范文一:化工原理第四版思考题答案
3-2 球形颗粒在流体中从静止开始沉降,经历哪两个阶段,何谓固体颗粒在流体中的沉降速度,沉降速度受那些因素的影响,
答:1、加速阶段和匀速阶段;2、颗粒手里平衡时,匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度
d、,、,以及,,ppt3、影响因素由沉降公式确定。(93页3-11式)
3-6 球形颗粒于静止流体中在重力作用下的自由沉降都受到哪些力的作用,其沉降速度受哪 些因素影响?
答:重力,浮力,阻力;沉降速度受 颗粒密度、流体密度 、颗粒直径及阻力系数有关 3-7 利用重力降尘室分离含尘气体中的颗粒,其分离条件是什么,
LH答:停留时间>=沉降时间() ,uut
3-8 何谓临界粒径,何谓临界沉降速度,
答:能 100%除去的最小粒径;临界颗粒的沉降速度。
3-9 用重力降尘室分离含尘气体中的尘粒,当临界粒径与临界沉降速度为一定值时,含尘气 体的体积流量与降尘室的底面积及高度有什么关系,
答:成正比 q,u?WLVst
3-10 当含尘气体的体积流量一定时,临界粒径及临界沉降速度与降尘室的底面积 WL 有什么 关系。 答:成反比
3-12 何谓离心分离因数,提高离心分离因数的途径有哪些,
答:离心分离因数:同一颗粒所受到离心力与重力之比;提高角速度,半径(增大转速) 3-13 离心沉降与重力沉降有何不同,
答:在一定的条件下,重力沉降速度是一定的,而离心沉降速度随着颗粒在半径方向上的位置不同而变化。
3-15 要提高过滤速率,可以采取哪些措施,
dVA,P,答:过滤速率方程 ,,d,,,,V,Ve
3-16 恒压过滤方程式中,操作方式的影响表现在哪里, 答:
3-17 恒压过滤的过滤常数 K 与哪些因素有关,
2,P答:表明K与过滤的压力降及悬浮液性质、温度有关。 K,,,,
第四章 传热
4-1 根据传热机理的不同,有哪三种基本传热方式,他们的传热机理有何不同, 答:三种基本方式:热传导、对流传热和辐射传热。 ?热传导(简称导热):热量不依靠宏观混合运动而从物体中的高温区向低温区移动的过程。 在固体、液体和气体中都可以发生。 ?对流传热:由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程,只能发生在有流体流动的场合。?热辐射:因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。
4-2 傅立叶定律中的负号表示什么意思,
答:热量传递的方向沿着温度梯度下降的方向。
4-3 固体、液体、气体三者的热导率比较,哪个大,哪个小,
答:一般固体>液体>气体
4-4 纯金属与其合计比较,热导率哪个大,
答:纯金属大于合金
4-5 非金属的保温材料的热导率为什么与密度有关,
答:密度小,则所含的空气越多,气体的导热系数低于固体。
4-6 在厚度相同的两层平壁中的热传导,有一层的温度差较大,另一层较小。哪一层热阻大。 答:温差大的热阻大,热导率低。
4-9 对流传热速率方程 中的对流传热系数α 与哪些因素有关
答:流动状态(气、液、蒸汽)、流体的性质(热导率、热容、粘度、密度)、壁面形状 等 [流体有无相变化、流体流动的原因、流动状态、流动物性和壁面情况(换热器结构)等都影 响对流传热系数。]
4-15 同一液体,为什么沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大, 答:因为相变热比液体的热容大很多,所以沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热 系数大。
4-16 换热器中冷热流体在变温条件下操作时,为什么多采用逆流操作,在什么情况下可以采 用并流操作,
答:逆流时的平均温度差最大,并流时的平均温度差最小,其它流向的平均温度差介于逆流 和并流两者之间,因此就传热推动力而言,逆流优于并流和其它流动型式。当换热器的传热 量 Q 即总传热系数 K 一定时,采用逆流操作,所需的换热器传热面积较小。 在某些生产工艺要求下,若对流体的温度有所限制,如冷流体被加热时不得超过某一温 度,或热流体被冷却时不得低于某一温度,则宜采用并流操作。
-18 换热器的总传热系数的大小,受哪些因素影响,怎样才能有效地提高总传热系数, 4
答:取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等; K 值总是接近于α 小的流体的对流传热系数值,关键在于提高α 小一侧的对流传热系数; 减慢污垢形成速率或及时清除污垢。
4-20 何谓透热体、白体、黑体、灰体,
答:能透过全部辐射能的物体,称为透热体;能全部反射辐射能的物体,称为白体;能全部 吸收辐射能的物体,称为黑体或绝对黑体;能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体, 称为灰体。
4-21 何谓黑度,影响固体表面黑度的主要因素有哪些,
答:在同一温度下,实际物体的辐射能力与黑体的辐射能力之比,定义为灰体的黑度。影响固体表面黑度的主要因素有:物体的性质、温度及表面情况(如表面粗糙度及氧化 程度)。 4-26 两物体的温度分别是 200?及 100?,若将温度各提高 300?,维持其温差不变,其辐射传热的热流量是否变化, 答:增大
4-29 换热器的强化传热中,最有效的途径是增大总传热系数 K,如何增大 K 值, 答:根据公式可以采取如下措施: 提过对流换热系数,尤其是提高较小一层的对流换热系数 降低污垢热阻,及时清洗换热器, 降低热传导热阻,选择导热率大的材料,降低换热壁的厚度。
第五章 吸收
5-2 对于物理吸附,在一定温度下,如何判断气体在水中的溶解的难与易, 答:溶液浓度相同时,难溶气体在溶液上方的平衡分压大。
5-3 亨利定律中的 E、H、m 三者与温度、压力有什么关系,
Em,答:由;; 可得 p
5-4 气液相平衡关系中,(1)若温度升高,亨利常数将如何变化,(2)在一定温度下, 气相总压升高,相平衡常数 m 如何变化,若气相组成 y 为一定值,总压升高,液相 x 将如何 变化,
答:(1)温度升高,亨利常数增加 (2)总压增加,m 减小;x 增加 5-5 若溶质分压为 p 的气体混合物与溶质浓度为 c 的溶液接触,如何判断溶质是从气相 向液向传递还是从液向向气相传递,
*答:根据公式与的关系来判断,如果,从气相向液相传递 y,y
5-6 气体分子扩散系数与温度、压力有何关系,液体分子扩散系数与温度、粘度有何关 系, 答:气体分子扩散系数与温度的 1.5 次方成正比,总压力成反比;液体的扩散系数与温度成正比,与粘度成反比。
5-8 何谓两相间传质的双膜理论,其基本论点是什么,
答:(1)气液两相存在一个稳定的相界面,界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层 流,A 以分子扩散方式通过气膜和液膜。(2)相界面处两相达平衡,无扩散阻力。(3)有效 膜以外主体中,充分湍动,溶质主要以涡流扩散的形式传质。
5-10 在气液两相传质过程,什么情况下属于气膜阻力控制,什么情况下属于液膜阻力控 制,
答:传质阻力集中于气模中属于气膜阻力控制;传质阻力集中于液膜中属于液膜阻力控制 5-12 传质单元数与传质推动力有何关系?传质单元高度与传质阻力有何关系? 答:传质推动力越小,则意味着过程的难度越大,此时所需的传质单元数也就越大。传质阻力越大,填料层有效比表面越小,则每个传质单元所相当的填料层高度就越大。 5-13 气相传质单元高度与气相总压力 p 有何关系?液相传质单元高度与液相总浓度 c 有 何关系?
GLH,答:反比;H,反比 OGOLpKa,cKa,GL
第六章 蒸馏
6-1 何谓拉乌尔定律,
答:溶液中溶剂 A 的蒸汽分压等于纯溶剂的蒸气压与其液相组成的乘积。 6-2 何谓理想溶液,
答:在全部范围内符合拉乌尔定律的溶液
6-6 双组分理想溶液的相对挥发度如何计算,与什么因素有关,相对挥发度的大小对两组分的分离有何影响,
。pA,答:,,与组分种类、系统总压有关;数值越大,两组分就越容易分离。 。pB
6-7 如何应用平均相对挥发度表示平衡条件下的液相组成 x 与气相组成 y 之间的关系,
,xyy,x,答: , 1,(,-1)x,(-,-1)y
6-9 相对挥发度=1 时,用普通精馏是否能分离混合物,
答:不能
6-12 精馏塔的塔顶液相回流及塔底的气相回流对溶液的精馏起什么作用, 答:提供系统所需的热量和冷量;改变产品的组分浓度。
6-14 何谓理论板,实际塔板上汽液两相传质情况与理论板有何不同, 答:使气液两相达到平衡状态的塔板称为一块理论板。实际塔板的分离程度要比理论板小。 6-15 精馏塔一般有精馏段与提馏段,他们的作用有什么不同,
答:精馏段得到含轻组分较多的产品,提馏段得到含重组分较多的产品。 6-17 精馏塔中气相组成、液相组成及温度沿塔高是如何变化的,
答:精馏塔中气相组成、液相组成下降;温度升高。
6-21 何谓恒摩尔流量的假设,其成立的条件是什么,在精馏塔计算中有何意义, 答:假设如下:?精馏段 每层塔板上升蒸汽的摩尔流量皆相等以V表示;每层塔板下降液体
,的摩尔流量相等,以L表示。?提馏段 每层塔板上升蒸汽的摩尔流量皆相等,以表示;V每层塔板下降液体的摩尔流量皆相等。条件:溶液中两组分的摩尔汽化热相等;因气液两相温度不同而传递的热量可以忽略;精馏塔保温良好,其热量损失可以忽略。意义:使得操作线成一条直线。
6-22 精馏塔的进料状态有几种,他们对精馏段及提馏段的下降液体流量及上升蒸汽流量有什么影响,
答:有五种:冷液进料;饱和液体(泡点)进料;汽液混合物进料;饱和蒸汽(露点) 进料;过热蒸汽进料。影响书上250页图6-18
6-23 何谓进料状态参数,不同的进料热状态的 q 值有何不同,如何计算, 答:单位进料流量所引起的提馏段与精馏段下降液体流量之差值。
冷液进料 q>1
饱和液体(泡点)进料 q=1
汽液混合物进料 0<><1>1>
饱和蒸汽(露点)进料 q =0
过热蒸汽进料 q <0>0>
6-26 何谓塔顶液相回流比,何谓塔釜气相回流比,他们的大小有什么联系,用什么关 系式相互换算,
,VL`R,R,答:, DW
6-27 精馏段操作线与提馏段操作线的斜率分别是用什么表示的,是大于1 还是小于 1, 为什么,
6-30 何谓q 线方程,5 种进料热状态下,q 线在y-x 图上的方位如何表示, 答:
6-31 如何在y-x 图上绘制精馏段操作线及提馏段操作线,需要已知哪些必要的数据, 答:将精馏段操作线方程与对角线方程 联解,可得出精馏段操作线与对角线的交点 a ( 、 );再根据已知的 和 ,求出精馏段操作线在 轴的截距 ,依此值在 轴上标出点 ,直
线 即为精馏段操作线。
6-32 如何用图解法计算理论板数,如何确定进料板位置,
答:用图解法求理论板层数时,需先在x–y 图上作出精馏段和提馏段的操作线。自对角 线上的点开始,在精馏段操作线与平衡线之间作由水平线和铅垂线构成的阶梯。当阶梯跨过 两操作线的交点d 时,改在提馏段操作线与平衡线之间绘阶梯,直至阶梯的垂线达到或跨过
点为止。
最优进料位置:塔内汽相或液相组成与进料组成相等或相近的塔板。跨越两操作线交点 的梯级,NT 最少。
6-33 如何用逐板法计算理论板数,如何确定进料板位置,
答:精馏段:y1=xD
6-40 何谓全回流,在什么情况下应用全回流操作,
答:若上升至塔顶的蒸汽经全凝器冷凝后,冷凝液全部回流到塔内,该回流方式称为全 回流;开工、实验研究、设备异常或调试时,便于控制。
6-41 何谓最小理论板数,如何计算,有何应用, 答:回流比愈大,完成一定的分离任务所需的理论板层数愈少。当回流比为无限大,两
操作线与对角线重合,此时,操作线距平衡线最远,汽液两相间的传质推动力最大,因此所 需的理论板层数最少,以N min 表示。
6-42 什么是最小回流比,如何计算,
答:对于某一物系,在一定的分离任务下,所需理论板为无穷多时所对应的回流比。 6-43 适宜回流比的选取,应考虑哪些因素,适宜回流比R 通常为最小回流比Rmin 的多 少倍,
答:对操作费用的影响,对设备费用的影响 1.1-2 倍
7-1 湿物料的对流干燥过程中,热空气与湿物料之间是怎样传热与传质的,传热与传质的推动力是什么,
答:传热推动力是温度差,传质推动力是分压差
-2 湿空气中湿含量的表示方法有哪几种,他们之间有什么关系, 7
,ps0.622答:两种;相对湿度,湿度; H,p-,ps
7-3 表示湿空气性质的特征温度有哪几种,各自含义是什么,对于水-空气系统,他们的大小有何关系,何时相等,
答:四种;干球温度t,露点ttt,湿球温度,绝热饱和温度;不饱和空气中dwast,t,t,t;在饱和湿空气中四者相等 wasd
7-15 干燥试验曲线实在很定干燥下测定的。何谓恒定干燥条件,
答:空气温度,湿度,流速及其与物料接触状况等保持恒定
7-17 何谓物料的平衡含水量,一定的物料,在一定的空气温度下,物料的平衡含水量与空气的相对湿度有何关系,
答:
7-18 湿物料所含水分是结合水与非结合水之和,二者有什么区别,
答:水分与物料的结合状况不同,结合水结合能力强,其蒸汽低于同温度下纯水的饱和蒸汽压,干燥困难;而非结合水附着于固体表面发的润湿水分和较大孔隙,易干燥
范文二:化工原理第四版课后思考题答案
1、何谓绝对压力、表压和真空度?表压和绝对压力、大气压力之间有什么关系?真空度与绝对压力、大气压力有什么关系?
