工程热力学期末复习选择题.docx
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工程热力学期末复习选择题
第1题:
无热交换的热力系统称为。
A. 孤立系统B. 闭口系统C. 绝热系统D. 开口系统
参考答案:
C
考察要点:
热力学系统基本概念
相关知识:
(1)人为地选取一定范围内的物质作为研究对象,称其为热力学系统,简称为系统。
(2)按系统与外界有无物质交换,系统可分为闭口系和开口系。
闭口系统:
系统内外无物质交换,称控制质量;开口系统:
系统内外有物质交换,称控制体积。
(3)按系统与外界有无能量交换,系统可分为绝热系和孤立系。
绝热系统:
系统内外无热量交换(系统传递的热量可忽略不计时,可认为绝热);孤立系统:
系统与外界既无能量传递也无物质交换。
第2题:
某容器中气体的表压力为0.04MPa,当地大气压为0.1MPa,则该气体的绝对压力为MPa。
A. 0.06
B. 0.04
C. 0.14
D. 0.05
参考答案:
C
答案提示:
绝对压力=大气压力+表压力=(0.1+0.04)MPa=0.14MPa
考察要点:
相对压力和绝对压力的概念和换算
相关知识:
(1)通常用垂直作用于器壁单位面积上的力来表示压力(也称压强)的大小,这种压力称为气体的绝对压力。
(2)工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力,这些压力计指示的压力是气体的绝对压力与外界大气压力的差值,称为相对压力。
(3)绝对压力与相对压力和大气压力之间
p=pb+pe(p>pb)
p=pb-pv(p 式中pb—当地大气压力 pe—高于当地大气压力时的相对压力,称为表压力; pv—低于当地大气压力时的相对压力,称为真空值。 (4)只有绝对压力才能代表工质的状态参数。 因为测得的表压力或真空度是工质绝对压力与大气压力的相对值,由于大气压力随地理位置及气象条件等因素变化,因此,绝对压力相同的工质,在不同的大气压力条件下,压力表指示的相对压力并不相同。 第3题: 若工质经历一可逆过程与一不可逆过程,且其初态和终态相同,则两过程中工质与外界交换的热量。 A. 相同 B. 不相同 C. 不确定 D. 与状态无关 参考答案: C 考察要点: 可逆过程与不可逆过程的概念;热量的涵义。 答案提示: 热量是过程量,既与初终状态的位置有关,还与中间经历的路程有关。 题目中可逆过程与不可逆过程的初态和终态相同,但没有给出两者的具体过程,所以无法确定两者交换的热量大小。 相关知识: (1)系统经历一个过程后,如令过程逆行而使系统与外界同时恢复到初始状态,而不留下任何痕迹(即没有得到攻,也没有消耗功),则此过程称为可逆过程。 即系统进行正、反两个过程后,系统与外界均能完全回复到初始状态,这样的过程称为可逆过程,否则为不可逆过程。 (2)实现可逆过程的条件: 过程无势差(传热无温差,作功无力差);过程无耗散效应。 (3)可逆过程只是指可能性,并不是指必须要回到初态的过程。 实际过程不是可逆过程,但为了研究方便,先按理想情况(可逆过程)处理,用系统参数加以分析,然后考虑不可逆因素加以修正。 (4)系统与外界之间依*温差传递的能量称为热量,热量是除功以外,没有物质流的系统与外界传递能量的又一种形式。 热量的计算公式为δQ=TdS(J)。 热量是过程量,它与过程特性有关,初、终态相同但中间途径不同的各种过程,其传递热量也不相同。 第4题: 判断后选择正确答案。 A. 无约束的自由膨胀为一可逆过程 B. 混合过程是一不可逆过程 C. 准静态过程就是可逆过程 D. 可逆过程是不可实现过程 参考答案: B 考察要点: 可逆过程与不可逆过程的概念;准静态过程的涵义。 答案提示: A.自由膨胀为不可逆过程;C.可逆过程是准静态过程,但准静态过程不一定是可逆过程;D.可逆过程在一定条件下可以实现。 相关知识: (1)系统状态的连续变化称系统经历了一个热力过程。 