热力学第二定律作业-“从青藏铁路热棒工作原理谈谈热力学第二定律”

已开启: 2018年10月8日 星期一 00:00
截至: 2018年10月19日 星期五 00:00

分析题: 

      理论联系实际是人类认识或学习活动的普遍规律之一。

      青藏铁路冻土(即含水量较高土质)带路段的路基受大气昼夜气温剧烈变化的影响、或受大气升温影响,路基受热软化,将会导致路基凸起、开裂、泛浆或塌陷,造成铁轨变形、进而‘火车脱轨而酿成行车事故,为了避免上述影响,采取的防护措施之一就是用“热棒技术”来保持路基稳定的固化状态。

   “热棒技术”原理:  “热棒技术”中的热棒是一个细长、密封的钢制圆筒,总长约为7米,直径约20厘米。其中5米深插冻土内,称为蒸发段;在蒸发段的圆筒内盛有液氨【NH3(l)】,其余2米 暴露在大气中,称为冷凝段,冷凝段圆筒外壁上设置许多散热片。热棒通过圆筒内氨的液-气转化,把由大气升温转入冻土的热量又返回给大气,防止了冻土因昼夜气温变化或受大气升温影响使其受热升温而软化,以保持冻土带的固化状态。

(1)试根据上述“热棒技术”原理的文字叙述,画出“热棒工作原理图“,即表示在热棒作用下,热在冻土与大气间的循环示意图。

(2)试通过热棒的工作过程分析热棒是否违反热力学第二定律?为什么?

(3)是否可用氮[N2]代替氨[NH3]做热棒中的传热介质?

  说明:青藏铁路唐古拉山段(路长5.5Km)附近气候特点,该路段气温是夏升冬降,夏季最高气温为摄氏40度,冬季最低气温为摄氏-38.6度。冷热变化剧烈,昼夜温差变化很大。

    液氨的沸点-33.4摄氏度;液氮的沸点-195.5摄氏度。