工程熱力學(xué)期末復(fù)習(xí)題答案

《工程熱力學(xué)》練習(xí)題參考答案

第一單元

一、判斷正誤并說(shuō)明理由：

1.給理想氣體加熱，其熱力學(xué)能總是增加的。

錯(cuò)。理想氣體的熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù)，如果理想氣體是定溫吸熱，那么其

熱力學(xué)能不變。

1,測(cè)量容器中氣體壓力的壓力表讀數(shù)發(fā)生變化一定是氣體熱力狀態(tài)發(fā)生了變

化°

錯(cuò)。壓力表讀數(shù)等于容器中氣體的壓力加上大氣壓力。所以壓力表讀數(shù)發(fā)生變化

可以是氣體的發(fā)生了變化，也可以是大氣壓力發(fā)生了變化。

2.在開(kāi)口系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)、出口截面狀態(tài)參數(shù)不變時(shí)，而單位時(shí)間流入與流出的

質(zhì)量相等，單位時(shí)間交換的熱量與功量不變，則該系統(tǒng)處在平衡狀態(tài)。

錯(cuò)。系統(tǒng)處在穩(wěn)定狀態(tài)，而平衡狀態(tài)要求在沒(méi)有外界影響的前提下，系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)

間不發(fā)生任何變化。

3.熱力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)任意可逆過(guò)程后，終態(tài)B的比容為V.大于初態(tài)A的比容匕，外

BA

界一定獲得了技術(shù)功。

錯(cuò)。外界獲得的技術(shù)功可以是正，、零或負(fù)。

4.在朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上實(shí)行再熱，可以提高循環(huán)熱效率。

錯(cuò)。在郎肯循環(huán)基礎(chǔ)上實(shí)行再熱的主要好處是可以提高乏汽的干度，如果中間壓

力選的過(guò)低，會(huì)使熱效率降低。

6?水蒸汽的定溫過(guò)程中，加入的熱量等于膨脹功。

錯(cuò)。因?yàn)樗羝臒崃W(xué)能不是溫度的單值函數(shù)，所以水蒸汽的定溫過(guò)程中，加

入的熱量并不是全部用與膨脹做功，還使水蒸汽的熱力學(xué)能增加。

7?余隙容積是必需的但又是有害的，設(shè)計(jì)壓氣機(jī)的時(shí)候應(yīng)盡可能降低余隙比。

對(duì)。余隙容積的存在降低了容積效率，避免了活塞和氣門(mén)缸頭的碰撞，保證了設(shè)

備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)壓氣機(jī)的時(shí)候應(yīng)盡可能降低余容比。

8?燃機(jī)定容加熱理想循環(huán)熱效率比混合加熱理想循環(huán)熱效率高。

錯(cuò)。在循環(huán)增壓比相同吸熱量相同的情況下，定容加熱理想循環(huán)熱效率比混合加

熱理想循環(huán)熱效率高；但是在循環(huán)最高壓力和最高溫度相同時(shí)，定容加熱理想循環(huán)熱效率比

混合加熱理想循環(huán)熱效率低。

9?不可逆過(guò)程工質(zhì)的嫡總是增加的，而可逆過(guò)程工質(zhì)的嫡總是不變的。

錯(cuò)。嫡是狀態(tài)參數(shù)，工質(zhì)嫡的變化量?jī)H與初始和終了狀態(tài)相關(guān)，而與過(guò)程可逆不

可逆無(wú)關(guān)。

10?已知濕空氣的壓力和溫度，就可以確定其狀態(tài)。

錯(cuò)。濕空氣是干空氣與水蒸汽的混合物，據(jù)狀態(tài)公理，確定濕空氣的狀態(tài)需要三

個(gè)狀態(tài)參數(shù)。

二、簡(jiǎn)答題：

1.熱力學(xué)第二定律可否表示為：機(jī)械能能完全轉(zhuǎn)換為熱能，而熱能不能全部轉(zhuǎn)

換為機(jī)械能。

不可以。機(jī)械能可以無(wú)條件地轉(zhuǎn)化為熱能，熱能在一定條件下也可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

2.試畫(huà)出蒸汽壓縮制冷簡(jiǎn)單循環(huán)的T-s圖，并指出各熱力過(guò)程以及與過(guò)程相對(duì)

應(yīng)的設(shè)備名稱(chēng)。

蒸汽壓縮制冷簡(jiǎn)單循環(huán)的T-s圖.1-2為定嫡壓縮過(guò)程，在壓縮機(jī)中進(jìn)行；2-3為定壓冷凝過(guò)

