清华大学工程热力学习题课
工程热力学课程习题
第一章
1-1 试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高(mm)，(1) 水，(2) 酒精，(3) 液态钠。它们的密度分别为1000kg/m3，789kg/m3和860kg/m3。
1-4 人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是p=cρ1.4，c为常数。在海平面上空气的压力和密度分别为1.013×105Pa和1.177kg/m3，如果在某山顶上测得大气压为5×104Pa。试求山的高度为多少。重力加速度为常量，即g=9.81m/s2。
1-7如图1-15 所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa，表B读数为170kPa，表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。大气压力为760mmHg。试求(1) 真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的绝对压力；(2) 表C的读数；(3) 圆筒顶面所受的作用力。
图1-15
1-8 若某温标的冰点为20°，沸点为75°，试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。
1-10 若用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况，对吗？若可能，读数相同的温度应是多少？
1-14一系统发生状态变化，压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。若系统初态压力为600kPa，容积为0.3m3，试问系统容积膨胀至0.5m3时，对外作了多少膨胀功。
1-15气球直径为0.3m，球内充满压力为150kPa的空气。由于加热，气球直径可逆地增大到0.4m，并且空气压力正比于气球直径而变化。试求该过程空气对外作功量。
1-16 1kg气体经历如图1-16所示的循环，A到B为直线变化过程，B到C为定容过程，C到A为定压过程。试求循环的净功量。如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化？
图1-16
第二章
2-2 水在760mmHg下定压汽化，温度为100℃，比容从0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg，汽化潜热为2250kJ/kg。试求工质在汽化期间(1) 内能的变化；(2) 焓的变化。
2-3定量工质，经历了一个由四个过程组成的循环，试填充下表中所缺的数据，并
2-5 1kg空气由p1=1.0MPa，t1=500℃膨胀到p1=0.1MPa，t1=500℃，得到的热量506kJ，作膨胀功506kJ。又在同一初态及终态间作第二次膨胀仅加入热量39.1kJ。求：(1) 第一次膨胀中空气内能增加多少？(2) 第二次膨胀中空气作了多少功？(3) 第二次膨胀中空气内能增加多少？
2-6图2-10所示的气缸内充以空气。气缸截面积为100cm2，活塞距底面高度为10cm，活塞及其上负载的总质量为195kg，当地大气压为771mmHg，环境温度t0=27℃，气缸内气体恰与外界处于热力平衡。倘使把活塞上的负载取去100kg，活塞将突然上升，最后重新达到热力平衡。设活塞与气缸壁之间无摩擦，气体可通过气缸壁充分和外界换热，求活塞上升的距离和气体的换热量。
图2-10
2-7上题中若气缸壁和活塞都是绝热的，但两者之间不存在摩擦，此时活塞上升距
离如何？气体的最终状态又如何？已知⊿u=c v⊿T，空气的c v=0.71kJ/(kg·K)。
2-12 1m3容器内的空气，压力为p0，温度为T0。高压管路( p, T )与之相通，使容器内压力达到p时关上阀门。设高压管路、阀门与容器均绝热，但有一冷却水管通过容器。若欲在充气过程中始终维持容器中的空气保持T0，则需向冷却水放出的热量为Q，求Q。已知空气的R，c p和c v。
2-13一台锅炉给水泵，将冷水压力由p1=6kPa升高至p2=2.0MPa，若冷凝水(水泵进口)流量为2×105kg/h，水密度ρH
=1000kg/m3。假定水泵效率为0.88，问带动此水泵至
2O
少要多大功率的电机。
2-14 一燃气轮机装置如图2-11所示。空气由1进入压气机升压后至2，然后进入回热器，吸收从燃气轮机排出的废气中的一部分热量后，经3进入燃烧室。在燃烧室中与油泵送来的油混合并燃烧，产生的热量使燃气温度升高，经4进入燃气轮机(透平)作功。排出的废气由5送入回热器，最后由6排至大气。其中压气机、油泵、发电机均由燃气轮机带动。(1) 试建立整个系统的能量平衡式；(2)若空气质量流量1m=50t/h，进口焓h1=12kJ/kg，燃油流量7m=700kg/h，燃油进口焓h7=42kJ/kg，油发热量q=41800kJ/kg，排出废气焓h6=418kJ/kg，求发电机发出的功率。
图2-11
2-15某电厂一台国产50000kW汽轮机发电机组，锅炉蒸汽量为220t/h，汽轮机进口处压力表上的读数为10.0MPa，温度为540℃。汽轮机出口处真空表的读数为715.8mmHg。当时当地的大气压为760mmHg，汽轮机进、出口的蒸汽焓各为3483.4kJ/kg 和2386.5kJ/kg。试求：(1) 汽轮机发出的轴功率为多少千瓦？(2) 若考虑到汽轮机进口处蒸汽速度为70m/s，出口处速度为140m/s，则对汽轮机功率的计算有多大影响？(3) 如已知凝汽器出口的凝结水的焓为146.54kJ/kg，而1kg冷却水带走41.87kJ的热量，则每小时需多少吨冷却水？是蒸汽量的几倍？
2-16 空气在某压气机中被压缩，压缩前空气的参数为p 1=0.1MPa ，v 1=0.845m3/kg ；压缩后为p 2=0.8MPa ，v 1=0.175m3/kg ，若在压缩过程中每千克空气的内能增加146.5kJ ，同时向外界放出热量50kJ ；压气机每分钟生产压缩空气10kg 。试求：(1) 压缩过程中对1kg 空气所作的压缩功；(2) 每产生1kg 压缩空气所需的轴功；(3) 带动此压气机所需功率至少要多少千瓦？
2-18 某燃气轮机装置如图2-12所示。已知压气机进口处空气的焓h 1=290kJ/kg ，经
压缩后，空气升温使比焓增为h 2=580kJ/kg ，在截面2处与燃料混合，以c 2=20m/s 的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg 。燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态'3，'3h =800kJ/kg ，流速增至'3c ，燃气再进入动叶片，推动转轮回转作功。若燃气在动叶中热力状态不变，最后离开燃气轮机速度为c 4=100m/s 。求： (1) 若空气流量为100kg/s ，压气机消耗的功率为多少？ (2) 若燃料发热量q =43960kJ/kg ，燃料耗量为多少？ (3) 燃气在喷管出口处的流速'3c 是多少？ (4) 燃气透平('34过程)的功率为多少？
(5) 燃气轮机装置的总功率为多少？
图 2-12
第三章
3-1容量为0.027m3的刚性储气筒，装有7×105Pa，20℃的空气，筒上装有一排气阀，压力达到8.75×105Pa时就开启，压力降为8.4×105Pa时才关闭。若由于外界加热的原因造成阀门的开启，问：(1) 当阀门开启时，筒内温度为多少？(2) 因加热而失掉多少空气？设筒内空气温度在排气过程中保持不变。
3-2压气机在大气压力为1×105Pa，温度为20℃时，每分钟吸入空气为3m3。如经此压气机压缩后的空气送入容积为8m3的储气筒，问需若干时间才能使筒内压力升高到7.8456×105Pa，设筒内空气的初温、初压与压气机的吸气状态相同。筒内空气温度在空气压入前后并无变化。
3-93kg空气，p1=1.0MPa，T1=900K，绝热膨胀到p2=0.1MPa，试按气体热力性质表计算：(1) 终态参数v2和T2；(2) 膨胀功和技术功；(3) 内能和焓的变化。
