《工程热力学与传热学》期末复习题

终压 p2 不变，提高蒸汽的初压 p1 ；3）保持蒸汽的初压 p1 ，初温T1 不变，降低蒸汽
的终压 p2 ；4）在朗肯循环基础上，改进循环，如采用再热循环，回热循环等。
14. 分析采用再热循环的目的是什么？
答：再热循环的目的主要在于增加蒸汽干度，以便在蒸气初温度限制下可以采用
较高的初压力，从而提高循环热效率。
答：（1）饱和湿空气：是由干空气和干饱和水蒸气组成的空气。（2）不饱和湿空
气：是由干空气和过热水蒸气组成的空气。（3）将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的
方法有两种：
方法 1：湿空气温度T 一定时，增加水蒸气分压力 p v p vmax ps (T ) ,
方法 2：保持水蒸气含量 p v 不变，降低湿空气温度T Ts ( p v ) 。
过程 4-9： (1) kg 工质在回热加热器中定压吸热过程。
（2）热效率计算公式：
由： Q1 h1 h10 ,
Q2
（1 ）（h2
h
）
3
T
1
5 １kg 6
10
αkg
7
9
8
4
(1-α) kg
3
2
0
T-s 图
s
得：
Q1 Q2
(h1
h10 ) （1）(h2
h3)
1
（1
）(h
2
h3)
Q1
h1 h10
关系：准平衡过程着眼于系统内的平衡，可逆过程着眼于系统和外界的总平衡。一个准
平衡过程不一定是可逆过程，但一个可逆过程一定是一个准平衡过程。可逆过程是无耗
散的准平衡过程。
2. 试指出膨胀功，技术功，流动功的区别和联系？写出流动功的计算公式，说明流动功
大小与过程特性有无关系？
答：（1）膨胀功：是由于工质体积的变化对外所做的功；技术功：是指工程技术
21. 什么是导热问题的单值性条件？它包含哪些内容？
答：（1）单值性条件：说明了导热过程的具体特点，是使导热微分方程获得唯
一解的条件。（2）单值性条件一般包括 4 个方面：几何条件，物理条件，时间条件
和边界条件，边界条件又有第一类边界条件，第二类边界条件和第三类边界条件之分。
22. 说明影响对流换热的因素有哪些？分析在相同的流动和换热壁面条件下，体积热容 ρcp 大的流体，表面传热系数是大还是小？ 答：（1）影响对流换热的因素有：流动的起因（自然对流或强迫对流），流动的
h1 h9
17. 如图所示为蒸汽一次再热循环的 T-s 图，指出与一次再热相关的热力过程及过程特点，
并写出一次再热循环热效率的计算公式。 答：（1）与再热有关的热力过程为：
过程 7-1：工质在再热器中的定压加热过程。 （2）热效率计算公式：
由： Q1 （h1 h4）（h1' h7 ), Q2 h2' h3
11. 解释相对湿度，含湿量的含义。写出水蒸气分压力，相对湿度，含湿量之间的相互关 系。 答：（1）相对湿度：湿空气的绝对湿度 ρv 与同温度下湿空气的最大绝对湿度 ρs
之比称为湿空气的相对湿度，即： v 。（2）含湿量：在湿空气中，与单位质量干 s
空气共存的水蒸气的质量，称为湿空气的含湿量。（3）水蒸气分压力，相对湿度，含
湿量的关系为： d 0.622 p v 0.622 ps
pb pv
pb ps
12. 说明朗肯循环的基本系统组成，指出在每个设备中完成的热力过程。 答：（1）朗肯循环的基本系统组成：锅炉，汽轮机，冷凝器，给水泵。（2）锅
炉中：未饱和水定压加热成为过热水蒸气过程；汽轮机中：过热水蒸汽在汽轮机中可 逆绝热膨胀对外作功至冷凝压力过程；冷凝器中：湿蒸气可逆定压放热冷凝为饱和水 过程；给水泵中：饱和水在凝结水泵中可逆绝热被压缩过程。 13. 写出朗肯循环热效率的计算公式？分析提高朗肯循环热效率的方法有哪些？
上可以直接利用的功，包括宏观动能，宏观位能，轴功；流动功：推动工质流动而做
的功称为流动功。膨胀功，技术功，流动功的联系为2v2
p1v1 )
ws
1 2
cf2
gz
(
pv)
。
（2）流动功的计算公式： wf p2v2 p1v1 ( pv) ，其大小与过程的特性无关，只与
进出口的状态有关。
3. 试指出膨胀功，轴功，技术功，流动功的区别和联系，写出可逆过程中膨胀功，技术
状态（层流和湍流），流体有无相变，流体的物理性质（如： , , , c, 等），换热
表面的几何因素。（2）导热系数λ愈大的流体，导热热阻愈小，对流换热愈强烈。 24. 说明对流换热微分方程组由哪几个方程组成？它们各自导出的理论依据是什么？
热流密度表示为： q t n 。（2）适用条件：各向同性物体。式中负号含义：负号 n
说明导热热流量的方向与温度梯度的方向共线反向，温度梯度的方向为沿着等温面的
法线方向，并指向温度升高的方向，热流量的方向为温度降落的方向。
19. 写出直角坐标系下，非稳态，常物性，有内热源的导热微分方程形式，写出导温系数
引起其他变化。开尔文-普朗克表述：不可能从单一热源取热，使之全部转变为功而不
产生其他影响。（3）与热力学第二定律等价的数学表达式：1）克劳修斯积分式：
Q T
0
，用于判断一个循环是否可能，是否可逆。式中等号用于可逆循环，不等号
用于不可逆循环。2）孤立系统熵增原理： dSiso dSg 0 。孤立系统熵增原理指出孤
5. 试将满足空气下列要求的多变过程表示在 p-v 图和 T-s 图上
（1）理想气体的定温，定压，定容和定熵过程；
（2）空气升压，升温，又放热的热力过程。
答： p
sv
T
空气升温，升
T
压，放热过程
.
