工程热力学期末复习题1答案

1、一、判断题：1 .平衡状态一定稳定状态。2 .热力学第一定律的实质是能量守恒定律；3 .公式 du=cvdt 适用理想气体的任何过程。4 .容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。5 .在 TS 图上，任意二条可逆绝热过程线不能相交。6 .膨胀功与流动功都是过程的函数。7 .当把一定量的从相同的初始状态压缩到相同的终状态时， 以可逆定温压缩过程最为省功。8 .可逆过程是指工质有可能沿原过程逆向进行，并能恢复到初始状态的过程。dqC=9 .根据比热容的定义式dT,可知理想气体的Cp为一过程量；10 .自发过程为不可逆过程，非自发过程必为可逆过程；11 .在管道内作定嫡流动时，各点的滞止

2、参数都相同。12 .孤立系统的嫡与能量都是守恒的。13 .闭口绝热系的嫡不可能减少。14 .闭口系统进行了一个过程，如果嫡增加了，则一定是从外界吸收了热量。15 .理想气体的比始、比嫡和比定压热容都仅仅取决与温度。16 .实际气体绝热节流后温度一定下降。17 .任何不可逆过程工质的嫡总是增加的，而任何可逆过程工质的嫡总是不变的。18 .不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率；19 .混合气体中质量成分较大的组分，其摩尔成分也一定大。20 .热力学恒等式 du=Tds-pdv 与过程可逆与否无关。21 .当热源和冷源温度一定，热机内工质能够做出的最大功就是在两热源间可逆热机对外输出的功。22

3、 .从饱和液体状态汽化成饱和蒸汽状态，因为气化过程温度未变，所以始的变化量 Ah=(pAT=023 .定压过程的换热量 qp=/pdT 仅适用于理想气体，不能用于实际气体。24 .在 pv 图上，通过同一状态点的定嫡过程的斜率大于定温过程的斜率。25 .压缩过程耗功是体积膨胀功，压气机耗功是技术功;26 .供热量一定，用电炉取暖与用热泵式空气取暖耗电量一样多。27 .渐缩喷管出口截面参数不变，背压提高，则喷管流量下降。28 .工质在变截面管道内流动，管道的最小截面即为临界截面。29 .对于渐放型喷管，当进口流速为亚音速时，可是气流压力升高30 .对于未饱和空气，干球温度学湿球温度露点温度。31

4、 .湿空气的相对湿度愈大，则其水蒸气分压力愈大。32 .相对湿度越大则空气的含湿量越高；33 .已知湿蒸汽的压力与温度就可以确定湿蒸汽的状态。34 .滞止参数是工质经定嫡滞止后得到的状态参数。35 .露点温度等于空气中水蒸气分压力对应的饱和温度。二、图示题:1.试在 T-s 图上定性的表示出 n=1.2 的理想气体的压缩过程，并在图上用面积表示所耗过程功 w 或技术功Wt解法L过程线如图322中的1-2所示，由能量方程得W小_我Cv（72-二编-Cv（-T）gm1-2-c-ba-2-1 面积（见图w-2加所示）叫=&f=qtI-_TJ=q*_-TJ二-q储1T二1-2-/-2-1面积（

5、见图3-22b所示）2.试将满足以下要求的多变过程表示在 p-V 图和 T-s 图上（先标出四个典型过程）：（1）工质膨胀、放热；（2）工质压缩、放热且升温W1）工质升温、升压、放热;2）工质膨胀、降温、放热4.在 p-v 图及 T-s 图上画出空气的 n=1.2 的膨胀过程 1-2 和 n=1.6 的压缩过程 1-3,并确定过程 1-2 和 1-3 中功和热量的正负号及初终态热力学能的大小3.将满足下列要求的理想气体的多变过程表示在pv 图、Ts 图上1-2 过程功为正，热量为负，初态热力学能大于终态热力学能1-3 过程功伟负，热量为正，初态热力学能小于终态热力学能5 .在 T-s 图上画出

