沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题-气体动力循环(圣才出品)
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库-制冷循环(圣才出品)
第11章制冷循环一、选择题1．供热系数ζ可以是（）。
A．大于1 B．等于1 C．小于1【答案】A2．压缩气体制冷循环中，随循环增压比提高，制冷系数（），循环制冷量（）。
A．增大，增大B．增大，下降C．下降，增大D．下降，下降【答案】C【解析】压缩气体制冷循环的经济性指标，所以循环增压比越大．制冷系数越小。
但增压比越大，单位质量工质的制冷量也越大。
因此，为了提高压缩气体制冷装置的制冷量，常采用加大制冷工质的质量流量。
3．与采用可逆膨胀机相比，压缩蒸气制冷循环中采用节流阀简化了系统设备，（）了制冷量，（）了制冷系数。
A．增加，提高B．增加，降低C．降低，提高D．降低，降低【答案】D【解析】压缩蒸气制冷循环中采用节流阀后，由于节流过程不可逆，熵增大，所以与采用可逆膨胀机相比，制冷量减少，失去了可以从膨胀机得到的功，循环的制冷系数下降，但简化了系统设备，提高了系统工作的稳定性，同时可以较方便地控制蒸发器中压力，所以压缩蒸汽制冷系统几乎毫无例外地采用节流阀。
4．工程上，压缩蒸气制冷装置中常常采用使制冷工质在冷凝器中冷凝后继续降温，即所谓的过冷工艺，以达到（）制冷量，（）制冷系数。
A．增加，提高B．增加，降低C．降低，提高D．降低，降低【答案】A【解析】采用过冷工艺后，制冷工质在蒸发器内的吸热量由增加到使循环制冷量增大，同时并不改变压缩耗功，达到了提高循环制冷量和循环制冷系数的目的。
5．制冷循环的工作好坏是以（）来区分的。
A．制冷系数的大小B．制冷能力的大小C．耗功量的大小D．A和B 【答案】D6．（多选）制冷系数ε可以是（）。
A．大于1 B．等于1 C．小于1【答案】ABC二、判断题1．房间温度增加会使冰箱的制冷系数降低。
（）【答案】对2．一台制冷机，在对低温热源制冷的同时对高温热源进行供热，则其供热系数始终比制冷系数大1。
（）【答案】对3．制冷系数是大于1的数。
（）【答案】错【解析】制冷系数是指制冷循环中制冷量与消耗功的比值，可能大于1，也可能小于1。
沈维道《工程热力学》(第4版)名校考研真题-蒸汽动力装置循环(圣才出品)
第10章蒸汽动力装置循环一、选择题在蒸汽动力循环中，为达到提高循环热效率的目的，可采用回热技术来提高工质的（）[宁波大学2008研]A．循环最高温度B．循环最低温度C．平均吸热温度D．平均放热温度【答案】C【解析】在蒸汽动力循环中，采用回热技术可以提高工质的平均吸热温度，从而达到提高循环热效率的目的。
二、判断题1．回热循环的热效率比郎肯循环高，但比功比朗肯循环低。
（）[天津大学2004研] 【答案】对2．抽气回热循环由于提高了效率，所以单位质量的水蒸气做功能力增加。
（）[同济大学2006研]【答案】错【解析】抽气回热循环中部分未完全膨胀的蒸汽从汽轮机中抽出，去加热低温冷却水，这样就使得相同的工质情况下，抽气回热循环做功小于普通朗肯循环，因而单位质量的水蒸气做功能力降低。
3．实际蒸汽动力装置与燃气轮装置，采用回热后平均吸热温度与热效率均提高。
（）[湖南大学2007研]【答案】对【解析】对实际的蒸汽的动力装置于燃气轮机装置来说，采用回热后，平均吸热温度升高，于是热效率也得到提高。
三、简答题1．朗肯循环采用回热的基本原理是什么？[天津大学2004研]解：基本原理是提高卡诺循环的平均吸热温度来提高热效率。
2．画出朗肯循环和蒸汽压缩制冷循环的T-s图，用各点的状态参数写出：（1）朗肯循环的吸热量、放热量、汽轮机所做的功及循环热效率。
（2）制冷循环的制冷量、压缩机耗功及制冷系数。
[西安交通大学2004研]解：画出朗肯循环和蒸汽压缩制冷循环的T-s图如图10-1所示。
郎肯循环蒸汽压缩制冷循环图10-1（1）参考T-s图，可以得到：朗肯循环的吸热过程为4→1的定压加热过程，吸热量：；郎肯循环的放热过程为2→3的过程，在冷凝器中进行，放热量：；汽轮机中，做功过程为绝热膨胀过程1→2，做工量：；在水泵中被绝热压缩，接受功量为，相对于汽轮机做功来说很小，故有热效率：（2）参考上面的T-s图，可以得到：蒸汽压缩制冷循环的吸热量为：；压缩机耗功为：；制冷系数为：。
沈维道《工程热力学》(第4版)名校考研真题(第9~13章)【圣才出品】
解：回热是指，在保持构成循环的热力过程性质不变的条件下，利用循环中某些放热过 程的放热量来满足另一些吸热过程的吸热需要的措施。从热力学的角度来说，循环输出的净 功不变，但是回热的措施使循环从外界高温热源的吸热量减少，向低温热源的放热量也减少， 因而可以提高循环的热效率。
（1）若全部都是可逆过程，试求：每千克燃气在气轮机中所做的功 wT；燃气轮机Ⅱ的 质量流量 qm，B；压力机压缩每千克空气所消耗的功 wC；燃气轮机Ⅰ的质量流量 qm,A；每
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分钟气体工质分别从两燃烧室吸收的热量 QA 和 QB；⑥整个装置的热效率ηt。 （2）若压气机的绝热效率ηC=0.85，试求：压缩每千克空气时，做功能力损失是多少？ 此时整个装置的热效率又为多少？
实际的燃气轮机Ⅰ中的气体的质量流量为：
2．综观蒸汽动力循环、燃气轮机循环、内燃机循环以及其他动力循环，请分析归纳转 换为机械能的必要条件或基本规律？[天津大学 2005 研]
