工程热力学复习题

工程热力学复习题一、填空题实现热能和机械能互相转化的工作物质就叫做工质。热能动力装置的工作过程，概括起来就是从高温热源吸取热能，将其中一部分转化为机械能，并把余下的一部分传给低温热源的过程。热力系统与外界间的互相作用一般说有三种，即系统与外界间的热量互换、功互换和物质互换。按系统与外界进行物质互换的状况，热力系统可分为闭口系统和开口系统两类。状态参数的变化量等于初、终两状态下该物理量的差值，而与工质的状态变化途径无关。决定简朴可压缩系统状态的独立状态参数的数目只需两个。1mmHg=133.3Pa;1mmH209.81Pa。气压计读数为750mmHg，绝对压力为2.5x105Pa的表压力为0.15MPa。用U形管差压计测量凝汽器的压力，采用水银作测量液体，测得水银柱高为720.6mm。已知当时当地大气压力Pb=750mmHg，则凝汽器内蒸汽的绝对压力为0.19593MPa。一种可逆过程必须是准平衡过程，并且在过程中没有任何形式的能量耗散。只有平衡状态才能用参数坐标图上的点表达，只有准平衡过程才能用参数坐标图上的持续实线表达。热量和功都是系统与外界能量传递的度量，它们不是状态参数而是过程量。工质作膨胀功时w>0，工质受到压缩时w<0，功的大小决定于工质的初、终状态以及过程的变化途径系统的总储存能包括热力学能、宏观动能和重力位能三部分。热力学能包括内动能和内位能两部分，理想气体的热力学能是温度的单值函数。空气经一热力过程后热力学能增长67kJ，并消耗外功1257kJ，则此过程为放热过程。（填吸热或放热）开口系统稳定流动的能量方程式是（1kg工质）q=（h2-h1）+1/2(c22-c12)+g(z2-z1)+ws，它合用于稳定流动的任何过程。焓的定义式为h=u+pv，其物理意义是工质在流动状态下所具有的总能量中与热力状态有关的那部分能量。推进功只有在工质流动时才故意义。稳定流动能量方程式用于汽轮机时可简化为ws=h1-h2，应用于锅炉时可简化为q=h2-h1。为了确定高压下稠密气体的性质，取2kg气体在25MPa下从350K定压加热到370K，气体初、终状态的体积分别为0.03m³和0.035m³，加入气体的热量为700kJ，则初、终状态下气体热力学能的差值等于575kJ。已知国产12.5万kW汽轮机高压缸进口的蒸汽焓h1=3461.46kJ/kg,出口焓h2=3073.97kJ/kg,蒸汽流量为380t/h，则汽轮机高压缸产生的功率为4.09×104kW流动工质传递的总能量包括焓、宏观动能和重力位能三部分。根据循环效果而言，热机循环是将热能转变为机械能的热力循环；而逆向循环是将机械能转变为热能的热力循环。完毕一次正向循环后，工质从热源吸热q1,向冷源放热q2,其中只有q1-q2部分才能转化为机械能（循环功）。热量由高温物体传向低温物体是一种自发过程，而热量由低温物体传向高温物体是一种非自发过程，它的进行需要以消耗制冷机的功作为赔偿条件。不也许制造出一种循环工作的热机，只从一种热源吸取热量，使之完全变为有用功，而其他物体不发生任何变化过程卡诺循环是由两个可逆的定温过程和两个可逆的绝热过程所构成。在两个恒温热源间工作的一切可逆循环，其热效率仅决定于两热源的温度，而与工质的性质无关。卡诺循环的热效率是同温限范围内一切循环热效率的最高值,它是其他热机循环中热变功完善程度的衡量原则。在可逆过程中，工质吸热,熵增大；工质放热,熵减小；（增大或减小）孤立系统熵可以增大（发生不可逆程），或不变（发生可逆过程时），但不也许减小。热力学第二定律的数学体现式为ΔSiso≥0。热力学第二定律的克劳修斯的表述为：“不也许将热由低温物体向高温物体传递，而不留下其他任何变化。”在可逆过程中系统熵的增长，意味着系统吸热，在孤立系统中熵的增长，则意味着系统内发生了不可逆过程。卡诺循环的热效率，逆向循环的制冷系数某可逆循环，热源温度为1400K，冷源温度为60℃，若从高温热源吸热量Q1=5000kJ，则高温热源熵的变化量为ΔS(热源)=-3.57kJ/k，由两个热源构成的系统的熵变化量为ΔS（系统)=0。水蒸气的定压产生过程包括如下三个阶段：未饱和水的定压预热阶段、饱和水的定压汽化阶段和干饱和蒸汽的定压过热阶段。气化方式有蒸发和沸腾两种饱和水的定压汽化阶段所加入的热量叫汽化潜热，等于干饱和蒸汽的焓减去饱和水的焓，也可以用公式r=Ts（s’’-s’）计算。x=0的定干度线可称为饱和液体线，x=1的的定干度线可称为饱和蒸汽线水的加热汽化过程在p-v图和T-s图上所体现的相变规律可归纳成：一点(临界点)、两线(饱和液体线、饱和蒸汽线)、三区(未饱和水区、湿蒸汽区、过热蒸汽区)、五态(未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽)。水蒸气在汽轮机内的膨胀，忽视散热损失，可近似看作为绝热膨胀过程，假如不考虑摩擦及其他不可逆损耗，可认为这是一种定熵膨胀过程。水蒸气在汽轮机中绝热膨胀做功后，压力将减少，温度将减少，比体积将增大二、判断题物质的温度越高，则所具有的热量愈多。╳温度是状态量，而热量是过程量。气体的压力越大，则所具有的功量愈大。╳压力是状态量，而功量是过程量。比体积和密度不是两个互相独立的状态参数。√比体积和密度互为倒数关系，其物理意义相似，均表达物体内部分子汇集的疏密程度。绝对压力、表压力和真空都可以作为状态参数。╳只有绝对压力才可以作为状态参数，由于状态一定期，表压力和真空将伴随大气压力而变。经历了一种不可逆过程后，工质就再也不能答复到本来的初始状态了。╳经历了一种不可逆过程后，工质是可以答复到本来状态的，只是与之互相作用的外界不能复原。孤立系内工质的状态不会发生变化。╳孤立系是指系统与外界之间没有物质和能量的互换，但孤立系内部是可以发生能量传递与转换过程的，即工质的状态可以发生变化。可逆过程是不存在任何能量损耗的理想过程。√凝汽器的真空下降时，则其内蒸汽的绝对压力增大。√真空与绝对压力是呈相反变化的规律，即真空下降时，绝对压力将增大。若容器中气体的压力没有变化，则压力表上的读数就一定不会变化。╳理想气体的比热容随气体种类不一样各异，但对某种理想气体而言，比热容为常数。╳理想气体只有取定比热容时，才能满足迈耶公式Cp-Cv=R╳只要气体的比热容是常数,CpCv=Rg.

