工程热力学复习题

第一章基本概念

一、单选题

1.绝对压力为P，表压力为Pg,真空为Pv，大气压力为P b，根据定义有B

A．P＝P

v +P

b

B．P＝P

g

+ P

b

C．P＝P

v -P

b

D．P＝P

g

- P

b

2.绝对压力为P，表压力为Pg真空为Pv，大气压力为P b，根据定义有A

A．P＝P

b - P

v

B．P＝P

b

- P

g

C．P＝P

v -P

b

D．P＝P

g

- P

b

3.若过程中工质的状态随时都无限接近平衡状态，则此过程属于 ..D

A．平衡过程B．静态过程C．可逆过程D．准平衡过程

4.有一过程，如使热力系从其终态沿原路径反向进行恢复至其初态，且消除了正

向过程给外界留下全部影响，则此过程可属于BC

A．平衡过程B．准静态过程C．可逆过程D．不可逆过程

5.属于过程量的物理量是 D

A．压力B．温度C．热能D．膨胀功

6.与外界既无物质交换又无能量交换的系统是 A

A．孤立系统B．闭口系统C．绝热系统D．控制质量

7.状态参数等同于BCD

A．表征物理性质的物理量B．循环积分为零的物理量

C．只与工质状态有关的物理量D．变化量只与初终态有关的物理量

8.热能转变为功的根本途径是依靠 B

A．工质的吸热B．工质的膨胀

C．工质的放热D．工质的压缩

9.总效果是将热变为功的循环为 C

A．可逆循环B．不可逆循环

C．正向循环D．逆向循环

10.可逆循环在T－s面上所围的面积表示CD

A．循环的吸热量B．循环的放热量

C．循环的净功量D．循环的净热量

二、填空题

1.温度是物体冷热程度的度量。

2.从分子运动论的观点看，温度是表示分子运动的平均动能的大小。

3.压力计显示真空为0.640×105Pa。如大气压力为0.0970MPa，则绝对压力为

33kPa。

三、简述题

1.表压力Pg和真空Pv是不是状态参数？为什么？

【答】表压力和真空不是状态参数。表压力和真空是由压力测量装置所测得的工质的真实压力与大气压力之差。由于大气压力会随着各地的纬度、高度和气候条件的变化而变化，因此在工质的绝对压力不变的情况下，表压力和真空将随大气压力变化而变化。所以表压力和真空不具备状态参数的特征，不能作为状态参数来进行热力计算。

2.何谓准平衡过程？实现准平衡过程的条件是什么？

【答】热力系在无限小势差的作用下所进行的过程中，任一时刻所处的状态都无限接近于平衡状态，这种过程称为准平衡过程。要实现准平衡过程，要求工质与外界压差和温差均为无限小，如果在过程中还有其他作用存在，实现准平衡过程还必须加上其他相应的条件。3.何谓可逆过程？可逆过程的进行必须满足什么条件？

【答】热力系经过一个热力过程后，如果能使它沿相同的路径逆行回到初始状态，同时外界也不留下任何影响，则此过程称为可逆过程。要实现可逆过程，首先应是准平衡过程，应满足热和力的平衡条件，同时在过程中不应有任何耗散效应。

4.可逆过程与准静态态过程有何本质的差别？

【答】准静态过程只要求系统的状态变化是无限小势差作用的结果，以致在整个变化过程中的任一时刻系统的状态都无限接近平衡态，从而使全部过程可以用状态参数进行描述。可逆过程则要求系统的状态变化具有无条件复逆的特征，即系统经过变化过程后，系统本身以及与其关联的外界都能恢复到初始状态。这就要求不但系统的状态变化是无限小势差作用的结果，而且还要求在变化过程中不存在任何耗散因素。由以上论述可以看出，两种过程的共同点是它们都是无限小势差作用的结果。不同之处是可逆过程中不存在任何耗散因素，而准静态过程对是否存在耗散因素并不关注。因此，可逆过程一定是准静态过程，而准静态过程则不一定是可逆过程，它只是可逆过程的必要条件之一。

第二章热力学第一定律

一、单选题

1.热力系储存能包括有ABC

A．内能B．宏观动能C．重力位能D．推动功

2.闭口系统从外界吸热20KJ，其内能增加40KJ，则该过程中系统BC

A．对外界做功20KJ B．接受外界功20KJ

C．对外界做功－20KJ D．接受外界功－20KJ

3.质量恒定的工质在其状态变化过程中，从外界吸热20KJ，其内能增加40KJ，

则该过程中系统对外界所作的功量为....................... C

A．60KJ B．20KJ C．-20KJ D．-60KJ

4.闭口系统能量方程Q＝ΔU+W.............................ABCD

A．适用于可逆过程B．适用于压力不变的过程

C．适用于不可逆过程D．适用于体积不变的过程

5.构成技术功的三项能量是宏观动能增量，重力位能增量和...... A

A．内功B．推动功C．膨胀功D．压缩功

6.工质状态变化过程中所完成的技术功之正负与过程中工质的压力变化趋势BD

A．相同B．相反C．无关D．有关7.描述稳定流动工质能量守恒关系的方程是AD

A．q=Δh-?21vdp B．q=Δh+?21vdp

C．q=Δu-?21pdv D．q=Δu+?21pdv

8.技术功W

t

与膨胀功W的关系为A

A．w

t ＝w+ p

1

v

1

- p

2

v

2

B．w

t

＝w+ p

2

v

2

- p

1

v

1

C．w

t ＝w+p

1

v

1

D．w

t

＝w+ p

2

v

2

9.工质稳定流过一水平放臵的绝热开口系统，对外界作出技术功50KJ，且动能

增加20 KJ，则工质焓变和做的内功分别为B

A．50KJ和30KJ B．-50KJ和30KJ

C．50KJ和－30KJ D．－50KJ和－30KJ

二、填空题

1.封闭系统经历一个过程，过程中系统放热9kJ，对外作功27000J。然后，对它加热6kJ、作功kJ能使系统回到初态。

2.封闭系统进行某一过程，系统作功25 kJ同时放出9 kJ的热，然后借助于对它作功4 kJ、加热kJ能使系统回复到初态。

3．活塞-汽缸装臵盛有1.4kg的气体，压力保持为0.5MPa。当过程进行时传出热量为50KJ，体积由0.15 m3变化到0.09 m3，则内能的变化为KJ/Kg。