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解：动力循环工作过程的一般规律是任何动力循环都是以消耗热能为代价， 以作功为目的。但是为了达到这个目的，首先必须以升压造成压差为前提，否则消耗的热能 再多，倘若没有必要的压差条件，仍是无法利用膨胀转变为动力。由此可见，压差的存在与 否是热能转化为机械能的先决条件，它也为拉开平均吸、放热温度创造了条件。其次还必须 以放热为基础，否则将违背热力学第二定律。总之，升压是前提，加热是手段，作功是目的， 放热是基础。
工程热力学-第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)
工程热力学-第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)工程热力学第四版沈维道 思考题 完整版第1章 基本概念及定义1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?答：否。
当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。
2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。
这种观点对不对，为什么? 答：不对。
“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。
热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。
物质并不“拥有”热量。
一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
⒊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? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。
⒋倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式中，当地大气压是否必定是环境大气压?答：可能会的。
因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。
环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。
“当地大气压”并非就是环境大气压。
准确地说，计算式中的P b 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。
⒌温度计测温的基本原理是什么?答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。
它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库-气体与蒸汽的流动(圣才出品)
，质量流量
，若气体可作理想气体，比热容取定值，
。求：喷管出口截面积及气体出口流速。
解：滞止参数
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气体的临界压力比
临界压力 因
，所以
3．某缩放喷管进口截面积为
。质量流量为
的空气等熵
流经喷管，进口截面上的压力和温度分别为
所以 若可逆膨胀，则
由于过程不可逆，所以
据能量方程
，因此
由于流动过程不可逆绝热，所以过程的熵增即是熵产
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能指望一个形状良好的喷管在其两端没有压力差的情况下就能获得高速气流，这将违反自然
界的基本规律。同样形状的管子在不同的工作条件下可以用作喷管，也可用作扩压管。
2．为使入口为亚音速的蒸汽增速，应采用（ ）型喷管。
A．渐扩或缩放
B．渐扩或渐缩
C．渐缩或缩放
D．渐缩或直管
【答案】C
【解析】无论是理想气体还是水蒸气，为使气流可逆增速都应使流道截面满足几何条件
所以 若蒸汽在喷管内可逆等熵膨胀，则 s2＝s1，查 h-s 图，得
因蒸汽在喷管内作不可逆流动，据速度系数概念
据 p3 和 h3，由 h-s 图，查得
，
所以
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1 kg 蒸汽动能损失 因为全部过程都是稳流绝热过程，所以系统（蒸汽）进出口截面上熵变即为熵产，节流过程 喷管内过程 1 kg 蒸汽作功能力损失
（1）蒸汽出口流速；
（2）每 kg 蒸汽动能损失；
（3）每 kg 蒸汽的作功能力损失。
工程热力学-思考题答案-沈维道-第八章
第八章 气体动力循环1.答：分析动力循环的一般方法：首先把实际过程的不可逆过程简化为可逆过程。
找到影响热效率的主要因素和提高热效率的可能措施。
然后分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际损失的部位、大小、原因以及改进办法。
2. 答：若两者初态相同，压缩比相同，它们的热效率相等。
因为而对于定压加热理想循环带入效率公式可知二者相等。
若卡诺循环的压缩比与他们相同，则有，他们的效率都相等。
3. 答：理论上可以利用回热来提高热效率。
在实际中也得到适当的应用。
如果采用极限回热，可以提高热效率但所需的回热器换热面积趋于无穷大，无法实现。
4. 答：采用定温压缩增加了循环净功。
而在此过程中不变，变小，所以其热效率降低。