6、下面两各热力过程:1)k=1.4 的空气，多变压缩过程 n=1.325;6 .画出单级活塞式压缩机将空气由相同初态，分别经定温压缩、定嫡压缩和多变压缩过程达到相同的终态压力的 p-v,T-s图，并说明其耗功量的大小关系。2)n=0.92 的吸热过程。WsWnWTii7 .定性画出内燃机三种理想循环的 p-v、Ts 图混合加热:定容加热:定压加热:8 .在 T-s 图上画出采用再热的郎肯循环循环图，并定性说明再热循环对循环热效率的影响。.答：如果附加部分的效率高，则再热循环效率会提高，中间压力 p 提高，会使、提高，但此时对干度X2的改善较小9 .画出蒸汽压缩制冷系统的 T-s 图，并说明各个过

7、程是在哪个设备中完成的。答：1-2 过程，压气机中完成；2-3 过程，冷凝器中完成；3-4 过程，节流阀中完成；4-1 过程，蒸发器中完成。1 .绝热刚性容器用隔板分成 A、B 相同的两部分，A 侧充满空气，B 侧为真空， 分析突然抽掉隔板后气体的状态参数（热力学能、始、嫡）如何变化？2 .平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？3.绝热过程是定嫡过程吗？多变过程是任意过程吗？4 .如图所示的电加热装置，容器中盛有空气，并设有电阻丝，试问取什么为系统，系统与外界交换的是热量；取什么为系统，系统与外界交换的是电功；取什n么为系统，系统与外界没有任何能量交换。口特c5

8、.热量与功有什么相同的特征，两者的区别是什么？5 .答：热量和功都是能量传递的度量，它们都是过程量。只有在能量传递过程中才有所谓的功和热量，没有能量的传递过程也就没有功和热量。区别：功是有规则的宏观运动能量的传递，在做功过程中往往伴随着能量形态的变化，热量则是大量微观粒子杂乱热运动的能量的传递，传热过程中不出现能量形态的转化。功转化成热量是无条件的，而热转变成功是有条件的。6 .为什么 T-s 图上过同一点的气体的定容线要比定压线陡一些？7 .答：在定容线上四=工，而在定压线上 dT=dsCVdsCP8 .工质在压力 pl 下被吸入气缸，可逆压缩至 p2(p10 所以不可逆。I=T0sg=T0

9、.so=49.64kJ/kg。2.将一根即 m=0.36kg 的金属投入mw=9kg 的水中，初始时金属棒的温度=1060K,水的温度Tw=295K,比热容分别为 cm=0.42kJ/(kgK)和Cw=0.4187kJ/(kgK),试求终温Tf和金属棒、水以及它们组成的孤立系的嫡变。设容器绝热。2.解：由闭口系能量方程二U=Q-W,取容器内水和金属棒为热力系，绝热，不作外功，所以Q=0,W=0则&U=0,AUw+AUm=0mwCwTf-TwmmCmTf=09M4.187加-295)+0.36父0.42W-1060)=0=Tf=298.1。由金属棒和水组成的是孤立系，孤立系的嫡变为金属棒

10、嫡变和水嫡变之和，.Sso=二Sm.：SWTf2981Sm=mmcmln=0.360.42=-0.1918kJ/K%1060八Tf298.1Sw=mwcwIn=9.0 父 4.187 父 In=0.3939kJ/KTw295SiS0=.：Sm:SW=0.2021kJ/K3.在两个恒温热源间工作的某动力循环系统，其高温热源温度 7j=1000K 低温热源温度 =300K。 循环中工质吸热过程的嫡变生=1.0kJ/ （kgK） ， 吸热量的=980kJ/kg；工质放热过程的嫡变&2=T.02kJ/（kgK）；放热量=600kJ/kg。环境温度O=300K,试求：（1）循环的热效率（2）吸热

11、过程和放热过程的嫡流和嫡产;判断该过程能否实现。3 解：（1）循环净功为Wnet=qnet=q1q2=980-600=380K循环热效率为(2)I、工质吸热过程该过程嫡变为=sM-Sg1=1.0kJ/(kgK)则嫡产为(-Sfi=1.0-0.98=0.02kJ/(kg-K)H、工质放热过程该过程嫡变为飞=Sf2-Sg2=-1.02kJ/(kg-K)则嫡产为Sg2=飞2-sf2=T.02-(-2)=0.98kJ/(kg-K)（3）由上面结果得（可任选 I、R 之一进行判断,I、工质吸热过程有0 里,既能实现T1工质放热过程有女二堡,既能实现Wnetq1980380=38.8%嫡流为 Sf1q19

