清华大学工程热力学期末习题讲评

1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。

热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。

简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。

二者的联系可由热力学第一定律表达式d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。

2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+或d d q h v p δ=-那么它们的适用范围如何？答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。

因为 uh pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。

3. 能量方程变大） 与焓的微分式变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？答：尽管能量方程 qdu pdv δ=+ 与焓的微分式变大）似乎相象，但两者的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。

是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。

对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+⎰⎰⎰因为0du =⎰，()0d pv =⎰所以0dh =⎰，因此焓是状态参数。

而对于能量方程来说，其循环积分：q du pdv δ=+⎰⎰⎰虽然： 0du =⎰ 但是： 0pdv ≠⎰ 所以： 0q δ≠⎰ 因此热量q 不是状态参数。

4. 用隔板将绝热刚性容器分成A 、B 两部分（图2-13），A 部分装有1 kg 气体，B 部分为高度真空。

将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用 d d q u p v δ=+ 来分析这一过程？答：这是一个有摩擦的自由膨胀过程，相应的第一定律表达式为q du dw δ=+。

一、判断题：1. 平衡状态一定稳定状态。

2. 热力学第一定律的实质是能量守恒定律；3．公式d u = c v d t 适用理想气体的任何过程。

4．容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。

5．在T —S 图上，任意二条可逆绝热过程线不能相交。

6．膨胀功与流动功都是过程的函数。

7．当把一定量的从相同的初始状态压缩到相同的终状态时，以可逆定温压缩过程最为省功。

8．可逆过程是指工质有可能沿原过程逆向进行，并能恢复到初始状态的过程。

9. 根据比热容的定义式T q d d c，可知理想气体的p c 为一过程量；10. 自发过程为不可逆过程，非自发过程必为可逆过程；11．在管道内作定熵流动时，各点的滞止参数都相同。

12．孤立系统的熵与能量都是守恒的。

13．闭口绝热系的熵不可能减少。

14．闭口系统进行了一个过程，如果熵增加了，则一定是从外界吸收了热量。

15．理想气体的比焓、比熵和比定压热容都仅仅取决与温度。

16．实际气体绝热节流后温度一定下降。

17．任何不可逆过程工质的熵总是增加的，而任何可逆过程工质的熵总是不变的。

18. 不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率；19．混合气体中质量成分较大的组分，其摩尔成分也一定大。

20．热力学恒等式du=Tds-pdv 与过程可逆与否无关。

21．当热源和冷源温度一定，热机内工质能够做出的最大功就是在两热源间可逆热机对外输出的功。

22．从饱和液体状态汽化成饱和蒸汽状态，因为气化过程温度未变，所以焓的变化量Δh=c p ΔT=0。

23．定压过程的换热量q p =∫c p dT 仅适用于理想气体，不能用于实际气体。

24．在p －v 图上，通过同一状态点的定熵过程的斜率大于定温过程的斜率。

25. 压缩过程耗功是体积膨胀功，压气机耗功是技术功；26．供热量一定，用电炉取暖与用热泵式空气取暖耗电量一样多。

27．渐缩喷管出口截面参数不变，背压提高，则喷管流量下降。

28．工质在变截面管道内流动，管道的最小截面即为临界截面。

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岀版社第二章 气体的热力性质2-2.已知N2的M= 28,求（1） N 2的气体常数；（2）标准状态下N 2的比容和密度；（3） P^OVMPa , t = 500 °c时的摩尔容积Mv 。

解：（1）N 2的气体常数R 0 8314R —M 28= 296.9J/（kg* K ）（2）标准状态下 N 2的比容和密度296.9 2733101325= 0.8 m /kg（3） P ^O/MPa , t =500 c 时的摩尔容积 MvR °T3Mv = p = 64.27 m /kmol2-3 .把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力Pg1一 30 kPa,终了表压力Pg ^ 0.3 Mpa 温度由t1 =45C 增加到t2 = 70 C 。

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的质量压送后储气罐中CO2的质量根据题意 容积体积不变；R = 188.9RT v 二V = 1.25kg / m 3m1p1v1 RT1 m2 二p2v2 RT2P1 二 P g1 B (1)P2 二 P g2 B(2)T1 "1 273 (3)T2 =t2 273(4)压入的CO2的质量m = m1 - m2 =V (p2 _ p1)R T2 T1(5)将（1）、（2）、（3） 、⑷代入（5）式得m=12.02kg2-5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27C ，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v p2 pl 300 99.3101.325m=m1-m2 （） （） 1000 R T2 T1 28 7 3 0 0 2 73= 41.97kg2-6空气压缩机每分钟自外界吸入温度为 15C 、压力为0.1MPa 的空气3 m3充入容积8.5 m3的储气罐内。

