调是利用制冷系统把冷空气排在室内，而把制冷产生的热气排出室外。所以能制冷。
4.用热水泵输送到一定高度另一容器内，为防止热水在泵输送过程中产生变化，试问热水泵应装在容器下还是容器上？
答：由于水的饱和温度和水所受的压力有关，压力愈高水的饱和温度愈高，随高度升高，水所受的压力越来越低，因此应该把热水泵装在容器上，这样在输送过程中，不会因为散热，温度降低而引起汽化
5.有两种服从P(v-b)=RtT气体，理想气体为介质在两个恒温热源之间卡诺循环，试问哪个循环热效率大一些，为什么?
答：一样大，卡诺循环的热效率与采用的工质性质无关
6.0℃的冰在温度为20℃大气里，逐渐化为水，试分析该过程是否可逆，过程中冰的熵变哪个大，为什么？
答：该过程不是可逆的，冰化成水时，要从外界吸收热量，并且发生体积膨胀，会产生一定的膨胀功。将冰与大气看成一个系统，并融化，吸热，墒增加，大气放热，墒减小，整个系统的墒是增加的，所以冰的墒变大于大气的墒变 7.简述，平衡态，稳定态，均匀态之间的关系？
答：稳定态不一定是平衡态，平衡态一定是稳定态，平衡态不一定是均匀态，单行平衡态是均匀态。
8.若系统从A状态出发，经不可逆绝热过程到B态，该系统能不能从A态出发经过可逆绝热过程到达B态？ 不能
由熵变表达式: 对于绝热过程:
系统从A态出发，经过不可逆过程到B态，则ΔSAB = SB-SA>0 所以SB>SA
若可逆过程终态为B’ 则ΔSAB’=SB’-SA=0 所以 SB’= SB因此SB’ 因为熵是状态参数,所以A’和B不是同一个状态。因此系统由A 态出发经历可逆绝热过程不可能到达不可逆绝热过程的终态。 9.解释冬天房间窗玻璃内侧结霜的原因？ 答：由于冬天屋外空气温度低于0摄氏度，所以与窗外空气接触的玻璃的温度也比较低，屋内气温高，湿度大，含有大量的水蒸气，水蒸气遇到低于0摄氏度的玻璃就会凝华形成霜 10.何为第二类永动机，试用热力学第二定律证明其造不出来？ 答：人们把从单一热源取得热量并使之完全变为机械能而不引起其它变化的循环发动机叫第二类永动机。它并不违反热力学第一定律，但是自然过程具有不可逆性根据卡诺循环热效率公式，当高温热源温度=低温热源温度时，即只有一个热源时，卡诺循环的热效率=0，这就是说不可能只冷却一个热源而使热源周而复始的转换为机械能。即第二类永动机是不可能存在的。 11、What are the four process that make up the Carnot cycle. 1. Fixed temperature absorption process 2.Set entropy inflation process 3.Fixed temperature exothermic chemical process 4. Set Entropy squeezing process 12， 13. 14 15、A volume 50 degrees of water and a volume of 30 degrees water mix, make the 50 degrees water rise10 degrees, 30 degrees of water reduce 10 degrees. There is a robot,that can keep working, but not for energy. A volume 50 degrees of water and a volume of 30 degrees water mix, make the 50 degrees water reduce 10 degrees, 30 degrees of water rise 10 degrees. 16、What is the difference between the closed system and the open system? Answer:While the open system can exchange the substance with the outside world , the closed system can not do that thing. 17、有没有500度的水？ ?t?答：没有。由水的T?S图可知，水的临界温度为c374.15C，临界压力是 pc=22.129MPa。