工程热力学 期末试题 答案及工程热力学大总结大全

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中北大学工程热力学试题（A）卷（闭卷）2013--2014学年第一学期学号：姓名：一、单项选择题（本大题共15小题，每题只有一个正确答案，答对一题得1分，共15分）1、压力为10bar的气体通过渐缩喷管流入1bar的环境中，现将喷管尾部截去一段，其流速、流量变化为。【】A.流速减小，流量不变B.流速不变，流量增加C.流速不变，流量不变D.流速减小，流量增大2、某制冷机在热源T1=300K，及冷源T2=250K之间工作，其制冷量为1000KJ，消耗功为250KJ，此制冷机是【】A.可逆的B.不可逆的C.不可能的D.可逆或不可逆的3、系统的总储存能为【】A.B.C.D.4、熵变计算式只适用于【】A.一切工质的可逆过程B.一切工质的不可逆过程C.理想气体的可逆过程D.理想气体的一切过程5、系统进行一个不可逆绝热膨胀过程后，欲使系统回复到初态，系统需要进行一个【】过程。【】A.可逆绝热压缩B.不可逆绝热压缩 C.边压缩边吸热D.边压缩边放热6、混合气体的通用气体常数，【】。【】A.与混合气体的成份有关B.与混合气体的质量有关C.与混合气体所处状态有关D.与混合气体的成份、质量及状态均无关系7、贮有空气的绝热刚性密闭容器中装有电热丝，通电后如取空气为系统，则【】A.Q＞0，△U＞0，W＞0B.Q=0，△U＞0，W＞0C.Q＞0，△U＞0，W=0D.Q=0，△U=0，W=08、未饱和空气具有下列关系【】A.t＞tw＞tdB.t＞td＞tw.C.t=td=twD.t=tw＞td9、绝热节流过程是【】过程。【】A.定压B.定温C.定熵D.节流前后焓相等10、抽汽式热电循环的结果是【】A.提高循环热效率，提高热能利用率B.提高循环热效率，降低热能利用率C.降低循环热效率，提高热能利用率D.降低循环热效率，降低热能利用率11、一个橡皮气球在太阳下被照晒，气球在吸热过程中膨胀，气球内的压力正比于气球的容积，则气球内的气球进行的是【】A.定压过程B.多变过程C.定温过程D.定容过程12、气体的容积比热是指【】A.容积保持不变的比热。B.物量单位为一立方米时气体的比热。C.物量单位为一摩尔容积气体的比热。D.物量单位为一标准立方米时气体的比热。13、抽气回热循环改善了朗肯循环，其根本原因在于【】A.每公斤水蒸汽的作功量增加了B.排气的热能得到了充分利用C.水蒸汽的平均吸热温度提高了D.水蒸汽的放热温度降低了14、孤立系统是指系统与外界【】A.没有物质交换B.没有热量交换C.没有任何能量交换D.没有任何能量传递与质交换15、热机从热源取热1000KJ，对外作功1000KJ，其结果是【】A.违反第一定律B.违反第二定律C.违反第一及第二定律D.不违反第一及第二定律第二部分非选择题（共85分）二、判断题(本大题共10小题，每题1分,共10分,答A表示说法正确.答B表示说法不正确,本题只需指出正确与错误,不需要修改)16、孤立系统的熵与能量都是守恒的。（）17、实际气体在压力趋于零的极限状态就成为理想气体。（）18、容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。（）19、在T—S图上，任意二条可逆绝热过程线不能相交。（）20、再热循环的主要目的是提高汽轮机尾部排汽干度。（）21、任一热力循环的热效率都可用η=1－q2/q1=1－T2/T1计之。（）22、孤立系统达到平衡时总熵达极大值。（）23、一桶具有环境温度的河水与一杯沸水，前者的可用能大于后者。（）24、凡符合热力学第一定律的过程就一定能实现。（）25、卡诺循环的热效率仅取决于其热和冷源的温度，而与工质的性质无关。（）三、填空题(本大题共5小题，每空1分,共12分。)26、混合气体由N2和CO2组成，已知N2的质量成分为0.72，则混合气体的平均气体常数Rg,eq=，平均摩尔质量Meeq=。(N2的摩尔质量为0.028kg/mol，CO2为0.044kg/mol)27、冬季取暖，若不采取任何其他措施，室内温度，室内相对湿度。（填增大，减少或不变）。28、湿蒸汽的干度定义为。已知湿蒸汽的干度为0.2，其中干饱和蒸汽的质量为6kg，则饱和液体的质量为＿＿＿＿kg。29、氧气的平均比定压热容，，则，。30、范德瓦尔方程式的表达式为：，其中常数a是对的修正。常数b是对的修正。四、名词解释(本大题共4小题，每题4分,共16分。)31、干饱和蒸汽、湿饱和蒸汽和过热蒸汽—32、热容的定义和单位—33、湿空气的露点—34、控制质量—五、简答题(本大题共3小题，每题4分,共12分。)35、定压、定温、绝热和定容四种典型的热力过程，其多变指数的值分别是多少？36、简述蒸汽参数对朗肯循环效率的影响。37、准平衡过程与可逆过程有何共同处?有何区别?有何联系?六、计算题（本大题共4小题，共35分。)38、某蒸汽动力厂按一级抽汽回热（混合式）理想循环工作，如图所示，已知新蒸汽参数p1=4.0MPa，t1=4200C，汽轮机排汽压力p2=0.007MPa，抽汽压力pA=0.4MPa，忽略泵功。试求：（1）定性画出循环的T-s图；（2）抽汽系数α；（3）循环吸热量q1，放热量q2及输出净功ωnet；（4）循环热效率；（15分）p(MPa)t(0C)h(kJ/kg)skJ/(kg.K)Ps(MPa)h′(kJ/kg)h″(kJ/kg)s′kJ/(kg.K)s″kJ/(kg.K)44203261.46.83990.4604.72737.61.77646.89430.42716.36.83990.007163.42572.60.55978.276739、一闭口系从状态1沿1-2-3途径到状态3，传递给外界的热量为47.5kJ，而系统对外作功为30kJ，如图所示。（1）若沿1-4-3途径变化时，系统对外作功15kJ，求过程中系统与外界传递的热量。