第1章基本概念
一、名词解释
1．热力系统：热力学分析中选取的, 由某种界面包围的特定物质或空间作为研究对象称为热力系统.
2．闭口系统：与外界无物质交换，但可有功和热交换的系统。
3．开口系统：与外界既有物质交换，又有能量交换的系统。
4．孤立系统：系统与外界既无能量（功、热量）交换又无物质交换。
5．绝热系统：系统与外界无热量交换。
6．高温热源：在工程热力学中，把热容量很大且在放出有限量热量时自身温度及其它热力学参数没有明显改变的物体称为高温热源。
7．低温热源：在工程热力学中，把热容量很大且在吸收有限量热量时自身温度及其它热力学参数没有明显改变的物体称为低温热源。
8．温度：温度是用来标志物体冷热程度的物理量。根据气体分子运动论，气体的温度是组成气体的大量分子平均移动动能的量度。处于同一热平衡状态的热力系无论它们是否相互接触均有一个共同的物理性质，描述此物理性质的物理称为温度。
9．表压力：当绝对压力高于大气压力时，压力表指示的数值称为表压力。
10．真空度：当工质的绝对压力低于大气压力时，测压仪表指示的读数称为真空度。11．平衡状态：在没有外界作用的情况下，工质（或系统）的宏观性质不随时间而变化的状态称为平衡状态。
12．准平衡过程：为了便于对实际过程进行分析和研究，假设过程中系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态，这种过程称为准平衡过程，又称为准静态过程。13．可逆过程：如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路逆行而回复到原来的状态，外界也随之回复到原来的状态，而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。
二、填空
1、标准大气压为在纬度海平面上的常年平均气压。
（450）
2、与外界既无能量交换也无物质交换的热力系称为_____热力系。
（孤立）
3、可逆过程实现的条件是和。
（准平衡过程，没有耗散）
三、选择题
1、_________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) 没有摩擦的准平衡d) 没有温差的
2、绝对压力p, 真空度p v，环境压力p a间的关系为( )
a) p+p v+p a=0 b) p+p a－p v=0 c) p－p a－p v=0 d) p a－p v－p=0
3、摄氏温标1℃的刻度与绝对温标1K的刻度相比
a）前者大于后者 b）后者大于前者 c）二者相等 d）不定
4、可逆过程实现的条件是。
a ）准平衡过程
b ）没有耗散
c ）系统内部热力平衡
d ）a+b
5、简单热力系实现平衡的条件是 ( )
a) 系统与外界不存在温差和力差
b) 系统与外界不存在温差, 系统内部也没有温差
c) 系统与外界不存在力差, 系统内部也没有力差
d) 系统与外界不存在温差和力差, 系统内部没有温差和力差
6、 图示测压装置, 已知大气压力p a = 0.1MP a , 表 B 指示的是右测的表压力p g 右=
0.4MPa, 左侧的绝对压力为1MPa, 测左右两侧压差的表A 指示应为
( )
a ） 0.6Mpa
b ） 0.5MPa
c ） 0.7MPa
d ） 0.4MPa
7、简单可以压缩热力系统的状态可由（ ）
a) 两个状态参数决定 b) 两个具有物理意义的状态参数决定
c) 两个可测状态参数决定 d) 两个相互独立的状态参数决定
四、问答题
1、 .准平衡过程与可逆过程有何共同处?有何区别?有何联系?
( 它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡状态的状态组
成的过程。
它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何
能量的损耗。
一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。)
2、 如果容器中工质的压力不变，测压时测得的数值是否会改变？
(测压时测得的数值是相对压力，是工质压力相对于环境或某一参考压力的差值，例如：
正压状态测得的数值a g p p p -=绝对，若不同的海拔高度、不同的季节大气压a p 会随之
增大或减小，因此容器中工质的压力即使不变测量值亦会随地点、季节而发生变化。)
3、 为什么在热力系中要引用准平衡过程这一概念？
(因为在热力学中，只有平衡状态才能用状态参数进行定量描述，而实现热和功的转换，
必须借助工质状态的变化，这就形成了“静”与“动”的矛盾。准平衡过程就是为解决这对
矛盾提出的，使得变化的状态可用状态参数的变化来描述。)
4、 若用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度，有人认为这两种温度计的读数
不可能出现数值相同的情况，对吗?若可能，读数相同的温度应是多少?
5、 准平衡过程是如何处理“平衡”与“过程”矛盾的？
(热力学分析中，平衡状态概念强调的是热力系与外界没有相互作用，状态不随时间变
化，这种状态是一种静止的状态；热力过程则是热力系与外界在势差的作用下状态发
生变化的过程，是一个平衡态被破坏又建立一个新的平衡态的过程，热力过程强调的
是状态的变化，所以“平衡”与“过程”在概念上是相互矛盾的。热力学分析中采用
准平衡过程的概念．即认为过程的进行是在无限小势差的作用下，状态变化时非常接
近平衡状态，不平衡的出现仅是瞬间即能迅速消除的，以此来协调处理这对矛盾，若
热力过程是准平衡的，则就能用确定的状态参数来描述整个过程的变化规律，就可以
在参数坐标图上进行分析讨论。)
6、平衡状态在热力学分析中有什么意义？
(平衡状态是指热力系在没有外界作用的条件下，热力系的状态参数不随时间变化的状态。平衡状态各部分的热力性质一致，每个状态存在确定的参数数值，可用以描述热力系的状态，故工程热力学分析中只研究平衡状态。)
7、平衡态与稳定态有什么联系与区别？
(平衡状态是在热力系没有外界作用的条件下，表现出状态参数不随时间变化特征的状态；稳定状态则不然，它是不需要任何条件，均能表现为参数不随时间变化的状态。
平衡状态必然是稳定状态，稳定状态未必是平衡状态。)
8、准平衡过程是如何处理“平衡”与“过程”矛盾的？
(热力学分析中，平衡状态概念强调的是热力系与外界没有相互作用，状态不随时间变化，这种状态是一种静止的状态；热力过程则是热力系与外界在势差的作用下状态发生变化的过程，是一个平衡态被破坏又建立一个新的平衡态的过程，热力过程强调的是状态的变化，所以“平衡”与“过程”在概念上是相互矛盾的。热力学分析中采用准平衡过程的概念．即认为过程的进行是在无限小势差的作用下，状态变化时非常接近平衡状态，不平衡的出现仅是瞬间即能迅速消除的，以此来协调处理这对矛盾，若热力过程是准平衡的，则就能用确定的状态参数来描述整个过程的变化规律，就可以在参数坐标图上进行分析讨论。)
9、实际过程在什么样的条件下可以处理成准平衡过程？
(实际过程在无限小势差的作用下，即：△T →0，△p→0，进行得非常缓慢的过程可以处理成准平衡过程。通常实际过程中，热力系状态变化经历的时间比其驰豫时间长的过程都可以近似看成准平衡过程。)
10、可逆过程是否就是可以正向进行亦可逆向回复到原状态的过程？
(可逆过程是指热力系经历一过程后，能使过程逆行按原路线返回到原状态，而不留下任何痕迹的过程。可逆过程的核心是强调过程的进行能使外界与热力系本身都恢复原状而不留下痕迹。例如：有摩擦膨胀的不可逆过程也能在一个过程进行完了之后，逆行按原路线返回原状态，只是不可逆过程正向膨胀做功时，有一部分功通过摩擦变为了热，热力系做的功大于外界得到的功，，当使之逆行返回原状态时外界必须多耗一部分功，从而在外界留下了痕迹。所以“过程可以正向进行亦可逆向回复到原状态”不是可逆过程的唯一特征。)
11、功的表达式w＝∫pdv是否适用于任何过程？为什么？
(功的表达式w＝∫pdv只适用于准平衡过程、可逆过程。∫pdv表示的是p－v图上过程曲线下所围的面积，因为只有准平衡过程、可逆过程才能在p－v图上用曲线表示之，
才有面积表示功量的可能，而非平衡过程无法用曲线来描述过程，通常用虚线形象的表示，故w＝∫pdv不适用于非平衡过程。)
五、计算题
1、如图1-4所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；
表B读数为170 kPa，表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。大
气压力为1.013×105Pa。试求：①真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的
绝对压力；②表C的读数；③圆筒顶面所受的作用力。
(（1）P真空室=1.999kPa，P I=362kPa, PⅡ=192kPa；（2）Pg,
c＝190kPa。（3）F=1.58×104N。)
2、气缸内的气体由容积0.4m3可逆压缩到0.1m3，其内部
压力和容积的关系式p=0.3V＋0.04，式中p的单位为MPa，V的单位为m3。试求：①气缸作功量；②若活塞与气缸间的摩擦力为1000 N，活塞面积为0.2m2时，实际耗功为多少?
(（a）W＝＝－34kJ（b）活塞移动的位移Δx＝－1.5m，克
服摩擦力耗功－1.5kJ，实际耗功W实＝－34.5kJ－1.5kJ＝－36kJ)
3、1kg气体经历如图1-5所示的循环,A到B为直线变化过程,B
到C为定容过程，C到A为定压过程。试求循环的净功量。如果
循环为A-C-B-A，则净功量有何变化?
(循环A-B-C-A的净功量为W＝0.5（V2－V1）（p2－p l）循环A-C-B-A
的净功量为W'＝0.5（V1－V2）（p2－p l）即W'＝－W)
第2章热力学第一定律
一、名词解释
1．体积功:工质在体积变化时所作的功称为体积功，它是热力学的一种基本功量。2．技术功：开口系统与外界所交换的能量总量。
3．流动功：工质在流过热工设备时，必须受外力推动，这种推动工质流动而作的功称为流动功，也称为推进功。
4．有用功：凡是可以用来提升重物、驱动机器的功统称为有用功。
5．热量：热力系统与外界之间依靠温差传递的能量称为热量。
6．热力学能:组成物质的微观粒子所具有的能量称为物质的热力学能.
