例1.1：已知甲醇合成塔上压力表的读数150kgf/cm 2，这时车间内气压计上的读数为780mmHg 。试求合成塔内绝对压力等于多少kPa ？ 14819kPa
例1.2：在通风机吸气管上用U 型管压力计测出的压力为300mmH 2O ，这时气压计上的读数750mmHg 。 试：（1）求吸气管内气体的绝对压力等于多少kPa ？ 103kPa
（2）若吸气管内的气体压力不变，而大气压下降至735mmHg ，这时U 型管压力计的读数等于多少？
504mmH 2O
例1.3：某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同部位安装有压力计，如图所示。压力表A 、C 位于大气环境中，B 位于室Ⅱ中。设大气压力为97KPa ：
（1）若压力表B 、表C 的读数分别为75kPa 、0.11MPa ，试确定压力
表A 上的读数及容器两部分内气体的绝对压力；
p A =35kPa ， p Ⅰ=207kPa ， p Ⅱ=132kPa
（2）若表C 为真空计，读数为24kPa ，压力表B 的读数为36kPa ，试
问表A 是什么表？读数是多少？ A 为真空计，且p A =60kPa
例1.4：判断下列过程中哪些是①可逆的②不可逆的③不确定是否可逆的，并扼要说明不可逆的原因。
（1）对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发；是不确定的。
（2）对刚性容器内的水作功，使其在恒温下蒸发；是不可逆的。
（3）对刚性容器中的空气缓慢加热。使其从50℃升温到100℃。是不确定的。
（4）一定质量的空气，在无摩擦、不导热的汽缸和活塞中被缓慢压缩。是可逆的。
（5）50℃的水流与25℃的水流绝热混合。是不可逆的。
例2.1：如图所示，某种气体工质从状态1（p 1、V 1）可逆地膨胀到状态2
（p 2、V 2）。膨胀过程中：
（a ）工质的压力服从p=a-bV ，其中a 、b 为常数；
（b ）工质的pV 值保持恒定为p 1V 1
试：分别求两过程中气体的膨胀功。
答案：（a ）()()2221212
b W a V V V V =--
-；（b ）2111ln V W p V V =
例2.2：如图所示，一定量气体在气缸内体积由0.9m 3可逆地膨胀到1.4m 3，
过程中气体压力保持定值，且p=0.2MPa ，若在此过程中气体内能增加
12000J ，试求：
（1）求此过程中气体吸入或放出的热量；112000J
（2）若活塞质量为20kg，且初始时活塞静止，求终态时活塞的速度（已知环境压力p0=0.1Mpa）。70.7m/s
例2.3：一封闭系统从状态1沿1-2-3途径到状态3，传递给外界的
热量为47.5kJ，系统对外作功为30kJ，如图。（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。
Q143=-62.5kJ
（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。Q31=71.5kJ
（3）若U2=175kJ，U3=87.5kJ，求过程2-3传递的热量及状态1的内能。U1=165kJ
例2.4：某稳定流动系统与外界传递的热量Q= -12kJ，焓的变化Δ
H= -111 kJ，动能变化ΔE k=4kJ.问该系统对外所做的轴功和技术功
分别是多少？w t=99 kJ w s=95 kJ
例2.5：某燃气轮机装置，如图所示。已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg。经压缩后，空气升温使焓增加为h2=580kJ/kg。在截面2处空气和燃料的混合物以c2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，燃烧后燃气速度不变，以h3=1250kJ/kg的焓值进入喷管绝热膨胀到状态3’，h’3=800kJ/kg，流速增加到c3’，此燃气进入动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中的热力状态不变，最后离开燃气轮机的速度c4=100m/s。
求：（1）若空气流量为100kg/s，压气机消耗的功率为多大？N s1=-29000kW
（2）若燃料发热值q B=43960kJ/kg，燃料的耗量为多少？q m2=1.569m/s
（3）燃气在喷管出口处的流速是多少？c3’=949m/s
（4）燃气轮机的功率是多大？N s2=45219kW
（5）燃气轮机装置的总功率为多少？N s=16219kW
例 2.6：空气在某压气机中被压缩。压缩前空气参数：p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；压缩后p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg。在压缩过程中1kg空气的热力学能增加146kJ，同时向外放出热量50kJ，压气机每分钟生产压缩空气10kg。求：①压缩过程中对每公斤气体所做的功；②每产生1kg的压缩气体所需的功；③带动此压气机至少需要多大功率的电动机？w=-196kJ/kg，w s= -251.5kJ/kg，N s== -41.9kW
例2.7：某热机从t 1=1000℃的热源吸热1000kJ ，又向t 2=150℃的冷源放热。
① 求该热机可能达到的最高热效率；66.8%
② 最多可产生多少循环净功；668kJ
③ 若在传热时存在温差，吸热时有200℃温差，放热时有100℃温差，试求其热效率和循环净功。
51.3% ， 513kJ
例2.8：利用逆向卡诺循环作为热泵向房间供热，设室外温度为-5℃，室内温度保持20℃。要求每小时向室内供热2.5×104kJ ，试问：（1）每小时从室外吸收多少热量？（2）此循环的供暖系数多大？（3）热泵由电动机驱动，如电动机效率为95%，电动机的功率多大？（4）如果直接用电炉取暖，每小时耗电多少kW ·h ？
2.3×104kJ/h ，11.72，0.585kW ，6.94kW
例2.9（2-9）：有人声称设计了一套热力设备，可将65℃的热水的20%变成100℃的水，而其余的80%将热量传给15℃的大气，最终水温为15℃，试判断该设备是否可能。水的比热容为 4.186/()c kJ kg K =?。 孤立系统ΔS iso =0.0265mkJ/K>0，所以该设备可以实现。
例2.9：某热机工作于T 1=2000K ，T 2=300K 的两个恒温热源之间，试问下列几种情况能否实现，是否是可逆循环？（1）Q 1=1kJ ，W net =0.9kJ ；（2）Q 1=2kJ ，Q 2=0.3kJ ；（3）Q 2=0.5kJ ，W net =1.5kJ 。
解：（1）方法一 在T 1、T 2之间工作的可逆循环的热效率是最高的，等于卡诺循环的热效率。
213001185%2000
c T T η=-
=-= Q 2=Q 1-W net =1-0.9=0.1kJ 10.990%1net t c W Q ηη===> 所以不可能实现 方法二：克劳修斯不等式 121210.10.000167/02000300Q Q Q
kJ K T T T δ-=+=+=>? 不可能实现 方法三：孤立系统熵增原理。取高温热源和低温热源为孤立系统，高温热源放热，低温热源吸热，则熵变 12121210.10.000167/02000300iso Q Q S S S kJ K T T --?=??=
+=+=-<＋，不可能实现 （2）能实现，是可逆循环；（3）能实现，是不可逆循环
例2.10：某热机工作于T 1=2000K ，T 2=300K 的两个恒温热源之间，试问下列几种情况能否实现，是否是可逆循环？（1）Q 1=1kJ ，W net =0.9kJ ；（2）Q 1=2kJ ，Q 2=0.3kJ ；（3）Q 2=0.5kJ ，W net =1.5kJ 。
（1）不能实现；（2）能实现，是可逆循环；（3）能实现，是不可逆循环
例2.11欲设计一热机，使之能从温度为973K 的高温热源吸热2000kJ ，并向温度为303K 的冷源放热800kJ 。
（1）问此循环能否实现；欲使之从高温热源吸热2000kJ ，该热机最多能向外做多少功？
（2）若把此热机当制冷机用，从温度为303K 的冷源吸热800kJ ，向温度为973K 的热源放热，该过程与外界交换的功为1200kJ ，该过程能否实现？欲使之从冷源吸热800kJ ，至少需耗多少功？
（1）此循环能实现，1377kJ ；（2）该过程不能实现，-1769kJ
例2.12：5kg 的水起初与温度为295K 的大气处于热平衡状态，用一制冷机在这
5kg 的水和大气之间工作，使水定压冷却到280K ，求所需的最小功是多少？水
的比热容为 4.186/()c kJ kg K =? 8.19kJ
