工程熱力學(xué)本科生期末復(fù)習(xí)題答案

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

2、）12. 任意可逆循環(huán)的熱效率都是n t=1-T2/T 1 ;（X）13. 經(jīng)不可逆循環(huán)，系統(tǒng)和外界均無(wú)法完全恢復(fù)原態(tài)；（X）14. 理想氣體的QCv值與氣體的溫度有關(guān)，則它們的差值也與溫度有關(guān)；（X）15. 氣體的比熱可以從-乂變化到+乂的任何值；（X）16. 理想氣體的比熱容與工質(zhì)、溫度和過(guò)程有關(guān)；（V）17. 理想氣體任意兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)確定后，氣體的狀態(tài)就一定確定了 ；（X）18. 理想氣體的的焓只和溫度有關(guān)， 是狀態(tài)參數(shù)，而實(shí)際氣體的焓不是狀態(tài)參數(shù)；（X）19. 工質(zhì)穩(wěn)定流經(jīng)熱力設(shè)備時(shí)，所做的技術(shù)功等于膨脹功減去流動(dòng)功；（V）20. 多變過(guò)程即任意過(guò)程；（X）21. 工質(zhì)進(jìn)行了一個(gè)吸熱、

3、升溫、壓力下降的多變過(guò)程，則多變指數(shù)n 滿足0n0,A T=0;（“）28. 對(duì)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；（X）29. 對(duì)于減縮噴管，當(dāng)Pb Per時(shí)，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(fù)數(shù)；（X）31. 噴管的流動(dòng)過(guò)程中肯定能達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲?；（X）32. 濕空氣的相對(duì)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；（X）34. 對(duì)于飽和空氣，t tw td ；（V）35. 對(duì)未飽和空氣進(jìn)行降溫，含濕量先保持不變，再降低；（V）36

4、. 對(duì)于水（蒸汽），任意兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)可確定其狀態(tài)；（錯(cuò)）37. 相對(duì)濕度較高的空氣，其露點(diǎn)溫度也較高；（X ）38. 濕飽和蒸汽的焓等于飽和水的焓加上干度乘以汽化過(guò)程中1kg飽和水變成干飽和蒸汽所吸收的熱量；（V）39. 過(guò)熱蒸汽的溫度總是大于未飽和水的溫度；（X ）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。（V）二圖示題1. 利用pv圖、T s圖分析多變指數(shù)1n可逆等溫放熱過(guò)程3-4,等熵壓縮過(guò)程4-1畫(huà)出該循環(huán)的p-v圖和T-s圖。解：8. 定性地畫(huà)出壓縮蒸汽制冷循環(huán)的焓熵圖解：9. 對(duì)于未飽和空氣，它的干球溫度、濕球溫度及露點(diǎn)溫度三者那個(gè)最大？那個(gè)最

5、?。繉?duì)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：未飽和濕空氣：ttwtd (T)飽和濕空汽：t=tw=td (T)10. 試畫(huà)出蒸汽壓縮制冷循環(huán)的T S圖，并用各狀態(tài)點(diǎn)的焓值表示其制冷系數(shù)。11. 試在T S圖上分別畫(huà)出汽油機(jī)理想循環(huán)和柴油機(jī)混合加熱理想循環(huán)。12. 在T S圖畫(huà)出基本的朗肯循環(huán)和帶再熱循環(huán)，并簡(jiǎn)要說(shuō)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(jī)出口蒸汽的干度。13. 定性畫(huà)出內(nèi)燃機(jī)三種理想循環(huán)的 p v、T s圖。解：混合加熱：定容加熱:23定壓加熱:14. 定性地畫(huà)出燃?xì)廨啓C(jī)定壓加熱循環(huán)的 p v、T s圖。（6 分）解：s三簡(jiǎn)答題

