工程热力学本科生期末复习题2答案

一推断题1.匀称则确定平衡。反之平衡也确定匀称；（×）2.稳定状态确定是平衡状态；（×）3.推断一个热力过程是否可逆的条件是准平衡过程且无耗散效应；（√）4.焓只有在流淌工质中才存在；（×）5.对于定压过程热力学第确定律的表达式可写为；（√）6.闭口热力系汲取确定热量后，其熵确定增大；（√）7.用压力表可以干脆读出确定压力值；（×）8.自发过程为不行逆过程，非自发过程必为可逆过程；（×）9.可用于准平衡过程求功量；（×）10.热力系没有通过边界与外界交换能量，系统的热力状态也可能改变；（×）11.初、终态相同的热力过程，不行逆过程的熵变大于可逆过程的熵变；（×）12.随意可逆循环的热效率都是ηt=1-T2/T1；（×）13.经不行逆循环，系统和外界均无法完全复原原态；（×）14.志向气体的Cp,Cv值与气体的温度有关，则它们的差值也与温度有关；（×）15.气体的比热可以从-∞改变到+∞的任何值；（×）16.志向气体的比热容与工质、温度和过程有关；（√）17.志向气体随意两个状态参数确定后，气体的状态就确定确定了；（×）18.志向气体的的焓只和温度有关，是状态参数，而实际气体的焓不是状态参数；（×）19.工质稳定流经热力设备时，所做的技术功等于膨胀功减去流淌功；（√）20.多变过程即随意过程；（×）21.工质进行了一个吸热、升温、压力下降的多变过程，则多变指数n满意0<n<1；（√）22.定温压缩是压气机最志向的工作模式；（√）23.余隙容积的存在是耗功量增大；（×）24.制冷系统的制冷系数确定大于1；（×）25.三种动力系统中蒸汽动力系统的效率是最高的，因为其最接近卡诺循环；（×）26.绝热节流的温度效应可用一个偏导数来表征，这个量称为焦耳-汤姆逊系数。它是一个状态的单值函数。实际气体节流后温度可能上升、降低或不变；（√）27.志向气体流过阀门，前后参数改变为Δs>0，ΔT=0；（√）28.对于缩放喷管，出口压力随着背压的改变而改变，故其流量也随着背压的改变而改变；（×）29.对于减缩喷管，当时，减低流量保持不变；（√）30.渐缩喷管出口气流的马赫数可以是随意非负数；（×）31.喷管的流淌过程中确定能达到当地音速；（×）32.湿空气的相对湿度下降，湿空气中所含水分不确定削减；（√）33.水蒸气的焓熵图上，湿蒸气区的等温线既为等压线，是一组斜率相同的倾斜直线；（×）34.对于饱和空气，；（√）35.对未饱和空气进行降温，含湿量先保持不变，再降低；（√）36.对于水（蒸汽），随意两个状态参数可确定其状态；（错）37.相对湿度较高的空气，其露点温度也较高；(×)38.湿饱和蒸汽的焓等于饱和水的焓加上干度乘以汽化过程中1kg饱和水变成干饱和蒸汽所汲取的热量；(√)39.过热蒸汽的温度总是大于未饱和水的温度；(×)40.湿空气在总压力不变，干球温度不变的条件下，湿球温度愈低，其含湿量愈小。（√）二图示题1.利用p—v图、T—s图分析多变指数1<n<k范围内的膨胀过程的性质。解：首先在p—v图、T—s图上画出四条基本过程线作为分析的参考线，然后依题意画出多变过程线1-2，如下图所示：过程线1-2在绝热线的右方和定容线的右方，这表明是热膨胀过程（即q和w均为正）。又过程线在定温线的的下方，表明是一降温过程。2.在p—v图上OA、OB为志向气体的多变过程，在表中填上这2个过程的⊿T、W、Q的正负号，并在p—v图上画出过程OC。解：3.依据给出的志向气体的T—S图，推断下列各过程参数的正负并填表（写出计算过程）。.解：4.如下图所示。图上OA，OB为志向气体多变过程，在给出的下表中填写上这2个过程中△T，W，Q的“+”，“-”号；并在图上表示出OC过程。（8分）过程△TWQABC-+-vv解：（共8′）A、B过程每空1′，C过程线2′。（共8′）A、B过程每空1′，C过程线2′。TTsvpBAC过程△TWQA＋－－B＋＋＋C-+-5.试在T—S图上把志向气体随意两状态间的热力学能和焓的改变表示出来（简要写出推到过程）。.解：6．将下图所示的水蒸气的饱和曲线和各热力过程相应地画到T—S图中。其中2-6、1-4、5-8为等温线，2-5-7为等熵线，1-C-2、3-4-5-6为等压线；解：7.某气体工质经验可逆等温吸热过程1-2，可逆多变膨胀过程2-3(κ>n>1),可逆等温放热过程3-4，等熵压缩过程4-1画出该循环的p-v图和T-s图。解：pp142T4123s3v8．定性地画出压缩蒸汽制冷循环的焓熵图。解：33412sT9．对于未饱和空气，它的干球温度、湿球温度及露点温度三者那个最大？那个最小？对于饱和空气，三者的大小关系又如何？在图上表示之。（4分）解：sTtdsTtdttw未饱和湿空气：t>tw>td（1′）饱和湿空汽：t=tw=td（1′）10.