工程熱力學知識點

1、工程熱力學知識點-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI) JINGBIAN工程熱力學復習知識點一、知識點基木概念的理解和應用（約占40%）,基木原理的應用和熱力 學分析能力的考核（約占60%） o1. 基本概念掌握和理解：熱力學系統(tǒng)（包括熱力系，邊界，工質(zhì)的概念。熱 力系的分類：開口系，閉口系，孤立系統(tǒng)）。掌握和理解：狀態(tài)及平衡狀態(tài),實現(xiàn)平衡狀態(tài)的充要條件。狀態(tài) 參數(shù)及其特性。制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)的概念區(qū)別。理解并會簡單計算：系統(tǒng)的能量，熱量和功（與熱力學兩個定 律結(jié)合）。2. 熱力學第一定律掌握和理解：熱力學第一定律的實質(zhì)。理解并會應用基本公式計算：熱力學第一定律的基木表達式

2、。 閉口系能量方程。熱力學第一定律應用于開口熱力系的一般表達 式。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的能量方程。理解并掌握：恰、技術(shù)功及幾種功的關(guān)系（包括體積變化功、 流動功、軸功、技術(shù)功）。3. 熱力學第二定律掌握和理解：可逆過程與不可逆過程（包括可逆過程的熱量和功 的計算）。掌握和理解：熱力學第二定律及其表述（克勞修斯表述，開爾 文表述等）。卡諾循環(huán)和卡諾定理。掌握和理解：嫡（嫡參數(shù)的引入，克勞修斯不等式，爛的狀態(tài) 參數(shù)特性）。理解并會分析：嫡產(chǎn)原理與孤立系嫡增原理，以及它們的數(shù)學 表達式。熱力系的爛方程（閉口系爛方程，開口系爛方程）。溫-嫡 圖的分析及應用。理解并會計算：學會應用熱力學第二定律各類數(shù)學表達式來判

3、定熱力過程的不可逆性。4. 理想氣體的熱力性質(zhì)熟悉和了解：理想氣體模型。理解并掌握：理想氣體狀態(tài)方程及通用氣體常數(shù)。理想氣體的 比熱。理解并會計算：理想氣體的內(nèi)能、焰、嫡及其計算。理想氣體 可逆過程中，定容過程，定壓過程，定溫過程和定嫡過程的過程特 點，過程功，技術(shù)功和熱量計算。5. 實際氣體及蒸氣的熱力性質(zhì)及流動問題理解并掌握：蒸汽的熱力性質(zhì)（包括有關(guān)蒸汽的各種術(shù)語及其 意義。例如：汽化、凝結(jié)、飽和狀態(tài)、飽和蒸汽、飽和溫度、飽和 壓力、三相點、臨界點、汽化潛熱等）。蒸汽的定壓發(fā)生過程（包 括其在p-v和T-s圖上的一點、二線、三區(qū)和五態(tài)）。理解并掌握：絕熱節(jié)流的現(xiàn)象及特點6蒸汽動力循環(huán)理解計

4、算：蒸氣動力裝置流程、朗肯循環(huán)熱力計算及其效率分 析。能夠在T-S圖上表示出過程，提高蒸汽動力裝置循環(huán)熱效率的 各種途徑（包括改變初蒸汽參數(shù)和降低背壓、再熱和回熱循環(huán)）。7、制冷與熱泵循環(huán)理解、掌握并會計算：空氣壓縮制冷循環(huán)，蒸汽壓縮制冷循環(huán) 的熱力計算及制冷系數(shù)分析。能夠在T-S圖上表示出過程，提高制 冷系數(shù)和熱泵系數(shù)的途徑，分析熱泵循環(huán)和制冷循環(huán)的區(qū)別和聯(lián) 系。二、典型題解概念題：1、過熱蒸汽的溫度是否一定很高未飽和水的溫度是否一定很低 答：過熱蒸汽、未飽和水是這樣定義的，當蒸汽的溫度高于其壓力 對應的飽和溫度時稱作過熱蒸汽，其壓力下t>ts；當溫度低于其壓 力對應的飽和溫度t<

5、;ts時，則工質(zhì)的相態(tài)一定是液態(tài)，則稱其為未 飽和水。因此，過熱蒸汽不一定溫度很高，未飽和水未必溫度很 低，它們都是相對于其環(huán)境壓力所對應的飽和溫度而言的狀態(tài)。2、在h-s圖上，能否標出下列水和蒸汽的狀態(tài)點（1）焙為hl的 未飽和水；（2）焙為h2的飽和水；（3）參數(shù)為p2、tl的濕蒸 汽；（4）壓力為p的干蒸汽；（5）水、汽性質(zhì)相同的狀態(tài)。C1不能。因為只有一個熱力學參數(shù)，無法確定系統(tǒng)的狀態(tài)。(2) 能。因為此時有h2己矢口，且飽和水的x = Oo(3) 不能。因為濕蒸汽“和b是對應的，只有一個獨立變量。(4) 能。因此時己知pt和x= F。(5) 育亠因水、汽性質(zhì)完全相同的狀態(tài)只有它的臨界