7．稳定流动：工质的流动状况不随时间而改变，即任一流通截面上工质的状态不随时间而改变，各流通截面上工质的质量流量相等，且不随时间而改变。这种流动状
况称为稳定流动。
二、填空
1、内壁绝热的容器，中间用隔板分为两部分，A中存有高压空气，B中保持高度真空，
如果将隔板抽去，容器中空气热力学能将。
（不变）
2、技术功是和之和。
（体积功，流动净功）
3、技术功W t= ,可逆过程技术功W t= 。技术功和
膨胀功的关系式为：。
（Q-ΔH，?-Vdp，W t=W+p1V1-p2V2）
4、Tds=du+dw适用于系统，过程，工质。
(开口、可逆、任意)
5、流动工质进入开口系统带入的能量有，推动功为。工质流出
开口系统时带出的能量为，推动功为。
（u1＋p1v1+0.5+gz1；p1v1;u2＋p2v2+0.5+gz2；p2v2）
6、焓的定义式为，单位是。
(u+pv,kJ/kg)
三、选择题
1、 绝热节流过程是
a ）等焓过程
b ）准静态过程
c ）可逆过程
d ）不可逆过程
2、热机无摩擦损失时所输出的轴功称为（ ）。
a ）体积功
b ）内部功
c ）流动功
d ）技术功
3、闭口系统热力学第一定律能量方程为 ( )
a)0=+?+W U Q b) 0=-?+W U Q
c) 0=+?-W U Q d) 0=-?-W U Q
4、dq=du+pdv 适用于（ ）系统，（ ）过程，（ ）工质。
a ） 任意，任意，任意
b ）闭口，任意，理想气体
c ）开口，可逆，理想气体
d ）闭口，可逆，任意
5、dq=dh-vdp 适用于（ ）系统，（ ）过程，（ ）工质。
b ） 任意，任意，任意 b ）闭口，任意，理想气体
c ）开口，可逆，任意
d ）闭口，可逆，任意
6、工质因流动而传递的功称为（ ）。
a ）体积功
b ）内部功
c ）流动功
d ）技术功
7、质量恒定的工质通过动力装置完成一个循环, 对外做技术功50kJ,则工质焓的变化量△H
应为 （ ）
a) 50kJ b) –50kJ c) 零 d) 100kJ
四、问答题
1、 内能, 热能, 热量三者有何区别?有何联系?
(内能也称作热力学能是热力系的内部储存能；在一般热力学分析中, 如果未涉及物质内
部结构的变化, 内能仅是分子热运动具有的内动能与分子间相互作用力形成的内位能之和,
此时内能即为热能；热量为依借温差传递的热能量。)
2、 写出稳定流动能量方程式，说明各项的意义。
（稳定流动能量方程式为 ）
3、 用稳流能量方程分析锅炉、汽轮机、压气机、汽凝器的能量转换特点，得出对其适
用的简化能量方程。
（锅炉：q ＝Δh ；汽轮机：w t ＝－Δh ；压气机：w t ＝－Δh ；冷凝器：q ＝Δh ）
4、 稳定流动的定义是什么？满足什么条件才是稳定流动？
（工质的流动状况不随时间而改变，即任一流通截面上工质的状态不随时间而改变，
各流通截面上工质的质量流量相等，且不随时间而改变。这种流动状况称为稳定流动。）
5、 技术功w t ＝?，可逆过程技术功w t ＝?。技术功与膨胀功的关系为，在同p-v 图上表
示出任意可逆过程的W 和W t 。
（见填空题3）
6、 在炎热的夏天，有人试图用关闭厨房的门窗和打开电冰箱门的办法使厨房降温。开
始时他感到凉爽，但过一段时间后，这种效果逐渐消失，甚至会感到更热，这是为
什么?
（用能量方程进行分析）
7、推动功是否也是过程量？
（推动功不是过程量。推动功是流动过程中推动工质流动所必需的功，只有流动过程才有
推动功，推动功通常是由外界提供，例如由泵、风机等设备提供。推动功不是由热力系的能
量转换而得到的，因此工质作推动功时状态不发生变化，状态一定pv 即为确定的值，推动
功是状态量而不是过程量。）
8、体积功、推动功、技术功、轴功有何区别？有何联系？
（体积功是热力系通过体积变化所完成的功，表示为?=pdv w ；推动功是为了维持工质流
动所必需的功，推动功表示为pv ；技术功是指在工程技术上可资利用的机械功，它为动能、位能变化量以及轴动之和，表示为s c t w z g v w +?+?=2
2；轴功是开口系热力设备对外输出的功。
体积功是热能转换机械功的唯一途径，在开口系中，热力系与外界交换的功量不仅包含
热变功的体积功，还应计入其它形式的功，不过这些功，如：推动功差值、动能差、位能差
值都是机械能形式的功。
` 技术功同时还是体积功与推动功差值的代数和，?-=-+=vdp v p v p w w t 2211，体积功、
推动功和技术功之间的关系在p -v 图上表示如图2.2。
当忽略动能差、位能差值时，技术功等于轴功s t w w =。）
7、一绝热刚性容器用隔板分成两部分，左边储有高压气体，右边为真空。抽去
隔板时，气体立即充满整个容器。问工质的热力学能、温度将如何变化？如该刚
性容器为绝对导热的，则工质热力学能、温度又如何变化？
（绝热刚性的容器在热力分析时，取热力系为绝热系0=Q ，与外界交换的功量为零，
0=W 。分析时将整个容器作为一个整体处理，由W U Q +?=可知0=?U ，即21U U =，
若气体可视作理想气体，那么热力学能是温度的单值函数)(T f U =，工质的热力学能、温
度将保持恒定不变。
若刚性容器可以与外界交换热量，即为导热的．那么工质的热力学能、温度将随热力系
与外界交换热量的情况而变化，U Q ?=，可以增大、升高，也可以减小、降低甚至可以保
持不变。）
五、计算题
1、如图2-14所示，已知工质从状态a 沿路径a-c-b 变化到状态b 时，
吸热84kJ ，对外作功32kJ 。问（1）系统从 a 经 d 到 b ，若对外作
功 10 U ，吸热时量Q abc ＝( )。
（2）系统从b 经中间任意过程返回a ，若外界对系统
作功20kJ ，则Q ba =?，其方向为?
（3）设U a ＝0，U d =42kJ ，则Q ad ＝?，Q db =?
（（1）Q adb ＝62kJ ；（2）Q ba ＝－72kJ 系统向外放热；（3）Q ad ＝52，
Q db ＝10kJ 。）
2、一刚性活塞，一端受热，其他部分绝热，内有一不透热的活塞，活塞与缸壁间无摩擦。
现自容器一端传热，Q=20 kJ ，由于活塞移动对 B 作功 10 kJ 。求：
（1）B 中气体的热力学变化ΔU B ；
（2）A 和B 总的热力学能变化ΔU A+B 。
（（1）10kJ ；（2）20kJ 。）
3、 由生物力学测定可知，一个人在静止时向环境的散热率为 400kJ/h 。在一个容纳 2000
人的礼堂里，由于空调系统发生故障，求：（1）故障后 20min 内，礼堂中空气的热力学能
增加量；（2）假定礼堂和环境无热量交换，将礼堂和所有的人取为热力系，该系统热力学能
变化多少?应如何解释礼堂中的空气温度的升高?
（(1) ΔU=2.67×105 kJ; (2) ΔU ＝0）
4、压力 0.1MPa 、温度 298 K 的空气，被透平压缩机压缩到 0.5 MPa ，450K ，透平压缩机
消耗的功率为 5 kW ，散热损失为 5kJ/kg 。假定空气进出口的动、位能差均略去不计，空气
作理想气体处理，其进出口焓差Δh ＝1.004Δt kJ/kg 。求空气的质量流量。
（q m =0.03l 72 kg/s ）
5、一水冷式的油冷却器，已知进人冷却器的温度为88℃，流量为45kJ/min ，流出冷却器的
温度为38℃；冷却水进人和离开冷却器的温度各为15℃和26.5℃，此冷却器在绝热的同时，
可忽略动能变化。油和水两者的焓可用Δh=c Δt 计算，C 水=4.19 kJ/(kg·K)，C 油=1.89 kJ/(kg·K)，
求冷却水的质量流量。
（q m =8.83kg/min ）
第3章 理想气体的性质与热力过程
一、 名词解释
1． 理想气体：理想气体是一种经过科学抽象的假想气体，它基于下列两个假设：气体
分子之间的平均距离相当大，分子体积与气体的总体积相比可忽略不计；分子
之间无作用力；分子之间的互相碰撞以及分子与容器壁的碰撞都是弹性碰撞。
2． 比热容：单位物量物质的热容量称为该物质的比热容。
3． 容积热容：标准状态下单位体积物质的热容量。
4． 摩尔热容：单位千摩尔物质的热容量。
5． 定容过程：气体比体积保持不变的过程称为定容过程。
6． 定压过程：气体压力保持不变的过程称为定压过程。
7． 绝热过程：气体与外界没有热量交换的状态变化过程称为绝热过程。
8． 定温过程：气体温度保持不变的过程称为定温过程。
9． 多变过程：满足pv n =常数这一规律的过程就称为多变过程
二、 填空
1、 已知某双原子气体的气体常数R g =260J/(kg ·K)，则其定值定体质量比热容
c v =_____J/(kg ·K)。260*2.5=650 Cp=260*3.5=910
（650）
2、 已知1kg 理想气体定压过程初、终态的基本状态参数和其比热容，其热力学能的变
化量可求出为Δu=_____。
（c v (T 2－T 1)）
3、 定值比热容为c n 的多变过程，初温为t 1,终温为t 2，其熵变量Δs=_____。
（c n ln 12
T T ）
4、 在理想气体的定温过程中，初、终参数压力与体积的关系为 。
（2
112v v p p = ） 5、 理想气体任何过程的内能变化量△u = _________________.
（?
