习题及部分解答 第一篇工程热力学 第一章基本概念
1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：
答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。
2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密
度。
3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。
若水柱高mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算
4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角ο30=α
，压
力计中使用3
/8.0cm g =ρ的煤油，斜管液体长度mm L 200=，当地大气压力
MPa p b 1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa 表示）解：
5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C 为压力表，读数为kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示）kPa p gA 155=
6.试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。
（1）.取水为系统；
（2）.取电阻丝、容器和水为系统； （3）.取图中虚线内空间为系统。 答案略。
7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为MPa 4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为mmHg 706。若大气压力为MPa 098.0，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa 表示）MPa p MPa p 0039.0;0247.021==
8.测得容器的真空度mmHg p v 550=，大气压力MPa p b 098.0=，求容器内的绝对压力。若
大气压变为MPa p b
102.0='，求此时真空表上的读数为多少mmMPa ？MPa p MPa p v
8.579,0247.0='= 9.如果气压计压力为kPa 83，试完成以下计算： （1）.绝对压力为11.0MPa 时的表压力；
（2）.真空计上的读数为kPa 70时气体的绝对压力； （3）.绝对压力为kPa 50时的相应真空度（kPa ）； （4）.表压力为MPa 25.0时的绝对压力（kPa ）。
（1）.kPa p g 17=； （2）.
kPa p 13=；
（3）.kPa p v 33=； （4）.
kPa p 333=。
10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0℃和100℃，而华氏温标则相应地取为
32℉和212℉。试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度所对应的华氏温
度。
将水在标准大气压下的冰点值032
和F ο
℃，以及沸点值100292和F ο℃代入，得
解该二元一次方程组，得：32,8.1==B A 。
从而有328.1+=t t F
当15.273-=t
℃时，有
11.气体进行可逆过程，满足
pV C =（C 为常数），试导出该气体从状态1变化到状态2时膨胀功
的表达式，并在p V -图上定性画出过程线、示出膨胀功。
答案：略
12.某气体的状态方程为g pV R T =，试导出： （1）.定稳下气体
,p v 之间的关系；
（2）.定压下气体,v T 之间的关系； （3）.定容下气体,p T 之间的关系。
答案：（1）.
2112v v p p =；（2）.1212T T v v =；（3）.1
212T T p p =。 第二章热力学第一定律
1.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为3
18010/q kg h =?，输出功率为55000P kW =，全厂耗煤
,19.5/m c q t h =，煤的发热量为33010/c q kJ kg =?。蒸汽在锅炉中吸热量2680/q kJ kg =。
试求：
（1）.该动力厂的热效率t η；
（2）.锅炉的效率B η（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。
解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量
热效率%4110
34.1550005
=?=Φ=
H t P η （2）.锅炉效率
2.系统经一热力过程，放热8kj 对外做功26kJ 。为使其返回原状态，对系统加热6kJ ，问需对系统作功多少？
解：由W U
Q +?=得
对于返回初态的过程 故需对系统做功kj 28。
3.气体在某一过程只能感吸收了54kJ 的热量，同时热力学能增加了94kJ 。此过程是膨胀过程还是压缩过程？系统与外界交换的功是多少？
答案：此过程为压缩过程；此过程中系统与外界交换的功是kj 40-。
4.1kg 空气由115,0.5p MPa t MPa ==膨胀到220.5,500p MPa t ==℃，得到热量506kJ ，对外做膨胀功506kJ 。接着又从终态被压缩到初态，热出热量390kJ ，试求：
（1）.[膨胀过程空气热力学能的增量； （2）.压缩过空气热力学能的增量； （3）.压缩过程外界消耗的功。 答案：（1）.0=?U
；（2）.0=?U ；（3）.kj W 390-=。
5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。 表中括号内的数为答案。
6.如图所示，某
封闭系统沿b c a --途径
由状态a 变化到
kj 90，对外做
b ，吸入热量
功kj 40，试问： 经d 至b ，若
（1）.系统从a kj 10，则吸收
对外做功热量是多少？ （2）.系统由b
经曲线所示过程
返回a ，若外界对系
kj 23，吸收热
统左贡量为多
少？
（3）.设,45,5kj U kj U d adb ==，那么过程d a -和b d -中系统吸收的热量各为多少？
答案（1）.kj Q adb 60=；（2）.kj Q ba 73-=；
（2）.kj Q ad 50=；（4）.kj Q db 10=。
7.容积为3
1m 的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体，如图2-31所示。试问： （1）.活塞是否对流体做功？ （2）.通过对活塞加压，把流体压力从
MPa p 2.01=提高到MPa p 33=，热力学能变化多少？焓
变化多少？
答案（1）.0=W
；（2）.kj H U 3108.2,0?=?=?。
8.一质量为kg 4500的汽车沿坡度为ο
15的山坡下行，车速为s m /300。在距山脚m 100处开始刹车，且在山脚处刚好刹住。若不计其它力，求因刹车而产生的热量。
kj Q 51004.2?=。
9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为h t /40，汽轮机进出口处压力表读数为MPa 9，进口比为
kg kj /3440，汽轮机出口比焓为kg kj /2240，真空表读数为kPa 06.95，当时当地大气压力为
kPa 66.98，汽轮机对环境放热为。试求：
（1）.汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少？ （2）.单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？ （3）.汽轮机的功率为多少？ 答案（1）.
