工程热力学习题集及答案
一、填空题
1．能源按使用程度和技术可分为 常规 能源和 新 能源。 2．孤立系是与外界无任何 能量 和 物质 交换的热力系。
3．单位质量的广延量参数具有 强度量 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 54kpa 。
5．只有 准平衡 过程且过程中无任何 耗散 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、 干饱和蒸汽 和 过热蒸汽 。 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 高 、水蒸气含量越 多 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分/Q T δ?? 等于零 为可逆循环。 9．熵流是由 与外界热交换 引起的。
10．多原子理想气体的定值比热容V c = g 7
2R 。
11．能源按其有无加工、转换可分为 一次 能源和 二次 能源。
12．绝热系是与外界无 热量 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 两 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 173a KP 。
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，能使系统和外
界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 定温 和两个 绝热可逆 过程所构成。 17．相对湿度越 小 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 大 。（填大、小） 18．克劳修斯积分/Q T δ?? 小于零 为不可逆循环。 19．熵产是由 不可逆因素 引起的。
20．双原子理想气体的定值比热容p c = 7
2g R 。
21．基本热力学状态参数有：（ 压力）、（温度 ）、（体积）。
22．理想气体的热力学能是温度的（单值 ）函数。 23．热力平衡的充要条件是：（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．不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（熵产）。 25．卡诺循环由（两个可逆定温和两个可逆绝热 ）热力学过程组成。 26．熵增原理指出了热力过程进行的（方向 ）、（限度）、（条件）。
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_孤立系_。 32．在国际单位制中温度的单位是_开尔文_。
33.根据稳定流动能量方程，风机、水泵的能量方程可简化为_－ws=h2－h1_。 34.同样大小的容器内分别储存了同样温度的氢气和氧气，若二个容器内气体的压力相等，则二种气体质量q a 的大小为2
H m _小于2
O m 。
35.已知理想气体的比热C 随温度的升高而增大，当t 2>t 1时，2
1
2t t t 0
C
C
与的大小
关系为_2
2
1
t t t C
C
π_。
36.已知混合气体中各组元气体的质量分数ωi 和摩尔质量M i ，则各组元气体的摩
尔分数χi 为_∑=ω
ωn
1i i
i
i
i M /M /_。
37.由热力系与外界发生_热量__交换而引起的熵变化称为熵流。
38.设有一卡诺热机工作于600℃和30℃热源之间，则卡诺热机的效率为_65.29%_。
39.在蒸汽动力循环中，汽轮机排汽压力的降低受_环境_温度的限制。
40.燃气轮机装置定压加热循环的_增压比_是决定循环热效率的唯一的条件。 41.与外界既无能量交换也无物质交换的热力系称为_孤立__热力系。 42.热力系的储存能包括_热力学能、宏观动能、重力位能__。
43.已知某双原子气体的气体常数Rr=260J/(kg ·k)，则其定值定体质量比热容c v =_650__J/(kg ·k)。
44.已知1kg 理想气体定压过程初、终态的基本状态参数和其比热容，其热力学能的变化量可求出为Δu= c v (T 2－T 1)__。
45.定值比热容为c n 的多变过程，初温为t 1,终温为t 2，其熵变量Δs=_ c n ln 1
2
T T 。
46.水蒸汽的临界压力为_22.12_MPa 。
47.流体流经管道某处的流速与_当地音速_的比值称为该处流体的马赫数。 48.汽轮机的排汽压力越低，循环热效率越高，但排汽压力的降低受到了_环境
温度_的限制。
49.压气机增压比较大时，为了减少滞胀容积、提高容积效率，除了尽可能减小余隙容积外，通常还采取_多级压缩、中间冷却_的措施。 50.未饱和湿空气的相对湿度值在0-1_之间。
51. 根据热力系统和外界有无（物质）交换，热力系统可划分为开口系统和闭
口系统。
52. 作为工质状态参数的压力应该是工质的（绝对压力）。
53. 稳定流动能量方程式为（q=(h 2-h 1)+(C 22-C 12)/2+g(Z 2-Z 1)+w S ）。
54. 理想气体的定压比热C P 和定容比热C V 都仅仅是（温度）的单值函数。 55. 氧气O 2的定压比热C P =0.219kcal/kgK,分子量μ=32.则其定容比热C V =(0.657)kJ/kgK 。
56. 在P-V 图上,经过同一点的定温线和定熵热线相比( 定熵线)较陡。
57. 将机械能转变为热能的循环叫做（逆向循环）。
58. 卡诺循环是由（两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程）组成的。
59. 水蒸汽定压发生过程所经历的三个阶段分别是（ 预热阶段、汽化阶段、过热阶段）。
60. 工质经过一个绝热节流过程后，熵（ 增大 ）
二、单项选择题
1._________过程是可逆过程。( C )
A.可以从终态回复到初态的
B.没有摩擦的
C.没有摩擦的准平衡
D.没有温差的 2.绝对压力p, 真空p v ，环境压力P a 间的关系为( D )
A.p+p v +p a =0
B.p+p a －p v =0
C.p －p a －p v =0
D.p a －p v －p=0 3.闭口系能量方程为( D )
A.Q+△U+W=0
B.Q+△U －W=0
C.Q －△U+W=0
D.Q －△U －W=0 4.气体常量Rr( A )
A.与气体种类有关,与状态无关
B.与状态有关,与气体种类无关
C.与气体种类和状态均有关
D.与气体种类和状态均无关 5.理想气体的 是两个相互独立的状态参数。( C )
A.温度与热力学能
B.温度与焓
C.温度与熵
D.热力学能与焓
6.已知一理想气体可逆过程中,w t =w,此过程的特性为( B ) A.定压 B.定温 C.定体 D.绝热
7.卡诺循环如图所示,其吸热量Q 1=( A ) A.RrT 1ln
21p p B.RrT 1ln 2
1v v
C.T 1△S 34
D.T 1△S 21 8.在压力为p 时,饱和水的熵为s ′;
