工程热力学期末复习题1答案

1、、判断题:1.平衡状态一定稳定状态。2.热力学第一定律的实质是能量守恒定律;3公式d u = cv d t适用理想气体的任何过程。4容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。5在T S图上，任意二条可逆绝热过程线不能相交。6膨胀功与流动功都是过程的函数。710.自发过程为不可逆过程，非自发过程必为可逆过程;当把一定量的从相同的初始状态压缩到相同的终状态时，以可逆定温压缩过 程最为省功。&可逆过程是指工质有可能沿原过程逆向进行，并能恢复到初始状态的过程。d ，可知理想气体的 Cp为一过程量；9.根据比热容的定义式11 在管道内作定熵流动时，各点的滞止参数都相同。12 孤立系统的熵

2、与能量都是守恒的13 .闭口绝热系的熵不可能减少。14 闭口系统进行了一个过程，如果熵增加了，则一定是从外界吸收了热量。15 理想气体的比焓、比熵和比定压热容都仅仅取决与温度。16 .实际气体绝热节流后温度一定下降。17 .任何不可逆过程工质的熵总是增加的，而任何可逆过程工质的熵总是不变的。18.不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率;19 混合气体中质量成分较大的组分，其摩尔成分也一定大。20 热力学恒等式 du=Tds-pdv与过程可逆与否无关。21 当热源和冷源温度一定，热机内工质能够做出的最大功就是在两热源间可逆热机对外输出的功。22 .从饱和液体状态汽化成饱和蒸汽状态， 化量 h

3、=Cp T=0。因为气化过程温度未变，所以焓的变23 .定压过程的换热量qp =/p(dT仅适用于理想气体，不能用于实际气体。Pd24 在P- v图上，通过同一状态点的定熵过程的斜率大于定温过程的斜率。3.压缩过程耗功是体积膨胀功，压气机耗功是技术功;供热量一定，用电炉取暖与用热泵式空气取暖耗电量一样 多。渐缩喷管出口截面参数不变，背压提高，则喷管流量下降。29匚质在变截面管道内流动，管道的最小截面即为临界截面。对于渐放型喷管，当进口流速为亚音速时，可是气流压力升 高。11.对于未饱和空气，球温度湿球温度露点温度。(a)f(I；2 .试将满足以下要求的多变过程表示在P-V图和T-S图上（先标出

4、四个典型过31 湿空气的相对湿度愈大，则其水蒸气分压力愈大。19.相对湿度越大则空气的含湿量越高;33 已知湿蒸汽的压力与温 度就可以确定湿蒸汽的状态。34 滞止参数是工质经定熵滞止后得到的状态参数。35露点温 度等于空气中水蒸气分压力对应的饱和温度。、图示题1.试在T -S图上定性的表示出n=1.2的理想气体的压缩过程，并在图上用面积表 示所耗过程功w或技术功Wt解法1：过程线如图322中的1-2所示.由鸵最方程得-q- - X - %丁）二 一 “（心-7', ）二-1-2 -C -6 a -2-1面积（见图3-22己所孕）% i Sh - 7,；"厂）二 a - 5_

5、1=12 f-e-d 2-1而枳（见图3= 22h所示）字农线:/程）：（1 ）工质膨胀、放热；（2）工质压缩、放热1升4.将满足下列要求的理想气体的多变过程表示在pv图、T s图上1）工质升温、升压、放热;Gn=1.2的膨胀过程1-2和n=1.6的压缩过程1-3，4在P-V图及T-S图上画出空气的P并确定过程1-2和1-3中功和热量的正负号及初终态热力学能的大小。1-2过程功为正，热量为负，初态热力学能大于终态热力学能 1-3过程功伟负，热量为正，初态热力学能小于终态热力学能5. 在T-S图上画出下面两各热力过程:1)k=1.4的空气，多变压缩过程n=1.325 ；2)n= 0.92的吸热过

6、程。5.画出单级活塞式压缩机将空气由相同初态，分别经定温压缩、定熵压缩和多变压缩过程达到相同的终态压力的p-v，T-S图，并说明其耗功量的大小关系。Ws >w >wnT77.定性画出内燃机三种理想循环的混合加热:241Vs4vs6. 在T-s图上画出采用再热的郎肯循环循环图，并定性说明再热循环对循环热效 率的影响。答：如果附加部分的效率高，则再热循环效率会提高，中间压力P提高，会使叮提高，但此时对干度 X2的改善较小。b)7. 画出蒸汽压缩制冷系统的T-S图，并说明各个过程是在哪个设备中完成的答：1-2过程，压气机中完成;2-3过程，冷凝器中完成；3-4过程，节流阀中完成；4-1过

