工程熱力學(xué)習(xí)題集附答案

工程熱力學(xué)習(xí)題集一、填空題1．能源按使用程度和技術(shù)可分為能源和能源。2．孤立系是與外界無任何和交換的熱力系。3．單位質(zhì)量的廣延量參數(shù)具有參數(shù)的性質(zhì)，稱為比參數(shù)。4．測得容器的真空度，大氣壓力，則容器內(nèi)的絕對(duì)壓力為。5．只有過程且過程中無任何效應(yīng)的過程是可逆過程。6．飽和水線和飽和蒸汽線將壓容圖和溫熵圖分成三個(gè)區(qū)域，位于三區(qū)和二線上的水和水蒸氣呈現(xiàn)五種狀態(tài)：未飽和水飽和水濕蒸氣、和。7．在濕空氣溫度一定條件下，露點(diǎn)溫度越高說明濕空氣中水蒸氣分壓力越、水蒸氣含量越，濕空氣越潮濕。（填高、低和多、少）8．克勞修斯積分為可逆循環(huán)。9．熵流是由引起的。10．多原子理想氣體的定值比熱容。11．能源按其有無加工、轉(zhuǎn)換可分為能源和能源。12．絕熱系是與外界無交換的熱力系。13．狀態(tài)公理指出，對(duì)于簡單可壓縮系，只要給定個(gè)相互獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)就可以確定它的平衡狀態(tài)。14．測得容器的表壓力，大氣壓力，則容器內(nèi)的絕對(duì)壓力為。15．如果系統(tǒng)完成某一熱力過程后，再沿原來路徑逆向進(jìn)行時(shí)，能使都返回原來狀態(tài)而不留下任何變化，則這一過程稱為可逆過程。16．卡諾循環(huán)是由兩個(gè)和兩個(gè)過程所構(gòu)成。17．相對(duì)濕度越，濕空氣越干燥，吸收水分的能力越。（填大、?。?8．克勞修斯積分為不可逆循環(huán)。19．熵產(chǎn)是由引起的。20．雙原子理想氣體的定值比熱容。21、基本熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)有：（）、（）、（）。22、理想氣體的熱力學(xué)能是溫度的（）函數(shù)。23、熱力平衡的充要條件是：（）。24、不可逆絕熱過程中，由于不可逆因素導(dǎo)致的熵增量，叫做（）。25、卡諾循環(huán)由（）熱力學(xué)過程組成。26、熵增原理指出了熱力過程進(jìn)行的（）、（）、（）。31.當(dāng)熱力系與外界既沒有能量交換也沒有物質(zhì)交換時(shí)，該熱力系為_______。32.在國際單位制中溫度的單位是_______。33.根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程，風(fēng)機(jī)、水泵的能量方程可簡化為_______。34.同樣大小的容器內(nèi)分別儲(chǔ)存了同樣溫度的氫氣和氧氣，若二個(gè)容器內(nèi)氣體的壓力相等，則二種氣體質(zhì)量的大小為_______。35.已知理想氣體的比熱C隨溫度的升高而增大，當(dāng)t2>t1時(shí)，的大小關(guān)系為_______。36.已知混合氣體中各組元?dú)怏w的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωi和摩爾質(zhì)量Mi，則各組元?dú)怏w的摩爾分?jǐn)?shù)χi為_______。37.由熱力系與外界發(fā)生_______交換而引起的熵變化稱為熵流。38.設(shè)有一卡諾熱機(jī)工作于600℃和30℃熱源之間，則卡諾熱機(jī)的效率為_______。39.在蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，汽輪機(jī)排汽壓力的降低受_______溫度的限制。40.燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱循環(huán)的_______是決定循環(huán)熱效率的唯一的條件。41.與外界既無能量交換也無物質(zhì)交換的熱力系稱為_____熱力系。42.熱力系的儲(chǔ)存能包括_____。43.已知某雙原子氣體的氣體常數(shù)Rr=260J/(kg·k)，則其定值定體質(zhì)量比熱容cv=_____J/(kg·k)。44.已知1kg理想氣體定壓過程初、終態(tài)的基本狀態(tài)參數(shù)和其比熱容，其熱力學(xué)能的變化量可求出為Δu=_____。45.定值比熱容為cn的多變過程，初溫為t1,終溫為t2，其熵變量Δs=_____。46.水蒸汽的臨界壓力為_____MPa。