工程热力学复习题答案整理-判断题和简答题

工程热力学复习题答案整理-判断题和简答题

校内本科班工程热力学复习题答案整理

（判断题和简答题部分）

一、判断正误，并解释原因（5 题，4 分每题）

1、热力系统处于平衡状态时，和外界无任何作用发生，此时系统的状态是稳定均匀的。

答：错误。因为均匀是相对于平衡状态下单相物系而言的。详见P16

2、理想气体的分子是没有大小和质量的，且其相互间的碰撞是弹性的。

答：错误。理想气体是些弹性的、不具体积的质点，存在质量。

3、从微观上讲，只要分子之间的作用力和分子自身体积可以忽略，则这种气体就可以

视为理想气体。高空大气层内气体十分稀薄，满足上述要求，故可以视为理想气体，可

用经典热力学知识处理有关问题。

答：正确。详见P61-P62

4、理想气体发生的任意可逆热力过程都能够用“n pv=常数”来描述其过程特点。

答：错误。只有当n pv中的n为常数时才可以用来描述。

正确。当考察的过程时微元过程时。

5、如果从同一初始状态到同一终态有可逆和不可逆两个过程，则可逆过程的熵变小于

不可逆过程的熵变。

答：错误。因为熵是状态函数，对于同一初始状态和同一终态的两个过程，其熵变相同。

6、根据热力学第二定律，自然界不可能有熵产为负的过程发生，所有自发过程都会导

致能量品质的降低。

答：正确。所有自发过程都是不可逆过程，而不可逆过程会导致作功能力损失，使能量的品质降低。

7、水在定压汽化过程中温度保持不变，则此过程中的吸热量等于其对外所做的膨胀功。

答：错误。此过程吸收的热量等于蒸汽分子内位

能增加和对外所做的膨胀功。详见P80

8、水蒸汽图表中参数的零点选定为三相状态下的液态水的参数。

答：正确。详见P82

9、水处于三相状态时的压力、温度和比容都小于其临界状态下的相应值。

答：错误。处在三相状态下的水由于存在着汽化潜热，则升高相同的温度所需热量更多，即比热容要大于临界状态下的相应值。

正确。对于处在液相的水，其压力、温度和比容都小于其临界状态下的相应值。

10、对于任一现成喷管，无论其形式如何，只要气体在喷管内部等熵流动，其流量

都将随着背压的降低而增大，直至无穷大。

答：错误。当背压下降至临界压力

P时，流量达

cr

最大。若背压再下降，则流量保持不变。

11、如果气体能够在活塞式压气机的气缸内实现

定温压缩，则没必要采用分级压缩了。

答：错误。分级压缩主要是为了减小余隙容积对产气量的影响；可以通过中间冷却的方式实现降温。所以仍需要分级压缩。详见P274

12、气体压缩时采用分级压缩后对压缩气体的生产量没有影响。

答：错误。因为分级压缩可以提高容积效率，即可以提高压缩气体的生产量。

13、压缩蒸汽制冷循环中，由于制冷剂流过节流阀后其焓和熵都会增大，所以会使制冷

系数和制冷能力下降，因此最好用膨胀机代替之。

答：错误。制冷剂流过节流阀后其焓保持不变。不应用膨胀机压缩，目的是简化装置和提高装置运行的可靠性。详见P354

14、根据对应态原理，两个对比态参数对应相等的物质就是热力学相似物质。

答：错误。因为两个对比态参数对应相等的并且

能满足同一对比态方程的物质才是热力学相似物质。详见P208

15、湿空气处于饱和状态时的温度就是对应于某一水蒸气分压力下的露点。

答：正确。详见P377

16、湿空气的相对湿度度就是湿空气中水蒸气的分压力，与同一温度、同样总压力下的 饱和湿空气中水蒸气分压力的比值。

答：正确。详见P378

17、系统熵增大的过程必定是不可逆过程。 答：错误。熵增大的过程可以是可逆过程，某闭口系可逆并且吸热，由f g S S S ?=+知熵增大。

