《工程热力学》之 复习思考

工 程 热 力 学 复 习 思 考 题

一：判断题

1． 没有容积变化的过程，就一定不能对外作功。（ ）

2． 当压力超过临界压力，温度低于临界温度时，H2O处于液态。（ ） 3． 容积比热就是容积保持不变时的比热。（ ）

4． 公式p1v1/T1=p2v2/T2不适合于理想气体的不可逆过程。（ ） 5. 提高蒸发温度，降低冷凝温度可提高制冷系数。（ ）

6. 系统经历一可逆定温过程，由于温度没有变化，故不能与外界交换热量。（7. 采用热电循环的主要目的在于提高其热效率。（ ） 8. 提高初压和降低终压，均可提高郎肯循环热效率。（ ） 9. 饱和空气的干球温度。露点温度，湿球温度均相等。（ ） 10. 准静态过程不一定是可逆过程。（ ）

11. 不论过程可逆与否，传热量均可用∫Tds表示。（ ） 12. 使系统熵减小的过程可以实现。（ ） 13 绝热节流过程即是等焓过程。（ ）

14．在冷却塔中，能够将水温降低到大气温度以下。（ ） 15．采用热电循环后，其循环热效率提高。（ ）

16．对于未饱和空气，干球温度≥湿球温度≥露点温度。（ ） 17．闭口系统水蒸汽的定温过程，水蒸汽的吸热量等于膨胀功。（ ） 18．系统吸热温度必然升高。（ ） 19．可逆过程一定是准静态过程。（ ）

20. 气体的比热可以从-∞变化到+∞的任何值。（ ） 21 流动功的大小仅于工质的状态有关，而于过程无关。（ ） 22．临界温度以上，工质始终处于气态。（ ） 23．工质经不可逆循环后∮ds=0.( )

24．.系统内质量保持不变，则一定是闭口系统。（ ） 25．绝热前后的焓相等，因此温度一定相等。（ ） 26．由于绝热的原因，绝热压缩耗功较定温压缩少。（ ） 27．气体膨胀则压力一定降低，吸热则温度一定升高。（ ）

28． 流动工质向绝热真空刚性容器充气，充气终了时容器內气体的温度大于充入气体温度。（ ）

29． 流动工质向绝热真空弹性容器充气，充气终了时容器內气体的温度大于充入气体温度。（ ）

30．容积效率的大小仅与余隙容积有关。（ ）

31．渐缩喷管中，当背压小于临界压力时，气流不能在管内达到充分膨胀。（ ） 32．定压反应热效应总是大于定容反应热效应。（ ） 33．热能可以全部转变成机械能。（ ）

34．系统的状态参数保持不变，则系统一定处于平衡状态。 35．均匀则一定平衡。反之平衡也一定均匀。

36．只有当比热为定值时，理想气体才存在cp?cv?R。

37．刚形容器内湿空气保持温度不变，若充入少量干空气，则容器内湿空气的含湿量和相对湿度都减小。

38、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。

39、闭口绝热系统的熵不可能减少。 40、孤立系统的火用只能减小，不能增加。

41、理想气体可逆定温过程，工质的膨胀功等于技术功。 二：选择题

1．Pvk=常数（k=cp/cv）适用于：

A）一切绝热过程 。 B）理想气体绝热过程。 C）任何气体可逆绝热过程 D）理想气体可逆绝热过程

） 2．工质的熵增加，意味着工质的：

A）Q≤0。 B）Q≥0 C）Q=0。 D）Q不确定。 3．Q=⊿H+m⊿C2/2+mg⊿z+wS适用于：

A）开口系统任何过程。 B）稳定流动过程。

C）可逆稳定流动过程。 C）理想气体稳定流动过程。 4.湿空气处在一定温度及压力下，湿空气的密度越大，则： A）含湿量越大。 B）含湿量越小。

C）含湿量多少不一定。

5．Q=⊿U+∫PdV适用于：

A）闭口系统任何过程。 B）闭口系统理想气体可逆过程。 C）闭口系统任何工质可逆过程。

6．混合气体中容积较大的组分，其摩尔成分： A）较大。 B）较小。 C）不确定。

7．已知空气V=900 升，压力表读数为3bar，温度为 70 ℃ 则其质量为：m=Pv/RT=(3×105 ×0.9)/(8314×40)（kg），式中错误有：

A）一处。 B）两处。 C）三处。

8．⊿s=cvlnT2//T1+Rln（v2/v1）适用于：

A）理想气体可逆过程。 B）理想气体任何过程。 C）任何工质任何过程。

9．Δu=cvmΔT , Δh=cpmΔT适用于：

A）一切工质的定压过程。 B）一切工质的定容过程。 C）理想气体任何过程。 10．ηt=1-T2/T1适用于：

A）理想气体卡诺循环。 B）任何工质卡诺循环。

C）理想气体可逆热机循环。 11．系统的总储存能为：

A）U . B）U+PV . C）U+ mc2/2+mgz.

D) U+PV+mc2/2+mgz.

12．一流体流，在一稳流装置内经历一不可逆过程，加给装置的功是5KJ，从装置带走的热量是10KJ，该流体的熵变：

A）为正。 B）为负。 C）可正可负 13．Q=⊿U+W适用于：

A） 闭口系统任何工质任何过程。B）闭口系统理想气体任何过程。 B）闭口系统任何工质可逆过程。

14．一热机按某种循环工作，自温度T1=2000K的热源吸热1000KJ，向温度为T2=300K的冷源放热100KJ，则该热机为：

A）可逆。 B）不可逆。 C）不可能。 15．理想气体经历一不可逆绝热过程，该过程中工质的技术功为： A）wt=-∫vdp B) wt=u1-u2 . C)wt=h1-h2.. 16．湿空气压力一定时，其水蒸汽的分压力取决于： A）含湿量。 B）相对湿度。 C）干球温度。 17．判断后，选出正确答案。

