文档介绍：该【过程基础课后习题参考答案 】是由【小屁孩】上传分享，文档一共【21】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【过程基础课后习题参考答案 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:..?答:质量交换,功量交换,?答:(1)按其与外界进行质量交换的情况分为:闭口系,开口系,简单热力系,绝热系,孤立系(2)按物质均匀性不同分为:均匀系,非均匀系。(3)按相态分为:单相系,复相系(4)按物质的成分分为:单元系,?答:(1)f是状态参数b(2)过程积分?df与从a到b所经历的过程无关a(3)封闭积分?df=0???f????f?(4)????????y??x??x??y??差别在哪里?答:共同点:两者均为平衡状态,系统内部均可描述,都可回到原状态。准平衡系统允许不可逆因素的存在。不同点:准平衡状态回到原状态对外界可能留下影响,可逆状态不会留下影响。?答:(1)提供了一个系统可接近的理想的过程(2)使许多热力学的计算得以解决(3),系统内是否可能发生状态变化?答:可能变化。当系统平衡突然被打破,外界对系统又无影响时,短时间内,系统内部可能变化。=dU+δW是热力学第一定律的基本表达式?它适用于闭系所进行的—切准平衡过程和非平衡过程吗?答:δQ=dU+δW,由实验过程中直接总结出来的,是最早发现的,形式最简单,而且等效于所有其它表达式。适用于一切的准平衡过程和非平衡过程。、第二定律的意义,并指出作为经验性的定律分别引出什么状态参数?答:第一定律的本质就是能量守恒定律,引出状态参数U。根据热力学第一定律对各系统的分析,就可以得到计算各种能量数值和能量间平衡的方程。第二定律的基本任务就在于为判断任何热过程的进行提供一般性的依据,阐明热过程进行的条件和限制。引出状态参数S。:..:自发过程是不可逆过程而非自发过程是可逆过程。这种说法对吗?为什么?答:错误。违反可逆过程定义。因为非自发过程同样不能保证回到原状态而不留下影响。-s图的重要性何在?不可逆过程能否在T-s图上表示?答:重要性:(1)T-S图本身是两个重要的物理量。(2)T-S图上的面积可表示可逆过程的热量。准平衡状态的不可逆过程,T-S图上可以表示,但面积不一定为整个过程的热量。不可逆过程中交换的热量不能在T-S图上表示。—克拉贝龙方程,解释一般物质的汽化线、升华线和熔解线的斜率为正,而冰—水熔解线的斜率却为负。dpr解:克劳修斯—克拉贝龙方程:s?,表示了饱和曲线斜率与饱和状态各dT(v?v)Ts??s参数间的关系,r是相变潜热,v,v表示两相的比体积。??一般物质汽化、升华和溶解时,是吸热的,相变潜热大于零,体积也是增大,v?v?0??dpr所以s??0斜率为正。冰溶解为水时也吸热,相变潜热大于零,但体积dT(v?v)Ts??sdpr变小,v?v?0,所以s??0,斜率为负。??dT(v?v)Ts??=,瓶中氧气的绝对压力p?15MPa,温度t?30?C。问瓶1中盛有多少千克氧气?如果在气焊时用去了(按质量计),而温度不变,问瓶中氧气3压力为多少?解:(1)R=*KT=t+==32g/molMmRT=p*VR=RμMpVμpV15?106??32?10?3得:m====(Kg)?′p′2p(2)m′=m=p′==,停止流动。若此滞止过程进行迅速,气体在受阻过程中与外界的热交换可以忽略不计。空气的定压比热为1kJ/(kg·K)。求在滞止过程中空气的焓变化?温度变化?解:没有热交换q=0:..所以:q=Δh+Δc2/2+gΔz+wq=0gΔz=0w=0所以Δh=-Δc2/2=125KJ/KgΔh=cΔTΔT=Δh/c=?,V?,在压力为定值的条件下可逆膨胀到V?,112求气体膨胀所作的功。V5W=∫2pdV=p(v?v)=2*10J解:,同时内能的增加为45kJ。此过程为压缩过程还是膨胀过程?气体与外界交换的功是多少千焦?解:ΔQ=ΔU+ΔWΔW=ΔQ-ΔU=35KJ>0可逆过程W=∫pdV>0所以dV>0,?4MPa,t?30?C,h?305kJkg。该气体为理想气体111R??kg?K?。