三、简述题

1．工程热力学中热力学第一定律怎样表述？该定律包含哪两个重要内容？

工程热力学所研究的范围，主要是热能与机械能的相互转换，所以热力学第一定律的表述为“热可以变功，功也可以变热。一定量的热消失后，必产生与之数量相当的热。

（1）热能和其他形式的能量之间可以相互转换；

（2）在转换过程中能的数量保持守恒。

2．为什么称方程q=Δu+w而不是方程q＝Δh+w

t

为基本能量方程？

（1）工程热力学的主要任务是研究如何有效地将热能转变成为机械能，方程q=Δu+w可写成 w =q－Δu，此式正好反映了热力过程中热能转变为机械能在数量上的守恒关系。

(2) q＝Δh+w

t 可以写成 w

t

＝q－Δh＝q－Δu－（p

2

v

2

-p

1

v

1

）。说明w

t

并不是全

部由热能转变而来，其中还有机械能（p

2v

2

-p

1

v

1

）的贡献。

第三章理想气体性质一、选择题

1.理想气体利用平均比热表计算热量时的公式为.................D A ．21

t t m

C (t 2-t 1) B ．()dt et bt a ?++2

C ．(20

t m C -10

t m

C )(t 2-t 1)

D ．20t m C t 2-1

0t m C t 1

2.理想气体任何过程的内能变化量，如比热不能当作定值，应该是 A A ．Δu =?2

1

T T v dT C B ．Δu =?2

1

T T p dT C

C ．Δu=C v (T 2-T 1)

D ．Δu=C p (T 2-T 1)

3.理想气体任何过程的焓变化量，如比热不能当作定值，应该是 B A ．Δh=?2

1

T T v dT C B ．Δh=?2

1

T T p dT C

C ．Δh=C v (T 2-T 1)

D ．Δh= C p (T 2-T 1)

4.同一理想气体分别经可逆和不可逆过程实现相同的温度变化，则Δu 12（可逆） ....................................................... C A ．大于Δu 12（不可逆） B ．小于Δu 12（不可逆） C ．等于Δu 12（不可逆） D ．可以大于也可以小于Δu 12（不可逆）

5.理想气体的比热与BCD A ．压力有关 B ．温度有关 C ．过程有关 D ．物量单位有关

二、填空题

1.容器中盛有0.5MPa ，30℃的二氧化碳气体，因容器有沙孔导致压力缓慢地降为0.4MPa 时才被发现。如气体温度为20℃，最初的质量为25kg ，漏掉的二氧化碳是kg 。

2.0.15MPa 、27℃的空气盛于容积为0.1 m 3的活塞-汽缸装臵中。首先在定容下对其加热直至压力升高一倍。然后定压膨胀到体积增加为三倍。加入的总热量为kJ 。

3.一个容器中储有0.2MPa 、50℃的氦气0.6kg ，用适当的阀门与另一个体积为0.5 m 3并完全真空的容器相连接。两个容器是刚性绝热的。阀门打开并完全达到平衡后，氦气的压力降至MPa 。

4.0.5kg 氦气盛于活塞-汽缸装臵中，通过汽缸中的搅拌轮旋转加给气体9.5 kJ 的能量。汽缸壁绝热，过程中保持压力不变，则温度变化量为℃。

5.1kg 空气盛于用绝热壁制成的刚性容器中。容器中一个可略去质量的搅拌轮由外部马达带动。空气温度从27℃升高到127℃，焓的变化为kJ 。

6. 1kg 氦气盛于刚性容器中，在27℃时加入kJ 热量后压力升高一倍。

三、简述题

1.试述公式Δu ＝?2

1T T CvdT 的适用范围，并解释其原因。

因为u 为状态参数，其变化量只与初终态有关，与过程无关，理想气体的u 为温度的单值函数，所以q v ＝C v dT ＝du 。理想气体的任何过程du ＝C v dT 。 2.试述公式Δh ＝?2

1T T CpdT 的适用范围，并解释其原因。

因h 为T 的单值函数，其变化量只与（T 1，T 2）有关，与过程无关

q p ＝C p dT ＝dT ，所以任何过程dh ＝C p dT 。

3.什么是比热容，它的数值大小主要受哪些因素的影响？

根据比热的定义，单位物量的物质温度升高一度所需要的热量称为比热。 从定义可以看出，影响比热的因素有下述几个方面的：

（1） 物量的单位。物量的单位不同，单位物量含有的物质的量不一样，比热数

值也不一样；

（2） 物质的性质。不同的物质，比热不一样；

（3） 状态变化的过程。热量是过程量，温度变化一度所经历的过程不一样，比

热不一样；

（4） 物质所处的状态。不同的状态，物质分子运动情况不一样，比热也不一样。 4.怎样计算理想气体不可逆过程的熵变？为什么？ 只要理想气体不可逆过程的初态、终态是平衡态，由可逆过程导出的公式均可用于熵变的计算。。

