熱力學試題集-合成

1.某工學院《工程熱力學》期末考試試題(84熱能及市熱能班")

一.試回答下列各問題(本題42分，每小問7分)

(1).何謂濕蒸汽？何謂濕空氣？濕蒸汽中的水蒸氣和相對濕度中<100%的濕空氣中

的水蒸氣所處的熱力狀態(tài)有何不同？

(2).當升壓比很大時，活塞式壓氣機必須采取多級壓縮和級間冷卻。試說明其原因。

(3).定性地說明絕熱節(jié)流的主要特征和狀態(tài)參數(shù)(包括焰、壓力、燃和燃燦］)的

變化趨勢。

(4).試利用端方程。=絲+迫(即嫡的變化量等于嫡流加嫡產(chǎn)的關系)來說明

TT

對于不可逆循環(huán)必然存在克勞修斯不等式/絲］<0。

7J不可逆

(5).當忽略進口流速時.，根據(jù)能量方程噴管出口流速總是等于二倍焰降再開平方的

關系。顯然，有摩擦的絕熱流動與無摩擦的絕熱流動相比，總是會帶來損失的。試僅僅

對于當進口焰值相同并維持相同的出口壓力時，畫出h-s示意圖，并指明摩擦損失表現(xiàn)

在哪里？

(6).如果將穩(wěn)定流動能量方程式寫成

］2

Q-AU=W=^(pv)+—機△c~+mgAz+Wi=A(pv)+AWi

試從能量守恒和轉換方面簡要闡明上式的物理意義。

(本題10分)試分別填寫表(1)和表(2)中所缺的數(shù)據(jù)。

閉口系統(tǒng)A表⑴閉口系統(tǒng)B表(2)

W路徑過程W

Q5u2\uQ

(a)2413()8()X1-210()

(b)-8()()62-18丫2-1-7-4

(c)()-17-12()20z2-1()-8

條件說明：條件說明：

對于閉口系統(tǒng)A進行表(1)中任何對于閉口系統(tǒng)B沿路徑x由

一個過程。狀態(tài)1變化到狀態(tài)2,然后沿另外

兩個不同的路程y和z中任何一條

回到初態(tài)。

*沈陽大學第一屆熱能工程專業(yè)，由某工學院代培。

三.(本題20分)一氧化碳氣體盛于活塞-汽缸中，壓力Ibar,溫度27℃,將該氣體分

別經(jīng)歷過程A和過程B：

(1).在過程A中氣體在定容下被加熱至壓力升高一倍，然后在定壓下膨脹到容積為

初容積的三倍；

(2).在過程B中同樣的氣體由同樣的初態(tài)首先定壓膨脹到容積為初容積的三倍，然

后定容加熱到壓力升高一倍。

試求：(a).在同一個p-v圖及T-s圖中畫出過程A和過程B；

(b).分別對A、B兩過程求其總熱量、總功量以及總內(nèi)能(熱力學能)變化

量各為多少kJ/kg。

已知CO氣體R=0.297kJ/(kgK)；cp=1.042kJ/(kg-K)；c,.=0.745kJ/(kg-K)

四.(本題10分有1000kg溫度為0℃即T冰=273K)的冰，在溫度為20℃即7>293K)

的大氣環(huán)境中融化成0℃的水(冰的融解熱為335kJ/kg),這時熱量的作功能力損失了。

試求

(1).大氣和冰不等溫傳熱時的燧增量和作功能力損失，并用T-s圖定性地表示出來;

(2).如果在大氣與這冰塊之間放入一個可逆熱機，求該熱機能作出的功量，并用數(shù)

值結果驗證可逆熱機的作功量就等于不等溫傳熱時的作功能力損失。

五.(本題18分)

有一過熱的理想朗肯循環(huán)(如圖所示)。其汽

輪機的進汽壓力0=3Obar,進汽溫度九=500℃,冷

凝壓力P2=0.1bar,試求：

(1).乏汽的干度也；

(2).每公斤蒸汽在汽輪機中的作功量WT；

(3).理想朗肯循環(huán)的熱效率加

設已經(jīng)查得//i=3456.5kJ/kg,

Si=7.2338kJ/(kg-K)。

當02=0.1bar時，

有Zi'=l91.84kJ/kg；〃”=2584.4kJ/kg；

s'=0.6493kJ/(kg-K)；s”=8/525kJ/(kg-K)

53

水泵耗功tVp=v2(pi-p2)=0.00101x(30-0.1)x10x10-=3.0kJ/kg

(完)