″。当湿蒸汽的干度0 A.s ″>s>s ′ B.s>s ″>s ′ C.s D.s ′>s>s ″ 9.电厂热力设备中，两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程 内的热力过程可视为定温过程。C A.锅炉 B.汽轮机 C.凝汽器 D.水泵 10.可逆绝热稳定流动过程中,气流焓的变化与压力变化的关系为( B ) A. dh=－vdp B.dh=vdp C.dh=－pdv D.dh=pdv 11.水蒸汽动力循环的下列设备中,有效能损失最大的设备是( A ) A.锅炉 B.汽轮机 C.凝汽器 D.水泵 12.活塞式压气机的余隙容积增大使( B ) A.w c 增大, ηv 减小 B.w c 不变, ηv 减小 C.w c 不变, ηv 不变 D.w c 减小, ηv 减小 13.已知燃气轮机理想定压加热循环压气机进,出口空气的温度为T 1、T 2;燃烧室出口燃气温度为T 3,则其理想循环热效率为(B ) A ．1－ 12T T B.1－21T T C.1－23T T D.1－3 2T T 14．饱和湿空气的相对湿度（ B ） A ．?>1 B. ?=1 C. ?<1 D.0 C.1kg 干空气与1kg 水蒸汽焓之和 D.1kg 干空气的焓与1kg 干空气中所含水蒸汽的焓之和 16.若已知工质的绝对压力P=0.18MPa ，环境压力Pa=0.1MPa ，则测得的压差为( B ) A.真空p v =0.08Mpa B.表压力p g =0.08MPa C.真空p v =0.28Mpa D.表压力p g =0.28MPa 17.简单可压缩热力系的准平衡过程中工质压力降低，则( A ) A.技术功为正 B.技术功为负 C.体积功为正 D.体积功为负 18.理想气体可逆定温过程的特点是( B ) A.q=0 B. W t =W C. W t >W D. W t 19.若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的△S 必( B )可逆过程△S 。 A.大于 B.等于 C.小于 D.大于等于 20.饱和蒸汽经历绝热节流过程后( C ) A.变为饱和水 B.变为湿蒸汽 C.作功能力减小 D.温度不变 21.绝热节流过程中节流前、后稳定截面处的流体( C ) A.焓值增加 B.焓值减少 C.熵增加 D.熵减少 22空气在渐缩喷管内可逆绝热稳定流动，其滞止压力为0.8MPa ，喷管后的压力为0.2MPa ，若喷管因出口磨损截去一段，则喷管出口空气的参数变化为( C ) A.流速不变，流量不变 B.流速降低，流量减小 C.流速不变，流量增大 D.流速降低，流量不变 23.把同样数量的气体由同一初态压缩到相同的终压，经( A )过程气体终温最高。 A.绝热压缩 B.定温压缩 C.多变压缩 D.多级压缩 三、判断题 1．处于平衡状态的热力系，各处应具有均匀一致的温度和压力. （√ ） 2．稳定流动系统中，维持工质流动的流动功和技术上可资利用的技术功，均是由热能转换所得的工质的体积功转化而来的。（ √ ） 3．稳定流动系统进出口工质的状态相同。（ X ） 4．稳定流动系统的能量方程可理解为控制质量系统的能量方程。 （√） 5．不可能把热量从低温物体传向高温物体。（ X ） 6．在相同温度界线之间变温热源可逆循环的热效率等于卡诺循环的 热效率。（ X ） 7．水蒸气在定温过程中w q 。（X ） 8．湿空气的相对湿度越高，吸收水分的能力越强。（ X ） 9．理想气体的比定容热容是比体积的单值函数。（ X ） 10．当气流的M<1时，要使流速增加，则需使用渐扩喷管。（ X ） 11．热力系破坏平衡的速度要比恢复平衡的速度快得多。（ X ） 12．技术功为轴功和流动功之和。（ X ） 13．稳定流动系统与外界交换的功和热量相等且不随时间而变。（X ） 14．焓是开口系统中流入（或流出）系统工质所携带的取决于热力学状态的总能量。（√） 15．不可能从单一热源取热使之完全变为功。（ X ） 16．概括性卡诺循环的热效率小于卡诺循环的热效率。（X ） 17．对任何温度的气体加压都能使其液化。（X ） 18．由饱和水定压加热为干饱和蒸汽的过程，温度不变。（√） 19．理想气体的比定压热容是温度的单值函数。（√） 20．工程上要求气体从M<1加速到M>1，则应采用拉伐尔喷管。（√） 21. 作为工质状态参数的压力应该是表压力。（X ） 22. 边界可以是真实存在的，也可以是假想的，还可以是移动的。（√） 23. 状态方程式PV=mR T是针对mkg理想气体而言的。（X ） m 24. 系统的熵只能增大，不能减小。（X ） 25. 当气流完全被滞止时，焓将增至最大。（√） 26. 蒸汽在汽轮机中膨胀时，由于有摩阻的存在，乏汽干度X 会增大。（X ） 2 27. 稳定流动是指不随时间而变的流动。（√） 28. 工质一边吸热，一边降温是可能的。（√） 29. 热量和功是两个很重要的状态参数。（X ） 30. 蒸汽在喷管内动能的增量，总是等于其绝热焓降。（√） 四、简答题 1.准平衡过程与可逆过程有何共同处?有何区别?有何联系? 答：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.理想气体状态方程有哪些常见形式?方程中的常数项与物性是否有关? 答：1kg气体:pv=RrT mkg气体:pV=mRrT 1kmol气体：pVm=RT nkmol气体：pV=nRT Rr是气体常数与物性有关，R是摩尔气体常数与物性无关。 3.干饱和蒸汽与湿饱和蒸汽的状态参数各有何特点? 答：干饱和蒸汽：x=1,p=ps t=ts v=v ″,h=h ″ s=s ″ 湿饱和蒸汽：0 v ′ 4.何谓汽流在喷管中的临界状态?何谓临界压力比?理想气体的临界压力比与哪些因素有关? 答：流速为当地音速(Ma=1)时的状态称为流体的临界状态。 流体临界状态的压力(临界压力)与其滞止压力的比值，称为临界压力比。 理想气体的临界压力比只与气体的物性有关(或比热比k 有关) 5.何谓汽耗率?何谓热耗率?它们与热效率有什么关系? 答：汽耗率是每作1kw ?h 功(每发1度电)的新蒸汽耗量(汽耗量)。 热耗率是每作1kw ?h 功(每发1度电)的耗热量。 热耗率与热效率是直接关联的，热耗率越高，热效率就越低； 而汽耗率与热效率就没有这种对应关系，汽耗率低不一定热效率高，汽 耗率高也不一定热效率低。 6.平衡状态与稳定态有什么联系与区别? 答：平衡态是指热力系的宏观性质不随时间变化的状态。稳定态是指热力系 的状态不随时间而变化的状态。平衡必然稳定，稳定未必平衡。 7.能量方程q=△u+w 和q=C v △T+?2 1pdv 的适用条件有何不同? 答：前者：闭口系、任意工质、任意过程 后者：闭口系、理想气体、可逆过程 8.夏天，自行车在被太阳晒得很热的马路上行驶时，为什么容易引起轮胎爆破? 答：轮胎内气体压力为P= V MR ,T V MR r r 为常数，当T 升高时P 随之升高，容易 引起爆破。 9.不可逆过程熵的变化如何计算? 答：可以选择相同初、终状态间可逆过程熵的变化来计算。 10.在工程实际中，常引用哪些参数来表示因摩擦对喷管流动的影响?它们之间有何关系? 