（2）.kg kj sh /1200=ω （3）.kW P 4
10332.1?=
（4）.考虑进出口动能差后sh ω的相对偏差
10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为MPa p 005.0=，比焓kg kj h /25001=，出口为同压下的水，比
焓为
kg kj h /77.1372=,若蒸汽流量为h t /22，进入冷凝器的冷却水温为171='t ℃，冷却水出口温度为
302
='t ℃，试求冷却水流量为多少？水的比热容为)./(18.4K kg kj 。 答案)/(104.9563,h kg q w
m ?=
11.某活塞式氮气压气机，压缩的氮气的参数分别为：MPa p 1.01=，
kg m v /88.03
1=；MPa p 0.12=，kg m v /16.03=。设在压缩过程中每kg 氮气热力学能增加kj 180，同时向外放
出热量
kj 60。压气机每min 生产压缩氮气kg 18，试求：
（1）.压缩过程对每kg 氮气所做的功； （2）.生产每kg 压缩氮气所需的功； （3）.带动比压气机至少要多大的电动机。 答案（1）.kg kj /240-=ω； （2）.kg kj sh /312-=ω； （3）.kW P 6.93=。
12.流速为s m /600的高速空气突然受阻停止流动，即
02=c ，称为滞止。如滞止过程进行迅速，
以致气流受阻过程中与外界的热交换可以忽略，问滞止过程空气的焓变化了多少？
答案kg kj h /180=?
第三章理想气体及其混合物
1.把
2CO 压送到体积为35.0m 的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为kPa 3，温度为
C ο20，压送终了时压力表读数为kPa 30，温度为C ο50。试求压送到罐内的2CO 的质量。大气
压力为MPa
p b 1.0=。
解
由()()()[]()kg T p T p R V T R V p T R V p m T mR pV K kg kJ M R R kPa p p p kPa p p p g g g g g g b g b 143.02732010103273501013010189.05
.0.189.044
314.813030101.01033101.033311221122322311=???
? ??+?-+???=???
?
??-=-=
?=====+?=+==+?=+=
2.体积为30
3.0m 的某钢性容器内盛有了
C kPa ο20,700的氮气。瓶上装有一排气阀，压力达到kPa 875时发门开启，压力降到kPa 840时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：
(1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？
(2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。 答案（1）3.932
=t ℃；（2）kg m 0097.0=?
3.氧气瓶的容积3
30.0m V =瓶中氧气的表压力为
C
t MPa p g ο30,4.111==。问瓶中盛有多少氧
气？若气焊时用去一半氧气，温度降为
C t ο
202=，试问此时氧气的表压力为多少（当地大气压力MPa
p b 1.0=）
答案MPa p kg m g 625.0;86.72==
4.某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合表准状况时为h m 3
66000。鼓风机实际送入的热空气温度
为C ο
250，表压力为kPa 0.20，当地大气压为MPa p b 1.0=，求实际送风量()h m 3。
解
()MPa p p p g b 12.010201.03=?+=+=-
由T R q pq g m V =
得
()
()
h m P T T q p q T q p T pq V V V V 351100000
0010068.112
.027325027366000101325.0.?=+??==
=
5.某理想气体比热比4.1==V p c c k ，定压比热容)K kg kJ c p .042.1=，求该气体的摩尔质量。 解由
k c c V
p =及M
R
R c c g V p =
=- 得()()
()mol g k c R M p 93.274.111042.1314
.811=-?=-=
6.在容积为3
1.0m 的封闭容器内装有氧气，其压力为kPa 300，温度为C ο
15，问应加入多少热量可使氧气温度上升到C ο
800？
(1)按定值比热容计算； (2)按平均比热容计算。
解()[]k kg kJ M R R g
.26.032
314.8===
（1）()()()kJ t t R m t mc Q g V 3.6121580026.02
5
2.12512=-???=-=?=
（2）查得()K kg kJ c V
.656.015
=
7.摩尔质量为kg 30的某理想气体，在定容下由C ο
275
，加热到C ο845，若热力学能变化为
kg kJ 400，问焓变化了多少？
答案kg kJ h 9.557=?
