工程热力学答案

工程热力学答案一、填空题第一章１．功和热量都是与过程有关的量。2．热量的负值代表工质向外放热。3．功的正值代表工质膨胀对外作功。4．循环中各个过程功的代数和等于循环净功。5．循环中作功与耗功的绝对值之差等于循环净功。6、热效率η定义为循环净功与消耗热量的比值。t7．如果工质的某一热力学量的变化量与过程路径无关，而只与过程的初态和终态有关，则该热力学量必是一个状态参数。8．如果可使工质沿某一过程相同的途径逆行回复到原态，并且与之相关的外界也回复到原态、不留下任何变化，则该过程为可逆过程。9．不存在任何能量的不可逆损耗的准平衡过程是可逆过程。10．可逆过程是指工质能经原过程路径逆向进行恢复到初态，并在外界不留下任何改变的过程。11．平衡过程是整个过程中始终保持热和力的平衡的过程。１2．热力系统的平衡状态是指在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变。13．系统处于平衡态通常是指同时具备了热和力的平衡。14．被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统。15．热力系统中称与外界有质量交换为开口系统。１6．热力系统中称与外界无热交换为绝热系统。１7．热力系统中称既无能量交换又无质量交换为孤立系统。18．热力系统中称仅与外界有能量交换而无质量交换为闭口系统。19．大气压力为Pb，真空度为Pv，系统绝对压力P应该是P=Pb-Pv。20．大气压力为P，表压力为P则系统的绝对压力P=、P=P+P。 b g b g2１．在大气压力为1bar的实验室里测量空气的压力时，若真空表的读数为30000Pa，则空气的绝对压力为7×104Pa。22．制冷系数ε定义为在逆向循环中，低温热源放出的热量与循环消耗的净功之比。23．供暖系数ε'定义为在逆向循环中，高温热源得到的热量与循环消耗的净功之比。24．循环的净功等于循环的净热量。25．热动力循环是将热能转化为机械能的循环。26．衡量热动力循环的经济性指标是循环热效率η=W/Q。 t 1第二章1．当1千克工质不可逆绝热地流经压气机时,若进出口的焓分别为h和h，则机器对工质 1 2作功为hh。 2 1２．工质稳定绝热流经喷管时进、出口的焓为h和h，若进、出口的位能差可忽略不计， 1 2则1千克工质的动能增量为h-h。 1 23．在一个闭口热力系统中，若工质向外放热5KJ且对外作功5KJ，则内能变化量为-10KJ。4．用焓变化量和技术功表示的稳定流动能量方程式为q=h++w。t15．稳定流动能量方程式为q=h+(C2-C2)+g(Z-Z)+W。 22 1 2 1 i6．热力系统的总储存能包括内能、宏观动能和重力位能。7．热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象上的应用。8．技术功W与膨胀功W的关系是W=W+PV-PV。9．动热量均可忽略不计，若进出口的比焓分别为h和h，则一千克工质对机器作功为h-h。 1 2 1 210．工质稳定流经锅炉、回热器等热交换器时，与外界无功的作用，略去动能差、位能差，1千克工质吸热量q=q=h-h。 2 111．在热力设备中，随工质流动而转移的能量等于h=u+pv。12．焓的定义式h=u+pv。13．1Kg工质通过一定的界面流入热力系统时，系统获得的总能量是焓。14．工质进行稳定绝热流动过程时，进出口的比焓分别为h和h，若进出口的动能差和位 1 2能差可忽略不计，则1kg工质对外作的技术功为h-h。15．在可逆过程中，技术功的计算式为w12vdp2 。t1qh2vdp。16．只适用于可逆过程的热力学第一定律解析式为qu2pdv或1117．推动功只有在工质移动位置时才起作用。18．功的数值不仅决定于工质的初态和终态，而且还和进行的过程有关。第三章1．某双原子理想气体的定容比热为0.72KJ/(Kg·K)，其气体常数为0.288KJ/(Kg.K)。２．在温度为Ｔ、体积为Ｖ的理想气体混合物中，若第i种组成气体的分压力为P，则其i质量可表示为m=PV/(RT)。 i i i3．若双原子理想气体的气体常数R=288J/(Kg·K)，则其定压比热C=p1008J/(Kg·K)。4．在压力为P、温度为T的理想气体混合物中，若第i种组成气体的分容积为V，则其质i量可表示为m=PV/(RT)。 i i i5．理想气体实质上是实际气体压力趋近于零、比容趋近于无穷大时的极限状态。6．质量热容c、摩尔热容C和体积热容C'三者之间的数量关系是C=M×c=0.0024C‘。 m m7．阿佛加德罗定律指出：在同温同压条件下，各种气体的摩尔容积都相同。8．在无化学反应及原子核反应的过程中，热力学能的变化只是内动能和内势能的变化。9．道尔顿分压定律可表述为混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和。10．已知空气的定压摩尔比热为7Kcal/(Kmol.K)，则其定压质量比热应为1.012KJ/(Kg.K)。11．理想气体由某一初态１，不可逆变化至状态２，其焓变量Δh=C(T-T)。 12 pm 2 112．理想气体状态方程为pv=RgT或PV=mRgT。13．已知理想气体在两个状态下的温度和比容值(T,T,v,v)则状态１至状态２的比熵变化 1 2 1 2 T vΔS=SCln2Rln2。 12 12 vT v 1 114．理想气体的两个假设是分子有质量无体积，分子间无作用力。15．理想气体由状态１不可逆变化至状态２，其内能变化量为Δu=C(T-T)。12 vm 2 116．理想气体定压比热和定容比热的关系为Cp=Cv+Rg。17．通用气体常数R=8.314KJ/(Kmol·K)。18．已知理想气体在两个状态下的温度和压力值T,T,P,P，则由状态1变化至状态2，其 1 2 1 2 T P熵变量ΔS=SCln2Rln2。 12 12 pT P 1 119．若已知某一理想气体的摩尔质量为M，则其气体常数Rg=8.314/M[KJ/(Kg·K)]。20．理想气体的热力学能仅是温度的函数。21比热容比γ和气体常数Rg及定容比热Cv三者之间关系为Cv=Rg/(γ-1)。22．热力学中标准状态定义为：压力P=1.1325×105Pa，温度T=273.15K 0 023．氮气的气体常数R=296.94J/(Kg.K)。24．理想气体进行一个定压过程后，其比热力学能的变化量可用Δu=CΔTvm计算。25．对于理想气体，当过程的初温和终温相同时，任何一个过程的焓变化量都等于零。26．气体常数R与摩尔气体常数R的关系为R=R/M。 g g27．理想气体进行一可逆定压过程，其吸热量等于CΔT。p28．n千摩尔理想气体状态方程式为PV=8314.3nT。29．