答案：

1.濕蒸汽是處于飽和蒸汽壓力和飽和蒸汽溫度下的汽水混合物，其中水蒸氣處于

飽和狀態(tài)；

濕空氣是含有水蒸氣的空氣，相對濕度”100%的濕空氣中的水蒸氣處于過熱狀態(tài)。

2.活塞式壓氣機排氣過程達到終點時，活塞端部和氣缸底部之間的間隙就叫余隙

容積。余隙容積中的氣體在排氣過程中不能被排出氣缸外，隨后的吸氣過程中，它們首

先膨脹，從而影響了吸氣，導致容積效率下降。升壓比越大，余隙容積的影響越嚴重。

活塞式壓縮機工作速度很快，所以壓縮過程近似于絕熱壓縮，一級壓縮終了時溫度很高,

比容較大，耗功較多。使用多級壓縮、級間冷卻可以解決這些問題。

3.絕熱節(jié)流的特征是節(jié)流前后流體熔相同，壓力有所損失。因此，節(jié)流后壓力降

低，理想氣體溫度不變（大部分氣體溫度下降、轉回區(qū)溫度上升），嫡增大，烙燒減少。

4.如圖所示，1A2為可逆過程，2B1為不可逆過程。

Vg駕也

「.小屋臀

?/#5=0（狀態(tài)參數(shù)，循環(huán)積分為零）

1r、T

■：“w總是大于零的（對于不可逆過程）

>0

??.慳二.第

<0

J7jf

從而證明<0

不可逆

5.P2不變時，比'將大于色，損失表現(xiàn)為出口速度降低

（速度損失）。（當出口烙值相同，即S「/l2州域=（加5）

石巡時，出口速度不變，損失表現(xiàn)為出口壓力降低（壓

力損失。））

6.系統(tǒng)接受的熱量除了提供內(nèi)能（熱力學能）的增量，

其余部分轉化為功，其中一部分功成為推動工質流動

的推動功（流動功），另一部分轉換成為動能增量、勢能增量和或軸功而為外界所利

用。動能增量、勢能增量和軸功合在一起是為技術功。

—.如下表：

tB

Qw55AU路徑過程Qw

(a)2413(-3)8(11)x1-210(13)

(b)-8(10)(80)62-18Y2-1-7-4

(c)(3)-17-12(8)20z2-1(-11)-8

三.如圖所示

(A路徑)TA=T1=2x300/1=600K

P\

^1A=cvA7'IA=0.745x(600-300)=223.5kJ/kg,vvIA=0

枕■7A=3X600=1800K

qA2=CpATA2=1.042x(1800-600)=1250.4kJ/kg

WA2=PAAVA2=^ATA2=0.297X(1800-600)=356.4kJ/kg

q?A2=qjA+4A2=223.5+1250.4=1473.9kJ/kg

j

vv?A2=WIA+HA2=0+356.4=356.4kJ/kg

(B路徑)TB=—Ti=3x3OO=9OOK

qiB=C,4T?B=1.042x(900-300)=625.4kJ/kg

卬iB=〃i△力B=AAT】B=0.297X(900-300)=178.2kJ/kg

7'B=2X900=1800K

PB

^B2=CVATB2=0.745X(1800-900)=670.5kJ/kg

WB2=0

/.<7iB2=^iB+^B2=625.2+670.5=1295.7kJ/kg

W]B2=W1B+WB2=178.2+0=178.2kJ/kg

內(nèi)能(熱力學能)變化與路徑無關，

AM=q-vv=1295.7-178.2

=1473.9-356.4=1117.5kJ/kg

四.(1)^S=Q/T=tnq/T=1000x335/273

=1227.1kJ/K(吸熱)

△So=Q/T(尸"應/T()=1000x(-335)/293

=-1143.3kJ/K(放熱)

△Siib>^=AS+A5()=1227.1+(-1143.3)

=83.8kJ/K

/=7oASft;^=293x83.8=24542.12kJ

(2)T]e=l--=1-273/293=0.068

G

注意到Q=Qo(l-7)，則由w=Q0-Q得

w=Q(——)-Q=mg(—)-mg

IIf

=1000x335(——!—)-1000x335

1-0.068

=24542.12kJ

顯然，可逆熱機的作功量就等于不等溫傳熱時的作功能力損失。

五VS!=7.2338kJ/(kg-K),；?s2=7.2338kJ/(kg-K)

7.2338-0.6493

???⑴=0.8778

8.1505-0.6493

,,

???h2=h(l-x2)+h\2=191.84x(l-0.8778)+2584.4x0.8778=2292.01kJ/kg

(2)wT=h|-h2=3456.5-2292.01=1164.5kJ/kg

卬7一Wp1164.5-3.0

(3)r)F=35.61%

%一("+%)3456.6—(191.84+3.0)

2.某工學院84級熱能工程專業(yè)《工程熱力學》期末考試補

考試題

選擇題

下列各題中，你認為正確的請在括號內(nèi)劃（Y）,不正確或不全面的請在括號內(nèi)

劃（X）O

1.在確定的兩態(tài)之間，理想氣體的嫡差計算公式為

As=Cpln&-Rin—()

T|丹

2.使系統(tǒng)端增大的過程一定是不可逆過程。()

3.可逆循環(huán)的熱效率不可能等于lo()

4.制冷系數(shù)有可能大于1?()

5.卡諾循環(huán)的熱效率總比任意實際循環(huán)的熱效率要高。()

6.在臨界點上，飽和液體的焙一定等于飽和蒸汽的熔。()

7.某液體的溫度為3若其壓力大于t對應的飽和壓力，則此液體—

定處于未飽和液體狀態(tài)。（)

8.〃一圖上可以表示出的三相變化，所以稱為相圖。()

9.一熱力系經(jīng)歷一個不可逆過程，其燃有可能減少。()

10.等容過程加熱量的計算式可以適用于任意氣體。()

11.對于噴管來說，其背壓降得愈低，則其出口流量將愈大。()