程，在冷凝器中進(jìn)行；3-4是節(jié)流降壓過(guò)程，在節(jié)流閥中進(jìn)行；4-1為定壓蒸發(fā)過(guò)程，在蒸

3.用蒸汽作循環(huán)工質(zhì)，其放熱過(guò)程為定溫過(guò)程，而我們又常說(shuō)定溫吸熱和定溫

放熱最為有利，可是為什么蒸汽動(dòng)力循環(huán)反較柴油機(jī)循環(huán)的熱效率低？

.qT

T)=1——2-=1——2-

taT

考察蒸汽動(dòng)力循環(huán)和柴油機(jī)循環(huán)的熱效率時(shí)，根據(jù)熱效率的定義11知道，

熱效率的大小與平均吸熱溫度和平均放熱溫度有關(guān)。平均吸熱溫度越高，熱效率越高。蒸汽

動(dòng)力循環(huán)由于受到工質(zhì)和材料的限制，其平均吸熱溫度是600℃左右；而柴油機(jī)循環(huán)的平均

吸熱溫度是1300℃左右，所以蒸汽動(dòng)力循環(huán)反較柴油機(jī)循環(huán)的熱效率低。

4.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)？

壓氣機(jī)定溫壓縮與絕熱壓縮時(shí)所需要外界提供的功不一樣而需要外界提供的功等于壓縮過(guò)

程的技術(shù)功，定溫壓縮的技術(shù)功比絕熱壓縮的技術(shù)功小，所電溫壓縮反較絕熱壓縮更為經(jīng)

濟(jì)。如p-v圖所示的壓縮過(guò)程，可以看出

___________.2s

定溫壓縮的技術(shù)功是Pl-1-2T-p2-pl的面積，P2

絕熱壓縮的技術(shù)功是Pl-l-2s-p2-pl的面積。\\

顯然定溫壓縮的技術(shù)功比絕熱壓縮的技術(shù)功小。、_____________________,

三.計(jì)算題：

1.1kg氧氣置于圖所示的氣缸>缸壁能充分導(dǎo)熱>且活塞與缸壁無(wú)摩擦。初始

時(shí)氧氣壓力為0.5Mpa、溫度為27℃。如果氣缸長(zhǎng)度為2L，活塞質(zhì)量為10kg，試

計(jì)算拔除銷(xiāo)釘后，活塞可能達(dá)到的最大速度。氧氣的比熱容c=O.918kJ/(kg-K)>

P

k=L395，H=D260kJ/(kg,K)

p=O.5Mpa

t=27℃

解：

取氣缸的氧氣為研究對(duì)象。

根據(jù)熱力學(xué)第一定律0=AU+W知道，加入系統(tǒng)的熱量一部分用于增加系統(tǒng)的熱力學(xué)

能，一部分用于對(duì)外做功。根據(jù)題意：活塞如果要達(dá)到最大速度，那么氧氣膨脹過(guò)程中

吸入的熱量全部用于對(duì)外做功，所以氧氣的熱力學(xué)能不發(fā)生變化。由于氧氣可以看作理

想氣體，而理想氣體的熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù),所以氧氣膨脹過(guò)程為可逆定溫膨脹

過(guò)程。

設(shè)環(huán)境溫度為T(mén)o，環(huán)境壓力為P0，氧氣的質(zhì)量為m，活塞的質(zhì)量為M，活塞最大速度

為。氧氣初始狀態(tài)的壓力為P,'溫度為，容積為，氧氣膨脹后的容積為，膨

VmaxilTl,V,zV,

脹過(guò)程的膨脹功為W。

1

-W2=W-PAV

2max0

W=RTln^PV=mRTAV=V-V

g1V11gl21

V=2V所以有：W=HTln2P/W=RTIP代入數(shù)據(jù)：

21g10gli

1RT

-xl0xV2=RTln2-P=260x(273.15+27)x(ln2—0.2)=38484.7

2maxg10p

V=87.73m/s

max

2.空氣等嫡流經(jīng)一縮放噴管，進(jìn)口截面上的壓力和溫度分別是0.58Mpa、440K，

出口截面上的壓力匕=0」4河外0已知噴管進(jìn)口截面面積為2.6x10?'空氣的

質(zhì)量流量為1.5kg/s，試求噴管喉部面積及出口截面的面積和出口流速?？諝獾?/p>

比熱容。=1.005。/(依,K)，k=L4,R=6287kJ/(kg?K)