p
0
v
0
空气升温，升 压，放热过程
v p
.
T
s
s
6. 试将满足空气下列要求的多变过程表示在 p-v 图和 T-s 图上
的定义式和物理意义。
答：（1）导热微分方程形式：t
a
(
2t x 2
2t y 2
2t z 2
)
；（2）导温系数：a
， c
其物理意义为：材料传播温度变化能力大小的指标。
20. 一个具体导热问题的完整数学描述应包括哪些方面？
答：（1）一个具体导热问题的完整数学描述包括：导热微分方程和相应的单值性
条件（单值性条件包括 4 个方面：几何条件，物理条件，时间条件和边界条件。
状态（层流和湍流），流体有无相变，流体的物理性质（如： , , , c, 等），换热
表面的几何因素。（2） c 反映单位体积流体热容量的大小，在相同的流动和换热壁 面条件下， c 数值愈大，通过对流转移的热量愈多，对流换热愈强烈。
23. 说明影响对流换热的因素有哪些？分析在相同的流动和换热壁面条件下，导热系数λ 大的流体，表面传热系数是大还是小。 答：（1）影响对流换热的因素有：流动的起因（自然对流或强迫对流），流动的
答：（1）朗肯循环热效率公式为：由： Q1 h1 h3, Q2 h2 h3
得： Q1 Q2 (h1 h4 ) (h2 h3) h1 h2 （2）提高朗肯循环热效率的方法有：
Q1
h1 h4
h1 h3
1）保持蒸汽的初压 p1 ，终压 p2 不变，提高蒸汽的初温T1 ；2）保持蒸汽的初温T1 ，
（1）理想气体的定温，定压，定容和定熵过程；
（2）空气膨胀，升温，又吸热的热力过程。
答： p
sv
T
工质膨胀，升 温，吸热过程
p
T
工质膨胀，升 温，吸热过程
v p
.
T
0
v
s
0
s
7. 试将满足空气下列要求的多变过程表示在 p-v 图和 T-s 图上
（1）理想气体的定温，定压，定容和定熵过程；
（2）工质又膨胀，又降温，又放热的多变过程。
15. 分析采用回热循环的目的是什么？
答：回热循环的目的主要是提高进入锅炉之前的给水，且减少冷源损失，从而提
高循环的热效率。
16. 如图所示为蒸汽一次回热循环的 T-s 图，指出图中与回热相关的热力过程，并写出一
次回热循环热效率的计算公式。 答：（1）与回热有关的热力过程为：
过程 7-8-9： kg 工质在回热加热器中定压放热过程；
功的计算公式。
答：（1）膨胀功：是由于工质体积的变化对外所做的功；技术功：是指工程技术
上可以直接利用的功，包括宏观动能，宏观位能，轴功；流动功：推动工质流动而做
的功称为流动功。膨胀功，技术功，流动功的联系为：
w
wt
( p2v2
p1v1 )
ws
1 2
cf2
gz
(
pv)
。
（2）可逆过程中膨胀功的计算公式： w
2 1
pdv
；技术功的计算公式：
wt
2
vdp
。
1
4. 写出开口系统稳定流动能量方程式的表达式，说明式中各量的含义。
答：（1）开口系统稳定流动的能量方程式为：
q
h
1 2
c
f2
gz
ws
。（2）式
中各量含义：
q
为工质与外界交换的热量，
h
为工质进出口焓的变化，
1 2
c
2 f
为工质
宏观动能的变化， gz 为工质宏观位能的变化， ws 系统对外所作轴功。
二. 问答题
1. 说明什么是准平衡过程？什么是可逆过程？指出准平衡过程和可逆过程的关系。
答：（1）准平衡过程：是假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近平衡态
的过程，（2）可逆过程：是指如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路逆行，恢复