答：在工程实际中，常引用“速度系数”φ、“喷管效率”η和“能量损失 系数”ξ来表示因摩擦对喷管流动的影响。三者之 间的关系为： 2=1-=1-ξηΦ 11. 画图表示绝对压力，表压力，真空度，大气压力之间的关系。 12. 热力学第一定律的实质是什么？并写出热力学第一定律的两个基本表达式 答：热力学第一定律的实质是能量转换与守恒原理。热力学第一定律的两个基本表达式为q=u+w ?；t q=h+w ? 13. 热力学第二定律的实质是什么？并写出熵增原理的数学表达式。 答：热力学第二定律的实质是能量贬值原理。熵增原理的数学表达式为： dSiso ≥0 。 14. 什么是可逆过程？实施可逆过程的条件是什么？ 答：可逆过程为系统与外界能够同时恢复到原态的热力过程。实施可逆过 程的条件是推动过程进行的势差为无穷小，而且无功的耗散。 五、名词解释(每小题5分，共25分) 1.热力系的储存能 2.平均质量热容 3.熵产 4.稳定流动 5.湿空气的焓 答： 1.热力系储存能包括：热力学能、宏观动能和重力位能。 2.对于c －t 图上曲边梯形面积，由微积分中值定理知，必然存在－ξ值使得曲边梯形面积与一矩形面积相等，这个ξ值在c －t 图上就是平均质量热容的概念。 3.不可逆过程中，不可逆因素引起的熵的变化称为熵产。 4.所谓稳定流动，是指流体流经管道中任意点的热力状态参数及流速等均不随时间而变化的流动过程。 5.湿空气的焓值等于干空气的焓值与水蒸气的焓值之和。 六、分析题 1、如图1，某种理想气体有两任意过程a-b 和a-c ，已知b ，c 在同一可逆绝热线上，试分析：Δu ab 和Δu ac 哪个大？ 解：（方法一） 过b 、c 分别作等温线，因为 ，故 c b u u > ab b a ac c a u u u u u u ?=->?=-即 （方法二）考虑过程b-c c b q u w u u w =?+=-+ 00c b q v v w =>> c b u u > ， ac ab u u ?>? 2、某理想气体经历4个过程，如图2所示。指出各过程加热或放热，膨胀或压缩。 解： 因为：w u q +?= 1-3：131n k -<<，且313S T T >1及 ()1 2g 1g 21211d 111n n R T R p w p v T T n p n -?? ????===-=- ???--???????L 所以有>0w 边膨胀边放热 1-4： 1441410n T T S S ->>-∞>>且及 >0,>0u q ? ()14>0 1 g R w T T n = -- 边膨胀边吸热 1-5：151n k -<<5151且T <0,>0,>0u q w ? 边膨胀边吸热边降温 3、请分析以下几种说法正确吗？为什么？ （1）熵增大的过程必为不可逆过程 答：不正确。熵增大的过程不一定为不可逆过程，因为熵增大包括熵流和熵产两部分，如果熵流大于0，而熵产为0的可逆过程，上仍然是增大的。 （2）熵产0g S >的过程必为不可逆过程。 答：正确。熵产是由于热力过程中的不可逆因素导致的，因此当熵产0g S >，则此过程必定为不可逆过程。 4、某循环在700K 的热源及400K 的冷源之间工作，如图3所示。 （1）用克劳修斯积分不等式判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆? （ ? 方法1： 设为热机循环 1212δ14000kJ 4000kJ 10kJ/K 0 700K 400K r r r Q Q Q T T T =-=-=>?? 不可能 设为制冷循环： 1212 δ14000kJ 4000kJ 10kJ/K 700K 400K r r r Q Q Q T T T =-+=-+=-?? 符合克氏不等式，所以是不可逆制冷循环 方法2： 设为热机循环 C 400K 110.4286700K L h T T η=- =-= net 110000kJ 0.712614000kJ t W Q η= == 图3 1 C t ηη>不可能 设为制冷循环 0400K 1.33700K 400K c c c T T T ε= ==-- 2net 4000kJ 0.410000kJ Q w ε= == c εε ，所以是不可逆制冷循环 七、计算题 1．某蒸汽动力装置，蒸汽流量为40 t/h ，进口处压力表读数为9.0MPa ，进口比 焓为3440kJ/kg ；出口真空表读数为95.06KPa ，比焓为2240kJ/kg ，当时当地大气压力为98.66KPa ，汽轮机对环境放热为6.3×103kJ/h 。试求：汽轮机进出口蒸汽的绝对压力各为多少？单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？汽轮机的功率为多大？若进出口蒸汽流速分别为60m/s 和140m/s 时，对汽轮机输出功有多大影响？ 解：（1）1900098.669098.66p kPa =+= 298.6695.06 3.6p kPa =-= （2）取汽轮机汽缸内壁和蒸汽进、出口为系统，则系统为稳定流动系统，能量方程为 sh w z g c h q +?+?+?=221 3 6.310/400000.1575/q kJ kg =?= 进、出口的动能差和位能差忽略不计，则 sh w q h =-?0.1575(22403440)=---1200 ≈(kJ/kg) （3）汽轮机功率 3 4 40101200 1.33103600m sh P q w ?==?=?(kW) （4） 222311 (14060)108/22sh w c kJ kg -?= ?=?-?= 80.67% 1200 sh k sh w w ε?=== 2．将0.8kg 温度为1000℃的碳钢放入盛有6kg 温度为18℃的水的绝热容器中，最后达到热平衡。试求此过程中不可逆引起的熵产。碳钢和水的比热容分别为0.47/()c c kJ kg K =g 和 4.187/()w c kJ kg K =g 。 解：()c c c c m Q m c t t =- ()w w w m w Q m c t t =- c w Q Q =Q ()c c c m m c t t -()w w m w m c t t =- 代入数据解得：32.48m t =℃ 32.48273 ln 6 4.187ln 1.23/18273m m w w T T w w m w w w T T w m c dT T Q S m c kJ K T T T δ+?====??=+? ? 32.48273ln 0.80.47ln 0.54/1000273m m c c T T c c m c c c T T c m c dT T Q S m c kJ K T T T δ+?====??=-+?? 1.230.540.69/g w c S S S kJ K ?=?+?=-= 3、0.5kmol 某种单原子理想气体 ，由25℃，2m 3可逆绝热膨胀到1atm ，然后在此状态的温度下定温可逆压缩回到2m 3。（1）画出各过程的p-v 图及T-s 图；（5 分）（2）计算整个过程的Q ，W ，ΔU ， ΔH 及ΔS 。 解：（1）画出各过程的p-v 图及T-s 图 （2）先求各状态参数 ()113 15500mol 8.314J/(mol K)27325K 2m 6.1939310Pa 6.11atm nRT p V ???