工程热力学习题集答案

1、WORD格式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 54 KPa5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7102Rg11一次二次12热量13两14 173 KPa15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7202Rg21、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. ws=h2 h1或 wt=h2h134.小于t 2t 235.CCt1036.i/ M ini/ M ii 1专业资料

2、整理WORD格式37.热量38.65.29%专业资料整理WORD格式39.环境40.增压比41.孤立42 热力学能、宏观动能、重力位能43.65044.cv(T 2T 1)专业资料整理WORD格式lnT2T1专业资料整理WORD格式46.22.1247.当地音速48.环境温度49.多级压缩、中间冷却50.0 与 151.物质52.绝对压力。2253. q=(h 2-h1)+(C 2 -C1 )/2+g(Z 2 -Z1)+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

3、大二、单项选择题1.C2.D3.D4.A5.C6.B7.A8.A9.C10.B11.A12.B13.B14.B15.D16.B17.A18.B19.B20.C21.C22.C23.A三、判断题1234567 8910111213141516 17 18 19 20 21.×22. 23.× 24.× 25. 26.× 27. 28. 29.×30.专业资料整理WORD格式四、简答题专业资料整理WORD格式1.它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进展，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

4、，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 rTmkg 气体 :pV=mR rT1kmol 气体： pV m=RTnkmol 气体： pV=nRTRr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 st=t sv=v ,h=hs=s湿饱和蒸汽： 0<x<1,p=p st=t sv<v<v , h <h<h , s <s<s4.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

5、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.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.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.轮胎内气体压力为P=

6、 MRrT,MRr为常数， 当 T 升高时 P 随之升高， 容易引起爆破。VV9.可以选择一样初、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“速度系数 、“喷管效率 和“能量损失系数 来表示因摩擦对喷管流动的影响。三者之间的关系为： =12=1 11. 略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根本表达式。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根本表达式为：q=u+w； q=h+wt13. 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：dS 0 。iso1

7、4. 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展的势差为无穷小，而且无功的耗散。五、名词解释专业资料整理WORD格式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 ct 图上曲边梯形面积，由微积分中值定理知，必然存在值使得曲边梯形面专业资料整理WORD格式积与一矩形面积相等，这个值在 ct 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

8、水蒸气的焓值之和。六、分析题1、解：方法一过 b、c 分别作等温线，因为TbTc，故 ubuc即 uabubuauacucua方法二考虑过程b-cquwucubwq0vcvbw0ubuc，uabuac2、解： 因为： quw1-3 ：1n13k ，且 T3T1及S3< S1那么有：u >0,q<0 所 以w<0边压缩边放热1-2 ：kn12且T2 <T1及S2 <S1，那么u<0, q<02RgT1p2n 1Rgnwpdv1TT1n1p1n112所以有 w>0边膨胀边放热1-4 ：0 n1 4且 T4T1及 S4S1u>0, q>

9、;0wRgT1T4>0边膨胀边吸热n 11-5 ：1 n1 5k且T5 < T1及 S5> S1u<0,q>0, w>0边膨胀边吸热边降温3、请问一下几种说法正确吗？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局部，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Sg0 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Sg0 ，那么此过程必定专业资料整理WORD格式为不可逆过程。专业资料整理WORD格式4、某循环在700K 的热源及 400K 的冷

10、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"2用卡诺定理判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆"解：WnetQ1Q2Q1WnetQ2 10000kJ 4000kJ14000kJ方法 1：设为热机循环Q1Q214000kJ4000kJQ10kJ/K0 不可能T rTr1Tr 2700K400K设为制冷循环：图 3QQ1Q214000kJ 4000kJTrTr 1Tr 2700K10kJ/K400K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1TL400K0.4286Wnet10000kJCTh1tQ10

11、.7126700K14000kJtC不可能设为制冷循环Tc400KQ24000kJcT0Tc700K1.33wnet0.4400K10000kJc 可能但不可逆 ，所以是不可逆制冷循环七、计算题1解：1p1900098.669098.66kPap29 8. 6 69 5. 0 6 k P3.a62取汽轮机汽缸内壁和蒸汽进、出口为系统，那么系统为稳定流动系统，能量方程为qh1c 2g zwsh2q6.3103 / 400000.1575 kJ / kg进、出口的动能差和位能差忽略不计，那么wsh qh0.1575 (22403440) 1200(kJ/kg)3汽轮机功率Pqm wsh401031

12、2001.33 104(kW)36004wsh1c21(1402602 ) 1038kJ / kg22专业资料整理WORD格式wsh8kwsh0. 67%12002解：Qcmccc (tct m )Qwmw cw (tmtw )QcQwmccc (tctm )mwcw (tmtw )代入数据解得：tm32.48 专业资料整理WORD格式TmSwTwQTm mwcwdTmwcw ln Tm6 4.187 ln 32.482731.23kJ / KTTwTTw18273专业资料整理WORD格式TmScTcQTm mcccdTmccc ln Tm0.8 0.47 ln 32.482730.54kJ