8.将kg 1氮气由
C t ο
301=定压加热到C ο400，分别用定值比热容，平均比热容（表）计算其热力学能和焓的变化。 用定值比热容计算
用平均比热容计算
9.kg 2的2CO ，由C t kPa p ο
900,80011==膨胀到C t kPa p ο
600,12022==，试利用定值比热容求其热力学能、焓和熵的变化。 解
10.在体积为35.1m V
=的钢性容器内装有氮气。初态表压力为
MPa
p g 0.21=，温度为
C ο230，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到C ο750？其焓值变化是多少？大气压力为
MPa 1.0。
(1)按定值比热容计算；
(2)按真实比热容的多项式计算； (3)按平均比热容表计算；
(4)按平均比热容的直线关系式计算。 解 （1）
（2）查得
()()()
()()()()()
()()
()()
kJ T
nR Q dT nC kJ T T nR T a T a T a n T nR dT aT T a a n dT nR dT nC n dT R C n dT nC Q kmol m M n a a a T a T a a C m p T T m p m p m V m p 432
1
,322822312322102
1
2
1
2
1
2102
1
,,2
1
,823102
210,10226.150********.87532.010005.910005.9]5031023314.87532.050310231042.03
1
5031023102335.52
1
50310233146.27[7532.0327532.028
09.211042.0,102335.5,3146.272
1?=-??+?=?+==?H ?=-??--??-?+-?
??+-??=--??
? ??++=?-++=-=-=====
?-=?==++=??????----（3）查得 （4）查得
11.某氢冷却发电机的氢气入口参数为
C t MPa p g ο40,2.011==，出口参数为
C t MPa p g ο66,19.022==。若每分钟入口处体积流量为35.1m ，试求氢气经过发电机后的热力
学能增量、焓增量和熵增量。设大气压力为MPa p b 1.0=。 (1)按定值比热容计算；
(2)按平均比热容直线关系式计算。 解
（1） 按定值比热
()[])[]()()()()
()[]min .4504.03.029.0ln 157.42734027360ln 55.143459.0ln ln min 9.130406655.143459.0min 44.93406639.103459.0.39.10157.455.14.55.14157.42
7
271212K kJ p p R T T c q S kJ t c q kJ t c q U K kg kJ R c c K kg kg R c g p m p m V m g p V g p =??? ??
-++?=???? ?
?-=?=-??=?=?H =-??=?=?=-=-==?==
（2）按平均比热容的直线关系式
12.利用内燃机排气加热水的余热加热器中，进入加热器的排气（按空气处理）温度为C ο
300
，出
口温度为C ο
80。不计流经加热器的排气压力变化，试求排气经过加热器的比热力学能变化，比焓变化和比熵的变化。 (1)按定值比热容计算； (2)按平均比热容（表）计算。 答案
（1） （2）
13.进入气轮机的空气状态为C kPa ο600,600，绝热膨胀到
C kPa ο300,100，略去动能、位能变
化，并设大气温度为
K
T 3000=，试求：
(1)每千克空气通过气轮机输出的轴功； (2)过程的熵产及有效能损失，并表示在s T -图上；
(3)过程可逆膨胀到kPa 100输出的轴功。
解 （1） （2）
熵产g s ?及有效能损失i 如图3-36中阴影面积所示。 （3）
14.由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的摩尔数为
试求混合气体的体积分数、质量分数和在C t kPa p ο
27,400==时的比体积。
解
15.试证明：对于理想气体的绝热过程，若比热容为定值，则无论过程是否可逆，恒有
()
211
T T k R w g --=
式中：1T 和2T 分别为过程初终态的温度。
证明对于理想气体的绝热过程，有
又?????==-k c c R c c V
p g V p
得1-=
k R c g V
故()211
T T k R w g --=
证毕
第四章理想气体的热力过程
1.某理想气体初温
K T 4701=，质量为kg 5.2，经可逆定容过程，其热力学能变化为
kJ U 4.295=?，求过程功、过程热量以及熵的变化。设气体()35.1,.4.0==k K kg kJ R g ，
并假定比热容为定值。
解
由?????==-k
c c R c c V p g V p 得
()[]
()
()()K kJ T T mc S K T mc U T T T mc T mc U K kg kJ k R c V V V V g
V 568.0470
4
.573ln 143.15.2ln
3.573470143
.15.24
.295.143.11
35.14
.01121212=?==?=+?=+?=
-=?=?=-=
-=
2.一氧化碳的初态为
K T MPa p 493,5.411==。定压冷却到K T 2932=。试计算kmol 1的一氧
化碳在冷却过程中的热力学能和焓的变化量，以及对外放出的热量。比热容取定值。
答案kJ kJ U 4
4
1082.5,10154.4?=?H ?=?