+= ==?= 1 1.6711.67 22111MPa 298K 144.26K 6.11MPa p T T p κκ --???? ==?= ? ? ?? ?? 1 11.67 33 1212 6.11MPa 2m 5.906m 1MPa p V V p κ ????==?= ? ????? 3 3231144.26K 2m T T V V ==== 33500mol 8.314J/(mol K)144.26K 299855Pa 2m p ???== 等温过程 ：热量=膨胀功=技术功 3 122323232 3 3 ln 2m 500mol 8.314J/(mol K)144.26K ln 5.906m 649.4kJ T V Q Q Q Q W nRT V ----=+====????=- 所以，放热 ()()()()12231223 3 122 ln 500mol 3 4.1868J/(mol K)298144.26K 649.4kJ 316.12kJ T Vm W W W U U W V nC T T nRT V ---=+=-+=-+=????-+-= 131313 649.4kJ 316.62kJ 965.52kJ U Q W ---?=-=--=- ()() ()13313 965.52kJ 299.855619.393kPa 2m 1604.6kJ pm H nC T T U pV -?=-=?+?=-+-?= 331311ln ln 144.26K 500mol 3 4.1868J/(mol K)ln 298K 4.56kJ/K Vm T V S n C R T V -?? ?=+?? ? ?=????=- 4．系统经一热力过程，放热8kJ ，对外作功26 kJ 。为使其返回原状态，对系统加热6 kJ ，问需对系统作功多少？ 解：根据能量方程有 111 Q U W =?+ 222Q U W =?+ 12 U U ?=-?Q 1122Q W W Q ∴-=- 2121W Q Q W =+- 2121862628 W Q Q W =+-=-+-=-(kJ) 5．一卡诺机工作在800℃和20℃的两热源间，试求：卡诺机的热效率；若卡诺机每分钟从高温热源吸入1000 kJ 热量，此卡诺机净输出功率为多少kW ？求每分钟向低温热源排出的热量。 解：（1） 20273 1172.7%800273L c H T T η+=- =-=+ （2） 000.7271000 12.12()606060c H W Q P kW η?= === （3）(1)1000(10.727)273L H c Q Q kJ η=-=?-= 6．kg 1空气从相同初态10.2p MPa =、135t =℃经定容过程至终温2180t =℃，试求吸热量、膨胀功、技术功和初终态焓差。（空气的)/(004.1K kg kJ c p ?=， )/(717.0K kg kJ c V ?=，)/(287.0K kg kJ R g ?=。） 解： 31 3216 10.28710(35273)0.442/0.210g R T v v m kg p ??+====? 2211(180273)0.20.294(35273)T p p MPa T +==?=+ 21()0.717(18035)103.97/V q c t t kJ kg =-=?-= 0=w 63112()0.442(0.20.294)101041.5/t w v p p kJ kg -=-=?-??=- 21() 1.004(18035)145.6/p h c t t kJ kg ?=-=?-= 7、如图所示，气缸内充以空气，活塞及负载205kg ，缸壁充分导热，活塞的初始高度为10cm ，活塞的横截面积为100cm 2，气缸内的空气初始温度为27℃，初始压力为771mmmHg 。若取走90kg 负载，待平衡后，求：（1）活塞上升的高度；（2）气体在过程中作的功，已知{}{}K Kg KJ T u 68.0/=。 解：缸内气体为热力系-闭口系。突然取走90kg 负载，气体失去平衡，振荡后最终建立新的平衡。虽不计摩擦，但由于非准静态，故过程不可逆。但可以应用第一定律解析式。由于缸壁充分导热，所以缸内的气体在热力变化过程中的温度是不变的。 首先计算状态1和状态2的基本参数， 11F 205 771133.32981000.3039MPa A 100b P P =+=?+?= 6331100101010V A h m --=?=??= 21 T T = 643 2()()10010(10)10V A h h h h h m --=?+?=+???=+?? 22F 20590771133.32981000.2156MPa A 100b P P -=+ =?+?= (1) 求活塞上升的高度： 过程中质量不变，且等于 11 22 1212 g g PV PV m m R T R T = == 341 2120.303910(10)100.2156P V V h P --= =?=+?? 4.1 cm h ?= （2）气体在过程中作的功 根据热力学第一定律，Q U W =?+， 以及122211U U U m u m u ?=-=- 由于{}{} 21/,KJ Kg k m m u T ==且T 1=T 2，0u ?= 由于不计摩擦气体所做的功，W 分为两部分： 1 W 位克服大气所做的功；2W 位活塞位能的增加量 则22(20590)9.81 4.11046.25p W E mgh J -=?==-???= 421771133.3210010 4.11042.14b W P A h J --=??=?????= 1246.2542.1488.4W W W J ?=+=+= 或者 6 42220.215610Pa 10010m 4.110m 88.4W p A H J --=?=?????= 8、封闭气缸中气体初态p 1=8MPa ，t 1=1300℃，经过可逆多变膨胀过程变化到终态p 2=0.4MPa ，t 2=400℃。已知该气体的气体常数Rg=0.287kJ/(kg·K)，比热容为常数，c V =0.716 kJ/(kg·K)。（1）求多变过程的多变指数；（2）求多变过程的膨胀功；（3）试判断气体在该过程中各是放热还是吸热的？ 解：（1）1到2是可逆多变过程，对初，终态用理想气体状态方程式有 ()()g 13 16 1g 23 26 2 287J/(kg K)1300273K 0.05643m /kg 810Pa 287J/(kg K)400273K 0.48288m /kg 0.410Pa R T v p R T v p ??+===???+= = =? 所以多变指数 66123321ln(/)ln(810Pa/0.410MPa) 1.395 ln(/)ln(0.48288m /kg /0.05643m /kg)p p n v v ??=== （2）多变过程的膨胀功 ()()12287J/(kg K) 1573673K 653.92kJ/kg 1 1.3951g R w T T n ?