╳工质进行膨胀时必须对其进行加热。╳在绝热膨胀过程中，可通过工质热力学能的减少来实现对外作功。气体膨胀时一定对外作功。╳如自由膨胀过程中，气体对外并不作功。系统对外作功后，其储存能量必然减少。╳系统对外作功后，其储存能与否减少是由热力学第一定律确定的。如系统对外作功的同步，从外界吸热，且其吸热量足以抵补作功量，则其储存能就不一定减少。系统放热，温度必然减少。╳系统放热的同步，如对系统加入的功转变为热的数量不小于系统的放热量，则系统的温度还也许升高。由于功是过程量，故推进功也是过程量。╳由于推进功是工质在流动过程中所传递的功，它并不变化工质的热力状态，是与压力和比体积有关的压力势能，因此它不是过程量，而是一种状态量。闭口系能量方程和开口系稳定流动能量方程的本质是不一样样的。╳两种能量方程的本质是相似的，均反应热变功的主线途径是工质膨胀作功，其大小为去q-Δu的那部分膨胀功。由于Q和W都是过程量，故（Q-W）也是过程量。╳根据热力学第一定律，Q-W=ΔU，是状态量。无论过程可逆与否，闭口绝热系统的膨胀功总是等于初、终态热力学能的差值。√卡诺循环的热效率可以不小于1。╳卡诺循环的热效率只能不不小于1，由于向冷源排气放热是热变功的必备条件（即Q2≠0）工质通过一种不可逆循环后，其熵的变化不小于零。╳不管循环可逆与否，完毕循环，则工质答复到初始状态，工质熵不变。自发过程都是不可逆的。√不可逆过程中工质熵的变化量无法计算。╳不可逆过程中熵的变化量可以计算，措施是：在相似的初、终状态间选择一条可逆途径来计算。可逆循环的热效率必不不小于不可逆循环的热效率。╳只有在热源和冷源温度条件相似时才对的。一台热机工作在T1=900K和T2=300K的两个恒温热源见，热机从高温热源吸热1000kJ,向冷源放热300kJ，则该热机是不也许实现的。√热机循环中循净功愈大，则循环热效率愈高。╳循环热效率不仅与循环净功有关，还与循环吸热量有关，取决于两者的比值（W0/Q1）。使系统熵增长的过程一定是不可逆过程。╳可逆吸热过程也可使系统熵增大。热量不也许由低温物体传向高温物体。╳热量可以由低温物体传向高温物体，如制冷循环，其实现条件是制冷机要消耗功。若工质从某一初态沿可逆过程和不可逆过程到达同一终态，则不可逆过程中的熵变必然不小于可逆过程中的熵变。╳两过程的熵变应相等，由于熵是状态参数，只要初、终状态相似，其变化量就应相似，而与变化途径无关。热力循环就是封闭的热力过程。√在绝热房间内，冰箱开门运行能使房间温度减少。╳可分别从热力学第一、第二定律加以证明。任何实际循环的效率都不能超过卡诺循环的效率。╳只有在同温限范围才成立。熵减小的过程是不也许实现的。╳孤立系统熵减小的过程是不也许实现的。过热蒸汽的温度一定高于饱和蒸汽的温度。╳未饱和水的温度都低于100℃╳确定湿蒸汽的状态必须懂得干度。╳过热蒸汽的干度不小于1╳水蒸气的h-s图中，湿蒸汽区的等温线和等压线重叠。√当压力升高，饱和温度也升高，故饱和蒸汽的比体积将增大。╳三、选择题下列各量可作为工质状态参数的是：（3）（1）表压力；