例2.13：气体在气缸中被压缩，气体的内能和熵的变化分别为45kJ/kg 和()0.289kJ/kg k s ?=-，外界对气体作功165kJ/kg ，过程中气体只与环境交换热量，环境温度300K ，问该过程是否能实现？该过程能够实现。
例2.14：将200℃10g 的铁块浸入20℃1L 的水中，整个系统的熵变是多少？该过程是否为可逆过程？已知铁的比容c Fe =480 kJ/(kg·K)，水的比容c H2O =4.2 kJ/(kg·K)
0.252kJ/K ，不可逆过程
例 3.1：体积为0.0283m 3的瓶内装有氧气，压力为6.865×105Pa ，温度为294K 。发生泄漏后，压力降至
4.901×105Pa 才被发现，而温度未变。问至发现为止，共漏去多少kg 氧气？0.073kg
例3.2：某电厂有三台锅炉合用一个烟囱，每台锅炉每秒产生烟气73m 3（已折算成标准状态下的体积），烟囱出口处的烟气温度为100℃，压力近似为101.33kPa ，烟气流速为30m/s ，求烟囱的出口直径。3.56m
例3.3：在直径为d=40cm 的活塞上放置m b =3000kg 的重物，气缸内盛有温度为T 1=18℃、质量为m=2.12kg 的空气。对汽缸加热后，气体容积增加到原来的2倍。设大气压力为p b =0.1MPa ，求空气的初态比体积、终态比体积、终态压力和终态温度。空气按理想气体计算，且其气体常数R=0.287kJ/(kg ·K)。 比体积0.5m 3/kg ，0.33MPa ，302℃
例3.4：在燃气轮机装置中，用从燃气轮机中排出的乏气对空气进行加热（加热在空气回热器中进行），然后将加热后的空气送入燃烧室进行燃烧。若空气在回热器中，从127℃定压加热到327℃。试按下列比热容值计算对每kg 空气所加入的热量。
（1）按真实比热容计算（经验公式）； 207.546kJ/kg
（2）按平均比热容表计算； 206.03kJ/kg
（3）按定值比热容计算； 200.8kJ/kg
（4）按空气的热力性质计算。 206.04kJ/kg
例3.5：已知某理想气体的比定容热容c v =a+bT ，其中a 、b 为常数，T 为绝对温度。试导出其内能、焓、熵的计算式。
答案：内能()()2221212b u a T T T T ?=-+-；焓()()()2221212
b h a R T T T T ?=+-+-； 熵 ()222111
ln ln T v s a b T T R T v ?=+-+
例3.6：体积V 1=0.14m 3的某种理想气体，从初态p 1=0.2MPa ，温度t 1=25℃，被压缩到p 2=1.6MPa ，V 2=0.022m 3。已知气体的c p =1.047kJ/(kg ·K)，c v =0.743kJ/(kg·K)。求：（1）压缩过程中气体的熵变。（2）理想气体熵变的各计算式对该压缩过程是否都适用呢？ -0.121 kJ/K ，适用
例3.7：0.25kg 的CO 在闭口系统中由p 1=0.25MPa 、t 1=120℃膨胀到p 2=0.125MPa 、t 2=25℃，做出膨胀功W=8.0kJ 。已知环境温度t 0=25℃，CO 的气体常数R=0.297kJ/(kg·K)，定容比热容c v =0.747kJ/(kg·K)，试计算过程热量，并判断该过程是否可逆。
-9.74kJ ，不可逆
例3.8：空气是氧和氮的混合物，其组成近似为1kmol 氧对应于3.1894kmol 氮，求空气的摩尔质量，气体常数及质量分数。M=28.95kg/kmol ；R=0.287kJ/(kg/K)；x O2=0.2638，x N2=0.7362
例3.9：烟囱每秒排出绝对压力为0.11MPa 、温度为300℃的烟气30m 3，由烟气分析仪测得烟气体积分数为20.104CO V =，20.052O V =，20.099H O V =，20.745N V =。试求每秒排出烟气的质量以及各组成气体
的质量。m=38.19kg/s ；m CO2=6.051kg/s ，m O2=2.2kg/s ，m H2O =2.356kg/s ，m N2=27.583kg/s
例3.10（课本例3-4）：某绝热刚性容器，内由隔板分开，A 室内盛有氮气，压力p A1=0.5MPa ，体积V A =0.4m 3，温度t A =15℃；B 内盛有二氧化碳气体，压力p B1=0.4MPa ，体积V B =0.3m 3，温度t B =60℃。现将隔板抽掉，两种气体均匀混合并处于平衡状态。按理想气体处理，且按比定值热容计算，c vA =0.741kJ/(kg·K)，c vB =0.653kJ/(kg·K)，R A =0.297kJ/(kg·K)，R B =0189kJ/(kg·K)，求：（1）氮气和二氧化碳气体的质量；（2）混合后气体的压力和温度；（3）混合后氮气和二氧化碳气体的分压力；（4）混合过程中熵的变化。
（1）2.34kg ，1.91kg ；（2）307K ，463kPa;（3）305 kPa ，158 kPa;（4）0.704 kJ/K
例3.11：管路中输送9.5MPa 、55℃的乙烷，若乙烷在定压下温度升高到110℃，为保证原来输送的质量流量，试用压缩因子图计算乙烷气的流速应提高多少？ 2.09倍
例3.12：利用水蒸汽表判断下列各点的状态，并确定其h 、s 、x 值。
（1）2p MPa =，300t C =?； 过热蒸汽；h=3024.2kJ/kg ；s=6.8022kJ/(kg ?K)
（2）9p MPa =，30.017/v m kg =； 湿蒸汽；x=0.8166；h=2491.3kJ/kg ；s=5.2427kJ/(kg ?K)
（3）0.5p MPa =，0.9x =； h=2536.8kJ/kg ；s=6.3233kJ/(kg ?K)
（4）1p MPa =，175t C =?； 未饱和水；h=741.2kJ/kg ；s=2.0904kJ/(kg ?K)
（5）1p MPa =，30.2404/v m kg =。 过热蒸汽；h=2976.0kJ/kg ；s=6.988kJ/(kg ?K)
例3.13：某锅炉每小时生产10000kg 的蒸汽，蒸汽的表压力p g =2.4MPa ，温度t 1=350℃。设锅炉给水的温度为t 2=40℃，锅炉效率ηB =0.78。煤的发热量（热值）为q P =2.97×104kJ/kg 。求每小时锅炉的煤耗量是多少？汽锅内水的加热和汽化、以及蒸汽的过热都在定压下进行。
1278kg/h
例3.14：压力为100kPa ，温度为30℃，相对湿度为60%的湿空气经绝热节流至50kPa 。试求节流后空气的相对湿度（湿空气按理想气体处理）。30%
例3.15：有100m 3的湿空气，其参数为大气压力p=0.1MPa ，温度t 1=35℃，φ=0.7。
（1）试求其t d 、d 、m a 、m st ；28.66℃，25.48g/kg(干空气)，108.68kg ，2.769kg
（2）将空气定压冷却至t 2=5℃，试确定被冷凝的水蒸汽量△m st 。2.174kg
例3.16：房间的容积为50m 3，室内空气温度为30℃，相对湿度为60%，大气压力p b =0.1013MPa 。求湿空气的露点温度t d ，含湿量d ，干空气的质量m a ，水蒸汽的质量m st 及湿空气的焓值H 。若湿空气定压冷却到10℃，求冷凝水量△m st 和放热量Q 。21.1℃，16.03g/kg(干空气)，56.78kg ，0.477kg ，2372.8kJ
例4.1：一容积为0.15m 3的储气罐，内装氧气，其初态压力p 1=0.55MPa 、温度t 1=38℃。若对氧气加热，其温度、压力都升高。储气罐上装有压力控制阀，当压力超过0.7MPa 时，阀门便自动打开，放走部分氧气，即储气罐中维持的最大压力为0.7MPa 。问：当储气罐中氧气温度为285℃时，对罐内氧气共加入多少热量？（设氧气的比热容为定值：52v c R =，72
p c R =） 182.46kJ
例4.2：空气在膨胀透平中由p 1=0.6MPa 、T 1=900K 绝热膨胀到p 2=0.1MPa ，工质的质量流量为q m =5kg/s 。设比热容为定值，k=1.4，R=0.287kJ/(kg ·K)。试求：
（1）膨胀终了时，空气的温度及膨胀透平的功率；1811.1kW
（2）过程中内能和焓的变化量；-1297.7kW，-1811.1kW
（3）将单位质量的透平输出功表示在p-v图、T-s图上；
=0.9，则终态温
（4）若透平的效率为η
度和膨胀透平的功率又为多少？575.5K，
1630kW
例4.3：如图所示，两端封闭而且具有绝热壁的
气缸，被可移动的、无摩擦的、绝热的活塞分
为体积相同的A、B两部分，其中各装有同种理想气体1kg。开始时活塞两边的压力、温度都相同，分别为0.2MPa，20℃，现通过A腔气体内的一个加热线圈，对A腔气体
缓慢加热，则活塞向右缓慢移动，直至p A2=p B2=0.4MPa时，试求：
① A，B腔内气体的终态容积各是多少？0.591m3，0.259m3
② A，B腔内气体的终态温度各是多少？815.2K，357.5K
