可逆循环对热力过程和热力设备有何意义
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可逆循环可以看作是热力过程的极限.所以热力过程可以通过它来计算极限值.而对于热力设备而言就可以知道这个设备的能量转化的效率.
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工程热力学答案一、填空题 第一章 １．功和热量都是与 2．热量的负值代表 3．功的正值代表 过程 工质向外放热 工质膨胀对外作功 有关的量。 。 。 。 。4．循环中各个过程功的代数和等于循环净功5．循环中作功与耗功的绝对值之差等于 循环净功 6、热效率η t 定义为 循环净功与消耗热量的比值 。7．如果工质的某一热力学量的变化量与过程路径无关，而只与过程的初态和终态有关，则 该热力学量必是一个 状态 参数。 8． 如果可使工质沿某一过程相同的途径逆行回复到原态， 并且 原态、不留下任何变化 ，则该过程为可逆过程。 9．不存在任何能量的不可逆损耗的准平衡过程是 可逆 与之相关的外界也回复到 过程。10． 可逆过程是指 工质能经原过程路径逆向进行恢复到初态， 并在外界不留下任何改变的 过程 。 。 的条件下， 系统的状态能够11．平衡过程是 整个过程中始终保持热和力的平衡的过程 １2． 热力系统的平衡状态是指在 始终保持不变 。 热和力 的平衡。 不受外界影响13．系统处于平衡态通常是指同时具备了 15．热力系统中称 与外界有质量交换14． 被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统 为开口系统。 为绝热系统。叫做热力系统。１6．热力系统中称 与外界无热交换 １7．热力系统中称 18．热力系统中称既无能量交换又无质量交换 仅与外界有能量交换而无质量交换为孤立系统。 为闭口系统。 。 。19．大气压力为 Pb，真空度为 Pv，系统绝对压力 P 应该是 P= Pb-Pv 20．大气压力为 Pb，表压力为 Pg 则系统的绝对压力 P=4、P=Pb+Pg2１．在大气压力为 1bar 的实验室里测量空气的压力时， 若真空表的读数为 30000Pa，则 空气的绝对压力为 22． 制冷系数ε 定义为 7×10 Pa 。 。在逆向循环中， 低温热源放出的热量与循环消耗的净功之比23．供暖系数ε '定义为 比 。 等于在逆向循环中，高温热源得到的热量与循环消耗的净功之24．循环的净功循环的净热量。 机械能 的循环。25．热动力循环是将热能转化为26．衡量热动力循环的经济性指标是循环热效率η t=W/Q1。第二章 1．当 1 千克工质不可逆绝热地流经压气机时,若进出口的焓分别为 h1 和 h2， 则机器对工质 作功为h 2 ? h1。２．工质稳定绝热流经喷管时进、出口的焓为 h1 和 h2，若进、出口的位能差可忽略不计， 则 1 千克工质的动能增量为 h1-h2 。3．在一个闭口热力系统中，若工质向外放热 5KJ 且对外作功 5KJ， 则内能变化量为 -10KJ 。 q= ? h+ +wt 。 重力位能 。 。1 24．用焓变化量和技术功表示的稳定流动能量方程式为 5．稳定流动能量方程式为 q= ? h+ 6．热力系统的总储存能包括2 2(C 2 -C 1 )+g(Z2-Z1)+Wi 、 宏观动能 和内能7．热力学第一定律是 能量守恒与转化定律 8．技术功 Wt 与膨胀功 W 的关系是在热现象上的应用。 。 。Wt=W+P1V1-P2V2 h1-h29．工质流经汽轮机和燃汽轮机时，位能差、动能差和散热量均可忽略不计，若进出口的比 焓分别为 h 1 和 h 2 ，则一千克工质对机器作功为10．工质稳定流经锅炉、回热器等热交换器时，与外界无功的作用，略去动能差、位能差， 1 千克工质吸热量 q= q=h2-h1 。 h=u+pv 。11．在热力设备中，随工质流动而转移的能量等于 12．焓的定义式 h=u+pv 。13．1Kg 工质通过一定的界面流入热力系统时，系统获得的总能量是 焓 能差可忽略不计，则 1kg 工质对外作的技术功为 15．在可逆过程中，技术功的计算式为2。14．工质进行稳定绝热流动过程时，进出口的比焓分别为 h 1 和 h 2 ，若进出口的动能差和位 h1-h2w t ? ? ? vdp1 2。 。q ? ?u ?16 ． 只 适 用 于 可 逆 过 程 的 热 力 学 第 一 定 律 解 析 式 为q ? ?h ??2pdv 或1? vdp1。 移动位置 时才起作用。 进行的过程 有关。17．推动功只有在工质18．功的数值不仅决定于工质的初态和终态，而且还和第三章 1 ． 某 双 原 子 理 想 气 体 的 定 容 比 热 为 0.72KJ/(Kg · K) ， 其 气 体 常 数 为 0.288KJ/(Kg.K) 。２．在温度为Ｔ、体积为Ｖ的理想气体混合物中，若第 i 种组成气体的分压力为 Pi，则其 质量可表示为 mi=PiV/(RiT) 。3．若双原子理想气体的气体常数 R=288J/(Kg·K)，则其定压比热 Cp= 1008J/(Kg·K) 。4．在压力为 P、温度为 T 的理想气体混合物中，若第 i 种组成气体的分容积为 Vi，则其质 量可表示为 mi=PVi/(RiT) 。 趋近于零 、比容 趋近于5．理想气体实质上是实际气体压力 无穷大时 的极限状态。6． 质量热容 c、 摩尔热容 Cm 和体积热容 C' 三者之间的数量关系是 Cm=M×c=0.0024C‘ 7．阿佛加德罗定律指出：在 和 内势能 同温同压 条件下，各种气体的 摩尔容积 内动能 。 8．在无化学反应及原子核反应的过程中，热力学能的变化只是 的变化。 混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和 9．道尔顿分压定律可表述为。都相同。10．已知空气的定压摩尔比热为 7Kcal/(Kmol.K)，则其定压质量比热应为 KJ/(Kg.K)。 11．理想气体由某一初态１，不可逆变化至状态２，其焓变量Δ h12= 12．理想气体状态方程为 pv=RgT 或 PV=mRgT 。 Cpm(T2-T1)1.012。13． 已知理想气体在两个状态下的温度和比容值(T1,T2,v1,v2) 则状态１至状态２的比熵变化 Δ S12=? S 1 2 ? C v ln T2 T1 ? R ln v2 v1。 。 。14．理想气体的两个假设是分子有质量无体积，分子间无作用力15．理想气体由状态１不可逆变化至状态２，其内能变化量为 16．理想气体定压比热和定容比热的关系为 17．通用气体常数 R= 8.314KJ/(Kmol·K) Cp=Cv+Rg 。Δ u12=Cvm(T2-T1) 。18．已知理想气体在两个状态下的温度和压力值 T1,T2,P1,P2，则由状态 1 变化至状态 2，其 熵变量Δ S12=? S 1 2 ? C p ln T2 T1 ? R ln P2 P1。19 ． 若 已 知 某 一 理 想 气 体 的 摩 尔 质 量 为 8.314/ M [KJ/(Kg·K)] 20．理想气体的热力学能仅是 。 温度 的函数。M ， 则 其 气 体 常 数 Rg=21 比热容比γ 和气体常数 Rg 及定容比热 Cv 三者之间关系为 22．热力学中标准状态定义为：压力 P0= 1.．氮气的气体常数 R= 计算。 296.945Cv=Rg/(γ -1)。Pa，温度 T0=273.15 K Δ u=Cvm Δ TJ/(Kg.K)。24 ． 理 想 气 体 进 行 一 个 定 压 过 程 后 ， 其 比 热 力 学 能 的 变 化 量 可 用25． 对于理想气体， 当过程的初温和终温相同时， 任何一个过程的焓变化量都等于 26．气体常数 Rg 与摩尔气体常数 R 的关系为 27．理想气体进行一可逆定压过程，其吸热量等于 28．n 千摩尔理想气体状态方程式为 PV=8314.3nT 过程 Rg= R / M CpΔ T 。 。 。 有关的量。零。29．不同热力过程的比热容是不相同的，所以比热容是与 30．适用于理想气体可逆过程的热力学第一定律解析式为 31．理想气体的热力学能与焓只是 温度dq=CvdT+pdv 。的函数。第四章1．T-S 图上可逆定容过程线下方的面积可代表 2．Ｔ－Ｓ图上 可逆定压绝热过程的容积变化功。过程线下方的面积可代表焓的变化量。 绝热 过程的技术功。3．Ｔ－Ｓ图上可逆定压线下方的面积可代表 4．在Ｔ－Ｓ图上，定压线的斜率 小于定容线的斜率。n n ?1 ( p 1 v 1 ? p 2 v 2 ) ，膨胀功 w=5．理想气体自 p1 、v1 可逆膨胀至 p2 、v2 ，技术功 wt=1 n ?1( p 1 v 1 ? p 2 v 2 ) 。若为可逆绝热膨胀，则 wt 是 w 的k倍。6 ． 理 想 气 体 多 变 指 数 为 n 的 多 变 过 程 ， 其 技 术 功 Wt 和 过 程 功 W 之 间 有 关 系 式 Wt=nw 。 吸热量 ，定压过程的焓增等于 吸热量 。7．定容过程的热力学能增加等于 8．在 P-v 图上， 定容 9．在 T-s 图上， 定温过程线斜率最大， 定压 过程线斜率最小， 绝热过程线斜率绝对值最小。 过程线斜率最大。 1<n<Kn10．理想气体进行一个吸热、降温过程，其多变指数 n 的范围是。 PV =C( 常 数 )11 ． 多 变 过 程 是 指 整 个 过 程 的 每 个 状 态 均 满 足 的过程。第五章 1． 热力学第二定律的克劳修斯说法为 温物体 。 ds≥dq/T 或 ∮dq/T≤0。 1/3 热不可能自发地、 不付代价地从低温物体传至高2．热力学第二定律的数学表达式可写为 由计算可得∮dQ/T= -1/3３． 某热机Ｅ从 600K 的高温热源 TH 吸热 1000KJ， 300K 的低温热源 TL 放热， 向 热效率为 40%， KJ/K， E、 H、 L 组成孤立系统的熵变化量为 由 T TKJ/K。 ４．某热机从 600K 的热源吸热 1000KJ，向 300K 的环境放热，热效率为 40%， 作功能力损 失为 100 KJ。