47.流體流經(jīng)管道某處的流速與_____的比值稱為該處流體的馬赫數(shù)。48.汽輪機(jī)的排汽壓力越低，循環(huán)熱效率越高，但排汽壓力的降低受到了_____的限制。49.壓氣機(jī)增壓比較大時(shí)，為了減少滯脹容積、提高容積效率，除了盡可能減小余隙容積外，通常還采取_____的措施。50.未飽和濕空氣的相對(duì)濕度值在_____之間。二、單項(xiàng)選擇題1._________過程是可逆過程。()A.可以從終態(tài)回復(fù)到初態(tài)的B.沒有摩擦的C.沒有摩擦的準(zhǔn)平衡D.沒有溫差的2.絕對(duì)壓力p,真空pv，環(huán)境壓力Pa間的關(guān)系為()A.p+pv+pa=0B.p+pa－pv=0C.p－pa－pv=0D.pa－pv－p=03.閉口系能量方程為()A.Q+△U+W=0B.Q+△U－W=0C.Q－△U+W=0D.Q－△U－W=04.氣體常量Rr()A.與氣體種類有關(guān),與狀態(tài)無關(guān)B.與狀態(tài)有關(guān),與氣體種類無關(guān)C.與氣體種類和狀態(tài)均有關(guān)D.與氣體種類和狀態(tài)均無關(guān)5.理想氣體的是兩個(gè)相互獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)。()A.溫度與熱力學(xué)能B.溫度與焓C.溫度與熵D.熱力學(xué)能與焓6.已知一理想氣體可逆過程中,wt=w,此過程的特性為()A.定壓B.定溫C.定體D.絕熱7.能量方程q=△u+w和q=Cv△T+的適用條件有何不同?8.夏天，自行車在被太陽曬得很熱的馬路上行駛時(shí)，為什么容易引起輪胎爆破?9.不可逆過程熵的變化如何計(jì)算?10.在工程實(shí)際中，常引用哪些參數(shù)來表示因摩擦對(duì)噴管流動(dòng)的影響?它們之間有何關(guān)系?五、名詞解釋(每小題5分，共25分)1.熱力系的儲(chǔ)存能2.平均質(zhì)量熱容3.熵產(chǎn)4.穩(wěn)定流動(dòng)5.濕空氣的焓六、分析題1、如圖1，某種理想氣體有兩任意過程a-b和a-c，已知b，c在同一可逆絕熱線上，試分析：Δuab和Δuac哪個(gè)大？SHAPE2、某理想氣體經(jīng)歷4個(gè)過程，如圖2所示。指出各過程加熱或放熱，膨脹或壓縮。圖1圖1圖2圖23、請(qǐng)分析以下幾種說法正確嗎？為什么？（1）熵增大的過程必為不可逆過程；（2）熵產(chǎn)的過程必為不可逆過程。4、某循環(huán)在700K的熱源及400K的冷源之間工作，如圖3所示。（1）用克勞修斯積分不等式判別循環(huán)是熱機(jī)循環(huán)還是制冷循環(huán)，可逆還是不可逆?（2）用卡諾定理判別循環(huán)是熱機(jī)循環(huán)還是制冷循環(huán)，可逆還是不可逆?圖3圖3七、計(jì)算題1．某蒸汽動(dòng)力裝置，蒸汽流量為40t/h，進(jìn)口處壓力表讀數(shù)為，進(jìn)口比焓為kJ/kg；出口真空表讀數(shù)為，比焓為kJ/kg，當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，汽輪機(jī)對(duì)環(huán)境放熱為6.3×103kJ/h。試求：汽輪機(jī)進(jìn)出口蒸汽的絕對(duì)壓力各為多少？單位質(zhì)量蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)對(duì)外輸出功為多少？汽輪機(jī)的功率為多大？若進(jìn)出口蒸汽流速分別為60m/s和140m/s時(shí)，對(duì)汽輪機(jī)輸出功有多大影響？2．將0.8溫度為1000℃的碳鋼放入盛有6溫度為18℃的水的絕熱容器中，最后達(dá)到熱平衡。試求此過程中不可逆引起的熵產(chǎn)。碳鋼和水的比熱容分別為和。3、0.5kmol某種單原子理想氣體，由25℃，2m3可逆絕熱膨脹到1atm，然后在此狀態(tài)的溫度下定溫可逆壓縮回到2m3。（1）畫出各過程的p-v圖及T-s圖；（5分）（2）計(jì)算整個(gè)過程的Q，W，ΔU，ΔH及ΔS。4．系統(tǒng)經(jīng)一熱力過程，放熱8kJ，對(duì)外作功26kJ。為使其返回原狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)加熱6kJ，問需對(duì)系統(tǒng)作功多少？5．