清华大学期末考试题（1）⒈ 简答题（40分，每题4分）⑴ 气体在喷管中的流动，欲要加速处于超音速区域的气流，应采用什么形式的喷管，其主要原因是什么？⑵ 在燃气轮机动力循环中，一般采取什么措施提高效率？⑶ 定温定压化学反应过程自发进行的条件是什么？其平衡条件又是什么？ ⑷ 对刚性密闭容器中的汽水混合物加热，是否最终将全部变为蒸汽？⑸ 绝热真空刚性容器充入理想气体后，容器内的气体温度比充气前气体温度是高了、低了还是相等？⑹ 请写出4个Maxwell 关系式。

⑺ 非饱和湿空气的干球温度、露点温度与湿球温度的大小关系如何？对于饱和湿空气3个温度又是什么关系？⑻ 空气压缩制冷循环中，是否也可象蒸气压缩制冷循环那样用节流阀代替膨胀透平？为什么？⑼ 已知气体的温度、压力和临界参数，如何利用通用压缩因子图确定气体的比体积？ ⑽ 当系统与环境处于同一温度和压力时，系统的火用是否为零？为什么？ ⒉ 填空题（10分，每空1分）⑴ 已知dp T vT dT c ds p p )(∂∂-=，则可知T p pc )(∂∂＝（ ）。

⑵ dv s df ____________+= ⑶ 焦汤系数________=J μ，J μ>0表示__________效应，J μ<0表示__________效应。

⑷ 理想气体定压热膨胀系数p p Tvv )(1∂∂=α＝__________。

⑸ 水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________，在高温时较__________，在临界温度为__________。

⒊ 某制热制冷两用空调机用R22作制冷剂。

压缩机进口为蒸发温度下的干饱和蒸气，出口为2.2 MPa ，105℃的过热蒸汽，冷凝器出口为饱和液体，蒸发温度为-10℃。

当夏季室外温度为35℃时给房间制冷，当冬季室外温度为0℃供暖，均要求室温能维持在20℃。

若室内外温差每1℃时，通过墙壁等的传热量为1100 kJ/h 。

求：⑴ 将该循环示意图画在h p -ln 图上；⑵ 制冷系数；⑶ 室外温度为35℃时，制冷所需的制冷剂流量； ⑷ 供暖系数；⑸ 室外温度为0℃时，供暖所需的制冷剂流量。

江苏科技大学《工程热力学》练习题参照答案第一单元一、判断正误并说明原因：1.给理想气体加热，其热力学能老是增添的。

错。

理想气体的热力学能是温度的单值函数，假如理想气体是定温吸热，那么其热力学能不变。

1.丈量容器中气体压力的压力表读数发生变化必定是气体热力状态发生了变化。

错。

压力表读数等于容器中气体的压力加上大气压力。

所以压力表读数发生变化能够是气体的发生了变化，也能够是大气压力发生了变化。

2.在张口系统中，当进、出口截面状态参数不变时，而单位时间内流入与流出的质量相等，单位时间内互换的热量与功量不变，则该系统处在均衡状态。

错。

系统处在稳固状态，而均衡状态要求在没有外界影响的前提下，系统在长时间内不发生任何变化。

3.热力系统经过随意可逆过程后，终态 B的比容为 v B大于初态 A 的比容 v A，外界必定获取了技术功。

错。

外界获取的技术功能够是正，、零或负。

4.在朗肯循环基础上推行再热，能够提升循环热效率。

错。

在郎肯循环基础上推行再热的主要利处是能够提升乏汽的干度，假如中间压力选的过低，会使热效率降低。

6．水蒸汽的定温过程中，加入的热量等于膨胀功。

错。

因为水蒸汽的热力学能不是温度的单值函数，所以水蒸汽的定温过程中，加入的热量其实不是所有用与膨胀做功，还使水蒸汽的热力学能增添。

7．余隙容积是必要的但又是有害的，设计压气机的时候应尽可能降低余隙比。

对。

余隙容积的存在降低了容积效率，防止了活塞随和门缸头的碰撞，保证了设施正常运行，设计压气机的时候应尽可能降低余容比。

8．内燃机定容加热理想循环热效率比混淆加热理想循环热效率高。

错。

在循环增压比同样吸热量同样的状况下，定容加热理想循环热效率比混淆加热理想循环热效率高；但是在循环最高压力和最高温度同样时，定容加热理想循环热效率比混淆加热理想循环热效率低。