（2）若系统从状态3沿图示曲线途径到达状态1，外界对系统作功6kJ，求该过程中系统与外界传递的热量。（3）若U2=175kJ,U3=87.5kJ，求过程2-3传递的热量及状态1的热力学能。（7分）40、m=2.26kg理想气体的气体常数Rg=430J/(kg.k)，比热比κ=1.35。初温T1=477K，经可逆定容过程后终温T2=591K。求Q、ΔU、W、ΔS。（7分）41、空气可逆绝热流过一喷管，入口压力p1=0.7MPa，温度t1=800℃，出口压力p2=0.15MPa，此喷管是什么外型的喷管?入口空气流速忽略不计，比热容和比热比取定值，分别为cp=1.004kJ/(kg·K)，κ=1.4，Rg=287J/(kg.k)。求喷管出口空气的温度、流速、马赫数。（7分）参考答案第一部分选择题（共15分）一、单项选择题（每题只有一个正确答案，答对一题得1分，共15分）1、C2、B3、C4、C5、C6、D7、C8、A9、D10、A11、B12、D13、C14、D15、B第二部分非选择题（共85分）二、判断题(本大题共10小题，每题1分,共10分,答A表示说法正确.答B表示说法不正确,本题只需指出正确与错误,不需要修改)16、B17、A18、B19、A20、A21、B22、A23、B24、B25、A三、填空题(本大题共5小题，每空1分,共11分。)26、0.267kJ/(kg.K)31.1×10-3kg/mol27、增大减少28、饱和蒸汽的质量占整个湿蒸汽质量的比值2429、0.946kJ/(kg.K)0.686kJ/(kg.K)30、对气体分子间的引力对气体分子体积四、名词解释(本大题共4小题，每题4分,共16分。)31、干度为1的湿蒸汽为干饱和蒸汽；（1分）蒸汽和水的混合物称为湿饱和蒸汽；（1分）温度高于蒸汽压力下所对应的饱和温度的蒸汽，称为过热蒸汽。（2分）32、物体温度升高1K（或1oC）所需热量称为热容，以C表示。（2分）单位有J/(kg.K)、J/(mol.K)和J/(m3.K)。（2分）33、在保持湿空气中水蒸气分压力pv不变的条件下，降低湿空气温度而使其达到饱和状态时所对应的温度，称为露点。（4分）34、一个热力系统如果和外界只有能量交换而无物质交换，则该系统称为闭口系统。闭口系统内的质量保持恒定不变，闭口系统又叫做控制质量。（4分）五、简答题(本大题共3小题，每题4分,共12分。)35、定压n=0，定容n=∞，定温n=1，定熵n=κ（4分）36、（1）提高初温，可提高热力循环效率和增大膨胀终点的干度，但受金属材料耐热性能的限制。（2分）（2）在相同的初温和背压下，提高初压也可使热效率增大。会使乏汽干度降低，设备强度的问题。（1分）（3）降低背压可以显著提高循环热效率。受环境温度的限制。（1分）37、它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡状态的状态组成的过程。（2分）它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。（1分）一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。（1分）六、计算题（本大题共4小题，共36分。)38、（1）图略。（可参照教材p329图10-14）（2分）（2）抽汽系数（2分）（3）（2分）（2分）（2分）（2分）（2分）（4）（2分）39、对途径1-2-3，由闭口系能量方程得（1分）（1）对途径1-4-3，由闭口系能量方程得（系统对外放热）（2分）（2）对途径3-1，可得到（1分）（3）对途径2-3，有（1分）则（1分）（1分）40、（1分）（1分）（2分）（1分）（2分）41、为缩放型喷管。（1分）（2分）（2分）（2分）中北大学工程热力学试题（A）卷（闭卷）2012--2013学年第一学期学号：姓名：

一、简答题(每小题5分，共40分)1.什么是热力过程？可逆过程的主要特征是什么？答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力过程。可逆过程的主要特征是驱动过程进行的势差无限小，即准静过程，且无耗散。2.温度为500°C的热源向热机工质放出500kJ的热量，设环境温度为30°C，试问这部分热量的火用（yong）值（最大可用能）为多少？答：303.95kJ3.两个不同温度（T1,T2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T1吸收热量Q1向低温热源T2放出热量Q2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增。假设功源的熵变△SW=0。证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为（1分）对热机循环子系统：1分 1分根据卡诺定理及推论：1分则：。1分BB隔板A自由膨胀4.刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A中存有高压空气，B中保持真空，如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数（T、P、u、s、v）如何变化，并简述为什么。答：u、T不变，P减小，v增大，s增大。5.试由开口系能量方程一般表达式出发，证明绝热节流过程中，节流前后工质的焓值不变。（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计）答：开口系一般能量方程表达式为绝热节流过程是稳态稳流过程，因此有如下简化条件，则上式可以简化为：根据质量守恒，有代入能量方程，有6.什么是理想混合气体中某组元的分压力？试按分压力给出第i组元的状态方程。答：在混合气体的温度之下，当i组元单独占有整个混合气体的容积（中容积）时对容器壁面所形成的压力，称为该组元的分压力；若表为Pi，则该组元的状态方程可写成：PiV=miRiT。