18、系统熵减小的过程不可能自发进行。

答：错误。系统熵减小的过程可以自发进行，如某闭口系可逆且向外界放热，由f g S S

S ?=+知熵减

小，但该过程可以自发进行。

正确。孤立系熵减小的过程不可能自发进行。

19、气体吸热后温度一定升高。

答：错误。由q u w

=?+气体吸热同时对外界做功，则温度不一定升高。反例：卡诺循环中的定温吸热。

20、气体吸热后热力学能一定升高。

答：错误。由q u w

=?+气体吸热同时对外界做功，则热力学能不一定升高。

21、燃气轮机装置理想循环的最佳增压比可获得最高的循环热效率。

答：错误。燃气轮机装置理想循环的最佳增压比可获得最大的循环的净功，而不是最高的循环热效率，燃气轮机装置理想循环的热效率随增压比的增大而提高，最佳增压比并不是最大增压比。详见P302

22、柴油机的热效率一般比汽油机高。

答：正确。汽油机被压缩的是燃气和空气的混合

物，不能采用大压缩比；而柴油机因压缩的仅仅是空气，所以压缩比可以较高。而实际发动机的内部热效率在一定范围内主要取决于压缩比。因此柴油机的热效率一般比汽油机高。详见P292

23、如果采取有效的冷却方法，使活塞式压气机的压气过程接近等温，则没有必要采用 分级压缩的工艺。

答：错误。分级压缩主要是为了减小余隙容积对产气量的影响，冷却作用只是减小消耗功。所以仍需要分级压缩。详见P274

24、工质经过不可逆过程的熵流必然小于初终态相同的可逆过程的熵流。

答：正确。由熵方程f g S S

S ?=+ 对不可逆过程，则必存在熵产g S ，且g S 大于零。又初终态相同，有S

?相同，则工质经过不可逆过程的熵流必然小于初终态相同的可逆过程的熵流。

25、气体吸热后熵一定增大。

答：正确。由熵方程f g S S

S ?=+，气体吸热后,f Q S 大于零，熵产0g S

≥，故熵一定增大。 26、温度高的物体比温度低的物体具有更多的热

量。

答：错误。热量是个过程量，不能说物体具有多少热量。详见P26

27、两种理想气体在闭口系统中进行绝热混合，则混合后气体的内能、焓及熵等于混合

前的两种气体的内能、焓及熵之和。

答：错误。熵不等。（我问老师的）

28、如果几种气体的状态参数相同，则其对比参数相同。

答：错误。对比参数为状态参数与相应的临界参数的比值。如果几种气体的状态参数相同，而相应的临界参数不同，则其对比参数不同。详见P208

29、如果几种气体处于对应状态，它们的对比参数相同。

答：正确。

30、存在400℃的水。

答：错误。因为水的临界温度373.99cr T

=℃＜400℃，

不能再将此时的蒸汽液化。

31、存在-40℃的水蒸汽。

答：正确。减小压力至某一值时，可以存在-40℃的水蒸气。

32、相同的压力和温度下，湿空气的密度比干空气的密度更大。 答：错误。由m m M v V ρ==，而干空气的摩尔质量要大于水蒸气的摩尔质量，有干空气的摩尔质量要大于湿空汽的摩尔质量，则干空气的密度更大。

或者根据p RgT ρ= P Rg T ρ=，R Rg M

= 相同的压力和温度下，g M M R Rg ρρ→→湿空气干空气湿空气干空气湿空气干空气＜＞＜ 故干空

气的密度更大。

33、在同一地区，阴雨天的大气压力比晴朗天气的大气压低。

34、在同一地区，冬天的大气压力总比夏天的大气压高。

35、蒸汽动力循环中的再热压力越高越好。 答：错误。如果再热压力太高，对干度的改善较少，且附加部分与基本循环相比所占比例甚小，即使其本身效率高，而对整个循环作用不大。