答：定温膨胀增大膨胀过程作出的功，增加循环净功，但在此过程中变大，不变，所以其热效率降低。
6. 答：该理论循环热效率比定压燃烧喷气式发动机循 环的热效率降低。
因为当利用喷油嘴喷出燃油进行加力燃烧时，虽然多做了功增大了推力，但是功的增加是在吸收了大量的热的基础上获得的。
由图可知获得的功与需要的热的比值小于定压燃烧喷气式发动机循环的比值，导致整体的理论循环的热效率比定压燃烧喷气式发动机循环的热效率降低。
7. 答：原方案：循环吸热量：Q 1=cm Δt ，循环净功：w 0=w T -wc=m[(h3-h4)-(h2-h1)] (1) 第2方案：21v v =ε12p p =πk k v v p p ε==)(2112()112112--==k k v v T T ε111--=k t εη121T T -=η2T 1T 121T T -=η2T 1T q w =η循环吸热量：Q1=cm AΔt+ cm BΔt= cmΔt (2)循环净功：w0=w TB=m B(h3-h4) (3)对于第2方案，w TA= wc，即：m A(h3-h4)=m(h2-h1)或(m-m B)(h3-h4)=m(h2-h1) (4)由(3)、(4)解得：w0=m[(h3-h4)-(h2-h1)]结论：两种方案循环吸热量与循环净功均相同，因而热力学效果相同，热效率w0/Q1必相同。
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库-实际气体的性质及热力学一般关系式(圣才出品)
第6章实际气体的性质及热力学一般关系式一、选择题1．实际气体的压缩因子（）。
A．小于1 B．大于1 C．等于1 D．可大于、小于或等于1 【答案】D【解析】气体的压缩因子是气体的比体积与假设相同压力和温度下该气体可当作为理想气体时的比体积之比，由于气体分子之间存在作用力，故压缩因子随不同状态而变化，可大于、小于或等于1。
2．气体的临界压缩因子（）。
A．z<1 B．z＝1 C．z＝0.27 D．A、B、C都可能【答案】A【解析】气体的临界压缩因子是气体临界状态的压缩因子，气体临界状态与理想气体状态相去甚远，不同气体的临界压缩因子是不同的，z＝0.27仅是大部分烃类气体临界压缩因子的一个平均值。
3．物质的比定压热容比定容热容（）。
A．小于B．大于C．等于D．大于或等于【答案】D【解析】理想气体的比定压热容恒大于比定容热容，任意物质的比定压热容不小于比定容热容，如水，在4℃时c p＝c v。
一般而言，液态和固态物质的比定压热容和比定容热容相差不大，工程上对之不作区分。
二、综合分析题1．容积为3m3的容器中储有状态为p＝4 MPa、t＝－113 ℃的氧气，（1）用理想气体状态方程；（2）用压缩因子图，试求容器内氧气的质量。
解：（1）按理想气体状态方程（2）查数据表得氧气查通用压缩因子图得z＝0.32。
2．在190℃时将1 kmol丙烷由0.1013MPa可逆定温压缩到8.509MPa，压缩后的体积应是多少？已知丙烷解：已知初态时压力较低，可作理想气体处理终态时压力较高，采用通用压缩因子图计算查图得z＝0.635。
3．容积为0.015m3的钢瓶内压力为13.8MPa，温度为62℃，试求瓶内乙烷质量；若钢瓶内压力升到20.7MPa，求瓶内乙烷的温度。
解：查数据表，得临界参数：查N-O图，得z＝0.445压力上升，但体积及质量不变，终态时（a）用试差法，设，则由，查图得z＝0.625，代入式（a）与假设值的相对误差因误差较小，所以4．水在25℃、1atm时等温压缩系数。
沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题(第10~13章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第4版）课后习题第10章蒸汽动力装置循环10-1简单蒸汽动力装置循环（即朗肯循环），蒸汽的初压p1＝3MPa，终压p2＝6kPa，初温如表10-1所示，试求在各种不同初温时循环的热效率ηt、耗汽率d及蒸汽的终干度x2，并将所求得的各值填写入表内，以比较所求得的结果。
表10-1t1/℃300500ηt0.34830.3716d/（kg/J） 1.009×10－68.15×10－7x20.7610.859解：（1）当p1＝3MPa，t1＝300℃，p2＝6kPa时，查h-s图得：h1＝2996kJ/kg、h2＝2005kJ/kg、x2＝0.761，t2′＝36℃h2′＝c w t2′＝4.187×36＝150.7kJ/kg若不计水泵耗功，则热效率（2）当p1＝3MPa，t2＝500℃，p2＝6kPa时，查h-s图得：h1＝3453kJ/kg、h2＝2226kJ/kg、x2＝0.859、t2′＝36℃若不计水泵耗功，则热效率将计算的结果代入表格得表10-1所示，详见电子版答案10-110-2简单蒸汽动力装置循环，蒸汽初温t1＝500℃，终压p2＝0.006MPa，初压p1如表10-2所示，试求在各种不同的初压下循环的热效率ηt，耗汽率d及蒸汽终干度x2，并将所求得的数值填入表内，以比较所求得的结果。
表10-2p1/MPa 3.015.0ηt0.37160.4287d（kg/J）8.15×10－7 6.05×10－7x20.8590.746解：（1）由题意可知，p1＝3MPa，t1＝500℃，p2＝6kPa，即为上题的第（2）点，详见10-1的第（2）点。