7.高、低温热源的温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数是否就愈大，愈有利？试证明你的结论。答：否，温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数愈小，耗功越大。（2分）证明：，当不变，时，、。即在同样下(说明得到的收益相同)，温差愈大，需耗费更多的外界有用功量，制冷系数下降。（3分）8.一个控制质量由初始状态A分别经可逆与不可逆等温吸热过程到达状态B，若两过程中热源温度均为。试证明系统在可逆过程中吸收的热量多，对外做出的膨胀功也大。答：经历可逆或不可逆定温过程后，按题给两种情况下过程的初、终状态相同，因而系统的熵变相同。由系统的熵方程，对于可逆过程其熵产为零，故热熵流将大于不可逆过程。可见，可逆过程的热量将大于不可逆过程；（3分）由热力学第一定律，，因过程的初、终状态相同，热力学能变化u相同，故可逆与不可逆两种情况相比，可逆过程的过程功亦较大。（2分）二、作图题：（每小题5分，共10分）试在所给参数坐标图上定性地画出理想气体过点1的下述过程，分别指出该过程的过程指数n应当在什么数值范围内(图中请标明四个基本过程线)：1）压缩、升温、吸热的过程2）膨胀、降温、吸热的过程。答：(1)；(2)评分：四条基本线（2分）两条曲线（2分）n取值（1分）2.如图所示T－s图上理想气体任意可逆过程1－2的热量如何表示？热力学能变化量、焓变化量如何表示？若过程1－2是不可逆的，上述各量是否相同？(请写出简明的作图方法。)答：对可逆过程，热量为面积1-m-k-2-1，热力学能变化量为面积1-m-n-2v-1，焓变化量为1-m-g-2p-1。对不可逆过程，热量无法表示，热力学能和焓变化量相同三、计算题：（共50分）1.压气机在95kPa、25℃的状态下稳定地以340m3/min的容积流率吸入空气，进口处的空气流速可以忽略不计；压气机排口处的截面积为0.025m2，排出的压缩空气的参数为200kPa、120℃。压气机的散热量为60kJ/min。已知空气的气体常数Rg=0.287kJ/(kg.K)，比定热容cV=0.717kJ/(kg.K)，求压气机所消耗的功率。（16分）解：以压气机中空气为研究对象，其稳定工况的能量方程为即（a）其中：将以上数据代入式（a），可得压气机所消耗的功率为：N28kg0.1MPa17℃N22kg0.07MPa67℃2.在高温环境中有一容器，A侧装有2kg氮气，压力为0.07MPa，温度为67℃；B侧装有8kg氮气，压力为0.1MPa，温度为17℃，。A和B的壁面均为透热壁面，它们之间用管道和阀门相连，见附图。现打开阀门，氮气由B流向A。氮气可视为理想气体，已知气体常数Rg,N2=297J/(kg·K)，过程中的平均定容比热容cv=0.742kJ/(kg·K)，若压力平衡时容器中气体温度为t2=40℃，试求：⑴平衡时终压力PN28kg0.1MPa17℃N22kg0.07MPa67℃解：⑴容器A和B的容积分别为（4分）取A+B中的气体为系统（CM），m=mA+mB=2+8=10kgV=VA+VB=2.8851+6.8904=9.7755m3（2分）终态时的气体压力（2分）⑵按题给，系统不对外作功，有（5分）⑶原在A中的氮气熵变（2分）原在B中的氮气熵变（2分）全部氮气的熵变（1分）3.将100kg温度为30℃的水与200kg温度为80℃的水在绝热容器中混合，假定容器内壁与水之间也是绝热的，且水的比热容为定值，取，环境温度为17℃。求混合过程导致的可用能损失？（16分）解：以绝热熔器内水为研究对象，由其能量方程可得可得水的混合过程的熵变为由于绝热混合过程的做功能力的损失为第一章基本概念1.基本概念热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相对压力。比容：单位质量工质所具有的容积，称为工质的比容。密度：单位容积的工质所具有的质量，称为工质的密度。强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同，与质量多少无关，没有可加性，如温度、压力等。在热力过程中，强度性参数起着推动力作用，称为广义力或势。广延性参数：整个系统的某广延性参数值等于系统中各单元体该广延性参数值之和，如系统的容积、内能、焓、熵等。在热力过程中，广延性参数的变化起着类似力学中位移的作用，称为广义位移。准静态过程：过程进行得非常缓慢，使过程中系统内部被破坏了的平衡有足够的时间恢复到新的平衡态，从而使过程的每一瞬间系统内部的状态都非常接近平衡状态，整个过程可看作是由一系列非常接近平衡态的状态所组成，并称之为准静态过程。可逆过程：当系统进行正、反两个过程后，系统与外界均能完全回复到初始状态，这样的过程称为可逆过程。膨胀功：由于系统容积发生变化（增大或缩小）而通过界面向外界传递的机械功称为膨胀功，也称容积功。热量：通过热力系边界所传递的除功之外的能量。热力循环：工质从某一初态开始，经历一系列状态变化，最后又回复到初始状态的全部过程称为热力循环，简称循环。2.常用公式状态参数: 状态参数是状态的函数，对应一定的状态，状态参数都有唯一确定的数值，工质在热力过程中发生状态变化时，由初状态经过不同路径，最后到达终点，其参数的变化值，仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。温 度 ：1．式中 —分子平移运动的动能，其中m是一个分子的质量，是分子平移运动的均方根速度； B—比例常数； T—气体的热力学温度。2．压 力 ：1．式中 P—单位面积上的绝对压力；n—分子浓度，即单位容积内含有气体的分子数，其中N为容积V包含的气体分子总数。2． 式中 F—整个容器壁受到的力，单位为牛（N）； f—容器壁的总面积（m2）。