13、/ KTTcTTc1000273专业资料整理WORD格式SgSwSc1.230.540.69kJ / K3、解：1画出各过程的p-v 图及 T-s 图 2先求各状态参数nRT1 500mol8.314J/(mol K) 273 25 Kp12m 3V16.19393105 Pa 6.11atm专业资料整理WORD格式1T2T1p21MPap1298K6.11MPa1.67 11.67144.26K专业资料整理WORD格式1VVp12m36.11MPa21p1MPa211.675.906m3专业资料整理WORD格式T3T2144.26KV3V12m 3p3500mol8.314J/(mol K)

14、144.26K2m3299855Pa等温过程 ：热量 =膨胀功 =技术功QQ12Q23Q2 3WT 23nRT ln V3V2500mol8.314J/(molK)144.26K ln2m 35.906m 3649.4kJ所以，放热W W12 W23U1 U2WT2 3nCVmT1T2nRT ln V3V2500mol34.1868J/(mol K)298144.26 K649.4 kJ316.12kJU 1 3Q1 3W1 3649.4kJ316.62kJ965.52kJH 1 3nC pm T3T1UpV965.52kJ299.855619.393 kPa2m31604.6kJS1 3n

15、CVm ln T3R ln V3T1V1500mol34.1868J/(molK)144.26Kln298K4.56kJ/K4解：根据能量方程有Q1U 1W1Q2U 2W2U 1U 2Q1W1W2Q2W2Q1 Q2W1W2Q1Q2 W1862628 (kJ)5解： 1c1TL12027372.7%TH800273专业资料整理WORD格式2P0W0c QH0.727 100060606012.12(kW )3QLQH (1 c )1000(10.727)273kJ6解vRg T10.287103(35273)32v0.442m / kg1p10.2106p2p1T20.2(180273)0.29

16、4 MPaT1(35273)qcV (t 2t1 )0.717(18035)103.97 kJ / kgw0wtv1( p1p2 )0.442 (0.20.294) 10610 341.5 kJ / kghcp (t2t1 )1.004(18035)145.6kJ / kg7、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 的根本参数，专业资料整理WORD格式PPF11bAV1AhT

17、2T1V2A(hP2PbF2A771133.32205981000.3039MPa100100 10 10 610 3 m3h)(h h)10010 6(10h) 10 4 m3771133.3220590981000.2156MPa100专业资料整理WORD格式(1) 求活塞上升的高度：过程中质量不变，且等于PV11PV2 2m1m2RgT1RgT2V2P1V10.303910 3(10 h)10 4P20.2156h 4.1 cm（ 2气体在过程中作的功根据热力学第一定律， QUW，以及UU 1U 2 m2 u2 m1u1由于m2m1, uKJ / KgT12k且 T =T ，u 0由于不

18、计摩擦气体所做的功，W 分为两局部：W1位抑制大气所做的功；W2位活塞位能的增加量那么 WEpmgh (20590)9.81 4.110 246.25J2W1Pb Ah 771133.32100 10 44.110 242.14 JWW1W246.2542.1488.4 J专业资料整理WORD格式或者， W p2 A H 0.2156 106 Pa 100 10 4 m24.1 10 2 m 88.4 J8. 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v1Rg T1287J/(kg K)1300273 Kp18 106 Pa0.05643m3 / kgv2Rg T22

19、87J/(kg K)400273 Kp20.4106 Pa0.48288m3 / kg所以多变指数nln( p1 / p2 )ln(8106 Pa/0.4106 MPa)1.395ln( v2 / v1 )ln(0.48288m3 / kg / 0.05643m3/ kg)2多变过程的膨胀功wRgT1T2287J/(kg K)1573 673 K653.92kJ/kgn 11.39513多变过程的热量quwcVT2T1w0.716kJ/(kgK)6731573K653.92kJ/kg9.52kJ/kg0故该可逆多变膨胀过程是吸热过程1R r=4309.cv= k11.35 1=1229J/(k

20、g · k)W=0 U=mc v(T 2 T1)=2.26 × 1.229× (591 477)=317kJ Q= U=317kJ S=mcvln T2 =2.26× 1.229× ln 591 =0.595kJ/KT14771000100010. Sg=5002731500273=0.73kJ/KEx1=T0· Sg=(273+25) × 0.73=217.5kJ11. p2 = 0.15 =0.214<0.528为缩放型喷管。p10.7T2=T1 ( p2k10.151 .41) k=1073×() 1.

21、4=691Kp10.722cp (T1T2) =21004(1073 691) =876m/sc =专业资料整理WORD格式c 2=876M 2=1.41.66a2287 69112.Q=mR rTlnP0.2510672.1KJ1=1.5×0.287× 328× ln106P20.15W=mR rTln P1 =Q=72.1KJP2 U=mC v(T 2 T1)=0 H=mC p(T 2 T1)=013.(1)P° =P1=1.5×106Pa,V° =V 1 =0.065m3/kg那么T°=PV1.51060.065339.7KR r287110.0651.51061.4V2=V°(P)K0.102m 3 / kgP20.8106P2V20.81060.102284.3KT 2=287R r(2)V C2 =2KT2 )21.4KR r (T1.4287 (339.7 284.3) 333.6m / s1114.每小时排气的放热量Qp:Qp =mCp (T0T 1)=3600 ×1.2× 1.021× ( 5