6、點。3、填空(1) 氣體常數(shù)匕與氣體種類有關(guān),與狀態(tài)無關(guān)。通用氣體常 數(shù)R與氣體種類關(guān)，與狀態(tài)_關(guān)。在SI制中R的數(shù)值是8.314,單位是 J/moLK。(2) 質(zhì)量熱容C,摩爾熱容Cm與容積熱容C，之間的換算關(guān)系為：J =A/c = 22.414x10' 理想氣體的Cp及5值與氣體種類 有 關(guān),與溫度有 關(guān)。它 們的差值與氣體種類 有 關(guān),與溫度關(guān)。它們的比值 Y與氣體種類有關(guān),與溫度Jg_關(guān)。 對于理想氣體，dU=sdT, dh = CpdT,它們的適用條件分別 是：理想氣體的任何工質(zhì)、任何過程。4、判斷下列過程中那些是可逆的；不可逆的；可以是可逆的。并扼 要說明不可逆原因。 對剛

7、性容器內(nèi)的水加熱，使其在恒溫下蒸發(fā)。 對剛性容器內(nèi)的水作功，使其在恒溫下蒸發(fā)。 對剛性容器中的空氣緩慢加熱，使其從50°C升溫到100°C 解：(2)可以是可逆過程，也可以是不可逆過程，取決于熱源溫度 與溫是否相等。水若兩者不等，則存在外部的傳熱不可逆因素， 便是不可逆過程。(2)對剛性容器的水作功，只可能是攪拌功，伴有摩擦擾動，因而 有內(nèi)不可逆因素，是不可逆過程。Cz0（3）可以是可逆的，也可以是不可逆的，取決于熱源溫度與空氣溫 度是否隨時相等或保持無限小的溫差。5、絕熱容器內(nèi)有一定氣體，外界通過容器內(nèi)的葉輪向氣體加入w kJ 的功。若氣體視為理想氣體，試分析氣體內(nèi)能的內(nèi)

8、能，焙，溫度， 嫡如何變化答：根據(jù)熱力學第一定律，外界所做的功全部轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能的增 量，因而內(nèi)能，焙，溫度均增加；該過程不可逆，嫡也增加。6、對與有活塞的封閉系統(tǒng)，下列說法是否正確1）氣體吸熱后一定膨脹，內(nèi)能一定增加。答：根據(jù)熱力學第一定律，氣體吸熱可能使內(nèi)能增加，也可能 對外做功，或者兩者同時進行；關(guān)鍵是吸熱量能否完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ?由于氣體的定溫膨脹過程可使得吸收的熱量完全轉(zhuǎn)化為功，內(nèi)能不 增加，所以說法錯誤。2）氣體膨脹時一定對外做功。答：一般情況下，氣體膨脹時候要對外做功，但當氣體向真空 中膨脹時候，由于外力為零，所以功也為零。3）氣體對外做功，內(nèi)能一定減少。答：根據(jù)熱力學第一定律，在定溫

9、條件下，氣體可以吸收熱量并 全部轉(zhuǎn)化為功，從而保持內(nèi)能不變。7、焙的物理意義是什么答：焙的定義式:焙二內(nèi)能+流動功H二U+pV焙的物理意義:1. 對流動工質(zhì)上般輪）工質(zhì)流動時與外界傳遞與其熱力狀態(tài) 有關(guān)的總能量。2. 對不流動工質(zhì)（閉口系統(tǒng)）仍然存在但僅是一個復合的狀態(tài)參 數(shù)。8、爛的物理含義答：定義：爛可逆過程物理意義：嫡的變化反應可逆過程熱交換的方向和大小。系統(tǒng) 可逆的從外界吸熱，系統(tǒng)嫡增加；系統(tǒng)可逆的向外界放熱，系統(tǒng)嫡 減少；可逆絕熱過程，系統(tǒng)爛不變。9、判斷下列說法對嗎系統(tǒng)吸熱，其嫡一定增大；系統(tǒng)放熱，其爛一 定減小。答：爛變二嫡流+爛產(chǎn)，所以，前半句對，后半句錯誤。10、孤立系爛增原

10、理是什么怎么應用答：孤立系瓠制蛍系統(tǒng)的治1洛的一切實際過程（不可 逆過程）都朝著使系統(tǒng)嫡增加的方向進行；在極限情況下（可逆過 程），系統(tǒng)的爛維持不變；任何使系統(tǒng)嫡減小的過程是不肯能。即 過程進行到某一階段，再不能使嫡增大了，也就是系統(tǒng)的嫡值達到 了最大值，就是過程進行的限度。等號適用于可逆過程，大于號適用于不可逆過程。表明孤立系統(tǒng)的 嫡變化只取決于系統(tǒng)內(nèi)各過程的不可逆程度。注意：如果涉及環(huán)境溫度，由于環(huán)境是一個很大的熱源，無論它吸 收或者放出多少熱量，都認為環(huán)境溫度是不變的。11. 討論使熱由低溫熱源傳向高溫熱源的過程能否實現(xiàn)2-等高溫熱源吸熱翅，其爛變?yōu)楣铝⑾到y(tǒng)爛變?yōu)闋?等解：取高溫熱源和低

