工程熱力學本科生期末復習題2答案(最新整理)

1、一判斷題1. 均勻則一定平衡。反之平衡也一定均勻；（）2. 穩(wěn)定狀態(tài)一定是平衡狀態(tài)；（）3. 判斷一個熱力過程是否可逆的條件是準平衡過程且無耗散效應；（）4. 焓只有在流動工質(zhì)中才存在；（）5. 對于定壓過程熱力學第一定律的表達式可寫為q = dh ；（）6. 閉口熱力系吸收一定熱量后，其熵一定增大；（）7. 用壓力表可以直接讀出絕對壓力值；（）8. 自發(fā)過程為不可逆過程，非自發(fā)過程必為可逆過程；（）9. w = pdv 可用于準平衡過程求功量；（）10. 熱力系沒有通過邊界與外界交換能量，系統(tǒng)的熱力狀態(tài)也可能變化；（）11. 初、終態(tài)相同的熱力過程，不可逆過程的熵變大于可逆過程的熵變；（）1

2、2. 任意可逆循環(huán)的熱效率都是t=1-t2/t1；（）13. 經(jīng)不可逆循環(huán)，系統(tǒng)和外界均無法完全恢復原態(tài)；（）14. 理想氣體的 cp,cv 值與氣體的溫度有關(guān)，則它們的差值也與溫度有關(guān)；（）15. 氣體的比熱可以從-變化到+的任何值；（）16. 理想氣體的比熱容與工質(zhì)、溫度和過程有關(guān)；（）17. 理想氣體任意兩個狀態(tài)參數(shù)確定后，氣體的狀態(tài)就一定確定了；（）18. 理想氣體的的焓只和溫度有關(guān)，是狀態(tài)參數(shù)，而實際氣體的焓不是狀態(tài)參數(shù)；（）19. 工質(zhì)穩(wěn)定流經(jīng)熱力設備時，所做的技術(shù)功等于膨脹功減去流動功；（）20. 多變過程即任意過程；（）21. 工質(zhì)進行了一個吸熱、升溫、壓力下降的多變過程，則多

3、變指數(shù) n滿足 0n0，t=0；（）28. 對于縮放噴管，出口壓力隨著背壓的變化而變化，故其流量也隨著背壓的變化而變化；（）29. 對于減縮噴管，當 pb pcr 時，減低 pb 流量保持不變；（）30. 漸縮噴管出口氣流的馬赫數(shù)可以是任意非負數(shù)；（）31. 噴管的流動過程中肯定能達到當?shù)匾羲伲唬ǎ?2. 濕空氣的相對濕度下降，濕空氣中所含水分不一定減少；（）33. 水蒸氣的焓熵圖上，濕蒸氣區(qū)的等溫線既為等壓線，是一組斜率相同的傾斜直線；（）34. 對于飽和空氣， t = tw = td ；（）35. 對未飽和空氣進行降溫，含濕量先保持不變，再降低；（）36. 對于水（蒸汽），任意兩個狀態(tài)參數(shù)

4、可確定其狀態(tài)；（錯）37. 相對濕度較高的空氣，其露點溫度也較高；()38. 濕飽和蒸汽的焓等于飽和水的焓加上干度乘以汽化過程中 1kg 飽和水變成干飽和蒸汽所吸收的熱量；()39. 過熱蒸汽的溫度總是大于未飽和水的溫度；( )40. 濕空氣在總壓力不變，干球溫度不變的條件下，濕球溫度愈低， 其含濕量愈小。（）二圖示題1. 利用 pv 圖、ts 圖分析多變指數(shù) 1nn1),可逆等溫放熱過程 3-4，等熵壓縮過程 4-1 畫出該循環(huán)的 p-v 圖和 t-s 圖。解：14231243ptvs8. 定性地畫出壓縮蒸汽制冷循環(huán)的焓熵圖。解：23 41ts9. 對于未飽和空氣，它的干球溫度、濕球溫度及露

5、點溫度三者那個最大？那個最??？對于飽和空氣，三者的大小關(guān)系又如何？在t - s 圖上表示之。（4 分） 解：ttwtdts（2）未飽和濕空氣：ttwtd（1） 飽和濕空汽：t=tw=td（1）10. 試畫出蒸汽壓縮制冷循環(huán)的 ts 圖，并用各狀態(tài)點的焓值表示其制冷系數(shù)。11. 試在 ts 圖上分別畫出汽油機理想循環(huán)和柴油機混合加熱理想循環(huán)。12. 在 ts 圖畫出基本的朗肯循環(huán)和帶再熱循環(huán)，并簡要說明再熱循環(huán)的好處。解：再熱循環(huán)可以提高循環(huán)熱效率和提高汽輪機出口蒸汽的干度。13. 定性畫出內(nèi)燃機三種理想循環(huán)的 p - v 、t - s 圖。解：混合加熱：3425143251ptvs定容加熱：p

