热力学试题集-合成

1.某工学院《工程热力学》期末考试试题(84热能及市热能班")

一.试回答下列各问题(本题42分，每小问7分)

(1).何谓湿蒸汽？何谓湿空气？湿蒸汽中的水蒸气和相对湿度中<100%的湿空气中

的水蒸气所处的热力状态有何不同？

(2).当升压比很大时，活塞式压气机必须采取多级压缩和级间冷却。试说明其原因。

(3).定性地说明绝热节流的主要特征和状态参数(包括焰、压力、燃和燃灿］)的

变化趋势。

(4).试利用端方程。=丝+迫(即嫡的变化量等于嫡流加嫡产的关系)来说明

TT

对于不可逆循环必然存在克劳修斯不等式/丝］<0。

7J不可逆

(5).当忽略进口流速时.，根据能量方程喷管出口流速总是等于二倍焰降再开平方的

关系。显然，有摩擦的绝热流动与无摩擦的绝热流动相比，总是会带来损失的。试仅仅

对于当进口焰值相同并维持相同的出口压力时，画出h-s示意图，并指明摩擦损失表现

在哪里？

(6).如果将稳定流动能量方程式写成

］2

Q-AU=W=^(pv)+—机△c~+mgAz+Wi=A(pv)+AWi

试从能量守恒和转换方面简要阐明上式的物理意义。

(本题10分)试分别填写表(1)和表(2)中所缺的数据。

闭口系统A表⑴闭口系统B表(2)

W路径过程W

Q5u2\uQ

(a)2413()8()X1-210()

(b)-8()()62-18丫2-1-7-4

(c)()-17-12()20z2-1()-8

条件说明：条件说明：

对于闭口系统A进行表(1)中任何对于闭口系统B沿路径x由

一个过程。状态1变化到状态2,然后沿另外

两个不同的路程y和z中任何一条

回到初态。

*沈阳大学第一届热能工程专业，由某工学院代培。

三.(本题20分)一氧化碳气体盛于活塞-汽缸中，压力Ibar,温度27℃,将该气体分

别经历过程A和过程B：

(1).在过程A中气体在定容下被加热至压力升高一倍，然后在定压下膨胀到容积为

初容积的三倍；

(2).在过程B中同样的气体由同样的初态首先定压膨胀到容积为初容积的三倍，然

后定容加热到压力升高一倍。

试求：(a).在同一个p-v图及T-s图中画出过程A和过程B；

(b).分别对A、B两过程求其总热量、总功量以及总内能(热力学能)变化

量各为多少kJ/kg。

已知CO气体R=0.297kJ/(kgK)；cp=1.042kJ/(kg-K)；c,.=0.745kJ/(kg-K)

四.(本题10分有1000kg温度为0℃即T冰=273K)的冰，在温度为20℃即7>293K)

的大气环境中融化成0℃的水(冰的融解热为335kJ/kg),这时热量的作功能力损失了。

试求

(1).大气和冰不等温传热时的燧增量和作功能力损失，并用T-s图定性地表示出来;

(2).如果在大气与这冰块之间放入一个可逆热机，求该热机能作出的功量，并用数

值结果验证可逆热机的作功量就等于不等温传热时的作功能力损失。

五.(本题18分)

有一过热的理想朗肯循环(如图所示)。其汽

轮机的进汽压力0=3Obar,进汽温度九=500℃,冷

凝压力P2=0.1bar,试求：

(1).乏汽的干度也；

(2).每公斤蒸汽在汽轮机中的作功量WT；

(3).理想朗肯循环的热效率加

设已经查得//i=3456.5kJ/kg,

Si=7.2338kJ/(kg-K)。

当02=0.1bar时，

有Zi'=l91.84kJ/kg；〃”=2584.4kJ/kg；

s'=0.6493kJ/(kg-K)；s”=8/525kJ/(kg-K)

53

水泵耗功tVp=v2(pi-p2)=0.00101x(30-0.1)x10x10-=3.0kJ/kg

(完)