12.不可逆過程中，工質的嫡減少了，則工質的燧也必減少。()

13.不可逆過程就是不能反方向進行的過程。()

14.不可逆過程的前后狀態(tài)參數(shù)變化無法計算。()

15.絕熱過程一定是定炳過程。()

說明下列公式應用條件:

=

1.AsCpln——+cvln'?；

口Pi

k-]

2?■件廠

T\\P3）

3.jpdv=-卜dp

4.q=Ah+4-Wt

5.，尸1-支

T'I

三.簡要回答下列問題：

I.在蒸汽動力裝置中，你認為作功能力損失以何處為最大？如何改進？

2.不可逆過程中的嫡變化如何計算？

3.簡要說明多級壓縮中間冷卻的目的。

4.如何確定一多變過程的多變指數(shù)？

四.在T-s圖上畫出一個具有一級回熱、一次再過熱的蒸汽動力循環(huán)，并根據(jù)圖上

所標字母寫出下列各量的計算公式（忽略泵功）。

①循環(huán)加熱量；②循環(huán)作功量；③循環(huán)熱效率；④理想汽耗率：⑤抽汽

量。

答案：

—.1.x；2.X；3.&4.45.&6.Y；7.《8.49.7；10.x；11.x；12.

13.x；14.x；15.xo

1.理想氣體，任意過程；2.理想氣體，可逆絕熱過程；3.任意氣體，可逆定溫過

程；4.任意工質，任意過程；5.任意工質，可逆循環(huán)。

三.

1.在蒸汽動力裝置中，鍋爐內(nèi)部由高溫煙氣和火焰向爐水傳熱是作功能力損失

最大的環(huán)節(jié)。應當盡可能提高給水入爐溫度，減少傳熱溫差。另一個措施是,

在蒸汽動力循環(huán)之上，復合一個在較高溫度下工作的動力循環(huán)，例如燃氣輪

機循環(huán)，以充分利用高溫煙氣和火焰與爐水之間上千攝氏度的溫差。

2.只要知道起訖點狀態(tài)，不可逆過程中的嫡變化可以按可逆過程的方法進行計

算，例如對于理想氣體，可以使用As=cjn衛(wèi)+Rln^、Asucpln衛(wèi)-Rin正和

7；v,I；Pi

△s=cjn紅+c、Jn立，因為嫡是狀態(tài)參數(shù)，其變化僅與起訖點的熱力狀態(tài)有關,

hPi

與過程無關。

3.多級壓縮，中間冷卻的目的有兩個：一是可以使壓縮過程接近等溫，減少壓

縮機耗功；二是可以減輕余隙容積的影響。

4.如果已知過程起訖點的狀態(tài)參數(shù)（pi,vD、（p2,v2）,則多變指數(shù)

InP）-InPi

n=---=-------o

Inv2-InV]

四題圖

四.該循環(huán)如圖所示，其中a為回熱抽汽率，即單位質量工質中回熱抽汽所占的份額。

_

①循環(huán)加熱量qi=（hi-h8）+（hbha）；

②循環(huán)作功量w=（h1-ha）+（hb-h7）+（l-a）（h7-h2）；

③循環(huán)熱效率n,="=依一心）+瓦一?。?--①①一色）；

力（h,-h8）+（hb-ha）

④理想汽耗率d0=—=7-----「-----\---------------；

wo伍1-1）+值—/）+（1-a）（-—九2）

⑤抽汽量D抽汽=aD（）o

3.某工學院《工程熱力學》期末考試試題（86級熱能工程系）

解釋下列概念（20分）

1.熱力平衡態(tài)；2.準靜態(tài)過程；3.干度；4.汽化潛熱；5.過熱度；6.含濕量;

7.露點；8.相對濕度；9.熱量燦h10.熱力爆。

二.空氣由同一初態(tài)1開始，經(jīng)可逆絕熱膨脹、定溫膨脹和多變膨脹到同一終壓。又由

同一初態(tài)1開始，經(jīng)可逆絕熱壓縮、定溫壓縮和多變壓縮到同一終壓。試回答：（填入

括號內(nèi)）（10分）

⑴哪一個過程膨脹功最?。ǎ?/p>

⑵哪一個過程膨脹技術功最大（）；

⑶哪一個過程嫡變最大（）；

（4）哪一個過程壓縮終態(tài)溫度最高（）；

⑸哪一個過程壓縮技術功最?。ǎ?/p>

三.1升（I立方分米）空氣，在壓力pi=latm（latm=101325Pa）,溫度h=15'C時，進

行定壓加熱到t2=200℃,然后，絕熱膨脹到t3=100℃,接著又定容冷卻到L=15℃,最后，

定溫壓縮又重新回到原來的初態(tài)，完成了一個循環(huán)。若過程均為可逆，k=7/5的理想氣

體。試定性畫出過程的p-v圖及T-s圖，求出循環(huán)凈功和循環(huán)熱效率。（用SI制）（20

分）

R.可逆熱機分別從兩個恒溫熱源TI和T2吸收同樣的熱量，并向?個恒溫冷源T3排放

熱量。試用「、T2及T3寫出可逆機熱效率的表達式（最簡式），若T|=1000K,T2=500K,

T3=293K,則5=?T5分）

五.已知通過噴管的空氣壓力pi=5bar,溫度T1=600K,流量；=1.5kg/s,若必須保證噴

管出口截面處壓力p2=lbar（k=1.4）,試問：①采用什么型式的噴管；②略去噴管進

口速度5切，求噴管出口速度C2；③若工質在噴管內(nèi)是不可逆絕熱流動，噴管效率

r|=0.95,求噴管實際出口速度C2'?實際出口截面A??（20分）

六.試利用熱力學參數(shù)間的微分關系證明理想氣體內(nèi)能（熱力學能）與比容無關（要求

步驟嚴密）（15分）

答案：

1.熱力學分析中所涉及的熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)通常都要求是熱力學平衡狀態(tài)，簡稱