（2）真空；

（3）绝对压力水的三相点温度比冰点温度应：（2）（1）相等；

（2）略高些；

（3）略低些下列说法中对的的是：（1）可逆过程一定是准平衡过程；准平衡过程一定是可逆过程；有摩擦的热力过程不也许是准平衡过程。下列过程中属可逆过程的是：（2）（1）自由膨胀过程；

（2）等温传热过程；

（3）有摩擦的热力过程。一台功率为600MW的汽轮发电机组持续工作一天的发电量为：（3）（1）1.44x107kJ；

（2）5.184x109kJ

（3）1.44x107kWh.测量容器中气体压力的压力表读数发生变化一定是由于：（4）（1）有气体泄漏；

（2）气体的热力状态发生变化；（3）大气压力发生变化；

（4）以上三者均有也许。一定质量的理想气体，在某一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1，在另一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p2、V2、T2，下列关系对的的是（D）A．p1=p2，V1=2V2，T1=T2B．p1=p2，V1=V2，T1=2T2C．p1=2p2，V1=2V2，T1=2T2D．p1=2p2，V1=V2，T1=2T2地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交热忽视不计.已知大气压强随高度增长而减少，则该气团在此上升过程中（不计气团内分子间的势能）（C）A.体积减小，温度减少 B.体积减小，温度不变C.体积增大，温度减少 D.体积增大，温度不变下列说法对的的是（A）气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量气体分子热运动的平均动能减少，气体的压强一定减小单位面积的气体分子数增长，气体的压强一定增大膨胀功扣除流动净功即为：（2）