5． 卡诺定理说明： 在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环， 其热效率 都相等 ，与可逆循环的种类 的热力发动机。 7．热不可能 自发地 、 不付代价地 从低温物体传至高温物体。 8． 理想气体从相同的初态绝热膨胀到某一温度， 不可逆过程所作的功 等于 所作的功。 9． 工质从温度为 T1 的热源吸热 Q， 该热量的作功能力 （或称最大可用能） 为 （设环境温度为 T0） 。 10．当孤立系统内发生不可逆变化时，系统内作功能力的损失 I 和系统熵增Δ S0 间的关系为 I=T0Δ S 孤 。 吸热温度 和 放热温度 有关。 可逆过程 无关，与 采用哪一种工质 也无关。 6．不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功 而不留下其它任何变化Q(1-T0/T1)11．卡诺循环热效率仅与 12．若吸热温度 提高，放热温度 降低则卡诺循环的热效率提高。 后者的熵变。13．若可逆过程与不可逆过程有相同的初、终态，则前者的熵变 等于 14．卡诺循环是由 者的终态温度比后者 16．能量中 两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程 低 。 的减少称为能量的贬值。 等于 0 。四个过程构成。15． 若理想气体由同一初态分别经可逆绝热膨胀和不可逆绝热膨胀到相同的终态压力， 则前 可用能17．工质经历一个不可逆循环后，其熵变18．卡诺定理说明在两个热源间工作的不可逆循环热效率 小于 19．孤立系统的熵增原理是可逆循环的热效率。 。孤立系统的熵只能增大或不变，不能减小 增大 。 。20．孤立系统中发生了任何不可逆变化时，孤立系统的熵 21．逆向卡诺循环制冷系数的表达式为ε =22．工质进行一个不可逆放热过程，其熵可增、可减或不变(或不能确定)。23 ． 理 想 气 体 进 行 定 压 吸 热 过 程 ， 温 度 由 T1 升 高 到 T2 ， 此 过 程 的 平 均 吸 热 温 度 为T1 ? T 2 ? T1 ln T2 T1。第六章1．压缩因子是反映 实际气体对理想气体的偏离程度 2．在范德瓦尔方程中，(v-bm)表示 实际气体分子之间有相互吸引力 ３．压缩因子 Z 的定义式为 Z=Pv/(RT)的参数。 ， a/Vm 表示2实际气体分子本身占据一定体积 。 ，Z 值的大小反映了实际气体偏离理想气体 的程度。 2 ４．范德瓦尔方程为 (P+a/Vm )(Vm-b)=RT ，该方程考虑了气体分子本身所占的 体积 和 分子间的相互作用力 所产生的影响。 5．与理想气体的状态方程相比, 范德瓦尔方程该方程考虑到 气体分子本身所占的体 积 ; 考虑到 分子间的相互作用力所产生的影响。第七章 1．在某一压力下，若饱和水的焓为 h'、饱和蒸汽的焓为 h''，则干度为 x 的湿蒸汽的焓为 hx=h’’x+(1-x)h’ 2．湿蒸汽的干度 x 定义为 则为饱为水 。 。 在 1 千克湿蒸汽中包含 x 千克饱和蒸汽，而余下的(1-x)千克３ ． 在 某 一 压 力 下 ， 若 饱 和 水 与 饱 和 蒸 汽 的 焓 分 别 为 h' 和 h'' ， 则 汽 化 潜 热 r= h’’-h’ 。 定压 过程的热量。 增大 、焓 。 增大 、熵增4．h-s 图上垂直线段的长度可表示5．当湿饱和蒸汽定压变成干饱和蒸汽时，热力学能将 6．在某一压力下，由饱和水变为饱和蒸汽时，温度不变 大 。37 ． p=30bar 的 湿 蒸 气 v=0.054m /Kg ， 由 水 蒸 汽 表 查 得 v'=0.0012163m /Kg ， v''=0.06662m /Kg，其干度应为 x= (hx-h’)/( h’’-h’) 。330.807。8 ． 在 一 定 压 力 下 湿 蒸 气 的 焓 为 hx ， 从 蒸 汽 表 中 查 得 h' 和 h'' 值 ， 其 干 度 x=9．在一定压力下，湿蒸汽的干度为 x，若从蒸汽表中查得 v' 和 v''，则该湿蒸汽的比容 vx = (1-x)v’+xv’’ 。 在定压下使 1Kg 饱和液体汽化为饱和蒸汽所需的热量 ， 其 区，上 区。10． 汽化潜热 r 的意义是数值 r= h’’-h’或 Ts(S’’-S’) 。 11．在水的定压加热、汽化过程的Ｔ－Ｓ图上，下界限线的左侧为 未饱和水 界限线的右侧为 过热蒸汽 区，两界限线之间则为 水汽共存的湿蒸汽 xh’’+(1-x)h’ 。 增加 ，温度 ，熵 增加 ，焓 增加 不变 。 。 。12 ． 若 饱 和 水 焓 h' ， 干 饱 和 蒸 汽 焓 为 h'' ， 干 度 为 x 的 湿 饱 和 蒸 汽 焓 为13．在饱和水定压加热成为饱和蒸汽时，干度 14．把过冷水定压加热到饱和水时温度 升高 15．在水的定压加热过程中，内能 增加16．水的三相点温度是 17．饱和水的干度等于273.16K 0或0.01℃ 1。 。 不变的 。，干饱和蒸汽的干度等于18．在饱和水定压加热汽化为干饱和蒸汽的过程中，其温度是第八章1．空气流过渐缩喷管，初压一定，背压逐渐下降，当流量达到最大值时，出口压力是初压 的 0.528 渐缩 。 ，流速 降低 ，若来流马赫数 M>1， 管道截 形状。 当地音速 ，压力为 临界压力 ， 2．气流通过扩压管时，压力 升高 面应为3．空气流过缩放喷管，在喉部流速为 后者为初压的 0.528 。４．工质经绝热节流后，压力 降低，熵 增大，焓 不变。 。5．当亚音速气流流经渐缩形喷管时，其出口的气流马赫数只能是 ≤1６．亚音速空气流经渐缩喷管，入口处气流 P1=5bar， 若要求出口截面上气流达到当地音速 (即 M2=1)，则要求背压值 P0 ≤0.528×5(=2.64bar) 。7．工质稳定流经喷管或扩压管时，不对设备作功，略去位能差和热交换量，其动能变化量1 2 ( C 2 - C 1 )=2 2h1-h2。 。 达到音8．气体在绝热管道中流动时，若流速增加，则焓 降低 速 不变 。 。9．对于渐缩喷管，如果初压一定，当背压低于临界压力时，该喷管的出口速度10．理想气体稳定流过渐缩喷管，背压等于临界压力，若降低背压，则喷管的出口压力将 11．当来流气流为超音速时，为了提高气流的压力，应选用 渐缩 形扩压管。12．理想气体稳定地流过渐缩喷管时，背压低于临界压力，若提高初压，则喷管出口压力将 提高 。2K K ?1 P1 v 1 [ 1 ? ( P2 P1K ?113．喷管出口速度的计算公式 C2= 程，理想气体，定比热 。)K] 的适用条件是可逆过14． 在管内稳定的绝热流动过程中， 若不计位能， 则任一截面上的焓与动能之和 持不变 。保第九章1． 对于活塞式压气机， 当初态和压缩过程的多变指数都给定时， 若增压比提高， 则耗功 加 。增2．若压缩同量的气体至同样的增压比，有余隙容积时的耗功与无余隙容积时的耗功 同 。 越低相3．当活塞式压气机的余隙容积比和多变指数一定时，增压比越大， 容积效率。４． 活塞式压气机采用两级压缩级间冷却时， 最有利的中间压力是 使两个气缸中所消耗的 总功为最少的压力。 ５．活塞式压气机余隙容积的存在，对压缩定量的气体所消耗的功 率 降低 。 。 压缩和 多 无影响 ，使容积效6．活塞式压气机的容积效率定义为 有效吸气容积与气缸排量之比 7．活塞式压气机的压缩过程可有三种情况，分别为 定温 压缩 、 绝热 变(1<n<k) 缩 压缩，其中 定温 压缩耗功最少。8．活塞式压气机，当初态和增压比一定时， 定温压缩 过程耗功最多。过程耗功最少， 绝热压 各9． 采用两级压缩、 级间冷却的活塞式压气机， 为使消耗的总功最少， 中间压力应满足 级增压比相同 率 。 。 10．多级压缩和级间冷却的主要目的是节省耗功、限制压缩终温、提高容积效11．当初态和增压比相同时，活塞式压气机采用二级压缩，级间冷却比不分级压缩的耗功 减少 。 减12．活塞式压气机，当初态和增压比一定时，随着多变指数 n 减小， 压缩的耗功 小 。13．在活塞式压气机中，当余隙容积比和多变指数 n 一定时，随增压比增大，其容积效率 变小 。 定温14．当初态和增压比相同时，活塞式压气机在定温、多变、绝热三种压缩方式中， 压缩的耗功最小， 绝热 压缩的温升最大。15．对单级活塞式压缩机，随着压缩过程的多变指数 n 增大， 气体的放热量 16． 对单级活塞式压缩机， 随着压缩过程的多变指数 n 增大，压缩后气体的终温减小 。 提高 。第十章 1．活塞式内燃机混合加热理想循环的特性参数有 压缩比ε 、定容升压比λ 、预胀比ρ 。 2．内燃机定容加热理想循环的压缩比愈高，其热效率 愈高 。．在初态、压缩比、吸热量相同的条件下，内燃机的定容加热理想循环的热效率比定压加 热理想循环的热效率 高 。3．在初态、压缩比、吸热量相同的条件下，内燃机的定容加热理想循环的热效率 等于 定压加热理想循环的热效率。 增大 。４． 内燃机混合加热理想循环的热效率随压缩比ε 和定容升压比λ 的增大而 环的平均吸热温度为 1075K 。５．在内燃机定容加热理想循环中，空气自 T2=680K 被加热至 1600K，设比热为定值，该循6．按燃料着火的方式不同，内燃机可分为点燃式 （如汽油机）与 压燃式 （如柴油机） 两类。 7． 在内燃机理想循环中， 初始温度 t1=27℃， 压缩比ε =10 ， 压缩后的温度 t2= 8．内燃机的压缩比ε 是指 η t越 大 。 9．提高内燃机混合加热理想循环热效率的途径是 10．内燃机的奥图(Otto)循环是 定压 加热方式循环。?t ? 1?1480℃。压缩过程的初态比容与其终态比容之比，ε 越大，热效率提高ε ，λ ，降低ρ。定容加热方式循环，狄塞尔(Diesel)循环是11．活塞式内燃机定容加热理想循环，热效率表达式为 12．汽油机理想循环是 定容?K ?1。加热方式循环。 。 两个吸热 和 定容升压比λ13．若压缩比减小，则活塞式内燃机定容加热理想循环热效率将 减小 14．活塞式内燃机混合加热理想循环包括 过程。 15．