③过程中供给A腔气体的热量是多少？422.4kJ
④ A，B腔内气体的熵变各是多少？0.8325kJ/(kgK)，0
⑤在p-V图、T-s图上，表示出A，B腔气体经过的过程。
例 4.4：空气以q m=0.012kg/s的流速稳定流过压缩机，入口参数p1=0.102MPa、T1=305K，出口压力p2=0.51MPa，然后进入储气罐。求1kg空气的焓变△h和熵变△s，以及压缩机的技术功率P t和每小时散热量q Q。
（1）空气按定温压缩；0，0.462kJ/(kgK)，-1.69kW，-6084kJ/h
（2）空气按n=1.28的多变过程压缩，比热容取定值。129.2kJ/kg，-0.1086kJ/(kgK)，-2.03kW，-1708.6kQ/h
例4.5：水蒸气从p1=1MPa，t1=300℃的初态可逆绝热膨胀到p2=0.1MPa，求1kg水蒸气所作的膨胀功和技术功。371.63kJ/kg，467kJ/kg
例4.6：一封闭绝热的汽缸活塞装置内有1kg压力为0.2MPa的饱和水，缸内维持压力不变。
（1）若装设一叶轮搅拌器搅动水，直至汽缸内80%的水蒸发为止，求带动此搅拌器需消耗多少功？
-1761.28kJ
（2）若除去绝热层，用450K的恒温热源来加热缸内的水，使80%的水蒸发，这时加热量又是多少？1761.28kJ
例4.7：在一台蒸汽锅炉中，烟气定压放热，温度从1500℃降低到250℃。所放出的热量用以生产水蒸汽。压力为10MPa、温度为30℃的锅炉给水被加热汽化、过热成压力为10MPa、温度为450℃的过热蒸气。取
烟气的比热容为定值，c p =1.079kJ/(kg·K)。试求：（1）产生1kg 过热蒸汽需要多少kg 的烟气？（2）生产1kg 过热蒸汽时，烟气的熵变以及过热蒸汽的熵变。（3）将烟气和水蒸汽作为孤立系统，求生产1kg 过热蒸汽时孤立系统的总熵变。
2.3kg ，-
3.0298kJ/K ，5.9931 kJ/K ，2.9633 kJ/K
例 4.8：将p 1＝0.1MPa ，t 1＝5℃，ф1＝60％的湿空气在加热器内加热，在t 2
＝20℃下离开。试确定在此定压过程中对空气供的热量及离开加热器时的湿
空气相对湿度。15.15kJ/kg(a)，22.4%
例4.9：烘干用空气的初态参数是t 1＝25℃，ф1＝60％，p 1=0.1MPa 。在加热器
内被加热到50℃之后再送入烘箱。从烘箱出来时的温度是40℃。求：
（1）每蒸发1kg 水分需供入多少空气；（2）加热器中应加入多少热量。（课
本84页例4－4）252.5kg(a)，6464kJ
例4.10：p 1＝0.1MPa ，t 1＝32℃，ф1＝60％的湿空气，以q m =1.5kg/s 的质量流量进入到冷却设备的蒸发盘管被冷却去湿，最后以t 2＝15℃的饱和湿空气下离开。求每秒的凝结水量q m,w 以及放热量Q 。 0.01146kg/s ，-54.78kJ/s
例 4.11：某压气机吸气（湿空气）压力为p 1=0.1MPa ，温度为25℃，相对湿度ф=62%，若把它压缩至p 2=0.4MPa ，然后冷却为35℃，问是否会出现凝析？（课本108页例4－5）p st2=7.852kPa> p s2=5.622kPa ，会出现凝析
例4.12：要将p 1=0.1MPa ，t 1=17℃的空气压缩到p 2=1.6MPa 。设压缩过程的多变指数n=1.25，余隙容积与工作体积之比为5%。试用计算证实采用双级压缩比单级压缩更好。
采用单级压缩时，压缩功 10.7411
1
t e n W pV n =--，终温T 2=505K ，容积效率：59%v η= 采用双级压缩时，压缩功 '10.6391
t e n W pV n =--，各级排汽温度 321383T T T K ===，每一级容积效率：89.8%v η= 可以看出，采用双级压缩比单级的功耗要小，排汽温度更低，容积效率更高，效果更好。
例4.13：空气由初态压力98.07kPa ，温度20℃，经三级压气机压缩后，压力提高到12.26MPa 。若空气进入各级气缸时的温度相同，且各级压缩指数均为1.25。试求生产质量为1kg 的压缩空气所消耗的最小功，并求各级气缸的排气温度；又若单级压气机一次压缩到12.26MPa ，压缩指数也是1.25，则所耗的功和排气温度各为多少？-479kJ ，404K ；-684kJ ，769.6K
例4.14：试分析多变指数在1 过程线1－2在过起点的绝热线的右方和定容线的右方，这表明是吸热膨胀过程（即q>0、w>0）。而且过程线在定温线的下方，表明气体的温度降低，即△u <0、△h <0，这说明膨胀时气体所作的功大于加入的热量，所以气体的热力学能减少、温度下降。 例4.15：试确定下列多变过程的多变指数n，将过程绘于同一p-v图和T-s图上，并判定过程特性：吸热还是放热？输出功还是耗功？内能增大还是减小？设工质为空气，比热容c v＝0.717kJ/(kgK)，绝热指数k=1.4。 n1=1.325，n2=0.92 由于p2> p1，v2< v1，且1 根据q>0，0 例4.16：某气体循环由下列可逆过程组成：1-2为绝热压缩过程，初温度为T1，压缩比ε=(V1/V2)=8；2-3为定压加热过程，V3=2V2；3-4为定温膨胀过程，V4=V1；4-1为定容放热过程。若设气体k=1.4，试：（1）绘出该循环的p-v图及T-s图； （2）计算相同温限的卡诺循环热效率；78.3% （3）计算该循环的热效率。37.6% 例4.17：氧气O 2由t 1=40℃，p 1=0.1MPa 被压缩到p 2=0.4MPa ，试计算压缩1kg 氧气消耗的技术功： （1）按定温压缩；（2）按绝热压缩，设为定值比热容；（3）将上述两过程表示在p-v 图和T-s 图上，试比较两种情况下技术功的大小。 （1）-112.8 kJ/kg ；（2）-138.3 kJ/kg 例4.18：如图所示，1mol 理想气体，从状态1经定压过程达到状态2，再经定容过程达到状态3。另一途径为经直线1-3直接达到3。已知p 1＝0.1MPa ，T 1＝300K ，v 2=3v 1，p 3=2p 2， 试证明：（1）122313Q Q Q +≠；（2）122313S S S ?+?=? 证明：（1）由热力学第一定律 1212122112Q U W U U W =?+=-+ 23322 Q U U W =-+ 上两式相加得： 122321123223311223Q Q U U W U U W U U W W +=-++-+=-++ 而 13311 Q U U W =-+ p-v 图为示功图，过程线与v 轴所围的面积为功量。显然W 13>W 12，W 23=0 所以 W 13>W 12+W 23，则 131223 Q Q Q >+，即 122313Q Q Q +≠ （2）1-2为定压过程，p 2＝p 1＝0.1MPa ，过程方程2211 v T v T =，得 221113900v T T T K v ===， 2121 ln ln 3p p T S mc mc T ?== 2-3为定容过程，v 3＝v 2＝3v 1，p 3=2p 2=2p 1，过程方程 3322p T p T =，得 3322221800p T T T K p === 3232 ln ln 2v v T S mc mc T ?== 则 ()1223l n 3l n 2l n 3 l n 2p v p v S S m c m c m c c ?+?=+=+ 而 ()3313v p v p 11ln ln ln 2ln 3p v S m c c m c c p v ? ??=+=+ ?? ? 所以 122313S S S ?+?=? 例5.1：现有一空气压缩机进口压力1142.8p kPa =，未经冷却的气体温度1200t C =?，流速160/c m s =；排气压力2428.4p kPa =，温度2260t C =?，流速2210/c m s =；周围环境温度20℃。试求每kg 空气在机内作稳定流动时火用变化值等多少？（按理想气体考虑，空气定压比热容 1.01/()p c kJ kg K =?，R=0.287kJ/(kg ·K)）-137.89 kJ/kg 例5.2：一刚性绝热容器用刚性透热壁分成A、B两部分且各储有1kg空气，压力和温度分别为100kPa、600kPa和300K、700K，如图所示。通过传热，两侧温度最后相等。设大气温度T0＝300K，试求该过程的有效能损失（内能火用损失、物理火用损失）。已知：c v=0.717kJ/(kg·K)，c p=1.004kJ/(kg·K) 37.5kJ 例5.3：经过一段管路后，压缩空气的压力和温度由0.9MPa、50℃降至0.8MPa、45℃，环境温度T0=293K，压力p0=0.1MPa。求火用效率和火用损失。已知空气c p=1.012kJ/(kg·K)，R=0.287kJ/(kg·K) 94.45%，10.34kJ/kg 例5.4：刚性容器A容积V=3m3，内有CO2，压力p2=0.6MPa，温度t2=27℃，通过 阀门与管道连接，如图。