（2）当p1＝15MPa，t1＝500℃，查h-s图得，h1＝3305kJ/kg，s1＝6.345kJ/（kg·K）当p2＝6kPa时，查饱和水蒸气表得，s′＝0.5208kJ/（kg·K）、h′＝151.47kJ/kgs″＝8.3283kJ/（kg·K）、h″＝2566.5kJ/kg因为s2＝s1＝6.345kJ/（kg·K），故忽略水泵动10-3某蒸汽动力装置朗肯循环的最高运行压力是5MPa，最低压力是15kPa，若蒸汽轮机的排汽干度不能低于0.95，输出功率不小于7.5MW，忽略水泵功，试确定锅炉输出蒸汽必须的温度和质量流量。
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库(第9~13章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第 4 版）章节题库
第 9 章 气体动力循环
一、选择题 1．若活塞式内燃机三种理想循环的压缩比相同，则（ ）。 A． B． C． D．不定 【答案】D
【解析】热机的内可逆循环热效率
，对于活塞式内燃机三
图 9-1
4．反映往复活塞式内燃机混合加热循环特性的设计参数有哪几个？写出其定义式。
答： v2 ， p3 ， v4 。
v1
p2
v3
六、综合分析题 1．有一定压燃烧内燃机，其输出功率为 3700kW。燃料热值为 4.65×104kJ／kg，假 定可将循环简化为空气的定压加热理想循环，循环压缩比为 14，预胀比为 2，求燃料消耗 量。空气比热容取定值，Rg＝287J／（kg·K），k＝1.4。 解：定压加热活塞式内燃机理想循环中，1-2 为等熵压缩过程
4．某燃气轮机装置定压加热循环如图 9-4 所示，循环增压比π＝7，增温比τ＝4，压
气机吸入空气压力
。压气机绝热效率
，燃机轮
机相对内效率ηT＝0.92，若空气取定比热容，其 ＝1.03 KJ/（kg·K）、 ＝0.287 KJ/
（kg·K），k＝1.3863。
试求：（1）装置内部热效率ηi，循环吸热量 q1 和放热量 q2；（2）压气机及燃气轮机中
燃气轮机过程中熵产为 0.098kJ／（kg·K）。工质可视为理想气体，且燃气性质近 似空气，
求：（1）循环热效率；（2）若回热度为 0.7，循环热效率是多少？
解： （1）循环热效率
图 9-3
所以
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沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题-实际气体的性质及热力学一般关系式(圣才出品)
第6章实际气体的性质及热力学一般关系式6-1 试推导范德瓦尔气体在定温膨胀时所作功的计算式。
解：由题意可知因为是定温膨胀，T为常数，积分上式得：6-2 NH3气体的压力p＝10.13MPa，温度T＝633K。
试根据通用压缩因子图求其密度，并与由理想气体状态方程计算的密度加以比较。
解：查附录得NH3的临界参数为Tcr＝406K、p cr＝11.28MPa查通用压缩因子图得：Z＝0.94若按理想气体计算所以通过通用压缩因子图求得的密度是理想气体状态方程求得的密度的1.064倍。
6-3 一容积为3m3的容器中储有状态为p＝4MPa、t＝－113℃的氧气，试求容器内氧气的质量，（1）用理想气体状态方程；（2）用压缩因子图。
解：（1）由题意可知（2）查附录得氧气T cr＝154K，p cr＝2.49MPa查通用压缩因子图得：Z＝0.326-4 容积为0.425m3的容器内充满氮气，压力为16.21MPa，温度为189K，计算容器中氮气的质量。
利用（1）理想气体状态方程；（2）范德瓦尔方程；（3）通用压缩因子图；（4）R-K方程。
解：（1）由题意可知（2）查表6-1，氮气的范德瓦尔常数得（3）查附表得氮气的临界参数为T cr＝126.2K、p cr＝3.39MPa查通用压缩因子图得Z＝0.84（4）利用R-K方程将a，b值代入R-K方程迭代后解得V m＝0.080238m3/mol6-5 试用下述方法求压力为5MPa、温度为450℃的水蒸气的比体积。
（1）理想气体状态方程；（2）压缩因子图。
已知此状态时水蒸气的比体积是0.063291m3/kg，以此比较上述计算结果的误差。
解：（1）由题意可知（2）查附表得水的临界参数为p cr＝22.09MPa，T cr＝647.3K查通用压缩因子图得Z＝0.956-6 在一容积为3.0×10－2m3的球形钢罐中储有0.5kg甲烷（CH4），若甲烷由25℃上升到33℃，用R-K方程求其压力变化。
沈维道《工程热力学》(第4版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(第12~13章)【圣才出品】
V Vi
i
道尔顿分压力定律和亚美格分体积定律只适用于理想气体状态。
2．混合气体的成分
（1）气体混合物占组成含量百分数分类
①质量分数；
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(12-3)
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②摩尔分数；
③体积分数。
（2）各种百分数的表示方法
①质量分数是组分气体质量与混合气体总质量之比，第 i 种气体的质量分数用 wi 表示
律。
（2）分体积定律
另一种分离方式如图 l2-1 所示。各组成气体都处于与混合物相同的温度、压力(T、p)
下，各自单独占据的体积Vi 称为分体积。对第 i 种组成写出状态方程式为 pVi ni RT
(12-2)