3-10某理想气体(其M已知)由已知的p1，T1定熵压缩到p2，又由定温压缩到同一个p2，这两个终态的熵差⊿s也已知，求p2。
3-11图3-11所示的两室，由活塞隔开。开始时两室的体积均为0.1m3，分别储有空气和H2，压力各为0.9807×105Pa，温度各为15℃，若对空气侧壁加热，直到两室内气体压力升高到1.9614×105Pa为止，求空气终温及外界加入的Q，已知c v,a=715.94J/(kg·K)，k H
=1.41，活塞不导热，且与气缸间无摩擦。
2
图3-11
3-126kg空气由初态p1=0.3MPa、t1=30℃，经下列不同过程膨胀到同一终态p2=0.1MPa：(1)定温；(2)定熵；(3)n=1.2。试比较不同过程中空气对外作功，交换的热量和终温。
3-13一氧气瓶容量为0.04m3，内盛p1=147.1×105Pa的氧气，其温度与室温相同，即t1=t0=20℃，求：(1) 如开启阀门，使压力迅速下降到p2=73.55×105Pa，求此时氧的温度
T2和所放出的氧的质量⊿m；(2) 阀门关闭后，瓶内氧的温度与压力将怎样变化；(3) 如放气极为缓慢，以致瓶内气体与外界随时处于热平衡。当压力也自147.1×105Pa降到73.55×105Pa时，所放出的氧较(1)为多还是少？
3-142kg某种理想气体按可逆多变过程膨胀到原有体积的三倍，温度从300℃降到60℃，膨胀期间作膨胀功418.68kJ，吸热83.736kJ，求c p和c v。
3-16试证理想气体在T-s图上任意两条定压线(或定容线)之间的水平距离相等。
3-17空气为p1=1×105Pa，t1=50℃，V1=0.032m3，进入压气机按多变过程压缩至p2=32×105Pa，V2=0.0021m3，试求：(1)多变指数；(2)所需压缩功(轴功)；(3)压缩终了空气温度；(4)压缩过程中传出的热量。
3-19压气机中气体压缩后的温度不宜过高，取极限值为150℃，吸入空气的压力和温度为p1=0.1MPa，t1=20℃，求在单级压气机中压缩250m3/h空气可能达到的最高压力。若压气机缸套中流过465kg/h的冷却水，在气缸套中水温升高14℃，再求压气机必需的功率。
3-20 实验室需要压力为6.0MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是两级压缩？若采用两级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1MPa，大气温度为20℃，n=1.25，采用间冷器将压缩空气冷却到初温，试计算压缩终了空气的温度。
3-21三台压气机的余隙比均为0.06，进气状态均为0.1MPa，27℃，出口压力均为0.5MPa，但压缩过程的指数分别为n1=1.4，n=1.25，n=1，试求各压气机的容积热效率(设膨胀过程与压缩过程的多边指数相同)。
第四章
4-1试用热力学第二定律证明，在p-v图上，两条可逆绝热线不可能相交。
4-2 (1) 可逆机从热源T1吸热Q1，在热源T1与环境(温度为T0)之间工作，能作出多少功？
(2) 根据卡诺定理降低冷源温度可以提高热效率，有人设想用一可逆制冷机造成一个冷源T2(T2 4-3温度为T1，T2的两个热源间有两个卡诺机A与B串联工作(即中间热源接受A 机的放热同时向B机供给等量热)。试证这种串联工作的卡诺热机总效率与工作于同一T1，T2热源间的单个卡诺机效率相同。 4-4 如图4-26所示的循环，试判断下列情况哪些是可逆的？哪些是不可逆的？哪些是不可能的? 图4-26 a. Q L=1000kJ，W=250kJ b. Q L=2000kJ，Q H=2400kJ c. Q H=3000kJ，W=250kJ 4-5 试判断如图4-27所示的可逆循环中Q3的大小与方向、Q2的方向及循环净功W 的大小与方向。 4-6若封闭系统经历一过程，熵增为25kJ/K，从300K的恒温热源吸热8000kJ，此过程可逆？不可逆？还是不可能？ 4-8空气在轴流压气机中被绝热压缩，增压比为4.2，初、终态温度分别为20℃和200℃，求空气在压缩过程中熵的变化。 4-10 将5kg 0℃的冰投入盛有25kg 温度为50℃水的绝热容器中，求冰完全融化且与水的温度均匀一致时系统的熵的变化。已知冰的融解热为333kJ/kg 。 4-11 在有活塞的气缸装置中，将1kmol 理想气体在400K 下从100kPa 缓慢地定温压缩到1000kPa ，计算下列三种情况下，此过程的气体熵变、热源熵变及总熵变： a. 若过程中无摩擦损耗，而热源的温度也为400K ； b. 过程中无摩擦损耗，热源温度为300K ； c ．过程中有摩擦损耗，比可逆压缩多消耗20%的功，热源温度为300K 。 4-13 一个绝热容器被一导热的活塞分隔成两部分。初始时活塞被销钉固定在容器的中部，左、右两部分容积均为V 1=V 2=0.001m 3，空气温度均为300K ，左边压力为p 1=2×105Pa ，右边压力为p 2=1×105Pa 。突然拔除销钉，最后达到新的平衡，试求左、右两部分容积及整个容器内空气的熵变。 4-15 如图4-30所示，两股空气在绝热流动中混合，求标准状态下的V 3(m 3/min)，t 3及最大可能达到的压力p 3(MPa)。 图4-30 4-18 用家用电冰箱将1kg25℃的水制成0℃的冰，试问需要的最少电费应是多少？ 已知水的c =75.57J/(mol·K)；冰0℃时的熔解热为6013.5J/mol ；电费为0.16元/(kW·h)；室温为25℃。 4-20 压气机空气进口温度为17℃，压力为1×105Pa ，经历不可逆绝热压缩后其温度为207℃，压力为4.0×105Pa ，若室内温度为17℃，大气压力为1×105Pa ，求：(1) 此压气机实际消耗的轴功；(2) 进、出口空气的焓；(3) 消耗的最小有用功；(4)损失；(5)压气机效率。 4-21 在一个可逆热机循环中，工质氦定压吸热，温度从300℃升高到850℃，其定压比热容c p =5.193kJ/(kg·K)，已知环境温度为298K 。求循环的最大效率和最大热效率。 第五章 5-1 压缩比为8.5的奥图循环，工质可视为空气，k =1.4，压缩冲程的初始状态为100kPa ，27℃，吸热量为920kJ/kg ，活塞排量为4300cm 3。试求(1)各个过程终了的压力和温度；(2) 循环热效率；(3) 平均有效压力。 5-5 某狄塞尔循环，压缩冲程的初始状态为90kPa ，10℃，压缩比为18，循环最高温度是2100℃。试求循环热效率以及绝热膨胀过程的初、终状态。 5-7 混合加热理想循环，吸热量是1000kJ/kg ，定容过程和定压过程的吸热量各占一半。压缩比是14，压缩过程的初始状态为100kPa ，27℃。试计算(1)输出净功，(2)循环热效率。 5-8 混合加热循环，如图5-2所示，t 1=90℃，t 2=400℃，t 3=590℃，t 5=300℃。工质可视为空气，比热为定值。求循环热效率及同温限卡诺循环热效率。 图5-2 5-11 用氦气作工质的勃雷登实际循环，压气机入口状态是400kPa ，44℃，增压比为3，燃气轮机入口温度是710℃。压气机效率85%c η=，燃气轮机的效率为90%oi η=。当输出功率为59kW 时，氦气的质量流率为多少kg/s?氦气k =1.667。 5-12 如题5-11，若想取得最大的循环输出净功，试确定最佳的循环增压比opt π并计 算此时氦气的质量流率。实际勃雷登循环的最佳增压比()() 21k k oi c πηητ-= 5-14 某燃气轮机装置动力循环，压气机的绝热效率为80%，燃气轮机的为85%，循 环的最高温度是1300K ，压气机入口状态是105kPa ，18℃。试计算1kg 工质最大循环作 功量及作出3000kW功率时的工质流率。 5-15 如果在题5-14中采用回热度为92%的回热设备，问提供给循环的热量可以节省多少？ 5-19一个具有二级压缩中间冷却、二级膨胀中间再热以及回热的燃气轮机装置循环如图5-24所示。循环的入口空气参数为100kPa，15℃，低压级的增压比是3，高压级是4，燃气轮机高压级、低压级的增压比与压气机相同。中间冷却使空气温度下降为低压级压缩机温升的80%，回热器的回热度是78%，二级燃气轮机的入口温度皆是1100℃，压气机和燃气轮机的绝热效率和相对内效率均是86%，试确定作出6000kW功率时的工质的质量流率。 