《工程热力学与传热学》 、填空题（每题 2分，计20分）
1. 如果热力系统与外界之间没有任何形式的能量交换， 那么这个热力系统一定是（
）
2. 理想气体的比热容只与（
）参数有关。
6. 湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于 （
）。
7. 再热循环的目的是（ ）。
8.
回热循环的主要目的是（
）。
9. 热辐射可以不依靠（
），在真空中传播。
10. 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与
（
）的过程无关。
二.判断题（每题1分，计20分）
1. 孤立系统的热力状态不能发生变化； （ ）
2. 孤立系统就是绝热闭口系统； （ ）
3. 气体吸热后热力学能一定升高； （
）
4. 只有加热，才能使气体的温度升高； （ ）
5. 气体被压缩时一定消耗外功； （
）
6. 封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功； （ ）
7. 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关； （ ）
8. 在闭口热力系中，焓 h 是由热力学能u 和推动功pv 两部分组成。（ ）
9. 理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。
（
）
10. 对于确定的理想气体，其定压比热容与定容比热容之比 （ ）
11. 一切可逆热机的热效率均相同； （ ）
12.
不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；
（ ）
3. 若组成热力系统的各部分之间没有热量传递, 内部一定不存在（
）。
4. 若组成热力系统的各部分之间没有相对位移, 内部一定不存在（
）。
5. 干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为： （
热力系统将处于热平衡状态。此时热力系统
热力系统将处于力平衡状态。此时热力系统
cp/cv 的大小与气体的温度无关。
13. 如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（）
14. 如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变；（）
15. 不可逆过程的熵变无法计算；（）
16. 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（）
17. 封闭热力系统发生放热过程，系统的熵必然减少。（）
18. 由理想气体组成的封闭系统吸热后其温度必然增加；（）
19. 知道了温度和压力，就可确定水蒸气的状态；（）
20. 水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（）
三. 问答题（每题5分，计20 分）
1. 说明什么是准平衡过程？什么是可逆过程？指出准平衡过程和可逆过程的关系。
2. 试指出膨胀功，轴功，技术功，流动功的区别和联系，写出可逆过程中膨胀功，技术功的计算
公式。
3. 写出开口系统稳定流动能量方程式的表达式，说明式中各量的含义。
4. 什么是饱和湿空气？什么是未饱和湿空气？如何将未饱和湿空气转变为饱和湿空气？
四. 计算题（每题10 分，计40 分）
1.2 kg空气经过定温膨胀的可逆过程，从初态压力为p 1=9.807 bar , 11=300 oC膨胀到终
态容积为初态容积的5倍。试计算：（1）空气的终态参数；（2）对外界所作的膨胀功和交换
的热量；（3）热力学能，焓和熵的变化量。设空气的C p=1.004 kJ/（kg -K） ,R=0.287 kJ/（kg -K）, K=1.4。
2. 两质量相同，比热容相同（为常数）的物体A,
B,初温各为T A与T B,用它们作高温热
源和低温热源，使可逆机在其间工作，直至两物体温度相等为止。
试求：（1）平衡时的温度T m；
（2）可逆机的总功量；
（3）如果两物体直接进行热交换至温度相等，求此平衡温度T m及两物体的总熵变。
3.1 Kmol的理想气体，从初态p i=0.5 MPa T i=340 K绝热膨胀到原来体积的2倍。已知气
体的C p,m= 33.44 kJ/（mol ? K）, C V,m= 25.12 kJ/（mol ? K），试确定在下述情况下气体的终温，对外所作的功及熵的变化量。（1 ）可逆绝热过程；（2 ）气体向真空自由膨胀。
4.欲设计一热机，使之能从温度为973 K的高温热源吸热2 000 kJ，并向温度为303 K的
冷源放热800 kJ。试确定（1）此循环能否实现？（2）若把此热机当作制冷机用，从冷源吸热800 kJ，是否可能向热源放热 2 000 kJ ?此时，至少需耗多少功？
3
一、 填空题
1孤立系统2温度3温度差4压力差5过热蒸汽6 含湿量7增加蒸汽干度8提高进入锅 炉的给水温度9中间介质10工质经历 二、 判断题
1 — 5错错错错对 6 — 10对对错错错 11 — 15错错对错错16 — 20错错错错错
三?问答题1、答：（1）准平衡过程：是假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近平 衡态的过程，（2）可逆过程：是指如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路逆行，恢复到 原来的状态，外界也随之回复到原来的状态的过程。