pg

解：

根據(jù)題意知道，進(jìn)口參數(shù)為P「O.58MPa，T=440K。出口截面上的壓力

P,=0.14MPa。噴管進(jìn)口截面人面積2.GxIOw，空氣的質(zhì)量流量Q為1.5kg/s。

A-c

q=—?—c=125.61(m/5)

vf,i

i

RT287x440八十”打,,、

v=i_L=---------=0.2177(祖3/奴)

ip0.58x10s

i

T=T+Siu-=447.9K

0i2c

p

=0.611Mpa

P。

1

p2上

=B=(——)i=0.528

Pck+1

0

p=0.528-/?=0.528x0.617=0.32579("P〃)

o

1-1=1

T?(JDJk=447.9x(0.528)1,4=373.2(K)

0p

o

RT287x373.2八℃?！?,,、

V—=------------=0.32876(m3/kg)

crp0.32579x106

cr

C鄧RT=71,4x287x373.2=387.2(m/s)

f,cr

Qv1.5x0.32867……八，、

噴管喉部面積AA.=----------————=1.273x10-3(m2)

3c387.2

f,cr

Dk=L014

T?(2)k=440x(__)i,4=293.18(K)

op0.58

o

RT287x293.18/7、

V—g——2.=-----------=0.60103(m3/kg)

2p0.14x106

2

出口流速

c=J2c(T-T)=72x1005x(447.9-293.18):557.7(機(jī)/s)

/,2Vpo2七

,Qv1.5x0.60103

出口截面的面積A=——2-=——————=1.6167x10-3(m2)

2c557.7

32

3.汽油機(jī)定容加熱理想循環(huán)進(jìn)氣參數(shù)為［=27°C,4=0.09MPa，若循環(huán)壓縮

比e=16，定容增壓比九二1.6°假設(shè)工質(zhì)是空氣，比熱可取定值，

c=LQQ5kJ/(kg-K)>R=287J/(kg-K)，(1)畫(huà)出循環(huán)p-v圖及T-s圖；(2)求

pg,

循環(huán)的最高溫度和最高壓力；（3）計(jì)算循環(huán)的放熱量、循環(huán)凈功及循環(huán)的熱效率。

v

p=p(―=pBk=0.09x1614=4.365(MPa)

21V1

2

(2)乙二九P=，?p=1.6x4.365=6.984(MP〃)

p32

2

、=、=09598(祖%)

pv4.365x106x0.0598

=909.5(K)

Rg287

pv6.984x106x0.0598

=-3-3-=----------------------------------------=1455.2(K)

3Rg287

T3、P3為循環(huán)的最油溫度和壓力

⑶

=v=0.957(，%^)

pVVV

4=(4)&p=(-3-)kP=(4)%P=01.44(MPa)

PV4V3V3

3441

pv0.144x106x0.957

T—4—4=480.17(K)

4Rg287

q=C(T-T)=0.718x(1455.2-909.5)=391.8(V/kg)

1V32

q=C(T-T)=0.718x(480.17-300)=129.36(V/kg)

2v41'

口=1—”=0.6698

4.兩個(gè)質(zhì)量為m的比熱容為定值的相同物體，處于同一溫度T，將兩物體作為制

冷機(jī)的冷、熱源，使熱從一物體傳出并交給另一物體，其結(jié)果是一個(gè)物體溫度升

高，一個(gè)物體溫度降低。證明當(dāng)被冷卻物體溫度降到T(T<7)時(shí)所需最小功

00

W=mcJ—+T-2T)

minT0

0

證明：

要使得整個(gè)系統(tǒng)完成這一過(guò)程所需功量最小，則必須有一可逆制冷機(jī)在此工作，

保證所構(gòu)成的孤立系統(tǒng)有

A5=0

i,s

所以有

TTT2

=meIn-9-+meIn-*-=0得到<=〒式中Tt為另一物體在過(guò)程

o

終了所具有的溫度。

由于過(guò)程中冷源傳出熱量。，=機(jī)c(T-{)熱源吸收熱量

Q=mc(T-T)所以有

1t

w=Q-Q=mc(T-T)-mc(T-T)

min12t0

=mc(T+T-2T)=mc(J—+T-2T)

toTo

0

第二單元

一、判斷正誤并說(shuō)明理由：

1'穩(wěn)定流動(dòng)熱力系必為平衡熱力系；

錯(cuò)。穩(wěn)定狀態(tài)的系統(tǒng)部雖有確定的狀態(tài)參數(shù)，但其是靠外界的影響來(lái)維持的。

2'技術(shù)功是流體的宏觀動(dòng)能，宏觀位能及所作出的軸功三者之和定義的；

對(duì)。技術(shù)功包括宏觀動(dòng)能，宏觀位能及所作出的軸功。

3、物質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)定溫變化過(guò)程以后，其熱力學(xué)能變化位零；