11、溫熱源為孤立系統(tǒng)，如圖a所示，其總 燔變?yōu)閮蓚€熱源爛變的代數(shù)和。設低溫熱源放熱辺，其 嫡變可按可逆過程計算，即軋。=靖+於2 =應開） 根據(jù)嫡增原理，該過程不能自發(fā)進春。212、下列說法正確的在括號內(nèi)劃“V，不正確劃飯。（X）定質(zhì)量系統(tǒng)一定是閉口系統(tǒng)。（X）閉口系統(tǒng)不作膨脹功的過程必是等容過程。（V ）理想氣體任何過程的內(nèi)能變量總以A u二Ji2cvdT進行計算。（V ） dh二CpdT只適用丁理想氣體、任何過程。（X）閉口系統(tǒng)發(fā)生放熱過程，系統(tǒng)的嫡必減少。（X）知道了溫度和壓力兩個參數(shù)值，就可以確定水蒸氣的狀態(tài)。（X） 一切可逆機的熱效率均相等。（X）爛增可用來度量過程的不可逆性，所以嫡增加

12、的過程必是不可逆過程,（V）某理想氣體經(jīng)歷了一個內(nèi)能不變的熱力過程，則該過程中工 質(zhì)的焙變也為零。（X）容器中氣體的壓力沒有變化，則安裝在容器上的壓力表讀數(shù) 也不變。（X）水蒸氣的定溫過程中，能滿足q二w的關(guān)系式。（V）在臨界點上，飽和液體的焙一定等于干飽和蒸汽的焙。（X）只要存在不可逆性就有爛產(chǎn)，故工質(zhì)完成一個不可逆熱力循 環(huán)，其爛變必大于零。（V）理想氣體在T-s圖上，其定溫線就是定焙線。（X）絕熱過程必為定爛過程。（X ）公式q二Au + w僅適用于閉口熱力系統(tǒng)。（V）閉口絕熱系統(tǒng)的嫡不可能減少。（X）切不可逆熱機的熱效率總比可逆熱機的小。（V）在一剛性容器中，理想氣體絕熱自由膨脹后，其

13、溫度不變。（X）在簡單朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上采用再熱的方法一定能提高循環(huán)熱 效率。（X）制冷系數(shù)永遠大于2,而制熱系數(shù)可以大于2也可以小于1。（X）供熱量一定，用電爐取暖與用熱泵式空調(diào)取暖耗電量一樣 多。（X）從飽和液體狀態(tài)汽化成飽和蒸汽狀態(tài)，因為汽化過程溫度未 變，所以焙的變化量。（X）若容器中氣體的絕對壓力保持不變，壓力表上的讀數(shù)就不會 改變。（X）濕飽和蒸汽的焙等于飽和水的焙加上干度乘以汽化過程中飽 和水變成干飽蒸汽所吸收的熱量。（X）理想氣體經(jīng)歷一可逆定溫過程，由于溫度不變，則工質(zhì)不可 能與外界交換熱量。13、在絕熱良好的房間內(nèi)，有一臺設備完好的冰箱在工作，在炎熱 的夏天打開冰箱，人會感到?jīng)?/p>

14、爽，問室內(nèi)溫度是否會越來越低請用 熱力學原理加以解釋。答：一開始，人會感到?jīng)鏊?，這是由于房間內(nèi)空氣中的內(nèi)能傳遞到 冰箱內(nèi)，而此時冰箱輸入功率轉(zhuǎn)化的熱小于空氣進入冰箱的內(nèi)熱 能，故空氣溫度降低，人感到?jīng)鏊?。隨著時間的進行，冰箱輸入功率轉(zhuǎn)化的熱越來越多地進入房間空 氣中，空氣的溫度逐步回升。這樣，房間內(nèi)的溫度不會越來越低。14、選擇題（1）> 一熱力學過程，其則此過程是（A ）A.不可逆過程.C.可逆過程.（2）、對于某理想氣體，A.變化C .不能確定B.任意過程. D.定壓過程.當溫度變化時（Cp-Cv）是（B ）的. B.不變化（3）、在兩個恒溫熱源間工作的熱機A、B均進行可逆循環(huán),A機

15、的工質(zhì)為 理想氣體,B機是水蒸汽，則熱效率qA和nB（ A ）A.相等B. qA>qBC. rA<rBD.不能確定.（4）、在閉口絕熱系中進行的一切過程，必定使系統(tǒng)的嫡（D ）A增大.B減少.C.彳、變D.不能確定（5）、在房間內(nèi)溫度與環(huán)境溫度一定的條件下,冬天用熱泵取暖和用電爐取 暖相比，從熱力學觀點看（A ）A.熱泵取暖合理.B.電爐取暖合理.C.二者效果一樣.D.不能確定.（6）、閉口系能量方程為（D ）A. Q亠4 U+W=OB. Q+zl U W=0C. Q-A U+W=OD.Q-AU W=0（7）、理想氣體的是兩個相互獨立的狀態(tài)參數(shù)。（C ）A.溫度與熱力學能B 溫度與