6、1閉口系與外界無(wú)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(dòng)開(kāi)口系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量也可以保持恒定2有人認(rèn)為，開(kāi)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(kāi)口系統(tǒng)不可能是絕熱系。對(duì)不對(duì)，為什么？答：這種說(shuō)法是不對(duì)的。工質(zhì)在越過(guò)邊界時(shí)，其熱力學(xué)能也越過(guò)了邊界。但熱 力學(xué)能不是熱量，只要系統(tǒng)和外界沒(méi)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？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(gè)不可逆過(guò)程后，系統(tǒng)能否恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)？包括系統(tǒng)和外界的整個(gè)系 統(tǒng)能否恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)？

7、 答：經(jīng)歷一個(gè)不可逆過(guò)程后系統(tǒng)可以恢復(fù)為原來(lái)狀態(tài)。系統(tǒng)和外界整個(gè)系統(tǒng)不 能恢復(fù)原來(lái)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(xué)能是相同性質(zhì)的參數(shù)結(jié)論？ 答：不會(huì)， Q U W 可知，公式中的 U 為熱力學(xué)能的差值，非熱力學(xué)能，熱力學(xué)能為狀態(tài)參數(shù)， 與過(guò)程無(wú)關(guān)。7. 熱力學(xué)能就是熱量嗎 ? 答：不是，熱是能量的一種，而熱力學(xué)能包括內(nèi)位能，內(nèi)動(dòng)能，化學(xué)能，原子 能，電磁能，熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)，與過(guò)程無(wú)關(guān)，熱與過(guò)程有關(guān) 。8. 熱力學(xué)第一

8、定律解析式有時(shí)寫(xiě)成下列兩種形式： 分別討論上述兩式的適用范圍 .答： q u w 適用于任何過(guò)程，任何工質(zhì)。2q u pdV 可逆過(guò)程，任何工質(zhì)19. 絕熱過(guò)程的過(guò)程功 w 和技術(shù)功 wt 的計(jì)算式：w=u1 u2 ， wt =h1 h2是否只限于理想氣體？是否只限于可逆絕熱過(guò)程？為什么？答：不只限于理想氣體和可逆的絕熱過(guò)程。 因?yàn)閝 u w和q h wt是通用公式，適用于任何工質(zhì)任何過(guò)程， 只要是絕熱過(guò)程 q 0無(wú)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(guò)程。10. 請(qǐng)歸納熱力過(guò)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。1

9、1. 當(dāng)有摩擦損耗時(shí)，噴管的流出速度同樣可用Cf2 、2他h2）來(lái)計(jì)算，似乎與無(wú) 摩擦損耗時(shí)相同，那么摩擦損耗表現(xiàn)在哪里呢？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(dòng)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。節(jié)流過(guò)程是個(gè)不可逆過(guò)程熵增，做功能力必然損失。13如果由于應(yīng)用氣缸冷卻水套以及其他冷卻方法，氣體在壓氣機(jī)氣缸中已經(jīng)能夠按定溫過(guò)程進(jìn)行壓縮，這時(shí)是否還需要采用分級(jí)壓縮？為什么？答：我們采用分級(jí)壓縮的目的是為了減小壓縮過(guò)程中余隙容積的影響，即使實(shí) 現(xiàn)了定溫過(guò)程余隙容積的影響仍然存在，所以我們?nèi)匀恍枰?/p>

10、級(jí)壓縮。14壓氣機(jī)按定溫壓縮時(shí)，氣體對(duì)外放出熱量，而按絕熱壓縮時(shí)不向外放熱，為 什么定溫壓縮反較絕熱壓縮更為經(jīng)濟(jì)？答：絕熱壓縮時(shí)壓氣機(jī)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(jìn)一步壓縮，且容易對(duì)壓氣機(jī)造成損傷，耗功大。 等溫壓縮壓氣機(jī)向外放熱，工質(zhì)的溫度不變，相比于絕熱壓縮氣體壓力較低， 有利于進(jìn)一步壓縮耗功小，所以等溫壓縮更為經(jīng)濟(jì)。15從內(nèi)燃機(jī)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(guò)程， 這是否是必然的？答：不是必然的，例如斯特林循環(huán)就沒(méi)有絕熱壓縮過(guò)程。對(duì)于一般的內(nèi)燃機(jī)來(lái) 說(shuō)，工質(zhì)在氣缸內(nèi)壓縮，由于內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速非常高，壓縮過(guò)程在極短時(shí)間內(nèi)完 成