3． （P>B） （P<B）式中 B—当地大气压力 Pg—高于当地大气压力时的相对压力，称表压力； H—低于当地大气压力时的相对压力，称为真空值。比容:1． m3/kg式中 V—工质的容积 m—工质的质量2．式中 —工质的密度 kg/m3 —工质的比容 m3/kg热力循环: 或，循环热效率: 式中 q1—工质从热源吸热； q2—工质向冷源放热； w0—循环所作的净功。制冷系数： 式中 q1—工质向热源放出热量； q2—工质从冷源吸取热量； w0—循环所作的净功。供热系数： 式中 q1—工质向热源放出热量 q2—工质从冷源吸取热量 w0—循环所作的净功3.重要图表图1-1热力系统图1-2边界可变形系统图1-3开口系统图1-4孤立系统图1-5U形压力计测压图1-6各压力间的关系图1-14任意循环在图上的表示(a)正循环；(b)逆循环第二章气体的热力性质1.基本概念理想气体：气体分子是由一些弹性的、忽略分子之间相互作用力（引力和斥力）、不占有体积的质点所构成。比热：单位物量的物体，温度升高或降低1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的比热。定容比热：在定容情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的定容比热。定压比热：在定压情况下，单位物量的物体，温度变化1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的定压比热。定压质量比热：在定压过程中，单位质量的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定压质量比热。定压容积比热：在定压过程中，单位容积的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定压容积比热。定压摩尔比热：在定压过程中，单位摩尔的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定压摩尔比热。定容质量比热：在定容过程中，单位质量的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定容质量比热。定容容积比热：在定容过程中，单位容积的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定容容积比热。定容摩尔比热：在定容过程中，单位摩尔的物体，当其温度变化1K（1℃）时，物体和外界交换的热量，称为该物体的定容摩尔比热。混合气体的分压力：维持混合气体的温度和容积不变时，各组成气体所具有的压力。道尔顿分压定律：混合气体的总压力P等于各组成气体分压力Pi之和。混合气体的分容积：维持混合气体的温度和压力不变时，各组成气体所具有的容积。阿密盖特分容积定律：混合气体的总容积V等于各组成气体分容积Vi之和。混合气体的质量成分：混合气体中某组元气体的质量与混合气体总质量的比值称为混合气体的质量成分。混合气体的容积成分：混合气体中某组元气体的容积与混合气体总容积的比值称为混合气体的容积成分。混合气体的摩尔成分：混合气体中某组元气体的摩尔数与混合气体总摩尔数的比值称为混合气体的摩尔成分。对比参数：各状态参数与临界状态的同名参数的比值。对比态定律：对于满足同一对比态方程式的各种气体，对比参数、和中若有两个相等，则第三个对比参数就一定相等，物质也就处于对应状态中。2.常用公式理想气体状态方程：1．式中 p—绝对压力 Pa —比容 m3/kg T—热力学温度 K适用于1千克理想气体。2．式中 V—质量为mkg气体所占的容积适用于m千克理想气体。3．T式中 VM=Mv—气体的摩尔容积，m3/kmol； R0=MR—通用气体常数， J/kmol·K适用于1千摩尔理想气体。4．式中 V—nKmol气体所占有的容积，m3； n—气体的摩尔数，，kmol 适用于n千摩尔理想气体。5．通用气体常数：R0 J/Kmol·KR0与气体性质、状态均无关。6．气体常数：R J/kg·KR与状态无关，仅决定于气体性质。7．比热：1．比热定义式：表明单位物量的物体升高或降低1K所吸收或放出的热量。其值不仅取决于物质性质，还与气体热力的过程和所处状态有关。2．质量比热、容积比热和摩尔比热的换算关系：式中 c—质量比热，kJ/Kg·k —容积比热，kJ/m3·k Mc—摩尔比热，kJ/Kmol·k3．定容比热：表明单位物量的气体在定容情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量。4．定压比热：表明单位物量的气体在定压情况下升高或降低1K所吸收或放出的热量。5．梅耶公式： 6．比热比：道尔顿分压定律：阿密盖特分容积定律：质量成分： 容积成分：摩尔成分： 容积成分与摩尔成分关系： 质量成分与容积成分： 折合分子量：折合气体常数：分压力的确定混合气体的比热容：混合气体的容积比热容：混合气体的摩尔比热容：混合气体的热力学能、焓和熵或或或范德瓦尔(VanderWaals)方程对于1kmol实际气体压缩因子：对比参数：，，3.