-2
1)(22T T v v dT c T T c 或）
6、 理想气体的热力学能、焓是温度的单值函数，故 过程均可以
使用△u=c v △T, △h=c p △T 求热力学能、焓的变化量。
（任何）
三、选择题
1．气体常数与气体的状态（ ），与气体的种类（ ）。
a ）有关，无关
b ）无关，有关
c ）无关，无关
d ）有关，有关
2、 理想气体可逆绝热过程，其多变指数n=（ ）
a ）0
b ）1
c ）k
d ）∝
3、气体常量R g ( )
a ）与气体种类有关,与状态无关
b ）与状态有关,与气体种类无关
c ）与气体种类和状态均有关
d ）与气体种类和状态均无关
4、理想气体的 是两个相互独立的状态参数。( )
a ）温度与热力学能
b ）温度与焓
c ）温度与熵
d ）热力学能与焓
5、已知一理想气体可逆过程中,w t =w,此过程的特性为( )
a ）定压
b ）定温
c ）定容
d ）绝热
6摩尔气体常数与气体的状态（ ），与气体的种类（ ）。
a ）有关，无关
b ）无关，有关
c ）无关，无关
d ）有关，有关
7、理想气体可逆定温过程，其多变指数n=（ ）
a ）0
b ）1
c ）k
d ）∝
8、满足工质又膨胀、又放热的多变过程在T-S 图上用阴影部分表示出来正确的是（
）
9、某理想气体的定值比热容c p = 1.79KJ/kg ·K, 则该气体的相对分子量M= （ ）
a ）0.296
b ） 29.6
c ） 0.281
d ） 28.1
10、利用平均比热表计算气体热量的公式正确的是 （ ）
a ）102012t C t C t t +
b ） 10201
2t C t C t t - c ） )(120012t t C C t t -- d ） )(12001
2t t C C t t -+ 11、在T - S 图上, 理想气体定压过程线的斜率 （ ）
a ）T C p
b ）T
c v c ）p
c T
d ） v c T 12、理想气体经绝热节流后, 温度 （ ）
a ）可能升高也可能降低
b ）升高
c ）降低
d ）不变
13、理想气体等温过程的技术功＝（ ）
a ）0
b ）v(p 1=p 2)
c ）2
111p p ln v p d ）h 1-h 2 14、在p －v 图上，经过同一状态点的理想气体等温过程线斜率的绝对值比绝热过程线斜率
的绝对值（ ）
a ）大
b ）小
c ）相等
d ）可能大，也可能小
15、理想气体定压过程的热力学能变化量为（ ）
a ）T c p ?
b ）T
c v ? c ）v p -h
d ）t w -q
四、问答题
1、理想气体状态方程有哪些常见形式?方程中的常数项与物性是否有关?
(1kg 气体:pv=R g T mkg 气体:pV=mR g T
1kmol 气体：pV m =RT nkmol 气体：pV=nRT
R g 是气体常数与物性有关，R 是摩尔气体常数与物性无关。)
2、如下图，a-b 、a-c 为任意过程，而点b 和点c 在同一条绝热线上，试比较
（1） U ab 与U ac 哪个大？并说明理由。
（2） 如b 点及c 点在同一条等温线上， U ab 与U ac 哪个大？并说明理由。
((1) U ab >U ac; (2) U ab =U ac )
3、 试将图3-25所示的p-v 图上的2个循环分
别表示在T-s 图上。
4、何谓理想气体？在实际的热力分析计算中，如何判断气体是理想气体还是实际气体，进
而决定是否能使用理想气体的一些公式？
（理想气体是指分子相互之间不存在作用力，气体分子本身不占据体积的气体，理想气
体是热力学分析中引入的一种理论物理模型。它是实际气体的压力趋于无限小，比体积趋于
无穷大的一种极限状态。在实际热力分析计算中，常温常压的永久性气体如空气、烟气、燃
气、湿空气都可当作理想气体处理，有时也取决于分析计算的精度，通常按工质状态距离液
态的远近来确定工质是否能看作理想气体。）
5、气体的摩尔体积与气体的种类、气体所处的状态有何关系？
（气体的摩尔体积与气体的种类无关，与气体所处的状态有关，同温同压下各种气体
的摩尔体积均相等，若工质同处于标准状态，K 273 ,Pa 1001325.1050=?=T p ，各种
气体的摩尔体积均等于 22.4m 3，若工质处于某一状态时，则各种气体的摩尔体积又是另外
一个相同的数值。）
6、对于确定的某种理想气体，在不同的温度下（r v p R c c =-）是否为定值？
v p c c 是否
亦恒为定值？
（由迈耶公式可知理想气体r v p R c c =-，理想气体常量r R 是一个与工质的状态无关仅与气
体的种类有关的常量，因此，对于某种理想气体在不同的温度下v p c c -均为定值，均为该种气体对应的r R 。质量热容是温度的密切函数)(1 ),(t f c R c c t f c v
r v p =+==
，所以在不同的
温度下v p
c c 不是定值。）
7、 试证明下列图中341321---->q q 。
证：由状态参数的特性可知341321----=u u ??
证毕
, , )
( )
( )
( )
( 3413212
1431214134134413413412323213221321321-------------------->∴==>-+=++=-+=++=q q v v v v p p v v p u w w u q v v p u w w u q ????
8、如图4.2所示，1-2为定体过程，1-3为定压
过程，2-3为绝热过程，设过程是可逆的，试画
出相应的T-s 图并比较
（1）12u ?与13u ?哪个大？
（2）12h ?与13h ?哪个大？
（3）12s ?与13s ?哪个大？
（4）12q 与13q 哪个大？
若2-3过程为定温过程则上述（1）、（2）、（3）、（4）结果又如何
？
（由图4.2 可知2-3过程为绝热过程，2、3状态点的温度关系为
13
223)(-=κv v T T 由于3223T T v v >>故
（1）理想气体热力学能是温度的单值函数，故
当32T T >时
13
1213131212)()
(u u T T c u T T c u v v ????>∴-=-=
（2）理想气体的焓也是温度的单值函数，故
13
1213131212)()
(h h T T c h T T c h p p ????>∴-=-=
（3）理想气体熵变化由T-s 图可知
01312==s s ??
（4）由T-s 图可知
1312q
>∴?=q Tds q 若2-3过程为定温过程则
13
1213
12131213
12q q s s h h u u <<==?????? 9、若有理想气体任意两过程a-b 、a-c ，b 点、c 点均在同一条绝热过程线上，如图4.4所
示。试问ab U ?与ac U ?哪个大？若b 、c 点均在同一条定温线上，结果又将如何？
（9题与8题属于同类型的题型当b 、c 在同
一绝热线上时ac ab U U ??>，当b 、c 点在同
一条定温线上时ac ab U U ??=。
10、对于理想气体的任意一种过程，下述两组公式是否都适用？
)( )()
( )(12121212T T c h q T T c h T T c u q T T c u p p v v -=?=-=?-=?=-=?
（理想气体热力学能、焓时温度的单值函数，状态参数的变化量与过程无关，故
)( )(1212T T c h T T c u p v -=-=??、适用于理想气体的任意一种过程；然而 ( 2-==T c u q v ?
)()121T T c h q T p -==?、则不同，只有当定体积过程0=w 时，u q ?=；定压过程时
h q w t ?== ,0则，所以这一组公式只适用于定体积过程、定压过程。
h u ??、的计算可以通过多种方式来完成，其中T c T c p v ??、最为简便，初、终态的温
度已知热力学能、焓的变化量就可以确定。可以这样来理解以上两组公式的关系，h
u ??、的计算借用了p v q q 、的计算形式，h u ??、在数值上等于p v q q 、的值。）
11、理想气体p v c c 与之差以及p v c c 与的比值是否与状态有关？是否均为常数？为什么？
解：理想气体p v c c 与的差值与状态无关，任何状态下气体的p v c c 与都遵循迈耶公式
r v p R c c =-，当气体的单位是摩尔时R c c m v m p =-，p v c c 与之差均为常数。
理想气体p v c c 与的比值与气体的状态有关，v
r v r v v p c R c R c c c +=+=1，比热容是温度的函数，因此v p
c c 是温度的函数。
12、在T-s 图上如何将理想气体任意两个状态的热力学能、焓的变化量表示出来？
（理想气体的热力学能、焓的变化量可由下列公式计算求得
)(1212T T c u v -=? )( 1212T T c h p -=?
可见热力学能、焓变化量在数值上分别等
于定体积过程、定压过程得加热量，因此
1212h u ??、在T-s 图上即为21T T 、温度限
间定体积过程线、定压过程线下所围面积，
如图4.6所示。）
13、有人认为理想气体的闭口系吸热后温
度必定升高，你是如何看待这个问题的，
试分析之。
（理想气体闭口系吸热后温度如何变化
取决于过程的性质以及过程中能量的转换
和守恒规律。例如：闭口系的定温过程吸
热后工质的温度维持不变21T T =，吸入的
热量用于转换为功量；若闭口系吸热时同
时对外输出功，而输出的功比吸入的热量
在数量上大，q w >，根据热力学第一定
律第一解析式w u q +=?，w q u -=?此时热力学能的变化量将为负值，由于)(T f u =?闭
口系吸热后温度将降低。由以上分析可见，理想气体的闭口系吸热后温度未必一定升高，保
持温度不变、使得温度降低都是可能的。）
14、通过测试已知某过程的初、终状态参数，如何确定该过程的性质是典型的热力过程还是
一个多变过程？
（若通过测试已知过程的初、终状态参数可以通过两状态的v p 、以及下述公式确定过程
的多变指数n ，1
212ln ln ln lvv v p p n ---
=，然后根据n 的数值确定其是典型过程还是多变过程。） 五、计算题
1、体积为0.032m 3的瓶内装有氧气，其压力表读数为6.865×105Pa ，温度为294K ，发生泄
漏后，压力表读数降低至4.901×105Pa ，而温度未变，问至发现为止共漏去多少千克氧气？
(0．017kg)
4、 m=2.26kg 理想气体的气体常数R g =430J/(kg ·k)，比热比k=1.35。初温T 1=477K ，经可
逆定容过程后终温T 2=591K 。求Q 、ΔU 、W 、ΔS 。
(c v =Rg k 11-=1
35.1430-=1229J/(kg ·K) W=0