图5-24 第六章 6-1 利用水蒸气表判定下列各点状态，并确定h ，s 及x 的值： (1) p 1=20MPa ，t 1=250℃； (2) p 2=9MPa ，v 2=0.017m3/kg ； (3) p 3=4.5MPa ，t 3=450℃； (4) p 4=1MPa ，x =0.9； (5) p 5=0.004MPa ，s =7.0909kJ/(kg·K)。 6-4 在水泵中，从压力为4kPa 的饱和水定熵压缩到压力为4MPa 。(1) 查表计算水泵压缩1kg 水所耗的功。(2) 因水是不可压缩流体，比容变化不大，可利用式 p w vdp v p =-=-??计算耗功量，将此结果与(1)的计算结果加以比较。 6-6 汽轮机进口参数：p 1=4.0MPa ，t 1=450℃，出口压力p 2=5kPa ，蒸汽干度x 2=0.9，计算汽轮机相对内效率。 6-7 汽轮机的乏汽在真空度为0.094MPa ，x =0.90的状态下进入冷凝器，定压冷凝器结成饱和水。试计算乏汽凝结成水时体积缩小的倍数，并求1kg 乏汽在冷凝器中所放出的热量。已知大气压力为0.1MPa 。 6-10 一台10m 3的汽包，盛有2MPa 的汽水混合物，开始时，水占总容积的一半。如由底部阀门放走300kg 水，为了使汽包内汽水混合物的温度保持不变，需要加入多少热量？如果从顶部阀门放汽300kg ，条件如前，那又要加入多少热量？ 第七章 7-1蒸汽朗肯循环的初温t1=500℃，背压(乏汽压力)p2=0.004MPa，试求当初压p1=4.9及14MPa时，循环净功、加热量、热效率、汽耗率及汽轮机出口干度x2(忽略泵功)。 7-3 冬天冷却水温度较低，可以降低冷凝压力，即' p=0.004MPa，夏天冷却水温度 2 高，冷凝压力' p升为0.007MPa，试计算，当汽轮机进汽压力p1=3.5MPa，进汽温度 2 t1=440℃时，上述两种情况的热效率及汽耗率(忽略泵功)。 7-5水蒸气再热循环的初压力为16.5MPa，初温为535℃，背压为5.5kPa，再热前压力为3.5MPa，再热后温度与初温相同，(1)求其热效率；(2)若因阻力损失，再热后压力为3MPa，则热效率又为多少？ 7-6 某蒸汽动力装置采用一次抽汽回热循环，已知新汽参数p1=2.4MPa，t1=390℃，抽汽压力p a=0.12MPa，乏汽压力p2=5kPa。试计算其热效率、汽耗率并与朗肯循环比较。 7-8 某蒸汽动力循环由一次再热及一级抽汽混合式回热所组成。蒸汽初参数p1=16MPa，t1=535℃，乏汽压力p2=0.005MPa，再热压力p b=3MPa，再热后t e=t1，回热抽汽压力p a=0.3MPa，试计算抽汽量α，加热量q1，净功w及热效率ηt。 第8章 8-1一制冷剂工作在245K和300K之间，吸热量为9kW，制冷系数是同温限卡诺逆循环制冷系数的75%。试计算，(1) 放热量，(2) 耗功量，(3) 制冷量为多少“冷吨”。 8-5采用勃雷登逆循环的制冷剂，运行在300K和250K之间，如果循环增压比分别为3和6，试计算它们的COP。假定工质可视为理想气体，c p=1.004kJ/(kg·K),k=1.4。 8-6采用具有理想回热的勃雷登逆循环的制冷机，工作在290K和220K之间，循环增压比为5，当输入功率为3kW时循环的制冷量是多少“冷吨”？循环的性能系数又是多少？工质可视为理想气体，c p=1.04kJ/(kg·K),k=1.3。 8-8以氟利昂-12为工质的制冷机，蒸发器温度为－20℃，压缩机入口状态为干饱和蒸汽。冷凝器温度为30℃，其出口工质状态为饱和液体。制冷量为1kW。若工质改用替代物HFC134a其他参数不变。试比较它们之间的循环制冷系数、效率、压缩机耗功量以及制冷剂流率。 8-11一个以CFC12为工质的理想蒸气压缩制冷循环，运行在900kPa和300kPa之间，离开冷凝器的工质有5℃的过冷度，试确定循环的性能系数。若工质改用HFC134a，性能系数又为多少？ 第九章 9-2 某锅炉烟气的容积成份为：213%CO γ=，26%H O γ=， 20.55%SO γ=，273.45%N γ=，2 7%O γ=，试求各组元气体的质量成分和各组元气体的分压力。烟气的总压力为 0.75×105Pa 。 9-3 烟气的摩尔成分为：20.15CO x =，20.70N x =，20.12H O x =，20.03O x =，空气的摩尔成分为：20.79N x =，20.21O x =。以50kg 烟气与75kg 空气混合，混合后气体压力为3.0×105Pa ，求混合后气体的(1)摩尔成分；(2)质量成分；(3)平均摩尔质量和折合气体常数；(4)各组元气体的分压力。 9-4 有三股压力相等的气流在定压下绝热混合。第一股是氧，2300O t =℃， 2115/O m kg h =；第二股是一氧化碳，200CO t =℃，200/CO m kg h =；第三股是空气， 400a t =℃，混合后气流温度为275℃。试求每小时的混合熵产(用定比热容计算，且把空气视作单一成分的气体处理，即不考虑空气中的氧与第一股氧气之间产生混合熵产的情况)。 9-5 容积为V 的刚性容器内，盛有压力为p ，温度为T 的二元理想混合气体，其容积成分为1γ和2γ。若放出x kg 混合气体，并加入y kg 第二种组元气体后，混合气体在 维持原来的压力p 和温度T 下容积成分从原来的1γ变成'1γ，2γ变成'2γ。设两种组元气体 是已知的，试确定x 和y 的表达式。 9-6 设刚性容器中原有压力为p 1，温度为T 1的m 1kg 第一种理想气体，当第二种理想气体充入后使混合气体的温度仍维持不变，但压力升高到p ，试确定第二种气体的充入量。 9-8湿空气的温度为30℃，压力为0.9807×105Pa，相对湿度为70%，试求： (1)比湿度； (2)水蒸气分压力； (3)相对于单位质量干空气的湿空气焓值； (4) 由h-d图查比湿度、水蒸气分压力，并和(1)与(2)的答案对照。 (5)如果将其冷却到10℃，在这个过程中会分出多少水分？放出多少热量？(用h-d 图)。 9-9 t1=20℃及φ=60%的空气作干燥用。空气在加热器中被加热到t2=50℃，然后进入干燥器，由干燥器出来时，相对湿度为φ3=80%，设空气的流量为5000kg干空气/h，试求： (1)使物料蒸发1kg水分需要多少干空气？ (2)每小时蒸发水分多少千克？ (3) 加热器每小时向空气加入的热量及蒸发1kg水分所耗费的热量。 9-10试用h-d图分别确定下列参数： 9-11 为满足某车间对空气温、湿度的要求，需将t1=10℃，φ1=30%的空气加热后再送入车间。设加热后空气的温度t2=21℃，处理空气过程的角系数ε=3500，试求空气终 态及处理过程的热、湿变化。 9-13某设备的容积V=60m3，内装饱和水蒸气及温度为50℃的干空气的混合物，容器内的真空为0.3×105Pa。经一段时间后，由外界漏入1kg质量的干空气。此时，容器中有0.1kg的水蒸气被凝结。设大气压力为1×105Pa，试求终态时容器内工质的压力和温度。 9-14t1=32℃，p=105Pa及φ1=65%的湿空气送入空调机后，首先被冷却盘管冷却和冷凝除湿，温度降为t2=10℃；然后被电加热器加热到t3=20℃(参看图9-14)，试确定：(1) 各过程中湿空气的初、终态参数；(2) 相对于单位质量干空气的湿空气在空调机中除去的水分mω；(3) 相对于单位质量干空气的湿空气被冷却而带走的热量Q12和从电加热器吸入的热量Q23(用h-d图计算)。 图9-14 第10章 10-2 试证 p p s Tv T p c α???= ???? 10-3 试证 在h-s 图上定温线的斜率等于1 p T α- ；定容线的斜率等于 ()( )p v v p T c c c α +-，并确定定压线的斜率，比较孰大孰小。 10-4 试证理想气体具有下列关系： 1、()(),p T f T f p αβ==； 2、()(),u f T h f T ==； 3、p v c c R -=。 10-5 设理想气体经历了参数x 保持不变的可逆过程，该过程的比热容为c x ，试证明 其过程方程为,x p f x v c c pv c f c c -==-。 