二、简答题（5 题，5 分每题）

1、一个门窗打开的房间，若房内空气压力不变而温度上升，请问房间内空气的总焓将

如何变化？为什么？（空气按理想气体定值比热考虑）。 答：总焓将不变。c =mh=mc c p

p p

g g

pV pV H T T R T R ==总焓，因为房内空气压力不变，体积不变，比热容为一定值，则可知总焓H 不变。

2、从汽轮机排出的乏汽可以通过绝热压缩变成

液态水吗？为什么？

答：不可以。从汽轮机排出的乏汽通过绝热压缩

后将会变为过热蒸汽。

3、能否通过在喷管内接近可逆的充分绝热膨胀，使离临界点不太远的过热蒸汽部分液

化？为什么？

答：可以。因为在喷管内接近可逆的充分绝热膨胀，工质的温度和压力均下降，可以使离临界点不太远的过热蒸汽部分液化。

4、湿空气的相对湿度是如何定义的？它有什么物理意义？

答：湿空气的相对湿度?是指湿空气中水蒸气分

压力

p与同一温度同样总压力的饱和湿空气中水

v

蒸气分压力()

p t的比值。其物理意义：相对湿度?

s

逾小表示湿空气离饱和湿空气愈远，即空气愈干

燥，吸取水蒸气的能力愈强，当0

?=时即为干空气；反之，?愈大空气愈潮湿，吸取水蒸气的能

力也愈差，当1

?=时，为饱和湿空气。详见P378 5、什么是压缩因子？请解释利用通用压缩因子图确定实际气体的压缩因子的原理。

答：压缩因子Z即为温度、压力相同时的实际气体比体积与理想气体比体积之比。

原理：

6、什么是理想气体的多变过程？由于多变过程指数可以为任意实数，因此是否可以认

为多变过程可代表理想气体的任意热力过程？如理想气体的定容比热为定值，是否

某一固定多变过程的比热也为定值？为什么？答：理想气体的多变过程是指过程中气体的基本状态参数满足n p v?=常数的可逆过程。不可以认为多变过程可代表理想气体的任意热力过程，因为n

p v?=常数中的n要为定值。

7、什么是临界压力比？在设计喷管时，如何根据此参数值对喷管进行选型？

答：临界压力比为0cr

cr p v p =，是流速达到当地声速时

工质的压力和滞止压力之比。选型：当背压与滞止压力之比0b

cr p

v p ≥时，应选用渐缩型；0

b

cr

p v p ＞时，应选用缩放型。

8、活塞式压气机的压气过程已经接近等温了，有时仍采用分级压缩，请问为什么？

答：分级压缩可以提高容积效率。分级后，每一级的增压比缩小，故同样大的余隙容积对容积效率的有害影响将缩小，使容积效率比不分级时大。详见P274

9、如图所示，a-b 和a-c 是理想气体发生的两个任意过程，且b 、c 两点在同一条绝热 线上，试问u a b -?与a c

u -? 哪个大？如果b 、c 两点在同一条等温线上，结果又如何？为

什么？

答：（1）u

a b a c u --??＞ 方法一：过点c 作一等温线，与ab 交于'b ，由于等温线的斜率绝热线的斜率，

则'a c a b u u --?=?，又'0b b u -?＞，''u =+a b a b b b u u ---???，则u a b a c u --??＞ 方法二：考察过程

,a b c a ---0+a b b c c a u u u ---=???+a b b c c a b c a c u u u u u -----→?=-?-?=-??+ 因为0b c u --?＜，则有u a b a c u --??＞

（2）如果b 、c 两点在同一条等温线上，则有ab ac u u ?=?。因为等温线上的热力学能相同，则a-b

和a-c 两过程的初、末状态的热力学能相同，即有ab ac u u ?=?

10、如下面p －v 图所示，循环1－2－3－1 是一闭口系统的假想循环，其中1－2 为定

温过程，2－3 为定熵过程，3－1 为不可逆绝热过程，问此循环能否实现？为什么？

答：能实现。因为1-2过程为定温过程，对外做功，由q u w =?+知q 小于零，2-3和3-1过程为绝热过程。则循环1-2-3-1的克劳修斯判据120r r Q