△U=mc v (T 2－T 1)=2.26×1.229×(591－477)=317kJ
Q=△U=317kJ
△S=mc v ln 1
2T T =2.26×1.229×ln 477591=0.595kJ/K) 3、体积为0.027m 3的氧气钢瓶内装有0.7MPa 、20℃的氧气。瓶上装有一排气阀，当压力表
读数达到0.8MPa 时就开启，而压力表读数降至0.084MPa 时才关闭。若由于外界加热的原
因造成阀门的开启，已知：氧气的R g =259.8J/(kg ?K) ,问：
（1） 当阀门开启时，氧气瓶内温度为多少？
（2） 因加热而失掉多少氧气？（设瓶内氧气温度在排气过程中保持不变）
（）
4、1kg 空气按多变过程的规律，从p 1=1bar 、t 1=17℃压缩到p 2=5bar 、t 2=127℃。设
c v =0.716kJ/(kg.K) 。试求多变指数n 及内能的变化量，并在P-v 图和T-s 图中表示此过程，
判别过程是吸热还是放热。（空气作理想气体处理）
()
5、空气压缩机每分钟从大气中吸取温度t b =20℃，压力为0.1MPa 的空气,充入容积为V=1.5m 3
的储气罐中，气罐中原有空气的温度为t 1=20℃，表压力为0.05MPa ，问经过多少分钟，才
能使空气罐中的气体压力提高到P 2=0.8Mpa ，温度t 2=50℃？
()
7、1kg 空气按多变过程的规律，从P 1=1bar 、t 1=20℃压缩到P 2=5bar 、t 2=100℃。设
C v =0.716KJ/(Kg.K) 。试求多变指数n 及内能的变化量，并在P-v 图和T-s 图中表示。（空
气作理想气体处理）
()
8、将1kg20℃的空气可逆定温压缩, 压力由0.1MPa 升高为0.7MPa, 求所放出的热量以及空
气熵的变化量. (已知空气的分子量M=28.97) (K kg kJ Rg ?==
/287.097
.28314.8 12p p RIn s -=? K kg kJ In ?-=-=/5585.01.07.0287.0
s T P P RTIn q ?=-=1
2 =293×(-0.5585) = -163.6kj/kg )
9、有2.268kg 的某种理想气体，经可逆定容过程，其热力学能的变化为△u ＝139.6J/kg ，求
过程体积功、过程热量。
(?=?=?===(kJ)6.3166.139268.2u m Q 0,pdV W v )
10、1kg 空气由状态1经绝热膨胀至状态2，温度由240℃下降为20℃，试确定该过程中焓
的变化量。（设质量热容为定值）
(∵h 是状态参数，任何过程的△h 均可使用公式△h ＝c p △T
K)(kJ/kg 004.197
.282314.8797.28R/27c p ?=?=?= (kJ/kg)88.220)20-240(004.1)T -(T c h 12p ===? )
11、为了检查船舶制冷装置是否漏气，在充入制冷剂前，先进行压力实验，即将氮气充投入
该装置中，然后关闭所有通大气的阀门，使装置相当于一个密封的容器。充气结束时，装置
内氮的表压力为 1MPa ，温度为27MPa 。24 h 后，环境温度下降为 17℃（装置中氮气温度
也下降到 17℃），氮气的表压力为 934.5 kPa 。设大气压力为0.1MPa ，试问氮气是否漏气？
(有漏气(m 1-m 2)/m 1=2.8%)
12、 氧气瓶容积为 10c 压力为20 MPa ，温度为 20℃。该气瓶放置在一个 0.01的绝热
容器中，设容器内为真空。试求当氧气瓶不慎破裂，气体充满整个绝热容器时，气体的压力
及温度，并分析小瓶破裂时气体变化经历的过程。
(1)取绝热容器为系统，由能量方程得ΔU ＝0，从而得终态温度t 2＝t 1＝20℃。
（2）利用状态方程求出终态压力p 2=20kPa 。
（3）小瓶破裂时气体经过的是不可逆绝热过程。)
13、 绝热刚性容器，用隔板分成两部分，使V A ＝2V B ＝3,A 部分储有温度为20℃、压力
为MPa 的空气,B 为真空。当抽去隔板后，空气即充满整个容器，最后达到平衡状态。求：
(1)空气的热力学能、焓和温度的变化；(2)压力的变化；(3)熵的变化。
(（1）取整个绝热容器为系统，由闭口系能量方程得：
ΔT ＝0，ΔU ＝0，ΔH ＝0；
（2）由状态方程得 p 2，Δp=-0.2 MPa ；
（3）ΔS ＝2409.5 J/K 。)
14、 如图3-26所示，为了提高进入空气预热器的冷空气温度，
采用再循环管。已知冷空气原来的温度为20℃，空气流量为
90000m 3/h （标准状态下），从再循环管出来的热空气温度为
350 ℃。若将冷空气温度提高至 40℃，求引出的热空气量（标准状态下/h ）。用平均比热容表数据计算，设过程进行中压力
不变。又若热空气再循环管内的空气表压力为贝1.47kPa ，流速
为 20m/s ，当地的大气压力为 100kPa ，求再循环管的直径。
(q v0=5686.5 /h （标准状态下），D ＝0.478m)
15、 1kg 空气，初态p 1=1.0MPa ，t 1=500℃，在气缸中可逆定容
放热到p 2＝0.5MPa ，然后可逆绝热压缩到t 3＝500℃，再经可逆定温过程回到初态。求各过
程的Δu ，Δh ，Δs 及w 和q 各为多少?并在p-v 图和T-S 图上画出这3个过程。
(1－2定容过程:q=Δu＝－277.5kJ/kg，Δh=-388kJ/kg Δs=-0.4977kJ/(kg·K)，w＝0
2－3定熵过程：w=Δu=-277.5kJ/kg，Δh＝388kJ/kg Δs＝0，q＝0
3－1定温过程：Δu=Δh=0，Δs＝0.4977kJ/(kg·K) q＝w＝384.4kJ/kg)
16、某储气筒内装有压缩空气，当时当地的大气温度t0=25℃，大气压力P0＝98kPa，问储气筒内压力在什么范围才可能使放气阀门打开时，在问附近出现结冰现象?
(将放气过程视为可逆绝热过程，根据定熵过程状参之间的关系可得p≤133.3kPa。)
17、柴油机的气缸吸入温度为t1＝50℃、压力为p1＝0.1MPa的空气0.032。经过多变压缩过程，使气体压力上升为p2＝3.2MPa，容积为V2＝0.00213，求在多变压缩过程中，气体与外界交换的功量、热量及气体热力学能的变化。
(m＝0.034kg W＝－12.96kJ，Q＝3.95kJ，ΔU＝9.014kJ)
18、在一个承受一定重量的活塞下装有20℃的空气0.4kg，占据容积0.2，试问当加入20kJ热量后，其温度上升到多少?并作了多少功?若当活塞达到最后位置后予以固定，以后再继续加人20kJ热量，则其压力上升至多少?
(包含两个过程：定压过程1-2及定容过程2－3。
t2＝69．8℃，W12＝5．72kJ，p3＝335．8 kPa)
19、某双原子理想气体在多变过程（n＝1.18）中作了膨胀功660
kJ/kg，温度从650℃降至40℃，试求气体热力能及熵的变化，以
及气体在过程中的吸热量。
(Δu＝－297.4kJ/kg，Δs=0.644kJ/（kg·K），q＝362.6 kJ/kg)
20、在一个绝热的封闭气缸中，配有一无摩擦的且导热良好的活
塞，活塞将气缸分为左、右两部分，如图3-27所示。初始时活塞
被固定，左边盛有1kg的压力为0.5MPa、温度为350℃的空气，右边盛有3 kg的压力为0.2 MPa，温度为450 K的二氧化碳。求活塞可自由移动后，平衡温度及平衡压力。
(T A2=T B2=T2=425.6K，P A2＝P B2＝p2＝246.2kPa)
第4章热力学第二定律
一、名词解释
1．循环：凡工质经过一系列状态变化后重新回复到原来状态的全部过程。
2．热机循环：将热能转化为机械能的循环。
3．热效率：热能转化为机械能的有效性指标。
4．制冷循环：通过外界的作用，使热量从低温热源传向高温热源的循环。
5．制冷系数：评价制冷循环经济性的指标。
6．可逆循环：全部由可逆过程组成的循环。
7．不可逆循环：循环中有部分过程或全部过程是不可逆的，则该循环为
不可逆过程。
8．热力学第二定律开尔文说法：不可能从单一热源取热，并使之完全转
变为功而不产生其它影响。
9．热力学第二定律克劳修斯说法：不可能将热从低温物体传至高温物体
而不引起其它变化。
10．孤立系统熵增原理：孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能
减小，这一规律称为孤立系统熵增原理。
二、填空
1、 热机从937K 的高温热源吸热2000kJ ，向303K 的低温热源放热800kJ ，可断定此循环
实现。
（可）
2、 “不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不引起其它变化”是 的表
述。
（热力学第二定律开尔文说法）
3、 卡诺循环的热效率ηt = ;卡诺制冷循环的制冷系数ε= 。
（（1-T 2/T 1，T 2/（T 1-T 2））
4、 “不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化”是 的表述。
（克劳修斯）
三、 选择题
1、卡诺循环如图所示,其吸热量Q 1=( )
a)R g T 1ln 21p p b)R g T 1ln 21v v c)T 2△S 34 d)T 1△S 21
2、“不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不引起其它变化”是 的表述。
a ） 热力学第一定律
b ）热力学第二定律的开尔文说法
c ）热力学第二定律的克劳修斯说法
d ）不清楚
3、热力学第二定律表明 ( )
a) 能量转换过程中, 能量的总量保持定恒不变
b) 第一类永动机不可能制造成功
c) 单热源热机不可能制造成功
d) 热量中含有有效能和无效能,两者可以相互转换
4、若孤立系统内发生的过程都是可逆过程，系统的熵（ ）
a)增大 b)减小 c)不变 d)可能增大，也可能减小
5、不可逆机与可逆机相比，其热效率（ ）
a) 一定高 b) 相等
c) 一定低 d) 可能高，可能低，也可能相等
四、问答题
1、 试述逆卡诺循环的组成，并在P-v 图与T-s 图上表示出来，并指出提高经济性的措施？
（
a-d:绝热膨胀过程
d-c:定温膨胀(吸热)过程
c-b:绝热压缩过程
b-a:定温压缩(放热)过程
提高经济性的措施：提高低温热源的温度；降低高温热源的温度；减小高、低温热源的温度差等。）
2、 试述卡诺循环的组成，并在P-v 图与T-s 图上表示出来，并指出提高经济性的措施？ （
a-b:定温膨胀(吸热)过程
b-c:绝热膨胀过程
c-d:定温压缩(放热)过程
d-a:绝热压缩过程
提高经济性的措施：提高高温热源的温度；降低低温热源的温度等。）
3、 一汽车发动机的热效率是18%，燃气温度为950℃，周围环境温度为25℃，这个发动
机的工作有没有违反热力学第二定律?