答案：

1.湿蒸汽是处于饱和蒸汽压力和饱和蒸汽温度下的汽水混合物，其中水蒸气处于

饱和状态；

湿空气是含有水蒸气的空气，相对湿度”100%的湿空气中的水蒸气处于过热状态。

2.活塞式压气机排气过程达到终点时，活塞端部和气缸底部之间的间隙就叫余隙

容积。余隙容积中的气体在排气过程中不能被排出气缸外，随后的吸气过程中，它们首

先膨胀，从而影响了吸气，导致容积效率下降。升压比越大，余隙容积的影响越严重。

活塞式压缩机工作速度很快，所以压缩过程近似于绝热压缩，一级压缩终了时温度很高,

比容较大，耗功较多。使用多级压缩、级间冷却可以解决这些问题。

3.绝热节流的特征是节流前后流体熔相同，压力有所损失。因此，节流后压力降

低，理想气体温度不变（大部分气体温度下降、转回区温度上升），嫡增大，烙烧减少。

4.如图所示，1A2为可逆过程，2B1为不可逆过程。

Vg驾也

「.小屋臀

•/#5=0（状态参数，循环积分为零）

1r、T

■：“w总是大于零的（对于不可逆过程）

>0

・・.悭二.第

<0

J7jf

从而证明<0

不可逆

5.P2不变时，比'将大于色，损失表现为出口速度降低

（速度损失）。（当出口烙值相同，即S「/l2州域=（加5）

石巡时，出口速度不变，损失表现为出口压力降低（压

力损失。））

6.系统接受的热量除了提供内能（热力学能）的增量，

其余部分转化为功，其中一部分功成为推动工质流动

的推动功（流动功），另一部分转换成为动能增量、势能增量和或轴功而为外界所利

用。动能增量、势能增量和轴功合在一起是为技术功。

—.如下表：

tB

Qw55AU路径过程Qw

(a)2413(-3)8(11)x1-210(13)

(b)-8(10)(80)62-18Y2-1-7-4

(c)(3)-17-12(8)20z2-1(-11)-8

三.如图所示

(A路径)TA=T1=2x300/1=600K

P\

^1A=cvA7'IA=0.745x(600-300)=223.5kJ/kg,vvIA=0

枕■7A=3X600=1800K

qA2=CpATA2=1.042x(1800-600)=1250.4kJ/kg

WA2=PAAVA2=^ATA2=0.297X(1800-600)=356.4kJ/kg

q।A2=qjA+4A2=223.5+1250.4=1473.9kJ/kg

j

vv।A2=WIA+HA2=0+356.4=356.4kJ/kg

(B路径)TB=—Ti=3x3OO=9OOK

qiB=C,4T।B=1.042x(900-300)=625.4kJ/kg

卬iB=〃i△力B=AAT】B=0.297X(900-300)=178.2kJ/kg

7'B=2X900=1800K

PB

^B2=CVATB2=0.745X(1800-900)=670.5kJ/kg

WB2=0

/.<7iB2=^iB+^B2=625.2+670.5=1295.7kJ/kg

W]B2=W1B+WB2=178.2+0=178.2kJ/kg

内能(热力学能)变化与路径无关，

AM=q-vv=1295.7-178.2

=1473.9-356.4=1117.5kJ/kg

四.(1)^S=Q/T=tnq/T=1000x335/273

=1227.1kJ/K(吸热)

△So=Q/T(尸"应/T()=1000x(-335)/293

=-1143.3kJ/K(放热)

△Siib>^=AS+A5()=1227.1+(-1143.3)

=83.8kJ/K

/=7oASft;^=293x83.8=24542.12kJ

(2)T]e=l--=1-273/293=0.068

G

注意到Q=Qo(l-7)，则由w=Q0-Q得

w=Q(——)-Q=mg(—)-mg

IIf

=1000x335(——!—)-1000x335

1-0.068

=24542.12kJ

显然，可逆热机的作功量就等于不等温传热时的作功能力损失。

五VS!=7.2338kJ/(kg-K),；・s2=7.2338kJ/(kg-K)

7.2338-0.6493

・•・⑴=0.8778

8.1505-0.6493

,,

・・・h2=h(l-x2)+h\2=191.84x(l-0.8778)+2584.4x0.8778=2292.01kJ/kg

(2)wT=h|-h2=3456.5-2292.01=1164.5kJ/kg

卬7一Wp1164.5-3.0

(3)r)F=35.61%

%一("+%)3456.6—(191.84+3.0)

2.某工学院84级热能工程专业《工程热力学》期末考试补

考试题

选择题

下列各题中，你认为正确的请在括号内划（Y）,不正确或不全面的请在括号内

划（X）O

1.在确定的两态之间，理想气体的嫡差计算公式为

As=Cpln&-Rin—()

T|丹

2.使系统端增大的过程一定是不可逆过程。()

3.可逆循环的热效率不可能等于lo()

4.制冷系数有可能大于1»()

5.卡诺循环的热效率总比任意实际循环的热效率要高。()

6.在临界点上，饱和液体的焙一定等于饱和蒸汽的熔。()

7.某液体的温度为3若其压力大于t对应的饱和压力，则此液体—

定处于未饱和液体状态。（)