试画出蒸汽压缩制冷循环的T—S图，并用各状态点的焓值表示其制冷系数。11．试在T—S图上分别画出汽油机志向循环和柴油机混合加热志向循环。12.在T—S图画出基本的朗肯循环和带再热循环，并简要说明再热循环的好处。解：再热循环可以提高循环热效率和提高汽轮机出口蒸汽的干度。13．定性画出内燃机三种志向循环的、图。解：混合加热：vvspT4512323415定容加热：ppVTs23412143定压加热：ppTvs3214342114.定性地画出燃气轮机定压加热循环的、图。（6分）解：ppTvs32143421三简答题1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系确定是闭口系统吗？答：不确定。稳定流淌开口系统内质量也可以保持恒定。2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不行分割，所以开口系统不行能是绝热系。对不对，为什么？答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。3.促使系统状态改变的缘由是什么？答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。4.经验一个不行逆过程后，系统能否复原原来状态？包括系统和外界的整个系统能否复原原来状态？答：经验一个不行逆过程后系统可以复原为原来状态。系统和外界整个系统不能复原原来状态。5.工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出的功中是否要减去活塞排斥大气功才是有用功？答：不确定。主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。6.能否由基本能量方程得出功、热量和热力学能是相同性质的参数结论？答：不会，可知，公式中的为热力学能的差值，非热力学能，热力学能为状态参数，与过程无关。7.热力学能就是热量吗?答：不是，热是能量的一种，而热力学能包括内位能，内动能，化学能，原子能，电磁能，热力学能是状态参数，与过程无关，热与过程有关。8.热力学第确定律解析式有时写成下列两种形式：分别探讨上述两式的适用范围.答：适用于任何过程，任何工质。可逆过程，任何工质9.绝热过程的过程功和技术功的计算式：=，=是否只限于志向气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？答：不只限于志向气体和可逆的绝热过程。因为和是通用公式，适用于任何工质任何过程，只要是绝热过程无论是可逆还是不行逆。所以=，=不只限于可逆绝热过程。10.请归纳热力过程中有哪几类不行逆因素？答：。不行逆因素有：摩擦、不等温传热和不等压做功。11.当有摩擦损耗时，喷管的流出速度同样可用来计算，好像与无摩擦损耗时相同，那么摩擦损耗表现在哪里呢？答：摩擦损耗包含在流体出口的焓值里。摩擦引起出口速度变小，出口动能的减小引起出口焓值的增大。12.既然绝热节流前后焓值不变，为什么做功实力有损失？答：衡量做功实力是熵，不是焓值。节流过程是个不行逆过程熵增，做功实力必定损失。13假如由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法，气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩，这时是否还须要采纳分级压缩？为什么？答：我们采纳分级压缩的目的是为了减小压缩过程中余隙容积的影响，即使实现了定温过程余隙容积的影响仍旧存在，所以我们仍旧须要分级压缩。14压气机按定温压缩时，气体对外放出热量，而按绝热压缩时不向外放热，为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济？答：绝热压缩时压气机不向外放热，热量完全转化为工质的内能，使工质的温度上升，压力上升，不利于进一步压缩，且简洁对压气机造成损伤，耗功大。等温压缩压气机向外放热，工质的温度不变，相比于绝热压缩气体压力较低，有利于进一步压缩耗功小，所以等温压缩更为经济。15从内燃机循环的分析、比较发觉各种志向循环在加热前都有绝热压缩过程，这是否是必定的？答：不是必定的，例如斯特林循环就没有绝热压缩过程。对于一般的内燃机来说，工质在气缸内压缩，由于内燃机的转速特别高，压缩过程在极短时间内完成，缸内又没有很好的冷却设备，所以一般都认为缸内进行的是绝热压缩。16依据卡诺定理和卡诺循环，热源温度越高，循环热效率越大，燃气轮机装置工作为什么要用二次冷却空气与高温燃气混合，使混合气体降低温度，再进入燃气轮机？答：这是因为高温燃气的温度过高，燃气轮机的叶片无法承受这么高的温度，所以为了爱护燃气轮机要将燃气降低温度后再引入装置工作。