管道中CO2作稳定流动，p1=2MPa，t1=27℃。若将阀门开 启，管道则向A充气，直至A中压力达到p3=1.8MPa，然后将阀门关闭，这时t3=57℃。 经足够时间，容器中CO2的温度又降至t4=27℃，与大气温度t0相等。试求整个过 程有效能损失。大气压力p0=0.1MPa 1924kJ 例 5.5：现有一换热器，热流体进出口温度分别为450K和310K，流量M H=2.5kg/min，比热容C pH=4.40kJ/(kg·K)；冷流体进出口温度分别为298K和390K，比热容C pC=4.70kJ/(kg·K)；环境温度T0=298K。试确定冷、热流体的火用变化值、火用损耗以 及火用效率等多少？（换热时按定压过程分 析） 热流体：318.37kJ/min 冷流体：-197.81kJ/min 火用损失120.56kJ/min 火用效率62.13% 例5.6：内燃机入口气体参数为温度t1=900℃，压力为p1=0.85MPa ，流速c1=120m/s。在内燃机内绝热膨胀做功后，变为温度t2=477℃，压力p2=0.1MPa ，流速c2=70m/s的废气。取气体比热容c p=1.1kJ/(kg·K)，气体常数R=0.28kJ/(kg·K)，大气温度t0=25℃，压力为p0=0.1MPa ，试计算：（1）该过程完成的轴功；（2）内燃机入口和出口气体的火用值；（3）理论上该过程能完成的最大轴功；（4）该过程的火用损失。 470.10kJ/kg，699.1 kJ/kg，197.1 kJ/kg，502 kJ/kg，31.9 kJ/kg 例6.1：某远洋轮采用蒸汽动力装置作为动力，该装置以朗肯循环运行。 若蒸汽初态为p1=6MPa，t1=560℃，冷凝器内蒸汽压力p2=0.006MPa。（1） 求蒸汽在汽轮机出口干度；（2）若不计水泵耗功，求该装置的热效率ηt； （3）若该装置的功率为10MW，求每小时的耗汽量。 x=0.837，42.17%，2.356×104kg/h 例6.2：某蒸汽动力设备按一级抽汽回热（混合式）理想循环工作。如图所示，已知新蒸汽参数p1＝5MPa，t1=430℃，汽轮机排汽压力p2＝0.006MPa，抽汽压力p A=1MPa，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q l，放热量q2及输出净功w net；④循环热效率；⑤相应朗肯循环的热效率。 0.226，2507.8 kJ/kg，1492.2 kJ/kg，1015.6 kJ/kg，40.5%，38.2% 例6.3：某压缩空气制冷装置，压缩机的增压比为5，空气进入膨胀机的 温度为30℃，离开冷藏室的温度为-10℃。试计算循环制冷系数ε，循 环比吸热量q2和循环比耗功量w0。 制冷系数1.713，吸热量71.98kJ/kg，耗功量42.02kJ/kg 例6.4：某氨（NH3）蒸气压缩理想的制冷循环如图1-2-3-4-5-1所示，蒸发器中的温度t1=-20℃，冷凝器中的温度为t4=20℃。已知制冷量Q0=100000kJ/h，制冷剂参数： 求：（1m 水从20℃制成0℃的冰，且水的比热容c H2O为4.168kJ/(kgK)，冰的熔解热r为333kJ/kg，每小时所产生的冰量。 0.0243kg/s，5.178kW，5.368，240.2kg/h 页脚内容1 页脚内容2 1 n c n κ - = - R =，代入上式得 页脚内容3 页脚内容4 页脚内容 6 及内能的变化，并画出p-v 图，比较两种压缩过程功量的大小。（空气： p c =1.004kJ/(kgK)，R=0.287kJ/(kgK)）（20分） 2．某热机在T1=1800K 和T2=450K 的热源间进行卡诺循环，若工质从热源吸热1000KJ ，试计算：（A ）循环的最大功？（B ）如果工质在吸热过程中与高温热源的温差为100K ，在过程中与低温热源的温差为50K ，则该热量中能转变为多少功？热效率是多少？（C ）如果循环过程中，不仅存在传热温差，并由于摩擦使循环功减小10KJ ，则热机的热效率是多少？（14分） 3．已知气体燃烧产物的cp=1.089kJ/kg ·K 和k=1.36，并以流量m=45kg/s 流经一喷管，进口p1=1bar 、T1=1100K 、c1=1800m/s 。喷管出口气体的压力p2=0.343bar ，喷管的流量系数cd=0.96；喷管效率为 =0.88。求合适的喉部截 面积、喷管出口的截面积和出口温度。（空气：p c =1.004kJ/(kgK)， R=0.287kJ/(kgK)）（20分） 一．是非题（10分） 1、√ 2、√ 3、× 4、× 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、√ 二．选择题（10分） 1、B2、C3、B4、B5、A 三．填空题（10分） 1、功W;内能U 2、定温变化过程，定熵变化 3、小，大，0 4、对数曲线，对数曲线 5、 a kpv kRT ==， c M a = 四、名词解释（每题2分，共8分） 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的系统。 焓：为简化计算，将流动工质传递的总能量中，取决于工质的热力状态的那部分能量，写在一起，引入一新的物理量，称为焓。 热力学第二定律：克劳修斯(Clausius)说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。开尔文一浦朗克(Kelvin —Plank)说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。 相对湿度：湿空气的绝对湿度v ρ与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s ρ的比值， 称为相对湿度?。 五简答题（8分） 一、分析说明题： 1、水汽化过程的P-V 与T-S 图上：1点、2线、3区、5态，分别指的是什么？ 答：1点：临界点2线：上界线（干饱和蒸汽线）、下界线（饱和水线）3区：过冷区（液相区或未饱和区）、湿蒸汽区（汽液两相区）、过热蒸汽区（气相区）5态：未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽 2、什么样的的气体可以看成是理想气体？ 答：①分子之间的平均距离相当大，分子的体积与气体的总体积相比可以忽略。②分子之间没有相互的作用力。 ③分子之间的相互碰撞及分子与器壁之间的碰撞均为弹性碰撞。 3、画图分析蒸汽初温及初压的变化对郎肯循环的影响。 ①蒸汽初温的影响： 保持p 1、p 2不变，将t 1提高，2t 1 T 1T η=- 则有：1T ↑，2T 不变?t η↑ 且乏汽干度：2'2x x > ②蒸汽初压的影响： 保持t 1、 p 2不变，提高p 1，2t 1 T 1T η=- 则有：1T ↑，2T 不变?t η↑ 但是乏汽干度：2'2x x < 4、什么叫逆向循环或制冷循环？逆向循环的经济性用什么衡量？其表达式是什么？ 答：在循环中消耗机械能，把热量从低温热源传向高温热源的循环称为逆向循环或制冷循环。或者在P-V 图和T-S 图上以顺时针方向进行的循环。 逆向循环的经济性评价指标有：制冷系数；ε =q 2/W net ；热泵系数：ε ′ =q 1/W net 5、简述绝对压强、相对压强及真空度之间的关系。 答：①当绝对压强大于当地大气压时： 相对压强（表压强）=绝对压强-当地大气压 或 当地绝表P P P -= ②当绝对压强小于当地大气压时：真空度=当地大气压-绝对压强 或 绝当地真空P P P -= 6、绝热刚性容器中间用隔板分开，两侧分别有1kg N 2和O 2，其p 1、T 1相同。若将隔板抽出，则混合前后的温度和熵有什么变化，为什么？ 答: ①因为是刚性绝热容器，所以系统与外界之间既没有热量交换也没有功量交换。②系统内部的隔板抽出后，温度保持不变。③绝热过程系统熵流为零，系统内部为不可逆变化，熵产大于零，因此总熵变大于零。 7、表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否 可能变化？ 答：①表压力或真空度不能作为状态参数进行热力计算，因为表压力或真空度只是一个相对压力。 ②若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 一、简答题（每小题?5?分，共?30?分） 1、未饱和湿空气经历绝热加湿过程，其干球温度、湿球温度和露点温度如何变化 2、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 3、画出燃气轮机装置定压加热理想循环的?p-v?图和?T-s?图，并写出其用循环增压比表示的热效率公式。（假设工质为理想气体，比热取定值） 4、反映往复活塞式内燃机混合加热循环特性的设计参数有哪几个写出其定义式。 