16、焙C 溫度與嫡D.熱力學能與焰（8）、已知一理想氣體可逆過程中,此過程的特性為（B ）A./ii 1<B. /I； innC 定容D.絕熱（9）、可逆絕熱穩(wěn)定流動過程中,氣流焙的變化與壓力變化的關(guān)系為（B ）A. dh=vdp=vdp=pdv=pdv（10）、水蒸汽動力循環(huán)的下列設備中，作功損失最大的設備是（A ）A 鍋爐B汽輪機C凝汽器D水泵（11）外界（或）環(huán)境的定義是指（D ） oA系統(tǒng)邊界之外的一切物體B與系統(tǒng)發(fā)生熱交換的熱源C與系統(tǒng)發(fā)生功交換的功源D系統(tǒng)邊界之外與系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系的一切物體（12）系統(tǒng)平衡時的廣延性參數(shù)（廣延量）的特點是（D ）。A其值的大小與質(zhì)量多少無關(guān)B不具有可

17、加性C整個系統(tǒng)的廣延量與局部的廣延量一樣D與質(zhì)量多少有關(guān)，具有可加性（13）理想氣體多變指數(shù)n<0的多變膨脹過程,其過程特性具有_ A_的結(jié)果A Q>0, A U>0 , W>0B Q<0, A U<0 , W>0C Q>0, A U<0 , W>0 DQ<0 , A U>0 , W>0率（B ）。A 都相等,B 不相等，C 均相等,D 不相等,（14）卡諾定理表明：所有工作于兩個不同恒溫熱源之間的一切熱機的熱效可以采用任何循環(huán)以可逆熱機的熱效率為最髙 僅僅取決于熱源和冷源的溫度 與所采用的工質(zhì)有關(guān)系。（15）壓力為

18、4 bar的氣體流入lbar的環(huán)境中，為使其在噴管中充分膨脹, 宜釆用（D ）。A漸縮噴管B漸擴噴管C直管D縮放噴管（16）個橡皮氣球在太陽下被照曬，氣球在吸熱過程中膨脹，氣球內(nèi)的壓 力正比于氣球的容積。則氣球內(nèi)的氣體進行的是（B ）A 定壓過程 B 多變過程C 定溫過程D定容過程AS = CV InZl + /?ln-(17) 矯變計算式人 V,只適用于(d )。A一切工質(zhì)的可逆過程B一切工質(zhì)的不可逆過程C理想氣體的可逆過程D 理想氣體的一切過程(18) 析一個有工質(zhì)流入與流出的研究對象，將熱力系統(tǒng)選為(D )。A閉口系統(tǒng)；B開口系統(tǒng)；C孤立系統(tǒng)；DA, B, C都可以。(19) 熱力系的儲

19、存能包括(A ) oA內(nèi)部儲存能與外部儲存能B熱力學能與動能C內(nèi)動能與內(nèi)位能D熱力學能與宏觀勢能(20) 工質(zhì)燔的增加，意味著工質(zhì)的(D )。(A) Q>0(B) Q< 0(C) Q = 0(D)不一定(21)貯有空氣的絕熱剛性密閉容器中，按裝有電加熱絲通電后，如取空氣為系統(tǒng)，則過程中的能量關(guān)系有(C )AQ>0, AU>0, W>0BQ二 0,AU>0,W<0CQ>0, AU>0, W=0DQ二 0,AU=0,w=o7=1-空=1-空(22) 循環(huán)熱效率 q、7>適用于(D )。A 適用于任意循環(huán)；B只適用于理想氣體可逆循環(huán)；C適用

20、于熱源溫度為T1,冷源溫度為T2的不可逆循環(huán)；D只適用于熱源溫度為T1,冷源溫度為T2的可逆循環(huán)。(23) 氣流在充分膨脹的漸縮漸擴噴管的漸擴段(dA>0)中，流速(D ) oA等于喉部臨界流速；B等于當?shù)匾羲伲篊小于當?shù)匾羲伲篋大于當?shù)匾羲佟?24) 孤立系統(tǒng)可以理解為(C )。A 閉口的絕熱系統(tǒng)所組成；B開口的絕熱系統(tǒng)所組成；C系統(tǒng)連同相互作用的外界所組成；D A, B, C,均是(25) 釆用蒸汽再熱循環(huán)的口的在于(C )。(A)降低乏汽干度，提高汽輪機穩(wěn)定性；(B)提高平均放熱溫度，提 高循環(huán)熱效率(C)提高乏汽干度，提高循環(huán)熱效率；(D)提高乏汽干度，降低循環(huán) 不可逆性15、請

21、解釋何謂孤立系統(tǒng)爛增原理，該原理在熱力學分析中有什么用途答：對于孤立系爛方程dSiso =嘰=心 而爛產(chǎn)dSg總是非負的即 dSgnO或dS-乂,稱為孤立系的嫡增原理。孤立系統(tǒng)內(nèi)部進行的一 切實際過程都是朝著爛增加的方向進行，極限情況維持不變。任何 使孤立系統(tǒng)嫡減小的過程都是不可能實現(xiàn)的。判斷過程進行的方向 與條件.16、請分別回答熱力學中所謂的第一類永動機與第二類永動機的物 理意義。答：不消耗任何能量而源源不斷做功的機器為第一永動機;從單一熱 源吸熱，使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動機為 第二永動機。17、理想氣體爛變的計算式是由可逆過程導出的，它是否可用于計 算不可逆過程初、