（否）
4、 下列两种热效率公式的形式各适于什么情况？
(1)ηt =1-T 2/T 1 (2)ηt =1-q 2/q 1
（可逆循环，任意循环）
5、 正向循环与逆向循环的循环过程各有什么特征？
（）
6、 卡诺循环的热效率一定高于不可逆循环的热效率吗？
（）
7、 是否热机循环的循环净功越大，其热效率越大？
（）
8、 热力学第二定律是否理解为热能不可能全部转化为机械能？
9、“可逆循环热效率都相等”；“不可逆循环热效率一定小于可逆循环的热效率” 这些结论是否正确？为什么？
（可逆循环有两个热源、多个热源之分，热源的温度高、低对循环的热效率有直接影响，故“可逆循环热效率都相等”说法不正确，若同为可逆循环，两个循环的热源温度分别为
'1
'2'12'22'1111, ,T T T T T T T T t t c t -=>-==<>ηηηη则；若为多个热源的循环c t ηη≠，进行比较时循环平均吸热、平均放热温度高低不同，同为可逆循环其热效率也不同。
“不可逆循环热效率一定小于可逆循环的热效率”的结论亦不正确，循环热效率比较时应注明比较的循环条件。）
10、循环热效率公式121q q t -=η与1
21T T t -=η有何区别？各适应什么场合？ （循环热效率公式1
21q q t -=η是从循环经济性指标的定义给出的热效率表达式，适用于任何循环，即：适用可逆、不可逆循环，两个热源、多个热源的循环。热效率式 121T T t -
=η是针对两个热源间进行的可逆循环推导得到的，故该式只适用于两个热源的任何可逆循环。）
11、 理想气体定温膨胀过程中吸收的热量可以全部转换为功，这是否违反热力学第二定律？为什么？
（理想气体定温地从热源吸热能将获得的能量全部转换为功量T T w q =，外观上看热全部变为了功，似乎违背了热力学第二定律，但仔细推敲热力学第二定律关于热功转换的论述：“不可能从单一热源取热，并使之完全变为有用功而不引起其它变化。”第二定律指出的并不是热能不能全部变为功，而强调的是在“不引起其它变化”的前提下，热不能完全变为功。事实上定温过程中热变为功后，状态发生了变化，体积膨胀由21v v 变为，故定温过程吸收的热量全部变为功并不违背热力学第二定律。）
12、若工质经历一可逆过程和一不可逆过程，均从同一初态出发，且两过程中工质的吸热量相同，问工质的终态是否相同？
（工质分别经历一可逆过程和一不可逆过程初状态相同，若工质吸热量相同，工质的终状态肯定不同。
由熵以及熵流、熵产的概念可知：T q ds ds ds ds f g f δ=
+=其中 ,该部分的熵与工质和外界交换热量有关；g ds 与过程的可逆与否有关。因此， 对于可逆讨程熵的变化量；T q
ds ds f δ==可逆 对于不可逆过程熵的变化量：g g f ds T q
ds ds ds +=+=δ不可逆
若过程中交换的热量相同，那么熵流f ds 相等．然而不可逆过程中存在熵产，故
可逆不可能ds ds >，由此可见工质的终状态点是不同的。
） 13、若工质经历一可逆过程和一不可逆过程，且其初、终态相同，问两过程中工质与外界交换的热量是否相同？
（若工质分别经历一可逆过程和一不可逆过程，初、终状态相同，两过程中工质与外界 交换的热量不相同。
由状态参数的特性可知，初、终状态相同则状态参数的变化量相同不可逆可逆ds ds = ，而可逆过程T
q ds 可逆
可逆δ=；g ds T q ds +=不可逆不可逆δ，显然T q T q 不可逆可逆δδ≠，两过程中与外界
交换的热量不同。） 五、计算题
1、两个绝热喷嘴，效率均为95%，喷嘴人口处氮气的压力均为2MPa，
入口速度均可忽略，都膨胀到200kPa，每个喷嘴的氮气的质量流率是相
同的，但是喷嘴A的进口温度为300℃，喷嘴B的进口温度为400℃℃。
以热力学角度看哪个喷嘴过程更好?证明并解释你的结论。
（在B喷嘴中的过程更好些，因为其有效能损失比A喷嘴小。）
2、初态为47℃、200 Wa的空气经历一过程达到267℃和800kPa的终态。假定空气是热物性不变的理想气体，计算下列过程中每单位质量工质熵的变化：①此过程为准平衡过程；②此过程为不可逆过程；③此过程为可逆过程。
（熵是状态参数，只要初终状态一定，则不论什么过程，Δs都相同，ΔS＝0.128kJ/(k·K)）3、用家用电冰箱将1kg、25℃的水制成0℃的冰，试问需要的最少电费应是多少?已知水的C m ＝75.5 J/（mol.K）；冰0℃时的熔解热为6013.5 J/mol；电费为0.16元/(kW.h)；室温为25℃。（先求出电冰箱将25℃的水制成0℃的水所需的功W1=4.647kJ；再求出继续将0℃的水制成0℃的冰所需的功W2=30.65kJ；则总功量W＝35.297kJ = 0.01kW·h；需要的最少电费为0.0016元。）
4、一座功率为P=750 MW的核动力站，反应堆的温度为586 K，可以利用的河水温度为293 K，求：
（1）动力站的最大热效率是多少?排放到河水中去的最小热流量是多少?
（2）如果动力站实际热效率为最大值的50%，排放到河水里去的热流量是多少?
（3）如果河水的流量为q v＝165m3/s，河水的温升是多少?已知河水的比热容C H2O＝4180 J/(kg·K)，河水密度为ρH2O=1000 kg/m3。
（（1）50％，750000kJ／s；（2）1.75×106kJ／s；（3）2.54K。）
5、容器为3 m3的A容器中装有80kPa、27℃的空气万容器为真空。若用空气压缩机对A 容器抽真空并向B容器充气，直到B容器中空气压力为640 kPa、温度为27℃时为止。如图所示，假定环境温度为27℃。求（1）空压机输人的最小功为多少？
（2）A容器抽真空后，将旁通阀打开使两容器内的气体压
力平衡，气体的温度仍保持20℃，该不可逆过程造成气体
的作功能力损失为多少?
（（1）-499kJ；(2)52944kJ）
第5章水蒸气与湿空气
一、名词解释
1．实际气体：接近液态的气体。
2．压缩因子：实际气体的比体积与理想气体状态方程计算得到的比体积值的比值。
它反映了实际气体偏离理想气体的性质。
3．对比参数：各种参数与临界点的同名参数的比值。
4．对比压力：气体的压力与该气体临界点压力的比值。
5．对比温度：气体的温度与该气体临界点温度的比值。
6．对比比体积：气体的比体积与该气体临界点比体积的比值。
7．对应态定律：具有相同对比压力和对比温度时，不同的气体压缩因子基本相等。
8．饱和温度：饱和状态时的温度。
9．饱和压力：饱和状态时的压力。
10．过冷度：当液体温度低于同压力下的饱和温度时，该饱和温度与液体温度之差。
11．过热度：过热蒸汽的温度与同压力下的饱和温度之差称为过热度。
第八章压气机的热力过程 1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部，会发现打气时轻松了一点，工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片，为什么？ 答：因为气体在压缩时，以等温压缩最有利，其所消耗的功最小，而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却，都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程，从而使压缩的耗功减小。 2、既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除它？ 答：对于活塞式压气机来说，由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要，在所难免的会在压缩机中留有空隙，所以对于此类压缩机余隙容积是不可避免的，但是对于叶轮式压气机来说，由于它是连续的吸气排气，没有进行往复的压缩，所以它可以完全排除余隙容积的影响。 3、如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法，气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩，这时是否还需要采用分级压缩？为什么？ 答：我们采用分级压缩的目的是为了减小压缩过程中余隙容积的影响，即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在，所以我们仍然需要分级压缩。 4、压气机按定温压缩时，气体对外放出热量，而按绝热压缩时不向外放热，为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济？ 答：绝热压缩时压气机不向外放热，热量完全转化为工质的内能，使
工质的温度升高，压力升高，不利于进一步压缩，且容易对压气机造成损伤，耗功大。等温压缩压气机向外放热，工质的温度不变，相比于绝热压缩气体压力较低，有利于进一步压缩耗功小，所以等温压缩更为经济。 5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出，试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功，并用T-S 图上面积表示其值。 答：由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出，所以压气机耗功应以技术功计，一般用w c 表示，则w c = -w t 由第一定律：q=△h+w t ， 定温过程：由于T 不变，所以△h 等于零，既q=w t ，q=T △s ，2 1ln p p R s g =?，则有 12ln p p T R w g c = 多变过程：w c = -w t =△h-q ()???? ????? ?-???? ??---=???? ??----=---=-111111111112112112n n g g V P P T R n n T T T R n n T T c n n q κκκκκ ()???? ??????-???? ??-=???? ??--=-=?-1111112112112n n g g p p p T R T T T R T T c h κκκκ 所以??????????-???? ??-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程：即q=0，所以
第十章自我测验题 1、画出柴油机混合加热理想循环的p－v图和T－s图，写出该循环吸热量、放热量、净功量和热效率的计算式；并分析影响其热效率的因素有哪些，与热效率的关系如何？ 2、画出汽油机定容加热理想循环的p－v图和T－s图，写出该循环吸热量、放热量、净功量和热效率的计算式，分析如何提高定容加热理想循环的热效率，是否受到限制？ 3、柴油机的热效率高于汽油机的热效率其主要原因是什么？ 4、怎样合理比较内燃机3种理想循环（混合加热循环、定容加压循环、定压加热循环）热效率的大小？比较结果如何？ 5、画出燃气轮机装置定压加热理想循环的p－v图和T－s图。分析如何利用压气机绝热效率和燃气轮机相对内效率确定实际压气机出口的温度和实际燃气轮机出口的温度，怎样来提高定压加热实际循环的热效率？ 6、燃气轮机装置定压加热实际循环采用回热的条件是什么？一旦可以采用回热，为什么总会带来循环热效率的提高？ 7、朗肯循环的定压吸热是在________中进行的，绝热膨胀是在________中进行的，在冷凝器中发生的是________过程，在水泵中进行的是_______过程。 8、试将如图所示的蒸汽再热循环的状态点1、2、3、4、5、6及循环画在T－s图上。假设各状态点的状态参数已知，填空： 9、如图所示的一级抽汽回热（混合式）蒸汽理想循环，水泵功可忽略。试： （1）定性画出此循环的T－s图和h－s图；
（2）写出与图上标出的状态点符号相对应的焓表示的抽汽系数，输出净功，吸热量，放热量，热效率及汽耗率的计算式。 10、某气体依次经历绝热、定容、定压3个可逆过程完成循环。试在T－s图上判断该循环是热机循环还是制冷循环。 11、蒸气压缩制冷循环可以采用节流阀来代替膨胀机，空气压缩制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？ 12、何谓制冷系数？何谓热泵系数？试用热力学原理说明能否利用一台制冷装置在冬天供暖。 13、一内燃机按定容加热理想循环工作，其进口状态为p1＝98kPa，t1＝60℃，压缩比为6，加入热量q1=879kJ/kg。工质视为空气，比热容为定值，试： （l）在p－v图和T－s图上画出该机的理想循环； （2）计算压缩终了温度、循环最高温度、循环放热量及循环热效率。 14、内燃机定压加热循环，工质视为空气，已知p1＝100kPa，t1＝70℃，压缩比为12， 。设比热容为定值，求循环的吸热量、放热量、循环净功量及循环热效率。 15、一内燃机混合加热循环，已知p1＝103kPa，t1＝22℃，压缩比为16，定压加热过程比体积的增量占整个膨胀过程的3％，循环加热量为801.8kJ/kg。求循环最高压力、最高温度及循环热效率。 16、一燃气轮机装置定压加热循环，工质视为空气，进入压气机时的温度p1＝93kPa，t1＝20℃，在绝热效率为0.83的压气机中被压缩到p2＝552kPa。在燃烧室中吸热后温度上升到t3＝870℃，经相对内效率为0.8的燃气轮机绝热膨胀到p4＝93kPa。空气的质量流量为10 kg／s。设空气比热容为定值，试求： （l）循环的净功率； （2）循环热效率。 17、如图所示的一次再热和一级抽汽回热蒸汽动力理想循环，新蒸汽与再热蒸汽温度相同，回热器为表面式，疏水进人凝汽器，被加热水出口焓看作等于抽汽压力下的饱和水焓，水泵功可忽略。试：
