工程热力学课程自学辅导资料

1、PAGE PAGE 20工程热力学课程自学辅导资料二八年四月工程热力学课程自学进度表教材：工程热力学 教材编者：王修彦 出版社：机械工业出版社 出版时间：2007年12月周次学习内容习题作业测验作业学时自学重点、难点、基本要求1基本概念1-2，1-31-16自学重点：基本概念，能量方程及其应用，理想气体的状态方程、理想气体的比热容、焓、熵、热力学能，可逆绝热过程、气体的压缩、热力学第二定律的实质及对节能的指导作用，卡诺循环，水蒸气的参数及焓熵图的应用，湿空气的热力过程，喷管计算，制冷循环制冷系数的计算，朗肯循环、再热循环、抽泣回热循环、燃气轮机循环。自学难点：热力过程在坐标图上的表示，熵概念的

2、理解，逆向卡诺循环的制冷系数和热泵系数计算，余隙体积的影响，多变过程的计算，滞止参数，临界压力比，燃气轮机实际循环。基本要求：按计划完成自学进度；掌握能量转化的基本特点，重点学会分析各种热力过程和热力循环。2平衡状态、热力过程、热力循环1-8，1-91-563第一定律的实质、热力学能、焓2-3、3-52-164能量方程及其应用2-7、2-8、2-102-1265理想气体状态方程、比热容3-2、3-53-166理想气体的热力学能、焓、熵，混合气体3-7、3-8、3-103-1267理想气体的基本热力过程4-1、4-3、4-6、4-74-268气体的压缩4-10、4-12、4-18、4-234-2

3、089热力学第二定律的实质、卡诺循环5-3、5-4、5-85-2610熵与熵增原理5-9、5-10、5-165-11811水的定压加热汽化过程p-V图和T-s图7-2、7-4、7-57-3612水蒸气的参数、水蒸汽的热力过程7-7、7-107-12613湿空气的性质、湿空气的热力过程8-3、8-58-4814气体流动的基本方程、喷管的选择9-2、9-3、9-59-4615喷管的计算9-8、9-119-13816制冷循环10-1、10-3、10-610-8817朗肯循环、再热循环11-2、11-3、11-511-4618回热循环、热电联产11-7、11-9、11-1311-11619燃气轮机循环

4、、燃气蒸汽联合循环12-3、12-6、12-7、12-912-58注：期中（第10周左右）将前半部分测验作业寄给班主任，期末面授时将后半部分测验作业直接交给任课教师。总成绩中，作业占15分。 工程热力学课程自学指导书第1章 基本概念一、 本章的核心、重点及前后联系（一） 本章的核心 掌握基本概念、基本状态参数（温度、压力、比体积）、功的计算、热力循环。（二） 本章重点基本状态参数（温度、压力、比体积）、表压力、绝对压力、真空度、大气压力的关系、功的计算、循环热效率和制冷系数计算。（三） 本章前后联系 全书的基础，为后面的学习做准备。二、 本章的基本概念、难点及学习方法指导（一） 本章的基本概念

5、状态参数、平衡状态、准平衡过程、可逆过程、热力循环 （二） 本章难点及学习方法指导难点：可逆过程概念的理解学习方法：多看书三、典型例题分析例：1kg某种气态工质，在可逆膨胀过程中分别遵循：（1）；（2），从初态v1到达终态v2。分别求这两过程中作功各为多少？（a，b为常数） 解： （1） （2）四、思考题、习题及习题解答（一） 思考题、习题思考题：1-1，1-3，1-5，1-6，1-10，1-12习题：1-2，1-3，1-8，1-才9（二） 习题解答（只解答难题）第2章 热力学第一定律一、 本章的核心、重点及前后联系（一） 本章的核心 能量方程及其应用（二） 本章重点热量、技术功、能量方程（三

6、） 本章前后联系 全书的基础，为后面的学习作准备。二、 本章的基本概念、难点及学习方法指导（一） 本章的基本概念热量、热力学能、焓、技术功、膨胀功（二） 本章难点及学习方法指导 本章难点：技术功在坐标图上的表示学习方法：多看书，理论联系实际。三、典型例题分析1kg温度为100的饱和水在p=0.1013MPa下定压加热汽化变为100的饱和蒸汽，已知v1=0.00104m3/kg，v2=1.6736m3/kg，加热量q=2275.71kJ/kg（这个热量称为汽化热）。求工质热力学能的变化和焓的变化。解：（1） =0.1013106（1.6736-0.00104）=169 430J/kg=169.4