因为熵是状态参数，变化量只与初终态有关，与过程无关。 5.试解释理想气体比热比k ＝c p /c v 与温度的关系？ 定压比热和定容比热都是温度的单调升函数即 c p ＝f p (T); c v = f v (T) 而且恒有c p ＝ c v ＋Rg 所以，k ＝c p /c v ＝

v

v v c Rg

c Rg c +

=+1 比热比随温度的升高而变小。

6.理想气体的内能和焓有什么特点？如何确定任意热力过程的理想气体内能和焓的变化？

由于分子间没有相互作用，也就没有内势能，理想气体的内能只有内动能，它只与温度有关,即u=u(T);按定义焓h=u+pv=u(T)+RT=h(T)，也只是温度的函数。所以在众多的状态参数中，只有温度对内能、焓产生影响。

无论经历什么过程，只要初态、终态的温度对应相同，内能和焓也对应相同，相应的变化量当然一样。在定容过程中恒有q v =c v ΔT=Δu ；在定压过程中恒有q p =c p ΔT=Δh ；所以只要温度变化一样所有过程的内能变化都为Δu=c v ΔT ，焓变化都为Δh=c p ΔT 。

四、计算题

1. 一个刚性的绝热汽缸被一不绝热的、无摩擦的活塞分为两部分，最处活塞被固定在某一位臵。汽缸的一边盛有0.4MPa 、30℃的理想气体0.5Kg ，而另一部分盛有0.12MPa 、30℃的同样气体0.5Kg 。然后放开活塞，在两个部分建立平衡。 （a ）最后的平衡温度为多少℃?

（b ）最终的平衡压力为多少MPa?假定比热C v 和C p 为常数。

第四章 理想气体热力过程

一、选择题

1．在定容过程中，理想气体的内能变化Δu ＝D

A ．?2

1

dT c p

B ．?2

1

pdv

C ．?2

1

vdp

D ．?2

1

dT c v

2.在定熵过程中，理想气体的内能变化Δu ＝BD A ．?2

1dT c p

B ．－?2

1

pdv

C ．－?2

1

vdp

D ．?2

1

dT c v

3. 在定压过程中，理想气体的内能变化Δu ＝D A ．?2

1dT c p

B ．?2

1

pdv

C ．?2

1

vdp

D ．?2

1

dT c v

4.在定熵过程中，理想气体的焓的变化Δh ＝AC A ．?2

1dT c p

B ．?2

1

pdv

C ．?2

1

vdp

D ．?2

1

dT c v

5．理想气体定容过程中，焓的变化Δh ＝B A ．c v ΔT B ．c p ΔT C ．u+pv D ．w t

6．理想气体定温过程的热量q 等于BCD A ．c n ΔT B ．w t C ．T Δs D ．w 7．理想气体等温过程中，q ，w ，w t 间的关系为 D

A ．q> w t >w

B ．q=w< w t

C ．q>w= w t

D ．q=w= w t

8．理想气体绝热过程初终态温度，压力的关系为A A ．

1

2T T =κ

κ112-???

? ??p p B ．

2

1T T =κ

κ112-???

? ??p p

C ．1

2

p p =κκ112-???? ??T T D ．21p p =κ

κ112

-???

? ??T T 9．理想气体多变过程内能变化Δu 等于B A ．c n ΔT B ．c v ΔT C ．c p ΔT D ．R ΔT 10．理想气体多变过程焓的变化Δh 等于C A ．c n ΔT B ．c v ΔT C ．c p ΔT

D ．R ΔT

二、填空题

1．Rg=0.297kJ/(kgK)的1kg 双原子理想气体在定压下吸热3349kJ ，其内能变化Δu ＝ 。

2．Rg=0.26kJ/(kgK)、温度为T ＝500K 的1kg 理想气体在定容下吸热3349kJ ，其熵变Δs ＝ 。

3．绝热指数k=1.4的理想气体在绝热过程中输出技术功4500kJ ，其内能变化 ΔU ＝ 。

4．Rg=0.26kJ/(kgK)、绝热指数k=1.4的理想气体在定压下吸热5000kJ ，做容积变化功W ＝ 。

5．Rg=4.16kJ/(kgK)、绝热指数k=1.4的理想气体在定容下吸热10000kJ ，做技术功W t ＝ 。

6．C p =5.40kJ/(kgK)、T ＝600K 的1kg 理想气体在定温下压力由p 1=1Mpa 变为p 2=0.2MPa ，做容积变化功w ＝ 。 7．Rg=0.26kJ/(kgK)、绝热指数k=1.4的理想气体在定压下做容积变化功1500kJ ，其内能变化ΔU ＝ 。

8．Rg=4.16kJ/(kgK)、绝热指数k=1.4的2kg 理想气体在n=1.2的多变过程中温度由500K 变到1000K,其吸热量Q ＝ 。 9. 在不变的温度600K 下，可逆地把理想气体的体积由初态减少一半需要一定数量的功。那么在温度T ＝K 下，消耗同量的功能把气体容积定温压缩到体积为初容积的四分之一。

10. 0.2kg 空气由初态为0.3MPa 、325K 定温地膨胀到体积增加一倍。过程中外界传给空气kJ 热量。

三、简述题

1．T-s 图上理想气体的定容过程线为什么比定压过程线陡？

在温熵图上，过程线的斜率是（S T

??）。

对于定容过程，（S

T

??）v ＝dT/ CvdT T ＝T/ c v

对于定压过程（S T

??）p ＝dT/CpdT T ＝T/c p

因c p > c v ，所以（S T ??）v >（S

T

??）p ，即定容线比定压线陡。

2．在T---s 图上如何用面积表示理想气体定熵过程的技术功？ 根据能量方程q=Δh+w t ，绝热时w t ＝－Δh ＝h 1－h 2＝c p (T 1-T 2)

可见，定压下工质由T 2变化到T 1过程中所需的热量正好在数值上等于工

质绝热地从T 1变化到T 2的技术功。在T---s 图上，定压线从T 2到T 1下的面积就是技术功。

3．在T---s 图上如何用面积表示理想气体定熵过程的容积变化功？ 根据能量方程q=Δu+w ，绝热时w ＝－Δu ＝u 1－u 2＝c v (T 1-T 2)