22、終態(tài)的嫡變?yōu)槭裁创穑嚎梢?只和初末狀態(tài)有關(guān)系，爛為狀態(tài)參數(shù).18、剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中存有高壓氮氣，B中 保持真空。若將隔板抽去，分析容器中空氣的熱力學能如何變化 答：抽取隔板，以容器中的氮氣為熱力系，在剛性絕熱容器中，氮 氣和外界既無物質(zhì)的交換也無能量的交換，有熱力學第一定律知：q = Au + w, q二0, W=0,因此，隔板抽取前后Ah =0.19、氣體吸熱后溫度一定升高嗎液體吸熱后溫度一定升高嗎并給出 理由。答：氣體吸熱后，溫度不一定升高，由q二Aw+w,若吸熱的同時對 外界做功，而且|w|>|q|,此時，則熱力學能降低即MV0,此時的氣體 溫度反而會降低。液

23、體吸熱后，溫度也不一定升高，比如水在飽和 狀態(tài)下，吸熱時可保持溫度不變。20、熱力系的總嫡是否可以減小為什么答：可以減小。因為熱力系總爛的增量為爛流和爛產(chǎn)之和，當熱力 系向外界放熱時，嫡流為負值（即使熱力學的總爛減?。?，當?shù)樟?的絕對值大于爛產(chǎn)，熱力系總爛的增量為負值，則熱力系的總爛將 是減小的。21、決定朗肯循環(huán)熱效率的參數(shù)有哪些它們?nèi)绾斡绊憻嵝蚀穑?）在相同初壓和背壓下，提高新蒸汽的初溫可使朗肯循環(huán)熱效 率增大；增加了循環(huán)高溫段溫度，使循環(huán)溫差增大，所以提 高了熱效率。2）在相同的初溫和背壓下，提高初壓也可使朗肯循環(huán)熱效率增 大；循環(huán)的平均溫差加的緣故3）在相同的初溫、初壓下，降低背壓可

24、使朗肯循環(huán)熱效率增 大，這是由于增大了循環(huán)溫差的緣故。22、分析卡諾循環(huán)熱效率公式，可得到哪些重要結(jié)論答：三點結(jié)論：Q只決定于Ti, T2提高Ti,降低T2可提高HCb n c>ic 當 Ti =T2 時 n c = 023、如何用熱力學知識描述水的飽和狀態(tài) 答：在一定的溫度下，容器內(nèi)的水蒸氣壓力總會自動穩(wěn)定在一個數(shù) 值上，此時進入水界而和脫離水界面的分子數(shù)相等，水蒸氣和液態(tài) 水處于動態(tài)平衡狀態(tài)，即飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)下的液態(tài)水稱為飽和 水；飽和狀態(tài)下的水蒸氣稱為飽和水蒸氣；飽和蒸汽的壓力稱為飽 和壓力；與此相對應的溫度稱為飽和溫度。24、卡諾循環(huán)是理想循環(huán)，為什么蒸汽動力循環(huán)利用了水蒸汽

25、在兩 相區(qū)等壓等溫的特點，而不采用卡諾循環(huán)答：采用卡諾循環(huán)必須要求工質(zhì)實現(xiàn)定溫加熱和放熱，但是難以實 現(xiàn)。而水蒸氣兩相區(qū)卻可滿足定溫加熱和放熱。而此時也是定壓過 程。所以實際蒸汽循環(huán)不采用卡諾循環(huán)。計算分析題1.某蒸汽壓縮制冷過程，制冷劑在2 5 0 K吸收熱量Q,在3 0 0 K放 出熱量-CU壓縮和膨脹過程是絕熱的，向制冷機輸入的功為Ws,判 斷下列問題的性質(zhì)。(A可逆的B不可逆的C不可能的)(1) . QL 二2000kJ Ws二400kJ“_250“_Ql _2000_5(a ) 7炮 _ 300-250叱 400"=忸 該制冷過程是可逆的(2) . QL=1000kJ QH

26、二一2500kJ_250打_2_ Ql _I。_2(B) "可逆=300-250叱 Qh Ql 1500-1000 -逆該制冷過程是不可逆的(3) . Ws=100kJQH二一 700kJ250一叱700-100 _行(C) "可逆 _ 300-250叱 叱100可逆該制冷過程是不可能的2.某蒸汽動力循環(huán)操作條件如下：冷凝器出來的飽和水，由泵從加壓至進入鍋爐，蒸汽離開鍋爐時被過熱器加熱至280°Co求：(1)上述循環(huán)的最高效率。(2) 在鍋爐和冷凝器的壓力的飽和溫度之間運行的卡諾循環(huán)的效 率，以及離開鍋爐的過熱蒸汽溫度和冷凝器飽和溫度之間運行的卡 諾循環(huán)的效率。(

27、3) 若透平機是不可逆絕熱操作，其焙是可逆過程的80%o 求此時的循環(huán)效率。解：(1)各狀態(tài)點的熱力學性質(zhì)，可由附錄水蒸汽表查得乩=303.46X7 畑"比-黒=VdP = V( R - £) =1.0245 xlO_3x(1.5-0.035) xl06=l .5kJ kgl耳=303.46 + 1.52如(由于液體壓力增加其焰增加很少,可以近似0=弘)Ha =2992.7KJ kg'S4 =6.8381 kJ-kgl該循環(huán)透平機進行絕熱可逆操作，增壓泵也進行絕熱可逆操作時效 率最高。55 =S4 =6.8381 由，查得氣相，6=7.715*7如(查飽和蒸汽性質(zhì)表