A） 无约束的自由膨胀为一可逆过程。 B）混合过程是一不可逆过程。 C）准静态过程就是可逆过程。 18．ηt=1-q2/q1适用于：

A）理想气体卡诺循环。 B）任何工质热机循环。 D） 理想气体可逆热机循环。 19．采用热电循环的主要目的是：

A）提高热效率。 B）降低单位功率燃料的消耗量。

C）提高热能利用系数。

20．滞止压力为4bar的亚音速气流，流入1bar的环境中，为使其在喷管中 充分膨胀，宜采用：

A）渐缩喷管。 B）渐扩喷管。 C）缩放型喷管。

21．有一渐缩型喷管和缩放型喷管。如渐缩型喷管出口截面积与缩放型喷管的喉部截面积相等，进口滞止参数也相等，出口背压pb

A）流速相等，流量不相等。 B）流速，流量都相等。 C）流量相等，流速不相等。

三：填充题 1．可逆过程膨胀功的计算式?= ，可逆过程技术功的计算式?t= ，并将其表示在p—v图上。 （6分） p

v

2．氧气的平均定压比热c80p0?0.914kj/kg.k,c195p?0.933kj/kg.k,则： 0 c195c195p80? v80? 。

（4分） 3.在给出的水蒸汽h-s图上，标示下列水蒸汽状态点。 ．

h (1) 焓为h1的未饱和水． (2)焓为h2的饱和水． (3)焓为h2，t1的湿蒸汽．

S (4) 压力为p1的饱和蒸汽．

(5) 汽液性质相同的状态点．

（5分） 4．在给出的湿空气h-d图上，标示出下列热力过程。

h (1) Ａ－１：加热过程．

(2) Ａ－２：干燥冷却过程． (3) Ａ－３：绝热加湿过程． (4) Ａ－４：等温加湿过程． (4分)

d

5.在给出的Ｔ－Ｓ图及lnP-h图上示意性地画出一般蒸气压缩式制冷循环，并写

出制冷系数（ε1），制冷剂流量（m）,压缩机功率(N)的表示式。(制冷量为Q0)。

Ｔ lnp

S h ε1= m=

N= (12分)

6．在湿空气的焓湿图上表示出A点所对应的露点温度（tdew）湿球温度（tw）, 含湿量（d），并将Ａ－Ｂ的绝热加湿过程示意性地表示出来。

h A d

(共5分)

7．在水蒸汽的Ｔ－Ｓ图，Ｐ－Ｖ图及h-S图上表示出朗肯蒸汽动力循环

（不忽略泵功），并写出其热效率表示式。

T P h S v s

（共9分） 8．写出卡诺循环的热效率ηＣ＝ ；逆卡诺循环的制冷系 数ε

１c

= ;供热系数ε

２c

=

（共6分）

过程 Q kj △U kj W KJ 1-2 0 470.7 2-3 547.3 164.2 3-4 0 9．4-1 -209.6 0 理想气体

经历一不可逆绝热过程，由初态1变化至终态2则有：

ΔS= Δu= ;

Δh= ; w= ;

Wt= . (共10分)

10．如下图所示，２－３为定容过程，１－３为定压过程，１－２为绝热过程

p T

v S

试求：

（１）在Ｔ－Ｓ图上表示相应热力过程。 （２）判断下列各量的大小： ⊿u1-2 ⊿u2-3; ⊿h1-3 ⊿h2-3; ⊿s1-3 ⊿s2-3; q1-3 q2-3; w1-3 w2-3.

11．定质量理想气体经历由四个可逆过程组成的循环，1-2为可逆绝热过程；2-3为多变过程；3-4为可逆绝热过程；4-1为定容过程。试求：

（1）填充表内所缺数据。

（2）将该循环表示在p-v 图及T-s图上。 （3）判断是热机还是制冷机，并求出ηt或ε

１

。

（共10分）

12．下图所示为一蒸气压缩式制冷循环，试求：（1）将其表示在lgp-h图上。 （2）指出进行各热力过程相应设备的名称。（3）写出制冷量，耗功量和制冷系数的计算式。 lgp T h S (共6分)

13．绝热容器中间用隔板分开，两侧分别有1kg N2和O2，其p1，T1相同，若将隔板抽出，则混合前后的温度和熵有T2 T1，S2 S1。 （5分）

O2 N2

14．如图所示，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10kj，则吸收热量QADB= 。 （2）系统从B经任意过程返回A，若外界对系统作功20kj，则QBA= ，其方

向为 。

（3）设UA=0，UD=42kj，则QAD= ，QDB= 。

p C B

A D

V

15．稳定流动能量方程为： ； 若用于气轮机可简化为： ；若用于压气机可简化为： ；若用于换热器可简化为： 。

3． 如下图所示。p?v图上OA，OB为理想气体多变过程，在给出的下表中填写上这2个过程中△T，W，Q的“+”，“-”号；并在p?v图上表示出OC过程。 P 过程 △T W Q OA 0B

0C - + - V

5．稳定流动能量方程可写成 ，它应用于绝热节流的简化形式为 ，应用于换热器时可简化为： （5分）

6．某工厂锅炉压力表的读数为1.25Mpa，水泵吸入口真空表的读数为90kpa。若大气压力B=101.325kpa,试求锅炉及水泵入口处的绝对压力(kpa).

cpw=4.187kj/kg）

（共11分）

t PX1 t

4．用电炉加热2kg空气，使其温度从20℃定压升高到90℃，试求电炉提供的能量和加热过程引起的作功能力的损失（不可逆损失或有效能损失）。空气的定压比热cp=1.004kj/kg.k，环境大气温度t0=15℃，设电炉保持1100K的温度。（8分）

工程热力学试卷(01)

一、问答题（每题5分，共25分）

1. 在p-v图及T-s图上画出空气的n=1.2的膨胀过程1-2和n=1.6的压缩过程1-3，并确定过程1-2和1-3中功和热量的正负号及初终态热力学能的大小。

2. 若分别以某种服从p(v-b)=RgT的气体（其中b为物性常数）和理想气体为工质在两个恒温热源和之间进行卡诺循环，试比较哪个循环的热效率大一些，为什么？

3. 下面的说法是否正确，为什么？ “若从某一初态经不可逆与可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的ΔS'必大于可逆途径ΔS”