重要图表 常用气体在理想状态下的定压摩尔比热与温度的关系 气体分子式温度范围（K）最大误差%空气氢H28.10628.101.9665-1.91594.8023-4.0038-1.9661-0.8704273~1800273~18000.721.01氧O225.17715.2022-5.06181.3117273~18001.19氮N228.907-1.57138.0805-28.7256273~18000.59一氧化碳CO28.2601.67515.3717-2.2219273~18000.89二氧化碳CO222.25759.8084-35.01007.4693273~18000.647水蒸气H2O32.2381.923410.5549-3.5952273~18000.53乙烯C2H24.1261155.0213-81.545516.9755298~15000.30丙烯C3H43.7457234.0107-115.127821.7353298~15000.44甲烷CH419.88750.241612.6860-11.0113273~15001.33乙烷C2H65.413178.0872-69.37498.7147298~15000.70丙烷C3H8-4.233306.264-158.631632.1455298~15000.28几种气体在理想气体状态下的平均定压质量比热容t(℃)O2N2H2CO空气CO2H2O00.9151.03914.1951.0401.0040.8151.8591000.9231.04014.3531.0421.0060.8661.8732000.9351.04314.4211.0461.0120.9101.8943000.9501.04914.4461.0541.0190.9491.9194000.9651.05714.4771.0631.0280.9831.9485000.9791.06614.5091.0751.0391.0131.9786000.9931.07614.5421.0861.0501.0402.0097001.0051.08714.5871.0981.0611.0642.0428001.0161.09714.6411.1091.0711.0852.0759001.0261.10814.7061.1201.0811.1042.11010001.0351.11814.7761.1301.0911.1222.14411001.0431.12714.8531.1401.1001.1382.17712001.0511.13614.9341.1491.1081.1532.21113001.0581.14515.0231.1581.1171.1662.24314001.0651.15315.1131.1661.1241.1782.27415001.0711.16015.2021.1731.1311.1892.30516001.0771.16715.2941.1801.1381.2002.33517001.0831.17415.3831.1871.1441.2092.36318001.0891.18015.4721.1921.1501.2182.39119001.0941.18615.5611.1981.1561.2262.41720001.0991.19115.6491.2031.1611.2332.44221001.1041.19715.7361.2081.1661.2412.46622001.1091.20115.8191.2131.1711.2472.48923001.1141.20615.9021.2181.1761.2532.51224001.1181.21015.9831.2221.1801.2592.53325001.1231.21416.0641.2261.1821.2642.554密度ρ（kg/m3)1.42861.25050.089991.25051.29321.96480.8042几种气体的临界参数和范德瓦尔常数物质名称（K）（MPa）(MPa.m6/kmol2）（m3/kmol）HeH2N2O2CO2NH3H2OCH4CO5.333.3126.2154.8304.2405.5647.3190.7133.00.229011.297023.394565.076637.3869611.2983022.129704.640913.495893.576724.9304136.8115137.6429365.2920424.3812552.1069228.5001147.547924.0526.6838.6331.6842.7837.3030.3942.6939.53几种气体的临界压缩因子物质HeH2N2O2CO2NH3H2OCOCH40.3000.3040.2970.2920.2740.2380.2300.2940.290图2-5通用压缩因子图第三章热力学第一定律1.基本概念热力学第一定律:能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到另一个系统，而其总量保持恒定，这一自然界普遍规律称为能量守恒与转换定律。把这一定律应用于伴有热现象的能量和转移过程，即为热力学第一定律。第一类永动机：不消耗任何能量而能连续不断作功的循环发动机，称为第一类永动机。热力学能：热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所具有的能量之和。外储存能：也是系统储存能的一部分，取决于系统工质与外力场的相互作用（如重力位能）及以外界为参考坐标的系统宏观运动所具有的能量（宏观动能）。这两种能量统称为外储存能。轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功称为轴功。流动功（或推动功）：当工质在流进和流出控制体界面时，后面的流体推开前面的流体而前进，这样后面的流体对前面的流体必须作推动功。因此，流动功是为维持流体通过控制体界面而传递的机械功，它是维持流体正常流动所必须传递的能量。焓：流动工质向流动前方传递的总能量中取决于热力状态的那部分能量。对于流动工质，焓=内能+流动功，即焓具有能量意义；对于不流动工质，焓只是一个复合状态参数。稳态稳流工况：工质以恒定的流量连续不断地进出系统，系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定，不随时间变化，称稳态稳流工况。技术功：在热力过程中可被直接利用来作功的能量，称为技术功。动力机：动力机是利用工质在机器中膨胀获得机械功的设备。压气机：消耗轴功使气体压缩以升高其压力的设备称为压气机。