10-6 试证状态方程为()p v b RT -=的气体（其中b 为常数）： (1) 其内能只与T 有关； (2) 其焓除与T 有关外，还与p 有关； (3) 其()p v c c -为常数； (4) 其可逆绝热过程的过程方程为()k p v b const -=； (5) 当状态方程中的b 值为正时，这种气体经绝热节流后温度升高。 10-7 试证范德瓦尔气体： (1) 2 v a du c dT dv v =+ (2) 0T u v δδ?? ≠ ??? (3) ()2 3 21p v R c c a v b RTv -= -- (4) 定温过程的焓差为()2122111211T h h p v p v a v v ?? -=-+- ???； (5) 定温过程的熵差为()2211ln T v b s s R v b --=-； 10-8 已知状态方程为3 RT c v p T = - ，试证： (1) 4 12p T c c p T ???= ????； (2) 3 14J p c c T μ=。 10-9 已知1 ,p v R pv T αα==，求状态方程。 10-11已知Ar 在100℃下的()2 0h p h a p b p =++，其中100℃下0p →时的h 0=2089.2kJ/koml ，a =－5.164×10－5kJ/(kmol·Pa)，b =4.7856×10－13kJ/(kmol·Pa 2)。100℃，300×105Pa 下的 c p =27.34kJ/(kmol·K)，求100℃，300×105Pa 下Ar 的焦-汤系数μJ 。 10-13 试用通用压缩因子图确定O 2在160K 与0.0074m 3/kg 时的压力。已知T c =154.6K ，p c =50.5×105Pa 。 第12章 12-2 利用标准生成焓表12-1和平均比热表计算CO在500℃时的热值[－⊿H f ]。 12-4 (2) 液苯(25℃)与500K的空气以稳态稳定流动流入燃烧室并燃烧，产物被冷却至1400K流出，其摩尔成分如下： CO 2 10.7%；CO 3.6%；O 2 5.3%；N 2 80.4% 求单位燃料的传热量。 12-5 丁烷与过量空气系数为1.5的空气在25℃，250kPa下进入燃烧室，燃烧产物在1000K，250kPa下离开燃烧室。假设是完全燃烧，试确定每千摩丁烷的传热量和过程的 工程热力学Ⅰ（A 卷） （闭卷，150分钟） 班级 姓名 学号 成绩 一、简答题(每小题5分，共40分) 1. 什么是热力过程？可逆过程的主要特征是什么？ 答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力过程。可逆过程的主要特征是驱动过程进行的势差无限小，即准静过程，且无耗散。 2. 温度为500°C 的热源向热机工质放出500 kJ 的热量，设环境温度为30°C，试问这部分热量的火用（yong ）值（最大可用能）为多少？ 答： =?? ? ??++- ?=15.27350015.273301500,q x E 303.95kJ 3. 两个不同温度（T 1,T 2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T 1吸收热量Q 1向低温热源T 2放出热量Q 2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增 。假设功源的熵变△S W =0。 证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为 （1分） 对热机循环子系统： 1分 1分 根据卡诺定理及推论： 1分 则： 。1分 4. 刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中 保持真空，如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数（T 、P 、u 、s 、v ）如何变化，并简述为什么。 答：u 、T 不变，P 减小，v 增大，s 增大。 5. 试由开口系能量方程一般表达式出发，证明绝热节流过程中，节流前后工质的焓值不变。（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计） B 隔板 A 自由膨胀 12iso T T R S S S S S ?=?+?+?+?W 1212 00ISO Q Q S T T -?=+++R 0S ?=22 t t,C 1111Q T Q T ηη==-=-iso 0S ?=iso 0 S ?= 1 一、判断题（正确的划“√”，错误的划“×”，每小题2分，共20分） 1. 理想气体只有取定比热容时，才能满足迈耶公式c p -c v =R g 。………………………………………（ × ） 2. 经不可逆循环，系统与外界均无法完全恢复原态。…………………………………………………（ × ） 3. 某容器中气体的压力为1MPa ，而被密封在压力为0.5MPa 的空间中用来测量该容器压力的压力表的读数是0.5MPa 。………………………………………………………………………………………（ √ ） 4. 由于Q 和W 都是过程量，故(Q-W) 也是过程量。…………………………………………………（ × ） 5. 活塞式压气机应采用隔热措施，使压缩过程接近绝热过程。………………………………………（ × ） 6. 系统中发生吸热过程系统熵必增加。………………………………………………………………（ × ） 7. 只要知道闭口系统发生某个过程前后的熵差值就可求出整个过程中系统与外界交换的热量。（ × ） 8. 热力学恒等式du =Tds -pdv 与过程可逆与否无关。…………………………………………………（ × ） 9. 对于可逆过程有δQ =T d S ，对于不可逆过程有δQ ＞T d S 。…………………………………………（ × ） 10. 理想气体的内能、焓和熵都是温度的单值函数。…………………………………………………（ × ） 二、选择题（每小题3分，共30分） 1.工质进行了一个吸热，升温，压力增加的多变过程，则多变指数n 满足：…………………………（ C ） A. 0 基本概念、热力学第一定律、理想气体的热力性质 1．热力系内工质质量若保持恒定，则该热力系一定是 D 。A开口系B闭口系C孤立系D不能确定 2．当分析以下热现象时，通常哪些可以取作闭口系 B 。1）正在使用的压力锅内的蒸汽。2）被扎了胎的自行车轮胎。3）汽车行驶中轮胎被热的路面加热。4）内燃机气缸内燃烧的气体。5）内燃机排气冲程时气缸内的燃烧气体。 A 1）、2）可取作闭口系 B 3）、4）可取作闭口系 C 4）、5）可取作开口系 D 2）、4）可取作开口系 3．热力系与外界既有质量交换，又有能量交换的是 D 。A闭口系B开口系C绝热系D开口系或绝热系 4．开口系的质量是 C 。 A不变的B变化的 C 变化的也可以是不变的D在理想过程中是不变的 5．下列热力系中与外界可能与外界有质量交换的系统是 D 。A开口系B绝热系 C 闭口系D开口系、绝热系 6．某设备管道中的工质为50mmHg，设大气压力为80kP a，此压力在其压力测量表计上读数为 A 。 A 73.3 kPa B 86.67 kPa C 130 kPa D 30kPa 7．如图所示，某容器压力表A读数300kP a,压力表B读数为120kP a,若当地大气压力表读数720mmHg，则压力表C的读数为 B 。 C A 276.06kP a B 180kP a C 396.1kP a D 216.06kP a 8．容器内工质的压力将随测压时的地点不同而 C 。 A 增大 B 减小 C 不变 D 无法确定 9．某压力容器，其压力表的读数在南京为1g p 与在拉萨2g p 时相比较 B 。 A 相同12g g p p = B 增大12g g p p > C 减小12g g p p < D 无法确定 10．某负压工作状态的凝汽器，若由于工作疏忽有个与大气相连的阀门未关紧，则凝汽器内工质压力将 A 。 A 升高 B 降低 C 不改变 D 可能降低也可能升高 11．某负压工作的凝汽器，若有个与大气相连的阀门未关紧，真空遭破坏，此时凝汽器的真空表读数 B 。 