活塞式内燃机混合加热理想循环的热效率η 两者的增大而增大，随 预胀比ρ 的增大而减小。t定容加热和 定压加热 随 压缩比ε16．燃气轮机装置定压加热理想循环的加热过程，温度自 T2 升至 T3，设比热为定值，该循 环的平均吸热温度为 (T3-T2)/ln(T3/T2) 。 。 。17．提高燃气轮机装置循环功的主要方向是 提高进入燃气轮机燃气初温 T3 18．燃气轮机装置定压加热理想循环的热效率只取决于 19．燃气轮机装置循环净功等于 燃气轮机 作功与压气机?t ? 1? ?循环增压比 耗功之差。1K ?1 K20．燃气轮机装置定压加热理想循环热效率表达式为。21．对于燃气轮机装置定压加热理想循环，当进气状态不变时，若压气机的出口温度升高， 则该循环的热效率将 提高 。第十一章 1．当初温和背压不变时，若提高初压， 则蒸汽动力装置朗肯循环的热效率和乏汽的干度将 分别 提高和降低 。2．当初压和背压不变时，若提高初温， 则蒸汽动力装置朗肯循环的热效率将 高 。 提高提3．当初温和初压不变时，若降低背压，则蒸汽动力装置朗肯循环的热效率将。4．对于蒸汽动力装置的朗肯循环，在相同的初压和背压下，若提高新汽的温度，则热效率 提高 ，汽轮机中的膨胀终态干度 增大 。５．对于蒸汽动力装置的朗肯循环，在相同的初温和背压下，若提高初压，则乏汽的干度将 降低 。 。 6．当忽略水泵功时，朗肯循环热效率的近似式 η t=(h1-h2)/(h1-h2’)7．在朗肯循环中，若泵入锅炉的未饱和水的焓和熵为 h4、s4， 流出过热器的过热蒸汽的焓 和熵为 h1、s1，则该循环的平均吸热温度 T1 = (h1-h4)/(s1-s4) 。 。 降8．影响蒸汽动力装置朗肯循环热效率的蒸汽参数是 P1、t1、P29．对蒸汽动力装置循环，在相同的初温和初压下，若提高背压，则循环热效率将 低 ，膨胀终态干度将 增大 。 之差。10．蒸汽动力装置循环净功等于 汽轮机作功 和 给水泵耗功第十二章 1．对于压缩空气制冷循环，在制冷量相同的条件下，有回热时的增压比比无回热时的增压 比小得多 。 。2． 对于逆向卡诺循环， 在一定的环境温度下， 冷藏库中的温度愈低， 制冷系数 愈小3．压缩蒸汽制冷循环中，工质进、出压缩机时的焓分别为 h1、h2， 进入蒸发器时为 h5，则 制冷系数ε = (h1-h5)/(h2-h1) ，制冷量 q2= h1-h5 。 4．用压缩蒸汽制冷循环供暖，工质进、出压缩机时的焓为 h1、h2，工质流出冷凝器时的焓 为 h4，则热泵系数ε '= (h2-h4)/(h2-h1) ，耗功 W0= h2-h1 。 5．制冷循环中，低温热源失热 q2，外界对系统作循环功 w0，高温热源得热 q1，则制冷循环 的制冷系数 ε =q2/(q1-q2) 。 提高蒸发温度， 降低冷凝温度 减小 。 。 6． 压缩蒸汽制冷循环中， 提高制冷系数ε 的方法是7．压缩空气制冷循环的制冷系数随着循环增压比增大而二选择题第一章 1、B；2、D 第二章 1、C；2、C 第三章1、C；2、A；3、B；4、B；5、D；6、C；7、A；8、C。 第四章 1、D；2、C；3、C；4、B；5、D；6、B；7、A；8、D。 第五章 1、C；2、B；3、C；4、C；5、D；6、C；7、D；8、C；9、C；10、D 第七章 1、C；2、B；3、D 第八章 1、A；2、B；3、C；4、A；5、C；6、C；7、C；8、D；9、B；10、C; 11、A；12、A；13、B； 14、B；15、A；16、A；17、B；18、C；19、D；20、B；21、D；22、A；23、A；24、A；25、 C。 第九章 1、A；2、B；3、B；4、B；5、D；6、B；7、A；8、D。 第十章 1、D；2、C；3、D；4、B；5、A；6、D；7、B； 第十一章 1、B；2、C；3、C 第十二章 1、B三、问答题第一章 １．平衡状态和稳定状态有什么区别？ 平衡状态是指：在不受外界影响的条件下，热力系统的状态能够始终保持不变；稳定状 态是指：不随时间而变化的状态。 第二章 １．焓的定义式 h=u+pv 中的 pv 是不是储存能？为什么？在什么情况下 pv 项会出现在能量方程式中？ PV 不是储存能， 因为推动功 PV 只有在工质移动布置时才起作用； 项可出现于开口系 PV 统的能量方程式中； 3．为什么热力学能是状态参数？ 1)热力学能是储存于物体内部的能量；2)包括内动能与 T 有关，内位能与 T，v 有关，所以 u=f(v,T)；3)由于 u 仅与 v,T 两个状态参数有关，u 是状态参数。第三章 １．为什么理想气体的定压比热仅与温度有关？ 因为 Cp=dh/dT，h=u+pv=u+RT，u=f(T)；所以，定压比热仅与温度有关。2 第四章 １．为什么在Ｔ－Ｓ图上定压线比定容线平坦些？ 因为 ( ? T / ? S ) P ? T / C p , ( ? T / ? S ) v ? T / C v ,而且 Cp>Cv； 2．当双原子理想气体经历一个 n=1.3 的膨胀过程时，其能量转换关系如何？ q>0,W>0,Δ u<0； 3．当闭系中的理想气体进行多变膨胀过程时，若膨胀功多于吸热量，则多变指数 n 的取值 范围如何？为什么？ 多变指数 n 的取值范围为 1<n<k，这可由为 w/q=(k-1)/(k-n)分析之。 4． 当双原子理想气体经历一个 n=1.2 的压缩过程， 其能量转换关系如何？ 功和热量之比等 于多少？ q0,Wn>1。 6．理想气体膨胀时是否必须吸热？被压缩时是否必须向外界放热？为什么？ 不一定，根据 q=Δ u+w 说明； 7．空气进行多变比热 Cn<0 的放热过程时，能量转换关系如何？ 由Cn ?n? k n?1 C v ? 0 知 1<n<kΔ u>0，q<0，w<0第五章 １．借助逆向循环可使热量从低温物体传到高温物体，这与热力学第二定律 的克劳修斯说法是否矛盾？为什么？ 不矛盾。 因为逆向循环之所以能把热量从低温物体传到高温物体， 是因为逆向循环以消 耗循环净功为代价。 2．理想气体由某一初态，分别经可逆绝热过程 1-2 和不可逆绝热过程 1-2' 膨胀到同一终温，试问这两个过程的功有何关系？为什么？ 这两个过程的功相等，因为理想气体绝热过程 的功只与初、终态温度有关可逆功w ? ? ? u ? c v (T1 ? T 2 ) ，不可逆 w ' ? ? ? u ' ? c v (T1 ? T 2 ' ) 。3．工质经不可逆循环，其∮ds＝0，但又有关系式∮dQ/T<0，为什么？ 第二定律 ? S ??2dQ T(不可逆)，(dQ/T)不≠ds1熵是状参∮ds=0，所以∮(dQ/T)’不<0。 4．为什么说“工质经过一个绝热过程其熵变量只能是大于或等于零，而经过一个放热过程 其熵可增可减或不变”？ 由 ds≥dq/T，绝热 dq=0，所以 ds≥0 放热 dq0，所以 dq/T0，ds=0，ds<0。 5．理想气体从同一初态吸热到相同的终温，一为定压吸热，一为定容吸热。问两者的吸热 量和内能变化量。两过程的吸热平均温度有何关系？q p ? C p ?Tqv=CvΔ T ? C p ? C v ? ? q p ? q v因为 T2V=T2P ，所以内能变化相等Tw ? qv ?S v ? T 2 ? T1 ln T2 T1 T1 p ? qp ?S p ? T 2 ? T1 ln T2 T17．当孤立系统内发生不可逆变化，其总熵量必然增大。以孤立系统内发生有温差的传热过 程为例，简单说明之。 两物体温度为 T1，T2(T1>T2)，传热量为 Q， Δ S 孤＝-Q/T1+Q/T2=Q(1/T2-1/T1)>0 8．为什么“热力系统经过一个不可逆过程后，其熵的变化量无法计算”的说法是错误的？ 那么不可逆过程的熵变量又应该通过什么途径来计算呢？ 熵是状态参数， 熵变量仅决定于热力系统的初终状态， 不论过程可逆与否， 与路径无关， 由于过程有 ? S 1 2 ??2dQ T，故熵变不能通过不可逆过程计算，但可通过初终态相同的任意1可逆过程计算。 10．P-v 图上两条定熵线为什么不可能相交？试根据热力学第二定律证明之。 假设两条定熵线相交，用反证法证明。 11． “不可逆过程的熵差无法计算” ，该说法对不对？为什么？ 不对，熵是状态参数，与过程无关。 12． “如果从同一始态到同一终态有两条途径，一为可逆，一为不可逆，那么不可逆的熵差 必大于可逆途径的熵差” 。这种说法对吗？为什么？ 不对，熵是状态参数，与过程无关。只要有相同的初终态，熵差就相等。 13．为什么单热源热机不能实现？（试用孤立系统的熵增原理进行分析） 如单热源热机能实现则从高温热源吸进热量 Q1 全部变为功，Q1=W>0，取孤立系Δ S 孤 =-Q1/T1=-W/T1T2，所以Δ S 孤<0，不能实现。 15． 根据热力学第二定律分析， 为什么完成一个正向循环后热能不能 100%地转化为机械能？ 如果完成一个循环热能 100％转化为机械能，则相当于只从一个热源吸热，对热源和热 机取孤立系，则孤立系Δ S 孤=-Q1/T1=-W/T1<0，不能实现。１． 何谓正向循环与逆向循环？这两种循环所产生的效果有何不同？逆向循环与可逆循环又 有何区别？ 正向循环是将高温热源放出热量的一部分转化为功的循环； 逆向循环是消耗一定量的机 械能使热能从低温热源传至高温热源的循环；可逆循环是全部由可逆过程组成的循环。第七章１．水蒸汽在定温过程中是否满足关系式 q=w？为什么？ 不满足。因为要使 q=w 成立，必须有 ? u ? 0 ，水蒸汽不是理想气体，故对于水蒸汽的定温 过程 ? u ? 0 。第八章1、当进口空气流的马赫数 M＞1 时，截面渐缩的管道宜作喷管还是扩压管？为什么？ 宜作扩压管。因为由几何条件知：当 dA＜0、M＞0 时，dc＜0，再由几何条件知 dp＞0； 2．亚音速空气流过渐缩喷管，初压 P1=10bar，背压 Pb=1bar，如其余条件都不变，只提高初 温，则出口流速、流量将如何改变？为什么？ C2=Ccr T1 增大，C2 增大 qmax，T1 增大，qmax 下降。 流速增大，流量减小； 3．