节流：流体在管道内流动，遇到突然变窄的断面，由于存在阻力使流体压力降低的现象。2.常用公式外储存能：宏观动能：重力位能：式中 g—重力加速度。系统总储存能：1．或 2．3．或（没有宏观运动，并且高度为零）热力学能变化：1．，适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程2．适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用定值比热计算）3．适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用平均比热计算）4．把的经验公式代入积分。适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用真实比热公式计算）5．由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之和，各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积。 6． 适用于任何工质，可逆过程。 7． 适用于任何工质，可逆定容过程 8． 适用于任何工质，可逆绝热过程。 9． 适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程。 10．适用于mkg质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程。11.适用于1kg质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程12.适用于微元，任何工质可逆过程13． 热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值。焓的变化：1．适用于m千克工质 2． 适用于1千克工质 3．适用于理想气体4．，适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程5．适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程，用定值比热计算6．适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程用平均比热计算 7．把的经验公式代入积分。适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程，用真实比热公式计算8．由理想气体组成的混合气体的焓等于各组成气体焓之和，各组成气体焓又可表示为单位质量焓与其质量的乘积。 9．热力学第一定律能量方程 适用于任何工质，任何热力过程。 10．适用于任何工质，稳态稳流热力过程 11． 适用于任何工质稳态稳流过程，忽略工质动能和位能的变化。12．适用于任何工质可逆、稳态稳流过程，忽略工质动能和位能的变化。13．适用于任何工质可逆、稳态稳流绝热过程，忽略工质动能和位能的变化。14．适用于任何工质可逆、稳态稳流定压过程，忽略工质动能和位能的变化。15．适用于任何工质等焓或理想气体等温过程。熵的变化： 1．适用于任何气体，可逆过程。2．为熵流，其值可正、可负或为零；为熵产，其值恒大于或等于零。3．（理想气体、可逆定容过程） 4．（理想气体、可逆定压过程） 5．（理想气体、可逆定温过程） 6．（定熵过程） 适用于理想气体、任何过程功量：膨胀功（容积功）：1． 或适用于任何工质、可逆过程2．适用于任何工质、可逆定容过程3．适用于任何工质、可逆定压过程4．适用于理想气体、可逆定温过程5．适用于任何系统，任何工质，任何过程。6．适用于理想气体定温过程。7．适用于任何气体绝热过程。8．适用于理想气体、绝热过程9．适用于理想气体、可逆绝热过程10．适用于理想气体、可逆多变过程流动功:推动1kg工质进、出控制体所必须的功。技术功:1．热力过程中可被直接利用来作功的能量，统称为技术功。2．适用于稳态稳流、微元热力过程3．技术功等于膨胀功与流动功的代数和。4．适用于稳态稳流、微元可逆热力过程5．适用于稳态稳流、可逆过程热量：1． 适用于任何工质、微元可逆过程。2． 适用于任何工质、可逆过程3．适用于mkg质量任何工质，开口、闭口，可逆、不可逆过程4．适用于1kg质量任何工质，开口、闭口，可逆、不可逆过程5．适用于微元，任何工质可逆过程。6．适用于任何工质可逆过程。7适用于任何工质，任何系统，任何过程。8． 适用于微元稳态稳流过程9．适用于稳态稳流过程10．适用于任何工质定容过程11．适用于理想气体定容过程。12．适用于任何工质定压过程13．适用于理想气体、定压过程14． 适用于任何工质、绝热过程15． 适用于理想气体、多变过程3.重要图表图3－1轴功图3－2流动功图3－3闭口系统的能量转换图3－7技术功图3－5开口系统第四章理想气体的热力过程及气体压缩1.基本概念分析热力过程的一般步骤：1.依据热力过程特性建立过程方程式，p=f(v)；2.确定初、终状态的基本状态参数；3.将过程线表示在p-v图及T—s图上,使过程直观，便于分析讨论。4.计算过程中传递的热量和功量。绝热过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的状态变化过程，即或称为绝热过程。定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程，称为定熵过程。多变过程：凡过程方程为常数的过程，称为多变过程。定容过程：定量工质容积保持不变时的热力过程称为定容过程。定压过程：定量工质压力保持不变时的热力过程称为定压过程。定温过程：定量工质温度保持不变时的热力过程称为定温过程。单级活塞式压气机工作原理：吸气过程、压缩过程、排气过程，活塞每往返一次，完成以上三个过程。