9．不行逆过程工质的熵老是增添的，而可逆过程工质的熵老是不变的。

错。

熵是状态参数，工质熵的变化量仅与初始和终了状态有关，而与过程可逆不可逆没关。

工程热力学期末面试基本概念题[1]说一说什么是开口系、闭口系、平衡态、可逆，热力学为什么要引入可逆这个概念？[2]我们知道卡诺循环的效率高，为什么蒸汽动力循环利用了水蒸汽在两相区等压等温的特点，而不采用卡诺循环？[3]学习了工程热力学，你对热和功这两种能量形式有了什么更深的认识？[4]学习了工程热力学后，你认为应该如何安排热力循环的过程和选取参数，以达到节能的目的（以蒸汽动力循环或燃气动力循环为例）[5]热力学第二定律的实质是什么？说明了什么问题？[6]说一说状态方程的作用。

[7]工程热力学教材中讲述过哪几种状态方程？为什么范德瓦尔方程很有名？[8]对比态原理是什么？通用压缩因子图有什么用途？[9]说明一下什么是化学平衡，其基本判据是什么？[10]工程热力学怎样用逻辑推理证明卡诺循环的效率最高？[11]渐缩喷管和缩放喷管在充分膨胀条件下出口参数有何不同的规律？[12]一般柴油机比汽油机的热效率是低还是高？为什么？[13]用克拉贝龙方程说明饱和压力和饱和温度的关系同向变化还是反向变化？[14]说一说膨胀功、技术功、轴功、流动功之间的区别和联系。

[15]学习了工程热力学，说一说你对内能、焓、熵、用这几个状态参数有了什么进一步的认识？[16]由相同状态不同种气体进行绝热混合，熵变不变？若由相同状态同种气体绝热混合，熵变不变？若同种气体不同状态绝热混合，熵变不变？为什么？[17]要在压气机中得到比较高的压缩空气，为什么一定要采用多级压缩？在燃气动力循环中，采用多级压缩中间间冷是否一定提高效率？[18]绝热节流过程与开口系统中的可逆绝热膨胀过程有否区别，各有什么特点，状态参数如何变化？[19]与缩小水管使水的流速提高有所不同，缩放喷管后段必须截面扩大才能使气流速度继续增加，其主要原因是什么？[20]空气压缩制冷与蒸气压缩制冷各自的优缺点是什么？[21]反应热与热效应有何区别，定压反应热效应Qp与定容反应热效应Qv有什么关系？[22]什么是状态公理，简单可压缩系统的独立状态参数有几个？为什么？[23]标准生成焓和标准生成吉布斯函数是如何定义的？有什么作用？[24]吉布斯函数和亥姆霍兹函数的物理意义是什么？根据所学知识，你认为这两个函数有什么用处？[25]什么是临界点？在临界点处物质的性质有什么相似之处？[26]为什么夏天时自来水管上经常结水滴，冬天时尽管更冷却不会结水滴？请用所学的湿空气的知识加以解释。

工程热力学课程习题第一章1-1 试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高(mm)，(1) 水，(2) 酒精，(3) 液态钠。

它们的密度分别为1000kg/m3，789kg/m3和860kg/m3。

1-4 人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是p=cρ1.4，c为常数。

在海平面上空气的压力和密度分别为1.013×105Pa和1.177kg/m3，如果在某山顶上测得大气压为5×104Pa。

试求山的高度为多少。

重力加速度为常量，即g=9.81m/s2。

1-7如图1-15 所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa，表B读数为170kPa，表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。

大气压力为760mmHg。

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。

图1-151-8 若某温标的冰点为20°，沸点为75°，试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。

1-10 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？1-14一系统发生状态变化，压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。

若系统初态压力为600kPa，容积为0.3m3，试问系统容积膨胀至0.5m3时，对外作了多少膨胀功。

1-15气球直径为0.3m，球内充满压力为150kPa的空气。

由于加热，气球直径可逆地增大到0.4m，并且空气压力正比于气球直径而变化。

试求该过程空气对外作功量。

1-16 1kg气体经历如图1-16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？图1-16第二章2-2 水在760mmHg下定压汽化，温度为100℃，比容从0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg，汽化潜热为2250kJ/kg。