可见，定容下工质由T 2变化到T 1过程中所需的热量正好在数值上等于工

质绝热地从T 1变化到T 2的容积变化功。在T---s 图上，定容线从T 2到T 1下的面积就是容积变化功。

4．为什么理想气体在p －v 面上的绝热线比定温线陡？ 由等温线方程pv ＝常数 得 pdv+vdp ＝0

(dv dp )T ＝-v

p 由绝热线pv κ＝常量得p 〃κv κ-1dv+v κ〃dp ＝0

κpdv+vdp ＝0 （dv

dp

）s ＝-κp/v

所以绝热线比等温线陡。

5．分析说明为什么双原子理想气体在n ＝1.2的多变膨胀过程中温度是下降的？ 6．分析说明为什么双原子理想气体在n ＝0.8的多变膨胀过程中温度是上升的？ 7．分析说明为什么双原子理想气体在n ＝1.7的多变过程中边膨胀边放热？

四、计算题

1.在一个具有可移动活塞的圆筒中储有0.3 m 3的氧气，温度t 1＝4.5℃，压力p 1＝10

2.6kPa 。在定压下对氧气加热，再在定容下冷却到初温45℃。假定在定容冷却终了时氧气的压力p 3＝60kPa ，试求这两个过程的热量、焓的变化和所作的功，并在p-v 和T-s 图上定性画出这两个过程。

2.若p 1=10MPa 、t 1＝1000℃的空气，从初态开始，一次作可逆定温膨胀，一次作可逆绝热膨胀，两次膨胀的终态比体积相同，而在绝热膨胀中终态温度t 2=0℃。试确定空气的定温膨胀功是绝热膨胀功的多少倍？

3.将初温为523K 的理想气体可逆定温的压缩到原来容积的1/2时，需消耗一定量的功。试问：在多高的温度下，消耗同量的功 而能将气体可逆定温的压缩到原来的1/4。

水蒸汽及其热力过程

一、选择题

1. 饱和水随其压力的增高，CD A ．比容减小 B ．比熵变小 C ．温度升高 D ．比焓增大

2. 已知湿蒸汽的参数x ，h ’，h ”

，则可求出其比焓h ＝D A ．xh ’’ B ．(1-x)h ’ C ．0.5(h ’’-h ’)x D ．xh ’’+(1-x)h ’ 3. 已知湿蒸汽的参数s, s ’,s ’’，则可求出其干度x ＝ D

A ．'''

s

s

B ．s

'

s

C ．s

'

''s s -

D ．'

'''

s s s s --

4. h －s 图上等压线的斜率p

s ???

????h = A

A ．T

B ．T/c p

C ．T/c v

D ．T/k 5. 水蒸汽等压过程的热量q ＝C A ．h 1-h 2 B ．u 1-u 2 C ．h 2-h 1 D ．u 2-u 1

6. 水蒸汽等温过程中C A ．q=w B ．q=w t C ．q=T(s 2-s 1) D ．q= T(s 1-s 2)

7. 水蒸汽等温过程中的膨胀功w ＝D A ．- p(v 1-v 2) B ．v(p 2-p 1) C ．h 1-h 2 D ．T(s 2-s 1)－（u 2-u 1）

8. 水蒸汽等温过程中的技术功w t ＝D A ．- p(v 1-v 2)B ．v(p 2-p 1) C ．h 1-h 2 D ．T(s 2-s 1)－（h 2-h 1）

9. 水蒸汽绝热过程中的膨胀功w ＝C A ．h 1-h 2 B ．h 2- h 1 C ．u 1- u 2 D ．u 2-u 1

10. 水蒸汽绝热过程中的技术功w t ＝A

A．h

1-h

2

B．h

2

- h

1

C．u

1

- u

2

D．u

2

-u

1

11. 湿蒸汽定温膨胀到干饱和蒸汽的过程中A C

A．熵是增大的B．压力是降低的

C．压力是不变的D．熵是降低的

12. 对湿蒸汽定压加热，其BCD

A．温度会上升B．比体积会增加

C．干度会增加D．比熵会增加

13. 确定湿蒸汽的状态，可根据BCD

A．温度、压力B．压力、比焓

C．温度、干度D．温度、比熵

14. 在h－s图的湿蒸汽区中，等温线ABC

A．为一直线B．斜率等于T

C．即等压线D．即等焓线

15. 在h－s图的水蒸汽的等压线 ABC

A．在湿蒸汽区为直线B．在过热蒸汽区为曲线

C．在湿蒸汽区与等温线重合D．在过热蒸汽区与等体线重合

二、填空题

1. 在压力低于临界压力的范围内，压力越高，干饱和蒸汽与饱和水比容差值越

小。

2. p

1=0.0623Mpa,v

1

=2.8m3/kg,h

1

=2540kJ/kg的水蒸汽，可逆绝热膨胀到

p 2=0.0361Mpa,h

2

=2457kJ/kg,v

2

=4.2 m3/kg。每kg蒸汽所作出了60.18kJ膨胀

功。

3. 将压力为10Mpa，温度为200℃的水定压加热到400℃的温度，其熵的变化为

3.8982kJ/kgK。

4. 锅炉给水压力为10Mpa，温度为190℃。将此状态的水加热变成干饱和蒸汽需

1912.8热量。

5.1kg 1MPa、320℃的水蒸气装在维持定压的封闭系统中。在绝热过程中由于搅拌对水蒸气作了100kJ的功。然后水蒸气在定压下冷却，传递12kJ的热量给17℃的环境。整个过程造成做功能力损失了53.57（KJ）。