7、3 kJ/kg 由能量方程 ,得 kJ/kg （2）由能量方程 ，得 kJ/kg四、思考题、习题及习题解答（一） 思考题、习题思考题：2-2、2-4、2-5、2-6、2-8习题：2-3、3-5、2-7、2-8、2-10习题解答（只解答难题）习题2-8解答解：（1）进口蒸汽绝对压力出口蒸汽绝对压力（2）根据稳定流动能量方程，每小时汽轮机所作技术功（输出功）为因此汽轮机功率（3）若计进出口动能差，则稳定流动能量方程形式为汽轮机功率，即功率减少了81.7kW第3章 理想气体的性质一、 本章的核心、重点及前后联系（一） 本章的核心 理想气体的状态方程，理想气体的比热容、热力学能、焓、熵的计算。（二）

8、本章重点理想气体的状态方程、理想气体的比热容、热力学能、焓、熵的计算。（三） 本章前后联系以前两章为基础，结合理想气体的状态方程，学习理想气体的性质及状态参数计算，为后面学习理想气体的热力过程、压气机、喷管的计算、压缩空气制冷等打下基础。二、 本章的基本概念、难点及学习方法指导（一） 本章的基本概念理想气体、分压力、分体积等。（二） 本章难点及学习方法指导 本章难点：理想气体熵参数的计算 学习方法：理解状态方程中各个状态量的含义和要求，多练习。三、典型例题分析例：有一容积V=10m3的刚性储气瓶，内盛氧气，开始时储气瓶压力表的读数为pg1=4.5MPa，温度为t1=35。使用了部分氧气后，压力

9、表的读数变为pg2=2.6MPa，温度变为t2=30。在这个过程中当地大气压保持pb=0.1MPa不变。求使用了多少千克氧气？解：氧气是理想气体，其平均分子量为32，故氧气的气体常数为 J/(kgK)开始时氧气的绝对压力为 p1=pg1+pb=4.6MPa末态氧气的绝对压力为 p2=pg2+pb=2.7MPa根据（3-2），得 所以，使用氧气的质量为kg=231.77kg注意：计算中要用到绝对压力和热力学绝对温度。四、思考题、习题及习题解答（一） 思考题、习题思考题：3-1、3-2、3-5、3-8、3-9习题：3-2、3-5、3-7、3-8、3-10习题解答（只解答难题） 第4章 理想气体的热

10、力过程一、 本章的核心、重点及前后联系（一） 本章的核心 理想气体典型热力过程的能量转化特性，压力机的耗功计算。（二） 本章重点可逆绝热过程、多级压缩级间冷却、最佳中间压力（三） 本章前后联系 以前三章为基础，并为后面的学习作准备二、 本章的基本概念、难点及学习方法指导（一） 本章的基本概念等温过程、等压过程、等容过程、可逆绝热过程、多变过程、余隙容积、压气机等温效率和绝热效率。（二） 本章难点及学习方法指导本章难点：热力过程在坐标图上的表示方法学习方法：着重掌握坐标图及能量转化特性，绝热过程的学习作为重点。三、典型例题分析例：空气的初始状态为V1=3m3，p1=0.4MPa，t1=30，经一

11、多变过程压缩到p2=2MPa，V2=0.8m3。已知空气的比热容为定值，cv=0.717 kJ/（kg.K），Rg=0.287 kJ/（kg.K）。求过程的多变指数、压缩功、空气在被压缩过程中放出的热量，以及空气熵的变化量。解：多变指数： 压缩功： J= 1 820 kJ空气的质量 kg=13.8kg空气的终态温度： K热力学能的变化： kJ热量： kJ （负号表示对外放热）空气熵的变化量 kJ/K四、思考题、习题及习题解答（一） 思考题、习题思考题：4-2、4-3、4-5、4-8习题：4-1、4-3、4-6、4-7、4-10、4-12、4-18、4-23（二） 习题解答（只解答难题）习题4-

12、7解答解：（1）由，得由，得，因此（2）B中进行可逆绝热过程，（3）取A+B为热力学研究对象，（4）B中进行的是可逆绝热过程，因此（5）第5章 热力学第二定律一、 本章的核心、重点及前后联系（一） 本章的核心 热力学第二定律对节约能源的指导作用，卡诺循环、卡诺定理、热力学第二定律的熵方程。（二） 本章重点卡诺循环、卡诺定理、平均吸（放）热温度、孤立系统熵增原理。（三） 本章前后联系本章和第二章构成全书的理论基础，能更清楚地认识能量的本质。二、 本章的基本概念、难点及学习方法指导（一） 本章的基本概念卡诺循环、熵、平均吸（放）热温度、做功能力损失。（二） 本章难点及学习方法指导 本章难点：克劳修