4. 空气在气缸内经历不可逆过程,内能减少12kJ,对外作功10kJ,试分析空气的熵变有哪几种可能性？为什么？

5. 提高活塞式内燃机循环热效率 的热力学措施有哪些？其热力学依据是什么？

二、计算题（共75分）

1. 人体热量的消耗率通常为356kJ/h,在作激烈运动时则达628kJ/h。在热天皮肤经由汗的蒸发来散热,若汗的蒸发在定压且与皮肤相同温度(27℃)下进行,问运动时多余热量需每小时蒸发多少汗才能排出？（10分）

已知：t=26℃： h'=108.95 kJ/kg、h\； t=28℃：h'=117.31 kJ/kg、h\

2. 容积V=0.5m3的空气初压=0.3MPa,初温

=150℃,经膨胀过程到终态

=0.08MPa,

=20℃,求过程中热力学能,焓及熵的变化量。空气作为理想气体,其比热容

可取定值, 气体常数

=287J/(kg·K)；

=1005 J/(kg·K)

。（10分）

3. 刚性容器内有2kg,35℃,2MPa的氮气,向容器内注入适量的氧气,使容器内压力达3MPa,若过程中温度维持不变,求加入氧气的质量。氧气比热容取定值, 气体常数

=260J/(kg·K)、

=917J/(kg·K)；氮气比热容取定值, 气体常数

=297J/(kg·K) ；

=1038J/(kg·K) 。(10分)

4. 利用热水取暖，进入取暖器的热水温度为90℃，流出时温度为50℃，若室内温度维持25℃，为维持室内温度恒定需供热36000kJ/h,求（1）热水流量(kg/s)；（2）以水为系统，求过程的熵流、熵产及作功能力损失；（3）若采用电加热器，加热器的功率多少？作功能力损失多少？已知，水的焓值近似为 ；环境大气温度为0℃。假定空气作理想气体，比热容取定值，气体常数

=287J/(kg·K)、

=1005J/(kg·K)。（15分）

5. 活塞压缩机每分钟转速360转，从环境吸进21℃的空气14

将之压缩到0.52 MPa输出。设压缩过程为可逆多变过程，多变指数为1.3,压缩机容积效率ηV=0.95。求:(1) 所需输入压缩机的功率；(2) 余隙容积比及活塞排量。空气作理想气体,比热容取定值；空气气体常数

=287J/(kg·K)、

=1005J/(kg·K)、环境大气压pb=0.1013

MPa。（15分）

6. 输送管送来的空气，进入出口面积=10cm2

的喷管。进口处空气压力

=1.5

MPa，温度

=80℃，进口流速可忽略；喷管出口截面外背压 pb=0.6MPa，设空气比

热容取定值，

=1.004J/(kg·K)，=1.4。（1）设计喷管（形状、截面积）；（2）计算

喷管出口截面上空气的速度及流量。（15分）

工程热力学试卷（02）

1. 容积为0.2m3钢瓶内盛有氧气，初始状态时pe1=9.9MPa，=17℃。由于气焊用去部分氧气，压力降至9.0MPa。假定氧气与外界无热量交换，试计算用去多少氧气？瓶内剩余氧气的温度为多少度？若瓶内氧气从周围环境吸热，其温度又恢复17℃，问

此时瓶内的压力

为多少？pb=0.1MPa；氧气比热容取定值，

=260J/（kg·K）、

6. 某蒸汽循环按基本朗肯循环运行,自过热器来的新蒸汽p1=17MPa,t1=550℃,进入汽轮机可逆膨胀作功,然后排入维持在5kPa的冷凝器。若忽略水泵功,求:(1)1kg工质在锅炉及过热器中的吸热量；(2)蒸汽在汽轮机内作的功；(3)循环效率。 （15分） 已知：p=17MPa，t=550℃: h=3426.8kJ/kg；v=0.0199213m/kg；s=6.4416kJ/(kg·K) p=5kPa：ts=32.9℃；h'=137.72kJ/kg；h\；s'=0.4761kJ/(kg·K)；

3

=917J/（kg·K）。 (10分)

2. 湿空气干球温度40℃，含湿量d=40g/kg干空气，若环境压力为pb=0.1MPa，求：(1)水蒸气的分压力

；(2)相对湿度?；(3)露点温度

；(4)湿空气的焓h。(10分)

已知压力为0.1MPa时饱和湿空气表如下：

s\K)

干球温度 t ℃ 35 36 37 38 39 40 45 50 55 饱和分压力 ps kPa 5.622 5.940 6.274 6.624 6.991 7.375 9.582 12.335 15.741 饱和含湿量 d g/kg干空气 37.05 39.28 41.64 44.12 46.75 49.52 65.92 87.52 116.19

7. 用活塞式压气机将=1kg/s，5MPa、7℃的氧气加压到1.25MPa，（1）若采用一

级压缩，压气机的余容比σ=0.004，压缩过程的多变指数n=1.25，求压气机的容积效3. 直立放置的气缸活塞系统，活塞及其上重物总质量为10kg，活塞面积A为20cm，初态时气缸内空气温度t=20℃,容积V=140cm，突然取走6kg重物，系统急速膨胀。试求：(1)重新达到平衡状态时气缸内空气的温度；(2)过程作功能力损失。假定系统与外界无热量交换，活塞与气缸之间无摩擦。已知大气压力为0.1MPa；空气作理想气体，比热容取定值， =287J/(kg·K)；

=1005J/(kg·K) ；

=20℃。(15分)

3

2

率ηV和消耗功率P（kW）；(2)若采用二级压缩，中间冷却，每级缸的余容比相等，即σL=σH=0.004，多变指数也相等，nL=nH=1.25，再求压气机的容积效率ηV和消耗功率P(kW)。已知氧气可作理想气体，比热取定值，

工程热力学试卷（03）

1. 容器被分隔成A、B两室，如附图所示。已知当地大气压力压表2读数为

，气压表1读数为

，气

。求气压表3的读

=260J/(kg·K)。(15分)

4. 10kg水起初与300K的大气处于热平衡状态，用热泵在水与大气之间工作使水定压冷却到285K，求所需最小功是多少？水定压比热容取4.187kJ/(kg·K)。 (15分)