压力为1MPa的过热蒸汽性质表

三、简答题

1. 水蒸气的等压产生过程分几个阶段？各有何特点？

【答】预热阶段：将过冷水加热使之成为饱和水的阶段，温度升高，比体积稍有变大。

汽化阶段：将饱和水加热使之成为干饱和蒸汽的阶段，温度保持饱和温度不变体积迅速增大。

过热阶段：将干饱和蒸汽加热使之成为过热蒸汽的阶段，温度升高，体积增大。

2. 已知水蒸汽的压力和温度，其状态是否确定？为什么？湿蒸汽的状态参数怎

样计算？

【答】不确定。因在饱和状态压力和温度是相互依附，不再是两个相互独立的状态参数。在相同的饱和压力和饱和温度下可有干度从0～1无数不同的状态。如果计算湿蒸汽的状态参数。必须已知压力（或温度）和另一个状态参数才被确定。为已知p（或t）和干度x。则可根据p（或t）查出v’,v’’,h’,h’’,s’,s’’，即可计算其他参数。

V= v’’x+(1-x) v’, h= h’’x+(1-x) h’, s= s’’x+(1-x) s’

如不是已知x而是v，h，s中一个，则可由上式中求出x。

四、计算题

1.用蒸汽干度计测定蒸汽干度时，将绝对压力为1MPa的湿蒸汽向大气节流，节流后测得其温度为120℃，求湿蒸汽原有的干度(若大气压力为0.1MPa )，并将初、终状态表示在h s

图上。

压力为0.1MPa的饱和水和饱和蒸汽性质表

压力为1MPa的饱和水和饱和蒸汽性质表

压力为0.1MPa的过热蒸汽表

【解】

已知：p

1=1MPa；p

2

=0.1MPa，t

2

=120℃

（1）确定节流后的蒸汽状态2：t

2＞t

s

(p

2

)=100℃，故为过热蒸汽，

查过热蒸汽表得到h

2

=2716.8kJ/kg

（2）节流前后，蒸汽的焓值相等，故h

1=h

2

（3）x

1=(h

1

-h')/( h”- h')=0.97

（4）h－s图

2

x=1

2.水蒸气以4MPa 、500℃的状态进入透平而以0.006MPa 的压力排出。蒸汽通过透平的熵增为0.85 KJ/ Kg K。质量流率为50000 Kg/h时产生的输出功率为13000kw。如果入口与出口速度分别为70和150m/s，试确定传热的方向和数量（kJ/kg）。

压力为4MPa的过热蒸汽表

压力为0.006MPa的饱和水和饱和蒸汽性质表

【解】

已知：p

1=4Mpa，t

1

=500℃；p

2

=0.006Mpa；q

m

=50000kg/h；P=13000kw

Δs=0.85 KJ/ KgK；c

1=70 m/s；c

2

=150 m/s；

（1）由p

1、t

1

查过热蒸汽表，得到h

1

=3445.2kJ/kg，s

1

=7.0909 kJ/kgK

（2）确定2点状态：

s 2=s

1

+Δs=7.9409 kJ/kgK

由此查p

2=0.006Mpa的饱和水和饱和蒸汽表，由于s”＞s

2

＞s'，故该状态为湿蒸汽

x=(s-s')/(s”-s')=0.95

h

x

=xh”+(1-x)h'=2446.61 kJ/kg （3）由稳定流动状态方程

q=Δh+Δc2/2+w

i =(h

2

-h

1

)+(c

2

2-c

1

2)/2000+3600P/q

m

=－53.79 kJ/kg

故该过程中蒸汽对外放热。

3.开式给水加热器将来自两个不同来源的水和水蒸气加以混合。0.5MPa 240℃的过程蒸汽从一处进入，压力相同而温度为35℃的压缩液体从另一处进入。这两股流的混合物以0.5MPa压力下的饱和液体流出。如加热器是绝热的，计算流出加热器时每千克混合物的熵增。

压力为0.5MPa的过冷水和过热蒸汽表

压力为0.5MPa 的饱和水和饱和蒸汽性质表

【解】

已知：p 1=0.5Mpa ，t 1=240℃；p 2=0.5Mpa ，t 2=35℃；p 3=0.5Mpa

（1）由p 1 、t 1查过热蒸汽表，得到h 1=2939.9kJ/kg ， s 1 =7.2314 kJ/kgK 由p 2 、t 2查过冷水表，通过中间插值得到h 2=147kJ/kg ， s 2 =0.50415 kJ/kgK 由p 1=0.5Mpa 的饱和水和饱和蒸汽表得到h'=640.1kJ/kg ，s ' =1.8604 kJ/kgK （2）绝热混合过程的能量方程式α1h 1+(1-α1)h 2=h' 得到α1=(h'－h 2)/( h 1－h 2)=0.176555

（3）每千克混合物的熵增Δs = s '-［α1s 1+(1-α1)s 2］=0.1685 kJ/kgK

第五章 热力学第二定律

一、选择题

1 制冷循环工质从低温热源吸热q 2,向高温热源放热q 1，其制冷系数等于A A ．

2

12q q q -B ．2

11q q q - C ．2

2

1q q q - D ．

1

2

1q q q - 2.供暖循环工质从低温热源吸热q 2, 向高温热源放热q 1，其热泵系数等于 B A ．

2

12q q q - B ．

2

11q q q - C ．

2

2

1q q q - D ．

1

2

1q q q - 3.卡诺制冷循环的高温热源为温度T 0环境，低温热源温度为T 1，其制冷系数εc

＝ A A ．

1

01

T T T -

B ．

1

00

T T T -

C ．1-

1

T T D ．1-

1

T T 4.卡诺供暖循环的冷源温度为T 0环境，热源温度为T 1，其热泵系数COP ＝ A A ．

11

T T T -

B ．

10

T T T -

C ．1-

1

T T D ．1-

1

T T 5.制冷系数ε的取值范围为D A ．大于1 B ．大于1或等于1 C ．小于1 D ．大于1， 等于1或小于1 6.热泵系数COP 的取值范围为A A ．大于1 B ．小于1或等于1 C ．小于1 D ．大于1，等于1或小于1 7.可逆循环的热效率与不可逆循环的热效率相比， D

