沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题-理想气体混合物及湿空气(圣才出品)
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。
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库(第1~4章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第4版）章节题库第1章基本概念及定义一、选择题1．绝热系与外界没有（）交换。
A．热量B．物质C．功【答案】A2．功损来自于（）。
A．不等温传热B．物质交换C．运动摩擦【答案】C3．（）过程是可逆过程。
A．可以从终态回复到初态的B．没有摩擦的C．没有摩擦的准静态过程D．没有温差的【答案】C4．可逆过程与准静态过程的主要区别是（）。
A．可逆过程比准静态过程进行得陕得多B．准静态过程是进行得无限慢的过程C．可逆过程不但是内部平衡，而且与外界平衡D．可逆过程中工质可以恢复为初态【答案】C5．可逆过程一定是（）。
A．非平衡过程B．准静态过程C．自发过程D．工质可以恢复到初态的过程【答案】B6．系统处于平衡状态时（）。
A．表压力不变B．绝对压力不变C．表压力和绝对压力都不变D．表压力和绝对压力都改变【答案】B【解析】系统处于平衡状态的条件是在没有外界影响的条件下，系统内外没有温差、压力差及其他势差，所以平衡态系统的绝对压力必定不变。
而绝对压力等于表压力加当地大气压力，表压力不变并不能保证绝对压力保持不变。
同时，表压力和绝对压力都不变就要求当地大气压也不变，没有必要。
7．不计恒力场作用，平衡态单相系统内各点的状态参数，如密度（）。
A．在不断地变化B．必定是接近相等C．必定是均匀一致的D．不一定是均匀一致【答案】C【解析】处于平衡态系统的状态参数保持恒定，同时，不计恒力场作用时，复相系的密度可以不同，但单相系统内各点的状态参数必定是均匀一致的。
8．经过一个不可逆循环，工质不能恢复原来状态（）。
A．这种说法是错的B．这种说法是正确的C．这种说法在一定条件下是正确的D．无法判断【答案】A【解析】虽然循环可以分为可逆循环和不可逆循环，但所有循环的共同特征是系统（这里即是工质）恢复原来状态。
9．有下列说法，正确的是（）。
A．孤立系统内工质的状态不能发生变化B．系统在相同的初、终状态之间的可逆过程中作功相同C．经过一个不可逆过程后，工质可以回复到原来的状态D．质量相同的物体A和B，因，所以物体A具有的热量较物体B为多【答案】C【解析】孤立系虽与外界无质量及能量的交换，但系统内可以发生状态变化，从不平衡趋向平衡，唯有已达平衡态的孤立系内工质的状态参数不能发生变化；功是过程量，除系统的初、终态还与中间过程有关，在相同的初、终状态之间可能有很多中间过程不同的可逆过程；热量是越过边界传递的能量，所以即使是同种物质、质量相同，温度不同，也只能说它们的热力学能不同；工质经过不可逆过程后，只要花费代价总是可以回复到原来状态的。
工程热力学课后思考题参考答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社
1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。
24p=p b+p g中，压p b67．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。
取正在使用12（1（2）体先恢复平衡在抽下一块，则又如何？（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p-v图上表示？p14．一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-12所示。
若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能将如何变化？若在隔板上有一小孔，气体泄漏入B 中，分析A 、B 两部分压力相同时A 、B 两部分气体热力学能如何变化？ 能在。
89．气体流入真空容器，是否需要推动功？推动功的定义为，工质在流动时，推动它下游工质时所作的功。
下游无工质，故不需要推动功。
利用开口系统的一般能量方程式推导的最终结果也是如此。
11．为什么稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等都会改变，而整个系统的∆U CV =0、∆H CV =0、∆S CV=0?控制体的∆U CV=0、∆H CV=0、∆S CV=0是指过程进行时间前后的变化值，稳定流动系统在不同时间内各点的状态参数都不发生变化，所以∆U CV=0、∆H CV=0、∆S CV=0。
稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等的改变仅仅是依坐标的改变。
13.1-1、2-2h3q m3（h3+c f32/2+gz3）如果合流前后流速变化不太大，且势能变化一般可以忽略，则能量方程为：q m1⋅h1+ q m2⋅h2= q m3⋅h3出口截面上焓值h3的计算式h3=（q m1⋅h1+ q m2⋅h2）/ q m3本题中，如果流体反向流动就是分流问题，分流与合流问题的能量方程式是一样的，一般习惯前后反过来写。
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)章节题库-理想气体混合物及湿空气(圣才出品)
已知：氮气
；
氩气
。
解：据混合气体的性质，混合气体的比定压热容和折合气体常数为
（a）
根据题意
即 式（a）代入式（b） 代入题给数据，得
（b）
，考虑到
，所以
2．刚性绝热容器由隔板分成 A 和 B 两部分（图 12-2）。两侧各储有 1mol 和 ，且
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前后温度相等，因此，混合熵增为
3．秋季白天秋高气爽气温较高，此时的空气为（ ）。 A．干空气 B．饱和空气 C．未饱和空气 D．过热空气 【答案】C 【解析】地球上的大气或多或少都含有水蒸气，湿空气本身并无过热之说，只有饱和与 未饱和之分，空气中带有的水蒸气在过热状态（温度高于其饱和温度），则为未饱和湿空气， 水蒸气达饱和状态（温度等于其饱和温度），则为饱和湿空气。
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小，所以工程上常忽略由此造成的焓值的改变。
7．湿蒸汽经定温膨胀过程后其内能变化（ ）。
A＜0 或△U＞0
【答案】B
1．下面说法中正确的是（ ）。 A．绝对湿度越大，则相对湿度越大 B．含湿量小，则湿空气的吸湿能力越强 C．相对湿度越小，则湿空气的吸湿能力越强 D．相对湿度越大，则湿空气的吸湿能力越强 【答案】C
4.76mol 空气，则空气的熵为（ ）。
A．
B．
C．
D．都不对。
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【答案】C
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【解析】混合过程不可逆，所以由 1atm、25 的 1mol 氧和 3.76mol 氮等压混合组
沈维道《工程热力学》(第4版)名校考研真题-气体和蒸汽的性质(圣才出品)
2．理想气体只有取定比热容时，才能满足迈耶公式：cp − cv = Rg 。（ ）[南京航空
航天大学 2008 研] 【答案】错 【解析】只要是理想气体，就满足迈耶公式。
3．（1）理想气体任意两个状态参数确定后，气体的状态就一定确定了。（ ）
（2）活塞式压气机采用多级压缩和级间冷却方法可以提高它的容积效率。（ ）[西
【答案】T1（p2/p1）；0； cv (T2 − T1) ； cv (T2 − T1)
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三、判断题
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1．流动功的大小仅取决于系统的进口和出口状态，而与经历的过程无关。（ ）[天
津大学 2005 研]
【答案】对
【答案】A
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【解析】在四个选项中，只对于理想气体的绝热过程， du = cV dT ，且 dq = 0 ，即 w = −cV dT 。
4．理想气体等温过程的技术功＝（ ）。[宁波大学 2008 研] A．0 B2
【答案】C
【解析】 wt
A．升高 B．降低 C．不变 【答案】A 【解析】充气的过程中增加了流动功，故导致瓶子气体的内能升高，温度升高。
3． w = cvdT 使用条件为（
A．理想气体绝热过程
）。[湖南大学 2007 研]
B．理想气体可逆过程
C．任何工质定容过程
D．任何工质绝热过程
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【答案】错 【解析】上式不仅只适应于理想气体，也只能用于可逆过程。
四、名词解释 1．理想气体与实际气体。[天津大学 2005 研] 答：理想气体是不考虑分子之间的作用力以及气体分子本身所占体积的气体模型，严格 地说它是一种假想的气体。实际气体则是实际存在的气体。前者遵循理想气体方程式等规律， 后者则不遵循这种规律。实际气体的压力趋近于零时，实际气体就趋向于理想气体。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社.