A 降低 B 升高 C 不变 D 没有反应 12．平衡状态就是 D 。 A 稳定状态 B 均匀状态 C 不随时间变化的状态 D 与外界不存在任何势差的的状态 13．平衡状态是指当不存在外界影响时， B 。 A 热力系逐渐达到热平衡的状态。 B 热力系状态参数多次测量数值不变。 工程热力学习题集答案一、填空题 1．常规新 2．能量物质 3．强度量 4．54KPa 5．准平衡耗散 6．干饱和蒸汽过热蒸汽 7．高多 8．等于零 9．与外界热交换 10．7 2g R 11．一次二次12．热量 13．两 14．173KPa 15．系统和外界16．定温绝热可逆17．小大 18．小于零 19．不可逆因素 20．7 2g R 21、（压力）、（温度）、（体积）。 22、（单值）。 23、（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零）。 24、（熵产）。 25、（两个可逆定温和两个可逆绝热） 26、（方向）、（限度）、（条件）。 31.孤立系； 32.开尔文(K)； 33.－w s =h 2－h 1 或 －w t =h 2－h 1 34.小于 35. 2 2 1 t 0 t t C C > 36. ∑=ω ωn 1 i i i i i M /M / 37.热量 38.65.29% 39.环境 40.增压比 41.孤立 42热力学能、宏观动能、重力位能 43.650 44.c v (T 2－T 1) 45.c n ln 1 2T T 46.22.12 47.当地音速 48.环境温度 49.多级压缩、中间冷却 50.0与1 51.（物质） 52.（绝对压力）。 53.（q=(h 2-h 1)+(C 22 -C 12 )/2+g(Z 2-Z 1)+w S ）。 54.（温度） 55. (0.657)kJ/kgK 。 56. (定熵线) 57.（逆向循环）。 58.（两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程） 59.（预热阶段、汽化阶段、过热阶段）。 60.（增大） 二、单项选择题 1.C 2.D 3.D 4.A 5.C 6.B 7.A 8.A 9.C 10.B 11.A 12.B 13.B 14.B 15.D 16.B 17.A 18.B 19.B 20.C 21.C 22.C 23.A 三、判断题 1．√2．√3．?4．√5．?6．?7．?8．?9．?10．? 11．?12．?13．?14．√15．?16．?17．?18．√19．√20．√ 21.（×）22.（√）23.（×）24.（×）25.（√）26.（×）27.（√）28.（√） 29.（×）30.（√） 四、简答题 1.它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡 状态的状态组成的过程。 它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。 一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。 2.1kg气体:pv=R r T mkg气体:pV=mR r T 1kmol气体：pV m=RT nkmol气体：pV=nRT R r是气体常数与物性有关，R是摩尔气体常数与物性无关。 3.干饱和蒸汽：x=1,p=p s t=t s v=v″,h=h″s=s″ 工程热力学习题集 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 能源和 能源。 2．孤立系是与外界无任何 和 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 。 5．只有 过程且过程中无任何 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 和 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 、水蒸气含量越 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9．熵流是由 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 能源和 能源。 12．绝热系是与外界无 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器内的绝对压力为 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使 都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 和两个 过程所构成。 17．相对湿度越 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 。（填大、小） 18．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19．熵产是由 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有：（ ）、（ ）、（ ）。 22、理想气体的热力学能是温度的（ ）函数。 23、热力平衡的充要条件是：（ ）。 24、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（ ）。 25、卡诺循环由（ ）热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的（ ）、（ ）、（ ）。 31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。 工程热力学课程习题 第一章 1-1 试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高(mm),(1) 水,(2) 酒精,(3) 液态钠。它们的密度分别为1000kg/m3,789kg/m3与860kg/m3。 1-4 人们假定大气环境的空气压力与密度之间的关系就是p=cρ1、4,c为常数。在海平面上空气的压力与密度分别为1、013×105Pa与1、177kg/m3,如果在某山顶上测得大气压为5×104Pa。试求山的高度为多少。重力加速度为常量,即g=9、81m/s2。 1-7如图1-15 所示的一圆筒容器,表A的读数为360kPa,表B读数为170kPa,表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。大气压力为760mmHg。试求(1) 真空室以及Ⅰ室与Ⅱ室的绝对压力;(2) 表C的读数;(3) 圆筒顶面所受的作用力。 图1-15 1-8 若某温标的冰点为20°,沸点为75°,试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。 1-10 若用摄氏温度计与华氏温度计测量同一个物体的温度。有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况,对不？若可能,读数相同的温度应就是多少？ 1-14一系统发生状态变化,压力随容积的变化关系为pV1、3=常数。若系统初态压力为600kPa,容积为0、3m3,试问系统容积膨胀至0、5m3时,对外作了多少膨胀功。 1-15气球直径为0、3m,球内充满压力为150kPa的空气。由于加热,气球直径可逆地增大到0、4m,并且空气压力正比于气球直径而变化。试求该过程空气对外作功量。 1-16 1kg气体经历如图1-16所示的循环,A到B为直线变化过程,B到C为定容过程,C 到A为定压过程。试求循环的净功量。如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化？ 图1-16 第二章 2-2 水在760mmHg下定压汽化,温度为100℃,比容从0、001m3/kg增加到1、1763m3/kg,汽化潜热为2250kJ/kg。试求工质在汽化期间(1) 内能的变化;(2) 焓的变化。 