高等工程热力学试卷2011~2012

重庆大学硕士《高等工程热力学》课程试卷

2011~2012学年 第二学期

一、

分析说明题（60’）

1、经验温标和绝对温标是如何定义的？其差别是什么？

经验温标是利用某种物质的物理特性和温度之间的变化关系来确定的温标。热力学温标亦称“开尔文温标”、“绝对温标”。它是建立在热力学第二定律基础上的一种和测温质无关的理想温标。根据定义，两个热力学温度的比值等于在这两个温度之间工作的可逆热机与热源交换的热量的比值。用热力学温标定出的温度数值，与测温物质的性质无关，因而是最科学的温标。

2、试述孤立系统、定温定压系统和定温定容系统的平衡条件。

平衡判据 攻势函数减小的方向进行

简单可压系 TdS = dU + pdV 一般系 TdS = dU + pdV + dWu

dWu =TdS–dU–pdV自发过程 dWu ≥0 ∴TdS–dU–pdV ≥0 （基本判据）

dUS,V ≤0 （热力学能判据） dHS,p ≤0 （焓判据） dFT,V ≤0 （自由能判据） dGT,p ≤0 （自由焓判据）

dSU,V = dSi,s ≥0 （熵判据：一般判据）

3、试述能量及热力系统的可用能和可用能损失的计算方法。

热量Q中的有效能：EX, Q = Wmax = ( 1–T0 / T ) Q

闭系工质的有效能：Ex = (U + p0V–T0S)–(U0+ p0V0–T0S0) 开系工质的有效能：Ex = (H–T0S)– (H0–T0S0)

有效能的损失 可逆：?Wu,max 不可逆（实际） ：Wu

有效能损失：?Wl =Wu,max–Wu 孤立系的总有效能损失 dWl =T0 dSg

4、试述熵与热力学几率的关系，结合阿伏伽德罗常数和气体常数探讨玻尔兹曼常数的物理意义。

一切自发过程的普遍规律，从概率小的状态到概率大的状态。孤立系熵增加的过程是热力学概率增大的过程。是系统从非平衡态趋于平衡态的过程，是系统无序度增加的过程，是一个宏观不可逆过程。

PV=nRT=NkT定义R/N为玻尔兹曼常数k宏观和微观相对应。

5、逸度和活度的定义和物理意义，及其在均匀混合物系研究中的作用。

?(T不变时）逸度dGi?d?i?RTdlnfi　　　

lim(fi)?1xipfixip___必要条件

p?0

?i?逸度系数

—

逸度系数校正真实气体和理想气体的偏差

活度系数校正真实液体和理想液体的偏差

6、在h-s图绘出瑞利流动特性曲线并讨论。

7. 范诺流

二、 推导题（30’）

1、对一刚性容器快速充气，假定已知主管道气体参数和容器充气后压力，试用瞬变流动相关方程，分析充气完成时的温度和充气量。

瞬变流动能量方程:

dQ= dEcv+ (h2+c22/2+gz2)dm2 -(h1+c12 /2+gz1)dm1 +dWnet

积分形式:

Q =DEcv+∫(h2+c22/2+gz2) dm2-∫(h1+c12 /2+gz1) dm1+ Wne

2、参照纯质系统的热力学一般关系式，推导多元混合物的吉布斯方程：

三、 探讨分析题（10’）

克劳修斯从热力学第二定律出发，将其推广到宇宙，得到了宇宙的熵将会越来越大，直至熵达到极值而死亡，此为“热寂说”。你是否赞同“热寂说”？如果赞同，宇宙在“死”后如何在“生”？如果不赞同，热力学二定律的又有何适用条件，为什么？不论是赞同或不赞同，请给出自己的分析。

完全违反了能量守恒与转化及运动不灭的基本自然规律。在自然界除了能量弥散的过程外，也不断发生着弥散的热转化为其他形式的能的过程。它把在有限的宏观环境中观察到的现象和总结的规律，推广到无限的时间和空间的宇宙中去。对于整个宇宙而言它有无限多种可能的状态，甚至在有限的时间内，也不能走完它。