1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。
2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。
对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。
4．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？绝对压力计算公式p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。
当地大气压p b 不一定是环境大气压。
6．经验温标的缺点是什么？为什么？不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。
7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
4题图9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。
取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。
包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。
将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。
或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。
12．图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板，（1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？（2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去p v1a b29题图隔板，每抽一块板让气体先恢复平衡在抽下一块，则又如何？（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p -v 图上表示？4．一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-12所示。
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)名校考研真题-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一、选择题1．下列偏微分关系中，正确的是（）。
[上海交通大学2004研]A．B．C．D．【答案】B【解析】、、、是由吉布斯方程利用全微分的条件导出的关系式，称为Maxwell关系式。
2．对比态状态方程的形式是（）。
[西安交通大学2003研]【答案】D【解析】对比态原理在数学上表示为。
3．有人声称发明了一种机器，当这台机器完成一个循环时，吸收了100kJ的功，同时向单一热源排出了100kJ的热，这台机器（）。
[南京航空航天大学2008研] A．违反了热力学第一定律B．违反了热力学第二定律C．违反了热力学第一、第二定律D．既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律【答案】D【解析】依据热力学第一定律可知，该机器不违反热力学第一定律，且该循环还满足克劳修斯不等式，故也不违反热力学第二定律。
二、填空题压缩因子定义为______；理想气体的压缩因子为______。
[北京理工大学2004研]【答案】；1三、判断题1．d h=C p d T适用于任意工质的可逆过程。
（）[同济大学2006研]【答案】错【解析】只适合与理想气体的的可逆过程。
2．一切不可逆循环的热效率均有：。
（）[南京航空航天大学2008研] 【答案】错【解析】不可逆循环的效率仍然为。
3．对于确定的气体，在任意指定的温度下，其（C p－C v）总等于同一定值。
（）[湖南大学2007研]【答案】错【解析】理想气体的比热容仅是温度的单值函数，而与压力、比容无关，但实际气体比热容不仅与T有关，还随着p或v而变，有。
故其值是变化的。
四、简答题1．写出常用的计算工质内能、焓、熵变化的热力学一般关系式？[中科院-中科大2009研]解：内能的表达式为：。
焓的表达式为：。
熵的表达式为：或。
2．试在p-v图和T-s图上绘出理想混合加热循环图并说明压缩比、定容升压比及定压预胀比的定义。
[北京理工大学2004研]解：如图6-1所示。
[工程热力学第四版 童钧耕 沈维道 编]第12章 习题提示和答案
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得 h3