12、80Ti1000=0.98kJ/(kg-K)嫡流为 Sf2-q2600T2300=-2kJ/(kg-K)T2T2=T0k=293(0.528,1.44)1.4-244Kn n也可以用循环嫡增.-：s=.-：s2=1.0-1.02=0.02:二0即还是能实现4.p0=1.0MPa,t0=20oC 的空气可逆绝热流经渐缩喷管， 在喷管截面 F 为 0.003 平方米处的气流马赫数为 0.7,若背压为 0.25MPa,试求 F 截面处空气的温度及流速,喷管出口截面积 A2 及空气出口流速，空气比定压热容为 cP=1004J/(kgK)。4 .解：在截面 F 处，面积 AF=0.003m2,由题意可逆

13、绝热流动，得截面 F 处的气流速度为：Cf,F)，2(h0-hF).2CP(TO-TF)当地音速为：C=JkRTF因此，截面 F 处的气流速度为:cf,F=cMa=Jk0TFMa=0.7x1.4287(J/kg.k)267=229.3m/s考虑出口截面参数：pcr=0.528PO=0.528MPa0.25MPa因此，在出口处的参数为：p2-pcr=0.528MPa2kRg(TO-TF)k-1C,L由马赫数的概念：Ma=Fk-1TF-1)因此TF=T293(Ma2ky11)(0.72141)=267K由可逆绝热流动过程得：PF=8(上)TO14267 百293=0.722MPa因此流量为：qmR

14、TF287(J/kg.K)PF0.722MPa-0.106m3/kgAFcf,F0.003m2229.3m/sVF0.106m3/kg=6.49kg/s5.活塞压缩机每分钟转速 360 转，从环境吸进 21c 的空气 14 选 3 将之压缩到 0.52MPa 输出。设压缩过程为可逆多变过程，多变指数为 1.3，压缩机容积效率 a=0.95。求：(1)所需输入压缩机的功率；(2)余隙容积比及活塞排量。空气作理想气体比热容取定值；空气气体常数 K=287J/(kgK)、C=1005J/(kgK)、环境大气压 3pb=0.1013MPa。5 .解：(1)由压缩机多变过程压缩功计算公式得活塞排量为RJ

15、2287(J/kg.K)244Kv2=0.528MPa=0.133m3/kgCf,2=2(h0-h2)=2CP(T0-T2)=313.7m/s由连续性方程可知各截面流量应相等，因此Cf,2M9kg/s0.133mj:0.0027m2313.7m/sn-1Wc=n-1RgT1(史)k-1=P11.30.52f0.287(27321)()1.3-1=167.8kJ/kg1.3-10.1013压缩机空气质量流量为*_V_PVm_0.101314360一360-RgT1-60-0.287(27321)60=1.0085kJ/kg压缩机的功率为P-4Jwc-1.0085168.7=169.1kJ/kg(

16、2)由余隙容积比与容积效率的公式1VVcp21V=1-()n-1VhVhp1得余隙容积比VVh1-V1(叼-1P11-0.950.52 后 1)0.1013=0.02Vh=V=0V3=14.74m0.956 .空气初始状态，p1=0.1MPa,t1=20C,经三级压缩，压力达到 10MPa,设进入各级汽缸时的空气温度相等，多变指数均为 1.3,各级中间压力按压气机耗功最小原则设计。如果产气量为每小时 200kg,求:(1)各级排气温度及压气机的最小功率;(2)多级改为单级，多变指数不变，求压气机耗功和排气温度。6.解：由题意得，压气机耗功最小原则设计情况下，各级压力比应该相等，且10Mpa”.

17、640.1MPa由进入各级汽缸时的空气温度相等，得各级耗功相等，因此压气机耗功等于各级耗功之和:n-J_nPC=zR,j=zqmWc,j=zqmRg(1T)=25.8kW1单级压缩排气温度：10MPa1000.1MPan1=848K”2001.31.3-1n)=0.287293(1-100)=38.4kW36001.3-11.37 .某定容加热活塞式内燃机理想循环的 p-v 曲线如图所示。设其工质为空气，质量为 1kg,已知 p1=1bar,t1=25C,=vI/v2=5,定容过程中加入热量 q =800kJ/kg,空气的气体常数为 Rg=0.287kJ/(kg-K),比定容热容 Cv=0.7

