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(完整版)热工基础课后题答案

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解：汽车动能的损耗为
由题意可知，汽车动能的损耗将全部转换为刹车带和刹车鼓的热力学能：
所以有
1-15以压缩空气为工作介质的小型高速汽轮机进气参数400kPa、50℃，经绝热膨胀排出汽轮机时的参数为150kPa、-30℃，问为产生100W的功率所需的质量流量。已知空气的焓仅是温度的函数，h=cpT。
解：由题意可知，进出空气的焓差即为汽轮机的功率
解：假设50盏电灯所耗能量最终全部变成热能散发在车间内，则每小时电灯产生的热能为
工作机器产生的热能：
将车间看做是闭口系，则有
1-12水在101235Pa，100℃下定压汽化，比体积由0.001m3/kg增加到1.763m3/kg，若汽化潜能为2250kJ/kg。已知定压汽化过程汽化潜热即为焓差，试求1kg水在定压汽化过程中的热力学能变化量。
解：（1）由于过程中，空气的温度不变，热力学能只是温度的函数，所以
，由热力学第一定律 ，所以膨胀功为
（2）由于初终两态的温度相同，所以 ，
1-19水在绝热容器中与水蒸气混合而被加热，水流入时压力为200kPa，温度为20℃，比焓为84kJ/kg，质量流量为100kg/min。水蒸气流入时的压力为200kPa，温度为300℃，比焓为3072kJ/kg，混合物流出时的压力为200kPa，温度为100℃，比焓为419kJ/kg，问每分钟需要多少水蒸气？
1-17空气在压气机中被压缩，压缩前空气的参数是： 。压缩后的参数是 。设在压缩过程中1kg空气的热力学能增加146.5kJ，同时向外放出热量50kJ。压气机每分钟产生压缩空气1kg。求带动此压气机要用多大功率的电动机？
解：由题意可知，
压缩1kg空气电动机所做的技术功为
于是电动机的功率为
1-181kg空气由 ，膨胀到 ，过程中空气吸热506kJ，（1）求空气的热力学能变化量及膨胀功；（2）若在与上述相同的初态之间空气仅吸热39.1kJ，求空气在过程中的做功量。假定空气可作为理想气体，其热力学能只是温度的函数。
由题意可知， ，所以有
由题意可知 ，因此1kg水所做的功为
所以水泵消耗的功率为
1-23用水泵从河里向20m高的灌溉渠送水，河水的温度为10℃。压力100kPa，假定输水管绝热，从管道流出的水保持10℃，水的热力学能近似不变，若水的流量为5kg/s，试求水泵耗功。
解：根据稳定流动的能量方程式
由题意可知， ，所以有
解：由于理想气体的热力学能是温度的单值函数， ，所以
，
由理想气体的状态方程 ，所以有 ，因此
所以
比定容热容
2-121kmol空气从初态p1=1.0MPa、T1=400K，变化到终态T2=900K、p2=0.4MPa，求熵的变量。（1）设空气的比热容为定值；（2）设空气的摩尔热容Cp,m=(28.15+1.967×10-3T)J/(mol•K)。
解：（1）
（2）标准状态下任何气体的体积Vm=22.414×10-3m3，因此，由比体积和密度的定义有
（3）
（4）由理想气体的状态方程式 可得
2-2测得储气罐中丙烷C3H8的压力为4MPa，温度为120℃，若将其视为理想气体，问这时丙烷比体积多大？若要存储1000kg这种状态的丙烷，问储气罐的容积需多大？
解：（1）按定值比热容计算
加热前，由理想气体的状态方程 ，可得容器中空气物质的量为
空气的绝大部分组成气体为双原子气体，因此空气的定值摩尔热容
加热量为
（2）按平均比热容表计算
查表可知 ，
根据 ，得
因此加热量为
2-11有5kg氩气Ar，经历热力学能不变的状态变化过程，初始状态p1=6.0×105Pa、T1=600K，膨胀终了的容积V2=3V1。Ar可作理想气体，且假定比热容为定值，已知Rg=0.208kJ/(kg•K)，cp=0.523kJ/(kg•K)。求终温、终压及热力学能、焓和熵的变量。
解：由题意可知，发电机的总功率为 ，则发电机工作过程中的能量损耗为
发电机的能量损耗全部转化为氢气的热力学能，1kg氢气升温30℃热力学能的变化量为
因此，氢气的质量流量为
2-10空气在容积为0.5m3的容器中，从27℃被加热到327℃，设加热前空气压力为0.6MPa，求加热量QV。（1）按定值比热容计算；（2）按平均比热容表计算。
按理想气体的状态方程 ，有
经过几分钟之后，储气罐中空气的物质的量为
初始状态时，储气罐中空气的物质的量为
储气罐中空气物质的量的增量为
该变化过程所经历的时间为
2-9某氢气冷却的发电机的电功率为60000kW，若发电机效率为93%，在发电机内氢气的温升为35℃，求氢气的质量流量。设氢气比热容cp=14.32kJ/(kg•K)。
解：（1）质量流量为
（2）出口处的体积流量
出口的截面积为
2-6某锅炉燃煤需要的空气量折合标准状况时66000m3/h。鼓风机实际送入的热空气温度为250℃，表压力为150mmHg，当地大气压pb=765mmHg，求实际送风量（m3/h）。
