工程热力学知识点

1、工程热力学复习知识点一、知识点基本概念的理解和应用（约占40%）,基本原理的应用和热力学 分析能力的考核（约占60%）。基本概念掌握和理解：热力学系统（包括热力系，边界，工质的概念。热 力系的分类：开口系，闭口系，孤立系统）。掌握和理解：状态及平衡状态，实现平衡状态的充要条件。状态 参数及其特性。制冷循环和热泵循环的概念区别。理解并会简单计算：系统的能量，热量和功（与热力学两个定律 结合）。热力学第一定律掌握和理解：热力学第一定律的实质。理解并会应用基本公式计算：热力学第一定律的基本表达式。闭 口系能量方程。热力学第一定律应用于开口热力系的一般表达式。 稳 态稳流的能量方程。理解并掌握：焓、技

2、术功及几种功的关系（包括体积变化功、流 动功、轴功、技术功）。热力学第二定律掌握和理解：可逆过程与不可逆过程（包括可逆过程的热量和功 的计算）。掌握和理解：热力学第二定律及其表述（克劳修斯表述， 开尔文 表述等）。卡诺循环和卡诺定理。掌握和理解：熵（熵参数的引入，克劳修斯不等式，熵的状态参 数特性）。理解并会分析：熵产原理与孤立系熵增原理，以及它们的数学表 达式。热力系的熵方程（闭口系熵方程，开口系熵方程）。温 -熵图 的分析及应用。理解并会计算：学会应用热力学第二定律各类数学表达式来判定热力过程的不可逆性。理想气体的热力性质熟悉和了解：理想气体模型。理解并掌握：理想气体状态方程及通用气体常数

3、。 理想气体的比 热。理解并会计算：理想气体的内能、焓、熵及其计算。理想气体可 逆过程中，定容过程，定压过程，定温过程和定熵过程的过程特点， 过程功，技术功和热量计算。实际气体及蒸气的热力性质及流动问题理解并掌握：蒸汽的热力性质（包括有关蒸汽的各种术语及其意 义。例如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸汽、饱和温度、饱和压力、 三相点、临界点、汽化潜热等）。蒸汽的定压发生过程（包括其在 p-v和T-s图上的一点、二线、三区和五态）。理解并掌握：绝热节流的现象及特点蒸汽动力循环理解计算：蒸气动力装置流程、朗肯循环热力计算及其效率分析。能够在T-S图上表示出过程，提高蒸汽动力装置循环热效率的各种途 径（

4、包括改变初蒸汽参数和降低背压、再热和回热循环）。7、制冷与热泵循环理解、掌握并会计算：空气压缩制冷循环，蒸汽压缩制冷循环的 热力计算及制冷系数分析。能够在T-S图上表示出过程，提高制冷系 数和热泵系数的途径，分析热泵循环和制冷循环的区别和联系。二、典型题解概念题：1、过热蒸汽的温度是否一定很高？未饱和水的温度是否一定很低？ 答：过热蒸汽、未饱和水是这样定义的，当蒸汽的温度高于其压力对 应的饱和温度时称作过热蒸汽，其压力下 t ts ;当温度低于其压力 对应的饱和温度t n BC. n A n BD.不能确定.（4）、在闭口绝热系中进行的一切过程，必定使系统的熵（D ）A增大.B减少.C.不变D

5、.不能确定（5） 、在房间内温度与环境温度一定的条件下，冬天用热泵取暖和用电炉取暖相比，从热力学观点看（A ）A.热泵取暖合理B.电炉取暖合理C.二者效果一样D.不能确定（6）、闭口系能量方程为（D ）A. Q+ U+W=OB. Q+ U W=0C. Q U+W=0D. Q厶 U W=0（7） 、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（8） 、已知一理想气体可逆过程中，wt=w,此过程的特性为（ B ）A.定压B.定温C.定容D.绝热 、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= vdpB.dh