同时加入大量二次空气，大大增加了燃气的流量，这可以增加燃气轮机的做功量。17为什么压缩空气制冷循环不采纳逆向卡诺循环？答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。18混合气体中假如已知两种组分A和B的摩尔分数xA>xB，能否断定质量分数也是ωA>ωB？答：否。，质量分数还与各组分的摩尔质量有关。四、计算题1.设热源温度=1300K，冷源温度等于环境温度=288K，热机的工质吸热平均温度为=600K，放热平均温度=300K。已知热机的热效率是以工质吸放热的平均温度作为卡诺循环效率的80%，若热机从热源吸热100kJ求：1）吸放热量的可用能；2）实际热机所做出的功；3）热机和热源、冷源整个装置的熵的改变量；4）整个装置的做功实力损失。解：2.有一热力循环，工质为空气，分别经验以下过程，由15℃，0.5MPa，定压加热到200℃，然后绝热膨胀，温度降低到100℃，接着定容冷却到15℃，最终等温压缩到初始状态。全部过程都是可逆的，试求循环热效率，并将该循环画在、解：vv1234p1234Ts1点，15℃，0.5MPa；2点：0.5MPa；，200℃；三点：100℃，＝0.438MPa；4点：15℃，＝0.338MPa；循环的吸热量为：＝185.93kJ；循环的放热量为：＝93.3则循环热效率为49.8％3.某刚性容器内储有700㎏的空气，其初始压力=0.103MPa，=5℃，为了使其温度上升到27℃，设空气为志向气体，比热为定值，试求：1）需加入多少热量？2）若这些热量由=400K的热源传给容器，则容器内空气与热源熵增为多少？3）若状态改变只是从一个功源汲取能量实现，则空气与功源的熵增又为多少？解：4.1kg空气经验可逆过程a-b-c，其中a-b为多变指数n=0的多变过程，b-c为n=K的过程（K：绝热指数）。已知，，若比热为定值，求过程a-b-c的热力学平均温度.解：5、某蒸汽动力循环，初参数为9MPa，530C的水蒸气，经主汽门绝热节流后成为8MPa的水蒸气进入可逆绝热的汽轮机中膨胀作功，直到压力降为0.004MPa试求：1）与没有节流相比，由于节流，单位工质在汽轮机中的功改变了多少？2）节流引起的作功实力损失是多少？已知环境温度为25C3）节流后循环的热效率为多少？4）将过程和作功实力损失示意地画在T-s图上；已知饱和水和饱和水蒸气的有关参数如下表：p[MPa]ts[C]h’[kJ/kg]h’’[kJ/kg]s’[kJ/kg.K]s’’[kJ/kg.K]0.00428.9533121.32553.450.42218.47258.0295.0481316.52757.703.20665.74309.0303.3851363.12741.923.28545.6771已知过热水蒸气的有关参数如下表：p=8[MPa]p=9[MPa]t[C]h[kJ/kg]s[kJ/kg.K]h[kJ/kg]s[kJ/kg.K]5203446.06.78483435.06.71985303470.46.81533459.76.75095403494.76.84533484.46.7814解：1)未节流时节流后同样可求2)节流引起的作功实力损失3)节流后循环的效率循环吸热量则效率4)图6.活塞式内燃机的定容加热循环，其初始状态为p=0.1MPa，t=25℃，压缩比()=8。对工质加入热量为780kJ/kg，工质视为空气（R=287J/kg·K,=1.004kJ/kg·K）。1）画出循环的p-v图及T-S图；2）计算循环的最高压力及最高温度；3）求循环热效率和净功量；4）分析提高循环热效率的热力学措施解：（1）(2)（3）(4)提高压缩比7．容积V=0.5m3的空气初压=0.3MPa,初温=150℃,经膨胀过程到终态=0.08MPa,=20℃,求过程中热力学能,焓及熵的改变量。空气作为志向气体,其比热容可取定值,气体常数=287J/(kg·K)；=1005J/(kg·K)。解：由状态方程得=1.24kg由迈耶公式得=718kJ/(kg·K)热力学能的改变为=114.8J焓的改变为=162.0J熵的改变为=12.68J/K8．空气初态为=0.1MPa、=20℃，经过两级活塞式压气机后，压力提高到2.5MPa，假定各级压缩过程的多变指数n=1.3。试求：（1）以耗功最小为前提的各级压比；（2）生产1kg压缩空气理论上消耗的功；（3）各级气缸的出口温度；（4）若采纳单级压缩，压气机消耗的功及出口温度。已知：Rg=0.287kJ/(kg·K)，cp=1.01kJ/(kg·K)。2．解：压缩机工作过程p-v图如下（1）由题意耗功为①其中p2为变量，故对其求导可得满意时，为压缩机最小耗功量即=5（2）由①式得=327.79kJ/kg