解：需要的空气折合标准状况时的质量流量为
在把空气视为理想气体的情况下，由理想气体的状态方程 ，有
假定当地的大气压为1atm由题意可知 ，因此1kg水所做的功为
水泵耗功为
1-24一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为100kPa、温度20℃，喷嘴内径为0.002m时，射出水流温度为20℃、压力200kPa、流速1000m/s，已知在200kPa、20℃时，v=0.001002m3/kg，假定可近似认为水的比体积不变，求水泵功率。
解：由于水在定压汽化过程中温度保持不变，由焓的定义式可知
所以热力学能的变化量为
1-13某定量工质经历了1-2-3-4-1循环，试填充下表所缺数据：
过程
1390
0
1390
2-3
0
395
-395
3-4-1
0
5
5
1-14质量为1275kg的汽车在以60 000m/h速度行驶时被刹车制动，速度降至20000 m/h，假定刹车过程中0.5kg的刹车带和4kg钢刹车鼓均匀加热，但与外界没有传热，已知刹车带和钢刹车鼓的比热容分别是1.1kJ/（kg•K）和0.46kJ/（kg•K），求刹车带和刹车鼓的温升。
1-6气体初态为 ，若在等压条件下缓慢可逆地膨胀到 ，求气体膨胀所做的功。
解：有条件可得气体膨胀所做的功为
1-71m3空气， ，在可逆定温膨胀后容积为原来的两倍。求：终压p2和气体所做的功（空气可逆定温膨胀时pv=常数）。
解：由题意可知 ,
因此有
在可逆定温膨胀过程中，设某一时刻的压力为p，则有
1-8若系统在某一状态变化过程中满足 常数，试问该系统从初态 膨胀到 时，对外做膨胀功多少？
解：可将天然气看做是理想气体，则由理想气体的状态方程 ，可得
体积流量为
质量流量为
2-5密度为1.13kg/m3的空气，以4m/s的速度在进口截面积为0.2m2的管道内稳定流动，出口处密度为2.84kg/m3，试求：（1）出口处气流的质量流量（以kg/s表示）；（2）出口速度为5m/s时，出口截面积为多少？
1-21500kPa饱和液氨进入锅炉加热成干饱和氨蒸汽，然后进入过热器等压加热到275K，若氨的质量流量为0.005kg/s，离开过热器时焓为h=-25.1kJ/kg，氨进入和离开锅炉时的焓分别为 、 。求锅炉和过热器的换热率。
解：氨进入和离开锅炉的比焓差为
锅炉的换热率为
氨蒸汽进入和流出过热器的焓差为
过热器的换热率为
1-22向大厦供水的主管线埋在地下5m处，管内压力600kPa，由水泵加压，把水送到大厦各层。经水泵加压，在距地面150m高处的大厦顶层水压仍有200kPa，假定水温为10℃，流量为10kg/s，忽略水热力学能差和动能差，假设水的比体积为0.001m3/kg，求水泵消耗的功率。
解：根据稳定流动的能量方程式
解：根据稳定流动的能量方程式
由题意可知， ，所以有
因此，1kg水所做的功为
水的流量为：
水泵的功率为
第二章气体的性质
2-1氮气的摩尔质量M=28.1×10-3kg/mol，求：（1）N2的气体常数Rg；（2）标准状态下N2的比体积v0和密度ρ0；（3）1m3（标准状态）N2的质量m0；（4）p=0.1MPa,t=500℃时N2的比体积和摩尔体积Vm。
实际送风量为
2-7CO2压送到容积为3m3的贮气罐内，初始时表压力为0.03MPa，终态时表压力0.3MPa，温度由t1=45℃升高到t2=70℃。试求压入的CO2量（千物质的量）。已知当地气压为pb=760mmHg。
解：初始状态时，按理想气体的状态方程式 ，有
由于体积保持不变，因此有
于是，需要压入的CO2的量为
解：设每分钟需要的水蒸气的质量为m2，由题意可得
所以每分钟需要的水蒸气的质量为
即
1-20某蒸汽动力厂中，锅炉以质量流量40 000kg/h向汽轮机供蒸汽。汽轮机进口处压力表的读数是8.9MPa，蒸汽的焓是3 441kJ/kg。汽轮机出口处真空表的度数是730.6mmHg，出口蒸汽的焓是2248kJ/kg，汽轮机向环境散热为6.81×105kJ/h。若当地大气压为760mmHg，求：（1）进、出口处蒸汽的绝对压力；（2）不计进、出口动能差和位能差时汽轮机的功率；（3）若进、出口处蒸汽的速度分别为70m/s和140mm/s时对汽轮机的功率有多大影响？（4）若汽轮机进、出口的高度差为1.6m时对汽轮机的功率又有多大的影响？
解：由理想气体的状态方程，有
储气罐的容积需要：
2-335℃、105kPa的空气在加热系统的100mm×150mm的矩形风管内流动，其体积流量是0.015m3/s，求空气流速和质量流量。
解：空气的流速为
由气体的状态方程 ，可得
质量流量为
2-4在燃气公司向用户输送天然气（CH4）管网的用户管道中测得表压力和温度分别为200Pa、275K，若管道直径为D=50mm，天然气流速为5.5m/s，试确定质量流量和标准状态体积流量。当地大气压pb=0.1MPa。