以绝对真空为基准度量得到得到的压力,称为绝对压力。
以大气压为基准度量得到的压力,称为相对压力。通常用压力表测得液压系统中的压力数值是相对压力,所以又将相对压力称为表压力。
当液体中某点的绝对压力低于大气压时,绝对压力比大气压力小的那部分压力数值,称为该处的真空度。
大气压力、绝对压力、相对压力和真空度之间的关系是
绝对压力=大气压力+相对压力;相以压力=绝对压力-大气压力;真空度=大气压力-绝对压力。
在液压系统中所提到的压力,一般均指相对压力(表压力)。
第二章 流体输送机械
2-2 离心泵在启动前,为什么泵壳内要灌满液体?启动后,液体在泵内是怎样提高压力的?
泵入口的压力处于什么状体?
答:离心泵在启动前未充满液体,则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小,所产生的离心
力也很小。此时,在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵,但不能
输送液体(气缚);
启动后泵轴带动叶轮旋转,叶片之间的液体随叶轮一起旋转,在离心力的作用下,液体
沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围,以很高的速度流入泵壳,液体流
到蜗形通道后,由于截面逐渐扩大,大部分动能转变为静压能。
泵入口处于一定的真空状态(或负压)
2-3 离心泵的主要特性参数有哪些?其定义与单位是什么?
1、流量qv: 单位时间内泵所输送到液体体积,m3/s, m3/min, m3/h.。
2、扬程H:单位重量液体流经泵所获得的能量,J/N,m
3、功率与效率:
轴功率P:泵轴所需的功率。或电动机传给泵轴的功率。
有效功率Pe:
效率:
2-6 在测定离心泵的扬程与流量的关系时,当离心泵出口管路上的阀门开度增大后,泵出口
压力及进口处的液体压力将如何变化?
答:泵出口压力变小,进口处真空度增加
2-10 何谓离心泵的气蚀现象?如何防止发生气蚀?
答:1、当叶片入口附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时,液体将
在此处汽化或者是溶解在液体中的气体析出并形成气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后,
气泡在高压作用下急剧地缩小而破灭,气泡的消失产生局部真空,周围的液体以极高的速度
冲向原气泡所占据的空间,造成冲击和振动。金属表面受到压力大,频率高的冲击而剥蚀以
及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等,使叶轮表面呈现海绵状、
鱼鳞状破坏。这种现象称为汽蚀。
2、为了避免气蚀的发生,泵的安装高度不能太高,可用泵规格表中给出的气蚀余量对泵
的安装高度加以限制。
2-11 影响离心泵最大允许安装高度的因素有哪些?
答:最大允许安装高度;环境大气压,工作温度下的液体饱和蒸气压,允许气蚀余量,吸入
管路的压头损失。
第三章 沉降与分离
3-3 固体颗粒在流体中沉降,其雷诺数越大,流体粘度对沉降速度的影响如何?
答:粘度越大沉降速度越小。
3-7 利用重力降尘室分离含尘气体中的颗粒,其分离条件是什么?
答:
3-8 何谓临界粒径?何谓临界沉降速度?
答:临界粒径:能100%除去的最小粒径;临界沉降速度。
3-13 离心沉降与重力沉降有何不同?
答:在一定的条件下,重力沉降速度是一定的,而离心沉降速度随着颗粒在半径方向上的位 置不同而变化。
3-15 要提高过滤速率,可以采取哪些措施?
答:过滤速率方程
第四章 传热
4-2 傅立叶定律中的负号表示什么意思?
答:热量传递的方向沿着温度梯度下降的方向。
4-8 输送水蒸气的圆管外包覆两层厚度相同、热导率不同的保温材料。若改变两层保温材料 的先后次序,其保温效果是否改变?若被保温的不是圆管而是平壁,保温材料的先后顺序对 保温效果是否有影响?
答:圆筒壁: 有影响
平壁 没有影响
4-9 对流传热速率方程 中的对流传热系数α与哪些因素有关
答:流动状态(气、液、蒸汽)、流体的性质(热导率、热容、粘度、密度)、壁面形状 等
[流体有无相变化、流体流动的原因、流动状态、流动物性和壁面情况(换热器结构)等都影 响对流传热系数。]
答:取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等;
K 值总是接近于α小的流体的对流传热系数值,关键在于提高α小一侧的对流传热系数; 减慢污垢形成速率或及时清除污垢。
4-28 下列流体在列管换热器中宜走管程还是壳程?
答:(1)腐蚀性流体宜走管程,避免同时腐蚀管程和壳程
(2)高压流体宜走管程,避免制造较厚的壳体
(3)饱和水蒸气冷凝放热宜走壳程,以利于排出冷凝液
(4) 温度不太高,需要冷却的流体宜走壳程,有利于散热
(5)需要提高流速的无相变流体宜走管程
第五章 吸收
5-3 亨利定律中的E、H、m 三者与温度、压力有什么关系?
答:由;; 可得
5-4 气液相平衡关系中,(1)若温度升高,亨利常数将如何变化?(2)在一定温度下,
气相总压升高,相平衡常数m 如何变化?若气相组成y 为一定值,总压升高,液相x 将如何 变化?
答:(1)温度升高,亨利常数增加
(2)总压增加,m 减小;x 增加
5-7 何谓对流传质的有效膜理论?如何根据有效膜理论写出传质速率方程式?
答:单相对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的膜层内,膜层内的传质形式仅为分
子扩散。有效膜厚zG 由层流内层浓度梯度线延长线与流体主体浓度线相交于一点E,则厚度 zG 为E 到相界面的垂直距离。
5-8 何谓两相间传质的双膜理论?其基本论点是什么?
答:(1)气液两相存在一个稳定的相界面,界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层
流,A 以分子扩散方式通过气膜和液膜。(2)相界面处两相达平衡,无扩散阻力。(3)有效 膜以外主体中,充分湍动,溶质主要以涡流扩散的形式传质。
5-10 在气液两相传质过程,什么情况下属于气膜阻力控制,什么情况下属于液膜阻力控 制?
答:当时属于气膜阻力控制;当时属于液膜阻力控制
5-11 在逆流操作的吸收塔中,当进塔气体组成Y1 及进塔液体组成X2 已定,最小液气比 与溶质的吸收率有何关系?
答:由可知,与吸收率成正比。
第六章 蒸馏
6-1 何谓拉乌尔定律?
答:溶液中溶剂A 的蒸汽分压等于纯溶剂的蒸气压与其液相组成的乘积。
6-2 何谓理想溶液?
答:在全部范围内符合拉乌尔定律的溶液
6-4 何为泡点、露点?对于一定的压力与组成,二者大小关系如何?
答:冷液恒压加热,溶液开始沸腾起泡的温度称为泡点;过热蒸汽恒压冷却,开始冷凝 而析出像露珠似的液滴对应的温度称为露点。露点高于泡点。
6-9 相对挥发度=1 时,用普通精馏是否能分离混合物?
答:不能
6-11 平衡蒸馏与简单蒸馏有何不同?
答:简单蒸馏过程为不稳定过程。平衡蒸馏为稳定连续过程,生产能力大。
6-16 上下相邻两层塔板的温度、液相组成与气相组成有何不同?
答:上板的温度低于下面板;液相和气相组成高于下面板。
6-19 当进料流量F 及组成一定时,若馏出液流量D 增多而釜液流量W 减少时,馏出液的 组成及釜液的组成将如何变化?
答:由可知,增加,减少。
6-20 当一定时,若增大,将如何变化?及将如何变化?
答:由可知,增加,增加。
6-21 何谓恒摩尔流量的假设?其成立的条件是什么?在精馏塔计算中有何意义?
答:(1)恒摩尔汽流恒摩尔汽流是指在精馏塔内,从精馏段或提馏段每层塔板上升的汽相摩 尔流量各自相等,但两段上升的汽相摩尔流量不一定相等。
即精馏段 提馏段
(2)恒摩尔液流恒摩尔液流是指在精馏塔内,从精馏段或提馏段每层塔板下降的液相摩尔流 量分别相等,但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。
即精馏段 提馏段
6-22 精馏塔的进料状态有几种?他们对精馏段及提馏段的下降液体流量及上升蒸汽流 量有什么影响?
答:有五种:冷液进料;饱和液体(泡点)进料;汽液混合物进料;饱和蒸汽(露点) 进料;过热蒸汽进料。
6-37 在、、一定的条件下,进料热状态参数q 值一定时,若塔顶液相回流比R 增大,对 一定分离要求所需理论板数将如何变化?对一定理论板数的精馏塔,若R 增大,对馏出液的 组成和釜液的组成有何影响?
答: ,馏出液组成增加,釜液组成减少。
6-40 何谓全回流?在什么情况下应用全回流操作?
答:若上升至塔顶的蒸汽经全凝器冷凝后,冷凝液全部回流到塔内,该回流方式称为全 回流;开工、实验研究、设备异常或调试时,便于控制。
6-41 何谓最小理论板数?如何计算?有何应用?
答:回流比愈大,完成一定的分离任务所需的理论板层数愈少。当回流比为无限大,两 操作线与对角线重合,此时,操作线距平衡线最远,汽液两相间的传质推动力最大,因此所 需的理论板层数最少,以N min 表示。
6-42 什么是最小回流比?如何计算?
答:对于某一物系,在一定的分离任务下,所需理论板为无穷多时所对应的回流比。
范文三:工程热力学第四版思考题
思考题
有人说,不可逆过程是无法恢复到初始状态的过程,这种说法对吗?
不对。关键看是否引起外界变化。可逆过程指若系统回到初态,外界同时恢复到初态。可逆过程并不是指系统必须回到初态的过程。
推动功是谁作的?是不是流进(出)系统的工质本身作的?
由于流进(出)系统的工质本身的状态并没有改变,因此推动功不是工质本身作的。所以,推动功只能是由流进(出)系统的工质传递而由工质后面的物质系统作出的,流进时是我们称之为外部功源的系统,例如,风机、水泵等所作,流出时是开口系统内其它工质所作。 流动功可否理解为开口系维持流动所须付出的代价?
焓是工质流入(或流出)开口系时传递入(或传递出)系统的总能量,那么闭口系工质有没有焓值?
闭口系工质可以计算焓值,但闭口系没有工质流进或流出,故能量方程中仅出现热力学能,而不是焓。
1、工质膨胀是否一定对外作功?
做功对象和做功部件
2、定容过程是否一定不作功?
开口系,技术功
3、定温过程是否一定不传热?
相变过程(冰融化,水汽化)
气体被压缩时一定消耗外功(错)
对工质加热,其温度反而降低,这种情况不可能(错)
1. 北方冬天晾在外边的衣服,是否经过液相
2. 有没有500oC 的水?没有。t>374.16 ℃
4. 一密闭容器内有水的汽液混合物,对其加热,是否一定能变成蒸汽?
5. 汽化有蒸发及沸腾,汽化热与汽化的方式有关吗
6. 液体降压也可沸腾汽化,此时是否需汽化热?
1.在水蒸气的定温过程中,加入的热量等于膨胀功。
2.当压力超过临界压力, 温度低于临界温度。则水处在液态。
3.温度愈高, 饱和水蒸气的熵越大。
4.干饱和蒸汽进行绝热膨胀后,必变为湿饱和蒸汽。
5.在一定的压力下, 从0℃的水加热到200℃的过热蒸汽, 其焓变为 。
6.过热蒸汽的干度大于1。
7.压力和温度一定,则水的状态就确定。
绝热过程的过程功w 和技术功w t 的计算式w =u 1-u 2 ,w t=h 1-h 2是否只限于理想气体? 是否只限于可逆绝热过程? 为什么?
试判断下列各种说法是否正确:
(1)无膨胀(或压缩) 功的过程一定是定容过程;
(2)绝热过程即定熵过程;
(3)多变过程即任意过程。
1. 功可以自发地变为热(),而热不能自发地转变为功()。
2. 自发过程不可逆(),而非自发过程是可逆的()。
3. 不可逆过程是指正过程可以实现而逆过程不能实现的过程()。
4. 可逆过程应是()
A 准静态过程;B 无耗散效应;C 准静态过程加无耗散
2. 热力学第一定律告诉我们,热机效率不可能(),热力学第二定律告诉我们,它也不能(),而只能()。
A 大于1;B 等于1; C 小于1
3. 逆卡诺机的供暖系数ε一定()1,制冷系数ε’一般()1,在相同温度范围内有ε() ε’ 。
A 大于; B 小于;C 等于
第二类永动机不可以制成,是因为
A 、违背了能量的守恒定律;
B 、热量总是从高温物体传递到低温物体;
C 、机械能不能全部转变为热力学能;
D 、热力学能不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化;
问:管道内气体流速变化的压力条件和几何条件的关系如何?
1. 在绝热流动中欲使气流增速必须降压(),反过来,流道中有压降一定能使气流增
速();
2. 在定熵流动中欲使气流达到超音速必须采用缩放喷管(),流体流经缩放流道一定
能达到超音速()。
3. 只要喷管进、出口的压力比小于临界压力比,不论使用什么形状的喷管均能达到超
音速();
4. 在定熵流动中,对应任意截面的滞止参数都是相同的()。
5. 一个出口平面为声速的渐缩喷管,若进口状态保持不变,减小出口面积,则出口速
度会发生什么变化?
6. 给定滞止温度和滞止压力的某气体在一个缩放喷管中被加速到Ma =2;而在另一个
喷管中被加速到Ma =3. 关于这两个喷管的喉部压力情况怎样?
7. 压缩比相同、吸热量相同时应该优先采用哪一种内燃机循环?
8. 循环最高压力和最高温度相同时优选采用哪一种内燃机循环?
9. 燃气轮机循环装置中评价燃气轮机和压气机的热力学指标分别是什么?如何定
义?
1.在目前的技术条件下,水蒸气卡诺循环是难以实现的。
2.在目前的技术条件下,即使实现了水蒸气卡诺循环,其热效率也是不高的。
3.热效率随着蒸汽初压的提高而增加,因此,设计时总是选择装置所能承受的最大压力。
4.热效率随着蒸汽初温的提高而增加,因此,设计时总是选择金属材料所能承受的最大温度。
5.从热电循环的经济性角度考虑,应尽可能提高热电循环的能量利用系数。
6.蒸汽动力循环在采用高的初参数和再热、回热等措施以后,热效率距相同温度范围的卡诺循环热效率尚有相当大的距离。主要是因为平均吸热温度比金属容许温度还低得较多。
1. 蒸汽中间再过热的主要作用是什么?是否任何条件下再过热都有好处?为什么?
2. 假如保持给水温度不变,回热抽汽的压力是高些好是低些好(只讨论一级回热)?
3. 循环的热效率ηt 与整个装置的效率是一回事吗?它们有什么区别和联系。
4. 若以饱和状态下的湿饱和蒸汽为工质进行一个卡诺循环,试分析对比具有相同的蒸汽初压及乏汽压力时,卡诺循环和朗肯循环在理论热效率及实际可用性方面何者优越?