7、程，烝发器中完成。三、简答题:1.绝热刚性容器用隔板分成 A、B相同的两部分，A侧充满空气，B侧为真空，分析突然抽掉隔板后气体的状态参数（热力学能、焓、熵）如何变J-.E.Z.rlife*) *4P+>«P«1*+*1z2.化？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3.绝热过程是定熵过程吗？多变过程是任意过程吗？4.如图所示的电加热装置，容器中盛有空气，并设有电阻丝，试问取什么为系统，系统与外界交换的是热量；取什么为系统，系统与外界交换的是电功；取什么为系统，系统与外界没有任何能量交换。5.热量与功有什么相同的特征，两者的区别是什么?8.答

8、：热量和功都是能量传递的度量，它们都是过程量。只有在能量传递过程中才有所谓的功和热量，没有能量的传递过程也就没有功和热量。区别：功是有规则的宏观运动能量的传递，在做功过程中往往伴随看能量形态的变化，热量则是大量微观粒子杂乱热运动的能量的传递，传热过程中不出现能量形态的转化。功转化成热量是无条件的，而热转变成功是有条件的。6.为什么T-S图上过同一点的气体的定容线要比定压线陡一些?9.答：在定容线上pITT= ，而在定压线上ds CVdT Tds Cp7.工质在压力 p1下被吸入气缸，可逆压缩至P2(p1 < p2),然后排出气缸，试在p v图上表示出此工作过程的膨胀功和技术功，并说明技术

9、功和膨胀功之间的关系。7答：其1-2-3-4-1为技术功wt1-2-5-6-1为膨胀功w (pv)w- 5 Wt&对于闭口系统，8答：闭口系统，引起系统熵变的因素有哪些？开口系统呢？由于没有物质的流动， 引起熵变的主要因素为传热引起的熵流，以及不可逆过程而产生的熵产。对于开除了熵产和熵流之外还有因为物质流动所引起的熵的变化逆过程的熵产为零， 但熵流不一定就业为零。例如可逆定温吸热过程的熵增就大9. 是否一切熵增过程都是自发过程？可逆过程的熵增必须为零?9答：不是一切熵增过程都是自发过程，例如气体的不可逆绝热压缩过程，过程中气体的熵增大，但是这个过程不是自发过程。可逆过称的熵增不一定为零

10、，可于零。10 .气体在喷管中流动，欲使超音速气流加速， 应采用什么形式的喷管？为什么?10答：愈使超音速气流加速，应选用渐扩管，因为超音速气流在减缩喷管中有压缩的效应，只有在渐扩喷管中才能膨胀加速11. 简述制冷循环和热泵循环的异同点。11答：相同点：原理为逆卡诺循环，将热量从低温带到高温不同点：热泵为产热，热为有效，制冷循环要的是冷量12 .在内燃机混合加热理想循环、定容加热理想循环及定压加热理想循环中， 高压缩比£都可使循环热效率提高，试从第二定律分析其原因。12答：根据热力学第二定律，循环热效率为T中T1为循环平均吸口 = -Yt 1 ，其T1热温度，T2为循环平均放热温度。

11、在这三个循环中提高压缩比，均可以提高循环平均吸热温度， 而平均放热温度要么不变，要么减小，所以均可使循环热效率不变，由图看到，提高初温可提高循环的平均吸热温度（由T1提高到T1a），从而提提高。13 .蒸汽动力装置采用再热的根本目的是提高循环的热效率吗?13 .答：不是，采用再热循环的目的是为了在提高初态压力时，不引起乏气的度的降低，即通过提高初态压力提高热效率，而再热循环较基本循环的热效率并 不一定提高。10. 画图分析新蒸汽参数对基本朗肯循环的热效率有和影响?P214答：初温T1对热效率的影响：初温由T1提高到T1a的T s图。初压P1和背压高循环的热效率。蒸汽初压的影响：图为保持背压P2

12、、初温T1不变而升高初压 P1的循环T-s图。可以提高平均吸热温度 T1，从而提高循环的热效率。11.压缩蒸汽制冷循环采用节流阀代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么?15答：不可以。因为空气的比热容较小，且增压比增大循环制冷系数讲减小，故每千克空气的吸热量不多，为了提高制冷能力，空气的流量就就要很大， 而节流阀不能满足大流量的要求。16.如果选取燃气轮机装置理想循环的最佳增压比，是否意味着可获得最咼的循环热效率，为什么？16.答：不是，最佳增压比是针对循环净功而言，即循环净功最大。而循环热效 八亠X k,即随增压比的增高而递增的。17.简述干球温度、湿球温度、露点之间的区