6、2341vt3241s定壓加熱：23143241ptvs14. 定性地畫出燃氣輪機定壓加熱循環(huán)的 p - v 、t - s 圖。（6 分） 解：23143241ptvs三簡答題1. 閉口系與外界無物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定，那么系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口系統(tǒng)嗎？答：不一定。穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量也可以保持恒定。2. 有人認為，開口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開口系統(tǒng)不可能是絕熱系。對不對，為什么？答：這種說法是不對的。工質(zhì)在越過邊界時，其熱力學能也越過了邊界。但熱力學能不是熱量，只要系統(tǒng)和外界沒有熱量地交換就是絕熱系。3. 促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么？

7、答：系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間的傳熱和位移或系統(tǒng)與外界之間的熱量的交換與功的交換都是促使系統(tǒng)狀態(tài)變。4. 經(jīng)歷一個不可逆過程后，系統(tǒng)能否恢復原來狀態(tài)？包括系統(tǒng)和外界的整個系統(tǒng)能否恢復原來狀態(tài)？答：經(jīng)歷一個不可逆過程后系統(tǒng)可以恢復為原來狀態(tài)。系統(tǒng)和外界整個系統(tǒng)不能恢復原來狀態(tài)。5. 工質(zhì)及氣缸、活塞組成的系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)后，系統(tǒng)輸出的功中是否要減去活塞排斥大氣功才是有用功？答：不一定。主要看輸出功的主要作用是什么，排斥大氣功是否有用。6.能否由基本能量方程得出功、熱量和熱力學能是相同性質(zhì)的參數(shù)結(jié)論？答：不會， q = du + w 可知，公式中的du 為熱力學能的差值，非熱力學能，熱力學能為狀態(tài)參數(shù)，與過程無

8、關(guān)。7. 熱力學能就是熱量嗎?答：不是，熱是能量的一種，而熱力學能包括內(nèi)位能，內(nèi)動能，化學能，原子能，電磁能，熱力學能是狀態(tài)參數(shù)，與過程無關(guān)，熱與過程有關(guān)。8. 熱力學第一定律解析式有時寫成下列兩種形式：q = du + w2q = du + pdv1分別討論上述兩式的適用范圍.答： q = du + w 適用于任何過程，任何工質(zhì)。2q = du + pdv1可逆過程，任何工質(zhì)9. 絕熱過程的過程功w 和技術(shù)功wtw = u1 - u2 ， wt = h1 - h2的計算式：是否只限于理想氣體？是否只限于可逆絕熱過程？為什么？答：不只限于理想氣體和可逆的絕熱過程。因為q = du + w 和

9、q = dh + wt 是通用公式，適用于任何工質(zhì)任何過程，只要是絕熱過程q = 0 無論是可逆還是不可逆。所以w = u1 - u2 ， wt = h1 - h2 不只限于可逆絕熱過程。10. 請歸納熱力過程中有哪幾類不可逆因素？答：。不可逆因素有：摩擦、不等溫傳熱和不等壓做功。2(h0 - h2 )11. 當有摩擦損耗時，噴管的流出速度同樣可用c f 2 =似乎與無摩擦損耗時相同，那么摩擦損耗表現(xiàn)在哪里呢？來計算，答：摩擦損耗包含在流體出口的焓值里。摩擦引起出口速度變小，出口動能的減小引起出口焓值的增大。12. 既然絕熱節(jié)流前后焓值不變，為什么做功能力有損失？答：衡量做功能力是熵，不是焓值

10、。節(jié)流過程是個不可逆過程熵增，做功能力必然損失。13 如果由于應用氣缸冷卻水套以及其他冷卻方法，氣體在壓氣機氣缸中已經(jīng)能夠按定溫過程進行壓縮，這時是否還需要采用分級壓縮？ 為什么？答：我們采用分級壓縮的目的是為了減小壓縮過程中余隙容積的影響，即使實現(xiàn)了定溫過程余隙容積的影響仍然存在，所以我們?nèi)匀恍枰旨墘嚎s。14 壓氣機按定溫壓縮時，氣體對外放出熱量，而按絕熱壓縮時不向外放熱，為什么定溫壓縮反較絕熱壓縮更為經(jīng)濟？答：絕熱壓縮時壓氣機不向外放熱，熱量完全轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的內(nèi)能，使工質(zhì)的溫度升高，壓力升高，不利于進一步壓縮，且容易對壓氣機造成損傷，耗功大。等溫壓縮壓氣機向外放熱，工質(zhì)的溫度不變，相比于絕