5. 活塞式内燃机的定容加热循环其初始状态为p=0.1MPa，t=37℃，压缩比ε=12，循环中对工质加入热量为700kJ/kg。工质可视为空气，比热容取定值，气体常数 =287J/(kg·K)；

=1004J/(kg·K)。

⑴计算循环最高压力及最高温度； ⑵求循环热效率和净功量；

⑶分析提高循环热效率的热力学措施。

⑷若上述条件不变，但吸热和放热过程均不可逆，过程熵产分别为0.15 kJ/(kg·K)和0.1kJ/(kg·K)，求工质循环的熵变。(20分)

数。（10分）

2. 用一台水泵将井水从6m深的井里泵到比地面高30m的水塔中，水流量为25m3

/h。水泵消耗功率为12kW。冬天井水的温度为3.5℃。为防止结冰，要求进入水塔的水温不低于4℃。整个系统及管道均包有一定厚度的保温材料，问是否有必要在管道中设置加热器？如有必要的话，需加入多少热量？设管道中水进出口的动能差可忽略不计；水的比热取定值cp=4.187 kJ/(kg·K),水的焓差；水的密度取1000kg/m3。

（10分）

3. 在p-v图及T-s图上画出下列过程： (1)

,

；

(2)，

； (3)

。（15分）

4. 100kg温度为0℃的冰，在大气环境中融化为0℃的水，已知冰的溶解热为335kJ/kg，设环境温度T0=293K，求冰化为水的熵变，过程中的熵流和熵产及作功能力损失。（15分）

5. 进入出口截面积A22=10cm的渐缩喷管的空气初参数为

=2×106Pa，=27℃，初

速度很小，可以忽略不计。求空气经喷管射出时的速度、流量以及出口截面处空气的状态参数

、。设喷管背压力为1MPa。空气取定压比热容，=1.005kJ/(kg·K)，κ=1.4。

（15分）

6. 某活塞式内燃机定容加热理想循环，压缩比=10，气体在压缩冲程的起点状态是=100kPa、

=35℃。加热过程中气体吸热650kJ/kg。假定比热容为定值,且

=1.005kJ/(kg·K)，κ=1.4，求：（1）循环中各点的温度、压力和比体积；（2）循环热效

率；(3)若膨胀过程持续到5，画出循环T-s图，并分析循环热效率提高还是下降。（20分）

7. 空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为4.2，初终态温度分别为27℃和200℃。若空气作理想气体，比热容取定值，气体常数

=287J/(kg·K)；

=1005J/(kg·K) 。

试计算压气机的绝热效率及压缩过程的熵变和作功能力损失(=20℃)。(15分)

工程热力学(04)

一 填充题（填入数据、文字或符号）（每题4分,共20分）

1）已知某种理想气体在30℃时cp=1.005kJ/(kg·K) ，cV=0.718 kJ/(kg·K) 。该气体在100℃时的气体常数Rg= kJ/(kg·K)。

2）某种蒸汽经历不可逆吸热过程后，其熵变ΔS____0；过程的熵流Sf____0；过程的熵产Sg____0。

3）某工质在过程中内能增加15kJ，对外界作功15kJ，则此过程中工质与外界交换热量Q=____kJ。

4）有一不可逆热机在高温热源TH=1000K和低温热源TL=300K之间工作。若循环中此不可逆热机在绝热压缩过程中熵变0.1kJ/K; 绝热膨胀过程中熵变0.8 kJ/K; 高温热源熵变-1.5kJ/K; 低温热源熵变2.5kJ/K, 取高温热源、低温热源和热机为系统，则完成循环后此系统的熵变ΔS系=______。

5）若密闭容器中液态水的温度t=100℃，则容器中压力p____1atm。

二 简答题（每题7分,共21分）

1）活塞式内燃机定压加热理想循环热效率ηt随压缩比下降，增大还是减小？为什么？

2）压缩空气制冷循环的制冷系数和制冷量与循环的压比有什么关系？ 3）湿空气的吸湿能力是否必定随空气温度升高而升高？为什么？

三 计算和作图题

1）某气体工质经历可逆等温吸热过程1-2，可逆多变膨胀过程2-3(κ>n>1),可逆等温放热过程3-4，等熵压缩过程4-1画出该循环的p-v图和T-s图。（14分）

2）汽油机定容加热理想循环进气参数为=20℃,

=0.09MPa,

=1×10-3

m3

,若循

环压缩比=10,定容增压比=1.6,假设工质是空气，Rg=287 J/(kg·K)，比热可取定值，cp=1.005kJ/(kg·K), (1)画出循环p-v 图及T-s图；(2)求循环的最高温度和最高压力；(3)计算循环的吸热量、循环净功及循环的热效率。（15分）

3）进入渐缩喷管的空气的参数为=0.5MPa，=327℃，cf1=150m/s。若喷管的背

压pb=270kPa, 出口截面积=3.0cm2

，求空气在管内作定熵流动时，喷管出口截面

上气流的温度

；流速cf2及喷管的质量流量

。已知空气可作理想气体，比热取定

值，Rg=287 J/(kg·K)，cp=1.005kJ/(kg·K)。（15分）

4）用质量流量为

=360kg/h，tq1=500℃，pq1=0.1MPa的废气资源定压加热ts1=27℃，

ps1= 0.1 MPa，流量qms=720kg/h的未饱和水，若废气的终温为37℃，过程中废气压降可忽略不计,求:（1）水的终态温度ts2；（2）以废气为系统，过程的熵流和熵产；（3）过程作功能力损失（环境温度为27℃）。已知水的比热 cw=4.187 kJ/(kg·K); 废气可作理想气体处理，比热容取定值，Rg=287 J/(kg·K)，cp=1.01kJ/(kg·K)。（15分）

工程热力学试卷（05）

一 简答题（共3题，每题5分，共15分）

1. 试举例说明热力学原理对生产活动和日常生活的指导作用。

2. 试问：状态方程为p(v-b)=RgT的气体，当b为正值时，经绝热节流后温度是否降低？为什么？

（提示焦—汤系数

）

3. 有人提出一循环1-3-2-1，其中1-3是可逆定温吸热过程、3-2是可逆绝热过程、2-1为不可逆绝热过程，如图所示，图中1,2,3分别为三个平衡状态点。试问此循环能否实现，为什么？