11、，缸內(nèi)又沒(méi)有很好的冷卻設(shè)備，所以一般都認(rèn)為缸內(nèi)進(jìn)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?xì)廨啓C(jī)裝置 工作為什么要用二次冷卻空氣與高溫燃?xì)饣旌希够旌蠚怏w降低溫度，再進(jìn)入 燃?xì)廨啓C(jī)？答：這是因?yàn)楦邷厝細(xì)獾臏囟冗^(guò)高，燃?xì)廨啓C(jī)的葉片無(wú)法承受這么高的溫度， 所以為了保護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)要將燃?xì)饨档蜏囟群笤僖胙b置工作。同時(shí)加入大量二次空氣，大大增加了燃?xì)獾牧髁浚@可以增加燃?xì)廨啓C(jī)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(shí)現(xiàn)，故不能按逆向卡諾循環(huán)運(yùn)行。在壓縮空氣制冷 循環(huán)中，用兩個(gè)定壓過(guò)程來(lái)代替逆向卡諾循環(huán)的兩個(gè)定溫過(guò)程。XiM

12、 eq18混合氣體中如果已知兩種組分A和B的摩爾分?jǐn)?shù)xAxB,能否斷定質(zhì)量分?jǐn)?shù)也 是 3 A3 BMi，質(zhì)量分?jǐn)?shù)還與各組分的摩爾質(zhì)量有關(guān)。答：否。四、計(jì)算題1設(shè)熱源溫度Th=1300K,冷源溫度等于環(huán)境溫度To=288K熱機(jī)的工質(zhì)吸熱平均溫度為=600K放熱平均溫度T2=300K。已知熱機(jī)的熱效率t是以工質(zhì)吸放熱的平均溫度作為卡 諾循環(huán)效率c的80%,若熱機(jī)從熱源吸熱100kJ求:1）吸放熱量的可用能;2）實(shí)際熱機(jī)所做出的功;3）熱機(jī)和熱源、冷源整個(gè)裝置的熵的變化量；4）整個(gè)裝置的做功能力損失。解：2. 有一熱力循環(huán)，工質(zhì)為空氣，分別經(jīng)歷以下過(guò)程，由15C, 0.5MPa,定壓加熱到P v、T

13、 s圖上。200 T，然后絕熱膨脹，溫度降低到 100C，接著定容冷卻到15 C,最后等溫壓縮到初始狀態(tài)。所有過(guò)程都是可逆的，試求循環(huán)熱效率，并將該循環(huán)畫(huà)在解：1點(diǎn)，P2P1 0.5MPa; , t2 200 C；st115 C , p10.5MPa ; 2 點(diǎn)：點(diǎn)：t3100 C,P3T4(T3 /T2) k 1 p2 = 0.438 MPa ; 4 點(diǎn)：t415C, p p3 = 0.338 MPa;循環(huán)的吸熱量為:qiqi2cp T2 Tj = 185.93kJ;循環(huán)的放熱量為:q2q34q4iCv T3T4RgIn 匕=93.3Pi則循環(huán)熱效率為q249.8 %qi3.某剛性容器內(nèi)儲(chǔ)有

14、700 kg的空氣，其初始?jí)毫?pi=0.103MPa, ti=5C，為了使其溫度升高到27C，設(shè)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）解：若狀態(tài)變化只是從一個(gè)功源吸收能量實(shí)現(xiàn)，則空氣與功源的熵增又為多少?4. 1kg空氣經(jīng)歷可逆過(guò)程程（K:絕熱指數(shù)）已知Tb600K，TaTc 300K，若比熱為定值，求過(guò)程 a-b-c的熱a-b-c,其中a-b為多變指數(shù)n=0的多變過(guò)程，b-c為n=K的過(guò)力學(xué)平均溫度Tm .bdSa解: Tm Sb SaCpdTCpm ln T-I aC pm (Tb Ta )C