11、熱壓縮氣體壓力較低，有利于進一步壓縮耗功小，所以等溫壓縮更為經(jīng)濟。15 從內(nèi)燃機循環(huán)的分析、比較發(fā)現(xiàn)各種理想循環(huán)在加熱前都有絕熱壓縮過程，這是否是必然的？答：不是必然的，例如斯特林循環(huán)就沒有絕熱壓縮過程。對于一般的內(nèi)燃機來說，工質(zhì)在氣缸內(nèi)壓縮，由于內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速非常高，壓縮過程在極短時間內(nèi)完成，缸內(nèi)又沒有很好的冷卻設備，所以一般都認為缸內(nèi)進行的是絕熱壓縮。16 根據(jù)卡諾定理和卡諾循環(huán)，熱源溫度越高，循環(huán)熱效率越大，燃氣輪機裝置工作為什么要用二次冷卻空氣與高溫燃氣混合，使混合氣體降低溫度，再進入燃氣輪機？答：這是因為高溫燃氣的溫度過高，燃氣輪機的葉片無法承受這么高的溫度，所以為了保護燃氣輪機要將燃

12、氣降低溫度后再引入裝置工作。同時加入大量二次空氣，大大增加了燃氣的流量，這可以增加燃氣輪機的做功量。17為什么壓縮空氣制冷循環(huán)不采用逆向卡諾循環(huán)？答：由于空氣定溫加熱和定溫放熱不易實現(xiàn)，故不能按逆向卡諾循環(huán)運行。在壓縮空氣制冷循環(huán)中，用兩個定壓過程來代替逆向卡諾循環(huán)的兩個定溫過程。18 混合氣體中如果已知兩種組分a和b的摩爾分數(shù)xaxb，能否斷定質(zhì)量分數(shù)也是ab？答：否。wi =四、計算題xi meq mi，質(zhì)量分數(shù)還與各組分的摩爾質(zhì)量有關(guān)。1.設熱源溫度th =1300k，冷源溫度等于環(huán)境溫度to =288k，熱機的工質(zhì)吸熱平均溫度為t1 =600k，放熱平均溫度t2 =300k。已知熱機的

13、熱效率ht 是以工質(zhì)吸放熱的平均溫度作為卡諾循環(huán)效率hc 的 80%，若熱機從熱源吸熱 100kj 求：1） 吸放熱量的可用能；2） 實際熱機所做出的功；3） 熱機和熱源、冷源整個裝置的熵的變化量；4） 整個裝置的做功能力損失。解：h = 0.8h = 0.8 (1 - 300 ) = 0.4tc600wo = 100 0.4 = 40kjq2 = q1 - wo = 100 - 40 = 60kj1e= q (1 - to ) = 100 (1 - 288 ) = 77.8kjtxq1h13002e= q (1 - to ) = 60(1 - 288) = 2.4kjtxq212300dst

14、otal= - q1th+ q2 to= - 100 +130060288= -0.077 + 0.208 = 0.131dw = to dstotal= 288 0.131 = 37.82. 有一熱力循環(huán)，工質(zhì)為空氣，分別經(jīng)歷以下過程，由 15，0.5mpa，定壓加熱到 200，然后絕熱膨脹，溫度降低到 100，接著定容冷卻到 15，最后等溫壓縮到初始狀態(tài)。所有過程都是可逆的，試求循環(huán)熱效率，并將該循環(huán)畫在 p - v 、t - s 圖上。解：p12t233144sv1 點， t1 = 15， p1 = 0.5mpa；2 點： p2 = p1 = 0.5mpa；， t2 = 200；三點：

15、t3 = 100，kp = (t / t ) k -1 p0.438 mpa；4 點： t= 15， p = t4 p0.338 mpa；33224433t循環(huán)的吸熱量為： q1 = q12 = cp (t2 - t1 )185.93kj；循環(huán)的放熱量為： q = q+ q= c (t - t ) - r t ln p4 93.323441v34g 11pt則循環(huán)熱效率為h = 1 - q2= 49.8q13. 某剛性容器內(nèi)儲有 700的空氣，其初始壓力 p1 =0.103mpa， t1 =5，為了使其溫度升高到 27，設空氣為理想氣體，比熱為定值，試求： 1）需加入多少熱量？2）若這些熱量由