一卡諾機(jī)工作在800℃和20℃的兩熱源間，試求：卡諾機(jī)的熱效率；若卡諾機(jī)每分鐘從高溫?zé)嵩次?000kJ熱量，此卡諾機(jī)凈輸出功率為多少kW？求每分鐘向低溫?zé)嵩磁懦龅臒崃俊?．空氣從相同初態(tài)、℃經(jīng)定容過程至終溫℃，試求吸熱量、膨脹功、技術(shù)功和初終態(tài)焓差。（空氣的，，。）8、封閉氣缸中氣體初態(tài)p1=8MPa，t1=1300℃，經(jīng)過可逆多變膨脹過程變化到終態(tài)p2=0.4MPa，t2=400℃。已知該氣體的氣體常數(shù)Rg=0.287kJ/(kg·K)，比熱容為常數(shù)，cV=0.716kJ/(kg·K)。（1）求多變過程的多變指數(shù)；（2）求多變過程的膨脹功；（3）試判斷氣體在該過程中各是放熱還是吸熱的？9.m=2.26kg理想氣體的氣體常數(shù)Rr=430J/(kg·k)，比熱比k=1.35。初溫T1=477K，經(jīng)可逆定體過程后終溫T2=591K。求Q、ΔU、W、ΔS。10.設(shè)爐膛中火焰的溫度恒為tr=1500℃，汽鍋內(nèi)蒸汽的溫度恒為ts=500℃，環(huán)境溫度為t0=25℃，求火焰每傳出1000kJ熱量引起的熵產(chǎn)和作功能力損失。11.空氣可逆絕熱流過一噴管，入口壓力p1=0.7MPa，溫度t1=800℃，出口壓力p2=0.15MPa，此噴管是什么外型的噴管?入口空氣流速忽略不計(jì)，比熱容和比熱比取定值，分別為cp=1.004kJ/(kg·K)，k=1.4，求噴管出口空氣的溫度、流速、馬赫數(shù)。12.m=1.5kg空氣按可逆定溫過程由初態(tài)T1=328K,P1=0.25×106Pa變化到終態(tài)P2=0.15×106Pa，空氣的Rr=0.287KJ/(kg·k)，試求此定溫過程的Q、W、△U、△H。13.空氣在漸縮噴管進(jìn)口截面上的壓力P1=1.5×106Pa，比體積V1=0.065m3/kg，VC1≈0；噴管出口截面上的壓力P2=0.8×106Pa出口截面積A2=14cm2；設(shè)空氣的Rr=287J/(kg·k)，比熱容比K=1.4。試求：(1)噴管出口截面上的比體積V2，溫度T2(2)空氣流經(jīng)出口截面時(shí)的速度VC214.某燃?xì)廨啓C(jī)排氣1.20kg/s，溫度為T1=576K,定壓排入溫度T0=283K的環(huán)境；設(shè)排氣的Cp=1.021KJ/(kg·k)。試求每小時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)的排氣熱量中的有效能和無效能。15.設(shè)爐膛中火焰的溫度恒為tr=1500℃，汽鍋內(nèi)蒸汽的溫度恒為ts=500℃，環(huán)境溫度為t0=25℃，求火焰每傳出1000kJ熱量引起的熵產(chǎn)和作功能力損失。16.m=1.5kg空氣按可逆定溫過程由初態(tài)T1=328K,P1=0.25×106Pa變化到終態(tài)P2=0.15×106Pa，空氣的Rr=0.287KJ/(kg·k)，試求此定溫過程的Q、W、△U、△H。17．某蒸汽動(dòng)力裝置，蒸汽流量為40t/h，進(jìn)口處壓力表讀數(shù)為，進(jìn)口比焓為kJ/kg；出口真空表讀數(shù)為，比焓為kJ/kg，當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，汽輪機(jī)對(duì)環(huán)境放熱為6.3×103kJ/h。試求：（1）汽輪機(jī)進(jìn)出口蒸汽的絕對(duì)壓力各為多少？（2）單位質(zhì)量蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)對(duì)外輸出功為多少？（3）汽輪機(jī)的功率為多大？（4）若進(jìn)出口蒸汽流速分別為60m/s和140m/s時(shí)，對(duì)汽輪機(jī)輸出功有多大影響？工程熱力學(xué)習(xí)題集答案一、填空題1．常規(guī)新2．能量物質(zhì)3．強(qiáng)度量4．545．準(zhǔn)平衡耗散6．干飽和蒸汽過熱蒸汽7．高多8．等于零9．與外界熱交換10．11．一次二次12．熱量13．兩14．17315．系統(tǒng)和外界16．定溫絕熱可逆17．小大18．小于零19．不可逆因素20．21、（壓力）、（溫度）、（體積）。22、（單值）。23、（系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界之間各種不平衡的熱力勢(shì)差為零）。