不同热力过程的比热容是不相同的，所以比热容是与过程有关的量。30．适用于理想气体可逆过程的热力学第一定律解析式为dq=CdT+pdv。v31．理想气体的热力学能与焓只是温度的函数。第四章1．T-S图上可逆定容过程线下方的面积可代表绝热过程的容积变化功。2．Ｔ－Ｓ图上可逆定压过程线下方的面积可代表焓的变化量。3．Ｔ－Ｓ图上可逆定压线下方的面积可代表绝热过程的技术功。4．在Ｔ－Ｓ图上，定压线的斜率小于定容线的斜率。n5．理想气体自p、v可逆膨胀至p、v，技术功w=(pvpv)，膨胀功w= 1 1 2 2 tn111 221(pvpv)。若为可逆绝热膨胀，则w是w的k倍。n111 22 t6．理想气体多变指数为n的多变过程，其技术功W和过程功W之间有关系式tWt=nw。7．定容过程的热力学能增加等于吸热量，定压过程的焓增等于吸热量。8．在P-v图上，定容过程线斜率最大，定压过程线斜率绝对值最小。9．在T-s图上，定温过程线斜率最小，绝热过程线斜率最大。10．理想气体进行一个吸热、降温过程，其多变指数n的范围是1<n<K。11．多变过程是指整个过程的每个状态均满足PVn=C(常数)的过程。第五章1．热力学第二定律的克劳修斯说法为热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。2．热力学第二定律的数学表达式可写为ds≥dq/T或∮dq/T≤0。３．某热机Ｅ从600K的高温热源T吸热1000KJ，向300K的低温热源T放热，热效率为40%， H L由计算可得∮dQ/T=-1/3KJ/K，由E、T、T组成孤立系统的熵变化量为1/3 H LKJ/K。４．某热机从600K的热源吸热1000KJ，向300K的环境放热，热效率为40%，作功能力损失为100KJ。5．卡诺定理说明：在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪一种工质也无关。6．不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其它任何变化的热力发动机。7．热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。8．理想气体从相同的初态绝热膨胀到某一温度，不可逆过程所作的功等于可逆过程所作的功。9．工质从温度为T的热源吸热Q，该热量的作功能力（或称最大可用能）为Q(1-T0/T1)1（设环境温度为T）。010．当孤立系统内发生不可逆变化时，系统内作功能力的损失I和系统熵增ΔS间的关系为0I=TΔS。0 孤11．卡诺循环热效率仅与吸热温度和放热温度有关。12．若吸热温度提高，放热温度降低则卡诺循环的热效率提高。13．若可逆过程与不可逆过程有相同的初、终态，则前者的熵变等于后者的熵变。14．卡诺循环是由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程四个过程构成。15．若理想气体由同一初态分别经可逆绝热膨胀和不可逆绝热膨胀到相同的终态压力，则前者的终态温度比后者低。16．能量中可用能的减少称为能量的贬值。17．工质经历一个不可逆循环后，其熵变等于0。18．卡诺定理说明在两个热源间工作的不可逆循环热效率小于可逆循环的热效率。19．孤立系统的熵增原理是孤立系统的熵只能增大或不变，不能减小。20．孤立系统中发生了任何不可逆变化时，孤立系统的熵增大。21．逆向卡诺循环制冷系数的表达式为ε=。22．工质进行一个不可逆放热过程，其熵可增、可减或不变(或不能确定)。23．理想气体进行定压吸热过程，温度由T升高到T，此过程的平均吸热温度为 1 2TTT2 1。1 Tln2T1第六章1．压缩因子是反映实际气体对理想气体的偏离程度的参数。2．在范德瓦尔方程中，(v-bm)表示实际气体分子本身占据一定体积，a/Vm2表示实际气体分子之间有相互吸引力。３．压缩因子Z的定义式为Z=Pv/(RT)，Z值的大小反映了实际气体偏离理想气体的程度。４．范德瓦尔方程为(P+a/Vm2)(Vm-b)=RT，该方程考虑了气体分子本身所占的体积和分子间的相互作用力所产生的影响。5．与理想气体的状态方程相比,范德瓦尔方程该方程考虑到气体分子本身所占的体积;考虑到分子间的相互作用力所产生的影响。第七章1．在某一压力下，若饱和水的焓为h'、饱和蒸汽的焓为h''，则干度为x的湿蒸汽的焓为h=h’’x+(1-x)h’。2湿蒸汽的干度x定义为在1千克湿蒸汽中包含x千克饱和蒸汽，而余下的(1-x)千克则为饱为水。３．在某一压力下，若饱和水与饱和蒸汽的焓分别为h'和h''，则汽化潜热r=h’’-h’。4．h-s图上垂直线段的长度可表示定压过程的热量。5．当湿饱和蒸汽定压变成干饱和蒸汽时，热力学能将增大。6．在某一压力下，由饱和水变为饱和蒸汽时，温度不变、焓增大、熵增大。7．p=30bar的湿蒸气v=0.054m3/Kg，由水蒸汽表查得v'=0.0012163m3/Kg，v''=0.06662m3/Kg，其干度应为x=0.807。8．在一定压力下湿蒸气的焓为h，从蒸汽表中查得h'和h''值，其干度x=x(hx-h’)/(h’’-h’)。9．在一定压力下，湿蒸汽的干度为x，若从蒸汽表中查得v'和v''，则该湿蒸汽的比容vx=(1-x)v’+xv’’。10．汽化潜热r的意义是在定压下使1Kg饱和液体汽化为饱和蒸汽所需的热量，其数值r=h’’-h’或T(S’’-S’)。11．在水的定压加热、汽过程的Ｔ－Ｓ图上，下界限线的左侧为未饱和水区，上界限线的右侧为过热蒸汽区，两界限线之间则为水汽共存的湿蒸汽区。12．若饱和水焓h'，干饱和蒸汽焓为h''，干度为x的湿饱和蒸汽焓为xh’’+(1-x)h’。13．在饱和水定压加热成为饱和蒸汽时，干度增加，温度不变。14．把过冷水定压加热到饱和水时温度升高，熵增加。15．在水的定压加热过程中，内能增加，焓增加。16．水的三相点温度是273.16K或0.01℃。17．饱和水的干度等于0，干饱和蒸汽的干度等于1。18．在饱和水定压加热汽化为干饱和蒸汽的过程中，其温度是不变的。第八章1．空气流过渐缩喷管，初压一定，背压逐渐下降，当流量达到最大值时，出口压力是初压的0.528。2．气流通过扩压管时，压力升高，流速降低，若来流马赫数M>1，管道截面应为渐缩形状。3．空气流过缩放喷管，在喉部流速为当地音速，压力为临界压力，后者为初压的0.528。４．工质经绝热节流后，压力降低，熵增大，焓不变。5．当亚音速气流流经渐缩形喷管时，其出口的气流马赫数只能是≤1。６．亚音速空气流经渐缩喷管，入口处气流P=5bar，若要求出口截面上气流达到当地音速1(即M=1)，则要求背压值P≤0.528×5(=2.64bar)。 2 07．