16、t2 =400k 的熱源傳給容器，則容器內(nèi)空氣與熱源熵增為多少？3）若狀態(tài)變化只是從一個功源吸收能量實現(xiàn)，則空氣與功源的熵增又為多少？解：(1).q = mcv (t2 - t1 ) = 0.718 700 (27 - 5) = 11050kj(2)ds空氣= (cvln t2 ) m = m c t1 ln t2t1v= 700 0.718 ln 273 + 27 = 38.3kj / k273 + 5dsr= - 11050 = -27.6kj / k400dstotal= 38.3 - 27.6 = 10.7kj / k(3)ds空氣 = 38.3kj / kds功源 = 0dstota

17、l= 38.3kj / k4. 1kg 空氣經(jīng)歷可逆過程 a-b-c，其中 a-b 為多變指數(shù) n=0 的多變過程，b-c為 n=k 的過程（k：絕熱指數(shù)）。已知tb = 600k ， ta = tc = 300k ，若比熱為定值，求過程 a-b-c 的熱力學平均溫度tm .bt =a ds= cp dt= cpm (tb - ta ) = 600 - 300 = 432.8解 ： msb - sacpmln tb tacpmln tb taln 6003005、某蒸汽動力循環(huán)，初參數(shù)為 9mpa，530c 的水蒸氣，經(jīng)主汽門絕熱節(jié)流后成為 8mpa 的水蒸氣進入可逆絕熱的汽輪機中膨脹作功，

18、直到壓力降為0.004mpa。忽略泵功。試求：1）與沒有節(jié)流相比，由于節(jié)流，單位工質(zhì)在汽輪機中的功變化了多少？2） 節(jié)流引起的作功能力損失是多少？已知環(huán)境溫度為 25c；3） 節(jié)流后循環(huán)的熱效率為多少？p mpatschkj/kgh kj/kgs kj/kg.kskj/kg.k0.00428.9533121.32553.450.42218.47258.0295.0481316.52757.703.20665.74309.0303.3851363.12741.923.28545.67714） 將過程和作功能力損失示意地畫在 t-s 圖上； 已知飽和水和飽和水蒸氣的有關(guān)參數(shù)如下表：已知過熱水蒸氣的

19、有關(guān)參數(shù)如下表：p=8 mpap=9 mpatchkj/kgs kj/kg.khkj/kgs kj/kg.k5203446.06.78483435.06.71985303470.46.81533459.76.75095403494.76.84533484.46.7814解：1) 未節(jié)流時h1 = 3459.7kj / kg, s1 = s2 = 6.7059kj / kg.ks - sx2 = 22 = 0.7861522s - sh = x h + (1- x )h = 2033.3kj / kg22 222w1 = h1 - h2 = 1426.4kj / kg節(jié)流后11h = h= 34

20、59.7kj / kg,t = 520 + 3459.7 - 3446 10 = 525.6oc34704 - 344612同樣可求 s = s = 6.8019kj / kg.k2122x =s - s s - s= 0.79248h = x h + (1- x )h = 2048.7kj / kg22 222w = h - h = 1411kj / kg212dw = w2 - w1 = -15.4kj / kg2) 節(jié)流引起的作功能力損失00 11p= t ds = t (s - s ) = 14.95kj / kg3) 節(jié)流后循環(huán)的效率循環(huán)吸熱量14q = h - h則效率ht =4)

21、 圖= 3338.4kj / kg1w2 = 42.27%t1q15 4322定容6. 活塞式內(nèi)燃機的t0 加熱循環(huán)，其初始狀態(tài)為 p=0p a，t=25，壓縮.1mp1比e(v/v2)=8。對工質(zhì)加入熱量為 780kj/kg，工質(zhì)視為空氣（r=287j/kgk, cps=1.004kj/kgk）。1） 畫出循環(huán)的 p-v 圖及 t-s 圖；2） 計算循環(huán)的最高壓力及最高溫度；3） 求循環(huán)熱效率和凈功量；4） 分析提高循環(huán)熱效率的熱力學措施解：（1）(2)p2 =p1( v1 )kv2= 81.4= 18.4; p2 = 1.84mpat2 =t1( v1 v2)k -1= 80.4= 2.3

22、;t2 = 685.4kq2-3 = cv (t3 - t2 )t3 = t2+ q2-3cv= 685.4 +7800.717= 1773ktt3p3 = p22= 1.84 1773685.4= 4.76mpa（3）ht.vht.v= 1 - 1/ek-1 = 1 - 1/(8)0.4 = 0.565= woq1wo =ht.v q1 = 0.565 780 = 440.5kj(4 ) 提高壓縮比e7. 容積v=0.5m3的空氣初壓 =0.3mpa,初溫 =150,經(jīng)膨脹過程到終態(tài)=0.08mpa, =20,求過程中熱力學能,焓及熵的變化量。空氣作為理想氣體,其比熱容可取定值, 氣體常數(shù)