24、（熵產(chǎn)）。25、（兩個(gè)可逆定溫和兩個(gè)可逆絕熱）26、（方向）、（限度）、（條件）。31.孤立系；32.開爾文(K)；33.－ws=h2－h(huán)1或－wt=h2－h(huán)134.小于35.36.37.熱量38.65.29%39.環(huán)境40.增壓比41.孤立42熱力學(xué)能、宏觀動(dòng)能、重力位能43.65044.cv(T2－T1)45.cnln46.22.1247.當(dāng)?shù)匾羲?8.環(huán)境溫度49.多級(jí)壓縮、中間冷卻50.0與151.（物質(zhì)）52.（絕對(duì)壓力）。53.（q=(h2-h1)+(C22-C12)/2+g(Z2-Z1)+wS）。54.（溫度）55.(0.657)kJ/kgK。56.(定熵線)57.（逆向循環(huán)）。58.（兩個(gè)可逆定溫過程和兩個(gè)可逆絕熱過程）59.（預(yù)熱階段、汽化階段、過熱階段）。60.（增大）二、單項(xiàng)選擇題1.C2.D3.D4.A5.C6.B7.A8.A9.C10.B11.A12.B13.B14.B15.D16.B17.A18.B19.B20.C21.C22.C23.A三、判斷題1．√2．√3．4．√5．6．7．8．9．10．11．12．13．14．√15．16．17．18．√19．√20．√21.（×）22.（√）23.（×）24.（×）25.（√）26.（×）27.（√）28.（√）29.（×）30.（√）四、簡答題1.它們共同處都是在無限小勢(shì)差作用下，非常緩慢地進(jìn)行，由無限接近平衡狀態(tài)的狀態(tài)組成的過程。它們的區(qū)別在于準(zhǔn)平衡過程不排斥摩擦能量損耗現(xiàn)象的存在，可逆過程不會(huì)產(chǎn)生任何能量的損耗。一個(gè)可逆過程一定是一個(gè)準(zhǔn)平衡過程，沒有摩擦的準(zhǔn)平衡過程就是可逆過程。2.1kg氣體:pv=RrTmkg氣體:pV=mRrT1kmol氣體：pVm=RTnkmol氣體：pV=nRTRr是氣體常數(shù)與物性有關(guān)，R是摩爾氣體常數(shù)與物性無關(guān)。3.干飽和蒸汽：x=1,p=pst=tsv=v″,h=h″s=s″濕飽和蒸汽：0<x<1,p=pst=ts<v<v″,h′<h<h″,s′<s<s″4.流速為當(dāng)?shù)匾羲?Ma=1)時(shí)的狀態(tài)稱為流體的臨界狀態(tài)。流體臨界狀態(tài)的壓力(臨界壓力)與其滯止壓力的比值，稱為臨界壓力比。理想氣體的臨界壓力比只與氣體的物性有關(guān)(或比熱比k有關(guān))5.汽耗率是每作1kw·h功(每發(fā)1度電)的新蒸汽耗量(汽耗量)。熱耗率是每作1kw·h功(每發(fā)1度電)的耗熱量。熱耗率與熱效率是直接關(guān)聯(lián)的，熱耗率越高，熱效率就越低；而汽耗率與熱效率就沒有這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，汽耗率低不一定熱效率高，汽耗率高也不一定熱效率低。6.平衡態(tài)是指熱力系的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)。穩(wěn)定態(tài)是指熱力系的狀態(tài)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)。平衡必然穩(wěn)定，穩(wěn)定未必平衡。7.前者：閉口系、任意工質(zhì)、任意過程后者：閉口系、理想氣體、可逆過程8.輪胎內(nèi)氣體壓力為P=為常數(shù)，當(dāng)T升高時(shí)P隨之升高，容易引起爆破。9.可以選擇相同初、終狀態(tài)間可逆過程熵的變化來計(jì)算。10.在工程實(shí)際中，常引用“速度系數(shù)”φ、“噴管效率”η和“能量損失系數(shù)”ξ來表示因摩擦對(duì)噴管流動(dòng)的影響。三者之間的關(guān)系為：ξ=1－φ2=1－η11.略12.熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是什么？并寫出熱力學(xué)第一定律的兩個(gè)基本表達(dá)式。答：熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)換與守恒原理。熱力學(xué)第一定律的兩個(gè)基本表達(dá)式為：q=Δu+w；q=Δh+wt13.