8.〃一图上可以表示出的三相变化，所以称为相图。()

9.一热力系经历一个不可逆过程，其燃有可能减少。()

10.等容过程加热量的计算式可以适用于任意气体。()

11.对于喷管来说，其背压降得愈低，则其出口流量将愈大。()

12.不可逆过程中，工质的嫡减少了，则工质的燧也必减少。()

13.不可逆过程就是不能反方向进行的过程。()

14.不可逆过程的前后状态参数变化无法计算。()

15.绝热过程一定是定炳过程。()

说明下列公式应用条件:

=

1.AsCpln——+cvln'〜；

口Pi

k-]

2・■件厂

T\\P3）

3.jpdv=-卜dp

4.q=Ah+4-Wt

5.，尸1-支

T'I

三.简要回答下列问题：

I.在蒸汽动力装置中，你认为作功能力损失以何处为最大？如何改进？

2.不可逆过程中的嫡变化如何计算？

3.简要说明多级压缩中间冷却的目的。

4.如何确定一多变过程的多变指数？

四.在T-s图上画出一个具有一级回热、一次再过热的蒸汽动力循环，并根据图上

所标字母写出下列各量的计算公式（忽略泵功）。

①循环加热量；②循环作功量；③循环热效率；④理想汽耗率：⑤抽汽

量。

答案：

—.1.x；2.X；3.&4.45.&6.Y；7.《8.49.7；10.x；11.x；12.

13.x；14.x；15.xo

1.理想气体，任意过程；2.理想气体，可逆绝热过程；3.任意气体，可逆定温过

程；4.任意工质，任意过程；5.任意工质，可逆循环。

三.

1.在蒸汽动力装置中，锅炉内部由高温烟气和火焰向炉水传热是作功能力损失

最大的环节。应当尽可能提高给水入炉温度，减少传热温差。另一个措施是,

在蒸汽动力循环之上，复合一个在较高温度下工作的动力循环，例如燃气轮

机循环，以充分利用高温烟气和火焰与炉水之间上千摄氏度的温差。

2.只要知道起讫点状态，不可逆过程中的嫡变化可以按可逆过程的方法进行计

算，例如对于理想气体，可以使用As=cjn卫+Rln^、Asucpln卫-Rin正和

7；v,I；Pi

△s=cjn红+c、Jn立，因为嫡是状态参数，其变化仅与起讫点的热力状态有关,

hPi

与过程无关。

3.多级压缩，中间冷却的目的有两个：一是可以使压缩过程接近等温，减少压

缩机耗功；二是可以减轻余隙容积的影响。

4.如果已知过程起讫点的状态参数（pi,vD、（p2,v2）,则多变指数

InP）-InPi

n=---=-------o

Inv2-InV]

四题图

四.该循环如图所示，其中a为回热抽汽率，即单位质量工质中回热抽汽所占的份额。

_

①循环加热量qi=（hi-h8）+（hbha）；

②循环作功量w=（h1-ha）+（hb-h7）+（l-a）（h7-h2）；

③循环热效率n,="=依一心）+瓦一小）+--①①一色）；

力（h,-h8）+（hb-ha）

④理想汽耗率d0=—=7-----「-----\---------------；

wo伍1-1）+值—/）+（1-a）（-—九2）

⑤抽汽量D抽汽=aD（）o

3.某工学院《工程热力学》期末考试试题（86级热能工程系）

解释下列概念（20分）

1.热力平衡态；2.准静态过程；3.干度；4.汽化潜热；5.过热度；6.含湿量;