活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比，称为容积效率。活塞式压气机的余隙：为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞，在汽缸端盖与活塞行程终点间留有一定的余隙，称为余隙容积，简称余隙。最佳增压比：使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时，各级的增压比称为最佳增压比。压气机的效率：在相同的初态及增压比条件下，可逆压缩过程中压气机所消耗的功与实际不可逆压缩过程中压气机所消耗的功之比，称为压气机的效率。热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能，则此循环称为热机循环。 2.常用公式气体主要热力过程的基本公式过程定容过程定压过程定温过程定熵过程多变过程过程指数n∞01кn过程方程v=常数p=常数pv=常数pvк=常数pvn=常数P、v、T关系膨胀功w=0热量比热容0备注表中比热容为定值比热容多变指数n：z级压气机，最佳级间升压比：3.重要图表图4－1绝热过程p-v图图4－2绝热过程T-s图图4－3多变过程p-v图图4－3多变过程T-s图图4－6单级活塞式压气机图4－7理论压气过程示功图图4－8三种压缩过程p-v图和T-s图图4-11为两级压气机工作过程图第五章热力学第二定律1.基本概念热力学第二定律：开尔文说法：只冷却一个热源而连续不断作功的循环发动机是造不成功的。克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。第二类永动机：从单一热源取得热量，并使之完全转变为机械能而不引起其他变化的循环发动机，称为第二类永动机。孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。孤立系统熵增原理：任何实际过程都是不可逆过程，只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行。定熵过程：系统与外界没有热量交换情况下所进行的可逆热力过程，称为定熵过程。热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能，则此循环称为热机循环。制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境温度，并维持这个低温称为制冷。制冷机：从低温冷藏室吸取热量排向大气所用的机械称为制冷机。热泵：将从低温热源吸取的热量传送至高温暖室所用的机械装置称为热泵。理想热机：热机内发生的一切热力过程都是可逆过程，则该热机称为理想热机。卡诺循环：在两个恒温热源间，由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的循环，称为卡诺循环。卡诺定理：1．所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切可逆循环，其热效率都相等，与采用哪种工质无关。2．在同温热源与同温冷源之间的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。自由膨胀：气体向没有阻力空间的膨胀过程，称为自由膨胀过程。2.常用公式熵的定义式： J/kgK工质熵变计算：，工质熵变是指工质从某一平衡状态变化到另一平衡状态熵的差值。因为熵是状态参数，两状态间的熵差对于任何过程，可逆还是不可逆都相等。1． 理想气体、已知初、终态T、v值求ΔS。2． 理想气体已知初、终态T、P值求ΔS。3． 理想气体、已知初、终态P、v值求ΔS。4．固体及液体的熵变计算： 5．热源熵变： 克劳修斯不等式： 任何循环的克劳修斯积分永远小于零，可逆过程时等于零。闭口系统熵方程： 式中：ΔSsys——系统熵变； ΔSsur——环境熵变； ΔSI——某子系统熵变。开口系统熵方程： 式中：m2s2——工质流出系统的熵； m1s1——工质流入系统的熵。不可逆作功能力损失：式中：T0——环境温度； ΔSISO——孤立系统熵增。3.重要图表图5-4卡诺循环的p-v图和T-s图图5-4逆卡诺循环的p-v图和T-s图图5-7任意可逆循环图5-7熵变、熵流与熵产第六章热力学微分关系式1．基本概念自由能：F=U－TS，F称为自由能，或称亥姆霍兹（Helmholtz）函数。自由焓：令G=H－TS，G称为自由焓，或称吉布斯（Gibbs）函数。2．重要公式热力学能的基本关系式：焓的基本关系式：自由能基本关系式：自由焓的基本关系式：麦克斯韦关系式：热系数：式中 ——压力温度系数；——物质在定容下压力随温度的变化率；——容积膨胀系数，或称热膨胀系数；——物质在定压下比体积随温度的变化率； ——定温压缩系数，或简称压缩系数；——物质在定温下比体积随压力的变化率，表示物质在定温条件下受压后的压缩性。这个偏导数为负值，加负号后，仍为正值。熵方程：焓方程：热力学能的微分方程式：热量的微分方程式：上述两式适用于任意物质的任何可逆过程。比热容与状态方程式的关系：比定压热容与比定容热容的关系:克拉贝龙方程:克劳修斯－克拉贝龙方程:第七章水蒸气1．基本概念未饱和水:水温低于饱和温度的水称为未饱和水（也称过冷水）.饱和水:当水温达到压力P所对应的饱和温度时，水将开始沸腾，这时的水称为饱和水。湿饱和蒸汽：把预热到ts的饱和水继续加热，饱和水开始沸腾，在定温下产生蒸汽而形成饱和液体和饱和蒸汽的混合物，这种混合物称为湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽。干饱和蒸汽：湿蒸汽的体积随着蒸汽的不断产生而逐渐加大，直至水全部变为蒸汽，这时的蒸汽称为干饱和蒸汽（即不含饱和水的饱和蒸汽）。2．常用公式干度：湿蒸汽的参数：（当p不太大，x不太小时）过热蒸汽的焓：其中是过热热量，t为过热蒸汽的温度，cpm为过热蒸汽由t到ts的平均比定压热容。