錯(cuò)。對(duì)任意一非理想氣體來(lái)說(shuō)，其熱力學(xué)能都是內(nèi)未能位能與動(dòng)能之和，而溫度僅

是動(dòng)能的表征。

4、使系統(tǒng)嫡增加的過(guò)程一定是不可逆過(guò)程；

錯(cuò)。過(guò)程的烯變包括烯產(chǎn)和嫌流兩部分，過(guò)程可逆與否主要看嫡產(chǎn)是大于還是等于

零。如果某一過(guò)程的嫡增加，該過(guò)程可以是在嫡產(chǎn)等于等于零的情況下，嫡流大于零因此

這句話不正確。

5、在初壓不變時(shí)，背壓愈低，氣體通過(guò)拉閥爾噴管出口截面上流速和流量都愈大；

錯(cuò)。對(duì)縮放噴管來(lái)說(shuō)，當(dāng)背壓降到臨界壓力時(shí)，氣體流速達(dá)到音速。若背壓繼續(xù)降

低，氣體流量保持不變。

6'1kg空氣可以由pl=O.IMPa>tl=25℃被絕熱壓縮到p2=0,5MPa>t2=250℃;

對(duì)。由As=cIn-7?In=1.004In273+--0.287In—=0,103>0

4pTp273+250.1

11

7'在增壓比相同的情況下，有余隙與無(wú)余隙的壓氣機(jī)在壓縮1kg氣體時(shí)耗功必相同；

對(duì)。在增壓比相同的情況下，有余隙與無(wú)余隙的壓氣機(jī)在壓縮1kg氣體時(shí)所耗循環(huán)

凈功相等。

8、物質(zhì)的氣化潛熱隨著飽和溫度的提高而增大；

錯(cuò)。物質(zhì)的氣化潛熱隨著飽和溫度的提高而減小。

9、逆卡諾循環(huán)的冷、熱溫差越大，則該循環(huán)的制冷系數(shù)越高；

錯(cuò)。因?yàn)闇夭罴哟蠛墓σ搽S之增大，所以說(shuō)制冷系數(shù)不一定提高。

10、當(dāng)把一定量的氣體從相同的初態(tài)壓縮到相同的終態(tài)時(shí)，則可逆定溫壓縮過(guò)程最為省

功.

對(duì)。從p-v圖術(shù)功的大小可以看出。

二、簡(jiǎn)答題：

1.如圖所示，理想氣體有兩個(gè)任意過(guò)程a—b及a—c，b、c在同一條絕熱線上，試問(wèn)