=
23.04kJ/kg(干空气)、d3
=
0.004
561
kg/kg(干空气)，进而得 t3
=
11.48
o
C
、ϕ 3
=
54.1%
。
12−13 湿空气体积流率 qV = 15m3/s ， t1 = 6 o C ，ϕ = 60% ，总压力 p = 0.1MPa ，进
入加热装置，（1）温度加热到 t2
提 示 和 答 案 ： wCO2 = 0.056 、 wH2O = 0.020 、 wO2 = 0.163 、 wN2 = 0.761 ； Rg = 288J/(kg ⋅ K) ； M = 28.87 ×10−3 kg/mol ； xCO2 = 0.037 、 xO2 = 0.147 、 xH2O = 0.032 、 xN2 = 0.784 ； pCO2 = 0.0111MPa 、 pO2 = 0.0441MPa 、 pH2O = 0.0096MPa 、 pN2 = 0.2352MPa 。
ΔS1−2 = 258.6J/K 。
12−8 设大气压力 pb = 0.1MPa ，温度 t = 28oC ，相对湿度ϕ = 0.72 ，试用饱和空气状
态参数表确定空气的 pv 、 td 、 d 、 h 。
提 示 和 答 案 ： 由 t = 28o C 求 得 pv = ϕ ps = 2.720kPa ， 再 根 据 pv 得 ts = 22.47 oC 、
，
通
过
半
透
膜
由
A
进
入
到
B
的
O2
的
量
为
ΔnO2
= n A1 O2
− n A2 O2
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-气体和蒸汽的基本热力边程(圣才出品)
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-理想气体混合物及湿空气(圣才出品)
第12章理想气体混合物及湿空气一、选择题1．湿空气是干空气和水蒸汽的混合物，不能作为完全气体看待。
该表述（）。
[北京航空航天大学2005、2006研]A．正确B．错误【答案】B2．依理想混合气体的假定，第i种组成气体的状态方程可写成（）。
[东南大学2004研]A．B．C．D．【答案】B【解析】依据分压定律可知，除B选项正确之外，还有p i V=m i R m T。
二、填空题1．水、冰和汽三相共存点的热力学温度为______K。
[北京航空航天大学2005、2006研]【答案】273.16【解析】φ=100%时，湿空气饱和，即湿度无法继续提高，仍然由空气和水蒸气组成。
2．用仪表可测得湿空气的露点温度、干球温度和湿球温度，若测量值分别是18℃、21℃和24℃三个值，其中______℃是湿球温度。
[东南大学2004研]【答案】21°C【解析】干球温度>湿球温度>露点温度。
3．相对湿度定义为______；当湿空气处于饱和状态时，其相对湿度为______；干空气的相对湿度为______。
[北京理工大学2007研]【答案】或；100%；0三、判断题1．在T-S图中，理想气体的定压线比定容线陡。
（）[同济大学2006研]【答案】错【解析】在T-S图中，理想气体的定容线比定压线陡2．湿空气中的水蒸气处于饱和状态。
（）[天津大学2004研]【答案】对3．湿空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的含量就越大。
（）[西安交通大学2003研]【答案】错【解析】相对湿度是水蒸气分压力与相同温度下的饱和压力的比值，因此不同温度下的湿空气的相对湿度没有可比性，不能得到空气中水蒸气含量多少的结论。
4．露点温度其值等于空气中水蒸气分压力对应的饱和温度。
（）[东南大学2003研] 【答案】对四、名词解释1．含湿量。
[东南大学2004研]答：指1kg干空气中所含水蒸汽的质量。
2．绝对湿度与相对湿度。
[中科院—中科大2007研]答：湿空气的绝对湿度是指单位体积湿空气中包含的水蒸气的质量，也即水蒸气的密度。
沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题-气体和蒸汽的性质(圣才出品)
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。
沈维道《工程热力学》(第4版)名校考研真题(第1~4章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第4版）名校考研真题第1章基本概念及定义一、选择题1．所谓真空是指（）。
[北京航天航空大学2002研]A．表压力为零B．绝对压力为零C．绝对压力小于当地大气压力D．表压力等于当地大气压力【答案】C2．准静态过程是（）。
[南京航空航天大学2008研]A．平衡过程B．可逆过程C．不可逆过程D．无限接近平衡的过程【答案】D【解析】准静态过程指造成系统变化的不平衡势差无限小，使该系统任何时刻都无限接近于某个平衡态，可知选D。