过热蒸汽的热力学能：过热蒸汽的熵：水蒸气定压过程：或水蒸气定容过程：水蒸气定温过程：水蒸气绝热过程：3．重要图表7-1凝固时体积膨胀的物质的p-t图图7-2凝固时体积缩小的物质的p-t图图7-4水蒸气定压发生过程示意图图7-5水蒸气的p-v图图7-6水蒸气的T-s图图7-7水蒸气的T-s图图7-8水蒸气的h-s图图7-9水蒸气的定压过程图7-10水蒸气的定容过程图7-11水蒸气的定温过程图7-12水蒸气的定熵过程图7-13水蒸气的不可逆绝热过程图7-14例7-3第八章湿空气1.基本概念湿空气：干空气和水蒸气所组成的混合气体。饱和空气：干空气和饱和水蒸气所组成的混合气体。未饱和空气：干空气和过热水蒸气所组成的混合气体。绝对湿度：每立方米湿空气中所含有的水蒸气质量。饱和绝对湿度：在一定温度下饱和空气的绝对湿度达到最大值，称为饱和绝对湿度相对湿度：湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度的比值含湿量(比湿度)：在含有1kg干空气的湿空气中，所混有的水蒸气质量饱和度：湿空气的含湿量d与同温下饱和空气的含湿量ds的比值湿空气的比体积：在一定温度T和总压力p下，1kg干空气和0.001d水蒸气所占有的体积湿空气的焓：1kg干空气的焓和0.001dkg水蒸气的焓的总和2.常用公式湿空气的总压力：湿空气的平均分子量：湿空气的气体常数：绝对湿度：饱和绝对湿度：相对湿度:相对湿度反映了湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度。在某温度t下，值小，表示空气干燥，具有较大的吸湿能力;值大，表示空气潮湿，吸湿能力小。当时为干空气，时则为饱和空气。未饱和空气的相对湿度在0到1之间()。应用理想气体状态方程，相对湿度又可表示为含湿量(或称比湿度)d：饱和度D：饱和度D略小于相对湿度，即D≤，如，则。湿空气比体积：湿空气的焓：(kJ/kg(a))3.重要图表干空气的组成表成分分子量容积成分（摩尔成分）组成气体的部分分子量32.0000.20956.70428.0160.780921.87839.9440.00930.37144.01图8－3干、湿球温度计图8－4湿空气的h-d图图8－5图四个区域的特征图8－6露点在图上的表示图8－9湿空气的加热图8－10湿空气的冷却图8－12定温加湿过程图8－11湿空气的绝热加湿过程图8－13湿空气的混合过程图8－14冷却塔示意图第九章气体和蒸汽的流动1．基本概念稳态稳流：稳态稳流是指开口系统内每一点的热力学和力学参数都不随时间而变化的流动，但在系统内不同点上，参数值可以不同。为了简化起见，可认为管道内垂直于轴向的任一截面上的各种参数都均匀一致，流体参数只沿管道轴向或流动方向发生变化。定熵滞止参数：将具有一定速度的流体在定熵条件下扩压，使其流速降低为零，这时气体的参数称为定熵滞止参数。减缩喷管：当进入喷管的气体是M<1的亚音速气流时，这种沿着气体流动方向喷管截面积逐渐缩小的喷管称为渐缩喷管。渐扩喷管：当进入喷管的气体是M>1的超音速气流时，这种沿气流方向喷管截面积逐渐扩大的喷管称为渐扩喷管。缩放喷管：如需要将M<1的亚音速气流增大到M>1的超音速气流，则喷管截面积应由df<0逐渐转变为df>0，即喷管截面积应由逐渐缩小转变为逐渐扩大，这种喷管称为渐缩渐扩喷管，或简称缩放喷管，也称拉伐尔（Laval）喷管。节流：节流过程是指流体（液体、气体）在管道中流经阀门、孔板或多孔堵塞物等设备时，由于局部阻力，使流体压力降低的一种特殊流动过程。这些阀门、孔板或多孔堵塞物称为节流元件。若节流过程中流体与外界没有热量交换，称为绝热节流，常常简称为节流。在热力设备中，压力调节、流量调节或测量流量以及获得低温流体等领域经常利用节流过程，而且由于流体与节流元件换热极少，可以认为是绝热节流。冷效应区：在转回曲线与温度纵轴围成的区域内所有等焓线上的点恒有j>0，发生在这个区域内的绝热节流过程总是使流体温度降低，称为冷效应区。热效应区：在转回曲线之外所有等焓线上的点，其j<0，发生在这个区域的微分绝热节流总是使流体温度升高，即压力降低dp，温度增高dT，称为热效应区。喷管效率：是指实际过程气体出口动能与定熵过程气体出口动能的比值。2．常用公式连续性方程：式中，，——各截面处的质量流量（kg/s）；f1，f2，f——各截面处的截面积（m2）；c1，c2，c——各截面处的气流速度（m/s）；v1，v2，v——各截面处气体的比容的（m3/kg）。对微元稳定流动过程，连续性方程可表示为绝热稳定流动能量方程式：对于微元绝热稳定流动过程，可写成定熵过程方程式：对于微元定熵过程有只适用于理想气体的比热容比κ为常数（定比热容）的可逆绝热过程。对于变比热容的定熵过程，κ应取过程范围内的平均值。可压缩性流体音速的计算式：理想气体的音速计算马赫数c是给定状态的气体流速，a是该状态下的音速。根据马赫数的大小，可以把气流速度分为三档：当M＜1，称为亚音速，当M＝1，称为音速，当M＞1，称为超音速。气体流速变化与状态参数间的关系：在管道内作定熵流动时，dc与dp的符号相反；即气流速度增加，必导致气体的压力下降，这就是喷管中的气体流动特性；而气体速度下降，将导致气体的压力升高，这是扩压管中的气体流动特性。管道截面变化的规律：理想气体的当地音速：3．重要图表图9-1喷管中个参数沿轴向变化的示意图图9-2定熵滞止过程图9-3质量流量随压力比的变化图9-4水蒸气h-s图上的定熵过程图9-6渐缩喷管中的变工况流动图9-7渐缩渐扩喷管中的变工况流动图9-8定熵过程与实际的绝热过程图9-9蒸气引射器示意图图9-10绝热节流前后参数变化图9-11气体绝热节流过程图9-12水蒸气绝热节流过程图9-13焦耳－汤姆逊绝热节流试验装置图9-14绝热节流的T-p图喷管和扩压管流速变化与截面变化的关系 表9-1第十章动力循环1．基本概念热机：将热