2-3定量工质,经历了一个由四个过程组成的循环, 过程Q/ kJ W/ kJ ΔU/ kJ 12 0 1390 全国考研专业课高分资料 中北大学 《工程热力学》 期末题 笔记：目标院校目标专业本科生笔记或者辅导班笔记 讲义：目标院校目标专业本科教学课件 期末题：目标院校目标专业本科期末测试题2-3 套 模拟题：目标院校目标专业考研专业课模拟测试题 2 套 复习题：目标院校目标专业考研专业课导师复习题 真题：目标院校目标专业历年考试真题，本项为赠送项，未公布的不送！ 中北大学工程热力学试题（A）卷（闭卷） 2013--2014 学年第一学期 学号：姓名： 一、单项选择题（本大题共 15 小题，每题只有一个正确答案，答对一题得 1 分，共15分） 1、压力为 10 bar 的气体通过渐缩喷管流入 1 bar 的环境中，现将喷管尾部 截去一段，其流速、流量变化为。【】 A. 流速减小，流量不变 B.流速不变，流量增加 C.流速不变，流量不变 D. 2 、某制冷机在热源T1= 300K，及冷源消耗功为 250 KJ ，此制冷机是流速减小，流量增大 T2= 250K 之间工作，其制冷量为 【】 1000 KJ， A. 可逆的 B. 不可逆的 C.不可能的 D. 可逆或不可逆的 3、系统的总储存能为【】 A. U B. U pV C. U mc2f / 2 mgz D. U pV mc2f / 2 mgz 4、熵变计算式s c p In (T2 / T1) R g In ( p2 / p1) 只适用于【】 A. 一切工质的可逆过程 B.一切工质的不可逆过程 C.理想气体的可逆过程 D.理想气体的一切过程 5、系统进行一个不可逆绝热膨胀过程后，欲使系统回复到初态，系统需要进行 一个【】过程。 第一章 思考题参考答案 1．进行任何热力分析是否都要选取热力系统？ 答：是。热力分析首先应明确研究对象，根据所研究的问题人为地划定一个或多个任意几何面所围成的空间，目的是确定空间内物质的总和。 2．引入热力平衡态解决了热力分析中的什么问题？ 答：若系统处于热力平衡状态，对于整个系统就可以用一组统一的并具有确定数值的状态参数来描述其状态，使得热力分析大为简化。 3．平衡态与稳定态的联系与差别。不受外界影响的系统稳定态是否是平衡态？ 答：平衡态和稳定态具有相同的外在表现，即系统状态参数不随时间变化；两者的差别在于平衡态的本质是不平衡势差为零，而稳定态允许不平衡势差的存在，如稳定导热。可见，平衡必稳定；反之，稳定未必平衡。 根据平衡态的定义，不受外界影响的系统，其稳定态就是平衡态。 在不受外界影响（重力场除外）的条件下，如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统所处的状态称为平衡状态。 4．表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？ 答：由于表压力和真空度都是相对压力，而只有绝对压力才是工质的压力。表压力g p 与真空度v p 与绝对压力的关系为： b g p p p =+ b v p p p =- 其中b p 为测量当地的大气压力。 工质的压力不变化，相当于绝对压力不变化，但随着各地的纬度、高度和气候条件的不同，测量当地的大气压值也会不同。根据上面两个关系式可以看出，虽然绝对压力不变化，但由于测量地点的大气压值不同，当地测量的压力表或真空表的读数也会不同。 5．准静态过程如何处理“平衡状态”又有“状态变化”的矛盾？ 答：准静态过程是指系统状态改变的不平衡势差无限小，以致于该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态。准静态过程允许系统状态发生变化，但是要求状态变化的每一步，系统都要处在平衡状态。 6．准静态过程的概念为什么不能完全表达可逆过程的概念？ 答：可逆过程的充分必要条件为：1、过程进行中，系统内部以及系统与外界之间不存在不平衡势差，或过程应为准静态的；2、过程中不存在耗散效应。即“无耗散”的准静态过程才是可逆过程，因此准静态过程的概念不能完全表达可逆过程的概念。 7．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？ 答：不对。系统经历不可逆过程后是可以恢复到起始状态的，只不过系统恢复到起始状态后，外界却无法同时恢复到起始状态，即外界的状态必将发生变化。 工程热力学(第五版)习题答案 工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社 第二章 气体的热力性质 2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状 态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝0.8kg m /3 v 1 =ρ＝1.253/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力 301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO2的质量。当地大气压B ＝101.325 kPa 。 解：热力系：储气罐。 应用理想气体状态方程。 压送前储气罐中CO2的质量 11 11RT v p m = 压送后储气罐中CO2的质量 22 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO2的质量 )1122(21T p T p R v m m m -=-= （5） 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的 空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa ，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题 1000)273325.1013003.99(287300)1122(21?-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg 《工程热力学》思考题参考答案 目录 第一章思考题参考答案 (2) 第二章思考题参考答案 (4) 第三章思考题参考答案 (9) 第四章思考题参考答案 (16) 第五章思考题参考答案 (21) 第六章思考题参考答案 (25) 第七章思考题参考答案 (27) 第八章思考题参考答案 (31) 第九章思考题参考答案 (34) 第十章思考题参考答案 (39) 第十二章思考题参考答案 (45) 第一章 思考题参考答案 1．进行任何热力分析是否都要选取热力系统？ 答：是。热力分析首先应明确研究对象，根据所研究的问题人为地划定一个或多个任意几何面所围成的空间，目的是确定空间内物质的总和。 2．引入热力平衡态解决了热力分析中的什么问题？ 答：若系统处于热力平衡状态，对于整个系统就可以用一组统一的并具有确定数值的状态参数来描述其状态，使得热力分析大为简化。 3．平衡态与稳定态的联系与差别。不受外界影响的系统稳定态是否是平衡态？ 答：平衡态和稳定态具有相同的外在表现，即系统状态参数不随时间变化；两者的差别在于平衡态的本质是不平衡势差为零，而稳定态允许不平衡势差的存在，如稳定导热。可见，平衡必稳定；反之，稳定未必平衡。 根据平衡态的定义，不受外界影响的系统，其稳定态就是平衡态。 在不受外界影响（重力场除外）的条件下，如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统所处的状态称为平衡状态。 4．表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？ 答：由于表压力和真空度都是相对压力，而只有绝对压力才是工质的压力。表压力g p 与真空度v p 与绝对压力的关系为： b g p p p =+ 中国自考人——700门自考课程 永久免费、完整 在线学习 快快加入我们吧！ 