平衡狀態(tài)。如果組成熱力學系統(tǒng)的各部分之間的溫度均勻一致，且等于外界的溫度，則

該熱力系統(tǒng)即處于熱平衡。如果熱力系統(tǒng)內(nèi)部無不平衡的力，且作用在邊界上的力和外

力相平衡，則該熱力系統(tǒng)即處于力平衡。為了能夠實現(xiàn)平衡狀態(tài)，必須滿足力平衡、熱

平衡兩個條件。如果熱力系統(tǒng)內(nèi)還存在化學反應，則尚應包括化學平衡。

2.熱力系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)出發(fā)，連續(xù)經(jīng)過一系列（無窮多個）平衡的中間狀態(tài),

過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程。

3.濕蒸汽中，純水蒸氣的質量分數(shù)（成分、濃度、百分比）o

4.飽和狀態(tài)下，單位質量的水從飽和水完全變成飽和蒸汽所吸收的熱量稱為汽化

潛熱。等于干飽和蒸汽的焙減去飽和水的熔。

5.過熱蒸汽溫度高于其壓力所對應的飽和溫度的部分。即過熱蒸汽溫度與飽和溫

度之差。

6.為了準確計量濕空氣含有的水分，按單位質量（一般是1千克）的干空氣計算

的濕空氣所包含的水蒸氣質量。

7.濕空氣中水蒸氣的分壓力對應的飽和溫度，當濕空氣降溫至低于該點時.，濕空

氣中的部分水蒸氣將以露水的形式析出。

8.濕空氣中水蒸氣的分壓力pv，與同一溫度、同樣總壓力的飽和濕空氣中水蒸氣

分壓力Ps（t）的比值，稱為相對濕度，一般以「表示。

9.一定溫度的環(huán)境條件下，系統(tǒng)（其溫度高于環(huán)境溫度）所提供的熱量中可轉化

為有用功的最大值。

10.??

二.1.絕熱膨脹；2.定溫膨脹；3.定溫過程；4.絕熱壓縮；5.定溫壓縮。

三.p,=101325Pa.t|=15℃,V,=0.001m\p2=101325Pa,t2=200℃

些=0.001x(273+2。。)co。]642m3

'T](273+15)

_L1.4

(KV-i(100+273^4^1

t=100℃,P3=P2皂=.xl01325=44124.88Pa

3"2J1200+273；

3

V3W2但=(200373T.4-ix0001642=0e002973m

,[T3)<100+273；

315+273

V4=V3=0.002973m,t4=15℃,p4=p.=44124.88x=34069.6Pa

T3100+273

k1

Qi2=mcp(T2-T1)=---mR(T2-Tj)=---(p2V2?p】V1)

k-Lk-1

=x(101325x0.001642-101325xO.OOl)=227.68J

Q23=0

QM=mc(T4—T3)=---mR(T4—T3)=---(p4V4-p3V3)

vk-1k-1

=x(34069.6x0.002973-44124.88x0.002973)=-74.74J

Q4i=W4i=p4V41nL=34069.6x0.002973xln—=-110.36J

V40.002973

循環(huán)凈功等于循環(huán)凈熱量：AWnet=AQnel=SQi=227.68-74.74-110.36=42.58J

循環(huán)熱效率：尸外竺=至也=0.1870

Qi2227.68

[W12=P1(V2-V))=101325x(0.001642-0.001)=65.050651

W23=mcv(T2-T3)=」mR(T2-T3)=(p2V2-p3V3)

K-1k-1

=x(101325x0.001642-44124.88x0.002973)=87.98J

W34=0

W4,=pMln五=34069.6x0.002973xln"⑼=-l10.36J

V40.002973

AWnet=ZWi=65.05+87.98-110.36=42.67J1

四.該熱機相當于兩個卡諾熱機A、B分別工作于Ti、T3和T2、T3之間，加熱量均為Q,

于是

WA=T|AQA=Q(1-3)，WB=UBQB=Q(1-B)