13、斯不等式、火用参数 学习方法：理论联系实际、多看书、多练习三、典型例题分析例5-6 锅炉传热火用损失设工质从锅炉吸热时的平均吸热温度为350，锅炉平均放热温度为800，放热量为100kJ，求这一过程的火用损失是多少？设环境温度T0=293K。解：将锅炉和工质构成一孤立系统，利用Gouy-Stodola公式，孤立系统的作功能力损失即为火用损失。工质吸热时的熵变 锅炉放热时的熵变 孤立系统的熵增为 火用损失 =22.04kJ四、思考题、习题及习题解答（一） 思考题、习题 思考题：5-2、5-4、5-9、5-10 习题：5-3、5-4、5-8、5-9、5-10、5-16习题解答（只解答难题）第7章

14、水蒸气一、 本章的核心、重点及前后联系（一） 本章的核心 水的定压加热汽化过程、水蒸气的参数、水蒸气性质图表。（二） 本章重点水的定压加热汽化过程在p-v图和T-s上的表示方法，h-s图（三） 本章前后联系 以前面的基本概念和第一定律和第二定律为基础分析水蒸气的特性。为后面的气体和蒸汽的流动特性、气体的压缩、蒸汽动力循环、压缩蒸汽制冷循环的学习做准备。二、 本章的基本概念、难点及学习方法指导（一） 本章的基本概念 饱和状态、饱和水、饱和蒸汽、过热蒸汽、临界点、干度、过热度。（二） 本章难点及学习方法指导 本章难点：“一点两线三区五态”、在h-s图上确定饱和蒸汽及饱和水的温度。 学习方法：理解概

15、念、掌握在h-s图表示各种热力过程。三、典型例题分析例7-4 蒸汽在过热蒸汽内定压加热某锅炉由汽包出来的蒸汽，其压力p=2MPa，干度x=0.9，进入过热器内定压加热，温度升高至t2=300，求每kg蒸汽在过热器中吸收的热量。解：如图7-10，根据p和x，在h-s图上确定点1。沿定压线与t2=300线相交于点2，并查得以下参数：h1=2023 kJ/kg h2 =2610 kJ/kg蒸汽在过热器中吸收热量为：=2610-2023=587 kJ/kg四、思考题、习题及习题解答（一） 思考题、习题思考题：7-1、7-3、7-4、7-6、7-8习题：7-2、7-4、7-5、7-7、7-10习题解答（

16、只解答难题）第8章 湿空气一、 本章的核心、重点及前后联系（一） 本章的核心 湿空气的特性、湿空气的热力过程（二） 本章重点利用h-d图分析湿空气的典型热力过程（三） 本章前后联系 以理想气体和水蒸汽的特性为基础，理解湿空气的特性。二、 本章的基本概念、难点及学习方法指导（一） 本章的基本概念湿空气、饱和湿空气、未饱和湿空气、相对湿度、含湿量、露点（二） 本章难点及学习方法指导本章难点：h-d图、湿空气的热力过程、湿空气的焓学习方法：多看书、和实际结合三、典型例题分析例8-3 已知湿空气pb=101325Pa，t45、ts30，试在h-d图上确定该湿空气的其他参数。解：（1）近似作图求法：以t

17、s30等温线与100%饱和线相交得B点，由B点沿等焓线与t45等温线相交的A点，A点即为所求的湿空气状态（见图8-9），其参数分别为：hA100 kJ/kg(DA)，dA21 g/kg(DA)，A34%。（2）准确作图求法：同前先找到B点，过B点作4.19 ts4.1930125.7的热湿比线，该线与t45等温线相交的A点，A点即为所求湿空气的准确状态点，参数分别为：hA98.6 kJ/kg(DA)，dA20.6 g/kg(DA)，A34%。对比（1）、（2）所得结果，误差较小。在工程计算中为方便起见，常用近似方法即可。四、思考题、习题及习题解答（一） 思考题、习题思考题：8-1、8-3、8-

18、4、8-6、8-8习题：8-3、8-5习题解答（只解答难题）第9章 气体和蒸汽的流动一、 本章的核心、重点及前后联系（一） 本章的核心 喷管的计算（二） 本章重点喷管的选择、理想气体流经渐缩喷管（三） 本章前后联系 以能量方程为基础和理想气体的特性为基础，具体分析喷管的流动特性，为今后专业课的学习作准备。二、 本章的基本概念、难点及学习方法指导（一） 本章的基本概念声速、滞止参数、临界压比、渐缩喷管、渐扩喷管、缩放喷管（二） 本章难点及本章难点学习方法指导本章难点：利用临界压比确定喷管出口参数。学习方法：理解概念、练习三、典型例题分析例9-3 理想气体流经渐缩喷管压力p1=0.5MPa，t1=