工质稳定流经喷管或扩压管时，不对设备作功，略去位能差和热交换量，其动能变化量1(C2-C2)=h-h。22 1 1 28．气体在绝热管道中流动时，若流速增加，则焓降低。9．对于渐缩喷管，如果初压一定，当背压低于临界压力时，该喷管的出口速度达到音速。10．理想气体稳定流过渐缩喷管，背压等于临界压力，若降低背压，则喷管的出口压力将不变。11．当来流气流为超音速时，为了提高气流的压力，应选用渐缩形扩压管。12．理想气体稳定地流过渐缩喷管时，背压低于临界压力，若提高初压，则喷管出口压力将提高。 2K PK113．喷管出口速度的计算公式C= Pv[1(2)K]的适用条件是可逆过 2K111 P1程，理想气体，定比热。14．在管内稳定的绝热流动过程中，若不计位能，则任一截面上的焓与动能之和保持不变。第九章1．对于活塞式压气机，当初态和压缩过程的多变指数都给定时，若增压比提高，则耗功增加。2．若压缩同量的气体至同样的增压比，有余隙容积时的耗功与无余隙容积时的耗功相同。3．当活塞式压气机的余隙容积比和多变指数一定时，增压比越大，容积效率越低。４．活塞式压气机采用两级压缩级间冷却时，最有利的中间压力是使两个气缸中所消耗的总功为最少的压力。５．活塞式压气机余隙容积的存在，对压缩定量的气体所消耗的功无影响，使容积效率降低。6．活塞式压气机的容积效率定义为有效吸气容积与气缸排量之比。7．活塞式压气机的压缩过程可有三种情况，分别为定温压缩、绝热压缩和多变(1<n<k)压缩，其中定温压缩耗功最少。8．活塞式压气机，当初态和增压比一定时，定温压缩过程耗功最少，绝热压缩过程耗功最多。9．采用两级压缩、级间冷却的活塞式压气机，为使消耗的总功最少，中间压力应满足各级增压比相同。10．多级压缩和级间冷却的主要目的是节省耗功、限制压缩终温、提高容积效率。11．当初态和增压比相同时，活塞式压气机采用二级压缩，级间冷却比不分级压缩的耗功减少。12．活塞式压气机，当初态和增压比一定时，随着多变指数n减小，压缩的耗功减小。13．在活塞式压气机中，当余隙容积比和多变指数n一定时，随增压比增大，其容积效率变小。14．当初态和增压比相同时，活塞式压气机在定温、多变、绝热三种压缩方式中，定温压缩的耗功最小，绝热压缩的温升最大。15．对单级活塞式压缩机，随着压缩过程的多变指数n增大，气体的放热量减小。16．对单级活塞式压缩机，随着压缩过程的多变指数n增大，压缩后气体的终温提高。第十章1．活塞式内燃机混合加热理想循环的特性参数有压缩比ε、定容升压比λ、预胀比ρ。2．内燃机定容加热理想循环的压缩比愈高，其热效率愈高。．在初态、压缩比、吸热量相同的条件下，内燃机的定容加热理想循环的热效率比定压加热理想循环的热效率高。3．在初态、压缩比、吸热量相同的条件下，内燃机的定容加热理想循环的热效率等于定压加热理想循环的热效率。４．内燃机混合加热理想循环的热效率随压缩比ε和定容升压比λ的增大而增大。５．在内燃机定容加热理想循环中，空气自T=680K被加热至1600K，设比热为定值，该循2环的平均吸热温度为1075K。6．按燃料着火的方式不同，内燃机可分为点燃式（如汽油机）与压燃式（如柴油机）两类。7．在内燃机理想循环中，初始温度t=27℃，压缩比ε=10，压缩后的温度t=480℃。28．内燃机的压缩比ε是指压缩过程的初态比容与其终态比容之比，ε越大，热效率η越大。t9．提高内燃机混合加热理想循环热效率的途径是提高ε，λ，降低ρ。10．内燃机的奥图(Otto)循环是定容加热方式循环，狄塞尔(Diesel)循环是定压加热方式循环。111．活塞式内燃机定容加热理想循环，热效率表达式为1 。tK112．汽油机理想循环是定容加热方式循环。13．若压缩比减小，则活塞式内燃机定容加热理想循环热效率将减小。14．活塞式内燃机混合加热理想循环包括定容加热和定压加热两个吸热过程。15．活塞式内燃机混合加热理想循环的热效率η随压缩比ε和定容升压比λt两者的增大而增大，随预胀比ρ的增大而减小。16．燃气轮机装置定压加热理想循环的加热过程，温度自T升至T，设比热为定值，该循3环的平均吸热温度为(T-T)/ln(T/T)。2 3 217．提高燃气轮机装置循环功的主要方向是提高进入燃气轮机燃气初温T。318．燃气轮机装置定压加热理想循环的热效率只取决于循环增压比。19．燃气轮机装置循环净功等于燃气轮机作功与压气机耗功之差。120．燃气轮机装置定压加热理想循环热效率表达式为1 。 t K1K21．对于燃气轮机装置定压加热理想循环，当进气状态不变时，若压气机的出口温度升高，则该循环的热效率将提高。第十一章1．当初温和背压不变时，若提高初压，则蒸汽动力装置朗肯循环的热效率和乏汽的干度将分别提高和降低。2．当初压和背压不变时，若提高初温，则蒸汽动力装置朗肯循环的热效率将提高。3．当初温和初压不变时，若降低背压，则蒸汽动力装置朗肯循环的热效率将提高。4．对于蒸汽动力装置的朗肯循环，在相同的初压和背压下，若提高新汽的温度，则热效率提高，汽轮机中的膨胀终态干度增大。５．对于蒸汽动力装置的朗肯循环，在相同的初温和背压下，若提高初压，则乏汽的干度将降低。6．当忽略水泵功时，朗肯循环热效率的近似式η=(h-h)/(h-h’)。 t 1 2 1 27．在朗肯循环中，若泵入锅炉的未饱和水的焓和熵为h、s，流出过热器的过热蒸汽的焓 4 4和熵为h、s，则该循环的平均吸热温度T=(h-h)/(s-s)。 1 1 1 1 4 1 48．影响蒸汽动力装置朗肯循环热效率的蒸汽参数是P、t、P。 1 1 29．对蒸汽动力装置循环，在相同的初温和初压下，若提高背压，则循环热效率将降低，膨胀终态干度将增大。10．蒸汽动力装置循环净功等于汽轮机作功和给水泵耗功之差。第十二章1．对于压缩空气制冷循环，在制冷量相同的条件下，有回热时的增压比比无回热时的增压比小得多。2．对于逆向卡诺循环，在一定的环境温度下，冷藏库中的温度愈低，制冷系数愈小。3．压缩蒸汽制冷循环中，工质进、出压缩机时的焓分别为h、h，进入蒸发器时为h，则1 2 5制冷系数ε=(h-h)/(h-h)，制冷量q=h-h。 1 5 2 1 2 1 54．用压缩蒸汽制冷循环供暖，工质进、出压缩机时的焓为h、h，工质流出冷凝器时的焓 1 2为h，则热泵系数ε'=(h-h)/(h-h)，耗功W=h-h。 4 2 4 2 1 0 2 15．制冷循环中，低温热源失热q，外界对系统作循环功w，高温热源得热q，则制冷循环2 0 1的制冷系数ε=q/(q-q)。6．压缩高制冷系数ε的方法是提高蒸发温度，降低冷凝温度。7．压缩空气制冷循环的制冷系数随着循环增压比增大而减小。二选择题第一章1、B；2、D第二章1、C；2、C第三章1、C；2、A；3、B；4、B；5、D；6、C；7、A；8、C。第四章1、D；2、C；3、C；4、B；5、D；6、B；7、A；8、D。