15、pm 1 n1 a600 300432.8 ,600In3005、某蒸汽動(dòng)力循環(huán)，初參數(shù)為9MPa，530 C的水蒸氣，經(jīng)主汽門(mén)絕熱節(jié)流后成為8MPa 的水蒸氣進(jìn)入可逆絕熱的汽輪機(jī)中膨脹作功，直到壓力降為0.004MPa。忽略泵功。試求：1）與沒(méi)有節(jié)流相比，由于節(jié)流，單位工質(zhì)在汽輪機(jī)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25 C;3）節(jié)流后循環(huán)的熱效率為多少？4）將過(guò)程和作功能力損失示意地畫(huà)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：p MPats Ch kJ/kgh kJ/kgs kJ/kg.Ks kJ/kg.0.00428.9533121.3255

16、3.450.42218.47258.0295.0481316.52757.703.20665.74309.0303.385 :1363.12741.923.28545.6771已知過(guò)熱水蒸氣的有關(guān)參數(shù)如下表:p=8 MPap=9 MPat ChkJ/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(shí)節(jié)流后同樣可求 s s26.8019kJ/kg.K2) 節(jié)流引起的作功能力損失3) 節(jié)流后循環(huán)的效率 循環(huán)吸熱量則效率

17、t 242.27%qi4) 圖6.活塞式內(nèi)燃機(jī)的定容加熱循環(huán)，其初始狀態(tài)為p=0.1MPa,t=25C,壓縮比(皿心2)=8。對(duì)工質(zhì)加入熱量為780kJ/kg,工質(zhì)視為空氣(R=287J/kgK, cp=1.004kJ/kgK)1)畫(huà)出循環(huán)的p-v圖及T-S圖;2) 計(jì)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(xué)措施解：( 1)(2)(3)(4 )提高壓縮7容積乳劄rlx初溫I =150C,經(jīng)比V=0.5m3 的空氣初壓=0.3MPa,膨脹過(guò)程到終態(tài)上=0.08MPa,迂=20C，求過(guò)程中熱力學(xué)能，焓及熵的變化量。空氣作為理想氣體，其比熱容可取定值，

18、氣體常數(shù)=287J/(kg K);. =1005J/(kg K)。解：由狀態(tài)方程pV mRgT得6=1.24 kg0.3 100.5RgT287 (273 150)由邁耶公式得cv Cp Rg 1005 287=718 kJ/(kg K)熱力學(xué)能的變化為U mg umgcv(T 2T1)1.24718(150 20)=114.8 J焓的變化為H mg hmgcp(T 2T1)1.241005(150 20)=162.0 J熵的變化為S mg sT2m(cp In -T1Rgln p2)P11.242930 08(1005 In 293 287ln) =12.68 J/K4230.38空氣初態(tài)為

19、丿i=0.1MPa、I =20E，經(jīng)過(guò)兩級(jí)活塞式壓氣機(jī)后，壓力提高到2.5MPa，假定各級(jí)壓縮過(guò)程的多變指數(shù)n=1.3。試求：(1)以耗功最小為前提的各級(jí)壓比；(2)生產(chǎn)1kg 壓縮空氣理論上消耗的功；(3)各級(jí)氣缸的出口溫度；(4)若采用單級(jí)壓縮，壓氣機(jī)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(jī)工作過(guò)程p-v圖如下(1) 由題意耗功為n 1n 1wc- Rg(史)(蘭)2n 1p1p2其中P2為變量，故對(duì)其求導(dǎo)可得滿足p2p1gp3時(shí)，為壓縮機(jī)最小耗功量(2) 由式得=327.79 kJ/kg(3) 由于各級(jí)多變指數(shù)相同，且采用級(jí)間冷卻n 1低壓級(jí)匸(-)VT1p1則其出口氣溫為n 11.3 102T2 T) n (273 20) 5 1.3 =424.8 Kp1同理高壓級(jí)出口氣溫n 1n 1T3 T2g-)V T1g(-p3)_ =12=424.8 Kp2p2(4) 單級(jí)壓縮時(shí)耗功為1Wcn 1 p 3 Rg(-) nP11.31.3 11.3 10.287 (273 20) 25 1.31=401.51 kJ/kg出口氣溫為T(mén)3n