10-1蒸汽朗肯循环的初参数为16.5MPa 、550℃，试计算在不同背压p2=4、6、8、10及12kPa 时的热效率。 解：朗肯循环的热效率 3 121h h h h t --= η h1为主蒸汽参数由初参数16.5MPa 、550℃定 查表得：h1=3433kJ/kg s1=6.461kJ/(kg.K) h2由背压和s1定 查h-s 图得： p2=4、6、8、10、12kPa 时分别为 h2=1946、1989、2020、2045、2066 kJ/kg h3是背压对应的饱和水的焓 查表得。 p2=4、6、8、10、12kPa 时饱和水分别为 h3=121.41、151.5、173.87、191.84、205.29 kJ/kg 故热效率分别为： 44.9％、44％、43.35％、42.8%、42.35％ 10-2某朗肯循环的蒸汽参数为：t1＝500℃、p2＝1kPa ，试计算当p1分别为4、9、14MPa 时；（1）初态焓值及循环加热量；（2）凝结水泵消耗功量及进出口水的温差；（3）汽轮机作功量及循环净功；（4）汽轮机的排汽干度；（5）循环热效率。 解：（1）当t1＝500℃，p1分别为4、9、14MPa 时初焓值分别为： h1=3445、3386、3323 kJ/kg 熵为s1=7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K) p2＝1kPa(s2=s1)对应的排汽焓h2：1986、1865、1790 kJ/kg 3点的温度对应于2点的饱和温度t3=6.98℃、焓为29.33 kJ/kg s3=0.106 kJ/(kg.K) 3`点压力等于p1，s3`=s3， t3`=6.9986、7.047、7.072℃ 则焓h3`分别为：33.33、38.4、43.2 kJ/kg 循环加热量分别为：q1=h1-h3`=3411、3347、3279.8 kJ/kg （2）凝结水泵消耗功量： h3`-h3 进出口水的温差t3`-t3 （3）汽轮机作功量h1-h2 循环净功=0w h1-h2-( h3`-h3) （4）汽轮机的排汽干度 s2=s1=7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K) p2＝1kPa 对应的排汽干度0.79、0.74、0.71 （5）循环热效率1 0q w =η＝
11-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5，致冷量为84600kJ/h ，压缩机吸入空气的压力为0.1MPa ，温度为-10℃，空气进入膨胀机的温度为20℃，试求：压缩机出口压力；致冷剂的质量流量；压缩机的功率；循环的净功率。 解：压缩机出口压力 1)12(1/)1(-= -k k p p ε 故：))1/(()11(12-+=k k p p ε＝0.325 MPa 2 134p p p p = T3=20+273=293K k k p p T T /)1()3 4(34-=＝209K 致冷量：)41(2T T c q p -=＝1.01×（263-209）＝54.5kJ/kg 致冷剂的质量流量==2q Q m 0.43kg/s k k p p T T /)1()1 2(12-=＝368K 压缩功：w1=c p (T2-T1)=106 kJ/kg 压缩功率：P1=mw1=45.6kW 膨胀功：w2= c p (T3-T4)=84.8 kJ/kg 膨胀功率:P2=mw2=36.5kW 循环的净功率:P=P1-P2=9.1 KW 11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气p1=0.1MPa ，t1=27℃，绝热压缩到p2=0.4MPa ，经冷却后温度降为32℃，试计算：每千克空气的致冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数。 解：已知T3=32+273=305K k k p p T T /)1()1 2(12-=＝446K k k p p T T /)1()34( 34-=＝205K 致冷量：)41(2T T c q p -=＝1.01×（300-205）＝96kJ/kg 致冷机消耗的净功: W=c p (T2-T1)－c p (T3-T4)=46.5kJ/kg 致冷系数：==w q 2ε 2.06 11－3蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a 作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20℃，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40℃，致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg ，致冷剂质量流量为100kg/h 。求：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理论功率。 解：在lgp-h 图上查各状态点参数。 ,p1=0.133MPa h1=386kJ/kg s1=1.739 kJ/(kg ?K) ,p2=1.016 MPa h2=430 kJ/kg ,h3=419 kJ/kg h5=h4=256 kJ/kg
第二章热力学第一定律 1.热力学能就是热量吗? 答：不是，热是能量的一种，而热力学能包括内位能，内动能，化学能，原子能，电磁能，热力学能是状态参数，与过程无关，热与过程有关。 2.若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞 机上，工质的总能中是否包括外部储能？在以氢氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否包括氢氧的化学能？ 答：不包括，相对飞机坐标系，外部储能为0； 以氢氧为燃料的电池系统的热力学能要包括化学能，因为系统中有化学反应 3.能否由基本能量方程得出功、热量和热力学能是相同性质的参数 结论？ 答：不会，Q U W ?为热力学能的差值，非热力学能，热=?+可知，公式中的U 力学能为状态参数，与过程无关。 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，如图2-1 所示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有一小孔，气体泄漏入 B 中，分析A、B 两部分压力相同时A、B 两部分气体的热力学能如何变化？ 答：将隔板抽去，根据热力学第一定律q u w w=所以容 =?+其中0 q=0 器中空气的热力学能不变。若有一小孔，以B 为热力系进行分析
2 1 2 2 222111()()22f f cv j C C Q dE h gz m h gz m W δδδδ=+++-+++ 只有流体的流入没有流出，0,0j Q W δδ==忽略动能、势能c v l l d E h m δ=l l dU h m δ=l l U h m δ?=。B 部分气体的热力学能增量为U ? ，A 部分气体的热力学能减少量为U ? 5.热力学第一定律能量方程式是否可以写成下列两种形式： 212121()()q q u u w w -=-+-，q u w =?+的形式，为什么？ 答:热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。对于 q u w =?+只有在特殊情况下，功w 可以写成pv 。热力学第一定律是一个针对任何情况的定律，不具有w =pv 这样一个必需条件。对于公式212121()()q q u u w w -=-+-，功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式。 6.热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式： q u w =?+ 2 1 q u pdV =?+? 分别讨论上述两式的适用范围. 答： q u w =?+适用于任何过程，任何工质。 2 1 q u pdV =?+? 可逆过程，任何工质 7.为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量
第10章动力循环及制冷循环 10．1本章基本要求 (101) 10．2 例题 (101) 10．3 思考及练习题 (107) 10．4自测题 (110)
10．1本章基本要求 1．熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。 2．熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。 3．了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。 10．2 例题 例1：某朗肯循环的蒸汽参数取为1t =550C 0 ，1p =30bar ，2p =0.05bar 。试计算1) 水泵所消耗的功量，2) 汽轮机作功量, 3) 汽轮机出口蒸汽干度, 4) 循环净功， 5) 循环热效率。 解：根据蒸汽表或图查得1、2、3、4各状态点的焓、熵值： 1h =3568.6KJ/kg 1s =7.3752kJ/kgK 2h =2236kJ/kg 2s =7.3752kJ/kgK 3h =137.8kJ /kg 3s =0.4762kJ/kgK 4h =140.9kJ/kg 则 1) 水泵所消耗的功量为 34h h w p -==140.9-137.78=3.1kJ/kg 2) 汽轮机作功量 21h h w t -==3568.6-2236=1332.6kJ/kg 3) 汽轮机出口蒸汽干度
2p =0.05bar 时的'2s =0.4762kJ/kgK "2s =8.3952kJ/kgK. 则 =--=' 2 "2' 2 2s s s s x 0.87 或查h-s 图可得 x =0.87. 4) 循环净功 p T w w w -=0=1332.6-3.1=1329.5kJ/kg 5) 循环热效率 411h h q -= =3568.6-140.9=3427.7KJ/kg 故 1 q w T = η =0.39=39% （i ）p 3a =6.867bar ，t 3a =490℃ 水泵的功8.0)(12÷-=p p v w a p =0.001(686.7-9.81)÷0.8=0.846kJ/kg w net =923.57-0.846=922.72kJ/kg (ii) p 3b =58.86 bar ，t 3b =490℃ 水泵的功8.0)(12÷-=p p v w b p =0.001(5886-9.81)÷0.8=7.34 kJ/kg w net =1057.5-7.34=1050.16 kJ/kg
11-13 An ideal vapor-compression refrigeration cycle with refrigerant-134a as the working fluid is considered. The rate of heat removal from the refrigerated space, the power input to the compressor, the rate of heat rejection to the environment, and the COP are to be determined. Assumptions 1 Steady operating conditions exist. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. Analysis (a ) In an ideal vapor-compression refrigeration cycle, the compression process is isentropic, the refrigerant enters the compressor as a saturated vapor at the evaporator pressure, and leaves the condenser as saturated liquid at the condenser pressure. From the refrigerant tables (Tables A-12 and A-13), ()()throttling kJ/kg 82.88kJ/kg 82.88liquid sat.MP a 7.0C 95.34kJ/kg 50.273MP a 7.0K kJ/kg 94779.0kJ/kg 97.236 vapor sat.kP a 12034MPa 7.0 @ 3322122kPa 120 @ 1kPa 120 @ 11=?==? ?? =?==??? ==?====???=h h h h P T h s s P s s h h P f g g Then the rate of heat removal from the refrigerated space and the power input to the compressor are determined from and ()()()()()()kW 1.83kW 7.41=-=-==-=-=kJ/kg 236.97273.50kg/s 0.05kJ/kg 82.8897.236kg/s 0.0512in 41h h m W h h m Q L (b ) The rate of heat rejection to the environment is determined from kW 9.23=+=+=83.141.7in W Q Q L H (c ) The COP of the refrigerator is determined from its definition, 4.06===kW 1.83kW 7.41COP in R W Q L 11-15 An ideal vapor-compression refrigeration cycle with refrigerant-134a as the working fluid is considered. The throttling valve in the cycle is replaced by an isentropic turbine. The percentage increase in the COP and in the rate of heat removal from the refrigerated space due to this replacement are to be determined. s