第五章1、C；2、B；3、C；4、C；5、D；6、C；7、D；8、C；9、C；10、D第七章1、C；2、B；3、D第八章1、A；2、B；3、C；4、A；5、C；6、C；7、C；8、D；9、B；10、C;11、A；12、A；13、B；14、B；15、A；16、A；17、B；18、C；19、D；20、B；21、D；22、A；23、A；24、A；25、C。第九章1、A；2、B；3、B；4、B；5、D；6、B；7、A；8、D。第十章1、D；2、C；3、D；4、B；5、A；6、D；7、B；第十一章1、B；2、C；3、C第十二章1、B三、问答题第一章１．平衡状态和稳定状态有什么区别？平衡状态是指：在不受外界影响的条件下，热力系统的状态能够始终保持不变；稳定状态是指：不随时间而变化的状态。第二章１．焓的定义式h=u+pv中的pv是不是储存能？为什么？在什么情况下pv项会出现在能量方程式中？PV不是储存能，因为推动功PV只有在工质移动布置时才起作用；PV项可出现于开口系统的能量方程式中；3．为什么热力学能是状态参数？1)热力学能是储存于物体内部的能量；2)包括内动能与T有关，内位能与T，v有关，所以u=f(v,T)；3)由于u仅与v,T两个状态参数有关，u是状态参数。第三章１．为什么理想气体的定压比热仅与温度有关？因为C=dh/dT，h=u+pv=u+RT，u=f(T)；所以，定压比热仅与温度有关。p2第四章１．为什么在Ｔ－Ｓ图上定压线比定容线平坦些？因为(T/S)T/C,(T/S)T/Cv,而且C>C； P p v p v2．当双原子理想气体经历一个n=1.3的膨胀过程时，其能量转换关系如何？q>0,W>0,Δu<0；3．当闭系中的理想气体进行多变膨胀过程时，若膨胀功多于吸热量，则多变指数n的取值范围如何？为什么？多变指数n的取值范围为1<n<k，这可由为w/q=(k-1)/(k-n)分析之。4．当双原子理想气体经历一个n=1.2的压缩过程，其能量转换关系如何？功和热量之比等于多少？q<0,Δu>0,W<0,W/q=2。5．若理想气体多变压缩过程的功多于气体的放热，则多变指数n的取值范围如何？为什么？由W/q=(K-1)/(K-n)，K>n>1。6．理想气体膨胀时是否必须吸热？被压缩时是否必须向外界放热？为什么？不一定，根据q=Δu+w说明；7．空气进行多变比热C<0的放热过程时，能量转换关系如何？nnk由CnCv0知1<n<kn1Δu>0，q<0，w<0第五章１．借助逆向循环可使热量从低温物体传到高温物体，这与热力学第二定律的克劳修斯说法是否矛盾？为什么？不矛盾。因为逆向循环之所以能把热量从低温物体传到高温物体，是因为逆向循环以消耗循环净功为代价。2．理想气体由某一初态，分别经可逆绝热过程1-2和不可逆绝热过程1-2'膨胀到同一终温，试问这两个过程的功有何关系？为什么？这两个过程的功相等，因为理想气体绝热过程的功只与初、终态温度有关可逆功wuc(TT)，不可逆w'u'c(TT')。 v 1 2 v 1 23．工质经不可逆循环，其∮ds＝0，但又有关系式∮dQ/T<0，为什么？dQS2 (不可逆)，(dQ/T)≠ds第二定律 T 不1熵是状参∮ds=0，所以∮(dQ/T)’<0。不4．为什么说“工质经过一个绝热过程其熵变量只能是大于或等于零，而经过一个放热过程其熵可增可减或不变”？由ds≥dq/T，绝热dq=0，所以ds≥0放热dq<0，T>0，所以dq/T<0，所以满足ds≥dq/T，可有ds>0，ds=0，ds<0。5．理想气体从同一初态吸热到相同的终温，一为定压吸热，一为定容吸热。问两者的吸热量和内能变化量。两过程的吸热平均温度有何关系？qCTq=CvΔTCC qqp p v p vp v因为T=T，所以内能变化相等 2V 2Pq TTTv2 1wS Tv ln2T 1q TTTp2 11pS Tp ln2T17．当孤立系统内发生不可逆变化，其总熵量必然增大。以孤立系统内发生有温差的传热过程为例，简单说明之。两物体温度为T，T(T>T)，传热量为Q， 1 2 1 2ΔS＝-Q/T+Q/T=Q(1/T-1/T)>08．什统经一不可逆过程后，其熵的变化量无法计算”的说法是错误的？那么不可逆过程的熵变量又应该通过什么途径来计算呢？熵是状态参数，熵变量仅决定于热力系统的初终状态，不论过程可逆与否，与路径无关，dQS2，故熵变不能通过不可逆过程计算，但可通过初终态相同的任意由于过程有 12 T1可逆过程计算。10．P-v图上两条定熵线为什么不可能相交？试根据热力学第二定律证明之。假设两条定熵线相交，用反证法证明。11．“不可逆过程的熵差无法计算”，该说法对不对？为什么？不对，熵是状态参数，与过程无关。12．“如果从同一始态到同一终态有两条途径，一为可逆，一为不可逆，那么不可逆的熵差必大于可逆途径的熵差”。这种说法对吗？为什么？不对，熵是状态参数，与过程无关。只要有相同的初终态，熵差就相等。13．为什么单热源热机不能实现？（试用孤立系统的熵增原理进行分析）如单热源热机能实现则从高温热源吸进热量Q1全部变为功，Q1=W>0，取孤立系ΔS孤=-Q/T=-W/T<0，不能实现。1 1 114．为什么热量不能自发地、不负代价地从低温热源传向高温热源？用反证法，如果热量能自发从低温流向高温，将违反热力学第二定律。取孤立系，ΔS=Q(1/T-1/T)，因T>T，所以ΔS<0，不能实现。 孤 1 2 1 2 孤15．根据热力学第二定律分析，为什么完成一个正向循环后热能不能100%地转化为机械能？如果完成一个循环热能100％转化为机械能，则相当于只从一个热源吸热，对热源和热机取孤立系，则孤立系ΔS=-Q/T=-W/T<0，不能实现。 孤 1 1 1１．何谓正向循环与逆向循环？这两种循环所产生的效果有何不同？逆向循环与可逆循环又有何区别？正向循环是将高温热源放出热量的一部分转化为功的循环；逆向循环是消耗一定量的机械能使热能从低温热源传至高温热源的循环；可逆循环是全部由可逆过程组成的循环。第七章１．水蒸汽在定温过程中是否满足关系式q=w？为什么？不满足。因为要使q=w成立，必须有u0，水蒸汽不是理想气体，故对于水蒸汽的定温过程u0。第八章1、当进口空气流的马赫数M＞1时，截面渐缩的管道宜作喷管还是扩压管？为什么？宜作扩压管。因为由几何条件知：当dA＜0、M＞0时，dc＜0，再由几何条件知dp＞0；2．亚音速空气流过渐缩喷管，初压P=10bar，背压P=1bar，如其余条件都不变，只提高初b温，则出口流速、流量将如何改变？为什么？C=CT增大，C增大cr 1 2q，T增大，q下降。 max 1 max流速增大，流量减小；3．亚音速空气定熵流经喷管，已知进口截面上空气压力P=7bar，试问当出口背压分别为5bar,3.696bar,1.2bar时喷管？为什么？