亚音速空气定熵流经喷管，已知进口截面上空气压力 P1=7bar， 试问当出口背压分别为 5bar,3.696bar,1.2bar 时，为使气流充分膨胀，得到最大动能，应该分别采用什么形状的 喷管？为什么？ 5/7=0.714>0.528 取渐缩形 3.696/7=0.528 取渐缩形 1.2/7<0.528 取缩放形。 4．理想气体流经渐缩管道时，在什么条件下起喷管作用？什么条件下起扩压管作用？为什 么？dA A ? (M2? 1)dc cdA<0M0，起喷管作用；M>1 时，dc0，所以 dp<0。 6．亚音速气流稳定、绝热流过渐缩管道，压力怎样变化？为什么？ 2 对稳定绝热管流，dA/A=(M -1)dC/C 因 dA<0，M0， 2 又 KM dC/C=-dp/p，dc>0，所以 dp<0，故压力降低。 7．亚音速气流流过渐缩喷管，背压低于临界压力，若初温 t1 提高，而其它条件不变，则出 口速度、压力和流量有何变化？为什么？ 背压低于临界压力，出口达到临界状态 P2＝Pcr 不变 C2=Ccr T1 增大，C2 增大 mmax，T1 增大，mmax 下降。 8．对亚音速气流，要使流动加速，管道截面应如何变化？当气流加速时，气流压力如何变 化？为什么？ 采用渐缩喷管，压力减小 2 因为 dA/A=(M -1)dc/c，M0，必 dA0，则 dp<0，压力减小。9．亚音速理想气体可逆绝热流过渐缩截面管道时，气体温度、压力、流速如何变化？为什 么？ 2 2 T、 下降， 增大。 dA/A=(M -1)dc/c 知， P C 由 dA<0， M0。 又由-(1/K)dp/p=M dc/c， dc>0，dq0，所以 dT<0。第九章 １．压气机采用多级压缩和级间冷却的主要优点有哪些？为什么？ 节省压缩耗功，限制压缩终温，提高容积效率；可由两级压缩且级间定压冷却的 P－V 图 和 T－S 图分析原因。 2．设计多级压缩、级间冷却的活塞式压气机时，采用各级的增压比相同，这样做可得到哪 些有利结果？ 每级耗功相等，有利于曲轴的平衡；每级压缩终温相等；每级放热相等。 3． 活塞式压气机在何种情况下要采用多级压缩？分析采用多级压缩、 级间冷却方法的优劣。 要求压力较高气体（也即增压比高） ，为保证一定的生产量。 优点：减少余隙容积影响；能得到一定生产量高压气体，节省压缩耗功，降低了终温有 利于润滑；有利于轴力平衡； 缺点：增加了一个冷却装置。 4．采用两级级间冷却的压气机，若进口压力与出口压力分别为 P1 和 P3，则其最有利的中间 压力 P2 与 P1 和 P3 的关系如何？这样选取 P2 有哪些好处？ 每级耗功相等，每级终温相同，每级排热相等。p2 ? p1 p 3第十章 １．内燃机混合加热理想循环有哪些特性参数？它们对循环热效率影响如何？ ε =v2/v1，λ =P3/P2，ρ =v4/v3 提高ε 、λ 和降低ρ 可使η t 提高。第十一章 １．在蒸汽动力装置中，只要汽轮机叶片材料允许，为什么要同时提高过热蒸汽的初压 P1 和初温 t1？ 仅提高 P1 能使 ? t 提高，但 x2 将降低；只有提高 P1 同时又提高 t1，使 ? t 提高而 x2 可在允 许范围内。四、作图题第四章１． 闭系里的双原子理想气体进行多变膨胀过程(1<n<k)， 试在Ｔ－Ｓ图上用面积表示该过 程的膨胀功。 由 q=Δ u+W 及 T－S 图上定容线下方的面积代表内能变化量，可在 T－S 图用面积表示膨 胀功 W。 2．在Ｐ－Ｖ、Ｔ－Ｓ图上画出理想气体（双原子）受压缩，升温又放热的多变过程，指出 其多变指数 n 的范围，并说明能量转换关系。 类似于《工程热力学》一书思考题 9（P141） 3．试将满足气体受压缩、又升温、又吸热的多变过程在Ｐ－Ｖ，Ｔ－Ｓ图上表示出来，并 说明能量转换关系，指出多变指数 n 的范围。 类似工程热力学一书思考题 9(P141) 4．理想气体从状态 1 可逆绝热压缩到状态 2，再可逆定容加热到状态 3， 再可逆定温膨胀 到状态 4，最后经可逆定压放热过程回到初态 1。试在 P-v 图和 T-s 图上画出该可逆循环。 根据四个基本热力过程来构成循环。 5．在 P-V 图上画出工质又膨胀、又降温、又吸热的多变过程。 1<n0，W<0，qk，K<n0 和 q<0 画出 p-v 图和 T-s 图，能量 转换关系为：内能的减小转化为对外作功和放热。Δ u0，q<0第五章 １．闭系里的理想气体作不可逆绝热膨胀 1-2，设环境温度 T0<T2，试在Ｔ－Ｓ图上用面积表 示膨胀功和作功能力损失。 在 T－S 图上先画出定熵膨胀过程 1－3 和不可逆绝热膨胀过程 1－2，且两过程的终态 比容相等，则作功能力损失 I=T0(S2-S3)。 2．理想气体由初温 T1 可逆等压吸热至 T2，再经不可逆绝热膨胀至初温(T3=T1)，然后可逆等 温放热至初态。在Ｔ－Ｓ图上画出循环， 并用面积表示作功能力损失。设环境温度为 T0(T0<T1) I=T0Δ S 第七章 １．压力为 P1、温度为 t1 的过热水蒸汽定压冷却成干度为 x2 的湿蒸汽，试在 h-s 图上表示 该冷却过程，并写出该过程放热量的计算式。 在 h-s 图上表示水蒸汽的定压冷却过程见热力学 P224 图 7-9。 2．在某蒸汽锅炉中，把 90bar、30℃的未饱和水在定压下加热成 450℃的过热蒸汽，熵增Δ s=6.1KJ/(kg.K)。 烟气在定压下从 1500℃降至 250℃， 生产 1Kg 过热蒸汽所需烟气的熵降│ Δ s│=2.1KJ/K，查得蒸汽的饱和温度 ts=303.3℃，设环境温度 t0=17℃，试在Ｔ－Ｓ图上定 性地画出烟气和形成过热蒸汽的过程线， 并用面积表示由于不可逆传热而引起的每生产 1Kg 过热蒸汽的作功能力损失。 在 T－S 图上，烟气的过程线是一条定压放热线，水的定压加热汽化过程线参见热力学P215 图 7－5；作功能力损失 I＝T0 ? S 孤； 第八章 １． 理想气体稳定绝热地流过喷管， 一为可逆流动 1-2， 另一为不可逆流动 1-2'， P2=P2'， 若 试在Ｔ－Ｓ图上用面积表示这两种流动的出口动能之差， 并说明画图依据。 先在 T－S 图上画出过程线 1－2 和 1－2’ ，由绝热流过喷管的能量方程知，这两种流动 的出口动能差等于 ( h 2 ' ? h 2 ) =定压线 2－2’下方的面积。 2．理想气体稳定流经喷管时向外放热，试在 T-s 图上用面积定性表示每千克气体的动能增 量。 由稳定流动的能量方程知： 气流的动能增量等于[q12-(h2-h1)]， 根据喷管中气流特征 （即 T2<T1,P21，又因 q12<0，从而可在 T－S 图上画出过程线 1－2，并画出表示动能 增量的面积。 第九章 １．压气机把初态为(p1,v1)的空气按多变过程(1<n<k)压缩到终压 P3，试在 P -v 图上用面积表示不分级压缩比分两级压缩且级间定压冷却多耗的功。 P-v 图见热力学 P261 图 9-5； 2．当初态和增压比相同时，试在 p-v 图上用面积表示采用两级压缩、 级间冷却的活塞式压 气机比单级压缩压气机所节省的功。 节省的耗功见热力学 P261 图 9-5(b)中的阴影面积； 3．当初态与增压比相同时，试在 T-s 图上表示两级压缩级间冷却比不分级压缩少耗的功。第十章 １．当活塞式内燃机的三种理想循环有相同的初态、最高压力和最高温度时，试画 T-s 图比 较这三种理想循环热效率的高低。 η tp >η tm>η tv，T－S 图见热力学 P281 图 10-12； 2．对内燃机的三种理想循环，当初态、吸热量和最高压力相同时，试用 T- S 图比较三种理 想循环热效率的高低。 T－S 图略。 由图知，q1P=q1m=q1v, q2v>q2m>q2p，由热效率公式，所以η tp>η tm>η tv。 3．当初态相同、压缩比ε 相同、吸热量 q1 相同时，试画 T－s 图比较活塞式内燃机三种理 想循环热效率的高低。 T－s 图见沈维道的《工程热力学》P280 图 10－11； 由图知，q1v=q1m=q1p q2p>q2m>q2v 由热效率公式 η tr>η tm>η tp 4．画出内燃机混合加热理想循环的Ｐ－Ｖ和Ｔ－Ｓ图，指出循环的特性参数，在Ｔ－Ｓ图 上比较初态相同，压缩比相同，最高温度相同时，三种内燃机理想循环热效率大小。 η tv>η tm>η tp 5．在 T-S 图上比较初态相同，最高压力和放热量相同时， 内燃机三种理想循环热效率的高低。 与《工程热力学》一书图 10-12(P281)相同； η tp >η tm>η tv 6．对活塞式内燃机的三种理想循环，当初态、最高温度和放热量相同时，试在 T-S 图上比 较这三种循环热效率的高低。 循环 T－S 图与书图 10-12 相同。 η tp >η tm>η tv 7．对内燃机三种理想循环，当初态、压缩比和放热量相同时，试在 T-S 图上比较三种循环 热效率的高低。 循环 T－S 图略。 由图知，q1v>q1m>q1p q2v=q2m=q2p 由热效率公式，所以η tv>η tm>η tp 8．在Ｔ－Ｓ图上比较初态相同， 吸热量和最高温度相同时，内燃机三种理想循环热效率的 高低。 η tp >η tm>η tv 9．试在 T－s 图上画出燃气轮机装置的定压加热实际循环， （实际循环中只有压缩过程和膨 胀过程是不可逆绝热过程， 其余过程都是可逆的） 并在 T－s 图上面积表示实际循环比理想 ， 循环少作的功。 T－S 图参见热力学 P288 图 10－19， 不可逆绝热膨胀比可逆绝热膨胀少作的功为定压线 4-4’下方的面积，不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多耗的功为定压线 2-2’下方的面积。 11．若初态的循环最高温度相同时，若增压比提高，试画 T-s 图证明：燃气轮机装置定压 加热理想循环的热效率提高。第十一章 １．试画Ｔ－Ｓ图比较简单蒸汽动力装置的理想循环（即朗肯循环）热效率 与只考虑汽轮机中摩阻损耗的实际循环热效率的高低。 T－S 图见热力学 P301 图 11-6； 2．当蒸汽的初温和背压不变而提高初压时，试画Ｔ－Ｓ图分析朗肯循环热效率和汽轮机排 汽干度的变化。 