6、=vdpC.dh= pdvD.dh=pdv 、水蒸汽动力循环的下列设备中，作功损失最大的设备是(A )A.锅炉B.汽轮机C.凝汽器D.水泵外界(或)环境的定义是指(D)。A系统边界之外的一切物体B与系统发生热交换的热源C与系统发生功交换的功源D系统边界之外与系统发生联系的一切物体系统平衡时的广延性参数(广延量)的特点是(D )。A其值的大小与质量多少无关B不具有可加性C整个系统的广延量与局部的广延量一样D与质量多少有关，具有可加性理想气体多变指数 n0 , U0 , W0 B Q0 , U0C Q0 , A U0 D Q0 , W0卡诺定理表明：所有工作于两个不同恒温热源之间的一切热机的热效率

7、 (B )。A都相等，可以采用任何循环B不相等，以可逆热机的热效率为最高C均相等，仅仅取决于热源和冷源的温度D不相等，与所采用的工质有关系。压力为4 bar的气体流入 1bar的环境中，为使其在喷管中充分膨胀，宜采用(D )。A渐缩喷管B渐扩喷管C直管D缩放喷管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。则气球内的气体进行的是(B )A定压过程B多变过程C定温过程D 定容过程A 一切工质的可逆过程C 理想气体的可逆过程B 一切工质的不可逆过程D 理想气体的一切过程-:S 二 Cv InR In(17)熵变计算式1只适用于(D)。B开口系统；D A , B ,

8、 C都可以。A )。B热力学能与动能D热力学能与宏观势能D ）。析一个有工质流入与流出的研究对象，将热力系统选为A闭口系统；C孤立系统；热力系的储存能包括(A内部储存能与外部储存能C内动能与内位能工质熵的增加，意味着工质的(D )。(A) Q0( B) Qv 0( C) Q = 0(D)不一定(21)贮有空气的绝热刚性密闭容器中，按装有电加热丝通电后，如取空气为系统，则过程中的能量关系有(C)A Q0, U0 , W0BQ=0, U0 , W0, U0 , W=0DQ=0, U=0 , W=0t =1(22)循环热效率q2 .1qiT2T1适用于(D)。A 适用于任意循环；B 只适用于理想气体

9、可逆循环；C 适用于热源温度为 T1，冷源温度为T2的不可逆循环；D 只适用于热源温度为 T1，冷源温度为T2的可逆循环。气流在充分膨胀的渐缩渐扩喷管的渐扩段(dA 0)中，流速( D )。A等于喉部临界流速；B等于当地音速；C小于当地音速；D大于当地音速。孤立系统可以理解为(C )。A闭口的绝热系统所组成；B 开口的绝热系统所组成；C系统连同相互作用的外界所组成；D A , B, C,均是采用蒸汽再热循环的目的在于(C )。(A)降低乏汽干度，提高汽轮机稳定性；(B)提高平均放热温度，提高循环热效率(C)提高乏汽干度，提高循环热效率；( D)提高乏汽干度，降低循环不可逆性15、请解释何谓孤立

10、系统熵增原理，该原理在热力学分析中有什么用 途？答：对于孤立系熵方程 小沐。=dSsys =dSg而熵产dSg总是非负的即 dSg_0或dSiso -0，称为孤立系的熵增原理。孤立系统内部进行的一 切实际过程都是朝着熵增加的方向进行，极限情况维持不变。任何使孤立系统熵减小的过程都是不可能实现的。 判断过程进行的方向与条件.16、请分别回答热力学中所谓的第一类永动机与第二类永动机的物理意义。答：不消耗任何能量而源源不断做功的机器为第一永动机；从单一热 源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机为第 二永动机。17、理想气体熵变的计算式是由可逆过程导出的， 它是否可用于计算 不 可逆

11、过程初、终态的熵变？为什么？答：可以,只和初末状态有关系，熵为状态参数.18、刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A中存有高压氮气，B中 保持真空。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？ 答：抽取隔板，以容器中的氮气为热力系，在刚性绝热容器中，氮气 和外界既无物质的交换也无能量的交换，有热力学第一定律知：q = u w, q=0, w=0, 因此，隔板抽取前后Au =0.19、气体吸热后温度一定升高吗？液体吸热后温度一定升高吗？并给出理由。答：气体吸热后，温度不一定升高，由 q=3+w,若吸热的同时对外 界做功，而且此时，则热力学能降低即厶u 1c 当 Ti = T2时 n c= 02