5/7=0.714>0.528取渐缩形3.696/7=0.528取渐缩形1.2/7<0.528取缩放形。4．理想气体流经渐缩管道时，在什么条件下起喷管作用？什么条件下起扩压管作用？为什么？ dA dc(M21)dA<0 A cM<1dc/c>0，起喷管作用；M>1时，dc<0起扩压管作用；5．对于管内理想气体的稳定可逆流动，促使流速改变的力学条件如何表达了流速与压力的关系？由KM2dC/C=-dp/pdc>0，所以dp<0。6．亚音速气流稳定、绝热流过渐缩管道，压力怎样变化？为什么？对稳定绝热管流，dA/A=(M2-1)dC/C因dA<0，M<1，所以dc>0，又KM2dC/C=-dp/p，dc>0，所以dp<0，故压力降低。7．亚音速气流流过渐缩喷管，背压低于临界压力，若初温t提高，而其它条件不变，则出口速度、压力和流量有何变化？为什么？背压低于临界压力，出口达到临界状态P＝P不变crC=CT增大，C增大 2 cr 1 2m，T增大，m下降。8．对音气流，使流动加速，管道截面应如何变化？当气流加速时，气流压力如何变化？为什么？采用渐缩喷管，压力减小因为dA/A=(M2-1)dc/c，M<1，要使dc>0，必dA<0，又由-(1/K)dp/P=M2dc/c，dc>0，则dp<0，压力减小。9．亚音速理想气体可逆绝热流过渐缩截面管道时，气体温度、压力、流速如何变化？为什么？T、P下降，C增大。由dA/A=(M2-1)dc/c知，dA<0，M<1，所以dc>0。又由-(1/K)dp/p=M2dc/c，dc>0，dq<0。又由cdc=-dh=-CdT，dc>0，所以dT<0。p第九章１．压气机采用多级压缩和级间冷却的主要优点有哪些？为什么？节省压缩耗功，限制压缩终温，提高容积效率；可由两级压缩且级间定压冷却的P－V图和T－S图分析原因。2．设计多级压缩、级间冷却的活塞式压气机时，采用各级的增压比相同，这样做可得到哪些有利结果？每级耗功相等，有利于曲轴的平衡；每级压缩终温相等；每级放热相等。3．活塞式压气机在何种情况下要采用多级压缩？分析采用多级压缩、级间冷却方法的优劣。要求压力较高气体（也即增压比高），为保证一定的生产量。优点：减少余隙容积影响；能得到一定生产量高压气体，节省压缩耗功，降低了终温有利于润滑；有利于轴力平衡；缺点：增加了一个冷却装置。4．采用两级级间冷却的压气机，若进口压力与出口压力分别为P和P，则其最有利的中间3压力P与P和P的关系如何？这样选取P有哪些好处？1 3 2每级耗功相等，每级终温相同，每级排热相等。ppp 2 13第十章１．内燃机混合加热理想循环有哪些特性参数？它们对循环热效率影响如何？ε=v/v，λ=P/P，ρ=v/v 2 1 3 2 4 3提高ε、λ和降低ρ可使η提高。t第十一章１．在蒸汽动力装置中，只要汽轮机叶片材料允许，为什么要同时提高过热蒸汽的初压P1和初温t？1仅提高P能使提高，但x将降低；只有提高P同时又提高t，使提高而x可在允1t211t2许范围内。四、作图题第四章１．闭系里的双原子理想气体进行多变膨胀过程(1<n<k)，试在Ｔ－Ｓ图上用面积表示该过程的膨胀功。由q=Δu+W及T－S图上定容线下方的面积代表内能变化量，可在T－S图用面积表示膨胀功W。2．在Ｐ－Ｖ、Ｔ－Ｓ图上画出理想气体（双原子）受压缩，升温又放热的多变过程，指出其多变指数n的范围，并说明能量转换关系。类似于《工程热力学》一书思考题9（P141）3．试将满足气体受压缩、又升温、又吸热的多变过程在Ｐ－Ｖ，Ｔ－Ｓ图上表示出来，并说明能量转换关系，指出多变指数n的范围。类似工程热力学一书思考题9(P141)4．理想气体从状态1可逆绝热压缩到状态2，再可逆定容加热到状态3，再可逆定温膨胀到状态4，最后经可逆定压放热过程回到初态1。试在P-v图和T-s图上画出该可逆循环。根据四个基本热力过程来构成循环。5．在P-V图上画出工质又膨胀、又降温、又吸热的多变过程。1<n<k；吸热和内能降低都转换为对外作功。6．在P-V图及T-S图上画出双原子理想气体的n=1.3的压缩过程，并指出能量转换关系。由T－S图知，Δu>0，W<0，q<0。7．在P-V图和T-S图上画出理想气体的可逆膨胀、放热过程，指出n的范围并说明能量转换关系。先由w/q=(k-1)/(k-n)知n>k，K<n<+∞，则可由W>0和q<0画出p-v图和T-s图，能量转换关系为：内能的减小转化为对外作功和放热。Δu<0，W>0，q<0第五章１．闭系里的理想气体作不可逆绝热膨胀1-2，设环境温度T<T，试在Ｔ－Ｓ图上用面积表0 2示膨胀功和作功能力损失。在T－S图上先画出定熵膨胀过程1－3和不可逆绝热膨胀过程1－2，且两过程的终态比容相等，则作功能力损失I=T(S-S)。 0 2 32．理想气体由初温T可逆等压吸热至T，再经不可逆绝热膨胀至初温(T=T)，然后可逆等温放热至初，并用面积表示作功能力损设环境温度为T(T<T)0 0 1I=TΔS0第七章１．压力为P、温度为t的过热水蒸汽定压冷却成干度为x的湿蒸汽，试在h-s图上表示1 2该冷却过程，并写出该过程放热量的计算式。在h-s图上表示水蒸汽的定压冷却过程见热力学P224图7-9。2．在某蒸汽锅炉中，把90bar、30℃的未饱和水在定压下加热成450℃的过热蒸汽，熵增Δs=6.1KJ/(kg.K)。烟气在定压下从1500℃降至250℃，生产1Kg过热蒸汽所需烟气的熵降│Δs│=2.1KJ/K，查得蒸汽的饱和温度t=303.3℃，设环境温度t=17℃，试在Ｔ－Ｓ图上定性地画出烟气和形成过热蒸汽的过程，并用面积表示由于可逆传热而引起的每生产1Kg过热蒸汽的作功能力损失。在T－S图上，烟气的过程线是一条定压放热线，水的定压加热汽化过程线参见热力学P215图7－5；作功能力损失I＝TS； 0 孤第八章１．理想气体稳定绝热地流过喷管，一为可逆流动1-2，另一为不可逆流动1-2'，若P=P'，2试在Ｔ－Ｓ图上用面积表示这两种流动的出口动能之差，并说明画图依据。先在T－S图上画出过程线1－2和1－2’，由绝热流过喷管的能量方程知，这两种流动的出口动能差等于(hh)=定压线2－2’下方的面积。 2' 22．理想气体稳定流经喷管时向外放热，试在T-s图上用面积定性表示每千克气体的动能增量。由稳定流动的能量方程知：气流的动能增量等于[q-(h-h)]，根据喷管中气流特征（即T<T,P<P）可得n>1，又因q<0，从而可在T－S图画程线1－2，并画出表示动能2 1 2 1 12增量的面积。第九章１．压气机把初态为(p,v)的空气按多变过程(1<n<k)压缩到终压P，试在P-v图缩比分两级压缩且级间定压冷却多耗的。P-v图见热力学P261图9-5；2．当初态和增压比相同时，试在p-v图上用面积表示采用两级压缩、级间冷却的活塞式压气机比单级压缩压气机所节省的功。