19、300的空气经渐缩喷管流入背压为pB 的空间，出口截面积A2=10cm2 ，假设入口流速c1 可以不考虑。求下列情况下流经喷管的质量流量：（1）pB=0.1MPa ；（2）pB=0.3MPa 。解：将空气看成双原子理想气体，（1）当pB=0.1MPa 时，因 虽然背压低，但由于渐缩喷管最多只能使气流加速至音速，在喷管内部压力也只能降至临界压力。故 MPaK=477.43Km3/kg =0.519m3/kg =m/s = 438 m/s或者 =m/s =438 m/s 故质量流量 kg/s =0.844kg/s（2）当MPa时可见，力学条件（内因）不好，气流不能被加速至音速 MPaK=495.1

20、9Km3/kg =0.474m3/kg=m/s =395.3 m/s故质量流量 kg/s=0.834kg/s四、思考题、习题及习题解答（一） 思考题、习题思考题：9-1、9-3、9-4、9-6、9-8习题：9-2、9-3、9-5、9-8、9-11习题解答（只解答难题）第10章 制冷循环一、 本章的核心、重点及前后联系（一） 本章的核心 制冷循环的原理和计算（二） 本章重点压缩蒸汽制冷循环（三） 本章前后联系 以第一定律和第二定律为基础，结合压缩机的原理，理解制冷循环的原理。二、 本章的基本概念、难点及学习方法指导（一） 本章的基本概念压缩空气制冷循环、压缩蒸汽制冷循环、压焓图、制冷系数、热泵系

21、数。（二） 本章难点及学习方法指导 本章难点：压焓图的应用学习方法：多看书，理解例题，适当做题 三、典型例题分析例10-2 试计算氟利昂12（R12）制冷剂在冷凝温tk = 40，蒸发温度to= -5时进行循环的理论制冷系数，以及在上述温度条件下，采用回热循环（压缩机吸气温度t1 = 5）的理论制冷系数。解：如图10-13中1234为压缩蒸气制冷的基本理论循环，而1234是回热式蒸气制冷循环。从压焓图上可以查得：h1 = 349 kJ/kg，h3 = 239 kJ/kg1-2过程为等熵过程，查得h2 = 373 kJ/kg（1）基本理论循环在蒸发器的制冷量为：=349-239=110kJ/kg

22、在冷凝器放热量为：=373-239=134kJ/kg消耗的循环净功为：=134-110=24kJ/kg制冷系数为：（2）回热循环从压焓图上可以查得：h1 = 356 kJ/kg，h2 = 381 kJ/kg因为是回热循环，由公式（10-20）得：=239-(356-349)=232kJ/kg在蒸发器的制冷量为： =349-232=117 kJ/kg在冷凝器放热量为： =381-239=142 kJ/kg消耗的循环净功为： =142-117=25 kJ/kg制冷系数为： 四、思考题、习题及习题解答（一） 思考题、习题思考题：10-2、10-3、10-4、10-6习题：10-1、10-3、10-6

23、习题解答（只解答难题）第11章 蒸汽动力装置循环一、 本章的核心、重点及前后联系（一） 本章的核心 朗肯循环、再热循环、回热循环、热电联产、燃气蒸汽联合循环（二） 本章重点朗肯循环、再热循环、回热循环的分析计算，掌握提高循环热效率的途径。（三） 本章前后联系 朗肯循环是基础，在此基础上分析其他循环。二、 本章的基本概念、难点及学习方法指导（一） 本章的基本概念朗肯循环、汽耗率、热耗率、标准煤耗率、（二） 本章难点及学习方法指导本章难点：回热循环抽汽率的计算学习方法：做题三、典型例题分析例11-1 朗肯循环计算某朗肯循环，新蒸汽参数为p1=3MPa、t1=450，汽轮机排汽压力p2=5kPa ，不计水泵功耗。求此朗肯循环的热效率、汽耗率、热耗率、煤耗率。解：利用h-s图和蒸汽参数表查得：p1=3MPa、t1=450时，h1=3 345 kJ/kgp2=5kPa时，h2=2 158 kJ/kg5kPa 对应的饱和水的比焓为：h2/=137.7kJ/kg循环净功： kJ/kg吸热量： kJ/kg热效率： 汽耗率： kg/（kWh）热耗率： kJ/（kWh）煤耗率： g /（kWh）四、思考题、