二 计算题（85分）

1. 某循环中，1-2为可逆等熵过程；2-3为可逆过程；3-4为可逆等熵；4-1为可逆定容过程。各过程部分参数如下表所示，填补表内空白并画出其p-v图和T-s图。（15分） 过程 Q kJ ΔU kJ W kJ 1--2 0 470.7

2--3 574.3 164.7 3--4 0

4--1 -209.6

0

2. 燃气轮机定压加热理想循环的空气进气压力

=0.095MPa,温度=37℃，循环压比

π=5。若循环的最高温度为1200K，1)画出循环的p-v图和T-s图；2）求循环各点的

温度和压力及循环热效率。已知：空气的比热容为cV=0.718 kJ/(kg·K), cp=1.005 kJ/(kg·K)；若压气机的绝热效率为0.90、燃气轮机的相对内效率为0.92，其它条件不变，求循环热效率。（20分）

3. 空气初态为

=0.1MPa、=20℃，经过三级活塞式压气机后，压力提高到

12.5MPa，假定各级压缩过程的多变指数n=1.3。试求：（1）以耗功最小为前提的各级压比；（2）生产1kg压缩空气理论上消耗的功；（3）各级气缸的出口温度；（4）若采用单级压缩，压气机消耗的功及出口温度。已知：Rg=287 J/(kg·K)，cp=1.01 kJ/(kg·K)。（15分）

4. 室内空气温度为=35℃，相对湿度=50%，开启空调后温度降到=28℃，若

开启空调过程中无水滴出，求：降温后室内空气中水蒸汽的分压力，干空气的分压力及相对湿度。已知：pb=100kPa；t=35℃,ps=5.6263kPa； t=28℃，ps=3.7814kPa 。（12分）

5. 某应急辅助发电装置主要由高压容器、调压阀及气轮机和发电机构成，见附图。压力容器中储有

=13.8MPa，=21℃，的氮气。工作时由于调压阀的作用，进入气

轮机的氮气压力维持在

= 0.7 MPa，氮气在气轮机内作绝热膨胀，从气轮机排出的

氮气进入大气。若要求发电 机在1小时内保持输出功率为75W，求容器的最小容积。假设容器内温度保持与环境温度一致，容器内压力为0.7MPa时,气轮机停止工作。已知氮气Rg=297 J/(kg·K)，cp=1038 J/(kg·K) ；

=0.1MPa，=21℃。某同学解题如下，

试指出是否正确？若不正确请指出错误位置及原因和应该如何求解。（22分）

解：因过程绝热，所以

气轮机需输出功

所以需N2量为

终态（p=0.7MPa）时容器内残余N2量为

所以，原有N2量为 1.2+8Vkg，据

即得

1.38×106Pa×V=(1.2+8V)×297kJ/(kg·K)×294K 解得 V=8×10-3 m3

工程热力学试卷（06）

一 简答题（共5题，每小题6分，共30分）

1). 如图所示的电加热装置，容器中盛有空气，并设有电阻丝，试问取什么为系统，系统与外界交换的是热量；取什么为系统,系统与外界交换的是电功；取什么为系统，系统与外界没有任何能量交换。

2). 试证明理想气体混合气体中第i种组元气体的分压力pi与分容积 Vi之间满足piV=pVi其中p、V为混合气体总压力和总容积。

3). 一个门窗打开的房间，若房内空气温度上升而压力不变，则房内空气的总内能如

何变化（空气比热容按定值计）？

4). 在内燃机混合加热理想循环、定容加热理想循环及定压加热理想循环中，提高压缩比都可使循环热效率提高，试从第二定律分析其原因。

5). 若已知O2的临界参数 (pc,Tc)及状态参数 (p，T)，简述利用通用压缩因子图确定比容的过程。

二 计算题（共70分）

1. 空气压缩机的进气为环境大气，

=21℃，

=0.1MPa，储气筒上压力表读数为

0.8MPa，该压缩机分二级压缩，中间完全冷却，在耗功最小前提下，确定该压缩机第

一级排气压力和第二级进气温度。（10分）

2. 1kg某种理想气体经历可逆多变过程从初态

=900℃，

=8.5MPa膨胀到终态

=217℃，

=1.27m3

/kg。

(1)求出此过程的多变指数n；

(2)在p-v图和T-s 图上画出该过程,并标明过程功及过程热量可分别用p-v图及T-s图上哪块面积表示？

(3)计算过程的Δs。已知：气体Rg=0.287 kJ/(kg·K),比热可取定值cp=1.005 kJ/(kg·K)。（15分）

3. 有一台空气压缩制冷装置，冷库温度为-10℃,空气冷却器中冷却水的温度为15℃,空气的最高压力0.5MPa,最低压力为0.1MPa.试求循环制冷系数、1kg空气每循环的制冷能力以及消耗的功。（15分）

4. 一个良好隔热的容器，其容积为3m3

，内装有200℃和0.5MPa的过热蒸汽，打开阀门让蒸汽流出，直至容器内压力降到0.1MPa，过程进行足够快，以致容器壁与蒸汽之间没有换热发生。试计算容器内蒸汽终了温度和流出的蒸汽量。（15分）已知：t=200℃，p=0.5MPa时，

s= 7.0603 kJ/(kg·K)；v=424.9×10-3 m3

/kg；p=0.1MPa时，ts=100℃，s'=1.3027 kJ/(kg·K)；s\=7.3608 kJ/(kg·K)；v'=0.0010434 m3/kg ；v\3

/kg。

5. 有一热机循环，其低温热源温度为27℃，热机从高温热源吸热120,000kJ/h，向低温热源放热66,000kJ/h，(1)求循环热效率和输出功率；(2)若已知热源熵变为ΔS=-123.33kJ/(K·h)，问此循环是否可逆？（15分）