12、3、如何用热力学知识描述水的饱和状态 ？答：在一定的温度下，容器内的水蒸气压力总会自动稳定在一个数值 上，此时进入水界面和脱离水界面的分子数相等，水蒸气和液态水处于动态平衡状态，即饱和状态。饱和状态下的液态水称为饱和水；饱 和状态下的水蒸气称为饱和水蒸气；饱和蒸汽的压力称为饱和压力； 与此相对应的温度称为饱和温度。24、卡诺循环是理想循环，为什么蒸汽动力循环利用了水蒸汽在两相 区等压等温的特点，而不采用卡诺循环？答：采用卡诺循环必须要求工质实现定温加热和放热， 但是难以实现。而水蒸气两相区却可满足定温加热和放热。 而此时也是定压过程。所 以实际蒸汽循环不采用卡诺循环。计算分析题1.某蒸汽压缩制

13、冷过程，制冷剂在2 5 0 K吸收热量Ql,在3 0 0 K放 出热量-Qh,压缩和膨胀过程是绝热的，向制冷机输入的功为 Ws,判 断下列问题的性质。(A可逆的B不可逆的C不可能的)(1). QL =2000kJWs=400kJ可逆250 匕5300 - 250_ Ql 2000二 Ws 二400 5二可逆该制冷过程是可逆的(2). QL=1OOOkJQH= 1500kJ可逆2505300 -250Ql1 = 2Ws-Qh -Ql 1500 -1000可逆该制冷过程是不可逆的.Ws=100kJQH= 700kJ250=5300 -250二鱼Ws-Qh -Ws 7 0 010Ws100可逆该制冷

14、过程是不可能的T2.某蒸汽动力循环操作条件如下：冷凝器出来的饱和水，由泵从0.035Mpa加压至1.5Mpa进入锅炉，蒸汽离开锅炉时被过热器加热至 280C。求：(1)上述循环的最高效率。(2)在锅炉和冷凝器的压力的饱和温度之间运行的卡诺循环的效率，以及离开锅炉的过热蒸汽温度和冷凝器饱和温度之间运行的卡诺循环的效率。(3)若透平机是不可逆绝热操作，其焓是可逆过程的80%。求此时的循环效率。解： (1)各状态点的热力学性质，可由附录水蒸汽表查得1H6=303.46KJ kg -P361已一H6 = J VdP =V(R F2) =1.024510 汉(1.50.035尸106 =1.5kJ kg

15、H1 =303.46 SkJ kg(由于液体压力增加其焓增加很少，可以近似H 二 H6)H4 =2992.7KJ kgS4 =6.8381 kJ kg J K该循环透平机进行绝热可逆操作，增压泵也进行绝热可逆操作时效率 最高。S 二 $ 二6.8381，由 0.035Mpa,查得1 1气相，Sg =7.7153kJ kg K (查饱和蒸汽性质表)1 1液相，Sl =0.9852kJ kg K(查饱和水性质表内插)气相含量为xS3 =x Sg (1-x)S=x 7.7153(1-X)0.9852 =6.8381x =0.87H5 二 x Hg (1x)H =0.87 2631.4 (1-0.87

16、) 303.46 = 2328.77kJ kg，=2992.7 -品力丸却H4 -H12992.7 -303.96冷凝器压力0.035Mpa，饱和温度为72.69C ；锅炉压力1.5Mpa,饱和温度为198.32C。卡诺循环运行在此两温度之间，卡诺循环效率198.32 -72.69198.32273=0.267若卡诺循环运行在实际的二个温度之间，其效率为十守攀”5(3)不可逆过程的焓差为0.80(出-出)，而吸收的热仍为日2-比，因此J.804 -HJ =0.80。却“何 效率 H 4 - H1某压缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为-25C,冷却器中的压力为I.OMPa,假定氨进