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热工基础 课后题答案

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二零一七年，秋第一章 热力学第一定律1-1用水银压力计测量容器中的压力，在水银柱上加一段水，若水柱高1020mm,水银柱高900mm ，当时大气压力计上的度数为b 755mmHg p =.求容器中气体的压力。

解：查表可知：21mmH O=9.80665Pa 1mmHg=133.3224Pa 由题中条件可知2H O Hg b1020 mm 9.80665 Pa 900mm 133.3224Pa 755mm 133.3224Pa 230.651 KPa 0.231MPap p p p =++=⨯+⨯+⨯=≈容器 即容器中气体的压力为0.231MPa.1-2容器中的真空度为600mmHg v p =，气压计上的高度是b 755mmHg p =，求容器中气体的绝对压力（用Pa 表示）。

如果容器中的绝对压力不变，而气压计上高度为b 770mmHg p =，求此时真空表的度数（以mmHg 表示).解：因为600mmHg=600mm 133.3224Pa=79993.4Pa v p =⨯ b 755mmHg=755mm 133.3224Pa=100658.4Pa p =⨯容器中气体的绝对压力为b v 100658.479993.420665Pa p p p =-=-=若以mmHg 表示真空度，则2066520665Pa=mmHg 155mmHg 133.3224p ==则当气压计高度为b 770mmHg p =时，真空表的读数为770mmHg 155mmHg 615mmHg vb p p p '=-=-=1-3用斜管压力计测量锅炉烟道气的真空度，管子倾斜角30α=︒,压力计使用密度30.8g/cm ρ=的煤油，斜管中液柱长200mm l =，当地大气压力b 745mmHg p =.求烟气的真空度（mmHg ）及绝对压力。

解：压力计斜管中煤油产生的压力为33sin 0.810kg /m 9.80.2m sin30=784Pa j p gl ρα==⨯⨯⨯⨯︒当地大气压为b 745mmHg=745mm 133.3224Pa/mm=99325.2Pa p =⨯则烟气的绝对压力为b j 99325.2Pa 784Pa 98541.2Pa p p p =-=-=若压力计斜管中煤油产生的压力用mmH 2O 表示，则烟气的真空度为22784=784Pa=mmH O=79.95mmH O 9.80665j p1-6气体初态为3110.3MPa, 0.2m p V ==，若在等压条件下缓慢可逆地膨胀到320.8m V =，求气体膨胀所做的功。

热工基础课后习题答案.docx

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热工基础答案第一章1-1 解：几=755x133.3x10-5 =1.006ba = 100.6RPa1.P - Ph + Pg - 100.6 + 13600 = 13700.6"。

2.Pg = p — p b = 2.5-1.006 = 1 A9Abar = 149 A kPa3.P = Ph ~ Pv ~ 755 一700 = 55mmHg - 7.3315kPa4.p v = p b_p = 1.006 - 0.5 = 0.506bar = 50.6kPci1-2图表示常用的斜管式微压计的工作原理。