第十一章 制冷循环 1、家用冰箱的使用说明书上指出,冰箱应放置在通风处,并距墙壁适当距离,以及不要把冰箱温度设置过低,为什么？ 答:为了维持冰箱的低温,需要将热量不断地传输到高温热源(环境大气),如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去,会使高温热源温度升高,从而使制冷系数降低,所以为了维持较低的稳定的高温热源温度,应将冰箱放置在通风处,并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下,冷库温度愈低,制冷系数愈小,因此为取得良好的经济效益,没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2、为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？ 答:由于空气定温加热与定温放热不易实现,故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中,用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3、压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机,压缩空气制冷循环就是否也可以采用这种方法？为什么？ 答:压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程就是不可逆绝热过程,不可逆绝热节流熵增大,所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中,因为工质的干度很小,所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机,既增加了系统的投资,又降低了系统工作的可靠性。因此,为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。 4、压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？ 答: 压缩空气制冷循环的制冷系数为:()() 142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε=== (a) (b) 压缩空气制冷循环状态参数图
第10章 制冷循环 第10章 制冷循环 10-1 在商业上还用“冷吨”表示制冷量的大小，1“冷吨”表示1吨0℃的水在24小时冷冻到0℃冰所需要的制冷量。证明1冷吨=3.86kJ/s 。已知在1标准大气压下冰的融化热为333.4kJ/kg 。 解：1冷吨=333.4 kJ/kg ×1吨/24小时=333.4×1000/(24×3600) kJ/s=3.86kJ/s 压气机入口T 1= 263.15K 压气机出口 K T T k k 773.4165 15.2634 .114.1112=×==??π 冷却器出口T 3=293.15K 膨胀机出口 K T T k k 069.1855 15.2934 .114.113 4=== ??π 制冷量 ()()kg kJ T T c q p c /393.78069.18515.263004.141=?×=?= 制冷系数
第10章 制冷循环 ()()()() 71.1069.18515.26315.293773.416069 .18515.263413241=????=????== T T T T T T w q net c ε 10-4 压缩空气制冷循环中，压气机和膨胀机的绝热效率均为0.85。若放热过程的终温为20℃，吸热过程的终温为0℃，增压比π=3，空气可视为定比热容的理想气体，c p =1.004kJ/（kg·K ），k =1.4。求：（1）画出此制冷循环的T-s 图；（2）循环的平均吸热温度、平均放热温度和制冷系数。 433'4循环的平均吸热温度 ()K T T T T s q T c c 887.248986.22515.273ln 986.22515.273ln 41 41 1 4=?=?=?= ′′′ 循环的平均放热温度 ()K T T T T s q T 965.33915.293638.391ln 15.293638.391ln 3 232230 0=?=?=?= ′′′
第十章蒸汽动力循环 蒸汽动力装置：是实现热能→机械能的动力装置之一。 工质：水蒸汽。 用途：电力生产、化工厂原材料、船舶、机车等动力上的应用。 本章重点： 1、蒸汽动力装置的基本循环 匀速 朗肯循环回热循环 2、蒸汽动力装置循环热效率分析 y T 的计算公式 y T 的影响因素分析 y T 的提高途径 10-1水蒸气作为工质的卡诺循环 热力学第二定律通过卡诺定理证明了在相同的温度界限间，卡诺循环的热效率最高，但实际上存在种种困难和不利因素，使得实际循环（蒸汽动力循环）至今 不能采用卡诺循环但卡诺循环在理论上具有很大的意义。 二、为什么不能采用卡诺循环 若超过饱和区的范围而进入过热区则不易保证定温加热和定温放热，即不能 按卡诺循环进行。 p 51 C2 v 1-2绝热膨胀（汽轮机） 2-C定温放热（冷凝汽）可以实现 5-1定温加热（锅炉） C-5绝热压缩（压缩机）难以实现 原因： 2-C 过程压缩的工质处于低干度的湿汽状态 1 、水与汽的混合物压缩有困难，压缩机工作不稳定，而且 3 点的湿蒸汽比容比 水大的多 '2000'需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大3232
减少，同时对压缩机不利。 2、循环仅限于饱和区，上限T1受临界温度的限制，即使是实现卡诺循环，其理 论效率也不高。 3、膨胀末期，湿蒸汽所含的水分太多不利于动机 为了改进上述的压缩过程人们将汽凝结成水，同时为了提高上 限温这就需要对卡诺循环进行改进，温度采用过热蒸汽使 T1高于临界温度，改进的结果 就是下面要讨论的另一种循环—朗肯循环。 10-2朗肯循环 过程： 从锅炉过热器与出来的过热蒸汽通过管道进入汽轮机T，蒸汽部分热能在T 中转换为机械带动发电机发电，作了功的低压乏汽排入C，对冷却水放出γ，凝结成水，凝结成的水由给水泵 P 送进省煤器 D′进行预热，然后在锅炉内吸热汽化，饱 和蒸汽进入 S 继续吸热成过热蒸汽，过程可理想化为两个定压过程，两个绝热 过程—朗诺循环。 1-2绝热膨胀过程，对外作功 2-3定温（定压）冷凝过程（放热过程） 3-4绝热压缩过程，消耗外界功 4-1定压吸热过程，（三个状态） 4-1 过程：水在锅炉和过热器中吸热由未饱和水变为过热蒸汽过程中工质与外界无技术功交换。 1-2 过程：过热蒸汽在汽抡机中绝热膨胀，对外作功，在汽轮机出口工质达到低压低温蒸汽状态称乏汽。 2-3 过程：在冷凝器中乏汽对冷却水放热凝结为饱和水。 3-4 过程：水泵将凝结水压力提高，再次送入锅炉，过程中消耗外功。
第8章 湿 空 气 例1：如果室外空气的参数为p=1.0133bar ，t=30℃,φ=0.90，现欲经空气调节设备供给2t =20℃，2φ=0.60的湿空气，试用h-d 图分析该空气调节过程，并计算析出的水分及各过程中的热量。 解：利用h-d 图分析计算该题所给条件下的空调过程，如图8.1，根据所给条件t=30℃,φ=0.90， 在h-d 图上确定初态1,并查得1h =62.2kJ/k(a)，1d =15.7g/kg(a) 同样,由2t =20℃，2φ=0.60在图上确定终态2,并查得 2h =34.1kJ/k(a)，2d =15.7g/kg(a)，由定2d 线与φ=1线的交点4, 查得4h =26.4kJ/kg(a), 2d =4d 空调过程的分析： 定湿冷却过程：湿空气的冷却过程，因其组成成分不变，即含湿量不变,但相对湿度增加,温度下降,直降到露点。所以,是定湿降温过程。例如,在h-d 图上自初态1沿1d =15.7g/kg(a)的定湿线进行到与φ=1线的交点3。此时已成饱和空气,再继续冷却，过程自状态3沿饱和线(临界线)进行,直至与终态含湿量相等的状态4,在这个冷却去湿阶段中,将有水蒸气凝结成水析出,并放出热量。1-4过程的放热量，可用焓差表示,即 q=14h h -=26.4-62.2=-35.8kJ/kg(a) 式中负号表示冷却时湿空气放出热量。 冷却去湿过程：每公斤干空气所析出的水分等于湿空气含湿量的减少量,即 14d d d -=?=7.1-15.7=-8.6g/kg(a) 式中负号表示湿空气析出水分。 加热过程：为了达到工程所要求的湿度，常采用降温去湿,但往往使温
第十一章制冷循环 1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？ 答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如 果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经 济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？ 答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？ 答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。 4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如 何？ 答： p T2 7 3235T0 8 61T c 49 41 O v O4′ 9′1′s （ a）（ b） 压缩空气制冷循环状态参数图
压缩空气制冷循环的制冷系数为： q o q o h1 - h4 w net q k - q o h2 - h3 - h1 - h4 空气视为理想气体，且比热容为定值，则： T1T4 T2T3T1 T4 循环压缩比为： p2 p1 k 1 T2k T3 过程 1-2 和3-4 都是定熵过程，因而有：P2 T1P1T4 1 代入制冷系数表达式可得： k 1 k1 由此式可知，制冷系数与增压比有关。循环压缩比愈小，制冷系数愈大，但是循 环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小，如图（b）中循环 1-7-8-9-1 的循环压缩比较循环 1-2-3-4-1 的小，其制冷量（面积 199′1′1）小于循环 1-2-3-4-1 的制冷量（面积 144′1′1）。 5.压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数？能否提高其实 际制冷系数？为什么？ 答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数。因为采用回热后工质的压缩比减小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小，因此提高实际制冷系数。 6.按热力学第二定律，不可逆节流必然带来做功能力损失，为什么几乎所有的压缩蒸气制冷装置都采用节流阀？ 答：压缩蒸气制冷循环中，湿饱和蒸气在绝热膨胀过程中，因工质中液体的含量很大，故膨胀机的工作条件很差。为了简化设备，提高装置运行的可靠性，所以采用节流阀。 7. 参看图5 ，若压缩蒸汽制冷循环按1-2-3-4-8-1 运行，循环耗功量没有变化，仍为 h2-h1 ，而制冷量却从 h1-h 5. 增大到 h1-h 8，显见是“有利”的。这种考虑可行么？为什么？ 答：过程 4-8 熵减小，必须放热才能实现。而 4 点工质温度为环境温度 T0，要想放热达到温度T c（8点），必须有温度低于T c的冷源，这是不存在的。( 如果有，就不必压缩制冷了 ) 。 8. 作制冷剂的物质应具备哪些性质？你如何理解限产直至禁用氟利昂类工质， R11、 R12？ 如 答：制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度，要有适中的压力；在工作温度下气化潜热要大；临界温度应高于环境温度；制冷剂在 T-s 图上的上下界限线要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度；比体积要小；传热特性