T－S 图见热力学 P300 图 11－4，将使热效率增大，排汽干度降低。 3．当忽略水泵功时，画出蒸汽动力装置朗肯循环的Ｔ－Ｓ图，指出影响该循环热效率蒸汽 参数，并在图上用面积表示该循环的净功。 类似工程热力学图 11-1(P297)。影响该循环热效率蒸汽参数有：初温 t1、初压 p1 和背 压 p2。 4．试画 T-s 图说明：对于蒸汽动力装置朗肯循环，在相同的初压及背压下， 提高初温可使 热效率增大。 见《工程热力学》一书图 11-3(P300) 5．当初态和绝热膨胀终压相同时，试在水蒸汽的 h-s 图上画出汽轮机中的可逆绝热膨胀过 程和不可逆绝热膨胀过程。 见热力学书 P301 图 11-6（b） 。 6．对蒸汽动力装置循环，一为理想循环，一为考虑汽轮机中存在不可逆损失而进行了不可 逆绝热膨胀的实际循环，试用 T-S 图表示两种循环的循环功的差值。T－S 图与书图 11-6（a）相同。 Δ W=面积 22a782 1234561 为可逆循环。 12a34561 为不可逆循环。五、计算题第二章 3 １． 空气在压气机中被压缩， 压缩前后的参数分别为 p1= 1bar 、 v1= 0.845m /Kg， 3 p2=8bar,v2=0.175m /Kg。 若在压缩过程中每 Kg 空气的内能增加 146.5KJ 并向外放热 50KJ， 求压缩过程中对每 Kg 气体所作的功及每生产 1Kg 压缩空气所需的功。 1、W=q-Δ u= -50-146.5= -196.5KJ; Wc= -Wt==W+P1v1-P2v2=252KJ; 3 3 ２．设有一定量的气体在气缸内被压缩，容积由 1.5m 压缩到 0.5m ，压缩过程中压力保持 常数 P=1bar。若在压缩过程中气体的内能减小 15KJ，则此过程中有多少热量被气体吸入或 放出？ 压缩功 W= ? p d v ==-100KJ1 2由一律 Q=Δ U+W=-115KJ 故放出 115KJ 热量。第三章 １．在-23℃的仓库，有一只容积为 0.04m 的氧气瓶，其表压力为 150bar。 领来车间后长 期未使用。 经一段时间后， 在车间温度 17℃下， 指示压力为 152bar， 当地的大气压 Pb=1bar， 试计算氧气瓶漏气量。 P1=151bar P2=153bar 由 1，2 状态气体状态方程得：Δ m=m1-m2=1.17Kg R=0.26KJ/(kg.K) 2．压气机每分钟从大气中吸取 tb=17℃、Pb=1bar 的空气 0.3m ，充进 v=2m 的贮气罐中。气 罐中原有空气的温度 t1=17℃、 表压力 Pg=0.5bar， 问需经过多少分钟才能使贮气罐中气体的 压力提高到 P2=7bar，温度升到 t2=50℃？ 先求出需充入的空气量为 11.5Kg，从而可求得所需时间为 32 分钟。 3 ． 有 一 绝 热 刚 性 容 器 ， 中 间 被 融 板 分 为 A,B 两 部 分 ， A,B 装 有 不 同 种 类 的 3 PA1=4bar,VA1=0.3m ,tA1=15 ℃ ,RA=259.82J/(Kg · K) ； 3 PB1=5bar,VB1=0.6m ,tB1=15℃,RB=296.94J/(Kg·K)；抽去隔板使 A,B 气体混合并重新达平衡 态， 求平均气体常数和混合气体的温度。 R=285.21J/(Kg·K) T2=288K 5．有一种理想气体，初始时，P1=500KPa,V1=0.14m ， 经过某种状态变化过程，终态 3 P2=160KPa,V2=0.25m ，过程中焓值变化量为Δ H=-60KJ。设比热为定值，Cv=3.12KJ/(Kg.K)。 求 1)过程中内能的变化量Δ U；2)定压比热 Cp；3)气体常数 R。 1)Δ U=Δ H-(P2V2-P1V1)=-30KJ3 3 3 32)Cp=CvΔ H/Δ U=6.24KJ/Kg·K 3)R=Cp-Cv=3.12KJ/Kg·K ２．一隔板将容器分为 A 和 B 两个相等的部分。已知：A 中装有 32Kg,2bar,25 ℃的空气；B 为真空。问当隔板抽出，A 与 B 连通后，容器中气体的压力、温度、 内能的变化及熵变化 各为多少？假定整个容器和环境绝热。 (1)Q=Δ U+W Q=0, W=0 故Δ U=0 T1=T2=298K Δ S12= m R InV2 V1 ? 5? 7 6 K J ? KP1 V 1 R T1?P2 V 2 R T2V1 V2由于 T1=T2? P2 ? P1? 1b a r(2)I=T0Δ S=1687.7KJ ２．装有某种理想气体的绝热刚性容器被隔板分为Ａ、Ｂ两个部分，已知：A=1bar, VA=2m , P 3 tA=27℃, PB=2bar, VB=1m , tB=127℃，当抽去隔板后， 求气体的平衡温度和平衡压力。 由热力学第一定律的第一解析式，求得平衡温度为 70℃；由状态方程求得平衡压力为 4/3bar； 第四章 3 3 １．三千克氮气先从 4m 可逆绝热压缩到 3m ，然后可逆定压膨胀到初始容积， 已知初态温 度为 17℃，氮气的定容比热 Cv=0.74KJ/(Kg·K)，求全过程的功。 由可逆绝热压缩过程求得 T2＝325.4K,P2=96611Pa(其中所需的 P1 由状态方程求得 P1＝ 64582Pa，从而 W12＝mcv(T2-T1)= -78.6KJ, W23=P2(V3-V2)=96.6KJ,W123=W12＋W23=18KJ； 3 2．初压为 2bar、体积为 1m ，在定温膨胀后容积为原来的两倍，求空气的终压、吸热量。 空气的终压 P2=1bar，吸热量 Q=W=138.6KJ； 3．一千克理想气体先定压吸热再定容冷却到初温，吸热时气体得到的热量比它冷却时放出 3 的热量多 62.7KJ，气体的初态比容为 0.9m /Kg， 全过程的最高温度为 523K，气体常数 R=0.297KJ/(Kg·K)，求气体的终态压力。 Δ u=0，q=q12+q23=62.7KJ/Kg，W=W12=q=62.7KJ/Kg W12=R(t2-t1) 气体的初温 t1=312K=39℃ 由定压过程 1－2，定容过程 2－3 和状态方程得 初压 P1＝RT1/v1=1.03bar，终态压力 P3=P1T1/T2=0.614bar。 4．一千克空气（可视为双原子理想气体）先定压吸热后再可逆绝热膨胀到初温，定压吸热 3 量比可逆绝热膨胀功多 5KJ，初态温度为 300K，初态比容为 0.97m /Kg，求吸热过程的终温 和膨胀过程的终压（设空气的气体常数为 287 J/(Kg·K)） 。 已知 T1=T3=300K，由 Cp(T2-T1)-Cv(T2-T3)=（Cp- Cv）×（T2-T1）=5 求得 T2=317.4 K，从 而 膨 胀 终 压 ，p 1 ? R g T1 / v 1 ? 0 . 8883bar，p 2 ? p 1 ? 0 . 888 bar，p3 ? p2 (T3 T2k) k ? 1 ? 0 . 732 bar。5．一千克空气（可视为双原子理想气体）先等温膨胀到初态容积的 2.2 倍，并对外作功 67.5KJ，然后定容吸热到初态压力，已知 Cv=0.716KJ/(Kg·K),R=0.287KJ/(Kg·K)，求上述 整个过程中空气的吸热量。 整个过程中空气的吸热量 q123=q12+q23=323.8KJ/Kg。 6．一千克空气先不可逆绝热膨胀到初容积的２倍，再可逆定压压缩到初始容积，膨胀功比 压缩过程功多 10KJ，初温为 T1=800K，定容比热 Cv=0.718KJ/(Kg·K)，求膨胀终温和压缩终 温。 由于膨胀功比压缩过程功多 10KJ，所以可求得膨胀终温 T2＝655.5K，由定压过程 2－3 得 T3＝327.7K。 7．0.23Kg 的某理想气体，从初态 P1= 14bar, t1= 360 ℃可逆绝热膨胀到 P2=1bar，接着又 可逆定容加热到初温， 并在此温度下可逆定温压缩回到初态。 设气体 Cp=1.005KJ/(Kg· K), 绝热指数 K=1.4，求绝热膨胀所作的功和定温压缩消耗的功。 绝热膨胀功 Ws=55.3KJ，定温压缩过程的功 WT＝－78.8KJ； 3 8．将气缸中温度为 20℃、压力为 1bar 的 0.3m 理想气体可逆定温地压缩到 5bar，然后又 可逆绝热地膨胀到初始容积。求：气体质量、 压缩过程中气体与外界交换的热量以及膨胀 过程中气体的膨胀功。设气体 Cp=1.0KJ/(Kg·K),绝热指数 K=1.4。 气体质量为 0.358Kg，定温压缩的热量 QT＝－48.3KJ，可逆绝热膨胀功 WS=35.6KJ; 9．容积 0.6m 的气瓶内装有 50bar、27℃的压缩空气， 用以启动柴油机后压缩空气的压力 降为 35bar，过程是在可逆绝热条件下进行的，问用去多少千克空气？过了一段时间，瓶内 压缩空气从环境吸热，使压缩空气的温度回升到 27℃，问此时压缩空气的压力应为多少？ （设压缩空气的气体常数 R = 0.287 KJ/(Kg·K)、绝热指数κ = 1.4) 由状态方程求得用去的空气为 7.84Kg；当空气温度回升到 27℃时，由定容过程的初、终 态参数关系得空气压力为 38.7bar。 10．绝热压缩 0.5Kg 空气，其温度上升到 300℃，压力上升到 30bar。此时， 消耗于压缩空 气的功为 150KJ。然后空气定容冷却到初始温度。 求终了空气压力和放出的热量，定容比 热 Cv=0.723KJ/(Kg·K)。 Δ U13=0 Q123=Q23=mCv(T3-T2) Q123=W12=Q23 mCv(T3-T2)=Q23=W12 T1=T3=158K Q13=Q23=-150KJ 由定容过程 2－3 得 P3=8.27bar 11 ． 空 气 先 在 定 压 下 吸 入 热 411.7KJ/Kg ， 然 后 可 逆 绝 热 膨 胀 到 初 始 温 度 ， 初 态 t1=30℃,P1=10bar。求过程最高温度、终了压力及内能变化量和膨胀功。( Cp= 1 .004KJ/(Kg·k),R=0.287KJ/(Kg·K))T2 ? qp cp ? T1 ? 