体积为1m3的真空容器与干管间通过阀门相联。现打开阀门对容器充气,直至其压力为4MPa时为止。若该气体的内能与温度的关系为u?,求充入的气体为多少千克?解:干管对容器充气,容器的内能增加即为输入的气体的比焓h=uu=h=即,所以in305(KJ/Kg)inin又因为u=,所以T??4MPa,V?1m,R?/(Kg?K)1pV614?10?1pV?mRT,得m???33(Kg)??1000p?v?b??,为气体常数,为另一常数,且对于任何v存在0?b?v。(a)试导出每千克气体从初始容积v膨胀到终态容积v所作准静功0f的表达式;(b)如果气体是理想气体进行同样的过程所作的功是多些还是少些?解:p(??b)?RT:..vvRT(1)W??fpdV??fdVvvv?b00'RTWVfVf(2)气体为理想气体,所以??pdV??dVVVv00v11v1?W?W?'??RT(?)dV??RTdVWffvv?bvvv(v?b)0011因为0?b?v,???0vv?b?W?W?'?0,?W?'所以:—c—b途径由状态a变化到状态b时,吸人热量84kJ,对外作功32kJ。(1)若沿途径a一d一b变化时对外作功10kJ,求此时进入系统的热量。(2)当系统沿曲线途径从b返回到初始状态a时,外界对系统作功20kJ。求此时系统与外界交换热量的大小和方向。(3)U?0,U?42kJ时,过程a—d和d—b中交换的热量又是多少?ad解:由题意知a?b时,Q?84KJ,W?32KJ,?U?Q?W?52(KJ)abababa?d?b,W?10KJ,Q??U?W?10?52?62(KJ)?0(1)吸热adbadbabadb(2)b?a时,W??20KJ,?U???U???W??U??72(KJ)?0放热babaabbababa(3)U?0,U?42KJ,?U?U?U?52KJ,?U?52(KJ)adabbab过程a?d?b中,d?b体积不变,所以W?0,所以W?W?10(KJ)dbadadbQ?(U?U)?W?42?10?52(KJ)addaad:..Q?(U?U)?W?10?0?10(KJ)?500kPa、T?340K绝热膨胀到原来容积的2倍。设气11C??kmol?K?C??kmol?K?体,,试确定在下述情况下气体p0v0的终温,对外所作的功及熵变化量。(1)可逆绝热过程;(2)气体向真空进行自由膨胀。?pvkk?p0??:(1)由绝热膨胀得,?p(1)k?(KPa)21v21?k1?kTp?TpT?(K)又由kk得:11222系统所做的膨胀功W?c(T?T)?1751(KJ)v012R?c?c?(KJ/(Kmol?K))p0v0TV?s?cln2?Rln2??(KJ/(Kmol?K))v0TV11(2)向真空自由膨胀?U?0,??T?0,T?T?340K21Tvvw?c(T?T)?0,?s?cln2?Rln2?Rln2?(KJ/(Kmol?K)),容积增大10倍压力降低8倍。求:(1)过程中空气的内能变化量;(2)空气对外所作的膨胀功及技术功。C??kg?K???,。v0解:设空气为理想气体vppv1npvn22pvpvn21n多变过程:=定值,?10,?,???()vp12pv812111211?()n得n=,810n?kc??c?(KJ/(Kg?K)nn?1v0:..Q?c??T??T?,?U?c??T???U?W?W?Q??U?(KJ)W?n?W?(KJ)—s图上任意两条定压线(或定容线)之间的水平距离相等,即线段14?23。证:设两条为定压线。14?s?s,23?s?s4132ppT对过程1?4,?s?s?s?cln4?Rln2??Rln21441pTpp111Tpp对过程2?3,?s?s?s?cln3?Rln2??Rln22332pTpp211所以:?s??s即14??973K的热源吸热2000KJ,向T?303K的冷源放热800kJ。此循环满12足克劳修斯不等式吗,是可逆循环还是不可逆循环?若将此热机作制冷机用,从T冷2源吸热800kJ时,是否可能向T热源放热2000KJ?1dqdqdq2000?800解:(1)??????????0,满足克劳修斯不等式,是不可dTdTdT973303XF逆循环dqdqdq800?2000(2)?????????0,不满足克劳修斯不等式,不可能。