节能原理试题(另附参考答案)VIP专享VIP免费

节能原理试题1.写出控制体物质平衡和能量平衡关系式，并简单解释其物理意义。=∑in-∑out(1-2)=+∑(hout++gzout)out-∑(hin++gzin)in+net(1-3)式中，=dQ/dτ,in=dmin/dτ,out=dmout/dτ,net=dWi/dτ。这是经典热力学以集总参数思想建立的数学模型，对大多数热力设备都是有效的。但对工质所经历的非平衡的实际热力过程本身而言，属于黑箱模型。控制体结构、工质粘性等因素对热力过程的影响，或在热力学分析的结果中体现，或以经验数据的形式引入热力学分析。比如，发电厂热力系统的热力学分析中，对流动阻力造成的影响主要以二种形式予以考察：(1)．引起的额外动力消耗在发电厂的发、供电效率(或煤耗率)中以厂用电(率)的形式体现；(2)．引起工质状态的改变则常以经验数据的形式引入热力学分析。2.热力学第二定律的克劳修斯说法、开尔文说法和普朗克说法。热力学第二定律有三种表述方法，分别由不同的科学家独立提出。(1).克劳修斯说法(1850年)：不可能把热从低温物体传至高温物体而不引起其他变化。它指明了热量只能自发地从高温物体传向低温物体，反之的非自发过程并非不能实现，而是必须花费一定的代价。例如压缩制冷装置就是以花费机械能为代价，即以机械能变为热能这一自发过程作为实现热从低温物体转移至高温物体所必需的补偿代价。(2).开尔文说法(1851年)：不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其他影响。这是从热功转换的角度表述的热力学第二定律，不产生其它影响是这一表述不可缺少的部分。例如：理想气体定温膨胀过程进行的结果，就是从单一热源取热并将其全部变成了功，但与此同时，气体的压力降低，体积增大，即气体的状态发生了变化，或者说“产生了其它影响”。因此，并非热不能完全变为功，而是必须有其它影响为代价才能实现。(3).普朗克说法：不可能制造一个机器，在循环动作中把一重物升高而同时使一个热库冷却。这三种说法本质上是等价的，它表明了能量过程进行的方向。3.系统熵平衡的表达式，并解释其物理意义。4.控制体平衡关系式，并简要解释其物理意义。的定义：热力系统从任意状态经可逆过程达到与环境相平衡的状态时所完成的最大功量或称作功能力。表达式：e=h-T0s(1-7)对于如图1.2所示的控制体，其平衡方程为：Σein+Σeq=Σeout+w+I(1-8)式中，ein——工质进入系统的；eout——工质离开系统的；eq——输入热流；w——输出技术功。图3.1控制体的能量平衡图图1.2控制体平衡图5.热转化为功的能力。（1.5.2热转化为功的能力）显然，一定温度下的热量的最大作功能力为(1-12)如果低温热源温度取值为环境温度T0，即T2=T0，则上式表示相对于环境温度T0，温度T1下的热量Q1转变为功的能力，称为热流或热量。事实上，根据熵的定义：ds=δq/T(1-13)对如图1.4所示的放热过程，其放热量为：(1-14)因此，放热过程的热力学平均温度为：(1-15)状态点1的值：e1=h1-T0s1状态点2的值：e2=h2-T0s212放热过程的作功能力变化为：Δe12=e2-e1=h2-h1-T0(s2-s1)=q12-T0(s2-s1)因此，12放热过程作功能力的变化为：(1-16)12过程为放热过程，q12为负值，因此热力系统的作功能力减少。根据作功能力的定义，从上式中可以看出，在的热力学平均温度下，一定换热量q=|q12|具有的值为：(1-17)对比式(1-12)，不难理解一定温度下的热量q具有的作功能力(热流)等于其经由工作在热力学平均温度和环境温度T0之间的卡诺循环的作功量。6.有限温差传热过程的不可逆损失。如图1.5所示的换热过程，热流体放热量等于冷流体吸热量。即q34=-q12=q，或|q34|=|q12|=q。图1.5换热过程方法一：由吸放热过程中热流计算。12放热过程的作功能力：34吸热过程的作功能力：因此，换热过程的损失(作功能力损失)为：(1-18)显然，在相同换热量的条件下，传热温差越大，不可逆损失越大；换热温度水平越低，不可逆损失越大。换热过程是最典型的不可逆过程，式1-18清晰地揭示了减小换热过程不可逆损失的途径。由热力学平均温度，，可得：(1-19)方法二——由状态参数直接求取。对图1.5应用式1-8的平衡方程，这时eq=0，w=0。进入加热器的：Σein=e1+e3=h1-T0s1+h3-T0s3离开加热器的：Σeout=e2+e4=h2-T0s2+h4-T0s4...