由于有引风机的抽吸，锅炉设备的烟道中的压力将略低于大气压力。

如果微压机的斜管倾斜角。

二30° ,管内水解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差"水住=pghsina = 1000 x 9.8 x 200 x 10~3 x0.5 = 980Pa = 7.35mmHgp = p h - p水仕=756 一7.35 = 748.65加加Hg 1-3 解：p、= Pb + P（l= 0.97 + 1.10 = 2.07 barp2 = - p b = 2.07 -1.75 = 0.32bar p c - p h - p2 = 0.97 一0.32 = 0.65bar 1—4 解：”宾宇室=几 _ P力讣i：=760—745=15mmHg =2好VzP\=〃克空室+ Pa = 2 + 360 = 362 kPaP2~P\~ Pb = 362 _ 170 = \ 92kPap c = P b -"真空室=192-2 = 190kPciF = （p h—〃真空空）A = 745 x 133.3x —XKX O.452二15.8kN1-4 解：p = p h + 〃水柱+p 来柱=760+300x9.81/133.3+800=1582〃伽Hg = 2」'bar1- 5 解：由于压缩过程是定压的，所以有W =「pdV = p(V } -V 2) = 0.5X 106 X (0.8-0.4) = 200KJ=2龙x5000000x （0.44 一 0.34） = 34.36AJ1-8 解：（1）气体所作的功为：W = J ：（0.24V + 0.04） xl06dV = 1.76xl04J（2）摩擦力所消耗的功为：% 擦力=/ A 厶= ^yX （0.3-0.1） = l 000J所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为：叫%擦力=166 xl 0T1- 9 解：由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程屮，内外压力始终保持相等， 恒等于大气压力0.09MPa,所以气体对外所作的功为：W = MV = 0.09X 106X 2 = 1.8X 105J1- 11解：确定为了将气球充到2n?的体积，贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐的压 力等于气球中的压力，同时等于外界大气压几）W = ^AV=0.9X 105 X 2 = 1.8X 105J情况三:C = Z = A=15OOOO =5OOOO()D D 、0.3必（％+2）二几（％+2） = 0.9x105x （2 + 2）二〔左乂山九X 叫 2前两种情况能使气球充到2m 3 1-6 解：改过程系统对外作的功为1-7 解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设p = cD,式屮c 为常数，D 为气球 的直径，由题中给定的初始条件，可以得到：该过程空气对外所作的功为!/ 一 〃贮气罐%:气罐 $气球+贮气罐 Pb 所以气球只能被充到険球=3.333—2=1.333/的大小，故气体对外作的功为:W = O.9xlO 5xl.333 = 1.2xlO 5J第二章习题2-1 解：W = e- A(/ = 50-80 = -30V ,所以是压缩过程2-2 解：W 膨吸+W 压一Q 畝=2000 + 650 — 1200 = 1450R2-3 解：△ {/ = 0 = 2x 10, x3600 = 7.2X 106J//Z2—4解：状态b 和状态a Z 间的内能Z 差为：MJ ab =U h -U a =2-VV = 100-40 = 60V所以，a ・d ・b 过程中工质与外界交换的热量为：e a _^=A^+W = 60 + 20 = 80^工质沿曲线从b 返回初态a 时，工质与外界交换的热量为：Q h _a = / _匕 + W = _△赊 + W = -60-30 = -90kJ根据题中给定的a 点内能值，可知b 点的内能值为60kJ,所以有：\U ad = U h -U d =60-40 = 20V由于d ・b 过程为定容过程，系统不对外作功，所以d ・b 过程与外界交换的热量为：Q d -b = 5 - u b = \u db = 2ov所以a-d-b 过程系统对外作的功也就是a-d 过程系统对外作的功，故a-d 过程系统与外界交 换的热量为：Qz =匕- Ua~ K_d =叽-J =40-(-20) = 60V2-52-5 解：由于汽化过程是定温、定压过程，系统焙的变化就等于系统从外界吸收的热量, 即汽化潜热，所以有： \h = q = 2253kJ "g0.15x2 0.09 =3.333亦内能的变化为：A w = A/? - A(pv) = A/? —p(y2 - vj=2257+1.01X102X (0.001-1.674) = 2088V / kg2-6解：选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为：p, = = 1.028 x 105 + 195><9^ = 2.939 x 105H f A100x10"当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为：/?.二 /?.+-^- = 1.028xl05 + 95x9,8d ^1.959xlO5PtzA 100x10"由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度即:TU根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为：空=2.939X10500X10：X10X”=】526x10^ -p21.959x10s所以活塞上升的距离为：A r _ V2-V, _ 1.526X10'3-100X10X10-6=0.0526m = 5.26cm△乙= —■ ~A 100x10"市于理想气体的内能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的内能变化为零，同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为：Q = W = p2A\L = 1.959x105 x 100x KT4 x0.0526 二103.04J2-8解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：w = q — Au = -50 一146.5 = 一196.53 / kg忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg压缩空气所需的轴功为：巴二g —△力=一50 —146.5 -(0.8x0」75 — 0.1 x0.845) xlO3 = -252V /kg所以带动此压气机所需的功率至少为：P = -W^X]()=42kW602-9解：是否要用外加取暧设备，要看室内热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给外界的热量，室内热源每小时产生的热量为：9 热源=(50000+50 x 100) x 3600=1.98 xlO5U小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3xlO5kJ,所以必须外加収暖设备，供热量为：2 = 3xl05 -1.98X105 =1.02X105ZJ//?2-10解：収容器内的气体作为研究的热力学系统，根据系统的状态方程可得到系统终态体积为：匕=%(£L)%.2 =1x(—)^2 =1.78/n3p20.5过程中系统对外所作的功为：pl.78 卩.78 n V1,2. ? (\7J0-2—V."0 2 )W 訂pdV = J 令2 _0；丿=544.63所以过程中系统和外界交换的热量为：Q = A(/ + W = —40 + 544.6 = 504.63为吸热。

