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一、简答题

1． 在温度为的环境中，质量热升温至环境温度损失大小。

【答案】过程的

图如图所示。

试在

温度为

的冰

自周围环境吸热融化为水，再继续吸

图上示出此过程造成的环境熵变、冰及水的熵变、熵产量和可用能

图

图中，1-2水平线段为冰吸热融解的过程；2-3曲线为水吸热升温的过程；4-5水平线段为环境大气的放热过程。

图中

表示环境的熵减量；

表示冰、水的熵增量；

表示过程造成的熵产量；带有阴影

线的部分表示过程造成的可用能损失的大小。

2． 如图所示设备称为收缩喷管，是一种使气流速度增大的设备。压力为于音速

的速度

根据质量守恒原理

略不计。若取喷管为系统，问是什么系统？

温度为的气流以低

流入喷管，在喷管内膨胀，压力和温度下降，流速升高，

流出喷管。所

此外可以认为气流流经喷管时散热可忽

图

【答案】开口绝热系。

3． 写出常用的计算工质内能、焓、熵变化的热力学一般关系式？

【答案】内能的表达式为：焓的表达式为：熵的表达式为：

或

和

的两物体之间（图）。经验告诉我们，只要

4． 均质等截面的直杆夹持在分别维持恒温和

不改变，杆子任意截面的温度

也不随时间改变而保持恒定。试问杆子是否处于平衡状态？

图

【答案】杆子仅是处于稳定状态而非平衡状态。因为杆子各截面温度维持恒定是在外界（温度为

和

的两个物体）的作用下才成立的，如果撤除

和

的两个物体，杆子各截面将逐渐趋

于均匀一致，所以杆子是处于稳 定状态而非平衡状态。由此可得，平衡必稳定；稳定未必平衡。

5． 压力为比体积为的某种气体被质量可忽略不计且无摩擦的活塞密封在垂直放置的气缸内，如图所示，现移去活塞上的重物，气缸内气体膨胀，待气体达新的平衡状态，活塞上升高度L 。为求气缸内气体 作的功，有人计算如下：

对不对? 为什么？

图

【答案】本题中气体膨胀过程是在有限压差下进行的，虽然气体最终重又达到平衡状态，但在这两个平衡态之间 经历的状态无法描述，因此用

计算过程功是错误的。考虑到气

体膨胀的后果是体积增大，把活塞上推了 L ，过程中排斥大气，大气对活塞的作用力是

该力被移动了距离L ，所以功为这个功只可能是由气体作出。虽

然结果一样，但两个解题过程基于的概念不一样，前者是错误的。 6． 采用两级活塞式压缩机将压力为0.1MPa 的空气压缩至2.5MPa , 中间压力为多少时耗功最小？

【答案】当两级的增压比相等时，耗功量达到最小值。最小值为：

7． 测定绝热节流系数的焦耳——汤姆逊实验是如何进行的？如何球的绝热截留系数？

【答案】任意选定一种实际气体，使其通过装有多空塞的管道，令高压端的压力和温度稳定

在和相应

的

而在低压端，调节阀门开度，通过改变流量得到不同的压力

然后将这些点画

在

图上，得

到

并且得到

因

为

所有这些点画成一条曲线就是等焓线。改变初试压力和温度进行类似实验，即

可得到一系列的等焓线，图中等焓线上任一点的斜率

即为

8． 什么是可逆过程？经历一个不可逆过程后，系统是否还能恢复原来的状态？为什么？

【答案】若系统在完成某一过程后，能够沿着该路径逆行而使系统及外界都回复到原来的状态，没有其他任何变化，则称此过程为可逆过程，否则则为不可逆过程。经历一个不可逆过程后，系统是能够恢复到原来的状态的。所谓不可逆过程，是指完成一个过程后，系统和外界不可能同时恢复到原来的状态，所以只有系统本身恢复到原来的状态是可能的，只是包括系统和外界在内的整个系统则一定不能恢复到原来的状态。

9． 试写出开口系统能量方程的一般表达式并说明各项的意义。

【答案】开口系统能量方程的一般表达式为：

式中

，

为开口系与外界交换的热量

；

为开口系控制容积内的储存能的变化量

；

为进口处工质的焓

为出口处时工质的焓值、动能及位能；

值、动能及位能；为开口系何外界输出的轴功。

10．定性地画出具有回热的燃气轮机装置示意图，并在

【答案】燃气轮机装置示意图如图所示。

图上定性地分析回热对热效率的影响。