Q T T δ

-=?＜，故

循环能实现。

11、家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不

要把冰箱温度设置过低，为什么？

答：放置在通风处，并距离墙壁适当距离，可以使局部环境温度较低；不要把冰箱温度设置过低的原因是冷库温度c

T 越小，则制冷系数越小。两者的目的都是为了提高冰箱的制冷系数。

12、为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？为什么压缩蒸汽制冷循环也不采

用逆向卡诺循环？

答：因为空气定温加热和定温排热不易实现，所以压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环。而两相物质的压缩是不利的且为了增加制冷量，压缩蒸汽制冷循环也不采用逆向卡诺循环。

13、为什么不可逆绝热稳定流动过程中，系统（控制体）熵的变化为零？既然是一个不

可逆绝热过程，熵必然有所增加，增加的熵去哪里了？

答：开口系的熵方程cv ,,f m f Q g S S S S ?=++ 不可逆绝热稳

定流动过程中，系统（控制体）熵的变化为零。

因不可逆而增加的熵与物质熵流

S相抵消了。

,f m

14、蒸汽动力装置中水泵进出口的压力差远大于燃气轮机压气机的压力差，为什么燃气

轮机做功的大部分被压气机所消耗，而蒸汽动力循环中水泵消耗的功可以忽略？

答：因为蒸汽动力装置中水泵压缩的是液态水，燃气轮中的压气机压缩的是燃气，而燃气的可压缩性远大于液态水的可压缩性。

15、能否在汽轮机中将全部蒸汽逐级抽出来用于回热，这样就可以取消凝汽器，从而提

高热效率？

答：不可以。违背了热力学第二定律。取消凝汽器，则过程相当于从单一热源吸热。

16、能否不让汽轮机的乏汽凝结放热，而用压缩机直接将乏汽压入锅炉，从而节约热能，

提高效率？

答：不可以。违背了热力学第二定律。

17、压缩过程需要消耗功，为什么内燃机在燃烧之前都有进行一个压缩过程？

答：压缩过程的目的是提高工质的平均吸热温度，从而提高热效率。

18、在燃气轮机循环中，压气机耗功占燃气轮机做功量的60%左右，因此取消这个压气

过程则会使燃气轮机循环过程的效率更高？答：不可以。因为压缩过程可以提高工质的平均吸热温度，从而提高热效率。

19、空气压缩制冷循环的循环压力比越大，制冷系数和循环制冷量将如何变化？

答：πε

，则，循环制冷量详见P349

↑↓↑

20、为什么有的制冷循环中采用膨胀机，有的则代而采用节流阀？空气压缩制冷能否采

用节流阀？

答：由循环工质的热力性质决定。压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。

21、说明如何应用“空气标准”假设将实际的活

塞式内燃机循环进行简化成混合加热可

逆循环？

答：P287

22、可以近似认为空气是1 mol 氧气和3.76 mol 氮气混合而成，所以0.1MPa、20℃的

4.76 mol 的空气的熵应该是0.1MPa、20℃的1 mol 氧气的熵和0.1MPa、20℃的3.76

mol 氮气的熵之和，对吗？

答：错误。自发过程熵增大。

23、为何阴天晒衣服不容易干，而晴天则容易干？

答：阴雨天空气的湿度大，吸取水蒸气的能力差，所以晒衣服不易干。晴天则恰恰相反，所以容易干。

24、为何冬季人在室外呼出的的气呈白色雾状？冬季室内有供暖装置时，为什么会感到

空气干燥？

答：人呼出的气体是未饱和湿空气。当进入外界环境时，外界环境的温度很低使得呼出的气体得

到冷却。在冷却过程中，湿空气保持含湿量不变，温度降低。当低于露点温度时就有水蒸气不断凝结析出，这就形成了白色雾状气体。冬季室内有供暖装置时，温度较高，使空气含湿量减小。因此会觉得干燥。放一壶水的目的就是使水加热变成水蒸气散发到空气中增加空气的含湿量。25、有人说热水流经冷却塔后，温度可以降到低于冷却塔的进气温度（即环境大气温

度），对不对？为什么？

答：正确。如果仅仅是传热，不可以实现热量从低温传向高温。而压力差传质，水的分压力高，蒸发带走热量，可以降到低于冷却塔的进气温度。（根据老师的话概括的）