dTdTdT303973XF:..,问系统得到多少可用能?若吸热过程为在有限1温差下进行的不可逆过程,吸热时热力系温度为T'(T'?T)吸入同样的热量Q这111时系统得到的可用能又是多少?二者之差与过程的不可逆性有何关系?环境温度为T。0T0解:可逆时:?q?(1?)QT1T'0不可逆时:?q?(1?)Q'T1令不可逆时向环境放热为Q’2TT0011QQ?'?(1?)Q?(1?)Q?T(?)Q?T(?)?q?q'0'0'TTTTTT111111'?QQ?QQ2'?T(?(?)?0?)?T?S0T''T01T1T12与过程不可逆性成正比。、冷源和热机组成。在第一种情况下,热机从高温热源T取得热1量Q,并在热源T及冷源T间完成可逆循环。在第二种情况下,高温热源T将热量1121Q在有限温差下传向中间热源T'(T'?T),热机从中间热源T'取得热量Q,并在111111热源T'及冷源T间完成可逆循环。12(1)求系统在完成上述可逆及不可逆过程中的熵变化;(2)求不可逆过程比可逆过程少作的功量及其与系统熵变化量间的关系。:..?QQ12解:(1)可逆过程熵增:ΔS??0??0,T1T2不可逆过程熵增:'?QQ?QQ?QQ11121111?'??(?)?0????(?)SQ''''1TTTT2TTTT1111111QT22(2)可逆过程作功:W?Q?Q?(1?)Q?(1?)Q12Q111T1'QT''22不可逆过程:W?Q?Q?(1?)Q?(1?)Q12Q1'11T1所以不可逆过程的功耗为:TT'2211'W?W?(1?)Q?(1?)Q?T(?)Q?TΔST1'12'T121TT111由此可见:不可逆过程的功耗与系统的总熵增成正比。当系统可逆时,系统无不可逆功耗。,温度为80℃的水3kg和温度为20℃的水5kg相混合。求此混合过程的熵变化,并说明为什么混合过程是一个不可逆过程。解:热水放出得热量全部由冷水吸收mc(T?T)?mc(T?T)111m22m23(80?273?T)?5(T?(20?273))mm?T??ΔS??mdT??mdT?3ln?5ln?0gTTTTTT1112混合过程的熵产大于0,说明混合过程是不可逆过程。:..,?解:h=,r=×103N/m3Hg大气压强设为p,由h=p0得:p=hγ=×133000=×103(N/m2)0γ0pp?'h'103103m3??????9800??N/。解:表压即相对压力,γh=p?p,是体现在液柱高度上的;绝对压力为p=p+γh是重力作00用下的液体中一点的真实压力。?答:(1)关闭总阀门以及厨房里所有的煤气阀门(2)以热水器为例,将U形管接在热水器的接口处,U形管内装水(3)打开热水器阀门,打开总阀门(4)U形管内接热水器的一端液位降低,另一端液位升高(5)关闭总阀门,观察U形管内有无变化(6)若液位发生变化,说明管道有泄漏;无变化则管道不泄漏。?其差别何在?答:拉格朗日法和欧拉法拉格朗日法:选定一个流体质点,并在整个过程中追随这一质点,观察它的运动特性的变化。欧拉法:把流体所占据的空间中的任一点挑选出来,观察通过这一点的流体运动特性的变化。:..?什么情况下流线就是轨迹?解:流线是在流体中某一瞬间想象的一条曲线,在这条曲线上任一点所引的切线就是这点的流体质点在此瞬间的流动方向。当流体为稳定流动时,轨迹与流线重合。,其表达式如何推导?答:??udA?0质量守恒定率A对于管道内的流体,表面A由前后两个截面A,A和管道环面A组成12?????uA?uA0??udA??udA??udA??udA??0?AAAA11122212所以???uA?uAuA?uA,当不变时,**********.欧拉运动微分方程与奈维-斯托克公式建立的依据是什么?差别何在?答:都是依据牛顿第二定律;欧拉运动微分方程是理想流体的流动微分方程;奈维-斯托克公式对实际流体微元所受的表面力除了法向力之外还需考虑由于与相邻流体层间的摩擦而受的切向力。?答:(1)流体有粘性,由壁面附近的流体层向流体内部,粘性造成的减速作用越来越小du(2)在垂直于流动方向,仍有梯度,边界层内的阻力不可忽视dy(3)主流区(外流区)?