= -= -=-- （3）多变过程的热量 ()()210.716kJ/(kg K)6731573K 653.92kJ/kg 9.52kJ/kg 0 V q u w c T T w =?+=-+=??-+=> 故该可逆多变膨胀过程是吸热过程 9.m=2.26kg 理想气体的气体常数Rr=430J/(kg ·k)，比热比k=1.35。初温T 1=477K ，经可逆定体过程后终温T 2=591K 。求Q 、ΔU 、W 、ΔS 。 解：c v =r R 1k 1-=135.1430-=1229J/(kg ·k) W=0 △U=mc v (T 2－T 1)=2.26×1.229×(591－477)=317kJ Q=△U=317kJ △S=mc v ln 12T T =2.26×1.229×ln 477591 =0.595kJ/K 10.设炉膛中火焰的温度恒为t r =1500℃，汽锅内蒸汽的温度恒为t s =500℃，环境温度为t 0=25℃，求火焰每传出1000kJ 热量引起的熵产和作功能力损失。 解：ΔS g =27315001000 2735001000+- + =0.73kJ/K E x1=T 0·ΔS g =(273+25)×0.73 =217.5kJ 11.空气可逆绝热流过一喷管，入口压力p 1=0.7MPa ，温度t 1=800℃，出口压力p 2=0.15MPa ，此喷管是什么外型的喷管?入口空气流速忽略不计，比热容和比热比取定值，分别为c p =1.004kJ/(kg ·K)，k=1.4，求喷管出口空气的温度、流速、马赫数。 解：12p p =7.015 .0=0.214<0.528 为缩放型喷管。 T 2 =T 1 (k 1k 1 2 ) p p -=1073×(4 .114.1) 7 .015 .0-=691K c 2= ) T T (c 221p -=)6911073(10042-??=876m/s M 2=22a c =6912874.1876 ?? 1.66 12. m=1.5kg 空气按可逆定温过程由初态T 1=328K,P 1=0.25×106Pa 变化到终态P 2=0.15×106Pa ，空气的R r =0.287KJ/(kg ·k)，试求此定温过程的Q 、W 、△U 、△H 。 解：Q=mR r Tln 2 1P P =1.5×0.287×328×ln KJ 1.7210 15.01025.06 6 =?? W=mR r Tln 2 1P P =Q=72.1KJ △U=mC v (T 2－T 1)=0 △H=mC p (T 2－T 1)=0 13. 空气在渐缩喷管进口截面上的压力P 1=1.5×106Pa ，比体积V 1=0.065m 3/kg ，VC 1≈0；喷管出口截面上的压力P 2=0.8×106Pa 出口截面积A 2=14cm 2；设空气的R r =287J/(kg ·k)，比热容比K=1.4。试求：(1)喷管出口截面上的比体积V 2，温度T 2 (2)空气流经出口截面时的速度V C2 解：(1)P °=P 1=1.5×106Pa,V °=V 1=0.065m 3/kg 则T °=K 7.339287 065 .0105.1R V P 6r =??=?? V 2=V °kg /m 102.0108.010 5.1065.0) P P (34 .11 66 K 12 =? ?? ? ?????=? T 2= K 3.284287 102 .0108.0R V P 6r 22=??= (2)V C2= s /m 6.333)3.2847.339(28714.14 .12)T T (R 1K K 22r =-??-?=-?- 14. 某燃气轮机排气1.20kg/s ，温度为T 1=576K,定压排入温度T 0=283K 的环境；设排气的C p =1.021KJ/(kg ·k)。试求每小时燃气轮机的排气热量中的有效能和无效能。 解：每小时排气的放热量Q p : Q p =mC p (T 0－T 1)=3600×1.2×1.021×(－576+283)=－1292341KJ/h 此热量中的有效能Q a : Q a = ]T T ln T )T T [(mC dT )T T 1(mC Q )T T 1(m 0010p 0T T p 0T T 0 1 1 --=- =δ-? ? =3600×1.2×1.021×［(283－576)－283ln 576283 ］=－405345.2KJ/h 此热量中的无效能Q u : Q u=Q p －Q a =－1292341－(－405345.2)=－886995.8KJ/h 15.已知理想气体的定容比热c v =a+bT ，其中a 、b 为常数。试导出其内能、焓和熵的计算公式。（10分） 解： 16.质量为2kg 的某双原子气体，在可逆多变过程中压力从0.5MPa 降至0.1MPa ，温度从162°C降至27°C，作出膨胀功267 kJ ，从外界吸热量66.8kJ 。试求该理想气体的定值比热C p 和C v (kJ/kg.K) 解： 17、质量为3kg的空气，在可逆绝热压缩过程中压力从0.1MPa升高至6MPa，初始温度为300K，绝热指数为1.4，气体常数为287J/kgK。试求：1).将此过程表示在p-v图和T-s图上；（6分） 2.) 经可逆绝热压缩后的终态温度；（4分） 3.) 空气的定值比热c p 和c v (J/kg.K)；（4分） 4)该过程的容积功和技术功。（6分） （共20分）解： 一、1.若已知工质的绝对压力P=，环境压力Pa=，则测得的压差为(B)A.真空pv= B.表压力pg=.真空pv= D.表压力p g= 2.简单可压缩热力系的准平衡过程中工质压力降低，则(A) A.技术功为正 B.技术功为负 C.体积功为正 D.体积功为负 3.理想气体可逆定温过程的特点是(B)=0 =>W 页脚内容1 页脚内容2 1 n c n κ - = - R =，代入上式得 页脚内容3 页脚内容4 页脚内容 6 及内能的变化，并画出p-v 图，比较两种压缩过程功量的大小。（空气： p c =1.004kJ/(kgK)，R=0.287kJ/(kgK)）（20分） 2．某热机在T1=1800K 和T2=450K 的热源间进行卡诺循环，若工质从热源吸热1000KJ ，试计算：（A ）循环的最大功？（B ）如果工质在吸热过程中与高温热源的温差为100K ，在过程中与低温热源的温差为50K ，则该热量中能转变为多少功？热效率是多少？（C ）如果循环过程中，不仅存在传热温差，并由于摩擦使循环功减小10KJ ，则热机的热效率是多少？（14分） 3．已知气体燃烧产物的cp=1.089kJ/kg ·K 和k=1.36，并以流量m=45kg/s 流经一喷管，进口p1=1bar 、T1=1100K 、c1=1800m/s 。喷管出口气体的压力p2=0.343bar ，喷管的流量系数cd=0.96；喷管效率为 =0.88。求合适的喉部截 面积、喷管出口的截面积和出口温度。（空气：p c =1.004kJ/(kgK)， R=0.287kJ/(kgK)）（20分） 一．是非题（10分） 1、√ 2、√ 3、× 4、× 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、√ 二．选择题（10分） 1、B2、C3、B4、B5、A 三．