5. 蒸汽动力装置中,乏汽在冷凝器中向冷却水放出的热量比装置输出的轴功要大得多。如设想直接利用压缩机把乏汽加压后送回锅炉,这样做岂不是可节省许多燃料而提高装置的热效率了吗?试分析这种想法错在哪里?
范文四:第四版工程热力学思考题
1
1. 闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系 一定是闭口系统吗?
不一定,稳定流动系统内质量也保持恒定。
2.有人认为开口系统内系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系 统不可能是绝热系。对不对,为什么?
不对,绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递(传热量) ,随物质进出的 热能(准确地说是热力学能)不在其中。
3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系?
平衡状态一定是稳定状态,稳定状态则不一定是平衡状态。
4.倘使容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?绝 对压力计算公式
p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p="" b="">
中,当地大气压是否必定是环境大气
压? 当地大气压 p b 改变,压力表读数
就 会 改变。当地大气压 p b 不一定是环境大
气压。 5.温度计测温的基本原理是什么?
热力学第零定律
The zeroth law of thermodynamics
enables us to measure temperature. In
order to measure temperature of body A, we
compare body C — a thermometer —
with body A and temperature scales (温度的 标尺, 简称温标 ) separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer.
6.经验温标的缺点是什么?为什么?
4题图
不同测温物质的测温结果有较大的误差,因为测温结果依赖于测温物质的性质。 7.促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。
有势差(温度差、压力差、浓度差、电位差等等)存在。
8.分别以图 1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的 热水和正在运行的电视机为研究对象,说明这些是什么系统。
参加公路自行车赛的运动员是开口系统、 运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、 杯 子里的热水是开口系统(闭口系统 —— 忽略蒸发时) 、正在运行的电视机是闭口系统。 9.家用电热水器是利用电加热水的家用设备,通常其表面散热可忽略。取正在使用的家 用电热水器为控制体(但不包括电加热器) ,这是什么系统?把电加热器包括在研究对象 内,这是什么系统?什么情况下能构成孤立系统?
不包括电加热器为开口(不绝热)系统(a 图) 。包括电加热器则为开口绝热系统(b 图) 。
将能量传递和质量传递(冷水源、热水汇、热源、电源等)全部包括在内,构成孤立 系统。或者说,孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。
10.分析汽车动力系统(图 1-21)与外界的质能交换情况。
吸入空气,排出烟气,输出动力(机械能)以克服阻力,发动机水箱还要大量散热。 9题图
2
3
不考虑燃烧时,燃料燃烧是热源,燃气工质吸热;系统包括燃烧时,油料发生减少。
11. 经历一个不可逆过程后, 系统能否恢复原来状态?包括系统和外界的整个系统能否恢 复原来状态?
经历一个不可逆过程后, 系统可以恢复原来状态, 它将导致外界发生变化。 包括系统 和外界的整个大系统不能恢复原来状态。
12.图 1-22中容器为刚性绝热容器,分成两部分,
一 部
分装气体,一部分抽成真空,中间是隔板,
(1)突然抽去隔板,气体(系统)是否作功?
(2)设真空部分装有许多隔板,逐个抽去隔板,
每 抽 一块板让气体先恢复平衡在抽下一块,则又如
何? (3)上述两种情况从初态变化到终态,其过程是
否都可在 p -v 图上表示?
13.过程 1a2是可逆过程,过程 1b2是不可逆过
程。有人 说过程 1a2对外作功大于过程 1b2, 你是否同意他
的说法? 为什么? 不同意。过程 1a2的作功量是确定的,而过程 1b2的作功量不确定,因而无法比较。
14. 系统经历一可逆正向循环和其逆向可逆循环后, 系统和外界有什么变化?若上述正向 循环及逆向循环中有不可逆因素,则系统及外界有什么变化?
系统经历一可逆正向循环和其逆向可逆循环后, 系统和外界没有变化。 若上述正向循 环及逆向循环中有不可逆因素, 则系统恢复原来状态, 外界则留下了变化 (外界的熵增加) 。
15.工质及气缸、活塞组成的系统经循环后, 系统输出功中是否要减去活塞排斥大气功才 是有用功?
不需要。
v 1 2
1.热力学能就是热量吗?
不是。热力学能是工质的状态参数,是工质的性质,是工质内部储存能量,是与状态 变化过程无关的物理量。 热量是工质状态发生变化时通过系统边界传递的热能, 其大小与 变化过程有关,热量不是状态参数。
2.若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞机上,工质的总能中 是否包括外部储存能?在以氢、 氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否应包括氢和氧 的化学能?
无论参考坐标建立在何处, 工质的总能中始终包括外部储存能, 只不过参考坐标建立 合适,工质的宏观动能、宏观势能的值等于零,便于计算。
氢氧燃料电池中化学能变化是主要的能量变化,因而不可忽略。
3.能否由基本能量方程式得出功、热量和热力学能是相同性质的参数的结论?
q =?u +w
不能。 基本能量方程式仅仅说明且充分说明功、 热量和热力学能都是能量, 都是能量 存在的一种形式, 在能量的数量上它们是有等价关系的。而不涉及功、热量和热力学能的 其他属性,也表明功、热量和热力学能的其他属性与能量本质无关。
4.一刚性容器,中间用绝热隔板分为两部分, A 中存有高压空气, B 中保持真空,如图 2-12所示。 若将隔板抽去, 分析容器中空气的热力学能将如何变化?若在隔板上有一小孔, 气体泄漏入 B 中,分析 A 、 B 两部分压力相同时 A 、 B 两部分气体热力学能如何变化? q =?u +w
q=0, ?u 为负值(u 减少) ,转化为 气体的 动能,动能在 B 中经内部摩擦耗散为热 能被气 体重新吸收, 热力学能增加, 最终 ?u =0。
5. 热力学第一定律的能量方程式是否 可写成 下列形式?为什么?
图 2-12 自由膨胀
4
5
q =?u +pv
q 2-q 1=(u2-u 1)+(w2-w 1)
不可以。 w 不可能等于 pv , w 是过程量, pv 则是状态参数。 q 和 w 都是过程量,所以不 会有 q 2-q 1和 w 2-w 1。
6. 热力学第一定律解析式有时写成下列两者形式:
q =?u +w
q =?u +
12?pdv
分别讨论上述两式的适用范围。
前者适用于任意系统、任意工质和任意过程。
后者适用于任意系统、任意工质和可逆过程。
7.为什么推动功出现在开口系能量方程中,而不出现在闭口系能量方程式中?
推动功的定义为,工质在流动时,推动它下游工质时所作的功。开口系工质流动,而 闭口系工质不流动, 所以推动功出现在开口系能量方程中, 而不出现在闭口系能量方程式 中。
我个人认为推动功应该定义为由于工质在一定状态下占有一定空间所具有的能量, 它 是工质本身所固有的性质, 是一个状态参数。 推动功既可以出现在开口系能量方程中, 也 可以出现在闭口系能量方程式中(需要把 w 拆开, w =w t +?(pv)) 。 —— 占位能
8.焓是工质流入(或流出)开口系时传递入(或传递出)系统的总能量,那么闭口系工 质有没有焓值?
比较正规的答案是, 作为工质的状态参数, 闭口系工质也有焓值,但是由于工质不流 动,所以其焓值没有什么意义。
焓 =热力学能 +占位能
9.气体流入真空容器,是否需要推动功?
推动功的定义为,工质在流动时,推动它下游工质时所作的功。下游无工质,故不需
6
要推动功。利用开口系统的一般能量方程式推导的最终结果也是如此。
10.稳定流动能量方程式(2-21)是否可应用于像活塞式压气机这样的机械稳定工况运行 的能量分析?为什么?
可以。 热力系统的选取有很大的自由度。 一般把活塞式压气机取为闭口系统, 是考察 其一个冲程内的热力变化过程。 如果考虑一段时间内活塞式压气机的工作状况和能量转换 情况,就需要把它当成稳定流动系统处理,包括进排气都认为是连续的。
11.为什么稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等都会改变,而整 个系统的 ?U CV =0、 ?H CV =0、 ?S CV =0?
控制体的 ?U CV =0、 ?H CV =0、 ?S CV =0是指过程进行时间前后的变化值,稳定流动系统 在不同时间内各点的状态参数都不发生变化,所以 ?U CV =0、 ?H CV =0、 ?S CV =0。稳定流动 开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等的改变仅仅是依坐标的改变。
12.开口系实施稳定流动过程,是否同时满足下列三式:
δQ=dU+δW
δQ=dH+δW t
δQ=dH+()2
2f c d m +mgdz+δW
i 上述三式中, W 、 W t 和 W i 的相互关系是什么? 答:都满足。 δW=d(pV)+ δW t = d(pV)+
()2
2f c d m +mgdz+δW i δW t = ()22f c d m +mgdz+δW i
7
13. 几股流体汇合成一股流体称为合流, 如图 2-13所示。 工程上几台压气机同时向主气道
送气以及混合式换热器等都有合流的问题。通常合流过程都是绝热的。取 1-1、 2-2和 3-3截面之间的空间为控制体积,列出能量方程式并导出出口截面上焓值 h 3的计算式。
进入系统的能量 – 离开系统的能量 =系统贮存能量的变化
系统贮存能量的变化:不变。
进入系统的能量:q m1带入的和 q m2带入的。没有热量输入。
q m1(h 1+cf12/2+gz1) + qm2(h 2+cf22/2+gz2)
离开系统的能量:q m3带出的,没有机械能(轴功)输出。
q m3(h 3+cf32/2+gz3)
如果合流前后流速变化不太大,且势能变化一般可以忽略,则能量方程为:
q m1?h 1+ qm2?h 2= qm3?h 3
出口截面上焓值 h 3的计算式
h 3=(q m1?h 1+ qm2?h 2) / qm3
本题中, 如果流体反向流动就是分流问题, 分流与合流问题的能量方程式是一样的,一般 习惯前后反过来写。
q m1?h 1 = qm2?h 2+ qm3?h 3
1.怎样正确看待“理想气体”这个概念?在进行实际计算时如何决定是否可采用理想气 体的一些公式?
第一个问题很含混, 关于“理想气体”可以说很多。可以说理想气体的定义:理想气 体,是一种假想的实际上不存在的气体,其分子是一些弹性的、不占体积的质点,分子间 无相互作用力。 也可以说, 理想气体是实际气体的压力趋近于零时极限状况。 还可以讨论 什么情况下,把气体按照理想气体处理,这已经是后一个问题了。后一个问题,当气体距 离液态比较远时(此时分子间的距离相对于分子的大小非常大) ,气体的性质与理想气体 相去不远,可以当作理想气体。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象。
2. 气体的摩尔体积 V m 是否因气体的种类而异?是否因所处状态不同而异?任何气体在任 意状态下摩尔体积是否都是 0.022414m 3/mol?
气体的摩尔体积 V m 不因气体的种类而异。所处状态发生变化,气体的摩尔体积也随 之 发 生 变 化 。 任 何 气 体 在 标 准 状 态 (p =101325Pa, T =273.15K) 下 摩 尔 体 积 是 0.022414m 3/mol。在其它状态下,摩尔体积将发生变化。
3.摩尔气体常数 R 值是否随气体的种类而不同或状态不同而异?
摩尔气体常数 R 是基本物理常数,它与气体的种类、状态等均无关。
4.如果某种工质的状态方程式为 pv=Rg T ,这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温 度的函数吗?
是的。
5.对于确定的一种理想气体, c p – c v 是否等于定值? c p /cv 是否为定值? c p – c v 、 c p /cv 是否随
8
温度变化?
c p – c v =R g ,等于定值,不随温度变化。 c p /cv 不是定值,将随温度发生变化。
6.迈耶公式 c p – c v =R g 是否适用于动力工程中应用的高压水蒸气?是否适用于地球大气中 的水蒸气?
不适用于前者,一定条件下近似地适用于后者。
7.气体有两个独立的参数, u (或 h )可以表示为 p 和 v 的函数,即 u=f(p, v)。但又曾得 出结论,理想气体的热力学能(或焓)只取决于温度,这两点是否矛盾?为什么? 不矛盾。 pv=Rg T 。热力学能(或焓)与温度已经相当于一个状态参数,他们都可以 表示为独立参数 p 和 v 的函数。
8.为什么工质的热力学能、焓和熵为零的基准可以任选,所有情况下工质的热力学能、 焓和熵为零的基准都可以任选?理想气体的热力学能或焓的参照状态通常选定哪个或哪 些个状态参数值?对理想气体的熵又如何?
我们经常关注的是工质的热力学能、 焓和熵的变化量, 热力学能、焓和熵的绝对量对 变化量没有影响, 所以可以任选工质的热力学能、 焓和熵为零的基准。所有情况下工质的 热力学能、 焓和熵为零的基准都可以任选?不那么绝对,但是在工程热力学范围内,可以 这么说。工质的热力学能、焓和熵的绝对零点均为绝对零度(0K ) ,但是目前物理学研究 成果表明,即使绝对零度,工质的热力学能、焓和熵也不准确为零,在绝对零度,物质仍 有零点能,由海森堡测不准关系确定。 (热力学第三定律可以表述为,绝对零度可以无限 接近,但永远不可能达到。 )
标准状态(p =101325Pa, T =273.15K) 。 (p =101325Pa, T =293.15K) 、 (p =101325Pa, T =298.15K) ,水的三相点,等等。
9.气体热力性质表中的 u 、 h 及 s 0的基准是什么状态?
标准状态
10.在图 3-15所示的 T – s 图上任意可逆过程 1– 2的热量如何表示?理想气体 1和 2状态 间热力学能变化量、焓变化量能否在图上用面积表示?若 1– 2经过的是不可逆过程又如
9
10
何?
曲线 1-2下的曲边梯形面积就是任意可逆过程 1– 2的热量。 dQ=TdS沿过程的积分。 Q=?U+W,所以 ?U=Q– W 。不可逆过程传热量不能用曲边梯形面积表达,但是热力学能 和焓还可以用原方式表达,因为热力学能和焓都是状态参数,其变化与过程路径无关。
11.理想气体熵变计算式(3-39) 、 (3-41) 、 (3-43)等是由可逆过程导出,这些计算式是 否可以用于不可逆过程初、终态的熵变?为什么?