如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小,以致该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态,这样的过程称为准静态过程。 准静态过程是一种理想化的过程,实际过程只能接近准静态过程。 (2)系统经历一个过程后,如令过程逆行而使系统与外界同时恢复到初始状态,而不留下任何痕迹(即没有得到攻,也没有消耗功),则此过程称为可逆过程。 即系统进行正、反两个过程后,系统与外界均能完全回复到初始状态,这样的过程称为可逆过程,否则为不可逆过程。 (3)准静态过程+无耗散效应=可逆过程。 可逆过程要求系统与外界随时保持力平衡和热平衡,并且不存在任何耗散效应,在过程中没有任何能量的不可逆损失;而准静态过程的条件仅限于系统内部的力平衡和热平衡。 准静态过程在进行中系统与外界之间可以有不平衡差,也可能有耗散现象发生,只要系统内部能及时恢复平衡,其状态变化还是可以是准静态的。 所以,准静态过程是针对于系统内部的状态变化而言的,而可逆过程则是针对过程中系统所引起的外部效果而言的。 可逆过程必然是准静态过程,而准静态过程则未必是可逆过程,它只是可逆过程的条件之一。 第5题: 压力表测量的压力是。 A. 绝对压力 B. 标准大气压 C. 真空度 D. 相对压力 参考答案: D 考察要点: 相对压力和绝对压力的概念和换算 答案提示: 压力表测量的压力是气体的相对压力(表压力或真空度)。 相关知识: (1)通常用垂直作用于器壁单位面积上的力来表示压力(也称压强)的大小,这种压力称为气体的绝对压力。 (2)工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力,这些压力计指示的压力是气体的绝对压力与外界大气压力的差值,称为相对压力。 (3)绝对压力与相对压力和大气压力之间: p=pb+pe(p>pb) p=pb-pv(p 式中pb—当地大气压力; pe—高于当地大气压力时的相对压力,称为表压力; pv—低于当地大气压力时的相对压力,称为真空值。 (4)SI规定压力单位为帕斯卡(Pa),即1Pa=1N/m2,标准大气压(atm)是工程上使用的压力单位,1atm=1.01×105Pa。 第6题: 绝对零度指的是。 A. 0℃ B. 273℃ C. -273℃ D. 0°F 参考答案: C 考察要点: 温度和温标的概念 答案提示: 绝对零度即T=0K,而t=T-273=0-273=-273℃。 相关知识: (1)温度: 宏观上,是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量;微观上,是大量分子热运动强烈程度的量度。 温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。 (2)温度的数值标尺,简称温标。 国际单位制SI规定T为热力学温标,单位为开(K)。 热力学温标指定纯水三相点温度为基本定点,为273.16K。 (3)SI还规定摄氏温标t为实用温标,单位为摄氏度(℃)。 摄氏温标的每1℃与热力学温标的每1K相同,定义为: t=T-273.15。 (4)华氏温标F被非专业人士使用,单位为华氏度°F。 摄氏温标与华氏温标的转换关系为: t=(F-32)×5/9。 第7题: 压强的国际单位是。 A. bar B. kgf/m2 C. mmHg D. N/m2 参考答案: D 考察要点: 压强的单位。 答案提示: 1Pa=1N/m2。 相关知识: (1)通常用垂直作用于器壁单位面积上的力来表示压力(也称压强)的大小,其宏观定义式为: p=F/A 式中F—整个容器壁受到的力,单位为牛顿(N); A—容器壁的总面积(m2)。 (2)SI规定压力单位为帕斯卡(Pa),即1Pa=1N/m2。 (3)工程上还采用其他压力单位,如巴(bar)、标准大气压(atm)、工程大气压(at或kgf/m2)、毫米汞柱(mmHg)等单位,其换算关系为: 1bar=105Pa=0.1MPa 1atm=1.01325×105Pa 1kgf/m2=9.8×104Pa 1mmHg=133.32Pa 第8题: 熵是量。 A. 广延状态参数 B. 强度状态参数 C. 过程量 D. 无法确定 参考答案: A 考察要点: 状态量与过程量的涵义;熵的涵义;广延状态参数和强度状态参数的概念。 答案提示: 熵是状态量,具有可加性,是广延状态参数。 相关知识: (1)状态指热力系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。 状态参数是描述工质状态特性的各种状态的宏观物理量。 常用的状态参数有: 温度(T)、压力(P)、比容(υ)或密度(ρ)、内能(u)、焓(h)、熵(s)、自由能(f)、自由焓(g)等。 (2)热力状态参数可分为广延状态参数和强度状态参数。 强度性参数: 系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同,与质量多少无关,没有可加性。 在热力过程中,强度性参数起着推动力作用,称为广义力或势。 如温度、压力等。 广延性参数: 系统中各单元体该广延性参数值之和,在热力过程中,广延性参数的变化起着类似力学中位移的作用,称为广义位移,如系统的容积、内能、焓、熵等。 (3)热力过程是指热力系从一个状态向另一个状态变化时所经历的全部状态的总和。 状态参数表示工质的状态,而过程量不仅与热力学过程的初终状态有关,还跟过程的性质有关。 (4)可逆过程熵定义为dS=δQ/T。 熵体现了可逆过程传热的大小与方向,可用于判断热量方向和计算可逆过程的传热量。 熵是状态参数,并且与系统所含工质的数量,它的总和等于系统各部分分量之和,这样具有可加性的状态函数称广延状态参数。 第9题: 工质经历了不可逆的热力循环,则工质熵的变化。 A. 大于零 B. 等于零 C. 小于零 D. 不确定 参考答案: B 考察要点: 可逆过程与不可逆过程、热力循环的概念;熵、熵变、熵产的涵义。 答案提示: 熵是状态参数,工质熵的变化只取决初终态,循环过程熵变为零。 题目中没有明确是否孤立系统,不能套用熵增原理。 相关知识: (1)系统经历一个过程后,如令过程逆行而使系统与外界同时恢复到初始状态,而不留下任何痕迹(即没有得到攻,也没有消耗功),则此过程称为可逆过程。 即系统进行正、反两个过程后,系统与外界均能完全回复到初始状态,这样的过程称为可逆过程,否则为不可逆过程。 (2)热力循环是指工质从某一初态开始,经历一系列状态变化,最后由回复到初态的过程。 可逆过程熵定义为dS=δQ/T。 熵是状态参数,工质熵的变化只取决初终态,与状态变化的过程无关,也与过程是否可逆无关。 (3)孤立系统熵增原理说明随着不可逆过程的进行,熵不断产生,任何不可逆过程都有熵产,得熵方程: (输入熵一输出熵)+熵产=系统熵变,或系统熵变=熵流+熵产。 闭口系统熵方程: Δssys=sf+sg=cpln(T2/T1),[J/(kg·K)] 式中Δssys—系统熵变; sf—熵流,系统吸热为正,放热为负,绝热为零; sg—熵产,不可逆过程为正,可逆过程为零。 稳态紊流开口系统熵方程: sg=s2-s1-sf 式中s1—进入系统每kg物质的熵; s2—流出系统每kg物质的熵。 孤立系统熵方程: Δsiso=sg,即孤立系统熵变等于熵产。 第10题: 某装置在完成一循环中从单一热源吸收100kJ热量,同时做功100kJ,则为。 A. 违反热力学第一定律,不违反热力学第二定律 B. 不违反热力学第一定律,违反热力学第二定律 C. 两个定律均违反 D. 两个定律均不违反 参考答案: B 考察要点: 热力学第一定律;热力学第二定律。 答案提示: 题中能量守恒满足热力学第一定律,但100KJ热量全部变为100KJ功而没有引起其他变化,这违反了热力学第二定律。 