A ．前者高于后者

B ．两者相等

C ．前者低于后者

D ．前者可以高于、等于、低于后者 8.在两个恒温热源T 1和T 2之间（T 1> T 2）,概括性卡诺循环的热效率与卡诺循环的热效率相比， B A ．前者高于后者 B ．两者相等 C ．前者低于后者 D ．前者可以高于、等于、低于后者 9.多热源可逆循环工质的最高温度为T 1，最低温度为T 2，平均吸热为1T ，平均放热温度为2T ，则其循环热效率为B A ．1-1

2

T T B ．1－

1

2T T C ．1-

2

211T T T T -- D ．1-

1

122T T T T --

10. 对于可逆循环，?T

q

δ B D

A ．>0

B ．=0

C ．<0

D ．＝?ds

11. 不可逆循环的?

T

q

δ C

A ．>0

B ．=0

C ．<0

D ．≤0

12. 热力学第二定律指出C D A ．能量的总量保持守恒 B ．第一类永动机不可能成功 C ．热不能全部变为有用功

D ．单热源热机不可能成功

13. 理想气体经可逆定容过程从T 1升高到T 2，其平均吸热温度12T ＝ A A ．(T 2-T 1)/ln

12T T B ．C v (T 2-T 1)/ln 1

2T T C ．(T 2-T 1)/ C v ln

1

2

T T D ．

2

2

1T T + 14. 1～A ～2为不可逆过程，1～B ～2为可逆过程，则C D

A ．?21A T q δ>?21

B T q δ B ．?21A T q δ=?21B T q

δ

C ．?21A T q δ

q

δ D ．?21A ds ＝ ?21B ds

15. 自然现象的进行属于BCD

A ．可逆过程

B ．不可逆过程

C ．具有方向性过程

D ．自发过程 16. 克劳休斯关于热力学第二定律的表述说明 CD A ．热不能从低温物体传向高温物体 B ．热只能从高温物体传向低温物体

C ．热从低温物体传向高温物体需要补偿条件

D ．热只能自发地从高温物体传向低温物体

17. 对卡诺循环的分析可得到的结论有: ABD

A．提高高温热源温度降低低温热源温度可提高热效率

B．单热源热机是不可能实现的

C．在相同温限下，一切不可逆循环的热效率都低于可逆循环

D．在相同温限下，一切可逆循环的热效率均相同

18. 卡诺循环是 B C

A．由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环

B．热效率最高的循环

C. 热源与冷源熵变之和为零的循环

D．输出功最大的循环

19. 卡诺定理指出: ABCD

A．在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆机的热效率均相同

B．在相同高温热源和低温热源间工作的一切不可逆机的热效率必小于可逆机的热效率

C．单热源热机是不可能成功的

D．提高T

1降低T

2

可以提高

t

η

20. A是可逆机，B是不可逆机。热效率ηA、ηB的可能存在的关系有: ABCD

A．ηA<ηB B．ηA>ηB C．ηA≤ηB D．ηA=ηB

二、填空题

1. 一卡诺机在37℃和717℃之间运行。为了提高热机效率，一种方法是将高温热源的温度提高到1027℃；另一种方法是降低冷源温度。冷源温度降低到（℃）就能获得与热源温度提高到1027℃时相同的热效率。

2. 一给定的动力循环，工作流体在440℃的平均温度下接受3150 KJ/Kg的热，而排给20℃的冷源1950 KJ/Kg热量。这一循环克劳修斯不等式。

3. 一可逆热机从377℃的贮热器获得热量1000KJ，而排热给27℃的另一个贮热器。两贮热器的熵的变化分别是KJ/K。

4. 两台卡诺机A和B串联运行。第一台机（A）在627℃的温度接受热量而排给温度为t℃的中间热源。第二台机（B）接受第一台机所排出的热量，而又将热排给27℃的热源。两台热机效率相同时中间热源的温度应为℃。

5. 卡诺机在927℃和33℃的温度之间工作，吸热30 KJ。热机输出的功驱动一台卡诺制冷机从冷库吸取热量270 KJ，并向33℃的环境排热。冷库的温度应该是℃。

6. 如果卡诺机的热效率为1/6，求在相同温限间工作的卡诺热泵的泵热系数为。

7. 如果卡诺机的热效率为1/5，求在相同温限间工作的卡诺制冷机的制冷系数为。

8. 在刚性绝热容器内的空气（R=0.2897kJ/kgK），其初态为0.1MPa、27℃。系统内的搅拌轮由外面的电动驱动而搅动空气，使压力升到0.2MPa。气体熵的变化了（KJ/ Kg?K）。

9. 50kg 0.1MPa、20℃的水与20kg 0.1MPa、90℃的水混合.如混合过程是绝热的且压力不变，70kg水的总熵变为（KJ/K）

10. 进入透平的空气（R=0.2897kJ/kgK）为0.6MPa、597℃，绝热的膨胀到0.1MPa、297℃。如果动能和势能差为零，可判断该过程属于的过程。

11. 某制冷循环，工质从温度为－73℃的冷源吸取热量100KJ ，并将热量220KJ 传给温度为27℃的热源，此循环克劳修斯不等式。 12. 若封闭系统经历一过程，熵增为25 kJ/K ，从300K 的恒温热源吸热8000kJ 。此过程属于的过程。