（1）轴功

（2）技术功

（3）输出的正功开口系统中，推进功究竟属于下面哪一种形式的能量：（2）

（1）进、出系统中，流体自身所具有的能量。

（2）背面的流体对进、出系统的流体为克服界面阻碍而传递的能量。

（3）系统中工质进行状态变化由热能转化而来的能量。气体在某一热力过程中吸热50kJ，同步热力学能增长90kJ,则过程为：（1）

(1)压缩过程

（2）膨胀过程

（3）体积保持不变下列说法中对的的是：（3）

（1）气体吸热时热力学能一定增长。

（2）气体一定要吸取热量后才能对外作功

（3）气体被压缩时一定消耗外功。下列热力学第一定律的表述式中对的的是：（1）

（1）(2)δq=dh+δW

(3)有关卡诺循环的热效率，下列说法中对的的是：（3）

（1）可以不小于1

（2）可以等于1

（3）只能不不小于1工质通过一种不可逆循环后，其熵的变化量：（2）

（1）不小于零

（2）等于零

（3）不不小于零在一可逆过程中，工质吸热阐明该过程一定是：（1）

（1）熵增过程

（2）熵减过程

（3）定熵过程有摩擦的绝热过程一定是：（1）

（1）熵增过程

（2）熵减过程

（3）定熵过程功式ηt=1-Q2/Q1的合用条件是：（1）任意热机循环，包括卡诺循环只合用于卡诺循环

除卡诺循环外的一切热机循环热机从热源吸热1000kJ，对外作功1000kJ，其成果是：（2）违反热力学第一定律

违反热力学第二定律

违反热力学第一及第二定律不违反热力学第一及第二定律某热机循环中，工质从热源（T1=K）得到热量Q1，对外作功Wo=1500J，并将热量Q2=500J排至冷源（T2=300K），试判断该循环为：（2）（1）可逆循环

（2）不可逆循环

（3）不也许实现自发过程的特点是：（3）

（1）系统熵必然减少

（2）需伴随非自发过程才能进行

（3）必为不可逆过程

（4）必为可逆过程对循环过程，净功W0和净热Q0有如下关系：（1）

（1）W0=Q0

（2）W0>Q0

（3）W0<Q0

（4）W0≦Q0

定压下，水在汽化阶段的温度将：（2）（1）升高（2）不变（3）减少0.1MPa时水的饱和温度是99.64℃，问下列属过热蒸汽状态的是（2）（1）0.1MPa，80℃（2）0.08MPa，99.64℃（3）0.1MPa，99℃下列哪种状态的状态参数不能在水蒸气表中直接查出：（3）（1）饱和水（2）过热蒸汽（3）湿蒸汽水蒸气的压力升高时，h’’-h’的值将（1）（1）减小（2）不变（3）增大同一压力下，过热蒸汽的比体积（1）饱和蒸汽的比体积。不小于（2）等于（3）不不小于四、问答题判断下列各式与否对的？q=Δu+Δw

