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。

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，并在图上用面积表1.试在T sw。

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．定性画出内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tx的改善较小。

提高，但此时对干度29.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，1 2A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？4．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。

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 -=∆，取容器内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 。