13、别。17 答:球温度：为温度计测湿空气的实际温度湿球温度：是湿空气流过湿球时与湿球建立了热平衡后的温度露点温度：为湿空气沿等压线P=Pv降温至有液态水析出的温度O12. 当湿空气的相对湿度固定不变时，湿空气的温度增高，湿空气的含湿量露点温度tD、湿球温度 t如何变化?PvP ，而温度提高sw20. 答:含湿量d、露点温度tD、湿球温度tw都提高。因为 时相应的饱和压力 Ps提高，当相对湿度不变，水蒸气分压力提高，则露点温度，含湿量提高。计算题12. 1kg N2 在一热力过程中从初态0.2 MPa、157 C变化到 0.1 MPa、27C,过程的技术功为 34.94kJ/kg，周围环境温度 T

14、。=300K ;试问过程是否为可逆过程？过N2为定比热理Rg =0.297kJ/kg.k ）。程有无不可逆损失？若有不可逆损失，不可逆损失为多少？(视想气体，定压比热容Cp =1.038kJ/kg.k，气体常数13. 解：q=A h+ wt= c吐 J w匕 q= -100 kJ/kg取系统与环境组成孤立系，则人Siso_ aS工质+一 Q口热源T2As热源pIn=2-0.1678 ,P1 q = 0.3333，贝1s MT0 & T-0Cp InRgP T1 -S工质iso热源=0.1654>0所以不可逆。14.T0 SgT0 s = 49.64 kJ/kg。iso将一根即m

15、0.36 kg的金属投入9 kg的水中，初始时金属棒的温度1060 K， K，水的温度 295比热容分别为c 0.42kJ/mkg K 和 m i0.4187kJ/kg K，试求终温A =Tf和金属棒、水以及它们组成的孤立系的熵变。设容器绝热。A +21.解：由闭口系能量方程Q W，取容器内水和金属棒为热力系，绝热，不作外功，所以"Q )0 , 丿=W 0 贝 U U 0 , wUT +m c T9 4.187wmm fTf 298.1。 JTf 価5 0.36 0.42 Tf0600由金属棒和水组成的是孤立系，孤立系的熵变为金属棒熵变和水熵变之和，SisoS SmWT2.S meI

16、n 0.36 0.42 In= -0.1918kJ/KT1060 m89592Ta4.187 In=0.3939kJ/KSisoS S = 0.2021 kJ/KmWT3.在两个恒温热源间工作的某动力循环系统，其高温热源温度=1000K低温热源温度=300K。循环中工质吸热过程的熵变fl*AS1=1.0kJ/(kg衣，吸热量T=980kJ/kg ;工质放热过程的熵变As2= -.02kJ/(kg K ),放热量 =600kJ/kg。环境温度 =300K ,试求：（1）循环的热效率（2）吸热过程和放热过程的熵流和熵产;（3）判断该过程能否实现。3解：（1）循环净功为w q q1 q2980600

17、 =380 Knetnet>1 - -循环热效率为wtnet380=38.8%980（2）工质吸热过程q 入 980岂 -=0.98 也/(kg - K)1000T1该过程熵变为S S S =1.0 kJ/(kg - K)1f 1 g1熵流为S 1f则熵产为S 19g S 11.00.98=0.02 kJ/(kg - K)fn、工质放热过程q2熵流为S 2f600 = - 2 kJ/(kg - K)300该过程熵变为T2S2S S -1.02 kJ/(kg - K) f 2 g2（3）由上面结果得（可任选I、n之一进行判断，）则熵产为S 2gS 1.02( 2) =0.98 kJ/(kg

18、 - K)fI、工质吸热过程有工质放热过程有s2s qi ,既能实现1T1q2，既能实现T2n、也可以用循环熵增2S =2Si 亠野 =1.0 _1.02 =0.02 .0即还是能实现在喷管截面F为0.003截面处空气的温度及流速，13. p0 = 1.0MPa , t0 =20oC的空气可逆绝热流经渐缩喷管，方米处的气流马赫数为 0.7，若背压为0.25MPa，试求F3喷管出口截面积A2及空气出口流速，空气比定压热容为c p =1004J /( kg K)。15.解：在截面Af=0.003F处，面积，由题意可逆绝热流动，得截面F处的气流速度为:72(ho 7 ) "2C (To T

19、 ) ="2FPF, k 1kRg _T(t0t)F当地音速为: J"V kRgTF由马赫数的概念:c Ma f F因此TF=t -2 0(1)k厂T+F293267K因此，截面=V k 1=2(Ma1)(0.72 =F处的气流速度为：2 -1)c MakR T Ma 0.7g F=1.4287( J / kg .k)267229.3m / s由可逆绝热流动过程得:1.4267kTF 'kP"(11 ( "严 10.722MPa0T0293AR TJ kg K=287( /.)g F'30.106m / kg=PF0.722MPa因此流量