4 4 0 ℃；由可逆绝热过程 P3＝0.5bar3Δ u13＝0；W=Wp+Ws=R(T2-T1)=Cp(T2-T1)+Cv(T2-T1)=411.7KJ/Kg或 W13+Δ u13＝q13 q12=q13 W=411.7KJ/Kg 3 3 12 ． 1Kg 氢 气 先 从 8m 定 熵 压 缩 到 5m ， 然 后 可 逆 定 压 膨 胀 到 初 容 积 ， 若 初 温 t1=-30℃,Cv=10.39KJ/(Kg·K)，求全过程的功。 K-1 T2=T1(V1/V2) =293K W1-2=-Δ u1-2=-522.2KJ/Kg P2=RT2/V2=243.5KPa W2-3=730.6KJ/Kg W1-3=209.1KJ/Kg 13．1Kg 氮气从 v1=0.75m /Kg，定容冷却到-40℃，而又定压加热到初始温度，如加热量比 冷却放热量大 50.16KJ/Kg，求气体初始压力。 （氮气分子量为 28） 1→2→3 q=qv+qp=50.16=Δ u13+W Δ u13=0 W=Wp=R(T3-T2)=R(T1-T2) T1=T2+W/R=402K 由状态方程： P1=1.59bar 14．空气在定容下吸入热量 244.8KJ/Kg，然后可逆绝热膨胀到初始温度。初态 t1= 30℃,P1= 10bar 。 求过程最高温度， 终了压力及内能改变量和膨胀功。 ( Cv= 0.72KJ/(Kg·k)) qv＝Cv(T2-T1) T2=qv/Cv+T1=370℃＝643K； 由定熵过程 2-3 和已知条件得 P3=1.52bar； Δ u13=0；W=W23=q-Δ u=244.8KJ/Kg 15．1Kmol 理想气体，初态 P1=2bar,t1=27℃，定温膨胀到容积为原来的 3 倍。求终压 P2，气 体的吸热量和熵变。p 2 ? p1 v1 v2 ? 2 / 3b a r3Δ S1-2=μ Rln(v2/v1)=9.134KJ/(Kmol·K) q=T0Δ S1-2=2.740KJ/Kg 16．1Kg 空气，P1=10bar,T1=900K，可逆绝热膨胀到 P2=1bar，设比热为定值，K=1.4，试求 ⑴终点参数 v2,T2；⑵过程功和技术功。 (K-1)/K t2=t1(P2/P1) =465.8K 3 V2=(RT2)/P2=1.337m /Kgw ? 1 K ?1 R ( T1 ? T2 ) ? 3.1 2 ? 1 0 J55Wt=KW=4.36×10 J 17．1Kg 空气在气缸中膨胀，初态 P1=30bar,t1=227℃，终态压力 P2=1bar， 膨胀经历两个过 程，1-a 为 n=1.35 的可逆多变过程，ta=127℃；a-2 为可逆绝热过程，R=0.287KJ/(Kg·K)， 求全过程的膨胀功。 W1-a=[R/(n-1)](T1-T2)=82.3KJ/Kg n/n-1 Pa=P1(Ta/T1) =12.7barWa ?2 ? R Ta K ?1 [1 ? ( p2 pak ?1)k]18．某理想气体进行定压吸热后，再绝热膨胀至初始温度，若定压过程吸热量为 48KJ，绝 热过程膨胀功为 30KJ。试求 1)整个过程对外作的膨胀功？2)该气体在绝热膨胀过程的绝热 指数 K？ 1)W123=Q123-Δ u123=Q123=Q12=48KJ 2)K=1.620．1Kg 空气从 v1=0.5m /Kg 定容加热到 100℃，又定压冷却到初始温度， 如果放热量比加 热时的吸热量多 60KJ/Kg，求气体的初压 P1？(R=0.287KJ/(Kg·K)) 60=Cp(T2-T3)-Cv(T2-T1)=R(T2-T1) T1=-109.1℃ P1=0.94bar 21．定压压缩 1Kg 氧气所需的压缩功为 90KJ，此后气体等温膨胀， 而且膨胀功等于定压压 3 缩功， 在压缩开始时， 气体 v1=0.4m /Kg， 膨胀终了时气体温度等于 30℃,R=0.26KJ/(Kg· K)， 求膨胀终了时气体的压力？ 5 P2(V1-V2)=90 P2=4.22×10 Pa 5 P3=1.35×10 Pa3１．1Kg 氢气从 8m 可逆绝热压缩到 5m ，然后定压膨胀到初容积， 求全过程的内能变化量、 功与热量以及终态压力和温度。气体的初始温度为-30℃，定容比热 Cv=10.22KJ/(Kg.K) 。 由可逆绝热过程 1－2，T2=293.26K，由状态方程，P3=P2=2.44bar T3=T2v3/v2=469.2K Δ u13=Cv(T3-T1)=2311.8KJ/Kg q123=q23=Cp(T3-T2)=(Cv+R)(T3-T2)=2529.5KJ/Kg W123=q123-Δ u13=217.7KJ/Kg 3 3 １．在封闭气缸里 1Kg 氢气先从 10m 可逆绝热压缩到 5m ，然后可逆定压膨胀至初始容积。 已知初始温度为 17℃,Cv=10.39Kg/(Kg·K)，求全过程的功和热量。 按可逆绝热过程 1－2 得 T2=382.6K 由状态方程 P2=P3=3.18bar 由定压过程 2－3 T3=765.2K Δ u13=Cv(T3-T1)=4937.3KJ/Kg q=q23=Cp(T3-T2)=kCv(T3-T2)=5565.6KJ/Kg W=q-Δ u=628.3KJ/Kg 3 ２．有一容积 V=0.5m 的空气瓶，内装有 P1=10MPa,T1=300K 的压缩空气用来启动柴油机，启 动后瓶中空气压力降低为 P2=4.5MPa，温度 T2=300K，问用去了多少千摩尔空气，相当于多少 千克？（空气的分子量μ =28.97Kg/Kmol， 空气可认为是理想气体） Δ n=n1-n2=1.103(千摩尔) Δ m=μ ×Δ n=31.9(Kg) 3 ２．容积 V=0.6m 的钢瓶内装有压力 P1=120bar，温度 T1=300K 的压缩空气， 打开压缩空气 瓶上阀门用以启动柴油机。 假定留在瓶中的空气进行的是可逆绝热膨胀。 设空气的比热为定 值，R=0.287KJ/(Kg·K)。1)问瓶中压力降低到 P2=70bar 时， 用去了多少千克空气？这时 瓶中空气的温度是多少度？2)过了一段时间后， 瓶中空气从室内空气吸热，温度又逐渐升33高，最后重新恢复到 300K，问这时空气瓶中压缩空气的压力 P2 多大？ 1)由绝热过程 T2=257K Δ m2=m1-m2=26.7Kg 2)P2=81.7bar２．已知 2.8Kg 温度为 7℃的氮气先从 2.3m 被可逆绝热压缩到 1.3m ，然后在定压下可逆膨 胀到初始容积，氮气的比热 Cv=0.742KJ/(Kg·K)，求全过程的功。 先求得初压 P1=1.012bar，压缩终压力 P2=2.25bar，压缩终温 T2=352K，全过程的功 W123=W12+W23=75.4KJ。 第五章 １．某热机工作于高温热源 T1= 2000K 和低温热源 T2= 300K 之间， 循环功净为 1500KJ， 工质向低温热源放热为 500KJ， 求该热机的热效率及同温限间卡诺循环的热效率，并问该 热机是否可逆？ η t ＝75％；η K ＝85％，该热机是不可逆的； ２．一千克空气先进行可逆定压吸热过程１－２， 再进行不可逆绝热过程２－３，最后经 可逆等温过程回到初态。已知 t1=27℃,t2=527℃，环境温度等于初温，过程２－３的熵增为 0.1KJ/(Kg·K),Cp=1.005KJ/(Kg·K)，求该循环的平均吸热温度、 热效率及作功能力损失。 平均吸热温度等于 509.6K，放热量为 325.8KJ/Kg，热效率为 35.2%，作功能力损失为 30KJ/Kg； 3．工质在热源 TH=1000K 和冷源 T0（即环境温度）=300K 之间进行热动力循环，每 Kg 工质 从热源吸热 1000KJ，工质吸热时与热源有 200K 的温差，工质放热时与冷源有 20K 的温差， 工质的膨胀过程是可逆绝热的，工质的压缩过程是熵增为 0.3KJ/(Kg·K)的绝热过程。求热 效率及每 Kg 工质的可用能总损失。 放热量 q2=[0.3+q1/(TH-200)](T0+20)=496KJ/Kg，从而热效率为 50.4%，作功能力损失 I＝ T0(-q1/TH+q2/T0)=196KJ/Kg； 4．热机在热源 T1=1000K 和冷源 T0=290K 间工作，热效率为 40%，若从高温热源吸取热量 Q1=100KJ，则作出的循环功正好用以带动工作于 TH=360K 和 T0 之间的热泵，设热泵系数为 3.5，求热泵向 TH 的供热 QH，若 QH>Q1， 这是否符合孤立系统的熵增原理？ 热泵向 TH 的供热 QH ＝140KJ，以全部热源及热机、热泵为孤立系统的熵变化量为 0.151KJ/K，这符合孤立系统的熵增原理。 5．可逆机Ｅ与 TA=420K、TB=630K、TC=840K 三个热源都有热交换， 当热源 TC 放热 1260KJ 时，Ｅ有循环净功 210KJ，求此时热源 TB 与工质的换热量，并指出热源 TB 是吸热还是放热。 根据热力学第一定律和孤立系统的熵增原理，列出两个方程，由此解得热源 TB 与工质 的换热量为 1260KJ（吸热） 。 6．工质从温度为 300K 的热源吸热 6000KJ 后，工质的熵增为 25KJ/K， 试通过计算说明此 过程是否可逆。 取热源和工质为孤立系统，可得该孤立系统的熵变化量为 5KJ/K，故过程不可逆； 7．一千克空气先进行可逆定温吸热过程１－２，再进行不可逆绝热膨胀过程２－３，最后 经 n=1.2 的 可 逆 多 变 过 程 回 到 初 态 。 设 t1=527 ℃ ， t3=27 ℃ ， 过 程 １ － ２ 的 熵 增 为 0.6KJ/(Kg·K)，多变过程的比热 Cn= -0.72KJ/(Kg·K) ， 求该循环的平均放热温度和热效33率。 循环的平均放热温度? 2 ＝510K，热效率η t=25.8%。 8．一千克空气先进行可逆定温吸热过程 1-2，再进行可逆定容放热过程 2-3，最后经不可逆 绝热压缩过程 3-1 回到初态。已知 T1=1000K，吸热量为 500KJ，过程 3-1 的熵增为 0.1KJ/(Kg·k),Cv=0.72KJ/(Kg·K)，求该循环的热效率。 