?！格R

+Q1-

W_WW3T

總效率n，=ll)lalA+B,丁3

Qtolal~2Q

2。2T|2T2

----------^-=0.5605

4=1一

2x10002x500

五.①p2=p2/Pl=l/5=0.2<pc=0.546,應當采用縮放型式的噴管（即拉伐爾噴管）。

(1.4-1>

②昌町1-廝J2X~4X287X600X1-0.2^*"=666.58m/s

1.4-1IJ

③一般用“速度系數(shù)”或“流動系數(shù)”（p來表示氣流出口速度的下降，它等于實際

出口流速c￡與理想可逆流動的出口流速3之比。用“能量損失系數(shù)”，來表示動能的

減少，它等于損失的動能與理想動能之比，且

,=i-6

吉林工業(yè)大學華自強編《工程熱力學》（人民教育出版社1979年5月第一版，1983年3月9日

恢復高等教育出版社后劃歸該社，高等教育出版社1986年9月第：版）中提到了噴管效率T]N，定

義為噴管出口的實際流動動能與定熠流動的出口流動動能之比：

Cf2h。-h2

且有HN=(P2

2

所以,=1_(p=l-r(N

Cf2'二(pCf2=Cf2=V0.95x666.58=649.70m/s

1o

ho-h2=-e1/=Cp(T0-T/)

cf264970

T?=T0--^=600-=389.78K

2cp2x1004

V2'=RT27P2=287x389.78/100000=1.1186686m3/s

1.5x1.1186686

出口截面積=0.002583m2

649.70

六.關于內(nèi)能（熱力學能）的熱力學一般關系式第一式為

du""停[

-p]dv

將理想氣體狀態(tài)方程pv=RT對T求導，得

代入du關系式

ITS（部

-p|dv=cdT+[T--p]dv=cdT

vVv

上式意味著，理想氣體內(nèi)能（熱力學能）與比容無關，僅與溫度有關。

4.某大學熱能工程專業(yè)92級《工程熱力學》試題

一.填空：

1.確定一個簡單可壓縮系統(tǒng)的狀態(tài)的獨立變量（狀態(tài)參數(shù)）有一個。

2.在研究任何熱力問題時，根據(jù)研究的目的，選取某?個或幾個指定實體作為分

析研究的對象。這個被選定的對象稱為,簡稱，而以外的

所有其它實體統(tǒng)稱為O

3.描述系統(tǒng)狀態(tài)變化途徑的方程稱為。

4.范德瓦爾方程是對進行修正得到的，用于描述性

質的最簡單的。它包括一項修正，一是考慮分子間相互吸引力使壓力

減少了，一是考慮分子本身占據(jù)一定體積，使分子自由活動空間減少。

5.當p=0.006112bar,t=0.01℃時，水處于狀態(tài)；當p=22L20bar,t=374.15

℃時，水處于狀態(tài)。

6.在兩個不同溫度的之間工作的所有熱機，沒有任何熱機的

_比熱機的更高。

7.熱力學溫標的理論依據(jù)是，它不依賴于任何測溫物

質的,只決定于循環(huán)中所傳遞熱量的比例，因而具有普遍意義。

二.回答問題：

1.若工質經(jīng)歷一可逆膨脹過程和一不可逆膨脹過程，且其初態(tài)和終態(tài)相同，問兩

過程中工質與外界交換的熱量是否相同？

2.卡諾定理是否意味著“熱效率愈高的循環(huán)，其不可逆性就愈小”？為什么？

3.如流體是不可壓縮的，能否用對它作功的方法改變其內(nèi)能(熱力學能)？若可

能的話，這種作功過程是什么樣的過程？

4.流體經(jīng)過一換熱器時，由于摩擦而使流體的出口壓力低于進口壓力。在這種情

況下，其換熱量能否用進、出口的焰差來計算？

5.試說明在空氣為飽和和未飽和時;露點溫度、干球溫度和濕球溫度的大小關系。

6.漸縮噴管內(nèi)的流動情況，在什么條件下不受背壓變化的影響？什么條件下受背

壓變化的影響？

7.動力循環(huán)中，什么是回熱？有什么作用？

8.多級壓縮，中間冷卻的作用是什么？

9.系統(tǒng)在完全與外界孤立的條件下，其狀態(tài)能否發(fā)生變化？若能發(fā)生變化，這種

變化有什么特征？

10.寫出穩(wěn)定流動能量方程。

三.寫出熱力學第二定律的開爾文說法和克勞修斯說法，并證明它們的等效性。

四.國產(chǎn)20萬千瓦汽輪發(fā)電機組的新蒸汽參數(shù)為13.24MPa,535℃,排汽參數(shù)為5200Pa,

再熱參數(shù)為2.16MPa,535℃。若忽略泵功，試求再熱循環(huán)的循環(huán)熱效率n好

已知：

13.24MPa,535℃時.，h=3427.53kJ/kg,s=6.548kJ/(kgK)

2.16MPa,535℃時，h=3542.83kJ/kg,s=7.493kJ/(kgK)

2.16MPa,259.8C時,h=2921.O8kJ/kg,s=6.548kJ/(kgK)

5200PaII寸，t=336C,h'=140.72kJ/kg,s'=0.486kJ/(kgK),

h"=2562.85kJ/kg,s"=8.382kJ/(kgK)