23、=287j/(kgk)； =1005j/(kgk)。解：由狀態(tài)方程 pv = mrgt 得p1v 10.3106 0.5m =1.24 kgrgt287 (273 +150)由邁耶公式得cv = cp - rg = 1005 - 287 =718 kj/(kgk)熱力學能的變化為du = madu = macv(t 2 - t 1) = 1.24 718(150 - 20) =114.8 j焓的變化為dh = madh = macp(t 2 - t 1) = 1.24 1005(150 - 20) =162.0 j熵的變化為ds = mads = m(cp ln t 2 - rg ln p2

24、) = 1.24 (1005ln 293 - 287 ln 0.08) =12.68 j/kt 1p14230.38空氣初態(tài)為=0.1mpa、 =20，經(jīng)過兩級活塞式壓氣機后，壓力提高到2.5mpa，假定各級壓縮過程的多變指數(shù) n=1.3。試求：（1）以耗功最小為前提的各級壓比；（2）生產(chǎn) 1kg 壓縮空氣理論上消耗的功；（3）各級氣缸的出口溫度；（4）若采用單級壓縮，壓氣機消耗的功及出口溫度。已知：rg=0.287 kj/(kgk)，cp=1.01 kj/(kgk) 。2解：壓縮機工作過程 p-v 圖如下（1） 由題意耗功為np2n-1p3 n-1wc =n -1rgt 1() np1+ (

25、) np2- 2p1ap3其中 p2 為變量，故對其求導可得滿足 p2 =時，為壓縮機最小耗功量即 p2 =p1p3 =p2p =5p3p12.50.1（2） 由式得np3n-11.31.3-1awc, min =n -1rgt 12 () np2- 2 = 0.287 (273 + 20) 2 5 1.31.3 -1- 2=327.79 kj/kg（3） 由于各級多變指數(shù)相同，且采用級間冷卻t 1 = t 2 = t 3tt 2p2n-1低壓級t 1= () np1則其出口氣溫為p2 n-11.3-1at 2 = t 1 () np1= (273 + 20) 5 1.3=424.8 k同理高

26、壓級出口氣溫p3 n-1p3 n-1aat 3 = t 2 () np2= t 1 () np2=t2=424.8 k（4） 單級壓縮時耗功為np3n-11.31.3-1wc =n -1rgt 1() np1-1 = 0.287 (273 + 20) 25 1.31.3 -1-1 =401.51 kj/kg出口氣溫為p3 n-11.3-1at 3 = t 1 () np1= (273 + 20) 25 1.3=615.8 k9 某發(fā)電廠采用蒸汽動力循環(huán)（ 簡單朗肯循環(huán)）， 蒸汽以 p1 = 4mpa ，t = 450o c 的初態(tài)進入汽輪機，汽輪機的相對內(nèi)效率h = 0.9 ，凝汽器中凝結(jié)溫度

27、1tp = 4mpa, t = 450o c, h = 2835.6kj / kg, s = 6.1355kj / kg.k1p = 4mpa, t = 250.33o c, h = 1087.5kj / kg, h = 2799.4kj / kg1st = 30.0o c, p = 4.2417kpa, h = 125.66kj / kg, h = 2555.9kj / kgss = 0.4365kj / kg.k , s = 8.4537kj / kg.k為 30oc，忽略泵功。已知環(huán)境溫度為 25 oc。（14 分） 從水蒸氣圖表查得：試求：（1）汽輪機出口的干度，焓和熵（2） 循環(huán)熱效

28、率（3） 在 t-s 圖上畫出循環(huán)各過程，并畫出汽輪機的火用損失。3解：（1）由 p1 = 4mpa ， t = 450 c 查表得1oh1=2835.6 kj/kg，s1=6.1355 kj/（kgk）又s = s = xs + (1- x)s2122即汽輪機理論出口干度s - sx =2 =22s - s6.1355 - 0.43658.4537 - 0.4365=0.711汽輪機理論出口焓h = xh + (1- x)h = 0.711 2555.9 + (1- 0.711) 125.66 =1853.6 kj/kg222由汽輪機相對內(nèi)效率定義ht = h1 - h2 = 0.9h1 - h2得汽輪機實際出口焓h2 = h1 -ht (h1 - h2 ) = 2835.6 - 0.9 (2835.6 -1853.6) =1969.8 kj/kg又h = x h + (1- x )h222則汽輪機的出口實際干度為h - h1969.8 -12