图 l2-1 理想气体分体积示意图 对各组成气体相加，得出
pVi RT ni
i
i
可得
i
xi
i
Rg ,eq
1
Rg ,eq Rg .i wi
i
（12-10）
二、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵 1．理想气体混合物的比热容
混合气体的比热容是 lkg 混合气体温度升高 l℃所需热量。1kg 混合气体中有 wi kg 的
第 i 组分。因而，混合气体的比热容为
c wici
i
同理可得混合气体的摩尔热容和体积热容分别为
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沈维道《工程热力学》（第 4 版）笔记和课后习题（含考研真题）详解
第 12 章 理想气体混合物及湿空气
12.1 复习笔记
一、理想气体混合物 1．分压力定律和分体积定律 （1）分压定律
p pi
沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题(第7~9章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第4版）课后习题第7章气体与蒸汽的流动7-1空气以c f＝180m/s的流速在风洞中流动，用水银温度计测量空气的温度，温度计上的读数是70℃，假定气流通在温度计周围得到完全滞止，求空气的实际温度（即所谓热力学温度）。
解：由题意可知所以t1＝53.88℃7-2已测得喷管某一截面空气的压力为0.5MPa，温度为800K，流速为600m/s，若空气按理想气体定比热容计，试求滞止温度和滞止压力。
解：由题意可知滞止温度滞止压力7-3喷气发动机前端是起扩压嚣作用的扩压段，其后为压缩段。
若空气流以900km/h 的速度流入扩压段，流入时温度为－5℃，压力为50kPa。
空气流离开扩压段进入压缩段时速度为80m/s，此时流通截面积为入口截面积的80％，试确定进入压缩段时气流的压力和温度。
解：由题意可知，扩压段出口的温度由质量守恒得，即7-4进入出口截面积A2＝10cm2的渐缩喷管的空气初速度很小可忽略不计，初参数为p1＝2×106Pa、t1＝27℃。
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v2、t2。
设空气取定值比热容，c p＝1005J/（kg·K）、k＝1.4，喷管的背压力p b分别为1.5MPa和1MPa。
解：由题意可知，所以当p b＝1MPa时，7-5空气进入渐缩喷管时的初速度为200m/s，初压为1MPa，初温为500℃。
求喷管达到最大流量时出口截面的流速、压力和温度。
解：由题意可知，对于初态及A2确定的收缩喷管内的流动，出口截面流速达到音速，流量最大，所以7-6空气流经渐缩喷管。
在喷管某一截面处，压力为0.5MPa，温度为540℃，流速为200m/s，截面积为0.005m2。
试求：（1）气流的滞止压力及滞止温度；（2）该截面处的音速及马赫数；（3）若喷管出口处的马赫数等于1。
求出口截面积、出口温度、压力及速度。
解：（1）由题意可知（2）由题意可知（3）由题意可知7-7燃气经过燃气轮机中渐缩喷管形的通道绝热膨胀，燃气的初参数为p1＝0.7MPa、t1＝750℃，燃气在通道出口截面上的压力p2＝0.5MPa，经过通道的流量q m＝0.6kg/s，若通道进口处流速及通道中的摩擦损失均可忽略不计，求燃气外射速度及通道出口截面积（燃气比热容按变值计算，设燃气的热力性质近似地和空气相同）。
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库-蒸汽动力装置循环(圣才出品)
过程绝热
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，所以
锅炉内熵产和作功能力损失
冷凝器内熵产和作轮机的新蒸汽温度 400 ℃、压力 3 MPa，抽汽压 力 0.8 MPa，冷凝器工作压力为 10 kPa，回热器排出 0.8 MPa 的饱和水，忽略水泵功，求 循环热效率（图 10-4）。
图 10-2 解：状态 1： 由 30 MPa、500℃，查水蒸气表，得
状态 2： 由 10 kPa，查饱和水蒸气表，得
据
，所以状态 2 为饱和湿蒸汽状态
状态 3：
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状态 4：
汽轮机输出功 水泵耗功 从锅炉吸热量 冷凝器中放热量 循环热效率
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第 10 章 蒸汽动力装置循环
一、选择题 1．工程上尚无进行卡诺循环的蒸汽动力装置的原因是（ ）。 A．卡诺循环的工质只能是理想气体 B．循环放热量太大，吸热量太小 C．湿饱和蒸汽区温限太小且压缩两相介质困难 D．不能实现等温吸热和等温放热 【答案】C 【解析】卡诺循环是由两个绝热过程和两个等温过程组成的理想可逆过程，并没有对工 质的性质提出任何限制，在湿饱和蒸汽区内进行蒸汽循环，保持吸热和放热过程等压即可以 等温吸热和等温放热。把凝汽器内压力维持在较低的水平，可以把放热量降低到合理的水平。 但是，水蒸气动力循环要实现卡诺循环，必须在湿饱和蒸汽区内进行循环，使得吸热温度不 能大于临界温度，放热必定高于环境温度，两者的温差太小，导致热效率太低，同时压缩过 程的起点是这两相区，而目前压缩两相介质在技术上尚有困难。