5、住宅用空调机当夏天环境温度升高时，其制冷系数和耗功量如何变化 6、为什么在湿蒸汽区域进行的绝热节流过程总是呈现节流冷效应 二、计算题（共?70?分） 1?．（?18?分）?3kmol?温度?t?1?＝?100 ℃的氮气流与?1kmol?温度?t?2?＝?20 ℃的空气流在管道中绝热混合。已知混合前空气的摩尔分数为：?x?N 2 ?＝?0.79?、?x?O2＝?0.21?，若混合前后氮气、空气和混合物的压力都相 等，试求： (1)?混合后气体的温度； (2)?混合气体中?N 2?和?O?2?的摩尔分数； (3)?对应于?1kmol?的混合气产物，混合过程的熵增。 设摩尔热容为定值：?C?p，m，N2＝?29.08kJ/?（?kmol·K?）、?C?p，m?，O2＝29.34kJ/?（?kmol·K?）、?R?＝?8.314kJ/?（?kmol·K?） 2?．（?17?分）空气初态为?p?1＝?0.4MPa?、?T?1?＝?450K?，初速忽略不计。经一喷管绝热可逆膨胀到?p?2＝?0.1MPa?。若空气的?Rg?＝?0.287 kJ/ (kg·K)?；?c?p＝?1.005 kJ/ (kg·K)?；?γ?＝?c?p?/?c?v?＝?1.4?； ?=0.528?；试求： 临界压力比?ν cr （1）在设计时应选用什么形状的喷管为什么 （2）喷管出口截面上空气的流速?C?f2?、温度?T?2?和马赫数?Ma?2； （3）若通过喷管的空气质量流量为?q?m?＝?1kg/s?，求：喷管出口截面积和临界截面积。 3?．（?15?分）活塞式压气机每秒钟从大气环境中吸入?p?1＝?0.1MPa?、?t1＝?17 ℃的空气?0.1m 3?，绝热压缩到?p?2＝?0.4MPa?后送入储气罐。若该压气机的绝热效率?η?c,s?=0.9?，空气的?Rg?＝?0.287k J/ (kg·K)?；?c?p?＝?1.005 kJ/ (kg·K)；?γ?＝?c?p?/?c?v?＝?1.4?；试求： (1)?压气机出口的空气温度； (2)?拖动压气机所需的功率； (3)?因摩擦引起的每秒钟的熵产。 4．（?20?分）一单级抽汽回热循环如图?1所示，水蒸气进入汽轮机的状态参数为5MPa、450℃，在10kPa下排入冷凝器。水蒸气在0.45MPa压力下抽出，送入混合式给水加热器加热给水。给水离开加热器的温度为抽 1．湿蒸汽的状态参数p,t,v,x 中，不相互独立的一对是（D ）D ．(p,t)2．在不可逆循环中（B ）A ． ??>?ds T q B ． ??t w >t C ．t DP =t w =t D ．t w > t DP >t 6．如果孤系内发生的过程都是可逆过程，则系统的熵（C ） A ．增大 B ．减小 C ．不变 D ．可能增大，也可能减小21．理想气体的可逆过程方程式=n pv 常数，当n ＝ ∞ 时，即为等体过程。 7．pdv dT c q v +=δ适用于（A ）A ．可逆过程，理想气体 B ．不可逆过程，理想气体 C ．可逆过程，实际气体 D ．不可逆过程，实际气体 8．电厂蒸汽动力循环回热是为了（C ）A ．提高循环初参数 B ．降低循环终参数C ．提高平均吸热温度 D ．提高汽轮机的相对内效率 9．活塞式压气机采取分级压缩（ C ）A ．能省功 B ．不能省功 C ．不一定省功 D ．增压比大时省功 10．理想情况下活塞式压气机余隙体积的增大，将使生产1kg 压缩空气的耗功量（C ）A 增大 B ．减小C ．不变 D ．的变化视具体压缩空气的耗功量 11．下列各项中，不影响燃烧过程热效应的是（C ）A ．反应物的种类 B ．反应温度C ．反应速度D ．反应压力 12．欲使亚声速气流加速到超声速气流应采用（C ）A ．渐缩喷管B ．渐扩喷管C ．缩放喷管D ．前后压差较大直管 13．水蒸汽h －s 图上定压线（C ．在湿蒸汽区是直线，在过热蒸汽区是曲线 14．为提高空气压缩制冷循环的制冷系数，可以采取的措施是（D ） A ．增大空气流量 B ．提高增压比C ．减小空气流量 D ．降低增压比 15．在范德瓦尔方程中，常数b 为考虑气体 而引入的修 正项。（C ）A 分子间内位能 B ．分子运动动能C ．分子本身体积D ．分子间相互作用力 二、多项选择题16．理想气体可逆等温过程的体积变化功w 等于（AC ）A ．2 1 p p RT ln B ．1 2p p RT ln C ．1 2v v RT ln D ．2 1v v RT ln E ．(p 2v 2－p 1v 1) 17．vdp dh q －=δ适用于 AC A ．可逆过程，理想气体 B ．不可逆过程，理想气体 C ．可逆过程，实际气体D ．不可逆过程，实际气体 E ．任意过程，任意气体 18．再热压力若选得合适，将使（BCDE ） A ．汽耗率提高 B ．热耗率提高 C ．循环热效率提高 D ．排汽干度提高 E ．平均吸热温度提高 19．马赫数小于1的气流可逆绝热地流过缩放管时，如果把喷管的渐扩段尾部切去一段，在其他条件不变的情况下，其（BDE ）A ．流量变小B ．流量不变 C ．流量变大 D ．出口压力变大E ．出口速度变大 20．不可逆循环的热效率（BE ） A ．低于可逆循环的热效率 B ．在相同的高温热源和低温热源间低于可逆循环的热效率 C ．高于可逆循环的热效率 D ．在相同的高温热源和低温热源间高于可逆循环的热效率 E ．可能高于，也可能低于可逆循环的热效率 三、填空题 22．在一定的压力下，当液体温度达到 饱和 时，继续加热，立即出现强烈的汽化现象。 23．湿空气的绝对温度是指lm 3湿空气中所含水蒸汽的 质 量 。 24．火电厂常用的加热器有表面式和 混合 式。 25．可逆绝热地压缩空气时，无论是活塞式压气机还是叶轮式压气机，气体在压气机内的 状态变化 规律是相同的。 26．理想气体的绝热节流效应是 零效应 。 27．利用平均比热表计算任意体积气体在定压过程中的吸热量时，应使用公式 Q ＝V 0 )t |c -t |(c 1t 0'p 2t 0'p 1 2?? 。 28．图示通用压缩子图上一状态点A ，其位置表明： 在该状态下气体分子之间的相互作用力 主要表现为 排斥 力。 工程热力学考试试卷 All rights reserved. 判断题 1.流动功是系统维持流动所花费的代价，所以流动功不能为0。（×） 2.质量保持不变的系统就是闭口系。（×） 3.处于稳定状态的系统一定处于平衡状态（×） 4.根据熵的定义T q s rev δ= d ，热量是过程量，所以熵也是过程量。 （×） 5.等温过程的膨胀功与与吸收的热量相等。（×） 6.v p -图上，理想气体的等熵线比等温线陡；s T -图上，理想气体的等压线比等容线陡。（×） 7.绝热系可以是开口系。（√） 8.可以从单一热源中取热并使之完全转换为功。（√） 9.定容过程对湿蒸汽进行加热，干度一定增大。（×） 10.可逆循环的热效率一定大于不可逆循环的热效率。（×） 11.w du q δδ+=及pdv dT c q v +=δ二式均适用于任何工质，任何过程。（×） 分析、简答题 1.“系统经某一初态经不可逆与可逆两条途径到达同一终态，则经不可逆途径系统的熵变必大于可逆途径的熵变。”，这种说法是否正确，为什么？ 答：不正确。因为熵是状态参数，不论过程是否可逆，只要初终态相同，其熵变均相同，故系统从某一初态经不可逆与可逆两条途径到达同一终态，经不可逆途径系统的熵与可逆途径的熵变相等。 2.试在s T -图上把理想气体两状态间热力学能及焓的变化表示出来。 答：通过2点作等温线，分别与过1点的等容线和等压线相交于2v 及2p 点；由于理想气体的热力学能和焓是温度的单值函数，p v T T T 222==，可以得到p v h h u u 2222,==。 等容过程的吸热量与相同温限下的热力学能的变化相等，可以得到 12u u q v v -=。 等压过程的吸热量与相同温度下的焓的变化相等，可以得到 12h h q p p -=。s T -图上过程线下方的面积表示热量，所以 11212s s q v v v 面积=；11212s s q p p p 面积=。从而可以得到，1121212s s q u u v v v 面积==-；1121212s s q h h p p p 面积==-。 3.某理想气体在v p -图上的两种过程如下图所示，试在s T -图上画出相应的两个过程，指出过程多变指数n 的范围，并说明各过程中工质是膨胀还是压缩，吸热还是放热，升温还是降温，降压还是升压。 答：1-2过程：0-<<∞n ，压缩、放热、降温、降压。 一、1.若已知工质的绝对压力P=，环境压力Pa=，则测得的压差为(B)A.真空pv= B.表压力pg=.真空pv= D.表压力p g= 2.简单可压缩热力系的准平衡过程中工质压力降低，则(A) A.技术功为正 B.技术功为负 C.体积功为正 D.体积功为负 3.理想气体可逆定温过程的特点是(B)=0 =>W 例1:如图，已知大气压p b=101325Pa ，U 型管内 汞柱高度差H =300mm ，气体表B 读数为0.2543MPa ，求：A 室压力p A 及气压表A 的读数p e,A 。 