3.氧气由MPa p C t 1.0,3011==ο
被定温压缩至MPa p 3.02=。
(1)试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；
(2)若按绝热过程压缩，初态与终态与上述相同，试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；
(3)将它们表示在同一副v p -图和s t -图上，试在图上比较两者的耗功。
解()[]K kg kJ M R R g
.26.032
314.8===
（1）55.863
.01
.0ln 30326.0ln 211,-=?==p p T R w g T t （2）
（3）两过程在
v p -图和s T -图上的表示分别如图3-37（a ）和3-37（b ）所示。图中过程
线T 21-为定温过程，s 21-为绝热过程线。从v p -图中可以看到，绝热过程耗功比定温过程耗
功多出曲边三角形面积s T 221--。
4.使将满足以下要求的理想气体多
变过程在
v p -和
s t -图上表
示出来（先画出4个基本热力过
程）： (1)气体受
压缩、升温
和放热；
(2)气体的多变指数8.0=n ，膨胀； (3)气体受压缩、降温又降压； (4)气体的多变指数2.1=n ，受压缩； (5)气体膨胀、将压且放热。
答案如图3-38（a ）和图3-38（b ）所示的
v p -图和s T -图上，1-1，1-2，1-3，1-4和1-5
分别为满足（1），（2），（3），（4）和（5）要求的多变过程线。 5.柴油机汽缸吸入温度C t ο601=的空气33
105.2m -?，经可逆绝热压缩。空气的温度等于燃料
的着火温度。若燃料的着火温度为C ο
720，问空气应被压缩到多大的体积？
答案34
210
63.1m V -?=
6.有kg 1空气，初态为C t MPa p ο
27,6.011==，分别经下列三种可逆过程膨胀到
MPa p 1.02=，试将各过程画在v p -图和s t -图上，并求各过程始态温度、做工量和熵的变化
量：
(1)定温过程；
(2)25.1=n 的多变过程； (3)绝热过程。
答案
（1） （2） (3)
v p -
图和s T -图如图3-39所示。 7.一容积为3
2.0m 的贮气罐，内装氮气，其初压力
MPa p 5.01=，温度C t ο371=。若对氮气加
热，其压力、温度都升高。贮气罐上装有压力控制阀，当压力超过MPa 8.0时，阀门便自动打开，防走部分氮气，即罐中维持最大压力为MPa 8.0，问当贮气罐中氮气温度为C ο
287时，对罐
内氮气共加入多少热量？设氮气比热容为定值。 解()[]K kg kJ M R R g
.297.028
314.8===
由T mR pV g = 开始过程是定容过程，则 8.容积为36.0m V
=的空气瓶内装有压力MPa p 101=，温度为K T 3001=的压缩空气，打开压
缩空气瓶上的阀门用以启动柴油机。假定留在瓶中的空气进行的是绝热膨胀。设空气的比热容为定值，)./(287.0K kg kj R g =。
（1）.问过一段时间后，瓶中空气从室内空气吸热，温度有逐渐升高，最后重新达到与室温相等，即又恢复到K 300，问这时空气瓶中压缩空气的压力3p 为多大？ 答案（1）kg m K T 6.15,1.2712
-=?=
（2）MPa p 75.73=
9.是导出理想气体定值比热容的多变过程的初、终态熵变为 解：主要步骤与公式
由?????==-k c c R c c V
p g
V p 得1-=k kR c g p
10.压力为kPa 160的kg 1空气，K 450定容冷却到K 300，空气放出的热量全部被温度为17℃的大气环境所吸收。求空气所放出热量的饿有效能和传热过程、的有效能损失，并将有效能损失表示在s T -图上。
解
由于放出的热量全部被环境吸收，使热量有效能全部变成了无效能，故有效能损失 有效能损失如图3-40的s T
-图上阴影面积所示。
11.空气进行可逆压缩的多变过程，多变指数,3.1=n 耗功量为kg kj /95.67，求热量和热力学能
变化。
答案kJ U kJ Q 85.50,95.16=?-=
第六章水蒸气
1.湿饱和蒸汽，
85.0,9.0==x MPa p ，试由水蒸气表求u s v h t 和,,,,。