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沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题-气体和蒸汔的基本热力边程(圣才出品)
第4章气体和蒸汔的基本热力边程4-1 有2.3kg和CO，初态T1＝477K，P1＝0.32MPa，经可逆定容加热，终温T2＝600K，设CO为理想气体，求△U、△H、△S及过程热量。
（1）比热容为定值；（2）比热容为变值，按气体性质表计算。
解：由题意可知V2＝V1所以由附表得所以（1）比热容为定值，CO为双原子分子，所以因过程定容，所以W＝0Q＝△U＋W＝△U＝209.94kJ（2）比热容为变值时由附表查得所以因过稳定容4-2 甲烷CH4的初始状态p1＝0.47MPa、T1＝293K，经可逆定压冷却，对外放出热量4110.76J/mol，试确定其终温及1molCH4的热力学能变化量△U m、焓变化量△H m。
设甲烷的比热容近似为定值，cρ＝2.3298kJ/（kg•K）。
解：查附表得甲烷的摩尔质量M＝16.04×10－3kg/mol由4-3 试由导出理想气体进行可逆绝热过程时，过程功和技术功的计算式。
解：由可逆绝热可知，pu－k＝常数4-4 氧气由t1＝40℃，p1＝0.1MPa被压缩到p2＝0.4MPa，试计算压缩1kg氧气消耗的技术功。
（1）按定温压缩计算；（2）按绝热压缩计算，设为定值比热容；（3）将它们表示在p-v图和T-s图上，试比较两种情况技术功大小。
解：查附表得氧气的摩尔质量（1）定温压缩（2）按绝热压缩计算且为定值比热容由q＝△h＋W t可知，W t＝q－△h＝q－（h2－h1）因为过程绝热，所以q＝0（3）在p-v图上，定温压缩和绝热压缩技术功分别以面积12T mnl和12s mnl表示（图4-1）W t，T＜W t，s，在T-s图上，定温过程W t，T＝q T，用面积12T mml表示，绝热过程W t，＝h1－h2＝h2T－h2s，用面积12S2T mn1表示，显见W t，T＜W t，s。
s图4-14-5 同上题，若比热容为变值，试按气体热力性质表计算绝热压缩1kg氧气消耗的技术功。
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库-气体和蒸汽的性质(圣才出品)
第3章气体和蒸汽的性质一、选择题1．下面说法中正确的是（）。
A．某蒸汽的温度若高于临界温度，则不可能通过改变压力使蒸汽液化B．某蒸汽的温度若高于临界温度，则可以通过改变压力使蒸汽液化C．某蒸汽的温度若低于临界温度，则不可能通过改变压力使蒸汽液化【答案】A2．下列哪些气体近似可看作理想气体?（）A．柴油机起动空气瓶中的高压空气B．动力机内的水蒸气C．空调设备中空气所含水蒸气D．冰箱压缩机内的制冷剂气体【答案】C【解析】并不是只要是空气就可以作为理想气体，考察气体是否可近似作为理想气体主要依据其压力，空调设备工作压力和温度不高，其中空气所含水蒸气分压力更低，故可当作理想气体，其他三种状况工质均不宜做理想气体处理。
3．为（）。
A．理想气体、闭口系统、可逆过程B．实际气体、开口系统、可逆过程C．任意气体、闭口系统、任意过程D．任意气体、开口系统、任意过程【答案】A【解析】q＝△u＋w是普遍适用于闭口系的，从q＝△u＋w导出受到两处制约：，非理想气体的热力学能是温度和比体积的函数，只有理想气体的可逆过程才同时满足这两点要求。
4．理想气体可逆吸热过程，下列哪个参数一定增加的?（）A．热力学能B．熵C．压力D．温度【答案】B【解析】人们的直觉认为吸热过程温度必定升高，理想气体的热力学能和温度间有单值关系，所以热力学能也将增大，但事实上任何过程的进行都受第一定律的制约，据q＝△u＋w，理想气体在可逆吸热过程中△u的变化还要受制于w的大小及正负，若理想气体对外作功大于吸热量，气体热力学能将减小，导致温度下降、压力下降。
但据熵的定义，气体可逆吸热过程的熵必增加。
5．在空气定压加热过程中，加热量（）转化为热力学能增加量。
A．37％B．65％C．68.4％D．71.4％【答案】D【解析】理想气体定压加热过程的加热量为，过程中的热力学能变化，将空气作为理想气体，双原子理想气体的比热容取定值时，比热容比为1.4，故。
6．当锅炉内的温度等于该压力对应饱和温度时，锅炉内可能为（）。
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图 4-2
7．如图 4-3 所示，1-2 及 1-3 为两个任意过程，而 2-3 为一多变指数 n 为 0.9 的多变
过程。下面正确的关系是（ ）。
A． u1,2 u1,3 D． u1,2 u1,3
B． u1,2 u1,3 E． u1,2 = u1,3
C． u1,2 u1,3
【答案】A
图 4-3
4．一绝热刚性容器，中间用刚性隔板分开，一侧装有高压气体，另一侧为真空，现突
然抽去隔板，则容器内气体的温度将（ ）。
A．增加
B．减小
C．不变
D．无法确定
【答案】C
5．工质是理想气体的系统在多变过程中，降温又升压，则（ ）。 A．n＝k B．n＜k C．n＞K D．n≤k 【答案】B 【解析】在可逆绝热过程中气体膨胀降温，压力也下降，据在 p-v 图和 T-s 图上参数变 化的规律，在 n 从 1→k→＋∞（－∞）→0 变化的过程中，随温度下降，但压力也下降，只 有在 0→1（＜k）范围内才同时满足降温又升压。
=
p2 p1
三、问答题 1．试确定 p-v 图上一组等温线簇温度的大小和 T-s 图上一组等容线簇比体积的大小。