13. 1kg 饱和水蒸气在100℃下凝结为水，在凝结过程中放出热量2257kJ/kg ，并被30℃的大气所吸收，该过程的有效能损失为kJ 。

14. 压力为180kPa 的1kg 空气，从450K 定容冷却到300K ，空气放出的热量全

部被大气环境所吸收。若环境温度为27℃，有效能损失为kJ 。

15. 温度为1427℃的恒温热源，向维持温度为500K 的工质传热100kJ 。环境温

度为300K 。传热过程引起的有效能损失为kJ 。

三、简述题

1. 热力学第一定律和热力学第二定律是热力学的两条最基本的定律，两者区别何在？

热力学第一定律确定了能量的“量”的特性，揭示了热功转换时能量在数量上守恒的规律，但是并没有说明实现热功转换的条件。热力学第二定律则确定了能量的“质”的特性，是说明了过程进行的方向、条件和深度的定律。在描述能量的自然属性时，两定律时互补的。

2. 自发过程的逆过程是否不可能进行？为什么？举例解释。

自发过程的逆过程不是不可能进行而是不可能自发地进行，当具备了一定的补充条件就可逆向进行。

3. 热力学第二定律克劳休斯和开尔文的表述有何不同，有何关系？

克劳休斯是从热量传递的角度说明：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。开尔文则是从热功转换角度说明：不可能从单一热源吸取热量使之变为有用功而不产生其它影响。两者论述的角度不同但本质是相同的，都是说明能量不可能自发升质的自然规律。若违背一种表述则必然违背另一种表述。

4. 热能与机械能，高温热能与低温热能的品质有何不同？为什么说热力学第二定律指出了能量在质上的变化规律？

机械能的品质高，热能的品质低；高温热能的品质高，低温热能的品质低。因为热力学第二定律指出了品质高的能量可自发地向品质低的转化；而低品质的能不能自发地向高品质转化；即能量的品质自发的贬值，故说是指出了能量品质变化的规律。

5. 从卡诺循环可以得到什么重要启示？

从卡诺循环热效率 t ＝1－12

T T 可以看出；

（1）提高热效率的方法应该是提高T1，降低T2；

（2）卡诺循环热效率不可能为100％，因为T1＝≦，和T2＝0都是不可能

的

（3）T1＝T2，ηt ＝0，即无温差的体系热能不可能装化为功

（4）有温度高于环境温度的高温热源就可用热能产生功 6. 从卡诺定理看出卡诺循环具有怎样的重要意义？

卡诺定理指出：在相同的T1,T2间工作的一切可逆热机其热效率都相等。

可以看出：一切可逆循环热效率均为ηt ＝1－12

T T

在相同的T1,T2间工作的一切不可逆循环都低于可逆循环的热效率。

可以看出：卡诺循环的热效率是两个不同温度的恒温热源间循环热效率的最高极限。

7. 不可逆过程的熵变与可逆过程的熵变有何区别？

由可逆过程ds ＝T

q

δ，Δs ＝?21T q δ

不可逆过程ds>T q

δ，Δs>?21T

q δ

如?T

q

δ相同，Δs （不可逆）>Δs (可逆)，增大部分由不可逆因素造成，如初终态相

同Δs （不可逆）＝Δs (可逆)，因熵是状态参数。

四、计算题

1.刚性绝热容器内贮有

2.3kg ，98kPa ，60℃的空气，并且容器内装有一搅拌器。

搅拌器由容器外的电动机带动，对空气进行搅拌，直至空气升温到170℃为止。求此不可逆过程中做功能力的损失。已知环境温度为18℃。 2. A 、B 两卡诺机串联工作，A 热机在627℃下吸热，向温度为T 的热源放热；B

热机从温度为T 的热源吸入A 热机排出的热量，并向27℃的冷源放热。试按下列条件计算中间热源的温度T ： （1）两热机输出功相等； （2）两热机的热效率相等。

3.已知A 、B 、C 三个热源的温度分别为500K 、400K 、300K ，有可逆机在这三个

热源间工作。若可逆机从A 热源净吸入3000 kJ 热量，输出净功400 kJ ，求可逆机与B 、C 两热源的换热量，并指明其方向。

4.一热机工作在高温热源T 1和大气温度T 0之间。有人利用制冷机造成低温热源

T 2（

（1）两机器均为可逆机时热效率1

1T T t -=η； （2）制冷机为不可逆机时热效率1

1T T t -

<η。 5.设工质在1000K 的恒温热源和300K 的恒温冷源间按循环a-b-c-d-a 工作，如

下图所示。工质从热源吸热和向冷源放热均有50K 的温差，试：（1）计算循环的热效率；（2）求环境温度为300K 、热源供给1000kJ 热量时，各不可逆传热过程引起的有效能损失以及总的有效能损失。

6.一刚性绝热容器中盛有空气，初态为95kPa 、27℃，通过搅拌轮搅拌空气，以

使空气压力升到140kPa 。试求：（1）对空气所作功量（kJ/kg ）（2）空气熵的变化[kJ/(kg 〃K)](3)每千克空气的有效能损失，并在T-s 图中表示出来。设T 0=300K 。