答案kg kJ h C t s 99.2468,389.175==ο
2.过热蒸汽，425.0.3==t MPa p ℃，根据水蒸气表求u s h v ,,,和过热度D ，再用s h -图求上述参数。
答案查表：kg kJ h kg m v 7.3286,103638.03
==
查图：kg kJ h kg m
v 3290,105.03
==
3.开水房用开水的蒸汽与20=t ℃同压下的水混合，试问欲得t 5的开水，需要多少蒸汽和水？
解设需蒸汽为kg m V ，则水为V w m m m -=。 由
MPa p 1.0=，查得kg kJ h kg kJ h 14.2675,52.417=''='
C t ο20=时，kg kJ h 96.832=
根据热力学第学一定律
4.已知水蒸气kg kj h MPa p /1300,2.0==，试求其s t v ,,。 答案()K kg kJ s C t kg m
v .5452.3,30.120,3158.03
===ο
5.kg 1蒸汽，95.0,0.211==x MPa p ，定温膨胀至MPa p 1.02=，求终态s h v ,,及过程中对外所做的功。 解()kg kJ w 0.683=
6.进汽轮机的蒸汽参数为
435,0.311==t MPa p ℃。若经可逆膨胀绝热至MPa p .2=，蒸汽流
量为s kg /0.4，求汽轮机的理想功率为多少千克：
答案kW P 3
1066.4?=
7.一刚性容器的容积为MPa 3.0，其中
5
1为饱和水，其余为饱和蒸汽，容器中初压为MPa 1.0。欲使饱和水全部汽化，问需要加入多少热量？终态压力为多少？若热源温度为500℃，试求不可逆温差传热的有效能损失。设环境温度为27℃。
8.容积为3
36.0m 的刚性容器中贮有350=t
℃的水蒸气，其压力表度数为kPa 100。现容器对环
境散热使压力下降到压力表度数为kPa 50。试求：
（1）.确定初始状态是什么状态？ （2）.求水蒸气终态温度；
（3）.求过程放出的热量和放热过程的有效能损失。 设环境温度为20℃，大气压力为MPa 1.0。 答案（1）过热蒸汽；
（2）C t ο
8.1452=（此结果为利用教材《热工基础与应用》后附录A-7所得。利用较详细水蒸气热表或s h -图答案应为C ο
191）
（3）kJ I
kJ Q 8.35,6.82=-=（同上，kJ I kJ Q 2.27,1.59=-=）
9.气轮机的乏汽在真空度为kPa 96干度为88.0=x 的湿空气状态下进入冷凝器，被定压冷却凝结为饱和水。试计算乏汽体积是饱和水体积的多少倍，以及kg 1乏汽2在冷凝器中放出的热量。设大气压力为MPa 1.0。 答案
kg kJ q V V 2140,1005.3411
=?='
10.一刚性绝热容器内刚性各班将容器分为容积相同的B A ,两部分。设A 的容积为3
16.0m ，内盛有压力为MPa 1.0、温度为300℃的水蒸气；B 为真空。抽掉隔板后蒸汽蒸汽自由膨胀达到新的平衡态。试求终态水蒸气的压力、温度和自由膨胀引起的不可逆有效能损失。设环境温度为
20℃，并假设该蒸汽的自由膨胀满足常数=pV 。
解（1）由==1122V p V p 常数 得()MPa V V p p 5.02
1
0.1211
2=?== （2） 由C t MPa p ο
300,0.111==，查得 由kg m
v MPa p 3
225161.0,5.0==，查得
11.利用空气冷却蒸汽轮机乏汽的装置称为干式冷却器。瑞哦流经干式冷却器的空气入口温度为环境温度201
=t ℃，出口温度为352=t ℃。进入冷凝器的压力为kPa 0.7，干度为8.0，出口为相
同压力的饱和水。设乏汽流量为h t /220，空气进出口压力不变，比热容为定值。试求：
（1）.流经干式冷却器的焓增量和熵增；
（2）.空气流经干式冷却器的熵变以及不可逆传热引起的熵产。
解（1）由8.0,0.7==x kPa p 查算得
对空气()()K kg kJ c K kg kJ R p g .004.1,.287.0== 根据热力学第一定律有 （2）
()()()()
K kW S kW t t c q a p a m a 18.3910177.12035004.110818.75312,=??=-???=-=?H
(3)
()()
K kW S K kW S g V 63.1417.377=?-=?