7.露点；8.相对湿度；9.热量灿h10.热力爆。

二.空气由同一初态1开始，经可逆绝热膨胀、定温膨胀和多变膨胀到同一终压。又由

同一初态1开始，经可逆绝热压缩、定温压缩和多变压缩到同一终压。试回答：（填入

括号内）（10分）

⑴哪一个过程膨胀功最小（）；

⑵哪一个过程膨胀技术功最大（）；

⑶哪一个过程嫡变最大（）；

（4）哪一个过程压缩终态温度最高（）；

⑸哪一个过程压缩技术功最小（）。

三.1升（I立方分米）空气，在压力pi=latm（latm=101325Pa）,温度h=15'C时，进

行定压加热到t2=200℃,然后，绝热膨胀到t3=100℃,接着又定容冷却到L=15℃,最后，

定温压缩又重新回到原来的初态，完成了一个循环。若过程均为可逆，k=7/5的理想气

体。试定性画出过程的p-v图及T-s图，求出循环净功和循环热效率。（用SI制）（20

分）

R.可逆热机分别从两个恒温热源TI和T2吸收同样的热量，并向•个恒温冷源T3排放

热量。试用「、T2及T3写出可逆机热效率的表达式（最简式），若T|=1000K,T2=500K,

T3=293K,则5=?T5分）

五.已知通过喷管的空气压力pi=5bar,温度T1=600K,流量；=1.5kg/s,若必须保证喷

管出口截面处压力p2=lbar（k=1.4）,试问：①采用什么型式的喷管；②略去喷管进

口速度5切，求喷管出口速度C2；③若工质在喷管内是不可逆绝热流动，喷管效率

r|=0.95,求喷管实际出口速度C2'?实际出口截面A??（20分）

六.试利用热力学参数间的微分关系证明理想气体内能（热力学能）与比容无关（要求

步骤严密）（15分）

答案：

1.热力学分析中所涉及的热力学系统的状态通常都要求是热力学平衡状态，简称

平衡状态。如果组成热力学系统的各部分之间的温度均匀一致，且等于外界的温度，则

该热力系统即处于热平衡。如果热力系统内部无不平衡的力，且作用在边界上的力和外

力相平衡，则该热力系统即处于力平衡。为了能够实现平衡状态，必须满足力平衡、热

平衡两个条件。如果热力系统内还存在化学反应，则尚应包括化学平衡。

2.热力系统从一个平衡状态出发，连续经过一系列（无穷多个）平衡的中间状态,

过渡到另一个平衡状态的过程。

3.湿蒸汽中，纯水蒸气的质量分数（成分、浓度、百分比）o

4.饱和状态下，单位质量的水从饱和水完全变成饱和蒸汽所吸收的热量称为汽化

潜热。等于干饱和蒸汽的焙减去饱和水的熔。

5.过热蒸汽温度高于其压力所对应的饱和温度的部分。即过热蒸汽温度与饱和温

度之差。

6.为了准确计量湿空气含有的水分，按单位质量（一般是1千克）的干空气计算

的湿空气所包含的水蒸气质量。

7.湿空气中水蒸气的分压力对应的饱和温度，当湿空气降温至低于该点时.，湿空

气中的部分水蒸气将以露水的形式析出。

8.湿空气中水蒸气的分压力pv，与同一温度、同样总压力的饱和湿空气中水蒸气

分压力Ps（t）的比值，称为相对湿度，一般以「表示。

9.一定温度的环境条件下，系统（其温度高于环境温度）所提供的热量中可转化

为有用功的最大值。

10.??

二.1.绝热膨胀；2.定温膨胀；3.定温过程；4.绝热压缩；5.定温压缩。

三.p,=101325Pa.t|=15℃,V,=0.001m\p2=101325Pa,t2=200℃

些=0.001x(273+2。。)co。]642m3

'T](273+15)

_L1.4

(KV-i(100+273^4^1

t=100℃,P3=P2皂=.xl01325=44124.88Pa

3"2J1200+273；

3

V3W2但=(200373T.4-ix0001642=0e002973m

,[T3)<100+273；

315+273

V4=V3=0.002973m,t4=15℃,p4=p.=44124.88x=34069.6Pa

T3100+273

k1

Qi2=mcp(T2-T1)=---mR(T2-Tj)=---(p2V2・p】V1)

k-Lk-1

=x(101325x0.001642-101325xO.OOl)=227.68J

Q23=0

QM=mc(T4—T3)=---mR(T4—T3)=---(p4V4-p3V3)

vk-1k-1

=x(34069.6x0.002973-44124.88x0.002973)=-74.74J

Q4i=W4i=p4V41nL=34069.6x0.002973xln—=-110.36J

V40.002973

循环净功等于循环净热量：AWnet=AQnel=SQi=227.68-74.74-110.36=42.58J

循环热效率：尸外竺=至也=0.1870

Qi2227.68

[W12=P1(V2-V))=101325x(0.001642-0.001)=65.050651

W23=mcv(T2-T3)=」mR(T2-T3)=(p2V2-p3V3)

K-1k-1

=x(101325x0.001642-44124.88x0.002973)=87.98J

W34=0

W4,=pMln五=34069.6x0.002973xln"⑼=-l10.36J

V40.002973

AWnet=ZWi=65.05+87.98-110.36=42.67J1

四.该热机相当于两个卡诺热机A、B分别工作于Ti、T3和T2、T3之间，加热量均为Q,

于是

WA=T|AQA=Q(1-3)，WB=UBQB=Q(1-B)