(2)δq=du+δw

(3)δq=dh-vdp答：（1）不对的，功是过程量，不能写成ΔW（2）对的，合用于任何工质构成的闭口系统和任何过程。

（3）对的。合用于任何工质构成的开口系统和可逆过程。怎样在p-v图上表达膨胀功和技术功的大小？答：p-v图上过程线在v轴上的投影面积可表达膨胀功的大小，过程线在p轴上的投影面积可表达技术功的大小。理想气体的绝热自由膨胀过程中系统与外界没有互换热量，为何熵增大？答：理想气体的绝热自由膨胀过程中系统与外界没有互换热量，故熵流为零。但自由膨胀过程是一种经典的不可逆过程，存在熵产恒不小于零。由ΔS=Δf+Δg可知，理想气体的绝热自由膨胀过程中系统的熵增大。运用孤立系统熵增原理，证明热量是自发地由高温物体传向低温物体？答：孤立系中自发传热时，系统熵的变化量ΔSiso=Q（1/T2-1／T1）。因不可逆传热，其ΔSiso>0,则T1必须不小于T2，即热量是自发地由高温传向低温物体。卡诺循环由哪几种热力过程构成？画出其T-S图？答：工质从热源可逆定温吸热，工质可逆绝热（定熵）膨胀，工质向冷源可逆定温放热，工质可逆绝热（定熵）压缩答复到初始状态。准静态过程与可逆过程有何联络与区别？答：准静态过程----若过程进行的非常缓慢，系统来得及恢复平衡，过程中系统内部到处保持平衡，则此过程为准静态过程。可逆过程----当完毕一种过程之后，若过程逆行，系统与外界都能恢复到本来状态，而不留下任何影响，则这一过程叫做可逆过程。可逆过程与准静态过程的区别在于可逆过程中不仅规定系统内部到处保持平衡，并且规定系统内外到处保持平衡。熵流和熵产的联络与区别。答：熵流是由于系统与外界进行热互换而引起熵增。熵产是由于过程中的不可逆原因而引起的熵增。两者的联络是共同导致了熵增。两者的区别是熵流可正可负可为零，熵产不不不小于零。稳定状态与平衡状态的联络与区别。答：系统的宏观性质不随时间发生变化为稳定状态。式子在不受外界影响的前提下，系统的宏观性质不随时间发生变化为平衡状态。两者的联络是：系统的宏观性质都不随时间发生变化。两者的区别是：与否受外界影响。书本P17，1-2孤立系统一定是闭口绝热系统，反之与否成立。答：不成立。由于闭口绝热系统仅与外界没有物质、热量的互换，但可以有功量互换。1-7铁棒一端浸入冰水混合物中，另一端浸入沸水中，通过一段时间，铁棒各点温度保持恒定，试问，铁棒与否处在平衡状态。答：铁棒受到外界的影响，与外界有能量互换，系统的宏观性质不随时间发生变化，处在稳定状态。书本P40，2-1容器内盛有一定质量的理想气体。假如将气体放出一部分后恢复了新的平衡状态，问放气前后两个平衡状态之间参数能否按状态方程表达为下列形式：2-2检查下面计算措施有那些错误？应怎样改正？已知某压缩空气储罐容积为900L，充气前罐内空气温度为30°C，压力为0.5MPa；充气后罐内空气温度为50°C，压力表读值为2MPa。充入储气罐的空气质量为：书本P60，3-10阐明如下论断与否对的：气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增长。答：错误。不一定增长。气体吸热而后,q>0，体积膨胀，有也许对外做功。假如吸取的热量所有用来对外做功，热力学能不变。假如吸取的热量不不小于对外做的功，热力学能减小。气体膨胀时一定对外做功。答：错误。不一定。功分为有用功、无用功。有的功不能被运用，例如气体向真空膨胀是无用功。气体压缩时一定消耗外功。答：错误。不一定。例如带有活塞气缸当中的气体被大气压缩，大气做无用功。应设法运用烟气离开锅炉时带走的热量。答：对的。例如用烟气预热可以减小消耗。书本P107，5-2下列说法与否对的：系统熵增大的过程必须是不可逆过程。答：错误。