答：如图 4-4 所示，取等压过程 1-2，与等温线簇相交于 1、2。因 p1＝p2，所以
，
即
。由于 v2／v1＞1，所以，T2＞T1，即等温线簇中右上方的等温线的温度高。
图 4-5 3．定压、定温、绝热和定容四种典型的热力过程，其多变指数的值分别是多少？
答：定压： n = 0 ；定温 n = 1；绝热 n = ；定容 n = 。 4．有两个任意过程 ab 与 ac ，b 及 c 点在同一条可逆绝热线上，如图 4-6 所示。设工质
为理想气体，其比热为定值。试问 uab 与 uac 哪个大？为什么？
沈维道《工程热力学》(第4版)名校考研真题-气体动力循环(圣才出品)
第9章气体动力循环一、选择题活塞式内燃机定容加热、混合加热、定压加热3个循环在压缩比和吸热量相同的条件下，热效率的关系为（）。
[西安交通大学2003研]A．B．C．【答案】B【解析】在压缩比与吸热量相同的条件下，放热量有。
根据循环热效率的公式可得：。
二、填空题一活塞式内燃机的理想循环，若活塞在下止点位置时气缸容积为V1，活塞在上止点位置时气缸内容积为V2，那么此循环的压缩比为_______。
循环效率随压缩比的提高呈现_______的趋势。
[北京理工大学2005研]【答案】；提高三、判断题实际蒸汽动力，装置与燃气轮机装置，采用回热后每千克工质作功量均增加。
（）[天津大学2005研]【答案】错【解析】采用回热后，总的热效率提高，但是工质质量不变的前提下输出功减少，因而单位质量公职的做功量减少。
四、简答题1．定性地画出具有回热的燃气轮机装置示意图，并在T-s图上定性地分析回热对热效率的影响。
[北京航空航天大学2004、2005研]解：燃气轮机装置示意图如图9-1所示。
图9-1与未采用回热的循环相比，循环净功不变，回热后，只有5-3过程吸热，即q减小，故循环效率提高。
2．综观蒸汽动力循环、燃气轮机循环、内燃机循环以及其他动力循环，请分析归纳转换为机械能的必要条件或基本规律？[天津大学2005研]解：动力循环工作过程的一般规律是任何动力循环都是以消耗热能为代价，以作功为目的。
但是为了达到这个目的，首先必须以升压造成压差为前提，否则消耗的热能再多，倘若没有必要的压差条件，仍是无法利用膨胀转变为动力。
由此可见，压差的存在与否是热能转化为机械能的先决条件，它也为拉开平均吸、放热温度创造了条件。
其次还必须以放热为基础，否则将违背热力学第二定律。
总之，升压是前提，加热是手段，作功是目的，放热是基础。
3．什么是回热？试解释在热机循环中若能采取回热措施，从热力学角度简单说来将会带来什么好处？[华中科技大学2005研]解：回热是指，在保持构成循环的热力过程性质不变的条件下，利用循环中某些放热过程的放热量来满足另一些吸热过程的吸热需要的措施。
沈维道《工程热力学》(第4版)名校考研真题-气体与蒸汽的流动(圣才出品)
由绝热方程
，可得初始状态的压强为：
所以，当 （2）喷管的最大质量流量为： 临界速度为： 其中临界温度为： 则可求得临界速度为： 则此时的出口流速为：
质量流量为：
时喷管出口达最大流速。
2．如图 7-1 所示为某一燃气轮机装置，已知压气机进口处 1 空气的比焓
，
经绝热压缩后，空气温度升高，比焓增为
；在截面 2 处空气和燃料的混合物
的渐缩喷管。喷管
、
、初速
。[哈尔滨工业大学 2002 研]
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求：（1）当背压为多大时，喷管可达最大流量。 （2）喷管的最大质量流量，以及此时的出口流速。 已知：空气的比热 =1.004kJ/（kg·K），气体常数 R=0.287kJ/（kg·K）。 解：（1）喷管的滞止参数为：
以
的速度进入燃烧室，在定压燃烧过程中，工质吸入热量
；燃烧
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后燃气进入喷管绝热膨胀到状态 ，
，流速增加到 ；此燃气进入燃气轮机
动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中热力状态不变，最后离开燃气轮机的速度
。[中科院—中科大 2007 研]
即：
，
由稳定能量方程式，可得：
或
。
可见，压气机中所消耗的轴功增加了气体的焓值。
压气机消耗的功率为：
（2）燃料的耗量为：
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可见，燃料量与空气量相比很小。 （3）燃气在喷管出口处的流速，取截面 2 至截面 的空间为热力系，工质作稳定流动， 若忽略重力势能差，则能量方程为：
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第3章气体和蒸汽的性质3-1 已知氮气的摩尔质量M＝28.1×10-3kg/mol，求：（1）N2的气体常数R g；（2）标准状态下N2的比体积v0和密度ρ0；（3）标准状态1m3N2的质量m0；（4）p＝0.1MPa、t＝500℃时，N2的比体积v和密度ρ；（5）上述状态下的摩尔体积V m。
解：（1）通过气体常数R＝8.3145J/（mol·K）查附表（2）1mol氮气标准状态时体积为,故标准状态下（3）标准状态下1m3气体的质量即为密度ρ，即m0＝1.25kg。