由Δ S31+Δ S12=Cvln(T2/T3)求得 T3=435K，从而放热量 q2=Cv(T2-T3)=406.8KJ/Kg，热效率为 18.6%。 9．1.5Kmol 空气从初态 P1=10bar、T1=400K，可逆地变化到终态 P2= 4bar、T2=900K，设比热 为定值，Cp=1004J/(Kg·K)，μ =28.97Kg/Kmol。 ⑴求内能和熵的变化量。 ⑵若过程不可逆，熵的变化量是多少？ Δ U=15700KJ，Δ S=47.1KJ/K，不可逆过程的熵变化量仍是 47.1KJ/K。 10．用卡诺机作热泵向一房间供暖，室外为-5℃，为使室内保持 20℃，每小时需向房间供 热 25000KJ，试求： ①每小时需从室外吸进多少热量？ ②如果用马达带动卡诺机，马达效率为 95%，问需耗电多少 KW？ ③如果用电炉直接取暖，需消耗多少 KW？ ①Q2=22867KJ/h，②马达耗电为 0.624KW，③电炉耗电为 6.94KW； 11．某理想气体从初温 T1=1500K 可逆绝热膨胀到 T2=300K、P2=1bar，然后定温放热至 P1，最 后定压加热回复到初态，完成一个循环。求初压 P1 和循环热效率。设比热为定值，绝热指 数 K=1.4。 由可逆绝热过程 1－2 求得初压为 279.5bar；热效率为 59.8%； 13．有三个恒温热源 TH=388K, T=350K, TL=297.5K，热泵工作于 TH 和 T 之间，热机工作于 T 和 TL 之间， 以热机作功驱动热泵(设热泵和热机都是可逆机)。 TH 和 TL 同时得到热量 50KJ， 若 则热机所作的功和热泵所耗的功各为多少？ 热机作功为 8.82KJ，热泵耗功为 4.9KJ。 14．一千克工质在 T1=1000K 的热源和 T0=300K 的环境之间完成热机循环，从热源吸热 q1=1000KJ/Kg。 ⑴若循环可逆，求热效率和循环功； ⑵若定温吸热时有 200K 温差，定温放热时有 20K 温差， 绝热压缩和绝热膨胀时各有 0.3KJ/(Kg·K)的熵增，求热效率和循环功及作功能力损失。 (1)可逆循环的热效率为 70%， 循环功为 700KJ/Kg； (2)不可逆循环的放热量为 592KJ/Kg， 热效率为 40.8%，作功能力损失为 292KJ/Kg； 15．已知空气初压 P1=5.25bar，初温 T1=478K，经一过程后，变为 P2=1bar,T2 =303K，空气进行此过程时向温度为 300K 的外界放热 35KJ/Kg，问此过程可逆否？为什么？ 空气 R=0.287KJ/(Kg·K)。 Δ S12=Cpln(T2/T1)－RenP2/P1=0.018KJ/K?2dQ T??Q T1? ? 0 .1 1 K J / K ，所以有Δ S12> ?2dQ T，不可逆过程。116． 某种工质按 12341 循环作功， 其中 2-3,4-1 分别为有摩擦的绝热膨胀和压缩过程； 1-2,3-4 为可逆定温吸热、放热过程。有 T1=2000K，T4=300K，S1=1.2KJ/K，S2=5.6KJ/K，S3=6.6KJ/K， S4=0.8KJ/K，求：①在相同两热源间如果是卡诺循环，由热能转变为机械能时，必不可少的热能损失。②该不可逆循环的作功量。③由于不可逆性使循环热效率降低多少？ (1)Q2 卡＝T3Δ S12=1320KJ (2)W0=T1Δ S12-T4Δ S34=7060KJ (3)η t＝W0/Q1=80.2% η c=1-T4/T1=85% 降低了 4.8% 17．某热机工作在 TH=1600K 的热源和 TL=280K 的冷源之间， 若循环中热机从高温热源吸热 4000KJ。 工质吸热时有 100K 温差， 放热时有 50K 温差， 求①高温热源和低温热源的熵变量。 ②循环热效率。③由两热源和热机组成的系统的总熵变化量。 (1)Δ S 高＝－Q1/TH=-2.5KJ/K，Q2=Q1 Δ S 低=+Q2/TL=3.141KJ/K (2)η t=Q1 ? Q2 Q1Tl TH' '=880KJ=1-Q2/Q1=78%(3)Δ S 总=Δ S 高＋Δ S 低＋Δ S 热机=0.64KJ/K 18．某热机工作于 T1=1000K 的高温热源和 T2=300K 的低温热源之间。 若工质从高温热源吸 取 1000KJ 热量，则： ⑴当热机中的工质按卡诺循环工作时，求对外输出净功和理想循环热效率。 ⑵当工质在 T1'=800K 时定温吸热、在 T2'=350K 时定温放热，在绝热膨胀和绝热压缩过 程中工质的熵分别增加 0.3KJ/K，求对外输出的净功、 实际循环热效率、包括工质及两个 热源在内的系统熵变化量及不可逆性造成的作功能力损失。 （环境温度 T0=300K） 、(1)W=Q(1-T2/T1)=700KJ，η 卡=70% (2)Q2’=647.5 W0’=Q1-Q2’=352.5KJ η t=35.25% Δ S 孤=1.16KJ/K I0=348KJ 19．热机工作在 1000K 的高温热源和 300K 的低温热源（即环境温度）之间。 工质吸热时有 200K 温差，放热时有 100K 温差，绝热膨胀过程有 0.2KJ/(Kg.K)的熵增，压缩过程是可逆绝 热过程。每 Kg 工质从高温热源吸热 1000KJ，求热效率、循环功和作功能力损失。 Δ S2-3=1.25KJ/(Kg·K) Δ S1-4=1.45KJ/(Kg·K) q2=580KJ/Kg W0=420KJ/Kg η t=42% I=/0KJ/Kg 20．设逆向卡诺循环中工质从-10℃低温热源吸收热量 800KJ，制冷系数为 8. 5，求⑴工质 向高温热源放出热量及高温热源温度。⑵外界对工质作功。 Q1/(Q1-Q2)=ε Q1=894KJ T1/(T1-T2)=ε T1=294K W0=Q1-Q2=94KJ 21． 热机工作在 800℃的恒温热源和 27℃的恒温冷源 （即环境温度） 之间。 热机效率为 45%， 每 Kg 工质从恒温热源吸收 100KJ 热量，求循环功及作功能力的损失。 W0=45KJ/Kg W0’=72KJ/KgI=W0’-W0=27KJ/Kg 22．设热源温度 TH=1300K，冷源温度等于环境温度 T0=288K， 工质吸热平均温度 T1=1000K， 放热平均温度 T2=400K。 循环发动机的热效率等于 T1 与 T2 间卡诺循环热效率的 80%。 若对 1Kg 工质热源放出热量 100KJ， 计算卡诺循环功与实际循环功之比及可用能总损失。 W0=60KJ/Kg W0’=48KJ/Kg Δ W0=12KJ/Kg q2’=q1-W0’=52KJ/Kg I=T0Δ S 孤=29.95KJ/Kg 23．一热泵工作于 0℃的环境温度和 20℃的室内温度之间， 该热泵的供暖系数等于相同温 度范围内可逆热泵系数的 60%。若该热泵每小时向室内供热 100KJ，问带动该热泵的电机至 少要多大功率？ ε k＝14.65 ε ’k=8.79 W0=Q1/ε ’k=3.16KW 24．1Kg 空气先从 TH=800K 热源可逆定温吸热， 再可逆定容放热到环境温度 T0=300K，最后 经 不 可 逆 绝 热 压 缩 过 程 回 到 初 态 。 若 定 温 吸 热 过 程 的 熵 增 为 1.2KJ/(Kg · K) ， Cv=0.72KJ/(Kg·K)，求循环的热效率。 q1＝THΔ S12=960KJ/Kg q2=w(T2-T3)=0.72(800-300)=360KJ/Kg η t＝1－q2/q1=62.5% 25．一可逆热机进行绝热压缩过程 1-2 后，进行一定压吸热过程 2-3，然后进行绝热膨胀过 5 程 3-4，最后经过定压放热过程 4-1 回到初态。已知 P1=1×10 Pa, T1= 300K,T3=1000K,P2=6 5 ×10 Pa，设工质为空气，比热为定值 Cp=1.03KJ/(Kg·K)。试求 1) 循环的吸、放热量；2) 循环功 W0 和循环热效率；3)求循环的平均吸热温度。 1)由定熵过程 1－2 得：T2=500.5K q1=514.4KJ/Kg 由定熵过程 3－4 得：T4=599.4K q2=308.3KJ/Kg 2)η t=40.1% W=206.1KJ/Kg 3)T1=721.7K 26．一工作在高温热源 TH=800K，低温热源 TL=300K(即环境温度)之间的热机，如从高温热源 吸热量为 q1=1000KJ/Kg， 对外作功为 W0=400KJ/Kg， 试计算 1) 完成一个循环后工质的熵变？ 2)以热源 TH,TL 和工质为孤立系统的熵增和作功能力损失 I= ？3)循环积分∮dQ/T=？ 1)Δ S 工质=0 2)q2=q1-W=600KJ/Kg Δ S 孤=0.7KJ/Kg.K I=210KJ/Kg 3)∮dQ/T=-0.7KJ/Kg.K 27．有一个循环装置在温度为 1000K 和 300K 热源间工作， 已知与高温热源交换的热量为 2000KJ，与外界交换的功量为 1200KJ，试按孤立系统的熵增原理判断此装置是热机还是制 冷机？ 设此装置为热机 Q2=Q1-W=800KJ 取孤立系Δ S 孤=0.667KJ/K>0 可以实现，此装置为热机。 28．工质在高温热源 TH=900K 与低温热源 TL=300K(环境温度)之间进行热动力循环，从高温热源吸热量 900KJ/Kg。1)若进行卡诺循环，求循环热效率和循环功？2)若进行不可逆循环， 等温吸热时工质与高温热源有 100K 温差，绝热膨胀时有 0.2KJ/(Kg·K) 的熵增；等温放热 和绝热压缩过程都是可逆的， 试求(1)循环的热效率和循环功； (2)不可逆循环作功能力损失。 1)η K=66.7% WK=600KJ/Kg 2)q2=397.5KJ/Kg η t=55.8% W=502.5KJ/Kg 3)I=97.5KJ/Kg 29．1Kg 空气在 T1=900K、T2=300K（环境温度）两热源间完成一个动力循环，吸、放热过程 均为可逆定温过程，绝热的膨胀有摩擦，绝热压缩过程是可逆的，已知吸热过程的终态容积 是初态容积的 5 倍， 绝热膨胀的熵增为 0. 