c是最高的饱和水温度，水在 tpc下被加热到c时会立即汽化， t?t成为过热蒸汽。当t>c时，不论压力多大都不能是水蒸气液化，500C已经远超过?t了c，所以不存在500C的水。 12.解释下雪不冷，化雪冷？ 答：下雪是一个凝固放热的过程，而化雪是一个熔化吸热的过程。雪可以说是低温固态水，下雪的时候，雪所带的低温对周围的空气影响不会太大，所以人体不会感到太冷，而化雪的时候，雪由固态融化成水时，原有的低温就会进入空气，从而将空气的温度降低，所以人体就会感觉到冷了。 13.使用传热学理论解释热水瓶的保温原理？ 答：保温瓶中间为双层玻璃瓶胆，两层之间抽成真空状态并镀银或铝。双层玻璃和镀层能把热射线反射回去，断绝了热辐射的通路；胆被抽成真空，破坏了对流传导的条件；用不易传热的木塞，隔断了对流传热的通路；以上三点保证了保温瓶的保温效果。 14.简述影响强制对流传热的各个因素 一，流动状态（包括层流和紊流）和流动原因二、流体的物理性质，三壁面的几何特性对速度场合温度场多有影响，从而影响对流换热过程 15. 结合你的工作实践和生活经历，举一个传热学的例子，并分析包括哪些环节 和热力传热. 暖水瓶胆用双层玻璃做成，两层玻璃都镀上了银，好像镜子一样，能把热射线反射回去，这就断绝了热辐射的通路。把暖水瓶的两层玻璃之间抽成真空，就破坏了对流传导的条件。暖水瓶盖选用不容易传热的软木塞，隔断了对流传热的通路。完善地把传热的三条道路都挡住了，热就可以长久地保留下来。但暖水瓶的隔热并不那么理想，仍然有一部分热能够跑出来，因此暖水瓶的保温时间有一定限度 16.工程实践中增强和削弱传热的主要技术措施. 答：1、提高流体速度，以减薄层流底层；2、增加流体的扰动或使流体旋转以破坏层流底层；3、采用机械振动、声波或超声波产生气流脉动及施加电磁场。 六.证明 1.试用热力学第一定理证明第一类永动机不可制造. 答：第一类永动机即为不供给能量而能永远对外做功的机器。 而热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学中的应用，表述为“当热能与其它形式的能量进行转换时，能的总量保持恒定。”即“热可以变为功，功也可以变为热。一定量的热消失时，必产生与之数量相当的功；消耗一定量的功，也必出现相等数量的热。”所以说，根据第一类永动机的概念，热力学第一定律就表述为“第一类永动机是不可能造成的。” 2.试用热力学第二定律证明在状态图两条可逆绝热线不可能相交 答：由于自然界中的一切实际过程都是不可逆的，因此，两条可逆绝热线状态参数熵的实际过程是增加的，而热力学第二定律则说明熵参数是不守恒的，熵增原理是不守恒定律，只有在可逆过程中孤立系的熵才守恒。所以说两条可逆绝热线不可能相交。 3.使用热力学第二定律证明定熵线与定温线不可能相交于两点。 答; 试参考第二题。 4.证明理想气体的的定压比热与定容比热之差，恒为一个常数。 答：由于理想气体分子之间没有作用力，势能为零，故只有分子动能，它取决于温度，因此理想气体内能仅是温度的函数，所以理想气体的焓也是温度函数，根据迈耶公式，它建立了理想气体定压比热和定容比热之间的关系。所以在同一温度下，同一气体的定压定容比热两者相差一个常数。 七.计算 1.空气温度为30℃，压力为1bar相对湿度为60%，试求空气中的含湿量（已知30℃饱和空气压力为42.41mbar）。 解： 由题知。B=1bar=100000 Pa Ps=42.41mbar=4241Pa 于是 Pw=?Ps=0.6*4241=2544.6 Pa d=622*{Pw/(B-Pw)}=622*{2544.6/(100000-2544.6)}=16.24 g/kg(D) 2.5kg质量某种理想气体，按可逆多变过程膨胀到原来3倍，温度从300℃下降到60℃，膨胀过程做功418.68KJ，吸热83.736KJ，求该气体的定压比热容、定容比热容。 W=418.68KJ,Q=83.736KJ ?H=?u+pv=Cpm?T ?u=Q+W=Cvm?T pv=W=428.68KJ ?u=Q+W=502.416=Cvm?T Cv=502.416/5*240=0.419 J/kg?℃ ?H=?u+pv=502.416+418.68=921.096=Cpm?T Cp=921.096/5*240=0.768 J/kg?℃