全国2002年10月高等教育自学考试 工程热力学(一)试题 课程代码：02248 一、单项选择题(本大题共15小题，每小题1分，共15分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要 求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.简单可压缩热力系统的状态可由( ) A.两个状态参数决定 B.两个具有物理意义的状态参数决定 C.两个可测状态参数决定 D.两个相互独立的状态参数决定 2.热能转变为机械能的唯一途径是通过工质的( ) A.膨胀 B.压缩 C.凝结 D.加热 =△h+w t 适宜于( ) A.稳流开口系统 B.闭口系统 C.任意系统 D.非稳流开口系统 4.锅炉空气预热器中，烟气入口温度为1373K ，经定压放热后其出口温度为443K ，烟气的入口体积是出口体积的 ( ) A.3.1倍 倍 倍 倍 5.理想气体定压过程的势力学能变化量为( ) △t △T 6.理想气体等温过程的技术功=( ) (p 1-p 2) 2 1P P 7.在p —v 图上，经过同一状态点的理想气体等温过程线斜率的绝对值比绝热过程线斜率的绝对值( ) A.大 B.小 C.相等 D.可能大，也可能小 8.不可逆机与可逆机相比，其热效率( ) A.一定高 B.相等 C.一定低 D.可能高，可能低，也可能相等 9.若弧立系内发生的过程都是可逆过程，系统的熵( ) A.增大 B.减小 C.不变 D.可能增大，也可能减小 10.水蒸汽热力过程热力学能变化量△u=( ) B.△h-△(pv) (T 2-T 1) D.2 1t t v c (T 2-T 1) 11.理想气体绝热流经节流阀，节流后稳定截面处的温度( ) A.升高 B.降低 C.不变 D.无法确定 12.热力计算时，回热加热器的出口水温取决于( ) A.回热抽气量 B.回热抽汽压力 C.加热器的给水量 D.加热器的进口温度 13.若再热压力选择适当，则朗肯循环采用再热后( ) A.汽耗率上升，热耗率下降 B.汽耗率下降，热耗率上升 C.汽耗率与热耗率都上升 D.汽耗率与热耗率都下降 14.在定压加热燃气轮机循环中，为达到提高循环热效率的目的，可采用回热技术来提高工质的( ) A.循环最高温度 B.循环最低温度 C.平均吸热温度 D.平均放热温度 15.湿空气中水蒸汽所处的状态( ) A.可以是饱和状态，也可以是过热蒸汽状态 B.只能是饱和状态 工程热力学期末试卷 建筑环境与设备工程专业适用 （闭卷，150分钟） 班级 姓名 学号 成绩 一、简答题(每小题5分，共40分) 1. 什么是热力过程？可逆过程的主要特征是什么？ 答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力过程。可逆过程的主要特征是驱动过程进行的势差无限小，即准静过程，且无耗散。 2. 温度为500°C 的热源向热机工质放出500 kJ 的热量，设环境温度为30°C ，试问这部分热量的火用（yong ）值（最大可用能）为多少？ 答： =??? ? ?++- ?=15.27350015.273301500,q x E 303.95kJ 3. 两个不同温度（T 1,T 2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T 1吸收热量Q 1向低温热源T 2放出热量Q 2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增 。假设功源的熵变△S W =0。 证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为 （1分） 对热机循环子系统： 1分 1分 根据卡诺定理及推论： 1 4. 刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数（T 、P 、u 、s 、v ）如何变化，并简述为什么。 答：u 、T 不变，P 减小，v 增大，s 增大。 自由膨胀 12iso T T R S S S S S ?=?+?+?+?W 1212 00ISO Q Q S T T -?= +++R 0S ?=iso 0 S ?= 5. 试由开口系能量方程一般表达式出发，证明绝热节流过程中，节流前后工质的焓值不变。（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计） 答：开口系一般能量方程表达式为 绝热节流过程是稳态稳流过程，因此有如下简化条件 ， 则上式可以简化为： 根据质量守恒，有 代入能量方程，有 6. 什么是理想混合气体中某组元的分压力？试按分压力给出第i 组元的状态方程。 答：在混合气体的温度之下，当i 组元单独占有整个混合气体的容积（中容积）时对容器壁面所形成的压力，称为该组元的分压力；若表为P i ，则该组元的状态方程可写成：P i V = m i R i T 。 7. 高、低温热源的温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数是否就愈大，愈有利？试证明你的结论。 答：否，温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数愈小，耗功越大。（2分） 证明：T T w q T T T R ?==-= 2 2212ε，当 2q 不变，T ?↑时，↑w 、↓R ε。即在同样2q 下(说明 得到的收益相同)，温差愈大，需耗费更多的外界有用功量，制冷系数下降。（3分） 8. 一个控制质量由初始状态A 分别经可逆与不可逆等温吸热过程到达状态B ，若两过程中热源温度均为 r T 。试证明系统在可逆过程中吸收的热量多，对外做出的膨胀功也大。 工程热力学习题集答案 一、填空题 1．常规新 2．能量物质 3．强度量 4．54KPa 5．准平衡耗散 6．干饱和蒸汽过热蒸汽 7．高多 8．等于零 9．与外界热交换 10．7 2g R 11．一次二次12．热量 13．两 14．173KPa 15．系统和外界16．定温绝热可逆17．小大 18．小于零 19．不可逆因素 20．7 2g R 21、（压力）、（温度）、（体积）。 22、（单值）。 23、（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零）。 24、（熵产）。 25、（两个可逆定温和两个可逆绝热） 26、（方向）、（限度）、（条件）。 31.孤立系； 32.开尔文(K)； 33.－w s=h2－h1或－w t=h2－h1 34.小于 35. 2 2 1 t t t C C> 36. ∑=ω ωn 1 i i i i i M / M / 37.热量39.环境 40.增压比 41.孤立 42热力学能、宏观动能、重力位能 (T 2－T 1) 12 T T 47.当地音速 48.环境温度 49.多级压缩、中间冷却 与1 51.（物质） 52.（绝对压力）。 53.（q=(h 2-h 1)+(C 22-C 12 )/2+g(Z 2-Z 1)+w S ）。 54.（温度） 55. kJ/kgK 。 56. (定熵线) 57.（逆向循环）。 58.（两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程） 59.（预热阶段、汽化阶段、过热阶段）。 60.（增大） 二、单项选择题 三、判断题 1．√ 2．√ 3．? 4．√ 5．? 6．? 7．? 8．? 9．? 10．? 11．? 12．? 13．? 14．√ 15．? 16．? 17．? 18．√ 19．√ 20．√ 21.（×） 22.（√） 23.（×） 24.（×） 25.（√） 26.（×） 27.（√） 28.（√） 29.（×） 30.（√） 四、简答题 1.它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡状态的状态组成的过程。 它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。 一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。 气体:pv=R r T mkg 气体:pV=mR r T 1kmol 气体：pV m =RT nkmol 气体：pV=nRT R r 是气体常数与物性有关，R 是摩尔气体常数与物性无关。 