若b、c在同一條等溫線上，Aw等于AM

abac

2、在T-s圖上有兩個(gè)定壓線pl,p2，試比較pl,p2的大小。

0s

P2小于pl。假設(shè)有一定嫡過(guò)程1-2＞可以看出

T1大于T2，所以系統(tǒng)做出技術(shù)功。

3'當(dāng)工質(zhì)為定值比熱容的空氣時(shí)，試問(wèn)可逆定壓過(guò)程中加入的熱量有百分之多少轉(zhuǎn)變成膨

脹功？

由熱力學(xué)第一定律第二表達(dá)式殉=力1-？沏，可逆定壓過(guò)程中加入的熱量

bq=dh=cpdt。由熱力學(xué)第一定律第一表達(dá)式=，膨脹功=-。將

c.5wdq-ducpdt-cvdt,cv

=—

bq—dh-cpdt代入膨脹功的表達(dá)式，得到"Q———--------------二-------：----1—

oqoqcpdtcp

三.計(jì)算題：

1.如圖所示，已知?dú)飧卓諝釸=2xlO5Pa，彈簧剛度k=40kN/m，活塞直徑D=0.4m，活塞重可

忽略不計(jì)，而且活塞與缸壁間無(wú)摩擦。大氣壓力R=5xlO5Pa。求該過(guò)程彈簧的位移及氣體作

llllllllllllllllllllllllllllllllll

Q

的膨脹功。圖3.4

.解：以彈簧為系統(tǒng)，其受力i=kL，彈簧的初始長(zhǎng)度為

,T(p—p)A

L=—U=——1-------Q----------

1kk

n

(2-1)xl05x—x0.42

=0.314m

40x103

彈簧位移

AL=(T-T)/k=(ip-T?)A/k

1210

兀

(5-2)x105x_x0.42

=0.942m

40x103

氣體作的膨脹功原則上可利用可用功計(jì)算，但此時(shí)p與V的函數(shù)關(guān)系不便確定，顯

然，氣體所作的膨脹功W應(yīng)該等于壓縮彈簧作的功凡加克服大氣阻力作的功W2，因此若能

求出此與心，則W也就可以確定。

W=\\dL=卜kLdL=-k(L?-3)

11”221

=1X40X[(0.314+0.942)2-0.3142]

=29.58kJ

n

W=pAAL=1X105_X0.42X0.942

204

=118401=11.84kJ

W=WI+W2=29.58+11.84=41.42k

2.壓氣機(jī)空氣由P=100kPa，T=400K，定溫壓縮到終態(tài)P,=1000kPa，過(guò)程中實(shí)際消耗功比

可逆定溫壓縮消耗軸功多25%。

求：壓縮每kg氣體的總嫡變。

解：取壓氣機(jī)為控制體。按可逆定溫壓縮消耗軸功：

vP100

W=ATIn—=RTln—=0.287x400In----=-264.3V/kg

sovP1000

I2

實(shí)際消耗軸功：

W=1.25(-264.3)=-330.4W/kg

由開(kāi)口系統(tǒng)能量方程，忽略動(dòng)能、位能變化：+勺=4+/

因?yàn)槔硐霘怏w定溫過(guò)程：h=h

故：q=Ws=-330.4W/kg

孤立系統(tǒng)嫡增：AS.=AS+AS

isosyssur

S0

穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流：^sy=

AS=S—S+2=Rln&+2

sur21J"PT

020

cm100330.4八……7

=0.287In-----1----------------0.44V/kg-k

1000300

3.由不變氣體源來(lái)的壓力％=L5MPa，溫度＜=27?！愕目諝猓鹘?jīng)一噴管進(jìn)入壓力保

持在P=0.6MPa的某裝置中,若流過(guò)噴管的流量為弘g/s，來(lái)流速度可忽略不計(jì),試設(shè)

b

計(jì)該噴管？

解；

①求滯止參數(shù)

因=0＞所以初始狀態(tài)即可認(rèn)為是滯止?fàn)顟B(tài)，則

p=pT=T=27+273=300K

01'01

②選型

PQ.6MPa

=0.4<y=0.528

p1.5MPacr

o

所以，為了使氣體在噴管實(shí)現(xiàn)完全膨脹>需選宿放噴管>則。，=P,=0.6M尸。。

2b

求臨界截面及出口截面參數(shù)（狀態(tài)參數(shù)及流速）

p=rp=0.528x1.5MPa=0.192MPa

crcr0

、(k-l)lk

PQJ92MPa0.4/l.4

=300Kx=250.0K

(P1.5MPa

、07

RT287J/(kg-K)x250.0K.

v—s—^=-------------------------------=0n.0n9Q05n9Qm3/依

crp0.792x106尸。6

cr

c=9T=J1.4X287J/(依?K)X250.0K=316.9m/s

f,cr

或c

f,cr

p=p=0.6MPa

2b

(p)(k-l)/k(Q.6MPay0.4/1.4

_2=300Kx=230.9K

3。）\1.5MPa

RT287//(3K)x230.0K

V=-S—=0.1104m3/kg

2P0.6xlO6Pa

2

c=12c(T-T)=J2X1004J/(kg-K)x(300-230.9)7f

/22p02W1

=372.6m/s

④求臨界截面和出口截面面積及漸擴(kuò)段長(zhǎng)度

qv3kg/5x0.09059m3/kg

A

crC316.9m/s

于,cr

=8.576x10-4m2=8.57667n2

qv3kg/sx0.1104祖3/kg

AA=^-2.