20、为:F f ,F22.229.36.49kg / sv0.106m / kg考虑出口截面参数：pcr0.528p0.528MPa00.25 MPa因此，在出口处的参数为:P2P cr0.528MPaP20T (P0)2931.4 10.5281.4244KR T 287( J / kg.K ) 244 Kg 23v2 =二=0.133m / kgP20.528MPaC ,2、( ho 飞)"2C (ToT2 厂 313.7m / sfp由连续性方程可知各截面流量应相等，因此3q 6.49kg / s 0.133m / kg2A2cf ,2313.7m / s20.0027mi hf5

21、 .活塞压缩机每分钟转速360转，从环境吸进21 C的空气14将之压缩到0.52MPa输出。设压缩过程为可逆多变过程，多变指数为r 1.3,压缩机容积效率 n=0.95亠*h -求:(1)所需输入压缩机的功率；(2)余隙容积比及活塞排量。空气作理想气体比热容取定值；空气气体常数=287J/(kg K )、=1005J/(kg K 、环境大气压16.VPb=0.1013 MPa。5.解:(1)由压缩机多变过程压缩功计算公式得n 1P2ncJ g 1 Jn 1p11.31.3 10.52=167.8 kJ/kg1.37321)(J+*1.3 1) 10.1013压缩机空气质量流量为V n pV n

22、 m0.101314360=1.0085 kJ/kgnv 60 R T 600.287(27321)601g 1压缩机的功率为P m w - 1.0085168.7 =169.1 kJ/kgC (2)由余隙容积比与容积效率的公式1P2)1nP1得余隙容积比1V1p1 O.95=0.0210.521.3)1140.10133=14.74 m14.空气初始状态，p1= 0.1M Pa , t1= 20 C,经三级压缩，压力达到10M Pa，设进入各级汽缸时的空气温度相等，多变指数均为1.3，各级中间压力按压气机耗功最小原则设计。如果产气量为每小时200kg，求:(1)各级排气温度及压气机的最小功率

23、;(2)多级改为单级，多变指数不变，求压气机耗功和排气温度。17.解：由题意得，压气机耗功最小原则设计情况下，各级压力比应该相等，f10MPa 23=3 i = 23.0.1M Pa由进入各级汽缸时的空气温度相等，得-P22341T T T T()P(27320)(4.64)1.3K417.7各级耗功相等，因此压气机耗功等于各级耗功之和:zP , zq w ,c jm c jzqmnRg(11)25.8kW10MPa一；T= 1003.MPan 1P2848 2RgT (1112001.31.31)36001.310.287293(1100)38.4 kW1.37.某定容加热活塞式内燃机理想循

24、环的p v曲线如图所示。设其工质为空气，质量为1kg ,已知p 1=1bar ,1=25 C, £=V1/V2=5，定容过程中加入热量 q1=800kJ/kg ,空气的气体常数为Rg=0.287kJ/(kg - K)，比定容热容cv=0.718 kJ/(kg - K)，等熵指数Y =1.4。(1)在T s图上表示该循环；(2)求出点2、3、4的P、v、T参 数；（3）求循环的净功量和循环热效率。v7解:3/kg。(2)vi=0.85526m£ =v1因为二，所以 V2=V1/5=0.17105m 过程为绝热压缩，5K3/kg,因为 1-2所以有：3/kg ,因为1-2过程为

25、绝热压缩，所以有：P29.518 * 10567.27KpaV2=v3=0±17105m3/kg，定容过程的吸热量q1=cv(T3-T2),T2=1681.48K , p328.213* 10 pa3V1 v 0.85526m /kg , 3-4 为等熵过程，4P42.96410 pa3v循环的净功量：w=q 1-q2=379.78kJ/kg ,P v4 415.KRg循环的放热量:T420.22KJ kg/ 2循环热效率:w=0.475&内燃机混合加热理想循环的3，压缩比V1=0.084mpi=97kPa , t1=28 C,试计算：循环中各过程端点的压力、温度和体积;(2

26、)循环热效率;(3)同温度范围的卡诺Rg=0.287kJ/(kg - K)，比定容热容cv=0.718循环热效率。已知空气的气体常数P V如图所示。已知6 =15, P3=6.2MPa , t4=1320 C，工质视为空气。有状态方程可得pv1 1m0.094kgR TKK -Kg 1K-由题得1点：P一 kPaTK1971301由K1由 pv(RTT P=RgTv18匚元onst得-VV2点：11 1P =() P151.4*9 4书MPaT T ()889 K2 12 1VV223 点：P3 =6.2 MPaP3T _T 一 1282 K8 答:32P24占：八、T41593KV430. 0 0m75 点： =1P ()5v2吸热量Q和放热量=p "0.191M Pa4Q2如下:P v一 55 一T5 ""594.7KmRg仃 T )5943.73kJ43QH2210.9kJ64.5%相同温限间卡诺循环热效率为:Tk凝器内压力为 P210 kPa，忽略水泵功，相应的水蒸气参数如表1 80%- T 二29.某蒸汽动力装置采用一级抽气回热循环，已知新蒸汽