3.干饱和蒸汽：x=1,p=p s t=t s v=v ″,h=h ″ s=s ″ 一．是非题 1．两种湿空气的相对湿度相等，则吸收水蒸汽的能力也相等。（） 2．闭口系统进行一放热过程，其熵一定减少（） 3．容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会改变。（） 4．理想气体在绝热容器中作自由膨胀，则气体温度与压力的表达式为 k k p p T T 1 1212-??? ? ??=（） 5．对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析，其结果与所取系统的形式无关。（） 6．工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程，则工质熵的变化是一样的。（） 7．对于过热水蒸气，干度1>x （） 8．对于渐缩喷管，若气流的初参数一定，那么随着背压的降低，流量将增大，但最多增大到临界流量。（） 9．膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量（） 10．已知露点温度d t 、含湿量d 即能确定湿空气的状态。（） 二．选择题（10分） 1．如果热机从热源吸热100kJ ，对外作功100kJ ，则（）。 （A ）违反热力学第一定律；（B ）违反热力学第二定律； （C ）不违反第一、第二定律；（D ）A 和B 。 2．压力为10bar 的气体通过渐缩喷管流入1bar 的环境中，现将喷管尾部截去一小段，其流速、流量变化为（）。 A 流速减小，流量不变（ B ）流速不变，流量增加 C 流速不变，流量不变（ D ）流速减小，流量增大 3．系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值大小取决于（）。 （A ）系统的初、终态；（B ）系统所经历的过程； （C ）（A ）和（B ）；（D ）系统的熵变。 4．不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后，其结果只能是（）。 （A ）全部水变成水蒸汽（B ）部分水变成水蒸汽 （C ）部分或全部水变成水蒸汽（D ）不能确定 5．（）过程是可逆过程。 （A ）.可以从终态回复到初态的（B ）.没有摩擦的 （C ）.没有摩擦的准静态过程（D ）.没有温差的 三．填空题（10分） 1．理想气体多变过程中，工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2．蒸汽的干度定义为_________。 3．水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________，在高温时较__________，在临界温度为__________。 4．理想气体的多变比热公式为_________ 5．采用Z 级冷却的压气机，其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释（每题2分，共8分） 1．卡诺定理： 2．．理想气体 3．水蒸气的汽化潜热 5．含湿量 五简答题（8分） 1.证明绝热过程方程式 2.已知房间内湿空气的d t 、wet t 温度，试用H —d 图定性的 确定湿空气状态。 六．计算题（共54分） 1．质量为2kg 的某理想气体，在可逆多变过程中，压力从0.5MPa 降至0.1MPa ，温度从162℃降至27℃，作出膨胀功267kJ ，从外界吸收热量66.8kJ 。试求该理想气体 的定值比热容p c 和V c [kJ/(kg ·K)]，并将此多变过程表示在v p -图和s T -图上 （图上先画出4个基本热力过程线）。（14分） 2．某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13.5bar ，t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0.08bar 的干饱和蒸汽，设环境温度t0=20℃,试求：汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率（15分） 3．压气机产生压力为6bar ，流量为20kg/s 的压缩空气，已知压气机进口状态1p =1bar ，1t =20℃，如为不可逆绝热压缩，实际消耗功是理论轴功的1.15倍，求 压气机出口温度2t 及实际消耗功率P 。（已知：空气p c =1.004kJ/(kgK)，气体常数 R=0.287kJ/(kgK)）。（15分） 4．一卡诺循环，已知两热源的温度t1=527℃、T2=27℃,循环吸热量Q1=2500KJ ，试求：（A ）循环的作功量。（B ）排放给冷源的热量及冷源熵的增加。(10分) 一．是非题（10分） 1、× 2、× 3、× 4、√ 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、× 二．选择题（10分） 1、B 2、A3、A4、A5、C 三．填空题（10分） 1．两种湿空气的相对湿度相等，则吸收水蒸汽的能力也相等。（ × ） 2．闭口系统进行一放热过程，其熵一定减少（ × ） 3．容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会改变。（ × ） 4．理想气体在绝热容器中作自由膨胀，则气体温度与压力的表达式为 k k p p T T 1 1212-??? ? ??= （ √ ） 5．对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析，其结果与所取系统的形式无关。 （ √ ） 6．工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程，则工质熵的变化是一样的。 （ × ） 7．对于过热水蒸气，干度1>x （ × ） 8．对于渐缩喷管，若气流的初参数一定，那么随着背压的降低，流量将增大，但最多增大到临界流量。（ √ ） 9．膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量 （ × ） 10．已知露点温度d t 、含湿量d 即能确定湿空气的状态。 （ × ） 二．选择题 （10分） 1．如果热机从热源吸热100kJ ，对外作功100kJ ，则（ B ）。 （A ） 违反热力学第一定律； （B ） 违反热力学第二定律； （C ） 不违反第一、第二定律；（D ） A 和B 。 2．压力为10 bar 的气体通过渐缩喷管流入1 bar 的环境中，现将喷管尾部截去一小段，其流速、流量变化为（ A ）。 （A ） 流速减小，流量不变 （B ）流速不变，流量增加 （C ） 流速不变，流量不变 （D ） 流速减小，流量增大 3．系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值大小取决于（A ）。 （A ） 系统的初、终态； （B ） 系统所经历的过程； （C ） （A ）和（B ）； （ D ） 系统的熵变。 4．不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后，其结果只能是（ A ）。 （A ）全部水变成水蒸汽 （B ）部分水变成水蒸汽 （C ）部分或全部水变成水蒸汽 （D ）不能确定 5．（ C ）过程是可逆过程。 （A ）.可以从终态回复到初态的 （B ）.没有摩擦的 （C ）.没有摩擦的准静态过程 （D ）.没有温差的 三．填空题 （10分） 1．理想气体多变过程中，工质放热压缩升温的多变指数的范围___大于0______ 2．蒸汽的干度定义为____湿蒸汽中含干蒸汽的质量/湿蒸汽的总质量_____。 3．水蒸汽的汽化潜热在低温时较______小____，在高温时较_____大_____，在临界温度为__0________。XXXX工程热力学试题_答案
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