熵增是由于熵流和熵产共同导致。可逆的吸热过程也可以使熵增大。系统熵减小的过程无法进行。答：错误。自发的过程系统的熵不会减小，但非自发过程可以导致熵减小。系统熵不变的过程必须是绝热过程。答：错误。熵增等于熵流与熵产之和。非绝热过程也可以使熵增等于零，例如放热过程。系统熵增大的过程必然是吸热过程，它也许是放热过程吗？答：系统熵减少的过程必然是放热过程，它也许是吸热过程吗？答：不也许。熵增等于熵流与熵产之和。熵产恒不不不小于零，吸热过程熵流不小于零，因此熵增不也许减小。对于不可逆循环，工质熵的变化答：错误。熵为状态量，与过程无关，应当等于零。在相似的初、终态之间，进行可逆过程与不可逆过程，则不可逆过程中工质熵的变化不小于可逆过程中工质熵的变化。答：错误。熵为状态量，与过程无关，因此在相似的初、终态之间，熵的变化应当相似。在相似的初、终态之间，进行可逆过程与不可逆过程，则两个过程中，工质与外界之间传递的热量不相等。答：对的。热量为过程量，不一样过程传递的热量不一样。5-3循环的热效率越高，则循环净功越大；反之，循环的净功越多，则循环的热效率也越高，对吗？答：错误。η=W/Q1，只有在Q1不变的状况下，才符合热效率越高，循环净功越大。五、计算题一定量气体在汽缸内初容积为0.134m³,可逆地膨胀至容积0.4m³,气体压力在膨胀过程中保持2×105Pa不变。若过程中加给气体的热量为80kJ,求气体的热力学能变化了多少？ΔU=26.8kJ某蒸汽锅炉给水的焓为62kJ/kg,产生的蒸汽焓为2721kJ/kg。已知锅炉蒸汽产量为4000kg/h,锅炉每小耗煤600kg，煤的发热量为25000kJ/kg.求锅炉的热效率？70.9﹪对定量的某种气体加热100kJ,使之由状态1沿路过a变之状态2，同步对外作功60kJ。若外界对该气体作功40kJ,迫使它从状态2沿路过b返回至状态1。问返回过程中工质需吸热还是向外放热？其量是多少？放出热量，Q2b1=-80kJ某台锅炉每小时生产水蒸气30t，已知供应锅炉的水的焓值为417kJ/kg,而锅炉产生的水蒸气的焓为2874kJ/kg.煤的发热量为30000kJ/kg,当锅炉效率为0.85时，求锅炉每小时的耗煤量。2.89t/h已知汽轮机中蒸汽量为40t/h，汽轮机进口蒸汽焓为3263kJ/kg，出口蒸汽焓为2232kJ/kg，试求汽轮机的功率。（不计汽轮机的散热、进出口动能差和位能差）1.15×104kw某蒸汽动力厂中，锅炉以流量40t/h向汽轮机供汽；汽轮机进口处压力表的读数是9.0MPa，蒸汽的焓是3441kJ/kg。汽轮机出口处真空表的读数是730.6mmHg，出口蒸汽的焓是2248kJ/kg，汽轮机向环境散热为6.81×105kJ/h。若当地大气压是760mmHg，求：(1)进出口蒸汽的绝对压力。p1=pg+pb=9.1013MPa,p2=pb-pv=0.0039MPa(2)不计进出口动能差和位能差时汽轮机功率？Ws=Q-qm(h2-h1)=4.7×107kJ/h,汽轮机功率为P=13066kW有一卡诺循环工作于600℃及40℃两个热源之间，设每秒钟从高温热源吸热100kJ。求：（1）卡诺循环的热效率。ηt,c=0.64（2）循环产生的功率。64kJ/s(64kW)（3）每秒钟排向冷源的热量。Q2=36kJ/sP824-10如图4-18所示。1kg氮气从初状态1定压膨胀到状态2，然后定熵膨胀到状态3.设已知如下各参数：t1=500；v2=0.25m³/kg。求：（1）1.2.3三点的温度、比体积和压力的值。（2）在定压膨胀和定熵膨胀过程中热力学能的变化和所做的功。t2=1264k，t3=582.88k，v1=0.1528m³/kg，P1=P2=1.5MPa（2）定压：Δu=365064J/Kg