答案：

一.填空：

1.2；2.熱力系統(tǒng)，系統(tǒng)，系統(tǒng)，外界；3.過程方程；4.理想氣體狀態(tài)方程，

實際氣體，狀態(tài)方程，兩，4-5.三相共存，臨界；6.恒溫熱源，熱效率，可逆

v

熱機(卡諾熱機)，熱效率(與前一個“熱效率”算一個答案)；7.熱力學第二定律,

性質，卡諾。

二.回答問題

1.不同。因為熱量是過程函數(shù)。

2.否。在兩個確定的恒溫熱源之間，不可逆循環(huán)的熱效率低于可逆循環(huán)的熱效率,

熱效率越接近于可逆循環(huán)的熱效率，其不可逆性越小。但是，不同的恒溫熱源對，其可

逆循環(huán)的熱效率也不同，溫差大的恒溫熱源對之間的不可逆循環(huán)熱效率有可能大于溫差

小的恒溫熱源對之間的可逆循環(huán)熱效率，因此不能說“熱效率愈高的循環(huán)，其不可逆性

就愈小”。

3.如封閉體系內(nèi)的流體是不可壓縮的，不能用對它作功的方法改變其內(nèi)能(熱力

學能)?(q=0,dw=pdv=O,所以Au=O)

4.可以。q=Ah+w,,wt=0,所以q=Ah。

5.在空氣為飽和時，露點溫度=濕球溫度=干球溫度；在空氣為未飽和時，露點溫

度e濕球溫度＜干球溫度。

6.漸縮噴管內(nèi)的流動，在出口速度等于臨界速度時（背壓比低于臨界壓力比時）

不受背壓變化的影響；在出口速度小于臨界速度時（背壓比高于臨界壓力比時D受背壓

變化的影響。

7.回熱：利用膨脹作功末段（或完了）的乏氣剩余熱量加熱壓縮過程出口的低溫

工質稱為回熱，-?般用來降低平均放熱溫度，提高平均吸熱溫度以達到提高循環(huán)熱效率

的目的。

8.多級壓縮，中間冷卻的作用有兩個：一是可以使壓縮過程接近等溫，減少壓縮

機耗功；二是可以減輕余隙容積的影響。

9.系統(tǒng)在完全與外界孤立的條件下，如果內(nèi)部不處于熱力學平衡，其狀態(tài)就可以

發(fā)生變化。這種變化的特征是使孤立系統(tǒng)的熠增加。

2

10.寫出穩(wěn)定流動能量方程。^=A?+A（pv）+yAc+^Az+vv;

三.克勞修斯說法：熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳給高溫物體。

開爾文說法：只從單一熱源吸熱并將之全部轉變功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)

動機是不可能造成的。

如圖1所示，某循環(huán)發(fā)動機E自高溫熱源看吸熱a，將其中一部分轉化為機械能

%，其余部分。2=。|-用）排向低溫熱源72,如果可以違反克勞修斯說法，即熱量。2可

以不花代價地自低溫熱源傳到高溫熱源，如圖中虛線所示那樣，則總的結果為高溫熱源

失去熱能（0-。2），循環(huán)發(fā)動機產(chǎn)生了相應的機械能卬0,而低溫熱源并無變化，相當于

一臺從單一熱源吸熱而作功的循環(huán)發(fā)動機。所以，違反克勞修斯說法必然違反開爾文說

法。如圖2所示，若開爾文說法不成立，則可以從單一熱源吸熱并招之全部轉化為機械

能，將這樣一臺熱機與一臺逆向循環(huán)的可逆熱機即可逆制冷機聯(lián)合運行，熱機輸出功全

部輸入制冷機制冷，綜合兩機的情況，可以發(fā)現(xiàn)，它們從低溫熱源凈吸取了熱量，而向

高溫熱源凈放出了熱量，且未消耗外功，從而也違反了克勞修斯說法。

四.(同20.某大學熱能工程專業(yè)96級學位進修入學試題)

5.熱能系92級《工程熱力學》期中試題

回答下列問題，要求寫出分析判斷的過程:

1溫度高的物體比溫度低的物體含有較多的熱能，這種說法對嗎？

2膨脹功、流動功、軸功和技術功有何差別？有何聯(lián)系？試用p-v圖和公式說明

之。

3如右圖，試填充表中空白。

過程熱量Q(kJ)膨脹功W(kJ)

la210

2bl-7-4

lc28

4今有任意兩過程a-b、a-c,b^c兩點在同一條V

定嫡線上，如圖所示。試問Au；,b與哪個大？再設一.3題圖

b、C在同一條定溫線上結果又如何？

下列說法是否正確？

1功量可以轉換成熱量，但熱量不可能轉換成功

量。

2自發(fā)過程是不可逆的，但非自發(fā)過程是可逆

的。

3從任何具有一定溫度的熱源取熱，都能進行熱

變功的循環(huán)。

4系統(tǒng)嫡減小的過程無法進行。

5系統(tǒng)嫡增大的過程必然是不可逆過程。

6系統(tǒng)嫡不變的過程必然是絕熱過程。

7系統(tǒng)嫡增大的過程一般是吸熱過程，可以是放熱過程嗎？

8系統(tǒng)烯減少的過程一般是放熱過程，可以是吸熱過程嗎？

9不可逆循環(huán)過程中，工質的嫡依＞0。

10在相同的初、終態(tài)之間進行不可逆過程與可逆過程，則不可逆過程中工質嫡的

變化大于可逆過程中工質病的變化。

11在相同的初、終態(tài)之間進行不可逆過程與可逆過程，則兩個過程中，工質與外

界之間傳遞的熱量不相等。

12循環(huán)熱效率越大，則循環(huán)的凈功越多；反之，循環(huán)的凈功越多，則循環(huán)的熱效

率也越大。

答案：

一.問答題

1.不對。物質所含有的熱能的多少，既與溫度有關，更與物質的量有關。溫度的

高低并不能決定物質所含有的熱能的多少。

2.如右圖所示，膨脹功w是系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中由于體積變化所做出的全部功,