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是什么？并寫出熵增原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式。答：熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是能量貶值原理。熵增原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：dSiso≥0。14.什么是可逆過程？實(shí)施可逆過程的條件是什么？答：可逆過程為系統(tǒng)與外界能夠同時(shí)恢復(fù)到原態(tài)的熱力過程。實(shí)施可逆過程的條件是推動(dòng)過程進(jìn)行的勢(shì)差為無窮小，而且無功的耗散。五、名詞解釋1.熱力系儲(chǔ)存能包括：熱力學(xué)能、宏觀動(dòng)能和重力位能。2.對(duì)于c－t圖上曲邊梯形面積，由微積分中值定理知，必然存在－ξ值使得曲邊梯形面積與一矩形面積相等，這個(gè)ξ值在c－t圖上就是平均質(zhì)量熱容的概念。3.不可逆過程中，不可逆因素引起的熵的變化稱為熵產(chǎn)。4.所謂穩(wěn)定流動(dòng)，是指流體流經(jīng)管道中任意點(diǎn)的熱力狀態(tài)參數(shù)及流速等均不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)過程。5.濕空氣的焓值等于干空氣的焓值與水蒸氣的焓值之和。六、分析題1、解：（方法一）過b、c分別作等溫線，因?yàn)椋剩ǚ椒ǘ┛紤]過程b-c，2、解：因?yàn)椋?-3：，且則有： 所以邊壓縮邊放熱1-2：，則所以有邊膨脹邊放熱1-4： 邊膨脹邊吸熱1-5：邊膨脹邊吸熱邊降溫3、請(qǐng)問一下幾種說法正確嗎？為什么？（1）熵增大的過程必為不可逆過程；答：不正確。熵增大的過程不一定為不可逆過程，因?yàn)殪卦龃蟀亓骱挽禺a(chǎn)兩部分，如果熵流大于0，而熵產(chǎn)為0的可逆過程，上仍然是增大的。（2）熵產(chǎn)的過程必為不可逆過程。答：正確。熵產(chǎn)是由于熱力過程中的不可逆因素導(dǎo)致的，因此當(dāng)熵產(chǎn)，則此過程必定為不可逆過程。4、某循環(huán)在700K的熱源及400K的冷源之間工作，如圖3所示。（1）用克勞修斯積分不等式判別循環(huán)是熱機(jī)循環(huán)還是制冷循環(huán)，可逆還是不可逆?（2）用卡諾定理判別循環(huán)是熱機(jī)循環(huán)還是制冷循環(huán)，可逆還是不可逆?圖3圖3解：方法1：設(shè)為熱機(jī)循環(huán)不可能設(shè)為制冷循環(huán)：符合克氏不等式，所以是不可逆制冷循環(huán)方法2：設(shè)為熱機(jī)循環(huán) 設(shè)為制冷循環(huán) ，所以是不可逆制冷循環(huán)七、計(jì)算題1．解：（1）（2）取汽輪機(jī)汽缸內(nèi)壁和蒸汽進(jìn)、出口為系統(tǒng)，則系統(tǒng)為穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)，能量方程為進(jìn)、出口的動(dòng)能差和位能差忽略不計(jì)，則(kJ/kg)（3）汽輪機(jī)功率(kW)（4）2．解：代入數(shù)據(jù)解得：℃3、解：（1）畫出各過程的p-v圖及T-s圖（2）先求各狀態(tài)參數(shù)等溫過程：熱量=膨脹功=技術(shù)功所以，放熱4．解：根據(jù)能量方程有(kJ)5．解：（1）（2）（3）6．解7、解：缸內(nèi)氣體為熱力系-閉口系。突然取走90kg負(fù)載，氣體失去平衡，振蕩后最終建立新的平衡。雖不計(jì)摩擦，但由于非準(zhǔn)靜態(tài)，故過程不可逆。但可以應(yīng)用第一定律解析式。由于缸壁充分導(dǎo)熱，所以缸內(nèi)的氣體在熱力變化過程中的溫度是不變的。首先計(jì)算狀態(tài)1和狀態(tài)2的基本參數(shù)， (1)求活塞上升的高度：過程中質(zhì)量不變，且等于（2）氣體在過程中作的功根據(jù)熱力學(xué)第一定律，，以及由于且T1=T2，由于不計(jì)摩擦氣體所做的功，分為兩部分：位克服大氣所做的功；位活塞位能的增加量則或者，8.解：（1）1到2是可逆多變過程，對(duì)初，終態(tài)用理想氣體狀態(tài)方程式有所以多變指數(shù)（2）多變過程的膨脹功（3）多變過程的熱量故該可逆多變膨脹過程是吸熱過程9.cv===1229