2C372.6m/s

f2

=8.889x10-4m2=8.889cm2

取頂錐角W=io。。

,d-dJ4A/7i—14A/兀

/=—2min='2vmin

2tancp/22tan(p/2

_J4><8.889x10-4^2/3.14-V4x8.576xl0-4m2/3.14

2tan5

=0.343x10-2m=0.343cm

4、燃機(jī)混合加熱循環(huán)的p-V及T—S圖如下圖所示.已知

4=97叱〃，\=28。。，匕=0.084根2,壓縮比￡=15，循環(huán)最高壓力p『6.2MPa，循

環(huán)最高溫度％=1320。。，工質(zhì)視為空氣。試計(jì)算：循環(huán)各狀態(tài)點(diǎn)的壓力，溫度和容積。

4

解各狀態(tài)點(diǎn)的基本狀態(tài)參數(shù)

點(diǎn)1:p=97kPa，t=28。。，V=0.084m3

V0.084加3

點(diǎn)2：V==0.0056加3

￡-15-

fvV

p=p—=97左Pax15i4=4298左Pa

卜2JV

(vV-1

T=T—=301KX15I.4-1=889.2K

2i

1y2〃

占3:p=62MPa?V=V=0.0056m3

八'、。J32

T=T乙=889.2Kx62*10(0"=1282.17K

32p4.298x103Pa

2

點(diǎn)4：T=(1320+273)K=1593K，乙=%=6.2MPa

Ti593K

v=v—=0.0056m3X----------=0.006955a3

43T1282.7K

3

點(diǎn)5

fvV(o006955m3V4

=p—=6.2x106Pax—=189.5x103Pa=189.5kPa

(0.084m3J

’0.006955加3、

=1593Kx=588.1K

、0.084m3,

V=0.084m3

51

第三單元

一、判斷正誤并說(shuō)明理由：

1.穩(wěn)定流動(dòng)能量方程不能用于有摩擦的情況。

錯(cuò)。用于穩(wěn)定流動(dòng)的任何工質(zhì)、任意過(guò)程

2.在增壓比相同的情況下，有余隙與無(wú)余隙的壓氣機(jī)在壓縮1kg氣體時(shí)耗功必

相同。

對(duì)。

3.邁耶公式適用于一切理想氣體。

對(duì)。

4.在相同的溫度和壓力下，實(shí)際氣體的比體積必小于按理想氣體計(jì)算的比體積，即Z<1。

錯(cuò)，Z可以大于、小于、等于1。

5.物質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)定溫變化過(guò)程以后，其熱力學(xué)能變化位零。

錯(cuò)。對(duì)任意一非理想氣體來(lái)說(shuō)，其熱力學(xué)能都是內(nèi)位能與動(dòng)能之和，而溫度僅是動(dòng)能

的表征

6.系統(tǒng)的平衡狀態(tài)是指系統(tǒng)在無(wú)外界影響的條件下'宏觀熱力性質(zhì)不隨時(shí)間而

變化的狀態(tài)。

對(duì)。

7?當(dāng)壓力升高，飽和溫度也升高了，故飽和蒸汽的比體積將增大。

錯(cuò),飽和蒸氣的比體積減小。

8?工質(zhì)流體在開(kāi)口絕熱系統(tǒng)中作不可逆穩(wěn)定流動(dòng)，則系統(tǒng)嫡變大于零。

錯(cuò)，穩(wěn)定流動(dòng)，系統(tǒng)的滴不變。

9?采用再熱和抽氣回?zé)岷头绞?，可以提高朗肯循環(huán)的熱效率。

錯(cuò),再熱循環(huán)不一定能提高熱效率。

10?任何不可逆過(guò)程工質(zhì)的嫡總是增加的，而任何可逆過(guò)程工質(zhì)的嫡總是不變的。

錯(cuò)，上述論點(diǎn)是針對(duì)孤立系統(tǒng)而言的，并非任意的

系統(tǒng)。

二、簡(jiǎn)答題：

1.試在T-s圖上表示簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力循環(huán)（朗肯循環(huán)），說(shuō)明組成循環(huán)的熱力過(guò)程