工程热力学试卷（07）

一 下列说法是否正确，为什么？（每题4分，共40分） 1） 工质的绝对压力可表达为表压力和当场大气压之和。 2） 系统的平均吸热温度

，其中

、

分别是工质初温和终温。

3） 经不可逆循环，系统与外界均无法完全恢复原态。 4） 理想气体由初态经不可逆过程后达终态

，若按定值比热，其过程的熵变可按下式计算：

。

5） 在T-s图上，理想气体的定压线比定容线陡。 6） 热力系统绝热过程中系统熵变大于等于零。 7） 理想气体只有取定比热时，才能满足迈耶公式

。

8）实际过程中能量会被浪费而减少，所以要节能。

9） 内燃机理论循环中，压缩比愈大，其理论热效率愈高。 10）余隙容积的存在对压气机生产每kg压缩气体的理论耗功无影响，所以是无害的。

二 计算题（共60分）

1）柴油机定压加热理想循环进气参数为=27℃，=0.09MPa，

， 若循环压缩比=16, 定压预胀比

=1.46, 循环加热量为920kJ/kg。假设工质是空气，

比热容可取定值，cp=1.005 kJ/(kg·K)，Rg=287J/(kg·K)，(1)画出循环的p-v图T-s图；(2)求循环的最高温度和最高压力；(3)计算循环的放热量、循环净功及循环的热效率。（15分）

2）某蒸汽动力装置循环，蒸汽消耗量D=10t/h，

已知汽轮机进口蒸汽状态=16.5MPa，

=550℃；出口乏汽的

=0.007MPa。不计

水泵耗功， 试求：

（1）画出p-v图和T-s图；（2）汽轮机的理论功率kW；（3）循环热效

。已知 ：

=16.5MPa，=550℃时

=3435kJ/kg、s1=6.460 kJ/(kg·K)；乏汽焓

=2003kJ/kg；

=0.007MPa，时ts=39.0℃、 h'=163.31 kJ/kg 。（15分）

3） 5g空气从=0.2MPa，

=400K 绝热膨胀到

=0.1MPa，

=280K，已知环境

温度

=300K，试求：（1）过程中空气的ΔU和ΔS；（2）过程功W；（3）过程中空

气的熵变和熵流、熵产；（4）过程作功能力损失I。（15分）

4） 空气流经出口截面积为6.45cm2

的收缩喷管，其出口压力为

=101.3kPa，出口截

面上流速达Ma=1，已知空气流滞止温度为527℃，试求：喷管出口截面上的流速及

质量流量。假定空气为理想气体，比热容取定值，Rg=287J/(kg·K)， 。（15分）

工程热力学试卷（08）

一 选择题（每题3分，共30分）

1） 容积为1m3

的容器中充满氮气（Rg=0.297 kJ/(kg·K)），其温度为20℃，表压力为1000 mmHg，为确定其质量，下列四种计算中哪个是正确的。 (pb=1 atm)？ (a)

(b)

(c)

(d)

2）设空气的体积成分为21％的氧和79％氮，已知1atm，25℃时氧和氮的摩尔熵分别为Sm,O2=205.17J/(mol·K)，Sm,Ｎ２=191.63J/(mol·K)，为了求1atm，25℃时空气的摩尔熵下列四式中哪一个是正确的？

(a)

Sm =ΣSm,i=( Sm,O2+ Sm,Ｎ２)=205.17 J/(mol·K)+191.23 J/(mol·K)=396.80

J/(mol·K) (b) Sm =ΣxiSi=0.21×205.17 J/(mol·K) +0.79×191.63 J/(mol·K) =194.47 J/(mol·K)

(c)Sm =ΔS混= –Rxilnxi= –8.3145 J/(mol·K)×(0.21×ln0.21+0.79×ln0.79)=4.2732 J/(mol·K)

(d)Sm =ΣxiSi+ΔS混=194.47 J/(mol·K) +4.2732 J/(mol·K) =198.74 J/(mol.K)

3）已知氮气可作为理想气体，压力较高的常温氮气绝热节流后，其温度 (a)升高；(b)降低；(c)不变；(d) (a)，(b)，(c)都有可能

4）活塞式压气机因余隙容积的存在

(a)使压缩每kg气体的理论耗功增大，压气机生产量下降； (b)使压缩每kg气体的理论耗功增大，压气机生产量不变；

(c)使压缩每kg气体的理论耗功不变，实际耗功增大，压气机生产量下降； (d)使压缩每kg气体的理论耗功不变，实际耗功增大，压气机生产量不变

5）绝热过程的状态方程式

=常数(其中

)适用于

(a)理想气体绝热过程；(b)理想气体可逆绝热过程；

(c)理想气体定比热可逆绝热过程；(d)任意气体定比热可逆绝热过程

6）工质绝热节流后，

(a)焓不变，压力下降，温度不变,熵增大；(b)焓不变，压力下降，温度不变,熵不变；

(c)焓不变,压力不变，温度不定，熵增大；(d)焓不变，压力下降，温度不定，熵增大 7) 压力

=1MPa，温度

=473K的空气流可逆绝热流经缩放喷管，已知喷管喉管截

面上温度Tcr=394K，出口截面上温度=245K，则喷管各截面上最大流速

为：

(a) ； (b) ；

(c) ；

(d)

8) 缩放喷管进口参数

，

和背压pb(pb

较原来稍为减小，这时： (a) 出口流速

不变，流量

不变； (b)

不变，

减小；

(c) 减小，不变； (d) 增大，减小

9) 某绝热蒸汽轮机相对内效率ηT=0.91，蒸汽在该汽轮机内膨胀过程中 (a)熵不变；(b)熵增大；(c)熵减小；(d)熵如何变化不定

10) 理想热泵循环的供暖系数ε'