（3）准平衡过程和可逆过程的关系： 准
平衡过程着眼于系统内的平衡， 可逆过程着眼于系统和外界的总平衡。
一个准平衡过程不一
定是可逆过程，但一个可逆过程一定是一个准平衡过程。可逆过程是无耗散的准平衡过程。 2.答：（1）膨胀功：是由于工质体积的变化对外所做的功；技术功：是指工程技术上可以直 接利用的功，包括宏观动能，宏观位能，轴功；流动功：推动工质流动而做的功称为流动功。 1
膨胀功，技术功，流动功的联系为：
w =w t ? （p 2v 2 - PM ） =W s ■ 'cf 2
- g.lz ： L （ pv ）。
2 2
（2）可逆过程中膨胀功的计算公式： w =
1 pdv ；技术功的计算公式：
W t = - ,dp 。
3. 答: （1）开口系统稳疋流动的能量方程式为： q =^h +—A c f + gAz + w s 。（2）式中各量
含义： q 为工质与外界交换的热量，
h 为工质进出口焓的变
化，
丄光2为工质宏观动能的
2 f
变化，
g z 为工质宏观位能的变化，
W s 系统对外所作轴功。
4.答：（1）饱和湿空气：是由干空气和干饱和水蒸气组成的空气。 （2）不饱和湿空气：是由
干空气和过热水蒸气组成的空气。 （3 ）将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种：
方法1 ：湿空气温度T 一定时，增加水蒸气分压力
p v = P vmax = p s （T ）,
方法2:保持水蒸气含量 p v 不变，降低湿空气温度 T 二T s （P v ）。
四?计算题
1.解：（1 ）取空气为热力系统，对可逆定温过程
p^ p 1
=9.807 1 =1.961bar. v 1 5
由理想气体状态方程式得;
3
0.287 10 (273 300)
9.807 汉105
3
1-2，由参数间的相互关系得:
P 1
= 0.1677 kg/m
v2 =5v<| = 0.8385 m /kg
3
定温过程：:T2=573K
(2)气体对外所作的功及交换的热量:
W T二Q T=P I V I I门导=9.807 1 05 (2 0.1677) In 5 = 529.4 kJ (3 )过程中热力学能，焓，熵的变化为:
.U1 2 =o, H 1 2 =0^：S1 2二m& In冷=0.9238kJ/K - - - V i
2.解：(i )取A，B物体及热机为孤立系统，
则有：厶S is。二厶S A *S B *S E =0，
其中：■ :S^0，
T
m dT T
m dT
因此：厶S is。二厶S A?厶S B二me mc 0
■T1 T-T B T
T T T2
即：me In —mcln m =0, In——— =0 T A T B T A T B
或亘=1,所以T m =￡T A T B
T A T B
过程中放出热量Q i ,B物体为有限冷源，过程中要吸收热量Q2并且：Q i =mc(T A -T m), Q2 =mc(T m -T B)，
热机为可逆热机时，由能量守恒：
W = Q i - Q2 - mc(T i - T m ) - mc(T m -T B ) = mc(T A T^ - 2T m)。
(3)两物体直接进行能量交换直至温度相等时，可列出能量守恒方程：
I I
mc(T i -T m)二mc(T —-T A)
'T A+T B
因此：T m= —B
2
3. 解：首先计算比热容比：Y =C P—二3344=[ 33
C v,m 25.i2
(i)对可逆绝热过程：
V i
终温：T2=「(一^ ' 4 = 340K (丄)i.334 =270K。
V2 2
(2) A物体为有限热源,
对外所作的功：
W
= mc v (「-'T 2) = nC v ,m (「-T 2)
3
=1 10 mol 25.12 J/(moi K) (340 -270) K = 1 758 J
熵的变化量： =S = 0 (2)气体向真空自由膨胀，有 W =0，又过程绝热，则 Q = 0，因此由闭口系能量方
程 Q = W = U ，得?- U =0。 即终温：T^T^340 K 熵的变化量：
T 2 V 2 V 2
V 2 .S = m(c V ln R g ln ) = mR g In nRin -
T i V i V i
V i
=1 103 mol 8.314 J/(moI K) In 2=5.77kJ/K
所以此循环能实现，且为不可逆循环。
或方法2:利用孤立系统熵增原理来判断循环是否可行，孤立系统由高温热源，低温热 源，热机及功源组成，因此：
? ?
? ? ? Q 1 Q 2
- 2 000 kJ 800 kJ ? S iso M S H S L ? S R ? ：S W
- - 0 0 0.585 kJ/K 0
T 1 T 2
973 K 303 K
孤立系统的熵是增加的，所以此循环可以实现。 (2)若将此热机当作制冷机使用，使其逆行， 显然不可能进行。也可借助与上述方法的
任一种重新判断。
若使制冷机能从冷源吸热 800 kJ ，假设至少耗功 Win ,根据孤立系统熵增原理，
解得：W m ^ =1 769 kJ 。
4. 解: (1)方法1:利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行,
2 000 kJ -800 kJ 97
3 K 303 K
--0.585 kJ/K ::: 0
Q 1 'Sso = ?
?：S H
"S R * ? '：
S W =
~ T
1
Q 2 800 kJ W net - 800 kJ
■ -- 0 0 =
T 2 973 K 303 K
-0
Q
Q 1 Q 2 T 2