可以。熵是状态参数,其变化与过程路径无关。
12.熵的数学定义式为 ds=dq/T,又 dq=cdT,故 ds=(cdT)/T。因理想气体的比热容是温度 的单值函数, 所以理想气体的熵也是温度的单值函数, 这一结论是否正确?若不正确,错 在何处?
不正确。错在 c 不是状态参数,与过程有关。是温度单值函数的是定过程比热。
13.试判断下列各说法是否正确:
(1)气体吸热后熵一定增大; (2)气体吸热后温度一定升高; (3)气体吸热后热力 学能一定增加; (4)气体膨胀时一定对外作功; (5)气体压缩时一定耗功。
(1)正确; (2)不正确; (3)不正确; (4)正确; (5)正确。
14.氮、氧、氨这样的工质是否和水一样也有饱和状态的概念,也存在临界状态?
T
11
是的。几乎所有的纯物质(非混合物)都有饱和状态的概念,也存在临界状态。此外 的物质性质更为复杂。
15.水的三相点的状态参数是不是唯一确定的?三相点与临界点有什么差异?
水的三相点的状态参数是唯一确定的,这一点由吉布斯相律确认:对于多元(如 k 个 组元)多相(如 f 个相)无化学反应的热力系,其独立参数,即自由度 n = k– f + 2。三相 点:k =1, f = 3,故 n = 0。
三相点是三相共存点, 在该点发生的相变都具有相变潜热。 临界点两相归一, 差别消 失,相变是连续相变,没有相变潜热。三相点各相保持各自的物性参数没有巨大的变化, 临界点的物性参数会产生巨大的峰值变化。 三相点和临界点是蒸汽压曲线的两个端点。 三 相点容易实现,临界点不容易实现。
16.水的汽化潜热是否是常数?有什么变化规律?
水的汽化潜热不是常数, 三相点汽化潜热最大, 随着温度和压力的提高汽化潜热逐渐 缩小,临界点处汽化潜热等于零。
17.水在定压汽化过程中,温度保持不变,因此,根据 q =?u +w ,有人认为过程中的热量 等于膨胀功,即 q =w ,对不对?为什么?
不对。 ?u =cv ?T 是对单相理想气体而言的。 水既不是理想气体, 汽化又不是单相变化, 所以 q =w 的结论是错的。
18.有人根据热力学第一定律解析式 δq =dh – v d p 和比热容的定义 c =
dT
q
δ,所以认为
T c h T T p
p ?=?21
是普遍适用于一切工质的。进而推论得出水定压汽化时,温度不变,因
此其焓变量 T c h T T p
p ?=?21
=0。这一推论错误在哪里?
c =dT
q
δ是针对单相工质的,不适用于相变过程。
12
1.试以理想气体的定温过程为例,归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法。
要解决的问题:揭示过程中状态参数的变化规律,揭示热能与机械能之间的转换情 况, 找出其内在规律及影响转化的因素。 在一定工质热力性质的基本条件下,研究外界条 件对能量转换的影响,从而加以利用。
使用的方法:分析典型的过程。分析理想气体的定值的可逆过程,即过程进行时限 定某一参数不发生变化。
分析步骤 1) 建立过程方程式;
2) 找出(基本)状态参数的变化规律,确定不同状态下参数之间的关系; 3) 求出能量参数的变化(过程功、技术功、热力学能、焓、熵、传热量等等) ; 4)
画出过程变化曲线(在 T -s 图、 p -v 图上) 。
2.对于理想气体的任何一种过程,下列两组公式是否都适用?
?u =c v (t 2– t 1) , ?h =c p (t 2– t 1) ; q =?u =c v (t 2– t 1) , q =?h =c p (t 2– t 1)
第一组都适用, 第二组不适用。 第二组第一式只适用于定容过程, 第二式只适用于定 压过程。
3.在定容过程和定压过程中,气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。 定温过程气体的温度不变, 在定温膨胀过程中是否需要对气体加入热量?如果加入的话应 如何计算?
需要加入热量。 q =?u +w , 对于理想气体, q =w =1
2
1ln v v RT 或 q =?h +w t , 对于理想气体, q =w t =1
2
1ln
v v RT 。 4.过程热量 q 和过程功 w 都是过程量,都和过程的途径有关。由理想气体可逆定温过程
13
热量公式 q =
1
211ln
v v v p 可知,只要状态参数 p 1、 v 1和 v 2确定了, q 的数值也确定了,是
否可逆定温过程的热量 q 与途径无关?
― 可逆定温过程 ‖ 已经把途径规定好了,此时谈与途径的关系没有意义。再强调一遍, 过程热量 q 和过程功 w 都是过程量,都和过程的途径有关。
5.闭口系在定容过程中外界对系统施以搅拌功 δw ,问这时 δQ =mc v d T 是否成立?
不成立。搅拌功 δw 以机械能形式通过系统边界,在工质内部通过流体内摩擦转变为 热,从而导致温度和热力学能升高。 δQ 是通过边界传递的热能,不包括机械能。 6.绝热过程的过程功 w 和技术功 w t 的计算式
w =u 1– u 2, w t =h 1– h 2
是否只适用于理想气体?是否只限于可逆绝热过程?为什么?
两式来源于热力学第一定律的第一表达式和第二表达式,唯一条件就是绝热 q =0,与 是否理想气体无关,且与过程是否可逆也无关,只是必须为绝热过程。 7.试判断下列各种说法是否正确?
(1) 定容过程即无膨胀(或压缩)功的过程; (2) 绝热过程即定熵过程; (3) 多变过程即任意过程。
答:(1) 定容过程即无膨胀(或压缩)功的过程; ——
正确。
(2) 绝热过程即定熵过程; —— 错误,可逆 绝 热 过程是定熵过程,不可逆绝热过程不是定熵过程。
(3) 多变过程即任意过程。 —— 错误,右图 中 的 过程就不是多变过程。
8.参照图 4-17,试证明:q 1-2-3≠ q1-4-3。图中 1– 2、
4– 37题图
14
各为定容过程, 1– 4、 2– 3各为定压过程。 证明:q 1-2-3=q 1-2+q 2-3, q 1-4-3= q1-4+ q4-3
q 1-2= cv (T 2– T 1) ,
q 2-3= cp (T 3– T 2)= cv (T 3– T 2)+R (T 3– T 2) , q 4-3= cv (T 3– T 4) ,
q 1-4= cp (T 4– T 1) = cv (T 4– T 1)+R (T 4– T 1) 。 ∴ q 1-2-3=q 1-2+q 2-3= cv (T 2– T 1)+ cv (T 3– T 2)+R (T 3– T 2) = cv (T 3– T 1)+R (T 3– T 2)
q 1-4-3= q1-4+ q4-3= cv (T 4– T 1)+R (T 4– T 1)+c v (T 3– T 4)
= cv (T 3– T 1)+R (T 4– T 1)
于是 q 1-2-3– q 1-4-3= R(T 3– T 2) – R (T 4– T 1)
=R [(T 4
12p p – T 112p p ) – (T 4– T 1)]= R (1
2p p
– 1)(T 4– T 1)>0 所以, q 1-2-3≠ q1-4-3,证毕。
9.如图 4-18所示,今有两个任意过程 a – b 及 a – c , b 点及 c 点在同一条绝热线上, (1) 试 问 ?u ab 与 ?u ac 哪个大? (2) 若 b 点及 c 点在同一条定温线上,结果又如何?
依题意, T b >T c ,所以 ?u ab >?u ac 。若 b 点及 c 点在同一条定温线上,则 ?u ab =?u ac 。
10.理想气体定温过程的膨胀功等于技术功能否推广到任意气体?
图 4-17
图 4-18题解
b
图 4-18
15
从热力学第一定律的第一表达式和第二表达式来看,膨胀功和技术功分别等于 w=q– ?u 和 w t =q– ?h ,非理想气体的 ?u 和 ?h 不一定等于零,也不可能相等,所以理想气 体定温过程的膨胀功等于技术功不能推广到任意气体。 11.下列三式的使用条件是什么?
p 2v 2k
=p1v 1k
, T 1v 1k-1
=T2v 2k-1
, T 1k
k p 11
--=T2k
k p 12
--
使用条件是:理想气体,可逆绝热过程。
12. T – s 图上如何表示绝热过程的技术功 w t 和膨胀功 w ?
4-13 在 p — v 和 T — s 图上如何判断过程 q 、 w 、 ?u 、 ?h 的正负。
通过过程的起点划等容线(定容线) ,过程指向定容线右侧,系统对外作功, w>0;过 程指向定容线左侧,系统接收外功, w<>
通过过程的起点划等压线(定压线) ,过程指向定压线下侧,系统对外输出技术功, w t >0;过程指向定压线上侧,系统接收外来技术功, w t <>
通过过程的起点划等温线(定温线) ,过程指向定温线下侧, ?u<0、>0、><0;过程指向 定温线上侧,="" ?u="">0、 ?h>0。
通过过程的起点划等熵线(定熵线) ,过程指向定熵线右侧,系统吸收热量, q>0;过 程指向定熵线左侧,系统释放热量, q<>
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4-14 试以可逆绝热过程为例,说明水蒸气的热力过程与理想气体的热力过程的分析计算 有什么异同?
相同点:都是首先确定起始状态和结束状态, 然后在计算过程的作功量等数据。 计算 过程中,始终要符合热力学第一定律。
不同点:理想气体的计算是依靠理想气体状态方程以及功和热量的积分计算式进行计 算,而水蒸气是依靠查图查表进行计算。
4-15 实际过程都是不可逆的,那么本章讨论的理想可逆过程有什么意义?
理想可逆过程是对实际过程的近似和抽象, 实际过程过于复杂不易于分析, 通过理想 可逆过程的分析以及根据实际过程进行适当修正,可以了解实际过程能量转换变化情况, 以及如何向理想可逆过程靠近以提高相应的技术指标。
5-1热力学第二定律能否表达为:“机械能可以全部变为热能, 而热能不可能全部变为机械 能。 ”这种说法有什么不妥当?
答:热能不是不可能全部变成机械能, 如定温过程就可以。但想要 连续地 将热能转变 为机械能则是不可能的。
5-2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?提示:考虑气体本身是否有变化。
v
=0 =0
k ∞
答:理想气体进行定温膨胀时,压力不断降低,体积越来越大。当压力低到外界压力 时,就不能再继续降低了,过程也就停止了。热力学第二定律的开尔文叙述的内容是:不 可能制造出从单一热源吸热, 使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机 (第 二类永动机是不可能制造成功的 。 ) 一方面压力降低,体积增大就是变化;另一方面,热 力发动机要求连续工作,而定温过程做不到。所以,这个过程与热力学第二定律无矛盾。 5-3自发过程是不可逆过程,非自发过程必为可逆过程,这一说法是否正确?
答:错。 “非自发过程必为可逆过程。 ”的说法完全错误,非自发过程需付出代价(更 强的自发过程) 才能实现, 可逆过程则是一种实际上不存在的理想过程, 两者之间没有什 么关系。
5-4请给“不可逆过程”一个恰当的定义。请归纳热力过程中有哪几种不可逆因素? 答:各种不可逆因素总可以表示为将机械能耗散为热能,例如温差传热,卡诺说:凡 是有温度差的地方都可以产生动力。 因此, 温差传热使得本可以作出的功没有作出, 这就 相当于将机械能耗散为热能。 凡是最终效果都可以归结为使机械能耗散为热能的过程都是 不可逆过程。 热力过程中的不可逆因素有功热转换、 有限温差传热、 自由膨胀、 混合过程、 电阻等等。
5-5 试证明热力学第二定律的各种说法的等效性:若克劳修斯说法不成立,则开尔文说法 也不成立。
答:热力学第二定律的各种说法都是等效的,可以证明它们之间的等效性。
图 4-1 图 4-2
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如图 4– 1所示,某循环发动机 E 自高温热源 T 1吸热 Q 1,将其中一部分转化为机械 能 W 0,其余部分 Q 2=Q1– W 0排向低温热源 T 2,如果可以违反克劳修斯说法,即热量 Q 2可以不花代价地自低温热源传到高温热源, 如图中虚线所示那样, 则总的结果为高温热源 失去热能 (Q1– Q 2) ,循环发动机产生了相应的机械能 W 0,而低温热源并无变化,相当于一 台从单一热源吸热而作功的循环发动机。所以,违反克劳修斯说法必然违反开尔文说法, 类似地,违反开尔文说法也必然违反克劳修斯说法,两种说法完全等价(图 4-2) 。 5-6下列说法是否有错误:(1)循环净功 W net 愈大则循环热效率愈高; (2)不可逆循环热 效率一定小于可逆循环热效率; (3)可逆循环热效率都相等, 1
2
1T T t
-
=η。
(1) 错。
(2) 错。应当是在同样的高温热源和低温热源之间。否则没有比较基础。 (3) 错。应当是在同样的高温热源和低温热源之间。否则没有比较基础。 5-7循环热效率公式:1
2
1q q q t -=
η和 1
21T T T t
-=
η是否完全相同?各适用于哪些场
合?