39.500,0.911==t MPa p ℃的水蒸汽进入气轮机中作绝热膨胀，终压为kPa p 502=。汽轮机
相对内效率
式中s h 2——为定熵膨胀到
2p 时的焓。试求
（1）.每kg 蒸汽所做的功；
（2）.由于不可逆引起熵产，并表示在s T
-图上。
答案由C t MPa p ο
500,0.911==查得()K kg kJ s kg kJ h .656.6,338511== 由()kPa p K kg kJ s s 0.5,.656.6212===查得kg kJ h s 20302= 由s
T h h h h 212
1--=
η
得()kg kJ h 22202=()kg kJ w sh 1165= （3） 由
kg kJ h kPa p 2220,522==查得
过程如图所示。
第七章湿空气
MPa 1.0，温度
1.设大气压力为%55=?，试用
为25℃，相对湿度为分析法求湿空气的露点温度、含湿量及比焓，并查d h -图校核
之。
答案解析法()()a kg kJ h a kg kg d C t d 15.53,011.0,8.14===ο
查d h -图：
2.空气的参数为%30,20,1.01===?C t MPa p b ο
，在加热器中加热到85℃后送入烘箱取烘干物体/从烘箱出来时空气温度为353=t ℃，试求从烘干物体中吸收kg 1水分所消耗的赶空气质量和热量。
解由%,30,2011==?C t ο
查d h -图得 由C t d d ο
85,212==得
3.设大气压力为MPa 1.0，温度为30℃，相对湿度为8.0。如果利用空气调节设备使温度降低到
10℃去湿，然后再加热到20℃，试求所的空气的相对湿度。
答案%53=?
4.一房间内空气为MPa 1.0，温度为5℃，相对湿度为%80。由于暖气加热使房间温度升至
18℃。试求放暖气后房内空气的相对湿度。
答案%32=?
5.在容积为3
100m 的封闭室内，空气的压力为MPa 1.0，温度为25℃，露点温度为18℃，试求室内空气的含湿量，和相对湿度。若此时室内放置若干盛水的敞口容器，容器的加热装置使水能保持25℃定温蒸发至空气达到室温下饱和空气状态。试求达到饱和空气状态的空气含湿量和水的蒸发量。 解（1）由C t
ο25=查得
由C t d ο
18=查得MPa p V 002064.0= 所以%65=?
（2）%1002
=?
6.一股空气流压力为MPa 1.0，温度为20℃，相对湿度为%30，流量为每分钟3
15m 。另一股空气流压力也为MPa 1.0，温度为35℃，相对湿度为%80，流量为每分钟3
20m 。混合后压力仍为MPa 1.0，试求混合后空气的温度、相对湿度和含湿量。 解：水蒸气的()[]
K kg kJ R v g .462.0,= 由%30,2011==?C t ο
查得 由%80,3522==?C t ο查得 由热力学第一定律
由()()a kg kg d a kg kJ h 0181.0,3.7333==查得
第八章气体和蒸汽的流动
1.燃气经过燃气轮机中渐缩喷管绝热膨胀，流量为s kg q m /6.0=，燃气参数6001=t ℃，压力
MPa p 6.01=，燃气在喷管出口的压力为MPa p 4.02=，喷管进口流速及摩擦损失不计，试求
燃气在喷管出口处的流速和出口截面积，设燃气的热力性质与空气相同，取定值比热容。答案：
s m A s m c /65.7,/43822==
2.空气流经一出口截面积为3
210cm A =的渐缩喷管，喷管进口的空气参数、为
s m c C t MPa p /150,80,0.2111===ο，背压为MPa p b 8.0=，试求喷管出口处的流速和流经
喷管的空气流量。若喷管的速度系数为96.0，喷管的出口流速和流量又为多少？
解：（1）.528.0356.0246
.28
.0)(246.2)333
2.344(2)()
(2.344004
.1210150333204
.04
.1110103
22110=<==
=?===??+=+=--er k k
p v p MPa T T p p K c c T T
所以)(186.1246.2528.002MPa p v p p er er =?=?== （2）.