第八章压气机的热力过程 、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部，会发现打气时轻松了一点，工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片，为什么？ 答：因为气体在压缩时，以等温压缩最有利，其所消耗的功最小，而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却，都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程，从而使压缩的耗功减小。 、既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除它？ 答：对于活塞式压气机来说，由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要，在所难免的会在压缩机中留有空隙，所以对于此类压缩机余隙容积是不可避免的，但是对于叶轮式压气机来说，由于它是连续的吸气排气，没有进行往复的压缩，所以它可以完全排除余隙容积的影响。 、如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法，气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩，这时是否还需要采用分级压缩？为什么？ 答：我们采用分级压缩的目的是为了减小压缩过程中余隙容积的影响，即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在，所以我们仍然需要分级压缩。 、压气机按定温压缩时，气体对外放出热量，而按绝热压缩时不向外放热，为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济？
答：绝热压缩时压气机不向外放热，热量完全转化为工质的内能，使工质的温度升高，压力升高，不利于进一步压缩，且容易对压气机造成损伤，耗功大。等温压缩压气机向外放热，工质的温度不变，相比于绝热压缩气体压力较低，有利于进一步压缩耗功小，所以等温压缩更为经济。 、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出，试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功，并用 图上面积表示其值。 答：由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出，所以压气机耗功应以技术功计，一般用 表示，则 由第一定律： △ ， 定温过程：由于 不变，所以△ 等于零，既 ， △ ，2 1ln p p R s g =?，则有 12ln p p T R w g c = 多变过程： △ ()???? ????? ?-???? ??---=???? ??----=---=-111111111112112112n n g g V P P T R n n T T T R n n T T c n n q κκκκκ ()???? ??????-???? ??-=???? ??--=-=?-1111112112112n n g g p p p T R T T T R T T c h κκκκ 所以??????????-???? ??-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程：即 ，所以
第十一章制冷循环 1?家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？ 答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2?为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？ 答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3. 压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？ 答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是 不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。4. 压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如 何？ 答： 压缩空气制冷循环状态参数图 压缩空气制冷循环的制冷系数为: q。q。h1- h4 W net q k-q。h2-h3 - n-h4 (b)
循环压缩比为： P2 P 1 k 1 过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有： 卫 P 2 ~ T 3 T 1 R T 4 代入制冷系数表达式可得： — 亍1 由此式可知，制冷系数与增压比有关。循环压缩比愈小，制冷系数愈大，但是循 环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小，如图（ b ）中循环 1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-341的小，其制冷量（面积199' 1）小于循环 1-2-341的制冷量（面积144' 1）'。1 5. 压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数？能否提高其实 际制冷系数？为什么？ 答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数。 因为采用 回热后工质的压缩比减小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小， 因 此提高实际制冷系数。 6. 按热力学第二定律，不可逆节流必然带来做功能力损失，为什么几乎所有的压 缩蒸气制冷装置都采用节流阀？ 答：压缩蒸气制冷循环中，湿饱和蒸气在绝热膨胀过程中，因工质中液体的含量 很大，故膨胀机的工作条件很差。为了简化设备，提高装置运行的可靠性，所以 采用节流阀。 7. 参看图5，若压缩蒸汽制冷循环按1-2-3-4-8-1运行，循环耗功量没有变化，仍 为h2-h1，而制冷量却从h 1-h 5.增大到h 1-h 8，显见是有利”的。这种考虑可行么？ 为什么？ 答：过程4-8熵减小，必须放热才能实现。而4点工质温度为环境温度T o ,要想 放热达到温度T c （8点），必须有温度低于T c 的冷源，这是不存在的。（如果有， 就不必压缩制冷了）。 8. 作制冷剂的物质应具备哪些性质？你如何理解限产直至禁用氟利昂类工质， 如 R11、 R12？ 答：制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度，要有适中的压力；在工作温 度下气化潜热要大；临界温度应高于环境温度；制冷剂在 T-s 图上的上下界限线 要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度； 比体积要小；传热特性 要好；溶油性好；无毒等。限产直至禁用 R11和R12时十分必要的，因为这类 物质进入大气后在紫外线作用下破坏臭氧层使得紫外线直接照射到地面， 破坏原 有的生态平衡。 9. 本章提到的各种制冷循环有否共同点？若有是什么？ 答：各种制冷循环都有共同点。从热力学第二定律的角度来看， 无论是消耗机械 能还是热能都是使熵增大，以弥补热量从低温物体传到高温物体造成的熵的减 小，从而使孤立系统保持熵增大。 空气视为理想气体，且比热容为定值，则: T 4
第十章 水蒸气及动力循环 1.答：水的三相点状态参数不是唯一的，其中温度、压力是定值而比体积不是定值；临界点是唯一的，其比体积、温度、压力都是确定的；三相点是三相共存的点，临界点是饱和水线与饱和蒸汽线的交点，在该点饱和水线与饱和蒸汽线不再有分别。 2. 答：水的集态为高压水，若有裂缝则会产生爆裂事故。 3. 答：这种说法是不对的。因为温度不变不表示热力学能不变。这里分析的是水，定压汽化有相变，不能作为理想气体来处理，所以 。不能得到这样的结果。 4. 答： 适用于理想气体，不能应用于水定压汽化过程，水不能作为理想气体来 处理。 5. 答：图10-1中循环6-7-3-4-5-6局限于饱和区，上限温度受制于临界温度，导致其平均吸热温度较低，故即使实现卡诺循环其热效率也不高。 6. 答：通过对热机的效率进行分析后知道，提高蒸汽的过热温度和蒸汽的压力，都能使热机效率提高。在本世纪二三十年代，材料的耐热性较差，通过提高蒸汽的温度而提高热机的效率比较困难，因此采用再热循环来提高蒸汽初压。随着耐热材料的研究通过提高蒸汽的温度而提高热机的效率就可以满足工业要求。因此很长一段时期不再设计制造再热循环工作设备。近年来要求使用的蒸汽初压提高，由于初压的提高使得乏气干度迅速降低，引起气轮机内部效率降低，另外还会侵蚀汽轮机叶片缩短汽轮机寿命，所以乏气干度不宜太低，必须提高乏气温度，就要使用再热循环。 7.答：计算回热循环主要是计算抽气量。 1）对于混合式回热加热器对如图11-4所示的N 级抽汽回热的第j 级加热器，列出质量守恒方程为 能量守恒方程为 0≠?u w q =T c h T T p p ?=?21 ()() ∑∑+-=-=-= -+11 1 11j N k k j N k k j ααα()()'01 1 ' 1 ,01 011j j N k k j j N k k j j h h h ∑∑+-=+-=-= -+ααα
工程热力学(第五版)习题答案 工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社 第二章 气体的热力性质 2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 288314 0== M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?== p RT v ＝0.8kg m /3 v 1 = ρ＝1.253 /m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3 .02 =g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求 被压入的CO2的质量。当地大气压B ＝101.325 kPa 。 解：热力系：储气罐。 应用理想气体状态方程。 压送前储气罐中CO2的质量
1111RT v p m = 压送后储气罐中CO2的质量 2222RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO2的质量 )1122(21T p T p R v m m m -= -= （5） 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa ，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题 1000)273325 .1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝41.97kg 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa
工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第十章 蒸汽动力循环 蒸汽动力装置：是实现热能→机械能的动力装置之一。 工质 ：水蒸汽。 用途 ：电力生产、化工厂原材料、船舶、机车等动力上的应用。 本章重点： 1、蒸汽动力装置的基本循环 朗肯循环匀速 回热循环 2、蒸汽动力装置循环热效率分析 y T 的计算公式 y T 的影响因素分析 y T 的提高途径 10-1 水蒸气作为工质的卡诺循环 热力学第二定律通过卡诺定理证明了在相同的温度界限间，卡诺循环的热效率最高，但实际上存在种种困难和不利因素，使得实际循环 （蒸汽动力循环）至今不能采用卡诺循环但卡诺循环在理论上具有很大的意义。 二、为什么不能采用卡诺循环 若超过饱和区的范围而进入过热区则不易保证定温加热和定温放热，即不能按卡诺循环进行。 1-2 绝热膨胀（汽轮机） 2-C 定温放热（冷凝汽） 可以实现 5-1 定温加热（锅炉） C-5 绝热压缩（压缩机） 难以实现 原因：2-C 过程压缩的工质处于低干度的湿汽状态 1、水与汽的混合物压缩有困难，压缩机工作不稳定，而且3点的湿蒸汽比容比水大的多'23νν>' 232000νν≈需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大减少，同时对压缩机不利。 p v
2、循环仅限于饱和区，上限T1受临界温度的限制，即使是实现卡诺循环，其理论效率也不高。 3、膨胀末期，湿蒸汽所含的水分太多不利于动机 为了改进上述的压缩过程人们将汽凝结成水，同时为了提高上 限温这就需要对卡诺循环进行改进，温度采用过热蒸汽使T1高于临界温度，改进的结果就是下面要讨论的另一种循环—朗肯循环。 10-2 朗肯循环 过程： 从锅炉过热器与出来的过热蒸汽通过管道进入汽轮机T，蒸汽部分热能在T中转换为机械带动发电机发电，作了功的低压乏汽排入C，对冷却水放出γ，凝结成水，凝结成的水由给水泵P送进省煤器D′进行预热，然后在锅炉内吸热汽化，饱和蒸汽进入S继续吸热成过热蒸汽，过程可理想化为两个定压过程，两个绝热过程—朗诺循环。 1-2 绝热膨胀过程，对外作功 2-3 定温（定压）冷凝过程（放热过程） 3-4 绝热压缩过程，消耗外界功 4-1 定压吸热过程，（三个状态） 4-1过程：水在锅炉和过热器中吸热由未饱和水变为过热蒸汽过程中工质与外界无技术功交换。 1-2过程：过热蒸汽在汽抡机中绝热膨胀，对外作功，在汽轮机出口工质达到低压低温蒸汽状态称乏汽。 2-3过程：在冷凝器中乏汽对冷却水放热凝结为饱和水。 3-4过程：水泵将凝结水压力提高，再次送入锅炉，过程中消耗外功。朗肯循环与卡诺循环