。「马

+Q1-

W_WW3T

总效率n，=ll)lalA+B,丁3

Qtolal~2Q

2。2T|2T2

----------^-=0.5605

4=1一

2x10002x500

五.①p2=p2/Pl=l/5=0.2<pc=0.546,应当采用缩放型式的喷管（即拉伐尔喷管）。

(1.4-1>

②昌町1-厮J2X~4X287X600X1-0.2^*"=666.58m/s

1.4-1IJ

③一般用“速度系数”或“流动系数”（p来表示气流出口速度的下降，它等于实际

出口流速c£与理想可逆流动的出口流速3之比。用“能量损失系数”，来表示动能的

减少，它等于损失的动能与理想动能之比，且

,=i-6

吉林工业大学华自强编《工程热力学》（人民教育出版社1979年5月第一版，1983年3月9日

恢复高等教育出版社后划归该社，高等教育出版社1986年9月第：版）中提到了喷管效率T]N，定

义为喷管出口的实际流动动能与定熠流动的出口流动动能之比：

Cf2h。-h2

且有HN=(P2

2

所以,=1_(p=l-r(N

Cf2'二(pCf2=Cf2=V0.95x666.58=649.70m/s

1o

ho-h2=-e1/=Cp(T0-T/)

cf264970

T?=T0--^=600-=389.78K

2cp2x1004

V2'=RT27P2=287x389.78/100000=1.1186686m3/s

1.5x1.1186686

出口截面积=0.002583m2

649.70

六.关于内能（热力学能）的热力学一般关系式第一式为

du""停[

-p]dv

将理想气体状态方程pv=RT对T求导，得

代入du关系式

ITS（部

-p|dv=cdT+[T--p]dv=cdT

vVv

上式意味着，理想气体内能（热力学能）与比容无关，仅与温度有关。

4.某大学热能工程专业92级《工程热力学》试题

一.填空：

1.确定一个简单可压缩系统的状态的独立变量（状态参数）有一个。

2.在研究任何热力问题时，根据研究的目的，选取某•个或几个指定实体作为分

析研究的对象。这个被选定的对象称为,简称，而以外的

所有其它实体统称为O

3.描述系统状态变化途径的方程称为。

4.范德瓦尔方程是对进行修正得到的，用于描述性

质的最简单的。它包括一项修正，一是考虑分子间相互吸引力使压力

减少了，一是考虑分子本身占据一定体积，使分子自由活动空间减少。

5.当p=0.006112bar,t=0.01℃时，水处于状态；当p=22L20bar,t=374.15

℃时，水处于状态。

6.在两个不同温度的之间工作的所有热机，没有任何热机的

_比热机的更高。

7.热力学温标的理论依据是，它不依赖于任何测温物

质的,只决定于循环中所传递热量的比例，因而具有普遍意义。

二.回答问题：

1.若工质经历一可逆膨胀过程和一不可逆膨胀过程，且其初态和终态相同，问两

过程中工质与外界交换的热量是否相同？

2.卡诺定理是否意味着“热效率愈高的循环，其不可逆性就愈小”？为什么？

3.如流体是不可压缩的，能否用对它作功的方法改变其内能(热力学能)？若可

能的话，这种作功过程是什么样的过程？

4.流体经过一换热器时，由于摩擦而使流体的出口压力低于进口压力。在这种情

况下，其换热量能否用进、出口的焰差来计算？

5.试说明在空气为饱和和未饱和时;露点温度、干球温度和湿球温度的大小关系。

6.渐缩喷管内的流动情况，在什么条件下不受背压变化的影响？什么条件下受背

压变化的影响？

7.动力循环中，什么是回热？有什么作用？

8.多级压缩，中间冷却的作用是什么？

9.系统在完全与外界孤立的条件下，其状态能否发生变化？若能发生变化，这种

变化有什么特征？

10.写出稳定流动能量方程。

三.写出热力学第二定律的开尔文说法和克劳修斯说法，并证明它们的等效性。

四.国产20万千瓦汽轮发电机组的新蒸汽参数为13.24MPa,535℃,排汽参数为5200Pa,

再热参数为2.16MPa,535℃。若忽略泵功，试求再热循环的循环热效率n好

已知：

13.24MPa,535℃时.，h=3427.53kJ/kg,s=6.548kJ/(kgK)

2.16MPa,535℃时，h=3542.83kJ/kg,s=7.493kJ/(kgK)

2.16MPa,259.8C时,h=2921.O8kJ/kg,s=6.548kJ/(kgK)

5200PaII寸，t=336C,h'=140.72kJ/kg,s'=0.486kJ/(kgK),

h"=2562.85kJ/kg,s"=8.382kJ/(kgK)

