工程热力学期末复习题1答案

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 qd 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．工质在变截面管道流动，管道的最小截面即为临界截面。

29．对于渐放型喷管，当进口流速为亚音速时，可是气流压力升高。

30.对于未饱和空气，干球温度≥湿球温度≥露点温度。

31．湿空气的相对湿度愈大，则其水蒸气分压力愈大。

32. 相对湿度越大则空气的含湿量越高；33．已知湿蒸汽的压力与温度就可以确定湿蒸汽的状态。

34．滞止参数是工质经定熵滞止后得到的状态参数。

35．露点温度等于空气中水蒸气分压力对应的饱和温度。

二、图示题：图上定性的表示出n=1.2的理想气体的压缩过程，并在图上用面积1.试在T sw。

表示所耗过程功w或技术功t2．试将满足以下要求的多变过程表示在p-V图和T-s图上（先标出四个典型过程）：（1）工质膨胀、放热；（2）工质压缩、放热且升温3.将满足下列要求的理想气体的多变过程表示在p—v图、T—s图上。

1）工质升温、升压、放热；2）工质膨胀、降温、放热。

4．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。

：1-2过程功为正，热量为负，初态热力学能大于终态热力学能 1-3过程功伟负，热量为正，初态热力学能小于终态热力学能5．在T-s 图上画出下面两各热力过程： 1)k=1.4的空气，多变压缩过程n=1.325； 2)n= 0.92的吸热过程。

6.画出单级活塞式压缩机将空气由相同初态，分别经定温压缩、定熵压缩和多变压缩过程达到相同的终态压力的p-v ，T-s 图，并说明其耗功量的大小关系。

T n s w w w >>7．定性画出燃机三种理想循环的v p -、s T -图。

混合加热：定容加热：定压加热：8.在T-s 图上画出采用再热的郎肯循环循环图，并定性说明再热循环对循环热效率的影响。

p Tvsvs.答：如果附加部分的效率高，则再热循环效率会提高，中间压力p 提高，会使t 提高，但此时对干度2x 的改善较小。

9.画出蒸汽压缩制冷系统的T-s 图，并说明各个过程是在哪个设备中完成的。

答：1-2 过程，压气机中完成；2-3 过程，冷凝器中完成；3-4 过程，节流阀中完成；4-1 过程，蒸发器中完成。

三、简答题：1．绝热刚性容器用隔板分成A 、B 相同的两部分，A 侧充满空气，B 侧为真空，分析突然抽掉隔板后气体的状态参数（热力学能、焓、熵）如何变化？2．平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 3．绝热过程是定熵过程吗？多变过程是任意过程吗？124．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。

c5．热量与功有什么相同的特征，两者的区别是什么？5.答：热量和功都是能量传递的度量，它们都是过程量。

只有在能量传递过程中才有所谓的功和热量，没有能量的传递过程也就没有功和热量。

区别：功是有规则的宏观运动能量的传递，在做功过程中往往伴随着能量形态的变化，热量则是大量微观粒子杂乱热运动的能量的传递，传热过程中不出现能量形态的转化。

功转化成热量是无条件的，而热转变成功是有条件的。

6．为什么T-s 图上过同一点的气体的定容线要比定压线陡一些？ 6.答：在定容线上V dT T ds C =，而在定压线上PdT Tds C = 7．工质在压力p1下被吸入气缸，可逆压缩至p2(p1＜p2)，然后排出气缸，试在p －v 图上表示出此工作过程的膨胀功和技术功，并说明技术功和膨胀功之间的关系。

7答：其1-2-3-4-1为技术功w t 1-2-5-6-1为膨胀功w Δ（pv ）=δ w-δw t8．对于闭口系统，引起系统熵变的因素有哪些？开口系统呢？8答：闭口系统，由于没有物质的流动，引起熵变的主要因素为传热引起的熵流，以及不可逆过程而产生的熵产。

对于开口系，除了熵产和熵流之外还有因为物质流动所引起的熵的变化9．是否一切熵增过程都是自发过程？可逆过程的熵增必须为零？9答：不是一切熵增过程都是自发过程，例如气体的不可逆绝热压缩过程，过程中气体的熵增大，但是这个过程不是自发过程。