相关知识: (1)热力学第一定律表述为: 当热能与其提供形式的能量相互转化时,能的总量保持不变。 它适用于一切工质和一切热力过程。 对于任何系统,各项能量之间的平衡关系可一般表示为: 进入系统的能量—离开系统的能量=系统储存能的变化。 (2)热力学第二定律表述为: “不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化”或“不可能从单一热源取热,使之完全变为功而不引起其他变化”。 第11题: 在冬天,室内开动一台没装任何东西的电冰箱,若运行稳定,电冰箱内部温度不变,则开动冰箱取暖与用电炉取暖,从耗电的角度来比较。 A. 用电冰箱省电 B. 用电炉省电 C. 两者相同 D. 无法比较 参考答案: A 考察要点: 正循环(循环热效率)与逆循环(供热系数)的概念。 答案提示: 电冰箱制冷工质循环是逆循环,即从低温热源(冷藏室)吸热,加上外界输入的功(电量),一并放给高温热源(室内),所以放出的热量大于提供的电量;而用电炉取暖属于正循环,不计损失时,放出的热量等于输入的电量,因此从耗电的角度,用冰箱取暖比用电炉取暖省电。 相关知识: (1)热力循环是指工质从某一初态开始,经历一系列状态变化,最后由回复到初态的过程。 在p-v图上顺时针过程的循环称正循环,逆时针过程的循环称逆循环。 (2)正循环中的热转换功的经济性指标用循环热效率表示: 循环热效率=循环中转换为功的热量/工质从热源吸收的总热量。 即: ηt=w0/q1=(q1-q2)/q1=1-q2/q1 从上式可知,正循环热效率总是小于1。 从热源得到的热量q1,只能有一部分变为净功w0,而必然有另一部分热量q2流向冷源。 (3)逆循环中需要消耗功,即净功w0为负值。 工程上逆循环有两种用途: 如以获得冷量为目的,称为制冷循环,这时致冷工质从冷源吸收热量(冷量)q2;如以获得供热量为目的,则称为热泵循环,这时工质将从冷源吸收热量q2,连同循环中消耗的净功w0,一并向高温的供热系统供给热量q1。 逆循环的经济指标采用工作系数表示,分别有致冷系数和供热系数,即: 致冷系数ε1=q2/w0=q2/(q1-q2) 供热系数ε2=q1/w0=q1/(q1-q2) 从上式可看出,ε2=1+ε1,致冷系数可能大于等于或小于1,而供热系数总是大于1。 第12题: 制冷机的工作系数为。 A. E=q1/w0 B. E=q2/w0 C. E=w0/q1 D. E=w0/q2 参考答案: B 考察要点: 制冷循环及其工作系数的概念。 答案提示: 制冷机循环属于制冷循环,其工作系数定义为制冷量q2与输入的电功量w0之比。 相关知识: (1)工程上逆循环有两种用途: 如以获得冷量为目的,称为制冷循环,这时致冷工质从冷源吸收热量(冷量)q2;如以获得供热量为目的,则称为热泵循环,这时工质将从冷源吸收热量q2,连同循环中消耗的净功w0,一并向高温的供热系统供给热量q1。 (2)制冷循环的工作系数为制冷系数,其定义为制冷量q2与输入的电功量w0之比,即: ε1=q2/w0=q2/(q1-q2) 第13题: 判断后选择正确答案: 。 A. 孤立系统熵增越大,说明不可逆越严重 B. 孤立系统熵只能增加不能减少 C. 绝热过程熵变一定为零 D. 不可逆热力循环中熵变大于零 参考答案: A 考察要点: 熵的概念与熵增原理。 答案提示: B.孤立系统可逆过程熵不变;C.不可逆绝热过程熵变大于零;D.循环过程熵变等于零,不论循环是否可逆还是不可逆。 相关知识: (1)可逆过程熵定义为dS=δQ/T。 熵体现了可逆过程传热的大小与方向,可用于判断热量方向和计算可逆过程的传热量。 熵是状态参数,工质熵的变化只取决初终态,与状态变化的过程无关,也与过程是否可逆无关。 (2)熵增原理: 绝热闭口系统或孤立系统的熵只能增加(不可逆过程)或保持不变(可逆过程),而绝不能减少。 