解： 强调： P b 是测压仪表所在环境压力 例2:有一橡皮气球，当其内部压力为0.1MPa （和大气压相同）时是自由状态，其容积为0.3m 3。当气球受太阳照射而气体受热时，其容积膨胀一倍而压力上升到0.15MPa 。设气球压力的增加和容积的增加成正比。试求： （1）该膨胀过程的p~f （v ）关系； （2）该过程中气体作的功； （3）用于克服橡皮球弹力所作的功。 解：气球受太阳照射而升温比较缓慢，可假定其 ，所以关键在于求出p~f （v ） (2) （3） 例3：如图，气缸内充以空气，活塞及负载195kg ，缸壁充分导热，取走100kg 负载，待平 衡后，不计摩擦时，求：（1）活塞上升的高度 ;（2）气体在过程中作的功和换热量，已 知 解：取缸内气体为热力系—闭口系 分析：非准静态，过程不可逆，用第一定律解析式。 计算状态1及2的参数： 过程中质量m 不变 据 因m 2=m 1,且 T 2=T 1 体系对外力作功 注意：活塞及其上重物位能增加 例4：如图，已知活塞与气缸无摩擦，初始时p 1=p b ，t 1=27℃，缓缓加热， 使 p 2=0.15MPa ，t 2=207℃ ，若m =0.1kg ，缸径=0.4m ，空气 求：过程加热量Q 。 解： 据题意 ()()121272.0T T m u u m U -=-=? 例6 已知：0.1MPa 、20℃的空气在压气机中绝热压缩后，导入换热器排走部分热量，再进入喷管膨胀到0.1MPa 、20℃。喷管出口截面积A =0.0324m2，气体流速c f2=300m/s 。已知压气机耗功率710kW ，问换热器的换热量。 解： 稳定流动能量方程 ——黑箱技术 例7:一台稳定工况运行的水冷式压缩机，运行参数如图。设空气比热 cp =1.003kJ/(kg·K)，水的比热c w=4.187kJ/(kg·K)。若不计压气机向环境的散热损失、动能差及位能差，试确定驱动该压气机所需功率。[已知空气的焓差h 2-h 1=cp (T 2-T 1)] 解：取控制体为压气机（不包括水冷部分 流入： 流出： 6101325Pa 0.254310Pa 355600Pa B b eB p p p =+=+?=()()63 02160.110Pa 0.60.3m 0.0310J 30kJ W p V V =-=??-=?=斥L ?{}{}kJ/kg K 0.72u T =1 2T T =W U Q +?=()()212211U U U m u m u ?=-=-252 1.96010Pa (0.01m 0.05m)98J e W F L p A L =??=???=???={}{}kJ/kg K 0.72u T =W U Q +?=g V m pq q R T =()f 22g p c A R T =620.110Pa 300m/s 0.0324m 11.56kg/s 287J/(kg K)293K ???==??()111 11111m V m P e q p q P q u p v ++?++() 1 2 1 22222m V m e q p q q u p v ++Φ?Φ++水水 一．是非题三．填空题（10 分） 1．两种湿空气的相对湿度相等，则吸收水蒸汽的能力也相等。（） 1．理想气体多变过程中，工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2．闭口系统进行一放热过程，其熵一定减少（）2．蒸汽的干度定义为_________。 3．容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会改变。（）3．水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________，在高温时较__________，在临界温度 为__________。 4．理想气体在绝热容器中作自由膨胀，则气体温度与压力的表达式为 T 2 p 2 k 1 k （） 4．理想气体的多变比热公式为_________ 5．采用Z级冷却的压气机，其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释（每题 2 分，共8 分） T 1 p 1 1．卡诺定理： 5．对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析，其结果与所取系统的形式无关。（） 6．工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程，则工质熵的变化是一样的。 （） 7．对于过热水蒸气，干度x 1（） 8．对于渐缩喷管，若气流的初参数一定，那么随着背压的降低，流量将增大，但最 多增大到临界流量。（） 9．膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量（） 10．已知露点温度t d 、含湿量 d 即能确定湿空气的状态。（） 二．选择题（10 分） 1．如果热机从热源吸热100kJ，对外作功100kJ，则（）。 （A）违反热力学第一定律；（B）违反热力学第二定律； （C）不违反第一、第二定律；（D）A 和B。 2．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小段，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 3．系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值大小取决于（）。 （A）系统的初、终态；（B）系统所经历的过程； （C）（A）和（B）；（D）系统的熵变。 4．不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后，其结果只能是（）。 （A）全部水变成水蒸汽（B）部分水变成水蒸汽2．．理想气体 3．水蒸气的汽化潜热 5．含湿量 五简答题（8 分） t t wet 、温度，试用H d —图定性的 d 1.证明绝热过程方程式 2.已知房间内湿空气的 确定湿空气状态。 六．计算题（共54 分） 1．质量为2kg 的某理想气体，在可逆多变过程中，压力从0.5MPa 降至0.1MPa，温度从162℃降至27℃，作出膨胀功267kJ，从外界吸收热量66.8kJ。试求该理想气体的定值比热容c p 和c V p v 图和T s 图上 [kJ/(kg·K)]，并将此多变过程表示在 （图上先画出 4 个基本热力过程线）。（14 分） 2．某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13.5bar，t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0.08bar 的干饱和蒸汽，设环境温度t0=20℃,试求：汽轮机的实际功量、 理想功量、相对内效率（15 分） 3．压气机产生压力为6bar，流量为20kg/s 的压缩空气，已知压气机进口状态 p =1bar，t1 =20℃，如为不可逆绝热压缩，实际消耗功是理论轴功的 1.15 倍，求1 c 压气机出口温度t2 及实际消耗功率P。（已知：空气 p =1.004kJ/(kgK)，气体常数R=0.287kJ/(kgK)）。（15 分） 工程热力学期末试卷 建筑环境与设备工程专业适用 （闭卷，150分钟） 班级 姓名 学号 成绩 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500 kJ 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： =??? ? ?++- ?=15.27350015.273301500,q x E 303.95kJ 3. 两个不同温度（T 1,T 2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T 1吸收热量Q 1向低温热源T 2放出热量Q 2，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△S W =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 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 ）如变化，并简述为什么。 答：u 、T 不变，P 减小，v 增大，s 增大。 自由膨胀 12iso T T R S S S S S ?=?+?+?+?W 1212 00ISO Q Q S T T -?= +++R 0S ?= iso S ?= 5. 试由开口系能量程一般表达式出发，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P i ，则该组元的状态程可写成：P i V = m i R i T 。 