节省的耗功见热力学P261图9-5(b)中的阴影面积；3．当初态与增压比相同时，试在T-s图上表示两级压缩级间冷却比不分级压缩少耗的功。第十章１．当活塞式内燃机的三种理想循环有相同的初态、最高压力和最高温度时，试画T-s图比较这三种理想循环热效率的高低。η>η>η，T－S图见热力学P281图10-12；2．对机三理想循环，当初态、吸热量和最高压力相同时，试用T-S图比较三种理想循环热效率的高低。T－S图略。由图知，q=q=q,q>q>q，由热效率公式，所以η>η>η。 1P 1m 1v 2v 2m 2p tp tm tv3．当初态相同、压缩比ε相同、吸热量q相同时，试画T－s图比较活塞式内燃机三种理1想循环热效率的高低。T－s图见沈维道的《工程热力学》P280图10－11；由图知，q1v=q1m=q1pq2p>q2m>q2v由热效率公式η>η>η tr tm tp4．画出内燃机混合加热理想循环的Ｐ－Ｖ和Ｔ－Ｓ图，指出循环的特性参数，在Ｔ－Ｓ图上比较初态相同，压缩比相同，最高温度相同时，三种内燃机理想循环热效率大小。η>η>η tv tm tp5．在T-S图上比较初态相同，最高压力和放热量相同时，内燃机三种理想循环热效率的高低。与《工程热力学》一书图10-12(P281)相同；η>η>η6．对塞式燃的三种理想循环，当初态、最高温度和放热量相同时，试在T-S图上比较这三种循环热效率的高低。循环T－S图与书图10-12相同。η>η>η7．种想循环，当初态、压缩比和放热量相同时，试在T-S图上比较三种循环热效率的高低。循环T－S图略。由图知，q1v>q1m>q1pq2v=q2m=q2p由热效率公式，所以η>η>η tv tm tp8．在Ｔ－Ｓ图上比较初态相同，吸热量和最高温度相同时，内燃机三种理想循环热效率的高低。η>η>η9．试T－图画出燃气轮机装置的定压加热实际循环，（实际循环中只有压缩过程和膨胀过程是不可逆绝热过程，其余过程都是可逆的），并在T－s图上面积表示实际循环比理想循环少作的功。T－S图参见热力学P288图10－19，不可逆绝热膨胀比可逆绝热膨胀少作的功为定压线4-4’下方的面积，不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多耗的功为定压线2-2’下方的面积。11．若初态的循环最高温度相同时，若增压比提高，试画T-s图证明：燃气轮机装置定压加热理想循环的热效率提高。第十一章１．试画Ｔ－Ｓ图比较简单蒸汽动力装置的理想循环（即朗肯循环）热效率与只考虑汽轮机中摩阻损耗的实际循环热效率的高低。T－S图见热力学P301图11-6；2．当蒸汽的初温和背压不变而提高初压时，试画Ｔ－Ｓ图分析朗肯循环热效率和汽轮机排汽干度的变化。T－S图见热力学P300图11－4，将使热效率增大，排汽干度降低。3．当忽略水泵功时，画出蒸汽动力装置朗肯循环的Ｔ－Ｓ图，指出影响该循环热效率蒸汽参数，并在图上用面积表示该循环的净功。类似工程热力学图11-1(P297)。影响该循环热效率蒸汽参数有：初温t1、初压p1和背压p2。4．试画T-s图说明：对于蒸汽动力装置朗肯循环，在相同的初压及背压下，提高初温可使热效率增大。见《工程热力学》一书图11-3(P300)5．当初态和绝热膨胀终压相同时，试在水蒸汽的h-s图上画出汽轮机中的可逆绝热膨胀过程和不可逆绝热膨胀过程。见热力学书P301图11-6（b）。6．对蒸汽动力装置循环，一为理想循环，一为考虑汽轮机中存在不可逆损失而进行了不可逆绝热膨胀的实际循环，试用T-S图表示两种循环的循环功的差值。T－S图与书图11-6（a）相同。ΔW=面积227821234561为逆循环。1234561为不可逆循环。a五、计算题第二章１．空气在压气机中被压缩，压缩前后的参数分别为p=1bar、v=0.845m3/Kg，p=8bar,v=0.175m3/Kg。若在压缩过程中每Kg空气的内能加146.5KJ向外放热50KJ，压缩过中对每Kg气体所作的功及每生产1Kg压缩空气所需的功。1、W=q-Δu=-50-146.5=-196.5KJ;W=-W==W+Pv-Pv=252KJ;２．有气缸内被压缩，容积由1.5m3压缩到0.5m3，压缩过程中压力保持常数P=1bar。若在压缩过程中气体的内能减小15KJ，则此过程中有多少热量被气体吸入或放出？压缩功W=2pdv==-100KJ1由一律Q=ΔU+W=-115KJ故放出115KJ热量。第三章１．在-23℃的仓库，有一只容积为0.04m3的氧气瓶，其表压力为150bar。领来车间后长期未使用。经一段时间后，在车间温度17℃下，指示压力为152bar，当地的大气压P=1bar，b试计算氧气瓶漏气量。P=151barP=153bar2由1，2状态气体状态方程得：Δm=m-m=1.17KgR=0.26KJ/(kg.K) 1 22．压气机每分钟从大气中吸取t=17℃、P=1bar的空气0.3m3，充进v=2m3的贮气罐中。气 b b罐中原有空气的温度t=17℃、表压力P=0.5bar，问需经过多少分钟才能使贮气罐中气体的压力提高到P=7bar，度升到t=50℃2先求出需充入的空气量为11.5Kg，从而可求得所需时间为32分钟。3．有一绝热刚性容器，中间被融板分为A,B两部分，A,B装有不同种类的P=4bar,V=0.3m3,t=15 ℃ ,R=259.82J/(Kg · K) ；A1 A1 A1 AP=5bar,V=0.6m3,t=15℃,R=296.94J/(Kg·K)；抽去隔板使A,B气体混合并重新达平衡B1 B1 B1 B态，求平均气体常数和混合气体的温度。R=285.21J/(Kg·K)T=288K25．有一种理想气体，初始时，P=500KPa,V=0.14m3，经过某种状态变化过程，终态1P=160KPa,V=0.25m3，过程中焓值变化量为ΔH=-60KJ。设比热为定值，C=3.12KJ/(Kg.K)。2 v求1)过程中内能的变化量ΔU；2)定压比热C；3)气体常数R。p1)ΔU=ΔH-(PV-PV)=-30KJ 22 112)C=CΔH/ΔU=6.24KJ/Kg·K p v3)R=C-Cv=3.12KJ/Kg·K２．一隔将容器分为A和B两个相等的部分。已知：A中装有32Kg,2bar,25℃的空气；B为真空。问当隔板抽出，A与B连通后，容器中气体的压力、温度、内能的变化及熵变化各为多少？假定整个容器和环境绝热。(1)Q=ΔU+WQ=0,W=0故ΔU=0T=T=298K 1 2VΔS=mRIn2576KJK 12 V1 PV PV122由于T=TRTRT121 2VPP11bar1V2(2)I=TΔS=1687.7KJ0２．装有某种理想气体的绝热刚性容器被隔板分为Ａ、Ｂ两个部分，已知：P=1bar,V=2m3,t=27℃,P=2bar,V=1m3,t=127℃，当抽去隔板后，求气体的平衡温度平热力学一定律第70℃；由状态方程求得平衡压力为4/3bar；第四章１．