答案：

一.填空：

1.2；2.热力系统，系统，系统，外界；3.过程方程；4.理想气体状态方程，

实际气体，状态方程，两，4-5.三相共存，临界；6.恒温热源，热效率，可逆

v

热机(卡诺热机)，热效率(与前一个“热效率”算一个答案)；7.热力学第二定律,

性质，卡诺。

二.回答问题

1.不同。因为热量是过程函数。

2.否。在两个确定的恒温热源之间，不可逆循环的热效率低于可逆循环的热效率,

热效率越接近于可逆循环的热效率，其不可逆性越小。但是，不同的恒温热源对，其可

逆循环的热效率也不同，温差大的恒温热源对之间的不可逆循环热效率有可能大于温差

小的恒温热源对之间的可逆循环热效率，因此不能说“热效率愈高的循环，其不可逆性

就愈小”。

3.如封闭体系内的流体是不可压缩的，不能用对它作功的方法改变其内能(热力

学能)»(q=0,dw=pdv=O,所以Au=O)

4.可以。q=Ah+w,,wt=0,所以q=Ah。

5.在空气为饱和时，露点温度=湿球温度=干球温度；在空气为未饱和时，露点温

度e湿球温度＜干球温度。

6.渐缩喷管内的流动，在出口速度等于临界速度时（背压比低于临界压力比时）

不受背压变化的影响；在出口速度小于临界速度时（背压比高于临界压力比时D受背压

变化的影响。

7.回热：利用膨胀作功末段（或完了）的乏气剩余热量加热压缩过程出口的低温

工质称为回热，-•般用来降低平均放热温度，提高平均吸热温度以达到提高循环热效率

的目的。

8.多级压缩，中间冷却的作用有两个：一是可以使压缩过程接近等温，减少压缩

机耗功；二是可以减轻余隙容积的影响。

9.系统在完全与外界孤立的条件下，如果内部不处于热力学平衡，其状态就可以

发生变化。这种变化的特征是使孤立系统的熠增加。

2

10.写出稳定流动能量方程。^=A«+A（pv）+yAc+^Az+vv;

三.克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传给高温物体。

开尔文说法：只从单一热源吸热并将之全部转变功而不留下其他任何变化的热力发

动机是不可能造成的。

如图1所示，某循环发动机E自高温热源看吸热a，将其中一部分转化为机械能

%，其余部分。2=。|-用）排向低温热源72,如果可以违反克劳修斯说法，即热量。2可

以不花代价地自低温热源传到高温热源，如图中虚线所示那样，则总的结果为高温热源

失去热能（0-。2），循环发动机产生了相应的机械能卬0,而低温热源并无变化，相当于

一台从单一热源吸热而作功的循环发动机。所以，违反克劳修斯说法必然违反开尔文说

法。如图2所示，若开尔文说法不成立，则可以从单一热源吸热并招之全部转化为机械

能，将这样一台热机与一台逆向循环的可逆热机即可逆制冷机联合运行，热机输出功全

部输入制冷机制冷，综合两机的情况，可以发现，它们从低温热源净吸取了热量，而向

高温热源净放出了热量，且未消耗外功，从而也违反了克劳修斯说法。

四.(同20.某大学热能工程专业96级学位进修入学试题)

5.热能系92级《工程热力学》期中试题

回答下列问题，要求写出分析判断的过程:

1温度高的物体比温度低的物体含有较多的热能，这种说法对吗？

2膨胀功、流动功、轴功和技术功有何差别？有何联系？试用p-v图和公式说明

之。

3如右图，试填充表中空白。

过程热量Q(kJ)膨胀功W(kJ)