填空题（10分） 1、功W;内能U 2、定温变化过程，定熵变化 3、小，大，0 4、对数曲线，对数曲线 5、 a kpv kRT ==， c M a = 四、名词解释（每题2分，共8分） 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统。 焓：为简化计算，将流动工质传递的总能量中，取决于工质的热力状态的那部分能量，写在一起，引入一新的物理量，称为焓。 热力学第二定律：克劳修斯(Clausius)说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。开尔文一浦朗克(Kelvin —Plank)说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。 相对湿度：湿空气的绝对湿度v ρ与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s ρ的比值， 称为相对湿度?。 五简答题（8分） 1．湿蒸汽的状态参数p,t,v,x 中，不相互独立的一对是（D ）D ．(p,t)2．在不可逆循环中（B ）A ． ??>?ds T q B ． ??t w >t C ．t DP =t w =t D ．t w > t DP >t 6．如果孤系内发生的过程都是可逆过程，则系统的熵（C ） A ．增大 B ．减小 C ．不变 D ．可能增大，也可能减小21．理想气体的可逆过程方程式=n pv 常数，当n ＝ ∞ 时，即为等体过程。 7．pdv dT c q v +=δ适用于（A ）A ．可逆过程，理想气体 B ．不可逆过程，理想气体 C ．可逆过程，实际气体 D ．不可逆过程，实际气体 8．电厂蒸汽动力循环回热是为了（C ）A ．提高循环初参数 B ．降低循环终参数C ．提高平均吸热温度 D ．提高汽轮机的相对内效率 9．活塞式压气机采取分级压缩（ C ）A ．能省功 B ．不能省功 C ．不一定省功 D ．增压比大时省功 10．理想情况下活塞式压气机余隙体积的增大，将使生产1kg 压缩空气的耗功量（C ）A 增大 B ．减小C ．不变 D ．的变化视具体压缩空气的耗功量 11．下列各项中，不影响燃烧过程热效应的是（C ）A ．反应物的种类 B ．反应温度C ．反应速度D ．反应压力 12．欲使亚声速气流加速到超声速气流应采用（C ）A ．渐缩喷管B ．渐扩喷管C ．缩放喷管D ．前后压差较大直管 13．水蒸汽h －s 图上定压线（C ．在湿蒸汽区是直线，在过热蒸汽区是曲线 14．为提高空气压缩制冷循环的制冷系数，可以采取的措施是（D ） A ．增大空气流量 B ．提高增压比C ．减小空气流量 D ．降低增压比 15．在范德瓦尔方程中，常数b 为考虑气体 而引入的修 正项。（C ）A 分子间内位能 B ．分子运动动能C ．分子本身体积D ．分子间相互作用力 二、多项选择题16．理想气体可逆等温过程的体积变化功w 等于（AC ）A ．2 1 p p RT ln B ．1 2p p RT ln C ．1 2v v RT ln D ．2 1v v RT ln E ．(p 2v 2－p 1v 1) 17．vdp dh q －=δ适用于 AC A ．可逆过程，理想气体 B ．不可逆过程，理想气体 C ．可逆过程，实际气体D ．不可逆过程，实际气体 E ．任意过程，任意气体 18．再热压力若选得合适，将使（BCDE ） A ．汽耗率提高 B ．热耗率提高 C ．循环热效率提高 D ．排汽干度提高 E ．平均吸热温度提高 19．马赫数小于1的气流可逆绝热地流过缩放管时，如果把喷管的渐扩段尾部切去一段，在其他条件不变的情况下，其（BDE ）A ．流量变小B ．流量不变 C ．流量变大 D ．出口压力变大E ．出口速度变大 20．不可逆循环的热效率（BE ） A ．低于可逆循环的热效率 B ．在相同的高温热源和低温热源间低于可逆循环的热效率 C ．高于可逆循环的热效率 D ．在相同的高温热源和低温热源间高于可逆循环的热效率 E ．可能高于，也可能低于可逆循环的热效率 三、填空题 22．在一定的压力下，当液体温度达到 饱和 时，继续加热，立即出现强烈的汽化现象。 23．湿空气的绝对温度是指lm 3湿空气中所含水蒸汽的 质 量 。 24．火电厂常用的加热器有表面式和 混合 式。 25．可逆绝热地压缩空气时，无论是活塞式压气机还是叶轮式压气机，气体在压气机内的 状态变化 规律是相同的。 26．理想气体的绝热节流效应是 零效应 。 27．利用平均比热表计算任意体积气体在定压过程中的吸热量时，应使用公式 Q ＝V 0 )t |c -t |(c 1t 0'p 2t 0'p 1 2?? 。 28．图示通用压缩子图上一状态点A ，其位置表明： 在该状态下气体分子之间的相互作用力 主要表现为 排斥 力。 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 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 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） 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 。 B 隔板 A 自由膨胀 12iso T T R S S S S S ?=?+?+?+?W R 0S ?=22t t,C 1111Q T Q T ηη==-=-iso 0S ?=iso 0 S ?= 同济大学《工程热力学》期末模拟试卷 第一部分 选择题（共15分） 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.流速减小，流量增大 2、某制冷机在热源T 1= 300K ，及冷源T 2= 250K 之间工作，其制冷量为1000 KJ ，消耗功为250 KJ ，此制冷机是 【 】 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. 2/2f U mc mgz ++ D. 2 /2f U pV mc mgz +++ 4、熵变计算式2121(/)(/)p g s c In T T R In p p ?=-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 。 【 】 A.可逆绝热压缩 B.不可逆绝热压缩 C.边压缩边吸热 D.边压缩边放热 6、混合气体的通用气体常数，【】。【】 A.与混合气体的成份有关 B.与混合气体的质量有关 C.与混合气体所处状态有关 D.与混合气体的成份、质量及状态均无关系 7、贮有空气的绝热刚性密闭容器中装有电热丝，通电后如取空气为系统，则【】 A.Q＞0，△U＞0，W＞0 B.Q=0，△U＞0，W＞0 C.Q＞0，△U＞0，W=0 D.Q=0，△U=0，W=0 8、未饱和空气具有下列关系【】 A.t＞t w＞t d B.t＞t d＞t w. C.t = t d = t w D.t = t w＞t d 9、绝热节流过程是【】过程。【】 A.定压 B.定温 C.定熵 D.