三千克氮气先从4m3可逆绝热压缩到3m3，然后可逆定压膨胀到初始容积，已知初态温度为17℃，氮气的定容比热C=0.74KJ/(Kg·K)，求全过程的功。v由可逆绝热压缩过程求得T＝325.4K,P=96611Pa(其中所需的P由状态方程求得P＝ 2 2 1 164582Pa，从而W＝mc(T-T)=-78.6KJ,W=P(V-V)=96.6KJ,W=W＋W=18KJ； 12 v 2 1 23 2 3 2 123 12 232．初压为2bar、体积为1m3，在定温膨胀后容积为原来的两倍，求空气的终压、吸热量。空气的终压P=1bar，吸热量Q=W=138.6KJ；23．一千克理想气体先定压吸热再定容冷却到初温，吸热时气体得到的热量比它冷却时放出的热量多62.7KJ，气体的初态比容为0.9m3/Kg，全过程的最高温度为523K，气体常数R=0.297KJ/(Kg·K)，求气体的终态压力。Δu=0，q=q+q=62.7KJ/Kg，W=W=q=62.7KJ/Kg 12 23 12W=R(t-t)气体的初温t=312K=39℃ 12 2 1 1由定压过程1－2，定容过程2－3和状态方程得初压P＝RT/v=1.03bar，终态压力P=PT/T=0.614bar。 1 1 1 3 11 24．一千克空气（可视为双原子理想气体）先定压吸热后再可逆绝热膨胀到初温，定压吸热量比可逆绝热膨胀功多5KJ，初态温度为300K，初态比容为0.97m3/Kg，求吸热过程的终温和膨胀过程的终压（设空气的气体常数为287J/(Kg·K)）。已知T1=T3=300K，由C(T-T)-C(T-T)=（C-C）×（T-T）=5求得T=317.4K，从 p 2 1 v 2 3 p v 2 1 2而膨胀终压，pRT/v0.888bar，pp0.888bar， 1 g1 1 2 1Tkpp(3)k10.732bar。3 2T25．一千克空气（可视为双原子理想气体）先等温膨胀到初态容积的2.2倍，并对外作功67.5KJ，然后定容吸热到初态压力，已知C=0.716KJ/(Kg·K),R=0.287KJ/(Kg·K)，求上述v整个过程中空气的吸热量。整个过程中空气的吸热量q=q+q=323.8KJ/Kg。 123 12 236．一千克空气先不可逆绝热膨胀到初容积的２倍，再可逆定压压缩到初始容积，膨胀功比压缩过程功多10KJ，初温为T=800K，定容比热C=0.718KJ/(Kg·K)，求膨胀终温和压缩终1 v温。由于膨胀功比压缩过程功多10KJ，所以可求得膨胀终温T＝655.5K，由定压过程2－32得T＝327.7K。37．0.23Kg的某理想气体，从初态P=14bar,t=360℃可逆绝热膨胀到P=1bar，接着又可逆定容加热到初温，并回到初态。设气体Cp=1.05KJ/(Kg·K),绝热指数K=1.4，求绝热膨胀所作的功和定温压缩消耗的功。绝热膨胀功W=55.3KJ，定温压缩过程的功W＝－78.8KJ； s T8．将气缸中温度为20℃、压力为1bar的0.3m3理想气体可逆定温地压缩到5bar，然后又可逆绝热地膨胀到初始容积。求：气体质量、压缩过程中气体与外界交换的热量以及膨胀过程中气体的膨胀功。设气体Cp=1.0KJ/(Kg·K),绝热指数K=1.4。气体质量为0.358Kg，定温压缩的热量Q＝－48.3KJ，可逆绝热膨胀功W=35.6KJ; T S9．容积0.6m3的气瓶内装有50bar、27℃的压缩空气，用以启动柴油机后压缩空气的压力降为35bar，过程是在可逆绝热条件下进行的，问用去多少千克空气？过了一段时间，瓶内压缩空气从环境吸热，使压缩空气的温度回升到27℃，问此时压缩空气的压力应为多少？（设压缩空气的气体常数R=0.287KJ/(Kg·K)、绝热指数κ=1.4)由状态方程求得用去的空气为7.84Kg；当空气温度回升到27℃时，由定容过程的初、终态参数关系得空气压力为38.7bar。10．绝热压缩0.5Kg空气，其温度上升到300℃，压力上升到30bar。此时，消耗于压缩空气的功为150KJ。然后空气定容冷却到初始温度。求终了空气压力和放出的热量，定容比热Cv=0.723KJ/(Kg·K)。ΔU=0Q=Q=mCv(T-T)13 123 23 3 2Q=W=Q 123 12 23mCv(T-T)=Q=W 3 2 23 12T=T=158K 1 3Q=Q=-150KJ由定容过程2－3得P=8.27bar 13 23 311．空气先在定压下吸入热411.7KJ/Kg，然后可逆绝热膨胀到初始温度，初态t=30℃,P=10bar。求过程最高温度、终了压力及内能变化量和膨胀功。(Cp=11 1.004KJ/(Kg·k),R=0.287KJ/(Kg·K))qTpT440℃；由可逆绝热过程P＝0.5bar2c 1 3pΔu＝0；W=W+Ws=R(T-T)=Cp(T-T)+C(T-T)=411.7KJ/Kg 13 p 2 1 2 1 v 2 1或W13+Δu13＝q13q12=q13W=411.7KJ/Kg12．1Kg氢气先从8m3定熵压缩到5m3，然后可逆定压膨胀到初容积，若初温t1=-30℃,Cv=10.39KJ/(Kg·K)，求全过程的功。T=T(V/V)K-1=293K2 1 1 2W=-Δu=-522.2KJ/Kg 1-2 1-2P=RT/V=243.5KPa 2 2 2W=730.6KJ/Kg2-3W=209.1KJ/Kg1-313．1Kg氮气从v1=0.75m3/Kg，定容冷却到-40℃，而又定压加热到初始温度，如加热量比冷却放热量大50.16KJ/Kg，求气体初始压力。（氮气分子量为28）1→2→3q=q+q=50.16=Δu+WΔu=0 v p 13 13W=W=R(T-T)=R(T-T) p 3 2 1 2T=T+W/R=402K由方程：P=1.59bar14．空气在定容下入热量244.8KJ/Kg，然后可逆绝热膨胀到初始温度。初态t=30℃,P= 1 110bar。求过程最高温度，终了压力及内能改变量和膨胀功。(Cv=0.72KJ/(Kg·k))q＝C(T-T)T=q/C+T=370℃＝643K； v v 2 1 2 v v 1由定熵过程2-3和已知条件得P=1.52bar；Δu=0；W=W=q-Δu=244.8KJ/g 13 2315．1Kmol理想气体，初态P=2bar,t=27℃，定温膨胀到容积为原来的3倍。求终压P，气 1 1 2体的吸热量和熵变。vpp12/3bar2 1v2ΔS=μRln(v/v)=9.134KJ/(Kmol·K) 1-2 2 1q=TΔS=2.740KJ/Kg1-216．