la210

2bl-7-4

lc28

4今有任意两过程a-b、a-c,b^c两点在同一条V

定嫡线上，如图所示。试问Au；,b与哪个大？再设一.3题图

b、C在同一条定温线上结果又如何？

下列说法是否正确？

1功量可以转换成热量，但热量不可能转换成功

量。

2自发过程是不可逆的，但非自发过程是可逆

的。

3从任何具有一定温度的热源取热，都能进行热

变功的循环。

4系统嫡减小的过程无法进行。

5系统嫡增大的过程必然是不可逆过程。

6系统嫡不变的过程必然是绝热过程。

7系统嫡增大的过程一般是吸热过程，可以是放热过程吗？

8系统烯减少的过程一般是放热过程，可以是吸热过程吗？

9不可逆循环过程中，工质的嫡依＞0。

10在相同的初、终态之间进行不可逆过程与可逆过程，则不可逆过程中工质嫡的

变化大于可逆过程中工质病的变化。

11在相同的初、终态之间进行不可逆过程与可逆过程，则两个过程中，工质与外

界之间传递的热量不相等。

12循环热效率越大，则循环的净功越多；反之，循环的净功越多，则循环的热效

率也越大。

答案：

一.问答题

1.不对。物质所含有的热能的多少，既与温度有关，更与物质的量有关。温度的

高低并不能决定物质所含有的热能的多少。

2.如右图所示，膨胀功w是系统状态变化过程中由于体积变化所做出的全部功,

即过程的功；

流动功pv是工质在流动过程中受后续

工质推动而具有的功(作者的观点是：工

质在一定压力P下占有一定体积V所保有

的能量)；

轴功W是通过机械装置传递到系统外

的机械能，即轴上输出的功：

技术功W,是系统状态变化过程中所做

出的全部功(膨胀功)中，技术上可资利

用的部分。

12

w=A(pv)+—Ac+gAz+Wi=A(pv)+wt,

一(2)题图

12A

w尸一AAc-+gAz+Wj

图中,面积12dcl是膨胀功w,解012abl是技术功由,流动功A(pv)=p2V2・pM，

相当于面积2d0a2与面积IcObl之差。轴功在pv图匕不能表示。

3.

过程热量Q(kJ)膨胀功W(kJ)