3.水蒸气经汽轮机中的喷管绝热膨胀，进入喷管的水蒸气参数
525,0.911==t MPa p ℃，喷管背
压力为MPa p b 0.4=，若流经喷管的流量为s kg q m /6=，试进行喷管设计计算。
解：由
546.044.00
.90.41=<==er b v p p 知喷管形状应选缩放型的。
由,525,0.911C t MPa p ο
==s h -图得
由,,0.4,),(914.4546.00.912211s s MPa p p s s MPa v p p b cr cr cr =====?==和查得 4.空气以s m /200的速度在管内流动，用水银温度计测得空气的温度为70℃，假设气流在温度计壁面得到完全滞止，试求空气的实际温度。 答案1.50=f t ℃
5.压力kPa p 1001=、温度为271=t ℃的空气，流经扩压管时压力提高到kPa p 1802=，问空
气进入扩压管是至少有多大流速？这时进口马赫数是多少？ 答案956.0,/33211==M s m c
6.某单级活塞式压气机每小时吸入温度171
=t ℃、压力MPa p 1.01=的空气3120m ，输出空气
的压力为MPa p 64.02=。试按下列三种情况计算压气机所许的理想功率：
（1）.定温压缩； （2）.绝热压缩；
（3）.多变压缩（2.1=n ）。
答案（1）.kW P T c 19.6,=；（2）.kW P s c 2.8,=；（3）.kW P n c 3.7,= 7.一台两级压气机，几如压气机的空气温度是171=t ℃，压力为MPa p 1.01=，压气机将空气压
缩至MPa p 5.23=，压气机的生产量为h m
/503
（标态下），两级压气机中的压缩过程均按多变
指数25.1=n 进行。现以压气机耗功最小为条件，试求：
（1）.空气在低压气缸中被压缩后的饿压力为2p ；
（2）.空气在气缸中压缩后的温度； （3）.压气机耗功量；
（4）.空气在级间冷却器中放出的热量。
解（1）.
)
(5.051.051
.05
.2121
3
MPa p p p p opt opt =?=====
ππ
（2）.K
T T T T K p p T T n
n 400,)(4005290231225
.125
.011212
==='=?=???
? ??=- （3）.)
(9.56)15(125.1290287.018.025.12)1(1
2)/(180.0)/(6.646273
10287.010*********.025.125
.011
3
6
000kW n T R nq P s kg h kg T R q p q opt n
n g m c
g v m =-?-????=--=
==????==-π
（4）.()()()()kW T T c q T T c q p m p m 9.19400290004.118.02122-=-??=-=-'=Φ 8.某轴式压气机，每秒生产
kg 20压力为MPa 5.0的压缩空气。若进入压气机的空气温度为
201=t ℃，压力为MPa p 1.01，压气机的绝热效率92.0,=s c η，求出口处压缩空气的温度及该
压气机的耗功率。
解)(1.4641.05.02934
.114.111212
K p p T T k
k =?
?
?
???=?
??