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：T T w q T T T R ?==-= 2 2212ε，当 2q 不变，T ?↑时，↑w 、↓R ε。即在同样2q 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 r T 。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。 全国考研专业课高分资料 中北大学 《工程热力学》 期末题 笔记：目标院校目标专业本科生笔记或者辅导班笔记 讲义：目标院校目标专业本科教学课件 期末题：目标院校目标专业本科期末测试题2-3 套 模拟题：目标院校目标专业考研专业课模拟测试题 2 套 复习题：目标院校目标专业考研专业课导师复习题 真题：目标院校目标专业历年考试真题，本项为赠送项，未公布的不送！ 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 10 bar 的气体通过渐缩喷管流入 1 bar 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. 2 、某制冷机在热源T1= 300K，及冷源消耗功为 250 KJ ，此制冷机是流速减小，流量增大 T2= 250K 之间工作，其制冷量为 【】 1000 KJ， 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. U B. U pV C. U mc2f / 2 mgz D. U pV mc2f / 2 mgz 4、熵变计算式s c p In (T2 / T1) R g In ( p2 / p1) 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。 2.5 典型例题 例题２－１ 一个装有２kg 工质的闭口系经历如下过程：过程中系统散热25kJ ，外界对系统做功100kJ ，比热力学能减少15kJ/kg ，并且整个系统被举高1000m 。试确定过程中系统动能的变化。 解 由于需要考虑闭口系统动能及位能的变化，所以应用第一定律的一般表达式（２－７b ），即 2 f 12 Q U m c m g z W =?+?+?+ 于是 2 f 1K E 2 m c Q W U m g z ?= ?=--?-? (25k J )(100k J )(2k g )(1 =----- 2 -3 (2k g )(9.8m /s )(1000m 10) -?? = +85 .4k 结果说明系统动能增加了 85.4kJ 。 讨论 （１） 能量方程中的Q ,W ，是代数符号，在代入数值时，要注意按规定的正负号含 义 代入。U ?，mg z ?及 2 f 12 m c ?表示增量，若过程中它们减少应代负值。 （２） 注意方程中每项量纲的一致，为此mg z ?项应乘以310-。 例题２－２ 一活塞汽缸设备内装有５kg 的水蒸气，由初态的比热力学能 12709.0kJ/kg u =，膨胀到22659.6kJ/kg u =，过程中加给水蒸气的热量为 80kJ ，通过 搅拌器的轴输入系统18.5kJ 的轴功。若系统无动能、位能的变化，试求通过活塞所做的功 解 依题意画出设备简图，并对系统与外界的相互作用加以分析。如图２－４所示，这是一闭口系，所以能量方程为 Q U W =?+ 方程中是总功，应包括搅拌器的轴功和活塞膨胀功，则能量方程为 p a d d l e p i Q U W W =?++ p s i t o n p a d d l e 2 ()W Q W m u u =--- (+80kJ)(18.5kJ)(5kg)(2659.62709.9)kJ/kg =---- 350kJ =+ 讨论 （１） 求出的活塞功为正值，说明系统通过活塞膨胀对外做功。 一.就是非题 1.两种湿空气的相对湿度相等,则吸收水蒸汽的能力也相等。() 2.闭口系统进行一放热过程,其熵一定减少() 3.容器中气体的压力不变,则压力表的读数也绝对不会改变。() 4.理想气体在绝热容器中作自由膨胀,则气体温度与压力的表达式为 k k p p T T 11212-??? ? ??=() 5.对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析,其结果与所取系统的形式无关。() 6.工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程,则工质熵的变化就是一样的。() 7.对于过热水蒸气,干度1>x () 8.对于渐缩喷管,若气流的初参数一定,那么随着背压的降低,流量将增大,但最多增大到临界流量。() 9.膨胀功、流动功与技术功都就是与过程的路径有关的过程量() 10.已知露点温度d t 、含湿量d 即能确定湿空气的状态。() 二.选择题(10分) 1.如果热机从热源吸热100kJ,对外作功100kJ,则()。 (A)违反热力学第一定律;(B)违反热力学第二定律; (C)不违反第一、第二定律;(D)A 与B 。 2.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小段,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 3.系统在可逆过程中与外界传递的热量,其数值大小取决于()。 (A)系统的初、终态;(B)系统所经历的过程; (C)(A)与(B);(D)系统的熵变。 4.不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后,其结果只能就是()。 (A)全部水变成水蒸汽(B)部分水变成水蒸汽 (C)部分或全部水变成水蒸汽(D)不能确定 5.()过程就是可逆过程。 (A)、可以从终态回复到初态的(B)、没有摩擦的 (C)、没有摩擦的准静态过程(D)、没有温差的 三.填空题(10分) 1.理想气体多变过程中,工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2.蒸汽的干度定义为_________。 3.水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________,在高温时较__________,在临界温度为__________。 4.理想气体的多变比热公式为_________ 5.采用Z 级冷却的压气机,其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释(每题2分,共8分) 1.卡诺定理: 2..理想气体 3.水蒸气的汽化潜热 5.含湿量 五简答题(8分) 1、证明绝热过程方程式 2、已知房间内湿空气的d t 、wet t 温度,试用H —d 图定性的确定湿空气状态。 六.计算题(共54分) 1.质量为2kg 的某理想气体,在可逆多变过程中,压力从0、5MPa 降至0、1MPa,温度从162℃降至27℃,作出膨胀功267kJ,从外界吸收热量66、8kJ 。试求该理想气体的定 值比热容p c 与V c [kJ/(kg ·K)],并将此多变过程表示在v p -图与s T -图上(图上 先画出4个基本热力过程线)。(14分) 2.某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13、5bar,t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0、08bar 的干饱与蒸汽,设环境温度t0=20℃,试求:汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率(15分) 3.压气机产生压力为6bar,流量为20kg/s 的压缩空气,已知压气机进口状态1p =1bar,1t =20℃,如为不可逆绝热压缩,实际消耗功就是理论轴功的1、 15倍,求压气 机出口温度2t 及实际消耗功率P 。(已知:空气p c =1、004kJ/(kgK),气体常数R=0、287kJ/(kgK))。(15分) 4.一卡诺循环,已知两热源的温度t1=527℃、T2=27℃,循环吸热量Q1=2500KJ,试求:(A)循环的作功量。(B)排放给冷源的热量及冷源熵的增加。(10分) 一.就是非题(10分) 1、× 2、× 3、× 4、√ 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、× 二.选择题(10分) 1、B 2、A3、A4、A5、C 三.