答:不同。前者适用于一般的循环(可逆和不可逆循环) ,后者仅适用于在两个恒温 热源之间工作的可逆循环。
(第三版 5-8题)不违反。它是依赖于压力差作功的。
5-8下述说法是否正确:(1)熵增大的过程必定为吸热过程; (2)熵减小的过程必为放热 过程; (3)定熵过程必为可逆绝热过程; (4)熵增大的过程必为不可逆过程; (5)使系统 熵增大的过程必为不可逆过程; (6)熵产 S g >0的过程必为不可逆过程。
答:
(1) 错。不可逆绝热过程熵也会增大。
(2) 错, 不准确。 不可逆放热过程, 当放热引起的熵减大于不可逆引起的熵增时 (亦
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即当放热量大于不可逆耗散所产生的热量时) ,它也可以表现为熵略微减少,但没有可逆 放热过程熵减少那么多。
(3) 错。不可逆放热过程,当放热引起的熵减等于不可逆引起的熵增时(亦即当放 热量等于不可逆耗散所产生的热量时) ,它也可以表现为熵没有发生变化。
(4)错。可逆吸热过程熵增大。
(5)错。理由如上。可以说:“使 孤立 系统熵增大的过程必为不可逆过程。 ” (6)对。
5-9下述说法是否有错误:(1)不可逆过程的熵变 ?S 无法计算; (2)如果从同一初始态到 同一终态有两条途径, 一为可逆, 另一为不可逆, 则 ?S 不可逆 >?S 可逆 , ?S f ,不可逆 >?S f ,可逆 , ?S g ,
不可逆
>?S g ,可逆 ; (3)不可逆绝热膨胀终态熵大于初态熵 S 2>S1,不可逆绝热压缩终态熵小于
初态熵 S 2
0>ds , <>
T q
δ。
答:
(1)错。熵是状态参数,只要能够确定起迄点,就可以确定熵变 ?S 。
(2)错。应为 ?S 不可逆 =?S 可逆 、 S f ,不可逆 (3)错。不可逆绝热压缩过程的终态熵也大于初态熵, S 2>S1。 (4)错。 0=ds ,因为熵是状态参数。 5-10从点 a 开始有两个可逆过程:定容过程 a – b 和定压过程 a – c , b 、 c 两点在同一条绝热线上(见图 5– 34) ,问 q a – b 和 q a – c 哪 个 大?并在 T – s 图上表示过程 a – b 和 a – c 及 q a – b 和 q a – c 。 答:可逆定容过程 a-b 和可逆定压过程 a-c 的逆过程 c-a 以 及 可逆绝热线即定熵线上过程 b-c 构成一可逆循环,它们围成 的 面 积代表了对外作功量,过程 a-b 吸热,过程 c-a 放热,根据热力学第一定律,必然有 图 5– 34 20 ∣q a-b ∣>∣q c-a ∣, 才能对外输出净功。 也就是, q a-b >qa-c 。 图中, q a-b 为 abs b s a a 围成的面积, q a-c 为 acs b s a a 围 成 的面积。 5-11某种理想气体由同一初态经可逆绝热压缩和不 可 逆 绝热压缩两种过程,将气体压缩到相同的终压,在 p – v 图上和 T – s 图上画出两过程,并在 T – s 图上示出 两 过 程的技术功及不可逆过程的 火 用 损失。 答:见图。 5-12孤立系统中进行了(1)可逆过程; (2)不可逆过程,问孤立系统的总能、总熵、总 火 用 各如何变化? 答:(1)孤立系统中进行了可逆过程后,总能、总熵、总 火 用 都不变。 (2)孤立系统中进行了不可逆过程后,总能不变,总熵、总 火 用 都发生变化。 5-13 例 5– 12中氮气由 0.45MPa 、 310K 可逆定温膨胀变化到 0.11MPa 、 310K , w 1– 2, max =w=129.71 kJ/kg,但根据最大有用功的概念,膨胀功减去排斥大气功(无用功)才等 于有用功,这里是否有矛盾? 11题图 21 答:没有矛盾。 5-14 下列命题是否正确?若正确,说明理由;若错误,请改正。 (1)成熟的苹果从树枝上掉下,通过与大气、地面的摩擦、碰撞,苹果的势能转变 为环境介质的热力学能, 势能全部是 火 用 ,全部转变为 火 无 。 (2)在水壶中烧水,必有热量散发到环境大气中,这就是 火 无 ,而使水升温的那部分 称之为 火 用 。 (3)一杯热水含有一定的热量 火 用 ,冷却到环境温度,这时的热量就已没有 火 用 值。 (4)系统的 火 用 只能减少不能增加。 (5)任一使系统 火 用 增加的过程必然同时发生一个或多个使 火 用 减少的过程。 5-15 闭口系统绝热过程中,系统由初态 1变化到终态 2,则 w=u1– u 2。考虑排斥大气作 功, 有用功为 w u = u1– u 2– p 0(v1– v 2) , 但据 火 用 的概念系统由初态 1变化到终态 2可以得到 的最大有用功即为热力学能 火 用 差:w u,max =ex,U1– e xU2= u 1– u 2– T 0(s1– s 2) – p 0(v1– v 2) 。为 什么系统由初态 1可逆变化到终态 2得到的最大有用功反而小于系统由初态 1不可逆变化 到终态 2得到的有用功小?两者为什么不一致? P170 5-1 εt =15 . 26815. 2932015. 273211-+=-T T T =11.726 Q 2=726 . 111726. 1111-=-Q t t εε?2.5?104=22867.99kJ/h N=W/95%=Q1/(0.95εt )=2.5?104/(0.95?11.726)=2244.23kJ/h=0.623kW N 电炉 = Q1=2.5?104kJ/h= 6.944kW 5-2 不采用回热 p 2=p1=0.1MPa, T4=T1=300K, T3=T2=1000K, q23=400kJ/kg, q 12=cp (T2-T 1)=1.004?(1000-300)=702.8kJ/kg 22 q 34=cp (T4-T 3)=1.004?(300-1000)=-702.8kJ/kg q 23=RT2ln(p2/p3), q41=RT1ln(p4/p1)=RT1ln(p3/p2)= -RT1ln(p2/p3) ∴ q41=-T1 q23/T2= -300?400/1000=-120kJ/kg ηt =1-?q 41+q34?/ (q12+q23) =1-?-702.8-120?/ (702.8+400) = 0.2539 采用极限回热,过程 34放热回热给过程 12, q 34?q 12 ηr =1-?q 41?/q23) =1-?-120?/400=0.70 5-3 如图所示,如果两条绝热线可以相交,则令绝热线 s 1、 s 2交 于 a 点,过 b 、 c 两点作等压线分别与绝热线 s 1、 s 2交于 b 、 c 点。于是,过程 bc 、 ca 、 ab 组成一闭合循环回路,沿此回 路可进行一可逆循环, 其中过程 ca 、 ab 均为可逆绝热过程, 只有定压过程 bc 为吸热过程,而循环回路围成的面积就是 对外净输出功。 显然, 这构成了从单一热源吸热并将之全部 转变为机械能的热力发动机循环,是违反热力学第二定律 的。 5-4 (1) p1=p214. 14. 112130015001. 0--?? ? ???=???? ??k k T T =27.95MPa (2) 见图。 (3) q 31=cp (T1-T 3)= 1-k k R(T1-T 2), q 23= RT 2ln(p2/p3)= RT 2ln(p2/p1) 23 ηt =1-()(300150014. 14. 195. 271. 0ln 30011ln 1211223123 --?-=---=T T R k k p p RT q q =0.5976 5-5 (1) QH =ε'W net =ε' ηt Q 1=3.5?0.40?100=140kJ (2) ηc =1-71. 01000290110=-=T T , ε' c =290 3603600-=-T T T H H =5.14 Q H,c =ε' c W net,c =ε' c ηc Q 1=5.14?0.71?100=365.14kJ (3) 此复合系统虽未消耗机械功,但由高温热源放出热量 Q 1作为代价,使得部分热 量从低温热源 T 0传到较高温热源 T H ,因此并不违背热力学第二定律。 5-6 ηc =1-2000 300112-=T T =0.85 (1) W=ηc Q 1=0.85?1=0.85kJ,可能作出的最大功为 0.85kJ ,所以这种情形是不可能 实现的。 (2) W=ηc Q 1=0.85?2=1.70kJ, Q 2=Q1-W=2-1.70=0.30kJ,所以这种情形有实现的可能 (如果自然界存在可逆过程的话) ,而且是可逆循环。 (3) Q 1, c=Wnet /ηc =1.5/0.85= 1.765kJ, Q 1=Wnet +Q2=1.5+0.5=2.0kJ>Q1, c, 此循环可以实 现,且耗热比可逆循环要多,所以是不可逆循环。 1. 实际气体性质与理想气体性质差异产生的原因是什么?在什么条件下才可以把实际 气体作理想气体处理? 答:差异产生的原因就是理想气体忽略了分子体积与分子间作用力。当 p → 0时,实 际气体成为理想气体。 实际情况是当实际气体距离其液态较远时, 分子体积与分子间作用 力的影响很小,可以把实际气体当作理想气体处理。 2. 压缩因子 Z 的物理意义怎么理解?能否将 Z 当作常数处理? 答:由于分子体积和分子间作用力的影响,实际气体的体积与同样状态下的理想气体 相比,发生了变化。变化的比例就是压缩因子。 Z 不能当作常数处理。 3. 范德瓦尔方程的精度不高,但是在实际气体状态方程的研究中范德瓦尔方程的地位 却很高,为什么? 答:范德瓦尔方程是第一个实际气体状态方程,在各种实际气体状态方程中它的形式 最简单; 它较好地定性地描述了实际气体的基本特征; 其它半理论半经验的状态方程都是 沿范德瓦尔方程前进的。 4. 范德瓦尔方程中的物性常数 a 和 b 可以由实验数据拟合得到,也可以由物质的 T cr 、 p cr 、 v cr 计算得到,需要较高的精度时应采用哪种方法,为什么? 答:实验数据来自于实际,而范德瓦尔临界压缩因子与实际的压缩因子误差较大,所 以由试验数据拟合得到的接近于实际。 5. 如何看待维里方程?一定条件下维里系数可以通过理论计算,为什么维里方程没有 得到广泛应用? 答:维里方程具有坚实的理论基础,各个维里系数具有明确的物理意义,并且原则上 都可以通过理论计算。 但是第四维里系数以上的高级维里系数很难计算, 三项以内的维里 方程已在 BWR 方程、 MH 方程中得到了应用,故在计算工质热物理性质时没有必要再使 用维里方程,而是在研究实际气体状态方程时有所应用。 6. 什么叫对应态定律?为什么要引入对应态定律?什么是对比参数? 答:在相同的对比态压力和对比态温度下,不同气体的对比态比体积必定相同。引入 对应态原理, 可以使我们在缺乏详细资料的情况下, 能借助某一资料充分的参考流体的热 力性质来估算其它流体的性质。某气体状态参数与其临界参数的比值称为热力对比参数。 24 (对比参数是一种无量纲参数) 7. 物质除了临界状态、 p – v 图上通过临界点的等温线在临界点的一阶导数等于零、两 阶导数等于零等性质以外,还有哪些共性?如何在确定实际气体的状态方程时应用 这些共性? 答: 8. 自由能和自由焓的物理意义是什么?两者的变化量在什么条件下会相等? 答:H=G + TS, U=F + TS。 dg =dh– d(Ts) =dh– Tds – sdT ,简单可压缩系统在可逆等温等压条件下,处于平衡状 态:dg =– Tds , ds=0?dg=0。 若此时系统内部发生不可逆变化 (外部条件不变) , 则 ds>0, ?dg<0。例如系统内部发生化学反应,化学能转化为内热能(都是热力学能) ,必要条件="" 是="">0。例如系统内部发生化学反应,化学能转化为内热能(都是热力学能)><> 类似地,简单可压缩系统在等温等容条件下,内部发生变化的必要条件是:df<0。 引申:系统的="" g="" 、="" f="" 没有时,="" dg="0," df="0。内部变化不再进行。进而可以认为" g="" 、="" f="" 是="" 系统内部变化的能力和标志,所以分别称为自由焓、自由能,相应地,="" ts="" 可称为束缚能。="" 与="" 火="" 用="" 相比,吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能不需要与环境状态联系,且是工质的状="" 态参数。——搞理论热力学的人(物理学家们)根本不拿="" 火="" 用="">0。> 两者的变化量在什么条件下会相等?有什么意义呢? dg – df=d(h– Ts) – d(u– Ts)=dh– du=0,对于理想气体可逆等温过程,两者的变化量相等。或者:dh – du= d(pv)=0 9. 什么是特性函数?试说明 u =u(s, p)是否是特性函数。 答:某些状态参数表示成特定的两个独立参数的函数时,只需一个状态参数就可以确 定系统的其它参数, 这样的函数就称为特性函数。 热力学能函数仅在表示成熵及比体积的 函数时才是特性函数,换成其它独立参数,如 u=u(s, p),则不能由它全部确定其它平衡性 质,也就不是特性函数了。 10. 常用的热系数有哪些?是否有共性? 答:热系数由基本状态参数 p 、 v 、 T 构成,可以直接通过实验确定其数值。 25 26 11. 如何利用状态方程和热力学一般关系式求取实际气体的 ?u 、 ?h 、 ?s ? 答:根据热力学一般关系式和状态方程式以及补充数据, 可以利用已知性质推出未知 性质,并求出能量转换关系。例如,当计算单位质量气体由参考状态 p 0、 T 0变到某一其 它状态 p 、 T 后焓的变化时,可利用 dH 方程式,即式(5-45) 。由于焓是一种状态参数, 所以 dH 为全微分,因而 dH 的 线积分只是端态的函数, 与路径 无关。 这样就可以在两个端态之 间选择任意一个过程或几个过 程的组合。 两种简单的组合示于 图 (5-)中。 对于图 (5-)中由线 0aA 所描 述的过程组合,将式 (5-45)先在 等压 p 0下由 T 0积分到 T ,随后 在等温 T 下由 p 0积分到 p ,其结果为: 0 00p T T p a dT c h h ????????=-? T p p p a dp T v T v h h ????????????????????? ??-=-?0?? 将上两式相加,就可得到: T p p p p T T p dp T v T v dT c h h ????????????????????? ??-+??????=-??0000?? (5-47) 对于 0bA 的过程组合,将式 (5-45)先在等温 T 0下由 p 0积分到 p ,随后在等压 p 下由 T 0积分到 T ,由这种组合可以得到: p T T p T p p p dT c dp T v T v h h ??????