1Kg空气，P=10bar,T=900K，可逆绝热膨胀到P=1bar，设比热为定值，K=1.4，试求1 2⑴终点参数v,T；⑵过程功和技术功。2t=t(P/P)(K-1)/K=465.8K 2 1 2 1V=(RT)/P=1.337m3/Kg 2 2 21wR(TT)312.105J K1 1 2W=KW=4.36×105Jt17．1Kg空气在气缸中膨胀，初态P=30bar,t=227℃，终态压力P=1bar，膨胀经历两个过程，1-a为n=1.35的可逆多变过程t=127；a-2为R=0.287KJ/(Kg·K)，a求全过程的膨胀功。W=[R/(n-1)](T-T)=82.3KJ/Kg 1-a 1 2Pa=P(Ta/T)n/n-1=12.7bar1 1RT pk1W a[1(2)k]a2K1 pa18．某理想气体进行定压吸热后，再绝热膨胀至初始温度，若定压过程吸热量为48KJ，绝热过程膨胀功为30KJ。试求1)整个过程对外作的膨胀功？2)该气体在绝热膨胀过程的绝热指数K？1)W=Q-Δu=Q=Q=48KJ 123 123 123 123 122)K=1.620．1Kg空气从v=0.5m3/Kg定容加热到100℃，又定压冷却到初始温度，如果放热量比加1热时的吸热量多60KJ/Kg，求气体的初压P？(R=0.287KJ/(Kg·K))160=C(T-T)-C(T-T)=R(T-T) p 2 3 v 2 1 2 1T=-109.1℃P=0.94bar21．压压缩1Kg氧90KJ，此后气体等温膨胀，而且膨胀功等于定压压缩功，在压缩开始时，气体v=0.4m3/Kg，膨胀终了时气体温度等于30℃,R=0.26KJ/(Kg·K)，1求膨胀终了时气体的压力？P(V-V)=90P=4.22×105Pa1 2 2P=1.35×105Pa3１．1Kg氢气从8m3可逆绝热压缩到5m3，然后定压膨胀到初容积，求全过程的内能变化量、功与热量以及终态压力和温度。气体的初始温度为-30℃，定容比热C=10.22KJ/(Kg.K)。v由可逆绝热过程1－2，T=293.26K，由状态方程，P=P=2.44bar 2 3 2T=Tv/v=469.2KΔu=Cv(T-T)=2311.8KJ/Kg23 2 13 3 1q=q=Cp(T-T)=(Cv+R)(T-T)=2529.5KJ/Kg 123 23 3 2 3 2W=q-Δu=217.7KJ/Kg１气缸1Kg氢气先从10m3可逆绝热压缩到5m3，然后可逆定压膨胀至初始容积。已知初始温度为17℃,Cv=10.39Kg/(Kg·K)，求全过程的功和热量。按可逆绝热过程1－2得T=382.6K状态方程P=P=3.18bar 2 3由定压过程2－3T=765.2K3Δu=C(T-T)=4937.3KJ/Kg 13 v 3 1q=q=Cp(T-T)=kC(T-T)=5565.6KJ/Kg 23 3 2 v 3 2W=q-Δu=628.3KJ/Kg２．有一容积V=0.5m3的空气瓶，内装有P=10MPa,T=300K的压缩空气用来启动柴油机，启 1 1动后瓶中空气压力降低为P=4.5MPa，温度T=300K，问用去了多少千摩尔空气，相当于多少千克？（空气的分子量μ=8.97Kg/Kmol，气可认为是理想气体）Δn=n-n=1.103(千摩尔) 1 2Δm=μ×Δn=31.9(Kg)２．容积V=0.6m3的钢瓶内装有压力P=120bar，温度T=300K的压缩空气，打开压缩空气瓶上阀门用以启动柴油机。假定留在中的空气进行的可逆绝热膨胀。设空气的比热为定值，R=0.287KJ/(Kg·K)。1)问瓶中压力降低到P=70bar时，用去了多少千克空气？这时2瓶中空气的温度是多少度？2)过了一段时间后，瓶中空气从室内空气吸热，温度又逐渐升高，最后重新恢复到300K，问这时空气瓶中压缩空气的压力P多大？21)由绝热过程T=257K2Δm=m-m=26.7Kg 2 1 22)P=81.7bar2２．已知2.8Kg温度为7℃的氮气先从2.3m3被可逆绝热压缩到1.3m3，然后在定压下可逆膨胀到初始容积，氮气的比热C=0.742KJ/(Kg·K)，求全过程的功。先求得初压P=1.012bar压缩终压力P=2.25bar，压缩终温T=352K，全过程的功 1 2 2W=W+W=75.4KJ。123 12 23第五章１．某热机工作于高温热源T=2000K和低温热源T=300K之间，循环功净为1500KJ， 1 2工质向低温热源放热为500KJ，求该热机的热效率及同温限间卡诺循环的热效率，并问该热机是否可逆？η＝75％；η＝85％，该热机是不可逆的；２一再进行不可逆绝热过程２－３，最后经可逆等温过程回到初态。已知t=27℃,t=527℃，环境温度等于初温，过程２－３的熵增为 1 20.1KJ/(Kg·K),C=1.005KJ/(Kg·K)，求该循环的平均吸热温度、热效率及作功能力损失。平均吸热温等于509.6K，放热量为325.8KJ/Kg，热效率为35.2%，作功能力损失为30KJ/Kg；3．工质在热源T=1000K和冷源T（即环境温度）=300K之间进行热动力循环，每Kg工质从热源吸热1000J，工质吸热时热源有200K的温差，工质放热时与冷源有20K的温差，工质的膨胀过程是可逆绝热的，工质的压缩过程是熵增为0.3KJ/(Kg·K)的绝热过程。求热效率及每Kg工质的可用能总损失。放热量q=[0.3+q/(T-200)](T+20)=496KJ/Kg，从而热效率为50.4%，作功能力损失I＝ 2 1 H 0T(-q/T+q/T)=196KJ/Kg；1 H 2 04．热机在热源T=1000K和冷源T=290K间工作，热效率为40%，若从高温热源吸取热量0Q=100KJ，则作出的循环功正好用以带动工作于T=360K和T之间的热泵，设热泵系数为1 H 03.5，求热泵向T的供热Q，若Q>Q，这是否符合孤立系统的熵增原理？ H H H 1热泵向T的供热Q＝140KJ，以全部热源及热机、热泵为孤立系统的熵变化量为0.151KJ/K，符合孤立统的熵增原理。5．可逆机Ｅ与T=420K、T=630K、T=840K三个热源都有热交换，当热源T放热1260KJB C C时，Ｅ有循环净功210KJ，求此时热源T与工质的换热量，并指出热源T是吸热还是放热。根据热力学第一定律和孤立系统的增原理，列出两个方程，由此得热源T与工质的换热量为1260KJ（吸热）。6．工质从温度为300K的热源吸热6000KJ后，工质的熵增为25KJ/K，试通过计算说明此过程是否可逆。取热源和工质为孤立系统，可得该孤立系统的熵变化量为5KJ/K，故过程不可逆；7．一千克空气先进行可逆定温吸热过程１－２，再进行不可逆绝热膨胀过程２－３，最后经n=1.2的可逆多变过程回到初态。设t=527℃，t=27℃，过程１－２的熵增为30.6KJ/(Kg·K)，多变过程的