28、)液相，0.9852"如K"（查飽和水性質(zhì)表內(nèi)插）氣相含量為XS3 = XX +(1尤),=XX 7.7153 + (1 - x) x 0.9852 =6.8381x = 0.87乞=x 乞 + (1 - x)H, =0.87x 2631.4+(1- 0.87) x 303.46 = 2328.77AJ kg-'=2992.7- 2328.772992.7- 303.96=0.247冷凝器壓力，飽和溫度為°C;鍋爐壓力，飽和溫度為°C。卡諾循環(huán)運行在此兩溫度之間，卡諾循環(huán)效率198.32-72.69 n =O.Zo/ 198.32 + 273若卡

29、諾循環(huán)運行在實際的二個溫度之間，其效率為280-72.69280 + 273= 0.375（3）不可逆過程的焙差為（H2-H3）,而吸收的熱仍為H2-H因此效率=轡宀。5喚3.某壓縮制冷裝置，用氨作為制冷劑，氨在蒸發(fā)器中的溫度為- 25°C,冷卻器中的壓力為，假定氨進入壓縮機時為飽和蒸汽，而離開冷凝器時為飽和液體，每小時制冷量Qo為“05 kJ-ho求：（2）所需的氨流率;（2）制冷系數(shù)。解：通過NH3的P-H圖可查到各狀態(tài)點焙值。按照題意，氨進入壓縮機為飽和狀態(tài)1,離開冷凝器為飽和狀態(tài)3。氨在蒸發(fā)器中的過程即4T1 HE430KJkgJH2=1710KJkg1氨在冷凝器中的過程即2

30、->3,出二H4=320KJkgJ1430-3201710-1430'1110280"= 3.96氨流率G=t=石=揺鶴=15°% 制冷系數(shù)注：求解此類題目：關(guān)鍵在于首先確定各過程狀態(tài)點的位置，然后 在P-H圖或TS圖上查到相應的焙（或溫度、壓力）值，進行計 算。4某壓縮制冷裝置，用氨作為制冷劑，氨在蒸發(fā)器中的溫度為一 25°C,冷凝器內(nèi)的壓力為1180kPa,假定氨進入壓氣機時為飽和蒸氣，而離開冷凝器時是飽和液體，如果每小時的制冷量為167000kJ,求所需的氨流率；制冷系數(shù)。解：此氨制冷循環(huán)示于右圖所示T-S圖上。查的 T-S 圖，得 Hi=16

31、48kJ/kg, H2=1958kJ/kg,H3=H4=565kJ/kg則單位質(zhì)量制冷劑的制冷量為qo 二 H1-H4 二 2648 565二 1083(kJ/kg)所需的氨流率為Q. 167000G二 1083 = (kg/h)(2)制冷系數(shù)為表1的讀數(shù)Pn二，求氣壓表3的讀數(shù)（用MPa表示）。解：Pa = pb+ pel 二 + 二Pa 二 Pb + Pe2Pb 二 Pa - Pe2 二一二Pe3 二 PB- Pb 二一二6、如圖所示的氣缸，其內(nèi)充以空氣。氣缸截面積A=100cm2,活塞距底而高度H二10cm。活塞及其上重物的總重量Gl=195kgo當?shù)氐?大氣壓力pO=771mmHg，環(huán)

32、境溫度tO二27°C。若當氣缸內(nèi)氣體與外界處于熱力平衡時，把活塞重物取去100kg,活 塞將突然上升，最后重新達到熱力平衡。假定 活塞和氣缸壁之間無摩擦，氣體可以通過氣缸 壁和外界充分換熱，試求活塞上升的距離和空 氣對外作的功及與環(huán)境的換熱量。解：(1)確定空氣的初始狀態(tài)參數(shù)p. = Ph+ = (771 x 133.32)Pa 4-x.9.807m/s21 b A100xl0-4m2=2.941 x IO5 PaX =x/f = 100xl0-4m2 xl0xl0-2m = 10-3m3珀=273 + 27 = 300K(2)確定取去重物后，空氣的終止狀態(tài)參數(shù)由于活塞無摩擦，又能充

33、分與外界進行熱交換，故當重新達到熱 力平衡時，氣缸內(nèi)的壓力和溫度應與外界的壓力和溫度相等。則有丁2=7= 300K6 =仇 + 菩=(771 x 133.32)Pa + 百譽 文 x 9.807m/sA100 ：10 m= 1.96 幻 O' Pa由理想氣體狀態(tài)方雇p"=tnRgT及TR,可得rz xz Pi 1fr3 3 294100 Paa_3 3K =m x= 1.5x10 m'' p2196000 Pa(3) 活塞上升距離AZ/ = (-)/.4 = (1.5x10-3-1.0x10_3)/(100x10)=5 xl02m = 5 cm(4) 對外作功