+????????????????????? ??-=-??00 00?? (5-48) 图 5- b(p, T0) p= const. T 0= const. T= const. p 0= const. 0(p0, T0) 0, T) 27 式 (5-47)需要在 p 0压力下特定温度范围内的 c p 数据,而式 (5-48)则需要较高压力 p 时的 c p 数据。由于比热的测量相对地在低压下更易进行,所以选式 (5-47)更为合适。 12. 试导出以 T 、 p 及 p 、 v 为独立变量的 du 方程及以 T 、 v 及 p 、 v 为独立变量的 dh 方 程。 13. 本章导出的关于热力学能、焓、熵的一般关系式是否可用于不可逆过程? 答:由于热力学能、焓、熵都是状态参数,其变化与过程无关,所以其结果也可以用 于不可逆过程。 14. 试根据 c p – c v 的一般关系式分析水的比定压热容和比定容热容的关系。 答: 0.5Mpa , 100℃水的比体积 v=0.0010435m3/kg; 0.5MPa , 110℃时 v=0.0010517 m 3/kg; 1Mpa , 100℃时 v=0.0010432m3/kg。 T p v p v p T v T c c ??? ????? ??-=-????2 ≈()T p ???? ??-?-??? ??--?-0010435. 00010432. 0105. 011001100010435. 00010517. 015. 37362 =418.18 J/(kg?K) 15. 水的相图和一般物质的相图区别在哪里?为什么? 答: 一般物质的相图中,液固平衡曲线的斜率为正值,压力越高,平衡温度(相变 温度)越高。水的相图中,液固平衡曲线的斜率为负值,导致压力越高,平衡温度(相变 温度)越低。 16. 平衡的一般判据是什么?讨论自由能判据、自由焓判据和熵判据的关系。 答:孤立系统熵增原理给出了热力学平衡的一般判据, 即熵判据。 孤立系统中过程进 行的方向是使熵增大的方向, 当熵达到最大值时, 过程不能再进行下去, 孤立系统达到热 28 力学平衡状态。 在等温定压条件下,熵判据退化为吉布斯自由能(自由焓)判据:系统的自发过程朝 着使吉布斯自由能减小的方向进行; 等温定容条件下, 熵判据退化为亥姆霍兹自由能 (自 由能)判据:系统的自发过程朝着使亥姆霍兹自由能减小的方向进行。 1. 对改变气流速度起主要作用的是通道的形状还是气流本身的状态变化? 答:对改变气流速度起主要作用的是气流本身的状态变化,即力学条件。通道的形状即几 何条件也对改变气流速度起重要作用,两者不可或缺。但在某些特殊的、局部的场合,矛 盾的主次双方发生转化,通道的形状可能成为主要作用方面。 2.如何用连续性方程解释日常生活的经验:水的流通截面积增大,流速就降低? 答: constant ==v Ac q f m 在日常生活中,水可视为不可压缩流体,其比体积不会发生变化,因而由上式有 Ac f =常数,即截面积变化与速度变化成反比。 3.在高空飞行可达到高超音速的飞机在海平面上是否能达到相同的高马赫数? 答:不能。高空气温低,由理想气体音速 a =kRT kpv ==可知当地声速比较低,一 定的飞行速度可以取得较高的马赫数, 而海平面温度比高空高几十 K , 相应声速较大,同 样的飞行速度所获得的马赫数要小一些。 此外, 高空空气比海平面稀薄得多, 飞行阻力也 小得多,所以飞行速度上也会有差异。 4.当气流速度分别为亚声速和超声速时,下列形状的管道(图 7– 16)宜于作喷管还是 宜于作扩压管? 29 图 7– 16 思考题 7– 4附图 答:亚声速时 喷管 扩压管 喷管 都不适合 超声速时 扩压管 喷管 扩压管 都不合适 5.当有摩擦损耗时,喷管的流出速度同样可用 c f 2=202h h -来计算,似乎与无摩擦损耗时相同, 那 么,摩擦损耗表现在哪里呢? 答:如右侧温熵图,两条斜线是等压线,垂直线是可 逆 绝 热膨胀过程。有摩擦时,过程为不可逆,如虚线所表 示 。 显而易见,过程结束时温度比可逆情况下要高,这两 个 温 度对应的焓之差就是摩擦损耗的表现。 6.考虑摩擦损耗时,为什么修正出口截面上速度后还要修正温度? 答:如上。 7.考虑喷管内流动的摩擦损耗时,动能损失是不是就是流动不可逆损失?为什么? 答:不是。 动能损失就是 5题图中的焓差。 但是由于出口温度高于可逆情形下的出口温度, 卡诺讲, 凡是有温差的地方就有动力, 所以这部分焓还具有一定的作功能力, 并不是 100%作功能力损失(火 用 损失) 。 8. 如图 7– 17所示, (a ) 为渐缩喷管, (b ) 为缩放喷管。设两喷管工作背压均为 0.1MPa , 进口截面压力均为 1MPa ,进口流速 c f 1可忽略不计。若(1)两喷管最小截面积相等,问 30 两喷管的流量、 出口截面流速和压力是否相同? (2) 假如沿截面 2' – 2' 切去一段, 将产生 哪些后果?出口截面上的压力、流速和流量将起什么变化? (a) (b) 图 7– 17 思考题 7– 8附图 答:(1)两喷管最小截面积相等,则两喷管的流量相等,出口截面流速和压力不相等。渐 缩喷管出口截面流速为当地音速,出口截面压力等于临界压力(0.528Mpa ) ,缩放喷管出 口截面压力等于背压(充分膨胀情况下) ,出口截面流速为超声速() 。 (2)渐缩喷管,沿截面 2' – 2' 切去一段后,临界状态前移到 2' – 2' 截面,出口速度为 当地音速, 出口截面压力等于临界压力 (0.528Mpa ) , 由于出口面积变大, 喷管流量增大。 缩放喷管,沿截面 2' – 2' 切去一段后,喷管形状不足以保持完全膨胀,出口压力高于 背压,出口流速比切去一段以前小(仍为超声速) ,喷管流量不变。 (喷管内剩余部分流动 没有变化) 。 9.图 7– 13(b)中定焓线是否是节流过程线?既然节流过程不可逆,为何在推导节流微分 效应 μJ 时可利用 d h =0? 答:不是。节流过程的起迄点落在 等 焓 线上,但过程不沿着定焓线进行。 节 流 微分效应 μJ 表达的是节流过程中温 度 – 压力的关系,温度、压力均为状态 参数, 其变化与路径无关,所以可以利用 等 焓 线分析推导。 图 7– 13 转回曲线 (b) 10.既然绝热节流前后焓值不变,为什么作功能力有损失? 答:绝热节流后气体的压力降低, 可逆绝热膨胀过程焓降所能作出的功没有作出, 导致节 流后焓仍然等于节流前。该作出的功没有作出,就产生了作功能力损失。 11. 多股气流汇合成一股混合气流称作合流, 请导出各股支流都是理想气体的混合气流温 度表达式。混合气体的熵值是否等于各股支流熵值之和,为什么?应该怎么计算? 1.利用人工打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部,会发现打气时轻松了一点,工 程上压气机气缸常以水冷却或气缸上有肋片,为什么? 答:湿布使打气筒散热增强, 气缸水冷或加装肋片也是为了增强散热,从而使压缩过 程离开绝热靠近定温,压缩耗功减少。 p.s. ,打气筒包裹湿布后耗功减少,人能感觉出来?值得怀疑。 2.既然余隙容积具有不利影响,是否可能完全消除它? 答:对于往复式压气机,余隙容积不可能完全消除;对于旋转式压气机,则有可能完 全消除。 3.如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法,气体在压气机气缸中已经能够按定温 过程进行压缩,这时是否还需要采用分级压缩?为什么? 答:还需要分级压缩。是为了减小余隙容积的影响。但不需要中间冷却。 4.压气机按定温压缩时,气体对外放出热量,而按绝热压缩时,不向外放热,为什么定 温压缩反较绝热压缩更为经济? 答:压气机耗功中有意义的部分是技术功, 不考虑宏观动能和势能的变化, 就是轴上 输入的功(由设备直接加诸气体的机械功) ,而同样进出口压力定温过程消耗的技术功比 绝热过程少,绝热过程消耗的技术功有一部分用于提高气体温度。 31 32 5.压气机所需的功可从热力学第一定律能量方程式导出,试导出定温、多变、绝热压缩 压气机所需要的功并用 T – s 图上面积表示其值。 6.活塞式压气机生产高压气体为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺? 7.叶轮式压气机不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多消耗功可用图 8– 11上面积 m2s 2'nm 表示,这是否即是此不可逆过程作功能力损失?为什么? 8.如图 8– 13所示的压缩过程 1– 2若是可逆的,则 这 一 过程是什么过程?它与不可逆绝热压缩过程 1– 2的 区 别 何在?两者之中哪一过程消耗的功大?大多少? ☆☆☆ p 、 v 、 T 偏导数的循环关系式 由 T =f (p , v ) , 得 : dv v T dp p T dT p v ??? ????+? ??? ????= 由 v =f (p , T ) ,得: dT T v dp p v dv p T ??? ????+???? ????= ? ??? ????? ????+???? ??????? ????+???? ????=dT T v dp p v v T dp p T dT p T p v dT dp p v v T p T dT dp p v v T dp p T T p v T p v +??? ? ?????? ??????? ????+???? ????=+???? ??????? ????+???? ????= 所以, dp p v v T p T T p v ???? ?????? ??????? ????+???? ? ???=0 ?T p v p v v T p T ???? ??????? ????+???? ????=0 1 图 8– 13 思考题 8– 8附图 33 ?T p v p v v T T p ???? ??????? ??????? ????=– 1和 T p v v p T v T p ??? ??????? ????-=??? ???? ☆☆☆ exercisable [简明英汉词典 ] ['eks?saiz ?bl] adj. 可实行的 , 可操作的 , 可运用 的; [英汉化学大词典 ] adj. 可行使的 , 可实行的 , 可运用的 exergonic [简明英汉词典 ]['eks?'gnik] adj. 放出能的; [[七国语言 ]英汉生物学 大词典 ] 放能的; [英汉化学大词典 ] adj. 产生能量的 , 做功的; [英汉心理学大 词典 ] 能量释放的 exergy [简明英汉词典 ] [ek'se?:dVi] 放射本能 (热力学系统从给定状态到与 周围介质平衡过程中可做的最大功 ) ; [[七国语言 ]英汉机械大词典 ], 有效能; [[七国语言 ]英汉物理大词典 ] 放射本领; [英汉化学大词典 ] n.能量产生 ☆☆☆ 气体流动的临界压力比 即 cr cr v p =? ??? ? ?? ???? ??---k k p p v p k 1000112 由于 p cr v cr k =p 0v 0k ?cr k cr v v p p 01 0=??? ? ?? 所以 1=? ?? ? ? ?????? ??-???? ??-=????? ?????? ??-----k k cr k cr cr k k cr cr cr p p p p p p k p p v p v p k 1 01001000112112 ???? ? ??-???? ??-=????? ?????? ??-??? ? ??----1121121 0101 0k k cr k k cr k k cr p p k p p p p k =1 34 2112110+=+-=??? ? ??-k k p p k k cr ? k k cr cr k p p 1 012-?? ? ??+==ν 第二章 流体输送机械 2-1 流体输送机械有何作用? 答:提高流体的位能、静压能、流速,克服管路阻力。 2-2 离心泵在启动前,为什么泵壳内要灌满液体?启动后,液体在泵内是怎样提高压力的? 泵入口的压力处于什么状体? 答:离心泵在启动前未充满液体,则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小,所产生的离心 力也很小。此时,在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵,但不能 输送液体(气缚); 启动后泵轴带动叶轮旋转,叶片之间的液体随叶轮一起旋转,在离心力的作用下,液体 沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围,以很高的速度流入泵壳,液体流 到蜗形通道后,由于截面逐渐扩大,大部分动能转变为静压能。 泵入口处于一定的真空状态(或负压) 2-3 离心泵的主要特性参数有哪些?其定义与单位是什么? 1、流量qv: 单位时间内泵所输送到液体体积,m3/s, m3/min, m3/h.。 2、扬程H:单位重量液体流经泵所获得的能量,J/N,m 3、功率与效率: 轴功率P:泵轴所需的功率。或电动机传给泵轴的功率。 有效功率Pe: 效率: 2-4 离心泵的特性曲线有几条?其曲线的形状是什么样子?离心泵启动时,为什么要关闭出 口阀门? 答:1、离心泵的H、P、与qv 之间的关系曲线称为特性曲线。共三条; 2、离心泵的压头H 一般随流量加大而下降 离心泵的轴功率P 在流量为零时为最小,随流量的增大而上升。 与qv 先增大,后减小。额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵的设计点,对应 的值称为最佳工况参数。 3、关闭出口阀,使电动机的启动电流减至最小,以保护电动机。 2-5 什么是液体输送机械的扬程?离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的?液体的流量、 泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响? 答:1、单位重量液体流经泵所获得的能量 2、在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表,在这两处管路截面1、2 间列伯努 利方程得: 3、离心泵的流量、压头均与液体密度无关,效率也不随液体密度而改变,因而当被输送 液体密度发生变化时,H-Q 与η-Q 曲线基本不变,但泵的轴功率与液体密度成正比。