热工基础课后答案超详细版

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第一章思考题1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。

而稳定状态那么是不管有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。

可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。

热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进展描述。

2.表压力或真空度能否作为状态参数进展热力计算？假设工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。

假设工质的压力不变，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。

3．当真空表指示数值愈大时，说明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，说明被测对象的实际压力愈小。

4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。

5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？答：不正确。

不可逆过程是指不管用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。

6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进展加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。

而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。

7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这局部工质越多，它对读数的准确性影响越大。

习题1-1 解：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4. kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==-1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。

热工基础习题含参考答案

热工基础习题含参考答案

热工基础习题含参考答案一、单选题（共50题，每题1分，共50分）1、朗肯循环中工质在给水泵内发生是(____)过程。

A、等温B、等压C、等焓D、等熵正确答案：D2、提高循环热效率的途径有（）A、降低放热量B、提高散热量C、不要冷源D、提高吸热量正确答案：A3、在水蒸气的焓熵图上，(____)的等压线压力高。

A、左上方B、左下方C、右下方D、右上方正确答案：A4、朗肯循环是（）循环A、双热源B、单热源C、多热源D、无热源正确答案：C5、w是(____)的符号。

A、功B、比热量C、比功D、热量正确答案：C6、循环有(____)为0。

A、内能变化B、热C、功D、焓正确答案：A7、5Kg的蒸汽吸热10KJ，则比热量是(____)kJ/kg。

A、0B、1C、2D、0.5正确答案：C8、比20℃低的温度是(____)K。

A、395B、400C、350D、273正确答案：D9、蒸汽的焓越高，则内能就（）A、以上都不对B、越高C、越低D、不变正确答案：A10、热量的符号是（）A、qB、JC、αD、Q正确答案：D11、以下关于热力学第二定律的论述正确的是（）A、孤立系的熵可以减少B、能量不能凭空创造出来C、孤立系的能量在转换过程中有方向性D、闭口系的能量不变正确答案：C12、朗肯循环中，工质在汽轮机内发生( ）过程。

A、等焓B、等压C、等熵D、升温正确答案：C13、温度升高越大，则(____)越多。

A、功B、热C、显热D、热能正确答案：C14、在水蒸气定压产生过程的温熵图上，有 (____)段曲线。

A、2B、3C、0D、1正确答案：A15、不会提高朗肯循环平均吸热温度的是 (____)。

A、采用回热B、采用再热C、提高初压D、降低背压正确答案：D16、不一定提高朗肯循环热效率的是(____)。

A、降低背压B、提高初温C、热电联产D、采用再热正确答案：D17、下列说法正确的是(____)。

A、温度一定，压力越低，则过热蒸汽的焓越高B、熵一定，压力越低，则水蒸气的温度越低C、温度越高，则过热蒸汽的焓越高D、温度一定的湿饱和蒸汽，压力越高，其干度也越高正确答案：A18、蒸汽的压力越高，则焓就（）A、不变B、越低C、以上都不对D、越高正确答案：C19、在朗肯循环中，等压散热过程的下一过程是在(____)中完成的。