任何实际过程都是不可逆过程,只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行,这就是熵增原理。 (3)熵增原理的意义: a.可通过孤立系统的熵增原理判断过程进行的方向;b.熵增原理可作为系统平衡的判据——当孤立系统的熵达到最大值时,系统处于平衡状态;c.熵增原理与过程的不可逆性密切相关,不可逆程度越大,熵增也越大,由此可以定量地评价过程的热力学性能的完善性。 第14题: 某热机,在温度为t1的热源和温度为t2的冷源间进行卡诺循环,其热效率为。 A. ηt=1-q2/q1 B. ηt=1-T2/T1 C. ηt=1-t2/t1 D. ηt=1-T1/T2 参考答案: B 考察要点: 卡诺循环及其效率的涵义。 答案提示: 卡诺循环热效率总是小于1,并且大小只决定于热源温度T1即冷源温度T2。 相关知识: (1) 卡诺循环: 两个可逆定温过程、两个可逆绝热过程 过程a-b: 工质从热源(T1)可逆定温吸热,q1=T1(sb-sa) b-c: 工质可逆绝热(定熵)膨胀,对外作功 c-d: 工质向冷源(T2)可逆定温放热,q2=T2(sc-sd) d-a: 工质可逆绝热(定熵)压缩回复到初始状态,对内作功 (2)卡诺循环热效率: ηt==1-T2/T1 可知: 卡诺循环热效率与工质的性质无关,公式适用于任何工质的卡诺循环,卡诺循环热效率与总是小于1,,其大小只决定于热源温度T1即冷源温度T2,要提高其热效率可通过提高T1及降低T2/的办法来实现。 第15题: 上式为道尔顿分压定律,其适用于。 A. 理想气体 B. 非理想气体 C. 所有气体 D. 实际气体 参考答案: A 考察要点: 道尔顿分压定律。 答案提示: 道尔顿分压定律适用于理想气体。 相关知识: (1)自然界存在的气体通常都是由几种不同种类气体组成的混合物,这些混合气体中各组成气体之间不发生化学反应,是一种均匀混合物。 混合气体的性质取决于混合气体中各组成气体的成分及其热力性质。 由理想气体组成的混合气体,仍然具有理想气体热性,服从理想气体各种定律。 (2)混合气体的分压力是指假定混合气体中组成气体单独存在,维持混合气体的温度和容积不变时,各组成气体所具有的压力。 (3)道尔顿分压定律: 混合气体的总压力p等于各组成气体分压力pi之和: 第16题: 某理想气体比热容cp=1.000kJ/(kg.K),cV=760J/(kg.K),该气体的气体常数为。 A.R=0.24kJ/(kg.K) B.R=240kJ/(kg.K) C.R=8314.4J/(kg.K) D.R=240J/(kg.K) 参考答案: A 考察要点: 理想气体比热容和气体常数的含义。 答案提示: R=cp-cv=1.0KJ/(kg.K)-0.76KJ/(kg.K)=0.24kJ/(kg.K)。 相关知识: (1)通用气体常数: R0=8314J/(kmol·K),R0与气体性质、状态均无关。 已知通用气体常数R0及某气体的分子量M即可求的气体常数R: R=R0/M=8314/M[J/(kg.K)],气体常数与状态无关,仅决定于气体性质。 (2)单位物量的物体,温度升高或降低1K(1℃)所吸收或放出的热量,称为该物体的比热,即c=δq/dT。 比热不仅取决于气体的性质,还于气体的热力过程及所处的状态有关。 (3)单位物量的气体在定容情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量,称为定容比热,即cv=δqv/dT。 单位物量的气体在定压情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量,称为定压比热,即cp=δqp/dT。 (4)等量气体升高相同的温度,定压过程吸收热量多于定容过程吸收热量,即定压比热始终大于定容比热。 理想气体,存在着梅耶公式: cp-cv=R 第17题: 理想气体状态方程为。 