(a)大于等于1；(b)小于等于1；(c)小于1；(d)大于1 二 计算题（共70分）

1. 某锅炉燃煤需要空气折合6600m3

/h（标准状态）,实际送风温度为250℃，表压力1500Pa，当地大气压=101kPa，求鼓风机实际送风量 (m3

/h)。（10分）

2. 已知朗肯循环的蒸汽初压力

=5MPa，初温=450℃，乏汽压力

=0.005MPa。

试求1kg蒸汽(1)在循环中吸热量和放热量；(2)循环加热过程的平均加热温度；(3)循

环净功和循环热效率。（忽略水泵功）（15分） 已知：

=5MPa，

=450℃；

=3312kJ/kg，s1=6.810 kJ/(kg·K)；

=0.005MPa，

ts=32.9℃；=137.72 kJ/kg，s'=0.4761 k J/(kg·K)；

=2560.55 kJ/kg，

s\K)；=0.005MPa，s2=6.810 kJ/(kg·K)；

=2092 kJ/kg，

=0.80

3. 有一台气体发动机，工质从初态，出发按下列过程工作：（1）绝热压缩过程

1-2，压缩比为ε；（2）定容加热过程2-3，压力升高比为λ；（3）绝热膨胀过程3-4，膨胀终了压力

；（4）定压放热过程4-1，工质回复初态。设气体比热为定值，

绝热指数为κ。 (1)试把该循环表示在p-v图和T-s图上；(2)推导用ε、λ和κ等参数表示的该循环热效率表达式。(15分)

4. 一燃气轮机装置，按等压加热理想循环工作。压缩机进口参数为=27℃，=

0.1MPa，压缩机增压比π=6，燃气轮机进口燃气温度为

=800℃。（1）求该装置的热

效率；（2）指出提高装置热效率的热力学途径。 （燃气Rg=0.287kJ/(kg·K)，比热取定值，cp= 1.005 k J/(kg·K)。）（10分）

5. 某位发明家研制了一种可兼作制冷和热泵用的机器，声称若环境温度

=283K，

压力 pb=0.1013MPa，该装置耗电功率7.5kW，每小时可将100kg0℃的水制成0℃的冰，同时使散热率为5×

kJ/h的房间保持恒温t=25℃，请评价其发明的可能性。（设

水0℃时凝固热335kJ/kg。）（20分）

工程热力学试卷（09）

一 选择题（每题3分）

1）均质等截面杆两端的温度由分别维持

的两热源保持和

不变，取此杆为系

统，则系统处于：

(a)平衡状态，因其各截面温度不随时间而改变； (b)非平衡状态，因其各截面温度不等；

(c)平衡状态,因其各截面温度不随时间而改变,且流入系统的热量等于流出系统的热量

(d)非平衡状态，因其处于重力场。

2）等量空气从相同的初态出发分别经过不可逆绝热过程A和任意可逆过程B到达相同的终态，若空气的热力学能能变化分别用和

表示，则 (a) ；(b)

； (c)

； (d)

3）稳态稳流装置中工质流体经历可逆变化，系统对外作功20kJ，与外界换热-15kJ,则出口截面上流体的熵与进口截面上的熵相比： (a)增加；(b)减少；(c)不变；(d)不能确定

二 简答题(每题6分)

1. 试分别说明理想气体的比定压热容及比定容热容的关系和理想气体混合气体的总压力与组分气体分压力的关系。

2. 举例说明孤立系统熵增与系统内过程进行方向的联系。

3. 压缩空气制冷循环的制冷系数ε和制冷量与循环的压比有什么关系？ 4. 湿空气的吸湿能力是否必定随空气温度升高而升高？为什么？

三 计算题（共67分）

1. 某建筑物利用蒸汽供暖，该建筑物通过墙壁等向外界散热3,600,000 kJ/h，假设蒸汽压降可忽略不计，问需供蒸汽量。已知蒸汽进入建筑物=2870 kJ/kg，流出时

=504.78kJ/kg。（7分）

2. 有一压缩机将空气由0.1MPa，27℃绝热压缩到0.9MPa，627.5K。试问该压缩过

程是否可逆，为什么？若不可逆求该压缩机的绝热效率。设空气比热取定值Rg=0.287kJ/(kg·K)， cp= 1.005 k J/(kg·K)。(15分)

3. 某次，在风洞试验中采用水银温度计测量气流的温度，测得空气的绝对压力p=0.2MPa，比体积v=0.5m3

/kg，气流的马赫数Ma=0.7。试求此项测量的绝对误差Δt。设空气可作理想气体处理，比热容取定值，且Rg=0.287kJ/(kg·K)，cp= 1.005 k J/(kg·K)。(15分)

4. 某换热器，用4500kg/h冷水冷却热油，水进口温度为20℃，水的比热容为4.187k J/(kg·K)。2250kg的热油进口温度为150℃，离开时为65℃，其平均比热2.51 k J/(kg·K)，假设忽略换热器热损失及压降，试求：(a)冷却水的出口温度；(b) 换热过程的熵产；(c)利用冷却热油过程的油和冷却水为热源和冷源，运行热机，问可得最大功率是多少？（15分）

5. 家用手提式干发器出口空气温度

=83℃，速度

=9.1m/s，出口截面积

=18.7cm2，进入干发器的空气温度=22℃，速度

=3.7m/s，压力0.1MPa。忽略空

气进出口的动能差和位能差及干发器向环境的散热，（1）求此干发器的功率；（2）分析干发器的工作原理。（15分）

工程热力学试卷（10）

1. 2kg氧气和5kg某种未知气体混合,混合后的容积为2.943m，压力p=0.3MPa，温度283.69K，试求该气体的气体常数及分子量。已知氧气Rg =260J/(kg·K)。（10分）

2. 若一礼堂的容积是800m，室温为10℃，今欲使室温升高到20℃，需加热多少？设礼堂墙壁保温良好,空气比热可取定值，定压比热cp=1.005 kJ/(kg·K)， Rg =287J/(kg·K)，当地大气压760 mmHg。(10分)

3

3. 某空调中心需要供空气折合3300m/h（标准状态），实际送风温度为20℃，表压力1500Pa，当地大气压=100kPa,试确定送风机实际送风量为每小时多少立方米？风管直径多少米？（已知:空气Rg =287J/(kg·K)） （10分）

4. 1kg某种双原子理想气体经历一可逆多变过程从初态终态

=217℃,

=0.3636MPa。(1)求

和

=727℃, pe,1=7.9MPa膨胀到

3

3

8. 在两个恒温热源间工作的某动力循环系统，其高温热源温度=1000K低温热源

温度=300K。循环中工质吸热过程的熵变Δs1=1.0kJ/(kg·K) ，吸热量=980kJ/kg；工质放热过程的熵变Δs2= –1.02kJ/(kg·K), 放热量=600kJ/kg。环境温度=300K，试求：（1）循环的热效率（2）吸热过程和放热过程的熵流和熵产；（3）判断该过程能否实现。（10分）