2KJ/(Kg·K), R= 0.287KJ/(Kg·K)，试求：1) 循环的吸热量和放热量； 2) 循环的热效率和循环功； 3)1Kg 空气完成一个循环后的作功 能力损失。 1)q1=415.7KJ/Kg q2=198.6KJ/Kg 2)η t=52.2% W=217.1KJ/Kg 3)I=60KJ/Kg 30．1Kg 空气在 T1=1000K、T2=400K 的两热源间完成一个动力循环，吸、 放热过程均为可逆 定温过程，绝热膨胀为可逆的，绝热压缩过程的熵增为 0.3KJ/(Kg·K)。已知吸热过程的终 态压力减小为初态压力的五分之一，R=0.287KJ/(Kg·K)，环境温度 T0=300K，试求：1)循环 的吸热量和放热量；2)循环的热效率和循环功；3)1Kg 工质完成一个循环的作功能力损失。 1)q1=T1Δ S12=461.9KJ/Kg q2=(Δ S12+0.3)T2=304.8KJ/Kg 2)η t=34% W=340.2KJ/Kg 3)I=90KJ/Kg 31．1Kg 空气在 T1=900K,T2=300K 的两热源间完成一个动力循环，吸、放热过程均为可逆定 温过程，绝热膨胀和绝热压缩过程的熵增分别为 0. 2KJ/( Kg·K) 和 0.3KJ/( Kg·K) ， 已 知吸热过程的终态压力减小为初态压力的四分之一，R=0.287KJ/(Kg·K)，环境温度 T0=T2。 试求 1)循环的吸热量和放热量； 2)循环的热效率和循环功； 3)1Kg 工质完成一个循环的作功 能力损失。 1)q1=358.1KJ/kg q2=269.4KJ/Kg 2)η t=24.8% W=88.7KJ/Kg 3)I=150KJ/Kg 32．1Kg 空气先进行可逆定容加热过程 1-2，再进行不可逆绝热膨胀过程 2-3，最后经可逆 等 温 过 程 回 到 初 态 ， 已 知 T1=400K,T2=800K ， 环 境 温 度 T0=300K, Δ S23=0.1KJ/(Kg·K),Cv=0.72KJ/(Kg·K)。试求：1)循环的吸热量和放热量；2)循环的热效率 和循环功；3)每千克工质完成一个循环的作功能力损失。 1)q1=Cv(T2-T1)=288KJ/Kg q2=239.6KJ/Kg 2)η t=16.8% W=48.4KJ/Kg 3)I=30KJ/Kg33．工质在高温热源 TH=1200K 与低温热源 TL=300K(环境温度) 之间进行热动力循环，从高温 热 源 等 温 可 逆 吸 收 热 量 为 1200KJ/Kg ， 绝 热 膨 胀 和 绝 热 压 缩 过 程 分 别 有 0.2 和 0.1KJ/(Kg·K)的熵增，等温放热过程是可逆的。试求 1)循环的放热量；2) 循环的热效率 和循环功；3)完成一个循环后每千克工质的作功能力损失。 1)q2=390KJ/Kg 2)η t=67.5% W=810KJ/Kg 3)I=90KJ/Kg 34．氧气进行的可逆循环，由三个过程组成，1-2 为可逆绝热膨胀过程，2-3 为等温放热过 程，3-1 为可逆定容吸热过程。已知 T1=1500K,T2=300K,P2=1bar， 绝热指数 k=1.4。求⑴初 态压力 P1。⑵循环热效率。 按定熵过程 1-2 求得 P1=279.5bar q1=Cv(T1-T3)=779.4KJ q2=T2Δ S31=313.6KJ η t=1-q2/q1=59.8%第七章 1．在一台蒸汽锅炉中，烟气从 1500℃定压降到 250℃，把给水在定压下加热成过热蒸汽， 烟 气 的 比 热 为 Cp=1.079KJ/(Kg · K) ， 给 水 和 过 热 蒸 汽 的 焓 分 别 为 h4=133.9KJ/Kg ， h1=3257.9KJ/Kg，试求 1Kg 烟气的放热量及生产 1Kg 过热蒸汽需要多少 Kg 烟气？ 1Kg 烟气放热为 1348.8KJ/Kg，生产 1Kg 过热蒸汽需烟气 2.316Kg；第八章 １．空气经渐缩喷管可逆绝热膨胀，流量为 0.6Kg/s，初压 P1=7bar， 初温 t1=750℃，出口 压力 P2=5bar，取定压比热 Cp=1.004KJ/(Kg·K)，求出口流速和出口截面积。 由 可 逆 绝 热 过 程 1 － 2 求 得 T2 ＝ 929K ， 于 是 喷 管 出 口 流 速 为?2?2 C p (? 1 ? ? 2 ) ? 4 3 4 m / s ，由连续方程求得出口截面积 A2＝7.37cm 。2２．压力 P1=1bar、温度 t1=27℃的空气流经扩压管后，压力提高到 P2=1. 8bar，设出口流速 比进口流速小得多而可忽略不计，求空气流进扩压管时的流速。 空气流进扩压管时的流速 ? 1 ?2 ? p (? 2 ? ? 1 ? 3 3 2 m / s 。3．空气流过渐缩喷管，初压 P1=10bar，初温 t1=27℃，背压 Pb=4bar， （设进口速度可忽略不 计） ，求出口截面的气温和流速，设定压比热 Cp=1.004KJ/(Kg·K)。 由定熵过程 1－2 求得 T2=250K(注：P2=Pcr=0.528P1)，从而出口流速 C2=317m/s。 2 4．空气流经一出口面积 A2=8cm 的渐缩喷管，喷管之前压力 P1=25bar ， t1=80℃。喷管出 口 处 背 压 Pb=10bar ， 假 定 流 动 是 稳 定 可 逆 绝 热 的 （ 不 计 入 口 流 速 ）， Cp=1.004KJ/(Kg·k),k=1.4,R=0.287KJ/(Kg·K)，求出口速度、流量。 Pb/P1=0.4<0.528 P2=Pc=13.2bar 3 由状态方程得：V1=0.0405m /Kg 由可逆绝热过程 1－2 得 V2=0.0639m3/Kg T2=294K C2= 2 C p (? 2 ? ? 1 ) =344.2m/sm=A2C2/V2=4.31Kg/s 2 5．空气流经一个出口面积 A2=8cm 的渐缩喷管，喷管之前压力 P1=25bar, t1=80℃， 喷管出口处背压 Pb=20bar， R=0.287KJ/(Kg· 设 K), Cp=1.004KJ/(Kg· k=1.4。 k)， 求出口速度、流量。 （假定流动是可逆绝热的，进口速度可忽略） pb/p1=0.8>0.528 p2=pb 3 由状态方程得，v1=0.0405m /Kg 3 由可逆绝热过程 1－2，v2=0.0475m /Kg，由状态方向得 T2=331K=58℃ c2= 2 c p ( T1 ? T 2 ) =210m/s m=A2C2/V2=3.54Kg/s第九章 3 １．在活塞式压气机中，空气按多变过程压缩，初态 P1=1bar,t1=60℃,v1= 0.032m ，终态 3 P2=32bar,v2=0.00213m ，试求⑴多变指数 n；⑵内能变化量；⑶放出热量。已知空气的定容 比热 Cv=0.723KJ/(Kg.K)。 m=0.033Kg n=ln(P2/P1)/ln(V1/V2)=1.28 T2=(P2V1)/R=711K Δ u=mw(T2-T1)=9.1KJ Q=[m(n-K)/(n-1)w](T2-T1)=-4KJ 2． 空气在压气机中被可逆压缩， 1Kg 初压 P1=1.4bar， 初温 t1=27℃， 压缩终态温度 t2=180℃， 空气的气体常数 R=287J/(Kg.K)， 试求压缩终态的压力和压气机的耗功。kP2=P1 (T 2 / T1 ) Wc=-Wt=Δ h=k ?1=5.9bar?? 2 ? ? 1 ? =153.6KJ/Kg?R ? ?1第十章 １．已知内燃机定容加热理想循环的初态参数：t1=27℃,P1=1bar, 压缩比ε =10,吸热量 q1=880KJ/Kg，空气的 Cv=0.718KJ/(Kg·K),绝热指数 K=1.4。求循环的最高温度、最高压力 及热效率。 1、最高温度 T3=1917K，最高压力 P3=66bar，热效率为 60.2%。 第十一章 １ ． 在 朗 肯 循 环 中 过 热 蒸 汽 可 逆 绝 热 膨 胀 到 干 度 x2=0.827 ， 查 得 h1=3344KJ/Kg ， h2'=121.50KJ/Kg，h2''=2554KJ/Kg，若不计水泵耗功。试求 1Kg 过热蒸汽流经汽轮机作的 功以及该循环的热效率。 先求出 h2=2133.2KJ/Kg，作功 Wt＝h1-h2=1211KJ/Kg，热效率为 37.6%； 第十二章 １．在温度为 25℃的房间里，某制冷机按逆向卡诺循环工作，冷库温度为零下 10℃，若工质每小时从冷库中吸热量 3×10 KJ， 问至少需要多大功率的电动机来带动制冷机？工质每小 时向房间放出热量多少？ 先求得逆向卡诺循环的制冷系数为 7.51， 从而由制冷系数定义求得电机功率为 11.1KW， 5 并由第一定律求得向房间放热量为 3.4×10 KJ/h。5
工程热力学答案一、填空题 第一章 １．功和热量都是与 2．热量的负值代表 3．功的正值代表 过程 工质向外放热 工质膨胀对外作功 有关的量。 。 。 。 。4．循环中各个过程功的代数和等于循环净功5．循环中作功与耗功的绝对值之差等于 循环净功 6、热… 可却在化学中找健康法政学院 09法刘静都说化学来源于生活，可见，化学与我们的吃、穿、住、行应是息息相关的。在当今社会，很多人的物质生活已富足情况下，生命健康尤为重要。说健康是吃出来的，这话不假。人所需的水份、蛋白质、矿物质及微量… 五年级上册英语竞赛题 姓名_______________一、按要求写出词语。（10分）young(反义词) 打扫卧室(英语) two(同音词) can’t(完全形式) do not(缩略形式) Sun.(完全形式) empty the trash(… 2012----2013学年度第二学期三年级语文工作计划讲武城小学 朱亚敏结合三年级第一学期学生在学习语文出现的问题以及教师在语文教学中存在的问题，2013年开学初，本人对2012----2013学年度第二学期三年级语文教学工作做一个详细安排：一、…
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