即過程的功；

流動功pv是工質在流動過程中受后續(xù)

工質推動而具有的功(作者的觀點是：工

質在一定壓力P下占有一定體積V所保有

的能量)；

軸功W是通過機械裝置傳遞到系統(tǒng)外

的機械能，即軸上輸出的功：

技術功W,是系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中所做

出的全部功(膨脹功)中，技術上可資利

用的部分。

12

w=A(pv)+—Ac+gAz+Wi=A(pv)+wt,

一(2)題圖

12A

w尸一AAc-+gAz+Wj

圖中,面積12dcl是膨脹功w,解012abl是技術功由,流動功A(pv)=p2V2?pM，

相當于面積2d0a2與面積IcObl之差。軸功在pv圖匕不能表示。

3.

過程熱量Q(kJ)膨脹功W(kJ)

la21013

2b1-7-4

lc258

4.由于定溫線比定嫡線平緩，可知Tb>Tc，所以△uab>AUac。若b、c在同一條定溫

線上，貝(JAUab=AUac。

二.判斷題

1錯誤；2錯誤；3錯誤；4錯誤；5錯誤；6錯誤；7可以；8不行；

9錯誤；10錯誤；11是的；12錯誤。

6.93級分校熱能工程專業(yè)工程熱力學試題（A）

一.填空（每空0.5分，共8分）：

1.確定一個簡單可壓縮系統(tǒng)的狀態(tài)的獨立變量（狀態(tài)參數(shù)）有一個。

2.在研究任何熱力問題時，根據(jù)研究的目的，選取某?個或幾個指定實體作為分

析研究的對象。這個被選定的對象稱為,簡稱，而以外的

所有其它實體統(tǒng)稱為O

3.描述系統(tǒng)狀態(tài)變化途徑的方程稱為。

4.范德瓦爾方程是對進行修正得到的，用于描述性

質的最簡單的。它包括一項修正，一是考慮分子間相互吸引力使壓力

減少了，另一是考慮分子本身占據(jù)一定體積，使分子自由活動空間減少

O

5.當p=0.006112bar,t=0.0rCfft,水處于狀態(tài)；當p=221.20bar,t=374.15

℃時，水處于狀態(tài)。

6.在兩個不同溫度的之間工作的所有熱機，沒有任何熱機的

_比熱機的更高。

—.基本知識（每題4分，共32分）：

1.理想氣體是一種實際上不存在的假想氣體，它作了哪些假設？什么條件下，實

際氣體可看成理想氣體？

2.在p-v圖和T-s圖上如何判斷過程線1-2的q、Au、Ah、w的正負？

3.同一種工質的兩條可逆絕熱過程線在狀態(tài)參數(shù)坐標圖上可以相交嗎？為什么？

4.試分別寫出熱力學第一定律的第一解析式、第二解析式和穩(wěn)定流動能量方程式,

并比較它們之間有什么聯(lián)系？

5.一絕熱封閉系統(tǒng)內(nèi)充滿不可壓縮流體，若想提高其內(nèi)能（熱力學能），該怎么

辦？若想單獨提高其焰，又該怎么辦？

6.假如進入漸縮噴管的氣流有一定的不可忽略的速度，噴管出口外的壓力又足夠

低，出口截面的壓力與進口截面壓力之比值是否等于臨界壓力比？出口速度是否等于當

地音速？

7.試根據(jù)攝氏溫度與華氏溫度的關系，求這兩個溫標數(shù)值相等的溫度值。

8.如果由于應用氣缸冷卻水套以及其它冷卻方法,氣體在壓氣機氣缸中已經(jīng)能夠按

定溫過程壓縮，這時是否還需要采用分級壓縮？

三.計算題（每題20分，共60分）：

1.過臨界點的定溫線的一、二階導數(shù)均連續(xù)且等于0o已知水的臨界點參數(shù)為：

pc=221.297bar,k=374.15℃,vc=0.00326m3/kg1,試求其范得瓦爾方程（p+a/v2）（v-b）=RT

中的常數(shù)a和b。

2.一個水蒸汽的理想循環(huán)，汽輪機的有關參數(shù)為pi=3.43MPa,h=435℃,p2=

0.005MPa,不計水在泵中的焰升。求：①朗肯循環(huán)的熱效率；②和朗肯循環(huán)初終溫度相

同的卡諾循環(huán)的熱效率；③朗肯循環(huán)的平均吸熱溫度。已知：

p=3.43MPa,t=435℃時，h=33O5.O38kJ/kg,s=6.970332kJ/（kgK）；

p=0.005MPa時，ts=32.9℃,h'=l37.8199kJ/kg,s'=0.4766404kJ/（kgK）,h"=2561.592kJ/kg,

s"=8.395967kJ/（kgK）o

3.某熱機工質的平均吸熱溫度為T|=1600K,平均放熱溫度T2=3OOK：而提供熱量

的燃氣熱源其溫度為TH=1800K,而冷源為大氣環(huán)境，其溫度為To=28OK,每循環(huán)工質吸

熱量為Qi=200kJ,試問：

①.由燃氣熱源取出Qi=200kJ中所具有的可用能是多少？