17、入压缩机时为饱和蒸汽，而离开冷凝器时为饱和液体，每小时制冷量Qo为1.67 X05 kJ h-1。求：(1)所需的氨流率;(2)制冷系数。解：通过NH3的P-H图可查到各状态点焓值。按照题意，氨进入压缩机为饱和状态1,离开冷凝器为饱和状态3。氨在蒸发器中的过程即4-1Hi = 1430KJ kg-13.96_1H2=1710KJ kg1氨在冷凝器中的过程即2-3, H3=H4=320KJ kg-1QoG=Q0=6込 “50.5kg 川氨流率q0 H1 -H4 1430 - 320q。出-出 1430 -320 1110制冷系数WsH2-H11710 -1430 280注：求解此类题目：关键在于

18、首先确定各过程状态点的位置，然后在P-H图或TS图上查到相应的焓（或温度、压力）值，进行计算某压缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为- 25C ,冷凝器内的压力为1180kPa假定氨进入压气机时为饱和蒸气， 而离开冷凝器时是饱和液体，如果每小时的制冷量为 167000kJ，求所需的氨流率；制冷系数。解：此氨制冷循环示于右图所示 T-S图上。查的 T-S 图，得 Hi=1648kJ/kg, H2=1958kJ/kg,H3=H4=565kJ/kg则单位质量制冷剂的制冷量为qo=Hi- H4=1648- 565=1083(kJ/kg)所需的氨流率为Q 167000G=qo 1083 =1

19、54.2 (kg/h)(2)制冷系数为q _ q_1083= 出-H11958-1648=3 495、容器被分隔成AB两室，如图1-4所示，已 知当地大气压Pb = 0.1013MPa,气压表2读为Pe 2 = 0.04MPa,气压表1的读数pe1 = 0.294MPa，求气压表 3的读数(用 MPa表示)。解: Pa = Pb+ Pe1 = 0.1013MPa + 0.294MPa = 0.3953MPaPa = Pb + Pe2Pb = Pa - Pe2 = 0.39153MPa - 0.04MPa = 0.3553MPaPe3 = Pb- pb = 0.3553MPa - 0.1013M

20、Pa = 0.254MPa6、如图所示的气缸，其内充以空气。气缸截面积A=100cm2，活塞Jif *,r i Mii+iiiii viiBiiiaii fiiii iiii i-aaai Hi ttmiiu tEiitmt tir ttiirim iiiitmt tilF距底面高度H=10cm。活塞及其上重物的总重量G1=195kg。当地的大气压力 pO=771mmHg，环境温度tO=27C。若当气缸内气体与外界处于热 力平衡时，把活塞重物取去100kg，活塞将突然 上升，最后重新达到热力平衡。假定活塞和气缸壁之间无摩擦，气体 可以通过气缸壁和外界充分换热，试求活塞上升的距离和空气对外作 的

21、功及与环境的换热量。解：(1)确定空气的初始状态参数p. = p + _ = (771x133.32)Pa + 一x9.807m/s21占 A100 xl04m3=2.941x10s Pa=AxH = lOOx lOf x 10 xl0-2m =T = 273+27 = 300K(2)确定取去重物后，空气的终止状态参数由于活塞无序擦，又能充分与外界进行热交换.故当熏新达到热 力平衡时气缸内的压力和温度应与外界的压力和温度相等。则有7；=7； = 300Kp - 77 + fl = (771xl33.32)Pa+x9.807m/A100 xl04m2= 1.96xlO3Pa由理想气体状态方程p冷

22、评股心 可得rz , P-? 294100Pav , n_? jK7 = K = 10 m x= 1.5x10 mp?196000 Pa（3）活塞上升距离凹=（陌一片）/ = （1.5 讥0；-1.010山）/（100 込0亠）=5 xl0_2in = 5 cm对外作功量jy = pc = 1.96 X 10sIJa X (1,5 x 103 -10_3)m3 = 98J(5)求与外界交换的热量由热力学第亠定律：0=At + Jf由于7=丁故5=6，则； Q = W = 98J讨论：|(1 )过程是不可逆过程，计算式 疔=网卩 不能用本题用外界参数计算功足一种特例。(2)系统对外作功跆“ 但用