la21013

2b1-7-4

lc258

4.由于定温线比定嫡线平缓，可知Tb>Tc，所以△uab>AUac。若b、c在同一条定温

线上，贝(JAUab=AUac。

二.判断题

1错误；2错误；3错误；4错误；5错误；6错误；7可以；8不行；

9错误；10错误；11是的；12错误。

6.93级分校热能工程专业工程热力学试题（A）

一.填空（每空0.5分，共8分）：

1.确定一个简单可压缩系统的状态的独立变量（状态参数）有一个。

2.在研究任何热力问题时，根据研究的目的，选取某•个或几个指定实体作为分

析研究的对象。这个被选定的对象称为,简称，而以外的

所有其它实体统称为O

3.描述系统状态变化途径的方程称为。

4.范德瓦尔方程是对进行修正得到的，用于描述性

质的最简单的。它包括一项修正，一是考虑分子间相互吸引力使压力

减少了，另一是考虑分子本身占据一定体积，使分子自由活动空间减少

O

5.当p=0.006112bar,t=0.0rCfft,水处于状态；当p=221.20bar,t=374.15

℃时，水处于状态。

6.在两个不同温度的之间工作的所有热机，没有任何热机的

_比热机的更高。

—.基本知识（每题4分，共32分）：

1.理想气体是一种实际上不存在的假想气体，它作了哪些假设？什么条件下，实

际气体可看成理想气体？

2.在p-v图和T-s图上如何判断过程线1-2的q、Au、Ah、w的正负？

3.同一种工质的两条可逆绝热过程线在状态参数坐标图上可以相交吗？为什么？

4.试分别写出热力学第一定律的第一解析式、第二解析式和稳定流动能量方程式,

并比较它们之间有什么联系？

5.一绝热封闭系统内充满不可压缩流体，若想提高其内能（热力学能），该怎么

办？若想单独提高其焰，又该怎么办？

6.假如进入渐缩喷管的气流有一定的不可忽略的速度，喷管出口外的压力又足够

低，出口截面的压力与进口截面压力之比值是否等于临界压力比？出口速度是否等于当

地音速？

7.试根据摄氏温度与华氏温度的关系，求这两个温标数值相等的温度值。

8.如果由于应用气缸冷却水套以及其它冷却方法,气体在压气机气缸中已经能够按

定温过程压缩，这时是否还需要采用分级压缩？

三.计算题（每题20分，共60分）：

1.过临界点的定温线的一、二阶导数均连续且等于0o已知水的临界点参数为：

pc=221.297bar,k=374.15℃,vc=0.00326m3/kg1,试求其范得瓦尔方程（p+a/v2）（v-b）=RT

中的常数a和b。

2.一个水蒸汽的理想循环，汽轮机的有关参数为pi=3.43MPa,h=435℃,p2=

0.005MPa,不计水在泵中的焰升。求：①朗肯循环的热效率；②和朗肯循环初终温度相

同的卡诺循环的热效率；③朗肯循环的平均吸热温度。已知：

p=3.43MPa,t=435℃时，h=33O5.O38kJ/kg,s=6.970332kJ/（kgK）；

p=0.005MPa时，ts=32.9℃,h'=l37.8199kJ/kg,s'=0.4766404kJ/（kgK）,h"=2561.592kJ/kg,

s"=8.395967kJ/（kgK）o

3.某热机工质的平均吸热温度为T|=1600K,平均放热温度T2=3OOK：而提供热量

的燃气热源其温度为TH=1800K,而冷源为大气环境，其温度为To=28OK,每循环工质吸

热量为Qi=200kJ,试问：

①.由燃气热源取出Qi=200kJ中所具有的可用能是多少？

②.该热机的热效率及每个循环的放热量Q?和循环功Wo各是多少？

③.取燃气热源、热机、和环境冷源为孤立系，其中有哪些不可逆过程?每个不可逆

过程中的嫡产利作功能力损失各为多少？

④.孤立系的总嫡增及总作功能力损失为多少？

答案：

一.填空：

1.2；2.热力系统，系统，系统，外界；3.过程方程；4.理想气体状态方程,

实际气体，状态方程，两，胃，b；5.三相共存，临界；6.恒温热源，热效率，可逆

热机（卡诺热机），热效率（与前一个“热效率”算一个答案）。

二.基本知识

1.所谓理想气体，是一种假想的实际上不存在的气体，假定其分子是一些弹性的、

不占体积的质点，分子间无相互作用力。当压力趋近于零时，实际气体成为理

想气体。

2.

1）沿定容线进行的过程，不作膨胀功。指向定容线左侧的过程，dv<0,工质被压

缩，并接受外功；指向定容线右侧的过程，dv>0,工质膨胀，对外作功。

2）沿定压线进行的过程，不作技术功。指向定压线上方的过程，dp>0,工质压力

升高，作负的技术功（接受外界的技术功）；指向定压线下方的过程，dp<0,

工质压力下降，对外作技术功。

3）沿定温线进行的过程，内能（热力学能）与焰的变化为零。指向定温线上方的

过程，dT>0,工质内能（热力学能）和嬉增加；指向定温线下方的过程，dT<0,

工质内能（热力学能）和焰减少。

4）沿定嫡线进行的过程，即可逆绝热过程，传热量为零。指向定嫡线左侧的过程,

ds<0,dq<0,工质向外传热；指向定埔线右侧的过程，ds>0,dq>0,工质从外

界吸热。

3.不可以。如果可以的话，以该两条相交的绝热过程线和与它们都相交的另一条

过程线（如定温、定压、定容等等）共同组成一个热力循环，该循环只有一个

过程发生传热，显然违反热力学第二定律的开尔文-普朗克说法，进一步研究可

以发现它还违反热力学第一定律。因此同一种工质的两条可逆绝热过程线在状

态参数坐标图上不可以相交。

4.

q=Au+w

A

C_______________\

12

q=Au+A（pv）+—Ac4-gAz+Wj

q=Ah+w(

5.q=Au+w,q=0,dw=pdv=o,所以内能（热力学能）无法提高。q=Ah+wt,q=0,

dwt=-vdp,只要提高压力p,就可以提高不可压缩流体的熔。

6.如果进入渐缩喷管的气流有一定的不可忽略的速度，喷管出口外的压力又足够

低，出口截面的压力与进口截面压力之比值将高于临界压力比。出口速度仍然

等于当地音速。

7.因为如>=』0-32）,所以9心=5"760由于数值上％1=〃，可以计算得

tee=-40℃,tf=-40To

8.需要。因为分级压缩还可以减少余隙容积的影响。

三.计算题

1.（见12.某大学材料与冶金工程学院热能工程系1996级《工程热力学》期末

试题B卷）

2.hl=3305.038kJ/kg,VS]=6.970kJ/(kgK),s2=6.970kJ/(kg-K)

6.970-0.4766

X2==0.8199

8.3960-0.4766

,,,

・・・h2=h(l-x2)+hx2=137.82x(L0.8199)+2561.59x0.8199=2125.07kJ/kg

h3=137.82kJ/kg

hx-h23305.038-2125.07门一

nt=-!——工=-------------------------=37.26%

hx-h33305.038-137.82

循环最高温度：%=435℃,7>708.15K

循环最低温度："=32.9℃,7>306.05K

iI]306.05

力=1——-=1-----------=56.78%

,Th708.15

亍q九一力33305.038-137.82_

l=——=---------=-------------------------=4d/./oK

“hAs$1-$36.970-0.4766

tk=487.76-273.15=214.61℃

3.解：

=2期1另

①.EXH==168.89kJ

②.循环热效率仔1-21=1-300/1600=0.8125

循环功Wo=7（-Ci=0.8125x200=162.5kJ

放热量Q2=Qi-Wo=2OO-162.5=37.5kJ

③.有两个不可逆过程：热机从高温热源不可逆吸热和热机向环境（低温热源）放

热。两者的嫡产和作功能力损失分别为

△SHI=3+旦==0.01389kJ/K

THT[18001600

LHi=ToASHi=280x0