当被输 送液体的粘度大于常温水的粘度时,泵内液体的能量损失增大,导致泵的流量、扬程减小, 效率下降,但轴功率增加,泵的特性曲线均发生变化。 2-6 在测定离心泵的扬程与流量的关系时,当离心泵出口管路上的阀门开度增大后,泵出口 压力及进口处的液体压力将如何变化? 答:泵出口压力变小,进口处真空度增加 2-7 离心泵操作系统的管路特性方程是怎样推导的?它表示什么与什么之间的关系? 答:当离心泵安装到特定的管路系统中操作时,若贮槽与受液槽两液面保持恒定,则泵对单 位重量(1N)流体所做的净功为,忽略 令, 得管路特性方程 2-8 管路特性方程中的与k 的大小,受哪些因素影响? 答:与液面高度差和静压差有关。k 与管路长度、管径、摩擦系数及局部阻力系数有关。 2-9 离心泵的工作点是怎样确定的?流量的调节有哪几种常用的方法? 答:1、离心泵在管路中正常运行时,泵所提供的流量和压头应与管路系统所要求的数值一致。 安装于管路中的离心泵必须同时满足管路特性方程与泵的特性方程,即管路特性方程和泵的 特性方程 H =f(Q),联解上述两方程所得到两特性曲线的交点,即离心泵的工作点。 2、改变口阀开度(改变管路特性曲线);改变泵的转速(改变泵的特性曲线);离心泵并 联操作;离心泵的串联操作。 2-10 何谓离心泵的气蚀现象?如何防止发生气蚀? 答:1、当叶片入口附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时,液体将 在此处汽化或者是溶解在液体中的气体析出并形成气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后, 气泡在高压作用下急剧地缩小而破灭,气泡的消失产生局部真空,周围的液体以极高的速度 冲向原气泡所占据的空间,造成冲击和振动。金属表面受到压力大,频率高的冲击而剥蚀以 及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等,使叶轮表面呈现海绵状、 鱼鳞状破坏。这种现象称为汽蚀。 2、为了避免气蚀的发生,泵的安装高度不能太高,可用泵规格表中给出的气蚀余量对泵 的安装高度加以限制。 2-11 影响离心泵最大允许安装高度的因素有哪些? 答:最大允许安装高度;环境大气压,工作温度下的液体饱和蒸气压,允许气蚀余量,吸入 管路的压头损失。 2-12 往复泵有没有气蚀现象? 答:往复泵一样有气蚀问题,只是相对较小,但在实际使用中一样需要满足入口压力要求。 2-13 往复泵的流量由什么决定?与管路情况是否有关? 答: ;往复泵的流量由泵缸尺寸、活塞行程及往复频率所决定,(即单位时间内活塞扫过的 体积)。与管路情况(几乎)无关。 2-14 往复泵的扬程(对液体提供压头)与什么有关?最大允许扬程是由什么决定的? 答:1、 2、最大允许扬程由泵的机械强度、密封性能及电动机的功率等决定。 2-15 何谓通风机的全风压?其单位是什么?如何计算? 答:全风压:单位体积气体流经通风机后所获得的总机械能。单位是Pa, 2-16 通风机的全风压与静风压及动风压有什么关系? 答:全风压为静风压和动风压之和。 2-17 为什么通风机的全风压与气体密度有关?在选用通风机之间,需要把操作条件下的全风 压用密度换算成标定条件下的全风压。但为什么离心泵的压头H 与密度无关? 答:因为通风机全压,所以和密度有关 离心泵的理论压力 第三章 沉降与分离 3-1 固体颗粒与流体相对运动时的阻力系数在层流层区(斯托克斯区)与湍流区(牛顿区) 有何不同? 答:10-4 湍流区或牛顿(Newton)定律区(500 3-2 球形颗粒在流体中从静止开始沉降,经历哪两个阶段?何谓固体颗粒在流体中的沉降速 度?沉降速度受哪些因素影响? 答:1、加速阶段和等速阶段 2、匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut 称为沉降速度 3、影响因素由沉降公式可以确定。dp、 、及阻力系数有关。 重点掌握层流区 3-3 固体颗粒在流体中沉降,其雷诺数越大,流体粘度对沉降速度的影响如何? 答:粘度越大沉降速度越小。 3-4 固体颗粒在流体中沉降,其沉降速度在层流层区(斯托克斯区)和湍流区(牛顿区)与 颗粒直径的关系有何不同? 答:沉降速度在层流层区(斯托克斯区),与颗粒粒径的平方成正比; 在湍流区(牛顿区),与颗粒粒径的平方根成正比。 3-5 某微小颗粒在水中按斯托克斯定律沉降,试问在50℃水中的沉降速度与在20℃水中的沉 降速度比较,有何不同? 答:按照沉降速度在层流层区(斯托克斯区),液体温度升高,粘度降低,密度降低,所以沉 降速度增加。 3-6 球形颗粒于静止流体中在重力作用下的自由沉降都受到哪些力的作用?其沉降速度受哪 些因素影响? 答:重力,浮力,阻力;沉降速度受dp、 、及阻力系数有关 3-7 利用重力降尘室分离含尘气体中的颗粒,其分离条件是什么? 答: 3-8 何谓临界粒径?何谓临界沉降速度? 答:临界粒径:能100%除去的最小粒径;临界沉降速度。 3-9 用重力降尘室分离含尘气体中的尘粒,当临界粒径与临界沉降速度为一定值时,含尘气 体的体积流量与降尘室的底面积及高度有什么关系? 答:成正比 3-10 当含尘气体的体积流量一定时,临界粒径及临界沉降速度与降尘室的底面积WL 有什么 关系。 答:成反比 3-11 如果已知含尘气体中的临界沉降速度,如何计算多层隔板式降尘室的气体处理量? 答: 3-12 何谓离心分离因数?提高离心分离因数的途径有哪些? 答:离心分离因数:同一颗粒所受到离心力与重力之比; 3-13 离心沉降与重力沉降有何不同? 答:在一定的条件下,重力沉降速度是一定的,而离心沉降速度随着颗粒在半径方向上的位 置不同而变化。 3-14 对于旋风分离器,提高离心分离因数的有效方法是什么? 3-15 要提高过滤速率,可以采取哪些措施? 答:过滤速率方程 3-16 恒压过滤方程式中,操作方式的影响表现在哪里? 答: 3-17 恒压过滤的过滤常数K 与哪些因素有关? 答: 第四章 传热 4-1 根据传热机理的不同,有哪三种基本传热方式?他们的传热机理有何不同? 答:根据传热机理的不同,热的传递有三种基本方式:热传导、对流传热和辐射传热。 热传导(简称导热):热量不依靠宏观混合运动而从物体中的高温区向低温区移动的过程。 在固体、液体和气体中都可以发生。 对流传热:由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程,只能发生在有 流体流动的场合。 热辐射:因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。可以在完全真空的地方传递而无需 任何介质。 4-2 傅立叶定律中的负号表示什么意思? 答:热量传递的方向沿着温度梯度下降的方向。 4-3 固体、液体、气体三者的热导率比较,哪个大,哪个小? 答:一般固体>液体>气体 4-4 纯金属与其合计比较,热导率哪个大? 答:纯金属大于合金 4-5 非金属的保温材料的热导率为什么与密度有关? 答:密度小,则所含的空气越多,气体的导热系数低于固体。 4-6 在厚度相同的两层平壁中的热传导,有一层的温度差较大,另一层较小。哪一层热阻大。 答:温差大的热阻大,热导率低。 4-7 在平壁热传导中,可以计算平壁总面积A 的导热速率Q,也可以计算单位面积的导热速 率(即热流密度)。而圆筒壁热传导中,可以计算圆筒壁内、外平均面积的导热速率Q,也可 以计算单位圆周长度的壁面导热速率ql,为什么不能计算热流密度? 答:圆筒壁的传热面积和热流密度不再是常量,但传热速率在稳态时是常量 4-8 输送水蒸气的圆管外包覆两层厚度相同、热导率不同的保温材料。若改变两层保温材料 的先后次序,其保温效果是否改变?若被保温的不是圆管而是平壁,保温材料的先后顺序对 保温效果是否有影响? 答:圆筒壁: 有影响 平壁 没有影响 4-9 对流传热速率方程 中的对流传热系数α与哪些因素有关 答:流动状态(气、液、蒸汽)、流体的性质(热导率、热容、粘度、密度)、壁面形状 等 [流体有无相变化、流体流动的原因、流动状态、流动物性和壁面情况(换热器结构)等都影 响对流传热系数。] 4-10 流体在圆管内强制对流时对流换热系数α的计算式中,Pr 的指数n 由什么决定?流体 在管内的流速及管径对α的影响有多大?管长、弯管的曲率对管内对流传热有何影响? 答:被加热n=0.4;被冷却n=0.3 在传热管的长度小于进口段以前,管子愈短,则边界层愈薄,就愈大。曲率越大,就愈 大。 4-11 水的对流传热系数一般比空气大,为什么? 答:按照强制对流公式 4-12 为什么滴状冷凝的对流传热系数比膜状冷凝的大?由于壁面不容易形成滴状冷凝,蒸汽 冷凝多为膜状冷凝。影响膜状冷凝的因素有哪些? 答:在滴状冷凝过程中,壁面的大部分面积直接暴露在蒸汽中,在这些部位没有液膜阻碍着 热流,故滴状冷凝的传热系数可比膜状冷凝高十倍左右。 影响膜状冷凝的因素有: (1)冷凝液膜两侧的温度差当液膜呈滞流流动时,若温度差加大,则蒸汽冷凝速率增加, 因而液膜层厚度增加,使冷凝传热系数降低。 (2)流体物性由膜状冷凝传热系数计算式可知,液膜的密度、粘度及导热系数,蒸汽的 冷凝潜热,都影响冷凝传热系数。 (3)蒸汽的流速和流向蒸汽以一定的速度运动时,和液膜间产生一定的摩擦力,若蒸汽 和液膜同向流动,则摩擦力将是液膜加速,厚度减薄,使传热系数增大;若逆向流动,则相 反。但这种力若超过液膜重力,液膜会被蒸汽吹离壁面,此时随蒸汽流速的增加,对流传热 系数急剧增大。 (4)蒸汽中不凝气体含量的影响若蒸汽中含有空气或其它不凝性气体,则壁面可能为气 体(导热系数很小)层所遮盖,增加了一层附加热阻,使对流传热系数急剧下降。因此在冷 凝器的设计和操作中,都必须考虑排除不凝气。含有大量不凝气的蒸汽冷凝设备称为冷却冷 凝器,其计算方法需参考有关资料。 (5)冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多,则液膜增厚,使传热系数下 降,故在设计和安装冷凝器时,应正确安放冷凝壁面。例如,对于管束,冷凝液面从上面各 排流到下面各排,使液膜逐渐增厚,因此下面管子的传热系数比上排的要低。为了减薄下面 管排上液膜的厚度,一般需减少垂直列上的管子数目,或把管子的排列旋转一定的角度,使 冷凝液沿下一根管子的切向流过, 4-13 液体沸腾的两个基本条件是什么? 答:一是液体的温度要达到沸点,二是需要从外部吸热。 4-14 为什么核状沸腾的对流传热系数比膜状沸腾的传热系数大?影响核状沸腾的因素主要 有哪些? 答:核状沸腾,气泡的生成速度、成长速度以及浮升速度都加快。气泡的剧烈运动使液体受 到剧烈的搅拌作用,增大。膜状沸腾传热需要通过气膜,所以其值比核状沸腾小。 影响核状沸腾的因素主要有:液体物性;温度差;操作压力;加热面状况;设备结构、 加热面形状和材料性质以及液体深度等。 4-15 同一液体,为什么沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大? 答:因为相变热比液体的热容大很多,所以沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热 系数大。 4-16 换热器中冷热流体在变温条件下操作时,为什么多采用逆流操作?在什么情况下可以采 用并流操作? 答:逆流时的平均温度差最大,并流时的平均温度差最小,其它流向的平均温度差介于逆流 和并流两者之间,因此就传热推动力而言,逆流优于并流和其它流动型式。当换热器的传热 量Q 即总传热系数K 一定时,采用逆流操作,所需的换热器传热面积较小。 在某些生产工艺要求下,若对流体的温度有所限制,如冷流体被加热时不得超过某一温 度,或热流体被冷却时不得低于某一温度,则宜采用并流操作。 4-17 换热器在折流或错流操作时的平均温差如何计算? 答: ①根据冷、热流体的进、出口温度,算出纯逆流条件下的对数平均温度差 ; ②按下式计算因数 R 和 P: ③根据R 和P 的值,从算图中查出温度差校正系数 ; ④将纯逆流条件下的对数平均温度差乘以温度差校正系数 ,即得所求的 。 4-18 换热器的总传热系数的大小,受哪些因素影响?怎样才能有效地提高总传热系数? 答:取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等; K 值总是接近于α小的流体的对流传热系数值,关键在于提高α小一侧的对流传热系数; 减慢污垢形成速率或及时清除污垢。 4-19 在换热器中,用饱和蒸汽在换热管外冷凝发热,加热管内流动的空气。总传热系数接近 哪种流体的对流传热系数?壁温接近哪种流体的温度?忽略污垢和管壁热阻。要想增大总传 热系数,应增大哪个流体的对流传热系数? 答:总传热系数接近空气一侧的对流传热系数;壁温接近饱和蒸汽的温度;要想增大总传热 系数,应增大空气的对流传热系数。 4-20 何谓透热体、白体、黑体、灰体? 答:能透过全部辐射能的物体,称为透热体;能全部反射辐射能的物体,称为白体;能全部 吸收辐射能的物体,称为黑体或绝对黑体;能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体, 称为灰体。 4-21 何谓黑度?影响固体表面黑度的主要因素有哪些? 答:在同一温度下,实际物体的辐射能力与黑体的辐射能力之比,定义为灰体的黑度。 影响固体表面黑度的主要因素有:物体的性质、温度及表面情况(如表面粗糙度及氧化 程度)。 4-22 黑度大的灰体对投射来的热辐射能的反射率是大还是小?他的辐射能力是大还是小? 答:小;大 4-23 保温瓶的夹层玻璃表面为什么镀一层反射率很高的材料?夹层抽真空的目的是什么? 答:减少热辐射;降低热传导; 4-24 两个灰体表面间的辐射传热速率与哪些因素有关? 答:它们的吸收率和反射率,形状和大小以及相互间的位置和距离等因素。 4-25 常用的强化或削弱物体之间辐射传热的辐射有哪两种? 答:改变物体表面的黑度;采用遮热板。 4-26 两物体的温度分别是200℃及100℃,若将温度各提高300℃,维持其温差不变,其辐 射传热的热流量是否变化? 答:增大 4-27 有的列管式换热器为什么做成多管程的? 答:可以增大管程流速,提高对流换热系数。 4-28 下列流体在列管换热器中宜走管程还是壳程? 答:(1)腐蚀性流体宜走管程,避免同时腐蚀管程和壳程 (2)高压流体宜走管程,避免制造较厚的壳体 (3)饱和水蒸气冷凝放热宜走壳程,以利于排出冷凝液 (4) 温度不太高,需要冷却的流体宜走壳程,有利于散热 (5)需要提高流速的无相变流体宜走管程 4-29 换热器的强化传热中,最有效的途径是增大总传热系数K,如何增大K 值? 答:根据公式可以采取如下措施: 提过对流换热系数,尤其是提高较小一层的对流换热系数 降低污垢热阻,及时清洗换热器, 降低热传导热阻,选择导热率大的材料,降低换热壁的厚度。 