23、于提升奠物的仅是一部分另-部分是用于克服大气压力所作的功。7、一容积为0.15m3的储气罐，内装氧气，其初态压力p1=0.55MPa, 温度t1=38C。若对氧气加热，其温度、压力都升高。储气罐上装有 压力控制阀，当压力超过0.7MPa时，阀门便自动打开，放走部分氧 气，即储气罐中维持的最大压力为0.7MPa。问当罐中温度为285C ,对罐内氧气共加入了多少热量？设氧气的比热容为定值， cv=0.657kJ/(kg K)、cp= 0.917kJ/(kg K)。解：这一题Fl包括了两个过程，一是由坷占妒38C被定容加热至IJ/j2=0.7MPa：二是由p尸OJMPa被定压加热到p计也7MP制，F

24、尸2聒由于* pp2=0*7MPa时*阀门不会打开，因而储T離中的气体质量不变，有储气罐总容积不变，则比体积为定值而当pp3=0.7MPa后，陶门开启，氧气会随着热量的加入不断跑岀，以便维持罐中疑人压力0.7MPa不变.因而此过程又是一个质量不断变化的定压过程“(1 )1-2为定容过程根据定容过程状态参数之间的变化规律，有7=7准=(273 + 38)x 上一 =395.8K px0.55该过程吸热屋为：x 0.657 x 1 O J/(kg K) x (395.8K-311K)0.55xl06Pax0J5m 题目的2-3过程是一变质最过程，对于这样的过程,0.26xl03J/(kg-K)x3

25、11K二 56.84x1 CP J 二 56.84kJ(2)2-3过程中质虽随时在变，因此先列出其微尤变化的吸热量整个过程的换热量为：t2RJ5J.7xl0E0f 97術呱0如(273+2濟O.26xlO可先按质虽不变列出微元表达式，然后积分求得。J/(kg-K) 6395.8K= 127.2xl03J=127.2kJ(3)对罐内气体共加入总热量0 二 2 + % 二 56.84 +127.2 二 184.04kJ讨论：(1) 对于一个实际过程，关键要分析清楚所进行的过程是什么过 程，即确定过程指数，一旦了解过程的性质，就可根据给定的条 件，依据状态参数之间的关系，求得未知的状态参数，并进一步

26、 求得过程中能量的传递与转换量。(2) 当题目中给出同一状态下的3个状态参数“ V, m, 实际上隐含给出了此状态下工质的质量，所以求能量转换 最时，应求总质量对应的能录转换录，而不应求单位质最 的能量转换量。8有一蒸汽动力厂按依次再热以及抽气回热理想循环工作，如图。新蒸汽参数为Pi=14MPa, ti=550C,再热压力pA=3.5MPa,再热温度 tR=ti=550 C ,回热抽气压力pB=0.5MPa，回热器为混合式，背压p2=0.004MPa。水泵功可忽略。试：(1)定性画出循环的T-s图；(2) 求抽气系数a ； (3)求循环输出净功Wnet,吸热量qi,放热量q2； (4) 求循环

27、热效率 n。解：(1 循环T-S图如下图所;7 = -2250V最后由式 得 山刍二/刃二一 2250砂/400应Hi二一25龙負号说明在压缩过程中休积减小&11、气缸中封有空气，初态为 5 =0.2MPa、y =0.4m3，缓慢膨胀到 V? =0.8m3。 （1） 过程中pV维持不变；（2）过程中气体先循 pMPa =0.4 0.5Vm3膨胀到Vm =0.6m3 , 再维持压力不变，膨胀到 V2 =0.8m3。试分别求两过程中气体作出的膨胀功。解IV = fpdr= f；-dK = pV h A = 0.2x 106 Pa x0.4ni x In-r = 5.54x 104 JV 1 V.0

