华北电力工程热力学考试题

Question

问题1：水蒸气绝热节流过程是否有能量损失？分别从热力学第一定律和热力学第二定律两个角度说明。
问题2从热力学观点看，工质温度升高是否一定吸热？工质温度降低是否一定放热？
在炎热的夏天，有人试图用关闭厨房的门窗和打开电冰箱的办法使厨房降温。试问，这种方法能否达到预期的目的，为什么？何谓准静态过程和可逆过程并说明准静态过程和可逆过程的异同。

举例说明。在线求答

Answer 1

问题1的回答：流体流经阀门、孔板等设备时，由于局部阻力，使流体压力下降，称为节流现象。如果节流过程是绝热的，则为绝热节流，简称节流。绝热节流的四个特点是：1）节流过程严重不可逆，是典型的不可逆过程。即流体流经节流装置后必然导致熵产（熵增），熵产（熵增）即意味着能量的损失（贬值）；2）节流前后流体的焓不变，但节流过程并非等焓过程；3）节流后压力下降、比体积增大；4）节流后会产生温度效应（此特点曾被用来空气调温）。从热力学第一定律来说，流体进入节流装置前的总能量，减去流出节流装置后的总能量，就是节流造成的总能量损失，即经过节流后，水蒸气将损失一定的能量，减压阀就是利用的这个原理，使水蒸气降压。从热力学第二定律来看，系统的熵产等于熵变减去（热）熵流，而在绝热节流过程中，（热）熵流是等于0的，故熵产等于熵变。由节流的第一个特点可知，节流后流体熵增加，即节流过程中有熵产，熵产就意味着能量损失。例如，如果把水管出口垂直向上，在流量、管道直径和流体压力相同的情况下，未安装节流装置喷出的水柱高度，要比安装节流装置的要高，且这个高度差就是在节流装置处造成能量损失的大小。
问题2的回答：工质温度的变化与吸热放热有关系，但并不十分确定。现以闭口系统内的工质为例来说明这个问题。由热力学第一定律可知，工质的热力学能的变化等于系统吸热减去对外做功，即工质的热力学能的变化（增加或减少）是由吸热（或放热）与做功的综合效果决定的。如空气被压缩时，温度是升高的，但这时空气通常被冷却（放热），这多用在多级压缩（气）机的级间冷却。至于工质吸热降温，可用高温高压气体在供入微量的热量下膨胀做功，就可以做到，但这并不常见。只是在活塞式内燃机、燃气轮机和喷射发动机在膨胀做功时，尚残存未燃烧的燃料在膨胀做功时继续燃烧（吸热），正常情况下这是不被允许的，可能只是在高负荷（大燃料供入）时会出现的一种特殊情况。
关于用冰箱来降低厨房温度是不行的，也是不可取的。尽管起初在冰箱门附近温度可以降低，但厨房的总体温度却是不断上升的，且压缩机处于连续工作状态，这样既达不到制冷效果，又极易损坏压缩机。其原因是冰箱的制冷工质在同一热源（厨房中的空气）下工作，其循环效率为0，但却消耗功（输入的电能），而输入的电能必将转变为热能而使厨房温度不断升高。
关于准静态过程和可逆过程。准静态过程是偏离平衡态无穷小，随时恢复平衡的状态变化过程。其进行条件是：1）破坏平衡的势差，如压差和温度差等无穷小；2）过程进行无限缓慢；3）工质有恢复平衡的能力。而可逆过程是系统可经原途径返回原来状态而在外界不留下任何变化的过程。其实现条件是：1）是一个准平衡过程；2）过程中无耗散效应。如摩擦、电阻、磁阻等，因为这些都是功变热的效应。即一个可逆过程是在准静态过程基础之上的无耗散效应的过程。所以，一个可逆过程可以是准静态过程，但一个准静态过程不一定是可逆过程。只有当准静态过程无耗散效应时，才是一个可逆过程。

Answer 2

问题1，从第一定律看没有能量损失，因为根据热力学第一定律开口系方程，此时，进口的焓等于出口的焓，因为换热量为零。 但从热力学第二定律看，一个过程如果能够发生，肯定是熵增大的。

2，不一定，做功也可以。热力学第一定律闭口系方程可以解释。

3，不能，因为冰箱提供冷量的同时，冰箱后面的散热器（冷凝器）也在对房间放热。且散热量为冷量加上压缩机的功率，大于冷量。房间的温度最终会升高的。

4，准静态过程是指，由一系列平衡状态组成（由无限接近平衡状态的状态组成）的过程。
可逆过程：一个过程进行完了以后，如能使工质沿相同的路径逆行而回复至原态，且相互作用中所涉及到得外界亦可以回复原态，而不留下任何痕迹。

准静态过程仅限于工质内部力的平衡和热的平衡，并不要求工质与外界的平衡，不要求没有摩擦等损失。
可逆过程是内外都要有力和热的平衡。
可逆过程必然是准静态过程，而准静态过程只是可逆过程的条件之一。

Answer 3

我试着回答一下：
1、有能量损失。要考虑到节流损失。
2、不一定。温度升高可能是外界做工。
3、不能。

我是大二的时候学的工热，忘得差不多了。不过我打算考研，所以要重新再看一遍。希望到时候能够把答案再完善一下