答:(1)反映客观存在(2)利用其性质,有利于求解N-?:..du答:在边界层中,在垂直于流动方向上存在着显著的速度梯度,边界层的阻力具有不可dy忽视的影响。边界层以外的流动,粘性阻力可以忽略不计,流体可以看作为理想流体对待。?答:层流层:低速层流体对高速层流体产生阻滞作用而使之减速,高速层流体对低速层流体产生携带作用。而使之加速,造成的流体摩擦阻力是主要阻力。紊流层:紊流中速度分布比较均匀的区域内,由于流体微团的无规则迁徙、脉动,使得流体微团间进行动量交换非常剧烈,?雷诺准则的物理意义是什么?答:所有的准则都有一定的物理意义。雷诺数是作为判别流体流动状态的准则,当雷诺数较小时,流体做层流运动,当雷诺数较大时,流体做紊流运动。?答:靠理论分析与实验相结合,并且主要依赖于实验的结果。,求断面平均流速。若出风口断300?400mm2,风量为面缩小为100?200mm2,该处的平均流速多大?解:A2,Q=2700m3=300mm×400mm=?,A=100mm×200mm==Au,Q=Au=Au,得u=Q=2700=×104(m)=(m/s)?=Q=2700=×105(m)=(m/s)2???,h?300mm,下面为水,h?500mm,测压管中汞12液面读数h?400mm,求封闭容器中的油面压强p值。:..解:??m3??800Kg/oilH2Opp?h103103103m2?????133????(N/)b0Hgp?h?h103103m2p??(?)???(9800??800??)??(N/),已知各水面高程为??,??,??,123??,求1、2、3、4各点的相对压强。4解:点2与空气直接接触,所以p?p??103N/m2,???g?9800N/m320H2OH2Opp?hh103103m2??(?)???9800(?)??(N/)12H2O12ppp?hh103103m2???(?)???9800(?)??(N/):?2xyzw?wlx22200(x?y)(x2?y2)zw?wly(x2?y2)200yw?wlz2200x?y:..x2yzy3z?ux2yzy3z?u6?2?6?2解:x?uly?ul?x2300?y2300(2?y)(2?y)xx?u?u?u?uz?0所以?y??0满A足连续性方程,所以流动连续。xz?z?x?y?,直径d?25mm已知断面平均d?100mm,d?50mm,123流速v?10ms,求v,v和质量流量(流体为水)。312解:Au?Au??10所以u?22??(m/s)?10u?22??40(m/s)??uA?,箱中恒定水位高度为h,水箱断面甚大,其中流速可以忽略,0Ax如图,求孔口流出的水流断面与其位置的关系。:..解:以水箱的上水平面为在轴的原点,垂直向下为z轴的负方向。由水面分别对A,A处分别用伯努利方程0pp1ghA0?0?u2?(?)2gh:得u?0??200ppu2g(h?x)1?A:0?0?u2?(?g)(h?x)得??2h由流量相等:Au?Au得A?A00h?,求开始能够抽吸时的流量,抽吸和被抽吸介质相同,设备尺寸如下:A?,g?。A?4A,h?1m,a?6m,121pghgapga???????解:在小管的最低点处:1app???1??3(N)得:?????10m1a又因为:流量相等。Au?Au1122A?4A,所以u?4u2112由伯努利方程得:..pp111?u2?a?u2?21?222(p?p)2?(m)a1整理得u???2?s1515?1000m3Q?Au?4???4????3(),当读数?h?60mm时,流速为多少?若管中通过的是??800kgm3的油,?h值相同时,油的流速又为多大?解:设水管中的压力为p,在测定管口处压力为p,流速减为0,即:u?0忽略重00力pp11gzu2gzu20由伯努利方程得?????2?20?pp1u2??01?2得所以:p?p?u2??20设流线与右侧水银面的高度差为l,则p?gl?hp?gl?g?h?(?)??(?)0Hg1得pp?g?h?g?h??u2???Hg02:..2g?h(???)Hg整理得u???Kg?Kg?Kg?13600,?1000,?800,?h?,2?10??