? ??=--
由1
21
21212,T T T T h h h h s
c -'-=
-'-=
η得 9.一离心式压气机每分钟吸入压力为2010011==t kPa p 、℃的空气3200m 。空气离开压气机
的温度为
502=t ℃，出口截面上的流速为s m /50，空气的比热容()K kg kJ c p ./004.1=，假定
与外界无热量交换。试求压气机的耗功率。
答案kW P 4.124=
10.定容加热汽油机循环在每千克空气加入热量kJ 1000，压缩比5/21==v v ε，压缩过程的初
参数为15,100kPa ℃。试求： （1）.循环的最高压力和最高温度； （2）.循环的热效率。
答案（1）.K T 1943max =，MPa p 37.3max =；（2）.%6.52,=s c η
11.一混合加热理想内燃机循环，工质视为空气，已知
3.1/,8.1/,12/,50,1.034232111========v v p p v v C t MPa p ρλεο，比热容为定值。
试求在此循环中单位质量工质的吸热量、净功量和循环热效率。 解循环s T -图如右图所示。
1点：
2点： 3点： 4点： 5点：
12.在相同的初态及循环最高压力与最高温度相同的条件下，试在s T -图上利用平均温度的概念比较定容加热、定压加热及混合加热的内燃机理想循环的热效率。
答案s T -若定容加热理想循环热效率为V t ,η，定压加热理想循环热效率为p t ,η，混合加热理想循环热效率为t η，则有p t t V t ,,ηηη<<
13.在燃气轮机的定压循环中，工质视为空气，进入压气机的温度271=t ℃，压力MPa p 1.01=，循环增压比4/12==p p π。在燃烧事中加入热量，经绝热膨胀至MPa p 1.04=。设比热为定值。
（1）.画出循环的s T -图； （2）.求循环的最高温度；
（3）.求循环的净功量和热效率；
（4）.若燃气轮机的相对内效率为91.0，循环的热效率为多少？ 答案（1）.s T -图如图所示； （2）.K T T 11763max ==；
（3）.%7.32,/8.2390==t kg kJ ηω； （4）.%28=t η
14.对于燃气轮机定压加热理想循环，若压气机进出口空气参数为MPa p 1.01=，271=t ℃，燃气轮机进出口处燃气温度10003=t ℃，试向增压比π最高为多少时，循环净功为0？答案
157max =π
15.某锅炉每小时生产t 4水蒸气。蒸汽出口的表压为MPa p g 122=，温度3502=t ℃。设给水
温度401=t ℃，锅炉效率8.0=B η，煤的发热量（热值）kg kJ q p /1097.24
?=，试求每小
时锅炉的耗煤量。
答案耗煤量h kg q c m /448,=
16、填空题：
（1）用水银温度计测量高速流动的气流温度，设温度计上读数为t ，气流温度为f t ，则二者的大小关系为____________；
（2）在喷管的气体流动中，气体压力不断__________,流速＿＿＿＿，马赫数 ＿＿＿＿＿＿； （3）有一减缩喷管，空气进口压力为
MPa p 11=，背压MPa p b 3.0=，册出口压力=2p 。
（4）现设计一喷管，若进口过热蒸汽压为MPa p 91=，背压为MPa p b 2=，此喷管的形状应选
择。
17、压力为MPa 1.0、温度为C 0
15的空气，分别以s m /100，s m /200，和s m /400的流速流动，当空气滞止时，问空气的滞止温度和滞止压力各为多少？ 18、某减缩喷管进口氮气压力为MPa p 6.61=，温度C t 0960=，背压为MPa p b 0.4=试求
出口截面流速。
19.某减缩喷管出口截面积为2
25mm ，进口空气参数C t Pa p 0
11300,5.0==，初速
s m c /1781=，问背压为多大时达到最大质量流量？该值是多少？
20.压力为MPa 1.0，温度C 0
30的空气经扩压管后压力升高至MPa 16.0，问空气进入扩压管的初速是多少？ 21.压力
MPa p 0.91=、温度C t 01550=的水蒸气，经节流阀后压力降为MPa P 6.82=，然后
进入喷管作可逆膨胀至压力为MPa p 63=。设环境温度为K T 3000=，流量s kg q m /32=问：
（1）该喷管为何形状；
（2）喷管出口流速及截面积为多少；
（3）因节流引起的熵产及有效能损失为多少？
第九章蒸汽动力循环
1.蒸汽动力循环的主要设备是什么？各起什么作用？
2.提高蒸汽动力循环热效率的主要措施与方法有那些？
3.在蒸汽压缩制冷循环中，如果用膨胀代替节流阀，有何优缺点？
4.试画出蒸汽再循环的s T
-图。
5.某朗肯循环，水蒸气初参数为C t MPa p 0
11500,4==，背压为MPa p 004.02=。试求循环
吸热、放热量、汽轮机做功和循环热效率。
6.某蒸汽动力循环，水蒸气的初参数为C t MPa p 0
11530,5.4==，背压为MPa p 005.02=，汽轮机相对内效率88.0=T
η，试求循环吸热量、放热量、汽轮机做功量和循环热效率。
7.某蒸汽压缩制冷循环，制冷剂为氟里昂134a ，蒸发器的出口温度为C 0
45.26-，冷凝器的出口
温度C 0
30。试求：