清华大学本科生考试试题专用纸（A ）考试课程 工程热力学 20XX 年1月13日一、 简答题，简要说明理由（每题4分，共40分）１．说明反应热、热效应、燃料热值三者的区别与联系。

答：热效应是指系统经历一个化学反应过程、反应前后温度相等、并且只做容积功而无其他形式的功时，1kmol 主要反应物或生成物所吸收或放出的热量，为状态量。

反应热是过程量，于化学反应过程的状态及是否有其他作功过程有关。

根据定义，热效应就是特定定温过程且只有容积变化功时的反应热。

1kmol 燃料完全燃烧时热效应的相反值称为燃料热值。

２．已知气体的温度、压力及临界参数，如何利用通用压缩因子图确定其比容。

答：知道,,,,c c T p T p 则可知 ,r r c cT p T p T p ==，然后由通用压缩因子图查得相应的压缩因子z ，可求得zRT v p=。

３．柴油机的热效率一般比汽油机高，其主要原因是什么？答：这是由于汽油机的压缩比远低于柴油机的压缩比，汽油机的热效率随压缩比降低而降低。

汽油机压缩比不能过高主要受制于汽油的自燃温度低，压缩比过高易引起爆燃。

４．已知房间内部墙面的温度为16︒C ，如果室内空气的温度为22︒C ，试问为防止墙表面凝结水珠，室内空气的相对湿度最大不应超过多少？答： 不超过,16,22s C s C p p ，s p 为水蒸汽的饱和压。

５．如果选取燃气轮机装置理想循环的最佳增压比，是否意味着可获得最高的循环热效率，为什么？答：不是。

最佳增压比对应的最大净功，并不是最高循环热效率。

６．对于2212CO O CO +→的反应，初时处于化学平衡状态，由于某种原因使得系统压力升高，请问化学平衡向正方向还是反方向移动，说明理由。

答：正方向。

因为根据平衡移动原理，反应平衡总是向削弱外界影响的方向移动。

７．提高燃气轮机动力循环热效率的措施有那些？提高蒸汽轮机动力循环热效率的措施又有那些？答：提高燃气轮机循环效率的措施：提高增压比、采用回热、在回热基础上分级压缩中间冷却、在回热基础上分级膨胀中间再热。

一、简答题，简要说明理由（每题4分，共40分）1. 对定量湿空气进行定压加热，试说明水蒸气分压、露点温度、相对湿度、含湿量、焓和熵的变化。

2. 压缩因子的定义与物理意义是什么？3. 定温定压化学反应过程自发进行的条件是什么？其平衡条件又是什么？4. 我们知道卡诺循环的效率高，为什么蒸汽动力循环利用了水蒸汽在两相区等压等温的特点，而不采用卡诺循环？5. 在蒸汽轮机动力循环中，蒸汽初终态参数如何影响热效率？一般采用哪些措施提高热效率？6. 当系统与环境处于同一温度和压力时，系统的用是否为零，为什么？7. 已知气体的温度、压力和临界参数，如何利用压缩因子图确定气体的比容。

8. 在喷管的进口参数一定的条件下，随着喷管背后压力的降低，对于渐缩喷管，出口速度和流量如何变化，而对于缩放喷管，出口速度和流量又如何变化。

9. 从能量利用的角度，简要说明热泵供暖与电加热器取暖的优劣。

10. 燃气轮机装置理想循环的最佳增压比，是意味着可获得最高的循环热效率吗？说明理由。

二、填空题（第1题4分，后每题2分，共10分）1. 填充下面两个吉布斯方程，并用全微分关系写出对应的这两个方程的Maxwell 关系式：dh= ( )ds + ( )dp df= ( )dT + ( )dv2. 水蒸汽的汽化潜热在温度高时较（）。

3. 焦—汤系数μJ= ( ) ，μJ>0是（）效应，μJ<0是（）效应。

4. 理想气体的定压热膨胀系数( )。

三、作图题（每题5分，共10分）1、请在p-v图和T-s图上画出由等熵压缩、等容加热、等压加热、等熵膨胀、等容放热组成的混合加热内燃机循环。

若取掉其中某一过程（原过程先后顺序不变），由余下的四个过程组成循环，哪些循环是可能的，哪些循环是不可能的，请将可能的循环画在p-v图和T-s 图上。

2、请在T-s图上，说明简单的、加回热的、和间冷+回热的这三种勃雷登循环（燃气轮机循环）的热效率和循环净功的大小关系。