(13600?1000)u??(m)1000s当流体为油时2?10??(13600?800)u??(m),孔口直径d?20mm,风道的静压p?200Nm2t?20?CQ?1m3s空气温度,要求总风量,问应布置多少个孔口?ppppp1?11?2?u212??u2解由伯努利方程得:即??2??22p2p?得:uQnQ'nuAnd2?,????1?422?Q2?2??1所以:n????175p??2?:..。答:气体:导热是气体分子不规则运动时的相互碰撞的结果。温度越高,分子的运动动能越大。导电固体:自由电子的运动起主要作用。非导电固体:通过晶格结构的振动,即原子、分子在其平衡位置附近的振动实现。液体:一种为:类似于气体,分子间的相互碰撞;另一种为:类似于非导电固体,主要靠弹性波的作用;、特点。、表面传热系数及传热系数的单位各是什么?哪些是物性参数,哪些与过程有关?W答:导热系数:是物性参数,m?cW表面换热系数:与过程有关m2KW传热系数:,。答:传热的动力是由于温度差的存在,导热热量与温度梯度有关。描述温度梯度的前提需要温度分布;解决导热问题的各种方法首先需要明确几维的问题,需要首先分析温度分布。。,尽管炉火很旺,但水壶仍安然无恙。而一旦壶内的水被烧干后,水壶很快就被烧坏,试从传热学的观点分析这一现象。答:当水壶中有水的时候,尽管炉火很旺,但壶底与水有对流传热存在,水的蒸发将热量带走,壶底本身的温度不会增加;但水被烧干后,壶底没有与水的传热,壶底吸热自身的温度增加,达到金属的熔点,水壶就被烧坏。,另—只手用筷子快速搅拌热水,握杯子的手会显著地感到热,试分析其原因。答:用筷子快速搅拌时,增加了水与杯面的接触面积,水与杯子之间的传热增加,所以会显著感觉到热。。答:一维导热问题和变导热系数的问题,一般利用傅里叶定律的表达式进行积分就可获得解答。多维的导热问题和具有内热源问题,一般需用导热微分方程求解思路比较明确。。答:傅里叶定律和能量守恒定律。练习题:..,热流量,热阻。解:dtQ???4???4??dtr2Qdrrt?2??2?4??dtrr2t11QQ4??(t?t)??rr212111Q4??(t?t)(?)?21rr21温度分布:Qdrrt????4??dtrr2t11QQ4??(t?t)??1rr111Q4??(t?t)(?)?21rr211111t?t?(t?t)(?)(?)121rrrr211热阻:、?m?K?,?m?K??m?K?、水垢及灰垢的单位面积热阻。:..?R???1?10?3m2KR????10?5()1?:?1?10?3m2KR????10?4()2??1?10?3m2KR????10?3()3?:R<R<,厚为260mm,?m?K?,设面向室内的表面温度为25?C,而外表面温度为?5?C,试确定此砖墙向外界散失的热量。??(15?5)?12(?)Q?12??:?,阳光照耀在一厚为40mm的用层压板制成的木门外表面,用热流计测得木门内表面的热流密度为15Wm2,外表面温度为40?C内表面温度为30?C试估算此木门在厚度方向上的导热系数。解:?(t?t)q?12?q?15??????t40?30(m??C)1216.—空心长圆柱,在r?r处t?t,r?r处t?t,?(t)??(1?bt),t为局部温度。试11220导出圆柱中温度分布的表达式及导热量计算式。解:热流密度为:..dtq???2?r(1?bt).0drqdr??2??(1?bt)dtr0qdrrt?2??2?2??(1?bt)dtrrt0111rqln2??[(t?t)?b(t2?t2)]2?r012122112??[(?)?b(2?2)]tttt012122q?r2lnr1温度分布qdrrt?2?(1?bt)dt????0rrt11r1qln2??[(?)?b(2?2)]?tttt011r211t?t?b(t2?t2)1r12212ln??b(2?2)?。两板的面积分别为A、A,导12热系数分别为?及?。如果该大平板的两个表面分别维持在均匀的温度t及t,试导1212出通过该大平板的导热热量计算式。:..解:A?(t?t)Q?11121?A?(t?t)Q?22122?A??A?Q?Q?Q12tt?12(?)12?12