（4）由理想气体状态方程式pv＝R g T3-2 压力表测得储气罐中丙烷C3H8的压力为4.4MPa，丙烷的温度为120℃，问这时比体积多大？若要储气罐存1000kg这种状态的丙烷，问储气罐的体积需多大？解：由附表查得由理想气体状态方程式pv＝R g T或由理想气体状态方程pV＝mR g T3-3 供热系统矩形风管的边长为100mm×175mm，40℃、102kPa的空气在管内流动，其体积流量是0.0185m3/s，求空气流速和质量流量。
解：风管面积A＝100mm×175mm＝17500mm2＝0.0175m2空气流速空气质量流量3-4 一些大中型柴油机采用压缩空气启动，若启动柴油机用的空气瓶体积V＝0.3m3，内装有p1＝8MPa、T1＝303K的压缩空气，启动后瓶中空气压力降低为p2＝0.46MPa，T2＝303K，求用去空气的质量。
解：根据物质的量为n的理想气体状态方程，使用前后瓶中空气的状态方程分别为：p1V＝n1RT2，p2V＝n2RT2用掉空气的量由附表查得空气的相对分子质量M r＝28.97，即摩尔质量M＝28.97×10-3kg/mol，故用掉空气的质量m1－m2＝M（n1－n2）＝28.97×10-3kg/mol×405mol＝11.73kg3-5 空气压缩机每分钟从大气中吸入温度t b＝17℃，压力等于当地大气压力p b＝750mmHg的空气0.2m3，充入体积为V＝1m3的储气罐中。
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3．燃气轮机装置采用分级压缩，中间冷却后其热效率（ ）。 A．提高 B．下降 C．不变 D．不定 【答案】D 【解析】燃气轮机装置在回热的基础上采用分级压缩，中间冷却其热效率能提高，若无 回热措施，采用分级压缩，中间冷却其热效率将下降。
图 9-2 解：循环的 p-v 图如图 9-2 所示。由已知条件
1-2 是定熵过程，有 定压吸热过程和绝热膨胀过程都是作功冲程，已知定压加热过程是作功冲程的 4％，即
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所以
由于
，所以据上式 ρ＝1.76。2-3 是定压过程，故有
3．在最高温度及最高压力一定时，活塞式内燃机三种理想循环的热效率的大小关系是 怎样的？试利用 T − s 图进行分析。
答：在最高温度及最高压力一定时，活塞式内燃机三种理想循环的热效率的大小关系是 t,p t,c t,v
T − s 图如图 9-1 所示。
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1．试证明在压缩比
相同的情况下，活塞式内燃机定容加热理想循环与卡诺循环
有相同的热效率。这是否说明定容加热理想循环达到了卡诺循环的理想水平？为什么？
答：
，但不能说明定容加热理想循环已达卡诺循环水平，因为 T3 远远高于 T2， 而在相同温度区间（T1 到 T3）内， 将大大高于ηt。
2．压缩比升高对汽油机所对应的理想循环（定容加热循环）的性能有何影响？是否压
5．（多选）下面哪种方法可以提高热机的效率？（ ）
A．增加循环净功
B．增加吸热量
C．降低系统的平均放热温度
D．提高系统的平均吸热温度
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第9章气体动力循环
9-1 某活塞式内燃机定容加热理想循环，压缩比ε＝10，气体在压缩中程的起点状态是p1＝100kPa、t1＝35℃，加热过程中气体吸热650kJ/kg。
假定比热容为定值且c p＝1.005kJ/（kg·K）、k＝1.4，求：
（1）循环中各点的温度和压力；
（2）循环热效率，并与同温度限的卡诺循环热效率作比较；
（3）平均有效压力。
图9-1
解：（1）由题意可知
v3＝v2＝0.08844m3/kg
由q1＝c V（T3－T2）可知
（2）由题意可知
同温限的卡诺循环热效率为
（3）由题意可知
9-2 利用空气标准的奥托循环模拟实际火花点火活塞式汽油机的循环。
循环的压缩比为7，循环加热量为1000kJ/kg，压缩起始时空气压力为90kPa，温度10℃，假定空气的比热容器可取定值，求循环的最高温度、最高压力、循环热效率和平均有效压力。
解：状态1：
状态2：
状态3：
v3＝v2＝0.129m3/kg
状态4：
v4＝v1＝0.9029m3kg
q2＝c V（T4－T1）＝0.718×（922.64－283.15）＝459.2kJ/kg
9-3 某狄塞尔循环的压缩比是19：1，输入每千克空气的热量q1＝800kJ/kg。
若压缩起始时状态是t1＝25℃、p1＝100kPa，计算：
（1）循环中各点的压力、温度和比体积；
（2）预胀比；
（3）循环热效率，并与同温限的卡诺循环热效率作比较；
（4）平均有效压力。
假定气体的比热容为定值，且c p＝1005J/（kg·K）、c V＝718J/（kg·K）
解：（1）由题意可知
（2）由题意可知
（3）由题意可知
卡诺循环效率
（4）由题意可知
9-4 某内燃机狄塞尔循环的压缩比是17：1，压缩起始时上质状态为p1＝95kPa、t1＝10℃。
若循环最高温度为1900K，假定气体比热容为定值c p＝1.005kJ/（kg·K）、k＝1.4。
试确定：
（1）循环各点温度，压力及比体积；
（2）预胀比；
（3）循环热效率。
解：（1）由题意可知
（2）由题意可知
（3）由题意可知
9-5 已知某活塞式内燃机混合加热理想循环p1＝0.1MPa、t1＝60℃，压缩比定容升压比
，定压预胀比试分析计算循环各点温度、压力、比体积及循环热效率。
设工质比热容取定值，c p＝1.005kJ/（kg·K），c V＝0.718kJ/（kg·K）。
图9-2 解：由题意可知。