节流前后焓相等 10、抽汽式热电循环的结果是【】 A.提高循环热效率，提高热能利用率 B.提高循环热效率，降低热能利用率 C.降低循环热效率，提高热能利用率 D.降低循环热效率，降低热能利用率 11、一个橡皮气球在太阳下被照晒，气球在吸热过程中膨胀，气球内的压力正比于气球的容积，则气球内的气球进行的是【】 A.定压过程 B.多变过程 C.定温过程 D.定容过程 12、气体的容积比热是指【】 一．是非题三．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。（） 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．闭口系统进行一放热过程，其熵一定减少（）2．蒸汽的干度定义为_________。 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。（）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．理想气体在绝热容器中作自由膨胀，则气体温度与压力的表达式为 T 2 p 2 k 1 k （） 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） T 1 p 1 1．卡诺定理： 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x 1（） 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t d 、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2．．理想气体 3．水蒸气的汽化潜热 5．含湿量 五简答题（8 分） t t wet 、温度，试用H d —图定性的 d 1.证明绝热过程方程式 2.已知房间内湿空气的 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c p 和c V p v 图和T s 图上 [kJ/(kg·K)]，并将此多变过程表示在 （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 p =1bar，t1 =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1 c 压气机出口温度t2 及实际消耗功率P。（已知：空气 p =1.004kJ/(kgK)，气体常数R=0.287kJ/(kgK)）。（15 分） 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_______。 一.就是非题 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 11212-??? ? ??=() 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,则工质熵的变化就是一样的。() 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、流动功与技术功都就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 与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)与(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,其结果只能就是()。 (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.()过程就是可逆过程。 (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 与V c [kJ/(kg ·K)],并将此多变过程表示在v p -图与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 的干饱与蒸汽,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,实际消耗功就是理论轴功的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.就是非题(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) 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 11212-??? ? ??= （ ） 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 ） 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_________ 《工程热力学》沈维道主编第四版课后思想题答案（1?5章）第1章基本概念 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么? 答：不对。"绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 4.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式 P 二P b P e (P P b) ；P = P b - P v (P ：： P b) 中，当地大气压是否必定是环境大气压? 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的Pb应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它 意义上的“大气压力"，或被视为不变的“环境大气压力”。 5.温度计测温的基本原理是什么? 答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。 6.经验温标的缺点是什么？为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 7.促使系统状态变化的原因是什么？举例说明答：分两种不同情况：⑴若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用, 系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态；⑵若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。 &图1-16a、b所示容器为刚性容器：⑴将容器分成两部分。一部分装气体, 一部分抽 成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？⑵设真空部分装 有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块, 问气体係统）是否作功? 