；(2)求出此过程的多变指数n并在p-v

图和T-s图上画出该过程；(3)计算过程的Δu、Δs及过程功w和热量q。已知：当地

大气压=0.1MPa，气体Rg=287 J/(kg·K)，比热可取定值cV=0.718kJ/(kg·K)。（15分）

5. 汽油机定容加热理想循环进气参数为

=27℃,

=0.09MPa，V1=1×10m，若循

-3

3

环压缩比ε=16，定容增压比λ=1.6，循环加热量为920kJ/kg。假设工质是空气，比热可取定值，cp=1.005 kJ/(kg·K)，Rg=287 J/(kg·K)，(1)画出循环p-v图及T-s图；(2)求循环的最高温度和最高压力；(3)计算循环的放热量、循环净功及循环的热效率。（15分）

6. 有一建筑物取暖用电加热器为维持室内温度为25℃，需供热120000kJ/h， (1)求电加热器的电功率；(2)若改用供暖系数为ε'=3.5的热泵供暖，需要多少电功率？(3)室内空气熵变多少？大气环境熵变多少？供暖过程的作功能力各为损失多少？(已知=0℃) （15分）

7. 新蒸汽流人蒸汽轮机时的焓的焓

=3232kJ/kg，流速cf1=50m/s；乏汽流出汽轮机时

=2302kJ/kg，流速cf2=120m/s ，散热损失和位能差可忽略不计。试求：（1）每

kg 蒸汽流经蒸汽轮机时对外界所作的功；（2）若不计动能差每kg 蒸汽流经蒸汽轮机

时对外界所作的功；（3）若蒸汽流量为10t/h，求汽轮机的功率。（15分）

例题5-1 证明物质的体积变化与体积膨胀系数

、等温压缩率的关系为。

证明 因 v=f(p,T)

则

讨论

因为可由实验直接测定，因而本章导出的包含偏导数

的所有方程都可用

的形式给出。另外，由实验测定系数后，再积分求取

状态方程式，也是由实验得出状态方程式的一种基本方法，如同焦－汤系数一样。

对于固体和液体，其

一般可由文献查得。

例题5－2 一空调制冷装置，采用氟里昂22作为制冷剂。氟里昂22进入蒸发器时，=5℃，

＝0.2；出口状态2为干饱和蒸气。自蒸发器出来，状态2的干饱和蒸气被

吸入压缩机绝热压缩到压力

＝1.6×

Pa时，排向一冷凝器，如图6－12所示。

用p－h图求：（1）在蒸发器中吸收的热量；（2）若压缩是可逆绝热的，压缩1kg氟里昂22所需的技术功以及氟里昂22的压缩终温

。

解 工质在蒸发器中的等压吸热过程1－2和在压缩机中的可逆绝热过程2－3表示在p－h图上，如图6－13所示。等压吸热过程1－2已知在湿饱和蒸气区，是一条等压、等温的水平线。其中，状态1位于=5℃的等温线与

＝0.2的等干度线的交点。状

态2位于==5℃的等温线与x＝1的等干度线的交点。状态3位于

＝l.6×

Pa

的等压线与=的等熵线的交点。状态点确定后，从图上可读得

＝247kJ/kg，

＝407kJ/kg，

＝432kJ/kg，＝58℃ 由此可得蒸发器中的吸热:=(407-247)kJ/kg=160kJ/kg

技术功

=

-

=(407-432)kJ/kg=-25kJ/kg

压缩终温 ＝58℃

例题5－3 当地当时大气压力为0.1MPa，空气温度为30℃，相对湿度为60％，试分别用解析法和焓湿图求湿空气的露点

，含湿量d，水蒸气分压力

及焓h。

解（1）解析法 水蒸气分压力

＝φ

查饱和蒸汽表得：t＝30℃时，＝4.246kPa

因而

=0.6×4.246kPa=2.548kPa

露点温度是与相应的饱和温度，查饱和蒸汽表得

=(

)=21.3℃

含湿量d=0.622=0.622×=1.626×kg/kg(干空气）

湿空气的焓

h=1.005t+d(2501+1.86t)=1.005×30+1.626×(2501+1.86×30)=71.72kJ/(kg.K)(干空气） （2）图解法

如右图所示，由φ＝60％及t＝30℃，在h－d图上找到的交点1，即为湿空气的状态。从图中可读得

d=16.2g/kg（干空气） h=717.7kJ/kg（干空气）

由1点作等d线向下与φ=100%线相交，交点的温度即为=21.5℃；由1点作等d

线向下与＝f(d)相交，即为水蒸气分压力，通过此交点向右侧纵坐标读得

＝

25kPa。

例题 5－4 压力

＝100kPa，温度＝27℃的空气，流经扩压管时压力提高到

＝

180kPa。问空气进入扩压管时至少有多大流速？这时进口马赫数是多少？应设计成什么形状的扩压管？ 解 （1）依题意

＝0，根据稳流能量方程

（2）

（3）因

＜1，所以应设计成渐扩扩压管。

?2002 东华大学环境学院《工程热力学》网上教学组版权所有

例题5-1 证明物质的体积变化与体积膨胀系数、等温压缩率

的关系为。

证明 因 v=f(p,T)

则

讨论

因为可由实验直接测定，因而本章导出的包含偏导数

的所有方程都可用

的形式给出。另外，由实验测定系数后，再积分求取

状态方程式，也是由实验得出状态方程式的一种基本方法，如同焦－汤系数

一样。

对于固体和液体，其

一般可由文献查得。

例题5－2 一空调制冷装置，采用氟里昂22作为制冷剂。氟里昂22进入蒸发器时，=5℃，

＝0.2；出口状态2为干饱和蒸气。自蒸发器出来，状态2的干饱和蒸气被

吸入压缩机绝热压缩到压力

＝1.6×

Pa时，排向一冷凝器，如图6－12所示。

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