A.p1v1=p2v2 B.pv=RT C.p1/T1=p2/T2 D.p1v1/T1=p2v1/T2 参考答案: B 考察要点: 理想气体状态方程关系式。 答案提示: 理想气体状态方程是p、V、T三者之间的函数关系式,A、C、D均为过程方程。 相关知识: (1)理想气体: 忽略气体分子间相互作用力和分子本身体积影响,仅具有弹性质点的气体。 (2)理想气体状态方程: 1kg: pv=RT mkg: pV=RT 1kmol: pVm=R0T nkmol: pV=nR0T 式中p—绝对压力,Pa; v—比容,m3/kg; V—气体容积,m3; R0—通用气体常数,8314J/(kmol·K); Vm—摩尔容积,22.4m3/kmol。 第18题: 某理想气体经历了一个内能不变的热力过程,则该过程中工质的焓变。 A.大于零 B.等于零 C.小于零 D.不确定 参考答案: B 考察要点: 内能和焓的涵义。 答案提示: 理想气体内能和焓都是温度的单值函数,内能不变的热力过程即为温度不变的热力过程,所以焓也不变。 相关知识: (1)内能是热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所具有的能量之和,其包括分子动能(内动能)和分子位能(分子间相互作用力)。 通常用u表示1kg质量气体的内能,单位为J/kg。 (2)温度的高低是内动能大小的反应,内位能决定于气体的比容,所以气体的内能是温度和比容的函数,即u=f(T,v),可见内能也是气体的状态参数。 对于理想气体,分子间不存在相互作用力,没有内位能,只有内动能。 即理想气体内能只是温度的单值函数,即u=f(T)。 (3)焓的物理意义: 对于流动工质,焓=内能+流动功,表示沿流动方向传递的总能量中,取决于热力状态的那部分能量,对于1kg工质,h=u+pv。 因为p、v和u都是工质的状态参数,所以焓也是工质的状态参数,对于理想气体: h=u+pv=u+RT=cpT=f(T),即焓也是温度的单值函数。 第19题: 准静态过程中,系统经过的所有状态都接近。 A.相邻状态 B.初状态 C.低能级状态 D.平衡状态 参考答案: D 考察要点: 平衡状态和准静态过程的涵义。 答案提示: 准静态过程中,系统经过的所有状态都接近于平衡状态。 相关知识: (1)系统在不受外界影响的条件下,如果宏观热力性质不随时间而变化,系统内外同时建立了热和力的平衡,这时系统的状态称为热力平衡状态,简称为平衡状态。 (2)系统状态的连续变化称系统经历了一个热力过程。 如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小,以致该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态,这样的过程称为准静态过程。 准静态过程是一种理想化的过程,实际过程只能接近准静态过程。 第20题: 对于理想气体,下列参数中不是温度的单值函数。 A.内能 B.焓 C.比热 D.熵 参考答案: D 考察要点: 内能、焓、比热、熵的涵义。 答案提示: 理想气体内能、焓、比热均是温度的单值函数,熵不是,熵和p、v和T都有关系。 相关知识: (1)内能是热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所具有的能量之和,其包括分子动能(内动能)和分子位能(分子间相互作用力)。 通常用u表示1kg质量气体的内能,单位为J/kg。 温度的高低是内动能大小的反应,内位能决定于气体的比容,所以气体的内能是温度和比容的函数,即u=f(T,v),可见内能也是气体的状态参数。 对于理想气体,分子间不存在相互作用力,没有内位能,只有内动能。 即理想气体内能只是温度的单值函数,即u=f(T)。 (2)焓的物理意义: 对于流动工质,焓=内能+流动功,表示沿流动方向传递的总能量中,取决于热力状态的
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