图1-16 .吾苦翹E附團 ⑶上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在P-V图上表示？ 答：⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功; ⑵b情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功； 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。 一、判断命题是否正确，错误的加以改正 1、孤立系统的热力状态不能发生变化。 2、答：×，只要孤立系统发生热力过程，其热力状态就会发生变化。 2、工质从同一初态出发，经过一可逆过程和一不可逆过程到达相同的终态，则两种过程中 S g不可逆S g可逆、S f不可逆S f可逆、S不可逆S可逆。 答：×，S f 不可逆S f可逆 3、热力过程中，系统向外界放热，其温度必然降低。 4、答：×，热力过程中，系统向外界放热，其温度不一定降低。 5、一切不可逆循环的热效率答：×，一切循环的热效率t w net。 q1 t w net。 q1 6、系统吸热，其熵一定增加，系统放热，其熵一定减小。 7、答：×，系统吸热，其熵一定增加，系统放热，其熵不一定减小。 6、工质经过不可逆循环后，有 Q 0 ，根据 dS Q dS 0 。T r ，则有 T r 答：×，工质经过不可逆循环后，有Q 0 ，但dS 0 。 T r 二、选择题 1、刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，一部分为高压气体，一部分保持真空，抽去隔板 前后 D A、S 0 ， U 0 ； B 、S0，H 0 ； C、S 0 ， U 0 ； D 、S0，U 0。 2、q c p T w t适用于 C A、任意气体、闭口系统、可逆过程； B、实际气体、开口系统、可逆过程； C、理想气体、开口系统、稳流过程； D、任意气体、开口系统、可逆过程。 3、经过不等温传热后， B A、热量的可用能和废热均减少； B、热量的可用能减少，废热增加； C、热量的可用能不变，废热增加； D、热量的可用能不变，废热减少。 4、当孤立系统中进行了一不可逆过程后，则孤立系统的总能、总熵、总用的变化为 C A、E 0 ， S 0，E X 0； B、E 0 ， S 0，E X 0 C、E 0 ， S 0，E X 0； D、E 0 ， S 0，E X 0 5、在紧闭门窗的房间内，启动一台打开的冰箱，经过一段时间的运行，则室温将 B A、降低； B、升高； C、不变； D、不定。 6、工质不可逆稳态稳流经过某控制容积，则此控制容积内： B A、储存能不变，熵增加； B 、储存能不变，熵不变； C、储存能增加，熵增加； D 、储存能增加，熵不变。 三、简答题 1、什么是可逆过程实现可逆过程的基本条件是什么可逆过程与准静态过程的区别与联系是 什么 答：可逆过程是当系统完成某一过程后，如果令过程沿相同的路径逆行而能使过程中所涉及到 的一切（系统和外界）都回复到原来的状态，而不留下任何的痕迹的过程 实现可逆过程的基本条件是过程无限缓慢，即所有的不平衡势差无限小；没有耗散效应。 可逆过程与准静态过程的共同点：他们都是无限缓慢的、由连续的、无限接近平衡的状态所组成的过程，都可以在坐标图上用连续的实线来表示。 可逆过程与准静态过程的区别是准静态过程着眼与平衡，耗散效应对它无影响，而可逆过程不但强调平衡，而且强调能量传递效果。 2、理想气体从同一初态膨胀到同一终态比体积，定温膨胀与绝热膨胀相比，哪个过程做功 多若为压缩过程，结果又如何 答：对于膨胀过程而言，定温膨胀做功多，若为压缩过程，则定熵压缩耗功多。可以用示功 图来表示。 3、朗肯循环由哪几个过程组成这些热力过程分别在哪些热力设备中完成 答：朗肯循环由定压加热（ 2 分）、定熵膨胀、定压冷却和定熵压缩四个过程组成，这些热 力过程分别在锅炉和过热器、气轮机、冷凝器以及给水泵中完成的。 四、证明题 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 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 图 1 图2 2012工程热力学Ⅰ考题（A ） 一、简答题（共30分） 1、图1中循环1-2-3-a -1和循环1-b -3-4-1都是不可逆 循环。有人判断循环1-2-3-a -1的热效率高于循环1-b -3-4-1的热效率，你是否同意他的说法，为什么？（10分） 2、有一种热机，以水蒸气为工质，循环的高温热源温度为1200 K ，低温热源温度为300 K ，循环的热效率t η。现将循环工质改成理想气体，则循环的热效率t'η与原循环热效率比较将发生什么样的变化？为什么？ （10分） 3、“水蒸气的朗肯循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出大量热量，有人提出将汽轮机排出的乏汽直接送回锅炉可提高水蒸气循环的热效率。”请据热力学基本定律出发评估这种观点。（10分） 二、计算题（共70分） 1、一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为200kPa 、温度20℃， 喷嘴内径为0.002m 时，射出水流温度20℃，压力100kPa ，流速1000m/s ，已知在200kPa 、20℃时，3 0.001002m /kg v =，假定可近似认为水的比体积不变，求水泵功率。（10分） 2、某太阳能供暖的房屋用5×8×0.3m 的大块混凝土板作为蓄热材料，该混凝土的密度为2300kg/m 3 ，比热容0.65kJ/(kg ·K)。若混凝土板在晚上从23℃冷却到18℃（室内温度），求此过程的熵产。（10分） 3、某活塞式内燃机定容加热理想循环（图2循环1-2-3-4-1），压缩比ε =10，压缩冲程的起点状态是t 1=35℃ 、p 1=100kPa 。加热过程中气体吸热650kJ/kg 。假定比热容为定值，且c p =1.004kJ/（kg·K），κ =1.4，求：（1）循环中各点的温度、压力和循环热效率；（2）若循环压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的熵产分别为0.1kJ/(kg·K)和0.12 kJ/(kg·K)，求工质 经循环后的熵变； （3） 若膨胀过程持续到5（p 5 = p 1），画出循环T-s 图，并分析循环热效率提高还是下降。（10+5+5分） 4、空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为4.2，初终态温度分别为30℃和227℃。 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________。0,<0u q ? 所以<0w 边压缩边放热 1-2：122121T 工程热力学期末考试试题
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