第五章 吸收 5-1 选择吸收剂时,应从哪几个方面考虑? 答:(1) 溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度越大,则传质推动力越大,吸收速率越快, 且吸收剂的耗用量越少。 (2) 选择性 吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度,而对混合气体中的其它组分溶解度甚 微,否则不能实现有效的分离。 (3) 挥发度 在吸收过程中,吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和。故在操作温度下,吸收 剂的蒸汽压要低,即挥发度要小,以减少吸收剂的损失量。 (4) 粘度 吸收剂在操作温度下的粘度越低,其在塔内的流动阻力越小,扩散系数越大, 这有助于传质速率的提高。 (5) 其它 所选用的吸收剂应尽可能无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、 价廉易得,且化学性质稳定。 5-2 对于物理吸附,在一定温度下,如何判断气体在水中的溶解的难与易? 答:溶液浓度相同时,难溶气体在溶液上方的平衡分压大。 5-3 亨利定律中的E、H、m 三者与温度、压力有什么关系? 答:由;; 可得 5-4 气液相平衡关系中,(1)若温度升高,亨利常数将如何变化?(2)在一定温度下, 气相总压升高,相平衡常数m 如何变化?若气相组成y 为一定值,总压升高,液相x 将如何 变化? 答:(1)温度升高,亨利常数增加 (2)总压增加,m 减小;x 增加 5-5 若溶质分压为p 的气体混合物与溶质浓度为c 的溶液接触,如何判断溶质是从气相 向液向传递还是从液向向气相传递? 答:根据公式与的关系来判断,如果>,从气相向液相传递 5-6 气体分子扩散系数与温度、压力有何关系?液体分子扩散系数与温度、粘度有何关 系? 答:气体分子扩散系数与温度的1.5 次方成正比,总压力成反比;液体的扩散系数与温 度成正比,与粘度成反比。 5-7 何谓对流传质的有效膜理论?如何根据有效膜理论写出传质速率方程式? 答:单相对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的膜层内,膜层内的传质形式仅为分 子扩散。有效膜厚zG 由层流内层浓度梯度线延长线与流体主体浓度线相交于一点E,则厚度 zG 为E 到相界面的垂直距离。 5-8 何谓两相间传质的双膜理论?其基本论点是什么? 答:(1)气液两相存在一个稳定的相界面,界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层 流,A 以分子扩散方式通过气膜和液膜。(2)相界面处两相达平衡,无扩散阻力。(3)有效 膜以外主体中,充分湍动,溶质主要以涡流扩散的形式传质。 5-9 在稳态传质过程中,若气液相平衡关系符合亨利定律,如何应用双膜理论推导出总 传质速率方程式?气相总传质系数KY(或液相总传质系数KX)与气膜传质系数ky 及液膜传 质系数kx 有何关系? 答:气相传质速率方程, 5-10 在气液两相传质过程,什么情况下属于气膜阻力控制,什么情况下属于液膜阻力控 制? 答:当时属于气膜阻力控制;当时属于液膜阻力控制 5-11 在逆流操作的吸收塔中,当进塔气体组成Y1 及进塔液体组成X2 已定,最小液气比 与溶质的吸收率有何关系? 答:由可知,与吸收率成正比。 5-12 传质单元数与传质推动力有何关系?传质单元高度与传质阻力有何关系? 答:传质推动力越小,则意味着过程的难度越大,此时所需的传质单元数也就越大。 传质阻力越大,填料层有效比表面越小,则每个传质单元所相当的填料层高度就越大。 5-13 气相传质单元高度与气相总压力p 有何关系?液相传质单元高度与液相总浓度c 有 何关系? 答: 5-14 吸收因数的大小对气相总传质单元数有何影响?如何说明其原因? 5-15 吸收率对有何影响? 5-16 在一定的条件下,若L、G、温度t、总压p、吸收剂进口组成X1 等改变,对混合 气的出口组成Y2 有何影响? 答: 第六章 蒸馏 6-1 何谓拉乌尔定律? 答:溶液中溶剂A 的蒸汽分压等于纯溶剂的蒸气压与其液相组成的乘积。 6-2 何谓理想溶液? 答:在全部范围内符合拉乌尔定律的溶液 6-3 在一定总压p 下,理想溶液的气液两相达到平衡时,液相组成x 与平衡温度的关系 式如何表示?气相组成y 与平衡温度的关系式如何表示? 答:; 6-4 何为泡点、露点?对于一定的压力与组成,二者大小关系如何? 答:冷液恒压加热,溶液开始沸腾起泡的温度称为泡点;过热蒸汽恒压冷却,开始冷凝 而析出像露珠似的液滴对应的温度称为露点。露点高于泡点。 6-5 双组分理想溶液的气液两相达到平衡时,若已知平衡温度t 与液相组成x,如何计 算气相组成y?反之,若已知总压p 与气相组成y,如何计算平衡温度t 与液相组成x? 答:; 6-6 双组分理想溶液的相对挥发度如何计算?与什么因素有关?的大小对两组分的分离 有何影响? 答:;与组分种类、系统总压有关;数值越大,两组分就越容易分离。 6-7 如何应用平均相对挥发度表示平衡条件下的液相组成x 与气相组成y 之间的关系? 答:, 6-8 在一定的总压p 下,双组分理想溶液的平均相对挥发度是如何计算的? 答:取最低温度的值与最高温度的值之几何平均值。 6-9 相对挥发度=1 时,用普通精馏是否能分离混合物? 答:不能 6-10 何谓非理想溶液?在什么条件下出现最低恒沸点或最高恒沸点? 答:各组分的蒸气压不服从拉乌尔定律; 当组分蒸气压对拉乌尔定律有最大正偏差时,出现最低恒沸点。 6-11 平衡蒸馏与简单蒸馏有何不同? 答:简单蒸馏过程为不稳定过程。平衡蒸馏为稳定连续过程,生产能力大。 6-12 精馏塔的塔顶液相回流及塔底的气相回流对溶液的精馏起什么作用? 答:提供系统所需的热量和冷量;改变产品的组分浓度。 6-13 在板式精馏塔的塔板上,气液两相是怎样进行传热、传质的? 答:在板式精馏塔的塔板上,从上面板下来的液体与从下面板上来的气体在该板上接触, 气相温度高于液相温度,气相发生部分冷凝,把热量传递给液相,使液相部分气化。难挥发 组分B 从气相向液相传递。 6-14 何谓理论板?实际塔板上汽液两相传质情况与理论板有何不同? 答:使气液两相达到平衡状态的塔板称为一块理论板。实际塔板的分离程度要比理论板 小。 6-15 精馏塔一般有精馏段与提馏段,他们的作用有什么不同? 答:精馏段得到含轻组分较多的产品,提馏段得到含重组分较多的产品。 6-16 上下相邻两层塔板的温度、液相组成与气相组成有何不同? 答:上板的温度低于下面板;液相和气相组成高于下面板。 6-17 精馏塔中气相组成、液相组成及温度沿塔高是如何变化的? 答:精馏塔中气相组成、液相组成下降;温度升高。 6-18 ,,这3 个物料衡算式中,各流量的摩尔比与各组成的差值之比有什么规律?如何 记忆? 答:等于另外两个物料组成浓度差之比。 6-19 当进料流量F 及组成一定时,若馏出液流量D 增多而釜液流量W 减少时,馏出液的 组成及釜液的组成将如何变化? 答:由可知,增加,减少。 6-20 当一定时,若增大,将如何变化?及将如何变化? 答:由可知,增加,增加。 6-21 何谓恒摩尔流量的假设?其成立的条件是什么?在精馏塔计算中有何意义? 答:(1)恒摩尔汽流恒摩尔汽流是指在精馏塔内,从精馏段或提馏段每层塔板上升的汽相摩 尔流量各自相等,但两段上升的汽相摩尔流量不一定相等。 即精馏段 提馏段 (2)恒摩尔液流恒摩尔液流是指在精馏塔内,从精馏段或提馏段每层塔板下降的液相摩尔流 量分别相等,但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。 即精馏段 提馏段 6-22 精馏塔的进料状态有几种?他们对精馏段及提馏段的下降液体流量及上升蒸汽流 量有什么影响? 答:有五种:冷液进料;饱和液体(泡点)进料;汽液混合物进料;饱和蒸汽(露点) 进料;过热蒸汽进料。 6-23 何谓进料状态参数?不同的进料热状态的q 值有何不同?如何计算? 答:单位进料流量所引起的提馏段与精馏段下降液体流量之差值。 冷液进料 饱和液体(泡点)进料 q=1 汽液混合物进料 饱和蒸汽(露点)进料 q =0 过热蒸汽进料 q 6-24 若已知q 值,如何从精馏段下降液体流量L 计算提馏段下降液体流量L’?又如何 从精馏段上升蒸汽流量V 计算提馏段下降蒸汽流量V’? 答:; 6-25 操作线是表示哪一层塔板的气相组成与哪一层塔板的液相组成之间的关系?操作 线为直线的条件是什么? 答:相邻两层塔板之间的上升蒸汽组成与下降液体组成之间的关系。 6-26 何谓塔顶液相回流比?何谓塔釜气相回流比?他们的大小有什么联系?用什么关 系式相互换算? 答:, 6-27 精馏段操作线与提馏段操作线的斜率分别是用什么表示的,是大于1 还是小于1, 为什么? 6-28 对正在操作的精馏塔,增大精馏段的液气比对馏出液的组成有何影响?增大提馏段 的气液比对釜液的组成有何影响?如何增大精馏段的液气比及提馏段的气液比? 答:增大精馏段的液气比对馏出液的组成增加;增大提馏段的气液比对釜液的组成降低; 增大冷凝器和加热器的热负荷。 6-29 对正在操作的精馏塔,增大塔顶液相回流比对馏出液的组成有何影响?增大塔釜气 相回流比对釜液的组成有何影响?怎样操作才能增大塔顶液相回流比及塔釜气相回流比? 答:增大塔顶液相回流比,馏出液组成增加;增大塔釜气相回流比对釜液的组成降低; 增大冷凝器和加热器的热负荷。 6-30 何谓q 线方程?5 种进料热状态下,q 线在y-x 图上的方位如何表示? 答: 6-31 如何在y-x 图上绘制精馏段操作线及提馏段操作线?需要已知哪些必要的数据? 答:将精馏段操作线方程与对角线方程 联解,可得出精馏段操作线与对角线的交点a ( 、 );再根据已知的 和 ,求出精馏段操作线在 轴的截距 ,依此值在 轴上标出点 ,直 线 即为精馏段操作线。 6-32 如何用图解法计算理论板数,如何确定进料板位置? 答:用图解法求理论板层数时,需先在x–y 图上作出精馏段和提馏段的操作线。自对角 线上的点开始,在精馏段操作线与平衡线之间作由水平线和铅垂线构成的阶梯。当阶梯跨过 两操作线的交点d 时,改在提馏段操作线与平衡线之间绘阶梯,直至阶梯的垂线达到或跨过 点为止。 最优进料位置:塔内汽相或液相组成与进料组成相等或相近的塔板。跨越两操作线交点 的梯级,NT 最少。 6-33 如何用逐板法计算理论板数,如何确定进料板位置? 答:精馏段:y1=xD 6-34 在进料流量F 与进料热状态参数q 为一定值条件下,若馏出液流量D 一定,而增大 塔顶液相回流比R,塔内汽液两相循环量如何变化?冷凝器热负荷及蒸馏釜的热负荷将如何 变化?与如何计算? 答:R’、V、V’、L、L’都增加;冷凝器热负荷及蒸馏釜的热负荷将增加;, 6-35 当馏出液及釜液的流量与组成为一定值,若塔顶液相回流比R 一定时,进入塔内的 热量与蒸馏釜的热负荷之和为一定值。在这种条件下,是进料预热好,还是增大蒸馏釜的热 负荷好呢? 答:进料预热好。 6-36 当蒸馏釜的热负荷为一定值,若进料带入塔内的热量增多,则塔顶液相回流比R 将 如何变化?冷凝器热负荷将如何变化 答:液相回流比R 增加,冷凝器热负荷增加 6-37 在、、一定的条件下,进料热状态参数q 值一定时,若塔顶液相回流比R 增大,对 一定分离要求所需理论板数将如何变化?对一定理论板数的精馏塔,若R 增大,对馏出液的 组成和釜液的组成有何影响? 答: ,馏出液组成增加,釜液组成减少。 6-38 在、、一定的条件下,塔顶液相回流比R 值一定时,若进料热状态参数q 增大,操 作线的位置如何变化?对一定分离要求所需理论板数将如何变化?若R 值一定,对于有一定 理论板数的精馏塔,若q 增大,产品的纯度将如何变化? 答: 6-39 在、、一定的条件下,当塔釜气相回流比R’值一定时,若进料热状态参数q 减小, 操作线的位置如何变化?对一定分离要求所需理论板数将如何变化?对于有一定理论板数的 精馏塔,R’值一定,若q 减小,产品的纯度将如何变化? 答: 6-40 何谓全回流?在什么情况下应用全回流操作? 答:若上升至塔顶的蒸汽经全凝器冷凝后,冷凝液全部回流到塔内,该回流方式称为全 回流;开工、实验研究、设备异常或调试时,便于控制。 6-41 何谓最小理论板数?如何计算?有何应用? 答:回流比愈大,完成一定的分离任务所需的理论板层数愈少。当回流比为无限大,两 操作线与对角线重合,此时,操作线距平衡线最远,汽液两相间的传质推动力最大,因此所 需的理论板层数最少,以N min 表示。 6-42 什么是最小回流比?如何计算? 答:对于某一物系,在一定的分离任务下,所需理论板为无穷多时所对应的回流比。 6-43 适宜回流比的选取,应考虑哪些因素?适宜回流比R 通常为最小回流比Rmin 的多 少倍? 答:对操作费用的影响,对设备费用的影响 1.1-2 倍 6-44 精馏塔的操作计算与设计计算在已知条件和所需计算的项目有何不同? 6-45 精馏塔操作计算中,若已知进料组成,进料热状态参数q 值,塔顶液相回流比R, 总理论板数及进料板位置,要求计算出馏出液组成与釜液组成时,如何逐板法进行计算? 6-46 间歇精馏主要有哪两种操作方式?一般在什么情况下用间歇精馏? 答:一是用不断加大回流比来保持馏出液组成恒定;二是回流比保持恒定,馏出液组成 逐渐减小。 精馏的原料液是由分批生产得到的,这时分离过程也要分批进行;在实验室或科研 室的精馏操作一般处理量较少,且原料的品种、组成及分离程度经常变化,采用间歇精馏更 为灵活方便;多组分混合液的初步分离,要求获得不同馏分(组成范围)的产品,这时也可 采用间歇精馏。 6-47 何谓恒沸精馏?何谓萃取精馏?通常在什么情况下采用恒沸精馏或萃取精馏? 答:若在两组分恒沸液中加入第三组分(称为夹带剂),该组分能与原料液中的一个或两 个组分形成新的恒沸液,从而使原料液能用普通精馏方法予以分离,这种精馏操作称为恒沸 精馏。恒沸精馏可分离具有最低恒沸点的溶液、具有最高恒沸点的溶液以及挥发度相近的物 系。 萃取精馏和恒沸精馏相似,也是向原料液中加入第三部分(称为萃取剂或溶剂),以改变 原有组分间的相对挥发度而达到分离要求的特殊精馏方法。但不同的是要求萃取剂的沸点较 原料液中各组分的沸点高得多,且不与组分形成恒沸液,容易回收。 6-48 筛板塔上的汽液两相接触状态主要有哪两种?他们是在什么条件下形成的? 答:喷射和泡沫接触状态 6-49 双组分溶液中的易挥发组分的表面张力分别为,当时,是指泡沫状态下操作,塔板 效率高;还是在喷射状态操作塔板效率高? 答:喷射状态下塔板效率高。 转载请注明出处范文大全网 » 化工原理第四版思考题答案范文五:化工原理第四版课后思考题答案