可逆过称的熵增不一定为零，可逆过程的熵产为零，但熵流不一定就业为零。

例如可逆定温吸热过程的熵增就大于零。

10．气体在喷管中流动，欲使超音速气流加速，应采用什么形式的喷管？为什么？ 10答：愈使超音速气流加速，应选用渐扩管，因为超音速气流在减缩喷管中有压缩的效应，只有在渐扩喷管中才能膨胀加速 11．简述制冷循环和热泵循环的异同点。

11答：相同点：原理为逆卡诺循环，将热量从低温带到高温 不同点：热泵为产热，热为有效，制冷循环要的是冷量12．在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。

12答：根据热力学第二定律，循环热效率为121T T t -=η，其中T 1为循环平均吸热温度，T 2为循环平均放热温度。

在这三个循环中提高压缩比，均可以提高循环平均吸热温度，而平均放热温度要么不变，要么减小，所以均可使循环热效率提高。

13．蒸汽动力装置采用再热的根本目的是提高循环的热效率吗？13．答：不是，采用再热循环的目的是为了在提高初态压力时，不引起乏气的干度的降低，即通过提高初态压力提高热效率，而再热循环较基本循环的热效率并不一定提高。

14.画图分析新蒸汽参数对基本朗肯循环的热效率有和影响？14答：初温1T 对热效率的影响：初温由1T 提高到a T 1的T —s 图。

初压1p 和背压2p 不变，由图看到，提高初温可提高循环的平均吸热温度(由1T 提高到a T 1)，从而提高循环的热效率。

蒸汽初压的影响：图为保持背压2p 、初温1T 不变而升高初压1p 的循环T －s 图。

显然，提高1p 可以提高平均吸热温度1T ，从而提高循环的热效率。

15. 压缩蒸汽制冷循环采用节流阀代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？15答：不可以。

因为空气的比热容较小，且增压比增大循环制冷系数讲减小，故每千克空气的吸热量不多，为了提高制冷能力，空气的流量就就要很大，而节流阀不能满足大流量的要求。

16．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？16．答：不是，最佳增压比是针对循环净功而言，即循环净功最大。

而循环热效率111t k kηπ-=-，即随增压比的增高而递增的。

17．简述干球温度、湿球温度、露点之间的区别。

17答：干球温度：为温度计测湿空气的实际温度湿球温度：是湿空气流过湿球时与湿球建立了热平衡后的温度 露点温度：为湿空气沿等压线P=Pv 降温至有液态水析出的温度18. 当湿空气的相对湿度ϕ固定不变时，湿空气的温度增高，湿空气的含湿量d 、露点温度D t 、湿球温度wt 如何变化？18.答：含湿量d 、露点温度D t 、湿球温度wt 都提高。

因为sv p p =ϕ，而温度提高时相应的饱和压力sp 提高，当相对湿度不变，水蒸气分压力提高，则露点温度，含湿量提高。

计算题1. 1kg N2在一热力过程中从初态0.2MPa 、157℃变化到0.1 MPa 、27℃，过程的技术功为34.94kJ/kg ，周围环境温度T =300K ；试问过程是否为可逆过程？过程有无不可逆损失？若有不可逆损失，不可逆损失为多少？（视N2为定比热理想气体，定压比热容Cp=1.038kJ/kg.k ，气体常数gR =0.297kJ/kg.k ）。

1. 解：t p t w t c w h q +∆=+∆==⇒q -100 kJ/kg 取系统与环境组成孤立系，则热源工质s s s iso ∆+∆=∆工质s ∆＝=-1212ln lnp pR T T c g p -0.1678， 热源s ∆＝0T qT q-=⎰δ＝0.3333，则热源工质s s s iso ∆+∆=∆＝0.1654>0所以不可逆。

=∆==iso g s T s T I 0049.64 kJ/kg 。

2. 将一根即0.36m =kg 的金属投入9w m =kg 的水中，初始时金属棒的温度,1060m i T =K ，水的温度295w T =K ，比热容分别为()0.42kJ/kg K m c =⋅和()0.4187kJ/kg K w c =⋅，试求终温f T 和金属棒、水以及它们组成的孤立系的熵变。

设容器绝热。

2.解：由闭口系能量方程W Q U -=∆，取容器水和金属棒为热力系，绝热，不作外功，所以0=Q ，0=W 则0=∆U ，0=∆+∆m w U U()()0=-+-m f m m w f w w T T c m T T c m()()0106042.036.0295187.49=-⨯⨯+-⨯⨯f f T T 1.298=⇒f T 。