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一、简答题

1． 理想气体进行定温膨胀时，可从单一恒温热源吸入的热量，将之全部转变为功对外输出，是否与热力学第二定律的开尔文叙述有矛盾？

【答案】热力学第二定律的开尔文叙述为：不可能从单一热源吸热，并使之完全变为有用功而不引起其它变化。在理想气体定温膨胀的过程中，因为热力学能不变，故可以将其从单一恒温热源吸入的热量全部转变为功对外输出，但是在这个过程中，工质的状态发生了变化，所以并不违反热力学第二定律的开尔文叙述。虽然表面上看来是热源的热量全部转变为了功，但是输出的功实际上是由热源的热量中的可用部分和工质中

2． 朗肯循环采用回热的基本原理是什么？

的减少量两部分组成的。

【答案】基本原理是提高卡诺循环的平均吸热温度来提高热效率。

3． 绝热活塞把一个刚性绝热容器分成A 和B 两部分（图），分别有某种气体，B 侧设有电加热丝。活塞 在容器内可自由移动，但两部分气体不能相互渗透。合上电闸，B 侧气体缓缓膨胀。问：，（1）取A 侧气体为系 统，是什么系统；（2）取A 侧和B 侧全部气体为系统（不包括电热丝）是什么系统；（3）取A 侧和B 侧全部 气体和电热丝为系统，是什么系统；（4）取图中虚线内为系统，是什么系统？

图

【答案】（1）闭口绝热系，因为系统仅与外界交换功； （2）闭口系，系统与电热丝交换热量；

（3）闭口绝热系，因为系统仅与外界交换电能，没有热量越过边界； （4）孤立系。

4． 试证明在压缩比

【答案】

相同的情况下，活塞式内燃机定容加热理想循环与卡诺循环有相同的

热效率。这是否说明定容加热理想循环达到了卡诺循环的理想水平？为什么？

但不能说明定容加热理想循环已达卡诺循环水平，因为

温度区间到）内， 5． 某完全气体初态压力为在

将大大高于

设环境压力为

且

请

远远高于

而在相同

经绝热节流后压力为为

节流后

图上画出三条等压线，并表示出绝热节流过程的做功能力损失的大小。说明为什么？ 【答案】

三条等压线如图所示。节流前

损失即作功损失：

6． 膨胀功、流动功、轴功和技术功之间有何区别？有何联系？

【答案】对流动工质，微分形式能量方程：

所以有

7． 在绝热良好的房间内，有一台设备完好的冰箱在工作，在炎热的夏天打开冰箱，人会感到凉爽，问室内温度是否会越来越低? 请用热力学原理加以解释。

【答案】一开始，人会感到凉爽，这是由于房间内空气中的内能传递到冰箱内，而此时冰箱输入功率转化的热小于空气进入冰箱的内热能，故空气温度降低，人感到凉爽。

随着时间的进行，冰箱输入功率转化的热越来越多地进入房间空气中，空气的温度逐步回升。这样，房间内 的温度不会越来越低。 8． 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：

9． 试说明反应热、热效应、燃料热值三者的区别与联系。

【答案】热效应是指系统经历一个化学反应过程、反应前后温度相等、并且只做容积功而无其他形式的功时，lkmol 主要反应物或生成物所吸收或放出的热量，为状态量。

反应热是过程量，于化学反应过程的状态及是否有其他作功过程有关。

根据定义，热效应就是特定定温过程且只有容积变化功时的反应热。 lkmol 燃料完全燃烧时热效应的相反值称为燃料热值。

10．试说明绝热过程的过程功和技术功的计算式的适用条件。

【答案】

根据普遍使用的热力学第一定律的第一表达式关，与过程是否可逆也无关。

和第二表达式

导

出，在绝热时有q=0, 代入即可得到上两式，故上面的过程功与技术功的计算式与使用什么工质无

二、计算题

11．气缸内的正丁烷

积为得初、终态

【答案】

因为初态

理想气体等温过程下

从

终态

所以在过程中可以近似把正丁烷当做理想气体。

所以过程功为：

12．活塞式内燃机的定容加热循环, 其初始状态为780kJ/kg，工质视为空气，

（1）确定循环

图和

图。

（2）求循环热效率和净功率。 （3）计算循环最高压力及最高温度。 （4）分析提高循环热效率的热力学措施。 【答案】（1）循环

图和

图如图所示。

压缩比为8, 对工质加入热量为

被可逆等温压缩到

临界温度

若初始时体查况N-O 图，

试求过程功。已知，正丁烷临界压力

图

（2）由

可知：

因此可得：