34、量W = p*a = /?2AK = 1.96x105 Pax(1.5xl0-3-10-3)m3=98J(5) 求與外界交換的熱量由熱力學第一定律：e=Ar +廬由于i=t2,故5=5，貝!J：O = W = 98J討論：CD 過程是不可逆過程，計算式 = f pdv 不能用本題用外界參數(shù)計算功是一種特例。(2)系統(tǒng)對外作功98J,但用于提升重物的僅是一部分， 另一部分是用于克服大氣壓力所作的功。7、一容積為的儲氣罐，內(nèi)裝氧氣，其初態(tài)壓力p",溫度tl=38°Co 若對氧氣加熱，其溫度、壓力都升高。儲氣罐上裝有壓力控制閥， 當壓力超過時，閥門便自動打開，放走部分氧氣，即儲氣

35、罐中維持 的最大壓力為。問當罐中溫度為285°C,對罐內(nèi)氧氣共加入了多少 熱量設氧氣的比熱容為定值，cv二(kgK)、卬= (kgK)。解：這一題目包括了兩個過程，一是由Pi=0.55MPn, 4=38°C被定容加熱 到P2=07MPa；二是p2=0.7MPa被定壓加熱p3=0.7MPa, f3=285°Co由于，當p<p2=0.7NfPa時，閥門不會打開，因而儲氣罐中的氣體質(zhì)量不 變，有儲U罐總?cè)莘eV不變，則比體積為定值。而當p>p2=0.7MPa后,閥 門開啟，氧氣會隨著熱量的加入不斷跑出，以便維持罐中最大壓力 0.7MPa不變，因而此過程又是一個

36、質(zhì)雖:不斷變化的定壓過程。(1 )1 2為定容過程根據(jù)定容過程狀態(tài)參數(shù)之間的變化規(guī)律，有T2 =爲 雖= (273 + 38)xPy0.70.55= 3958K該過程吸熱屋為；2齊小骯g”x 0.657x 103 J/(kg K)x (395.8K 311K)0.55xl06Pax0.15m30.26xl03J/(kg-K)x311K= 56.84xlO3J=56.84kJ(2)2 3過程中質(zhì)星隨時在變，因此先列出其微元變化的吸熱量=me AT =F整個過程的換熱量為:沁K)小春EO.7xlO6PaxO.15m循環(huán)放熱量 鼻=(1-笑)(閔一人)=(1-0182)(2240-12141跑/唸二

37、173加/忽0.26x10s J/(kg-K)=127.2x10s J =127.2kJ(3)對罐內(nèi)氣體共加入總熱量<9 = 67+0 =56.84 十 127.2=184.04kJ v p討論：(1) 對于一個實際過程，關(guān)鍵要分析清楚所進行的過程是什么過 程，即確定過程指數(shù)，一旦了解過程的性質(zhì)，就可根據(jù)給定的條 件，依據(jù)狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，求得未知的狀態(tài)參數(shù)，并進一步 求得過程中能量的傳遞與轉(zhuǎn)換量。<2) 當題目中給出同一狀態(tài)下的3個狀態(tài)參數(shù)八 V,卩時， 實際上隱含給出了此狀態(tài)下工質(zhì)的質(zhì)量，所以求能量轉(zhuǎn)換 量時，應求總質(zhì)量對應的能量轉(zhuǎn)換量，而不應求單位質(zhì)量 的能量轉(zhuǎn)換量。解：(

38、1)循環(huán)Ts圖如下圖所示:(2)查水蒸氣圖表得各點參數(shù)：1點:根據(jù)山、匕查得h產(chǎn)3459.2 kJ/kgA點：由hS圖上Pa定壓線與過1點的定爛線的交點得 hA=3072 kJ/kgR點：根據(jù)Pa、tR查得 hR=3564.5 kJ/kgB點、2點：由hs圖上Pb、P2各定壓線與過R點的定燔線的交點得(6401-12141昭/艇“血(29765-121.41昭7唸一.hB=2976.5 kJ/kg> h?=2240 kJ/kg 3點:h3=h4=h,2=121.41 kJ/kg 5點:h5=h6=h*B=640.1 kJ/kg 于是抽氣系數(shù)(3)循環(huán)凈功處町=(人一血)斗(滄一九)亠(1

39、 一為X人一巾)_ 二(3459.2- 3072Q /甩十(3564.52976.5対/% + (1-0.182)(2976.5- 2240)V= 1577加殛循環(huán)吸熱量直尹-人)+傀-)|_r 二(3459.2640.1妨弦 + (3564.53072)fc7 Ikg 二 3311.6 肪腌 |(4)循環(huán)熱效率9、一個裝有2kg工質(zhì)的閉口系經(jīng)歷了如下過程：過程中系統(tǒng)散熱 25kJ,外界對系統(tǒng)作功lOOkJ,比熱力學能減小15kJ/kg,并且整個 系統(tǒng)被舉高1000m。試確定過程中系統(tǒng)動能的變化。解：由于需考慮閉口系動能及位能的變化，所以應選用第一定律的一般表達式:1 ,Q - AU + -+