填空题(10分) 工程热力学试题 （本试题的答案必须全部写在答题纸上，写在试题及草稿纸上无效） 说明： 1）答题前请考生务必认真阅读说明； 2）考生允许携带计算器； 3）重力加速度g＝9.80m/s2； 4）本套试题中所用到的双原子理想气体绝热指数K＝； 5）理想气体通用气体常数R＝(mol·k)； 6）标准大气压Pa＝； 7）氧原子量取16，氢原子量取1，碳原子量取12，N原子量取14； 8）空气分子量取29，空气的定压比热Cp=(kg·K)。 一、是非题（每题2分，共20分；正确的打√，错误的打×。） 1、系统从同一始态出发，分别经历可逆过程和不可逆过程到达同一终态，则两个过程该系统的熵变相同。（） 2、循环功越大，热效率越高。（） 3、对于由单相物质组成的系统而言，均匀必平衡，平衡必均匀。（） 4、系统经历不可逆过程后，熵一定增大。（） 5、湿空气相对湿度越高，含湿量越大。（） 6、理想气体绝热节流前后温度不变。（） 7、系统吸热，熵一定增大；系统放热，熵一定减小。（） 8、对于具有活塞的封闭系统，气体膨胀时一定对外做功。（） 9、可逆过程必是准静态过程，准静态过程不一定是可逆过程。（） 10、对于实际气体，由焓和温度可以确定其状态。（） 二、填空题（每题5分，共50分） 1、某气体的分子量为44，则该气体的气体常数为。 2、某甲烷与氮的混合气，两组分的体积百分含量分别为70％和30％，则该混气的平均分子量为。 3、300k对应的华氏温度为。 4、卡诺循环热机，从200℃热源吸热，向30℃冷源放热，若吸热率是10kw，则输出功率为。 5、自动升降机每分钟把50kg的砖块升高12m，则升降机的功率为。 6、、30℃的氦气经节流阀后压力降至100kpa，若节流前后速度相等，则节流前管径与节流后管径的比值为。 7、某双原子理想气体的定压比热为，则其定容比热可近似认为等于。 8、容积2m3的空气由、40℃被可逆压缩到1MPa、0.6m3，则该过程的多变指数为。 9、空气可逆绝热地流经某收缩喷管，若进口压力为2MPa，出口 工程热力学习题集 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 能源和 能源。 2．孤立系是与外界无任何 和 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 。 5．只有 过程且过程中无任何 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 和 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 、水蒸气含量越 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9．熵流是由 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 能源和 能源。 12．绝热系是与外界无 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器内的绝对压力为 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使 都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 和两个 过程所构成。 17．相对湿度越 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 。（填大、小） 18．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19．熵产是由 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有：（ ）、（ ）、（ ）。 22、理想气体的热力学能是温度的（ ）函数。 23、热力平衡的充要条件是：（ ）。 24、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（ ）。 25、卡诺循环由（ ）热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的（ ）、（ ）、（ ）。 31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。 一．是非题 1．两种湿空气的相对湿度相等，则吸收水蒸汽的能力也相等。（ ） 2．闭口系统进行一放热过程，其熵一定减少（ ） 3．容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会改变。（ ） 4．理想气体在绝热容器中作自由膨胀，则气体温度与压力的表达式为 k k p p T T 11212-??? ? ??= （ ） 5．对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析，其结果与所取系统的形式无关。 （ ） 6．工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程，则工质熵的变化是一样的。 （ ） 7．对于过热水蒸气，干度1>x （ ） 8．对于渐缩喷管，若气流的初参数一定，那么随着背压的降低，流量将增大，但最多增大到临界流量。（ ） 9．膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量 （ ） # 10．已知露点温度d t 、含湿量d 即能确定湿空气的状态。 （ ） 二．选择题 （10分） 1．如果热机从热源吸热100kJ ，对外作功100kJ ，则（ ）。 （A ） 违反热力学第一定律； （B ） 违反热力学第二定律； （C ） 不违反第一、第二定律；（D ） A 和B 。 2．压力为10 bar 的气体通过渐缩喷管流入1 bar 的环境中，现将喷管尾部截去一小段，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 3．系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值大小取决于（ ）。 （A ） 系统的初、终态； （B ） 系统所经历的过程； [ （C ） （A ）和（B ）； （ D ） 系统的熵变。 4．不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后，其结果只能是（ ）。 （A ）全部水变成水蒸汽 （B ）部分水变成水蒸汽 （C ）部分或全部水变成水蒸汽 （D ）不能确定 5．（ ）过程是可逆过程。 （A ）.可以从终态回复到初态的 （B ）.没有摩擦的 （C ）.没有摩擦的准静态过程 （D ）.没有温差的 三．填空题 （10分） 1．理想气体多变过程中，工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 3．5 典型例题 例题3－１ 某电厂有三台锅炉合用一个烟囱，每台锅炉每秒产生烟气733 m （已折算成标准状态下的体积），烟囱出口出的烟气温度为100C ?，压力近似为101.33kPa ，烟气流速为30m/s 。求烟囱的出口直径。 解 三台锅炉产生的标准状态下的烟气总体积流量为 烟气可作为理想气体处理，根据不同状态下，烟囱内的烟气质量应相等，得出 因p =0p ，所以 烟囱出口截面积 32V 299.2m /s 9.97m q A = == 烟囱出口直径 3.56m 讨论 在实际工作中，常遇到“标准体积”与“实际体积”之间的换算，本例就涉及到此问题。又例如：在标准状态下，某蒸汽锅炉燃煤需要的空气量3V 66000m /h q =。若鼓风机送入的热空气温度为1250C t =?，表压力为g120.0kPa p =。当时当地的大气压里为b 101.325kPa p =，求实际的送风量为多少？ 解 按理想气体状态方程，同理同法可得 而 1g1b 20.0kPa 101.325kPa 121.325kPa p p p =+=+= 故 33V1101.325kPa (273.15250)K 66000m 105569m /h 121.325kPa 273.15kPa q ?+=?=? 例题３－２ 对如图３－９所示的一刚性容器抽真空。容器的体积为30.3m ，原先容 器中的空气为0.1MPa ，真空泵的容积抽气速率恒定为30.014m /min ，在抽气工程中容器内温度保持不变。试求： （１） 欲使容器内压力下降到0.035MPa 时，所需要的抽气时间。 （２） 抽气过程中容器与环境的传热量。 解 （１）由质量守恒得 即 所以 V d d q m m V τ-= （３） 一般开口系能量方程 由质量守恒得 out d d m m =- 又因为排出气体的比焓就是此刻系统内工质的比焓，即out h h =。利用理想气体热力性质得工程热力学期末试卷及答案
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