18、18kJ/(kg-K),等嫡指数丫=1.4。(1)在Ts 图上表示该循环；(2)求出点 2、3、4 的 p、v、T 参数；(3)求循环的净功量和循环热效率。PT2=丁3=丁4=工(2)n=T1(二i)PnJ1.3Jv=(27320)(4.64 尸=417.7KP-qmRgT1(I7 解:(1)(2)由状态方程：pv=Rg得：vi=0.85526m3/kgov3因为名=一=5,所以 v2=v1/5=0.17105m/kg,因为 1-2 过程为绝热压缩，所以有:v2P2=Piv1=9.518*105pa,T2=v2收=567.27KRgV2=v3=0.17105m3/kg,定容过程的吸热量 qi=

19、Cv(T3-T2),_RgT35T2=1681.48K,P3=-g=28.213*105paV3vi=v4=0.85526m3/kg,3-4 为等嫡过程，p4=P3匕=2.964105pav4T4二%=883.27KRg循环的放热量：q2=cvT4-T1=420.22KJ/kg循环的净功量：w=qi-q2=379.78kJ/kg,循环热效率：t=w=0.475qi8 .内燃机混合加热理想循环的 pV 如图所示。已知 pi=97kPa,ti=28C,Vi=0.084m3,压缩比”15,p3=6.2MPa,t4=1320C,工质视为空气。试计算：(1)循环中各过程端点的压力、温度和体积；(2)循环

20、热效率；(3)同温度范围的卡诺循环热效率。已知空气的气体常数 Rg=0.287kJ/(kgK),比定容热容 cv=0.718kJ/(kg-K),等嫡指数丫=1.4。8 答：有状态方程可得m=上必=0.094kgRgTi由题得 1 点：R=97kPaT1=301K由 pvK=(RgT)Kp1*=RgTvK=const 得2 点：p2=()、=151.4*97=4.3MPaT2=T1(尸=889Kv2v23 点：p3=6.2MPaT3=32=1282Kp25 点：p5=(v1)Qp4=0.191MPa丁5=强=594.7Kv2mRg吸热量Q1和放热量Q2如下：Qi=Cv(T3-工)Cp(T4-丁3

21、)=5943.73kJQ2=GT_1)=210.9kJ=1一1=64.5%Q2相同温限间卡诺循环热效率为：T1k=1-=80%kT29.某蒸汽动力装置采用一级抽气回热循环，已知新蒸汽的参数为Pi=6MPa,ti=450C,加=3300.9kJ/kg,4=6.7179kJ/(kgK)抽气压力为p0i=0.5MPa,冷凝器内压力为p2=10kPa,忽略水泵功，相应白水蒸气参数如表 1 所示。(1)定性地画出该循环的 T-s 图；(2)求循环的抽气量%(3)循环的吸热量、放热量、净功量及循环热效率。表 1 饱和水和干饱和蒸汽表(节录)pMPa什c5m3/kgvm3/kghkJ/kghkJ/kgskJ

22、/(kgK)skJ/(kgK)0.00532.8790.001005328.191137.722560.550.4768.3830.0145.7980.001010314.673191.762583.720.6498.1480.2120.240.0010605+0.88585504.782706.531.5307.1220.5151.860.00109250.37486640.352748.591.8616.8211.0179.910.00112720.19438762.842777.672.1386.585in14 点：T4=1593Kv4=mRgT=0.00m3解：1 点：p1=6MPa,

23、t1=450C,h1=3300.9kJ/kg,&=6.7179kJ/(kgK);2 点：S2=s=6.7179kJ/(kg.K),而S2=0.64907kJ/(kg.K),S2“=8.1481kJ/(kg.K),所以2 点位于湿蒸汽区，则*2=2 二=0.843S2-S2同理x7=S5=0.979,则h2=x2h2十(1x2)h2,=2302.38kJ/kg,S7-s5h?=x7h7“+(1x7)h5=2704.3kJ/kg,3 点：h3=h?=191.76kJ/kg,S3US?=0.64907kJ/(kg.K)h5-h4_,_%h7-h=1-:1h-h3=：1=0.1785h7-h5 点:P01=0.5MPa,h5=640.35kJ/kg；7 点：P01=0.5MPa,h=2704.3kJ/kg则循环吸热量q1=h1-h5，=3300.9-191.76=2660.55kJ/kg循环放热量q2=1-1(h2-h2，)=1733.87kJ/kg净功量Wnet=qnet=儿-h2=36