40、 J卩于是2竺=g燈3 2 =0一爐一 一昭Az=(-25V)-(-100fc7)-(2kg) x(-15I<J/kg)-(2kg) x (9.Sm/s2 )(1000mx l(r3)=85.4V結(jié)果說明系統(tǒng)動能增加了85.4 kJ10、一活塞氣缸裝置中的氣體經(jīng)歷了 2個過程。從狀態(tài)1到狀態(tài)2,氣體吸熱500kJ,活塞對外作功800kJo從狀態(tài)2到狀態(tài)3是一個 定壓的壓縮過程，壓力為p=400kPaz氣體向外散熱450kJ。并且己知Ui二2000KJ,U3二3500KJ,試算23過程氣體體積變化。解：【分析】過程23是一定定壓壓縮過程，其功的計算可利用：WQ羽 *2 厲-®(1

41、)因此，若能求出叫3,則由式(D即可求得AV。而VV23可由閉口系能量方程求得。對于過程42,所以匕=2 一町2 + E = 500腫-800腫十2000Q二1700肪對于過程2-3,皿23 二23 = 023 - (4 一 6) = (-450V) (35001700)妙=2250Q最后由式(1)得二巴302 二一 2250M/400好“5 625"負號說明在壓縮過程中體積減小。11.氣缸中封有空氣，初態(tài)為p=02MM、V, = 0.4n?,緩慢膨脹到v2 = 0.8/h3 o過程中“V維持不變；（2）過程中氣體先循唄=0.4-0.5代滬 膨脹到V, = 0.6/h3 ,再維持壓力

42、不變，膨脹到嶺=0.&滬。試分別求兩過程中氣 體作出的膨脹功。解-（）4（人-人）耳（叮一斥）+（）x（K -x 10“=0.4x （0.6 - 0.4） +（0.62 - 0.42） + 0x（0.8 06）x 10° = 1.5x 10訂12、空氣在壓氣機中被壓縮。壓縮前空氣的參數(shù)為 = 0.2MPa ,= 0.845m3/；壓縮后的參數(shù)為p2 = 0.8MPa , v2 =0A75m3/kgo 設在壓縮 過程中每千克空氣的熱力學能增加146.5燈，同時向外放出熱量50R。壓氣機 每分鐘產(chǎn)生壓縮空氣10kg。求：（1）壓縮過程中對每千克空氣作的功；（2）每生產(chǎn)Kg壓縮空氣

43、所需的功（技術(shù)功）；（3）帶動此壓氣機所用電動機的功率。解（1）閉I系能最方程q = An + w, 山已知條件：（I = -50kJ/kg, At/ = 146.5kJ/kg得 H'= q - Am = -50kJ 一 146.5kJ =-196.5kJ/kg即壓縮過程中壓氣機對每公斤氣體作功196.5U（2）托氣機是開口熱力系,生產(chǎn)1?？諝庑枰氖羌夹g(shù)功忖 山開口系能量守恒式q = h + u;得 w（ = </ - A/i =（/ - Am - A（/;v） = </ - Aw - （p2v2 - p、片）= -50kJ/kg-146.5kJ/kg-（0.8 x 10

44、3 kPa x 0.175m3 / kg - 0.1 x 105 kPa x 0.845m3 / kg） = 252kJ/kg即每生產(chǎn)1公斤爪縮空氣所需技術(shù)功為252kJ«（3）壓氣機毎分鐘生產(chǎn)壓縮空氣10kg,即l/6kg/s .故帶動壓氣機的電機功率為N = qwn; = - kg/s x 252kJ/kg = 42k W613、朗肯循環(huán)中，冷凝壓力為3kPa,水山水泵增壓至6MPa后送入鍋爐。鍋爐出口蒸汽溫度為600°C,心=3658.4 kJ/kg，汽輪機排汽比焙為心=2126R"g，凝結(jié)水比焰片=101 R/畑。在忽略泵耗功的情況下，試求：（1）求朗肯循

45、環(huán)的熱效率。（2）如果在上述朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上采用回熱，在系統(tǒng)中使用開式（混合式） 給水加熱器，用于加熱給水的蒸汽比恰為人=2859 2/畑，狀態(tài)點6的焙值為 604kJ/kg,試求回熱循環(huán)的熱效率，并與無回熱時的熱效率進行比較；（3）在上述回熱循環(huán)的基礎(chǔ)上，還有哪些提高循環(huán)效率的措施丿解：（1）鍋爐吸熱量為qB = /?3 - hx = 3658 .4 一 101 = 3557 .4 kJ/kg汽輪機輸出功為viy = /?3 /?4 = 3658 .4 2126 = 1532.4 kJ/kg循環(huán)熱效率為= 比=心2宀=0.431或qB 3557.4（2）開式給水加熱器熱平衡方程為（l-aX6

46、-J = a（5-6）604-101'2859 -101= 0.182 kg循環(huán)凈功%,=仏3 -他）+（1 -瞅心一兒）=（3658 .4 一 2859）+（l-0.182）x（2859 一2126）=1399kJ/kg吸熱量為如=仏 一= 3658 .4-604 = 3054.4 kJ/kg循環(huán)熱效率=% =1399= 3054.4 “ 偵或采用回熱循環(huán)的熱效率大于無回熱循環(huán)的熱效率。（3）主要措施有：提高主蒸汽溫度和壓力；（由于主蒸汽溫度已有 600°C,提高壓力的效果比較明顯）降低排汽壓力14、在恒溫熱源T1二700K和T2= 400K之間進行循環(huán)。當Wo二1OOOKJ ,