7.气体在气缸中被压缩，内能增加55.9 kJ/kg ，而熵减少0.298 kJ/(kg 〃K)，

输给气体的功为186 kJ/kg 。温度为20℃的大气可与气体换热。试确定每千克气体引起的熵产及有效能损失。

8.图为一烟气余热回收方案。设烟气比热容p C ＝1400/()J kg K 、v C ＝1000

/()J kg K 。试求：

（1）烟气流经换热器传给热机工质的热量1Q ；（2）热机排给大气的最少热量2Q ；（3）热机输出的最大功W 。

9.一可逆热机工作于温度不同的三个热源间，如图所示。若热机从温度为400K

的热源吸收1600KJ，对外界作功250KJ，试求：

（1）另两热源的传热量，并确定传热方向；

（2）热机与热源系统的总熵变量。

第七章气体流动

一、选择题

1.连续性方程.............................................. D

A．只适用于理想气体不适用于水蒸气

B．只适用于绝热过程，不适用于其他过程

C．只适用于可逆过程，不适用于不可逆过程

D．只要是稳定流动都适用

2.所谓亚音速流动是指流动的马赫数.......................... C

A．Ma=1 B．Ma>1 C．Ma<1 D．Ma≤1

3.流体在喷管中沿流动方向，马赫数.........................C D

A．先减小后增大。B．先增大后减小。

C．在渐缩部分增大。D．在渐扩部分增大。

4.工质进入喷管速度低于声速，要求出喷管速度高于声速应使用 C D

A．渐缩管。B．渐放管。

C．缩放管。D．拉伐尔管。

5.气流在渐缩型喷管中流动时，不可能出现的情况。............ D

A．Ma<1 B．Ma≤1 C．Ma=1 D．Ma>1

6.工质在渐缩喷管出口已达临界状态。若在入口参数不变的条件下，再降低背压，其出口处 ............................................... C A ．比容增加，流量增加 B ．比容减少，流量减少 C ．比容不变，流量不变 D ．比容不变，流量增加

7.对确定的工质而言，临界速度............................ A D A ．只决定于工质的初状态。 B ．只决定于喷管的背压。 C ．只决定于喷管的管型。 D ．只决定于工质的滞止参数。 8.其它条件不变的情况下在渐缩喷管出口端截去一段后， c A ．流速增加、流量增加。 B ．流速减少、流量增加。 C ．流速不变、流量增加。 D ．流速增加、流量减少。

9.用温度计测量管道内高速流动的气体温度，所测的稳定T 将 C A ．等于真实温度 B ．小于真实温度 C ．等于滞止温度 D ．大于滞止温度

10.方程A dA +c dc -v

dv

=0， .................................. ABC

A ．不适用于非稳定流动。

B ．适用于可逆过程。

C ．只要是稳定流动。

D ．不适用于不可逆过程。 11.理想气体亚音速流经缩放喷管作充分膨胀时，参数变化是ABCD

A ．dp>0

B ．dc>0

C ．dv>0

D ．dT<0

12.喷管流速计算公式C 2=1.41421h h 适用于 .............. ABCD A ．理想气体 B ．水蒸气 C ．可逆过程 D ．不可逆过程 13.渐缩喷管的背压p b 低于临界压力p cr 时， .................. BC A ．出口压力 p 2>p cr B ．出口压力p 2= p cr C ．出口气流马赫数Ma=1 D ．出口气流马赫数Ma<1 14.缩放喷管背压p b

15.理想气体在喷管中作稳定可逆绝热流动时，............... ABD A ．流速增大 B ．压力减少 C ．温度升高 D ．比容增大 16.影响理想气体在喷管中的临界流速大小的因素有............ AB A ．流体的绝热指数 B ．流体的滞止参数 C ．喷管管型 D ．出口压力

17.气体在喷管中因流动有摩擦阻力，会使喷管出口气体的 CD A ．焓值减少 B ．熵减少 C ．焓值增加 D ．熵增加 18.理想气体绝热节流后..................................... B A ．p 2>p 1 B ．s 2>s 1 C ．T 2>T 1 D ．h 2>h 1

19.水的湿蒸汽经绝热节流后，............................ ABCD A ．压力下降 B ．温度降低 C ．干度增大 D ．焓值不变

二、 填空题

1.在等熵稳定流动条件下，压力下降是使流速增加的力学条件。

2.马赫数Ma<1的气流进入渐缩喷管，其出口气流的马赫数不可能大于1。

3.气体在喷管中等熵流动时，如果背压大于临界压力，则应采用渐缩喷管。

4.气体在喷管中等熵流动时，如出口压力大于临界压力，则气流小于当地声速。

5.在流量相同条件下，工质在渐缩喷管中作有摩阻的绝热流动与可逆绝热流动相

比，喷管出口的面积需增大。

6.300K、3Mpa的空气（＝0.2897）经绝热节流压力降为1.5Mpa,由于节流而引起

的熵增为。

7.压力为1bar、温度为15℃的空气以400m/s的速度流动。当空气绝热地完全滞

止时，温度变为。

8.空气进入一只绝热的喷管时，压力为3bar，温度为200℃，速度为50m/s。出

口状态压力为2bar，温度为150℃。可以推断喷管出口面积与进口面积之比

A

2/A

1

为。

9.空气绝热的流过一只渐缩喷管，入口的压力为1.8bar，温度为67℃，速度为

40m/s。出口的压力为1bar，速度为入口速度的六倍。如果进口面积为100 cm 2，那么喷管的出口面积为（cm2）。

10.空气进入透平时的状态为：6bar、740K，速度为120m/s。出口状态压力为1bar，

温度为450k，速度为220m/s。当空气流过透平时散热量为15 KJ/Kg，进口截面为4.91 cm2。该透平输出kw的功率。

11.压力为40bar的水蒸气，经节流后压力为0.35bar，温度为120℃。可以推断

节流前的蒸汽是蒸汽。

12.压力为3.8MPa、焓为2805.5 kJ/kg的水蒸气，流过一只有很好绝热的节流

阀，流出时压力为0.5MPa。可以忽略进出口速度。则出口温度为（℃）；

压力为0.5MPa的过热蒸汽性质表

13.水蒸气稳定的流过一根装有阀门的水平管道，阀门是部分开启的。阀门上游

水蒸气的压力和温度分别为30 MPa和480℃，阀门下游的压力为25MPa，忽略热交换，阀门节流使水蒸汽温度降低了（℃）。

压力为25MPa和30MPa的蒸汽性质表