28、.4ms(2)丹二/?tlV + 11 /xlT=r(U-a5f/)xlO6dP，+(0.4-0,5x().6)xio6 f2dFJlJfff二04亿 呵斗 *一补0祸上)3|-*1 -0,4x(0,6-0,4)+-J-(0.62 -0.42)OJx(0,8-0,6)x105-L5xI05JA12、空气在压气机中被压缩。压缩前空气的参数为p 0.2MPa，v 0.845m3 / kg ；压缩后的参数为p2 =0.8MPa , v2 = 0.175m3/kg。设在压缩过程中每千克空气的热力学能增加146.5kJ，同时向外放出热量 50kJ。压气机每分钟产生压缩空气 10kg。求：压缩过程中对每千

29、克空气作的功；每生产1kg压缩空气所需的功（技术功）；（3）带动此压气机 所用电动机的功率。解(I)闭口系能呈方积q = Ah + w,由已知条件:q = -50kJ/kg, u = 146.5kJ/kg得 H-(/-Aj/-5()kJ-146,5kJ 二一l965kJ/kg即圧缩过程中压气机対每公斤气体作功196+5kJ压气机是开口热力系，生r Ikg空气需要的是技术功怡。山开口系能量守恒式(I = A/? + 峙得 % = q_hh=q-Aw - A(pv) -q-hu- (p2v2 -甘片)-50kJ/kg 一 146.5kJ/kg -().8xl01Pax0J75in;kg-0Jxl0

30、3kPax0l845m3/kg) = 252kJ/kg即每生产1公斤爪缩空P所需技术劝为25Ene(机毎分钟空产压缩空7( iokg)即i/6kg/s,故带动压壮机的电机功率为N二也“二丄kg/sx252kJ/kg = 42kV613、朗肯循环中，冷凝压力为 3kPa,水由水泵增压至 6MPa后送入锅炉。锅炉出口蒸汽温度为600C, h3 =3658.4 kJ / kg，汽轮机排汽比焓为h4 = 2126 kJ / kg，凝结水比焓hi =101 kJ/kg。在忽略泵耗功的情况下，试求：求朗肯循环的热效率。如果在上述朗肯循环的基础上采用回热，在系统中使用开式(混合式)给水加热器，用于加热给水的

31、蒸汽比焓为 h5 =2859 kJ/kg ,状态点6的焓值为604kJ/kg，试求回热循环的热效率，并与无回热时的热效率进行比较；在上述回热循环的基础上，还有哪些提高循环效率的措施？解:锅炉吸热量为qB = h3 -0 =3658.4 -101 = 3557.4 kJ/kg汽轮机输出功为w = h3 h4 = 3658.4 2126 = 1532.4 kJ/kg循环热效率为qB=0.431 或 43.1%3557.4(2)开式给水加热器热平衡方程为1 八 h6- h1= ： h5- h6h6 - h1h5十循环净功Wnet = h3 -h51-h5 -h4 = 3658.4 -28591 -0

32、.1822859 -2126 = 1399kJ/kg吸热量为qB 二 h3 - h6 = 3658.4 - 604 = 3054.4 kJ/kg循环热效率WnetqB13993054.4=0.458 或 45.8%采用回热循环的热效率大于无回热循环的热效率。600 C,提高压（3）主要措施有：提高主蒸汽温度和压力；（由于主蒸汽温度已有 力的效果比较明显）降低排汽压力14、在恒温热源Ti=700K和壬二400K之间进行循环。当 W= 1000KJ，Q=4000KJ时，试用计算说明：（1）循环的方向性；（2）循环是可逆的，还是不可逆的?解：根据能量守恒得 01=1000+4000=5000 （KJ）判定储环的方向性甲假定为逆向循环.则AV =+ ASt = 2.-乞=-2.8571 0违反爛増原理*不能进行逆向術环.当为正向循环时,有=2.8571 )0符汁炯增廉理.斫以,进行的是正向循环.循环是