并指出在何種設(shè)備中進(jìn)行。

1-2是定嫡膨脹—汽輪機(jī)，2-3是定壓放熱—冷凝器，3-4是定嫡壓縮--水泵54-1是定壓

吸熱-一鍋爐。

2＞向充滿濕空氣的剛性容器加入等溫的干空氣，間：水蒸氣的分壓力、相

對(duì)濕度、含濕量以及濕空氣比燃和比體積如何變化？

水蒸氣的分壓力不變；相對(duì)濕度不變；含濕量減??；濕空氣比蛤減??；比體積減小。

3、有人提出一個(gè)循環(huán)：其中1-2是可逆定溫吸熱過(guò)程、2-3是可

逆絕熱過(guò)程、3-1是不可逆絕熱過(guò)程，如圖所示，1、2、3分別為平衡狀態(tài)，試

問(wèn)循環(huán)能否實(shí)現(xiàn)，為什么？

不能實(shí)現(xiàn)，整個(gè)循環(huán)只有一個(gè)換熱過(guò)程，將熱全部變?yōu)楣Γ?/p>

違反熱力學(xué)第二定律。

或：用克勞修斯積分不等式來(lái)判斷。

四.計(jì)算題：

1?1千克空氣在多變過(guò)程中吸熱4001時(shí)，將使其容積增大到原來(lái)的4倍，壓力

降低一半，空氣k=1.4,R=0.2871/kg求此過(guò)程中空氣的

g

（1）熱力學(xué)能的變化；（2）嫡的變化

（3）對(duì)外所作的技術(shù)功；（4）在p-v和T-s圖畫(huà)出該過(guò)程

R

解：,==0.716V/kg-K

ln(p/p)

n=----2---1—=0.5

ln(v/v)

12

L=￡A=2

Tpv

iii

yi—k

(1)q=-------c(T-T)=13T=400=T=307.7K

iJn-1v'2Jii

△u=c(T—T)=0.7167=220.3〃/奴

V221

Tv

(2)As=cIn—a-+7?In-a.=0.894V/kg-K

、一，vTgv1

ii

n

(3)卬=——-R(T-T)=88.3kJ/kg(4)見(jiàn)上圖

tn-1g12

2?將100kg、溫度為20℃的水與200kg溫度為80℃的水在絕熱容器中混合,求

混合前后水的嫡變及做功能力損失。水的比熱容c=4187燈/（依?K），環(huán)境溫度

t=20℃

解對(duì)于閉口系統(tǒng)，W=O，Q=O9所以AU=0°設(shè)混合后水的溫度為t,

mtYYIt100x20+200x80

則有：mc(t-t)=mc(t-t)'得至1Jt=-1-4.......—

i122m+m100+200

12

T=(20+273)K=293K，T=(80+273)K=353K，T=(60+273)K=333K

12

TT333333

AS=AS+AS=mcln—+mcln—=lOOx4.1871n—+200x4.187In—=4.7392(fc7/K)

i-2121T2T293353

12

絕熱過(guò)程嫡流等于零，由嫡方程知，嫡產(chǎn)等于嫡變，所以火用損失為

I=TA5=TA5=293x4.7392=1388.6(。)

0goi-2

3?壓力p=1.5MPa，溫度7=27。。的空氣，流經(jīng)一噴管進(jìn)入壓力保持在

11

p=0.6MPa的某裝置中，若流過(guò)噴管的流量為3kg/s，

b

R=0.281kJ/kg-K>c=1.0041/kg?K，求：噴管的形狀，出口截面積，

gp

最小截面及出口處的流速。

解

求滯止參數(shù)

因Cf]=0＞所以初始狀態(tài)即可認(rèn)為是滯止?fàn)顟B(tài)，則

p=pT=T=27+273=300K

oi'oi

選型

p0.6MPa

-=0.528

p1.5MPacr

o

所以，為了使氣體在噴管實(shí)現(xiàn)完全膨脹，需選縮放噴管,則么=P,=0.6MPa。

2b

求臨界截面及出口截面參數(shù)（狀態(tài)參數(shù)及流速）

p=rp=0.528x1.5MPa=0J92MPa

crcr0

(\(k-l)/k

Po792AfPtz10-4/1.4

二300Kx=250.0K

1.5MPa

RT287J/(kg-K)x250.0K

V=0.09059m3/kg

crP0.792x106

cr

C=河T=J1.4義287J/(依?K)x250.0K=316.9m/5

f,cr

或C

f,cr

p=p=0.6MPa

2b

(k-1)/k(0.6MP?Y.4/1.4

_2=300Kx-----------=230.9K

\1.5MPa

RT287//(依?K)x230.0K

V=_g_2.=0.1104m3/kg

2PQ.6xlQ6Pa

2

c=\2c(T-T)=J2X1004J/(kg-K)x(300-230.9)7^

v

/2Vp02'

-372.6m/s

出口截面面積

qv3kg/sx0.1104祖3/kg

AA=^-2.