3．对于理想气体，下列参数中（）不是温度的单值函数。
[湖南大学2007研]A．内能B．焓C．比热D．熵【答案】D【解析】理想气体的熵不是温度的单值函数，它还与压强、比容、气体的热力学参数有关。
4．若已知工质的表压力P g＝0.07Mpa，环境压力Pa＝0.1Mpa。
则工质的绝对压力为（）。
[宁波大学2008年考研试题]A．0.03MPaB．0.17MPaC．0.07MPaD．0.1MPa【答案】B【解析】工质的绝对压力=环境压力+表压力，故答案选择0.17MPa。
二、填空题1．状态参数中的直接测量量有______，不可测量量有______，与热力学第二定律有关的一个状态参数是______。
[天津大学2005研]【答案】p、T、V；V、H、S；熵2．工质在流过一绝热节流阀的节流过程中压力下降，此过程中参数______不变；当该工质为理想气体时，参数______也不变。
[北京理工大学2007研]【答案】焓；温度三、判断题1．渐缩喷管出口截面的压力随着背压的降低面降低，当背压降至临界压力以下时，出口截面的压力等于背压值。
（）[天津大学2005研]【答案】错2．气体膨胀时一定对外做功，而被压缩时则一定消耗外功。
（）[哈尔滨工业大学2002研]【答案】错【解析】气体向真空自由膨胀的时候就不做膨胀功。
3．不可逆过程可以在p-V图、T-S图上表示出来。
（）[同济大学2005研]【答案】错【解析】准静态过程才可以在p-V图、T-S图上表示出来，但是不可逆过程不一定是准静态过程。
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库-气体动力循环(圣才出品)
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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12章理想气体混合物及湿空气
12-1 混合气体中各组成气体的摩尔分数为：混合气体的温度t＝50℃，表压力p e＝0.04MPa,气压计上水银柱高度为p b＝750mmHg。
求：（1）体积V＝4m3混合气体的质量；
（2）混合气体在标准状态下的体积V0。
解：（1）由题可得混合气体折合摩尔质量为
折合气体常数为
12-2 50kg废气和75kg的空气混合，废气中各组成气体的质量分数为：。
空气中的氧气和氮气的质量分数为：。
混合后气体压力p＝0.3MPa，求：
（1）混合气体各组分的质量分数；
（2）折合气体常数；
（3）折合摩尔质量；
（4）摩尔分数；
（5）各组成气体分压力。
解：（1）由题意可知，混合后气体质量m＝75+50＝125kg
（4）由摩尔分类可知
（5）由p i＝x i p可知
12-3 烟气进入锅炉第一段管群时温度为1200℃，流出时温度为800℃，烟气的压力几乎不变。
求每1kmol烟气的放热量Q p。
可借助平均摩尔定压热容表计算。
已知烟气的体积分数为：，其余为N2。
解：因φi＝x i，所以有
由附表查得平均摩尔定压热容如表12-1：
表12-1
混合气体的热容
12-4 流量为3mol/s的CO2，2mol/s的N2和4.5mol/s的O2三股气流稳定流入总管道混合，混合前每股气流的温度和压力相同，都是76.85℃，0.7MPa，混合气流的总压力p＝0.7MPa，温度仍为t＝76.85℃。
借助气体热力性质表试计算：
（1）混合气体中各组分的分压力；．
（2）混合前后气流焓值变化△H及混合气流的焓值；
（3）导出温度、压力分别相同的几种不同气体混合后，系统熵变为：△S＝－RΣn i lnx i，并计算本题混合前后熵的变化量△S；
（4）若三股气流为同种气体，熵变如何?
解：由题意可知，总物质的量为
摩尔分类为
（2）查T＝350K时的附表得
由以上可知
（4）若为几股同种气流，来流各股p、T相同，且与混合物的p、T也相同，故△S＝0，因而当三股气流为同种气体时，熵变为零。
12-5 V＝0.55m3的刚性容器中装有p1＝0.25MPa、T1＝300K的CO2，N2气在输气管道中流动，参数保持p L＝0.85MPa、T L＝440K,如图12-1所示，打开阀门充入N2，直到容器中混合物压力达p2＝0.5MPa时关闭阀门，充气过程绝热，求容器内混合物终温T2和质量m2。
按定值比热容计算，
图12-1
解：由题意可知
混合气体折合气体常数
取容器内体积为控制体积，由能量守恒有
由题意知代入上式得有
代入式（2）得m
代入数据并化简上式得
解之得T2＝388.9K
由（1）式可知
所以
12-6 同例12-3，氧气和氮气绝热混合，求混合过程有损失。
设环境温度为T0＝298K。
解：例12-2已得出混合熵变△S＝－0.8239kJ/k，由于过程绝热s f＝0
所以有。