②.該熱機的熱效率及每個循環(huán)的放熱量Q?和循環(huán)功Wo各是多少？

③.取燃氣熱源、熱機、和環(huán)境冷源為孤立系，其中有哪些不可逆過程?每個不可逆

過程中的嫡產(chǎn)利作功能力損失各為多少？

④.孤立系的總嫡增及總作功能力損失為多少？

答案：

一.填空：

1.2；2.熱力系統(tǒng)，系統(tǒng)，系統(tǒng)，外界；3.過程方程；4.理想氣體狀態(tài)方程,

實際氣體，狀態(tài)方程，兩，胃，b；5.三相共存，臨界；6.恒溫熱源，熱效率，可逆

熱機（卡諾熱機），熱效率（與前一個“熱效率”算一個答案）。

二.基本知識

1.所謂理想氣體，是一種假想的實際上不存在的氣體，假定其分子是一些彈性的、

不占體積的質點，分子間無相互作用力。當壓力趨近于零時，實際氣體成為理

想氣體。

2.

1）沿定容線進行的過程，不作膨脹功。指向定容線左側的過程，dv<0,工質被壓

縮，并接受外功；指向定容線右側的過程，dv>0,工質膨脹，對外作功。

2）沿定壓線進行的過程，不作技術功。指向定壓線上方的過程，dp>0,工質壓力

升高，作負的技術功（接受外界的技術功）；指向定壓線下方的過程，dp<0,

工質壓力下降，對外作技術功。

3）沿定溫線進行的過程，內(nèi)能（熱力學能）與焰的變化為零。指向定溫線上方的

過程，dT>0,工質內(nèi)能（熱力學能）和嬉增加；指向定溫線下方的過程，dT<0,

工質內(nèi)能（熱力學能）和焰減少。

4）沿定嫡線進行的過程，即可逆絕熱過程，傳熱量為零。指向定嫡線左側的過程,

ds<0,dq<0,工質向外傳熱；指向定埔線右側的過程，ds>0,dq>0,工質從外

界吸熱。

3.不可以。如果可以的話，以該兩條相交的絕熱過程線和與它們都相交的另一條

過程線（如定溫、定壓、定容等等）共同組成一個熱力循環(huán)，該循環(huán)只有一個

過程發(fā)生傳熱，顯然違反熱力學第二定律的開爾文-普朗克說法，進一步研究可

以發(fā)現(xiàn)它還違反熱力學第一定律。因此同一種工質的兩條可逆絕熱過程線在狀

態(tài)參數(shù)坐標圖上不可以相交。

4.

q=Au+w

A

C_______________\

12

q=Au+A（pv）+—Ac4-gAz+Wj

q=Ah+w(

5.q=Au+w,q=0,dw=pdv=o,所以內(nèi)能（熱力學能）無法提高。q=Ah+wt,q=0,

dwt=-vdp,只要提高壓力p,就可以提高不可壓縮流體的熔。

6.如果進入漸縮噴管的氣流有一定的不可忽略的速度，噴管出口外的壓力又足夠

低，出口截面的壓力與進口截面壓力之比值將高于臨界壓力比。出口速度仍然

等于當?shù)匾羲佟?/p>

7.因為如>=』0-32）,所以9心=5"760由于數(shù)值上％1=〃，可以計算得

tee=-40℃,tf=-40To

8.需要。因為分級壓縮還可以減少余隙容積的影響。

三.計算題

1.（見12.某大學材料與冶金工程學院熱能工程系1996級《工程熱力學》期末

試題B卷）

2.hl=3305.038kJ/kg,VS]=6.970kJ/(kgK),s2=6.970kJ/(kg-K)

6.970-0.4766

X2==0.8199

8.3960-0.4766

,,,

???h2=h(l-x2)+hx2=137.82x(L0.8199)+2561.59x0.8199=2125.07kJ/kg

h3=137.82kJ/kg

hx-h23305.038-2125.07門一

nt=-!——工=-------------------------=37.26%

hx-h33305.038-137.82

循環(huán)最高溫度：%=435℃,7>708.15K

循環(huán)最低溫度："=32.9℃,7>306.05K

iI]306.05

力=1——-=1-----------=56.78%

,Th708.15

亍q九一力33305.038-137.82_

l=——=---------=-------------------------=4d/./oK

“hAs$1-$36.970-0.4766

tk=487.76-273.15=214.61℃

3.解：

=2期1另

①.EXH==168.89kJ

②.循環(huán)熱效率仔1-21=1-300/1600=0.8125

循環(huán)功Wo=7（-Ci=0.8125x200=162.5kJ

放熱量Q2=Qi-Wo=2OO-162.5=37.5kJ

③.有兩個不可逆過程：熱機從高溫熱源不可逆吸熱和熱機向環(huán)境（低溫熱源）放

熱。兩者的嫡產(chǎn)和作功能力損失分別為

△SHI=3+旦==0.01389kJ/K

THT[18001600

LHi=ToASHi=280x0