2C372.6m/s

f2

=8.889x10-4m2=8.889cm2

第四單元

一、判斷正誤并說(shuō)明理由：

1.閉口熱力系統(tǒng)即為定容系統(tǒng)；

錯(cuò)誤。閉口系統(tǒng)由于與外界沒(méi)有物質(zhì)交換，系統(tǒng)包含的物質(zhì)質(zhì)量為一不變的常量，所以閉

口系統(tǒng)又可稱(chēng)為控制質(zhì)量系統(tǒng)。

2.工質(zhì)流體在開(kāi)口絕熱系統(tǒng)中作不可逆穩(wěn)定流動(dòng)，則系統(tǒng)嫡變大于零；

錯(cuò)。穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)滴變?yōu)榱恪?/p>

3.物質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)定溫變化過(guò)程以后，其熱力學(xué)能變化為零；

錯(cuò)。對(duì)任意一非理想氣體來(lái)說(shuō)，其熱力學(xué)能都是內(nèi)未能位能與動(dòng)能之和，而溫度僅是動(dòng)能

的表征。

4.使系統(tǒng)嫡增加的過(guò)程一定是不可逆過(guò)程；

錯(cuò)。過(guò)程的嫡變包括嫡產(chǎn)和嫡流兩部分，過(guò)程可逆與否主要看嫡產(chǎn)是大于還是等于零。如

果某一過(guò)程的嫌增加，該過(guò)程可以是在烯產(chǎn)等于等于零的情況下，嫡流大于零。因此這句話

不正確。

5.絕熱節(jié)流是等始過(guò)程；

錯(cuò)。是始不變的過(guò)程，但在節(jié)流閥附近，始值不是確定的值。

6.在相同熱源和在相同冷源之間的一切熱機(jī)，無(wú)論采用什么工質(zhì)，他們的熱效率均相等；

錯(cuò)。應(yīng)該是一切可逆熱機(jī)。

7.絕熱自由膨脹過(guò)程中，工質(zhì)若為理想氣體，則過(guò)程滴增大，但氣體若是遵循德瓦爾斯方程，

則過(guò)程嫡變?yōu)榱悖?/p>

錯(cuò)誤。因?yàn)榈帐菭顟B(tài)參數(shù)與過(guò)程無(wú)關(guān)。

8.理想氣體的任何絕熱過(guò)程都可用。四=常數(shù)來(lái)描述其過(guò)程；

錯(cuò)誤。該式適用于可逆絕熱過(guò)程。

9.方程dh=Tds+vdp僅適用于可逆過(guò)程；

錯(cuò)誤。該方程適用于任何過(guò)程。

10.如果飽和液體經(jīng)歷一可逆絕熱膨脹過(guò)程至一較低的壓力，部分液體將蒸發(fā)。

正確。當(dāng)壓力p降低，對(duì)應(yīng)的飽和溫度也降低。

二、簡(jiǎn)答題：

1、解釋一下為什么深秋的早晨會(huì)結(jié)露？

由于深秋的早晨溫度比較低，于是該溫度對(duì)應(yīng)的水蒸汽的飽和壓力降低，而空氣中水蒸汽的

分壓力不變，這樣就導(dǎo)致空氣的相對(duì)濕度增加，當(dāng)其超過(guò)100%時(shí)，就會(huì)有液體的水出現(xiàn)。

此時(shí)空氣的溫度低于水蒸汽的分壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度，即露點(diǎn)溫度，所以出現(xiàn)露水。

三、計(jì)算題：

1.某氣體可作定比熱容理想氣體處理。其摩爾質(zhì)量A/=0.028依/機(jī)。/，摩爾定

壓熱容C=29.10//（mo，K）為定值。氣體從初態(tài)p=OAMPa>T=400K>

pO,m11

在無(wú)摩擦的情況下，經(jīng)過(guò)〃=1.25的多變過(guò)程，膨脹到p2=0.1MPa。試求終態(tài)

溫度、每千克氣體所作的技術(shù)功、所吸收的熱量及嫡的變化。

解：多變過(guò)程（〃=1.25）

1）終態(tài)溫度

n12^10IMPa125T

T=T段”=400Kx(=-------)i.25=3O3.14K

21pQAMPa

1

M士爺＞….K)

每千克氣體所作的技術(shù)功為

nD1750IMPa125T

w=-----RT[l-(^)?]=■-x0.29695//(依-K)x400Kx[l-(------L)「25

t"〃一1g1p1.25-1QAMPa

1

=143.8匕/依

3）所吸收的熱量

nc-cn(C-R)-C

c=v0pQ—,pO.m

nn—1M(〃—1)

1.25x(29.10-8.31451)-29.10,八、

---------------------------------------Kr))

0.028x(1.25-1)

—445.45//(k