工程热力学期末复习题答案(完整资料).doc

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江苏科技大学

《工程热力学》练习题参考答案

第一单元

一、判断正误并说明理由：

1.给理想气体加热，其热力学能总是增加的。

错。理想气体的热力学能是温度的单值函数，如果理想气体是定温吸热，那么其热力学能不变。

1.测量容器中气体压力的压力表读数发生变化一定是气体热力

状态发生了变化。

错。压力表读数等于容器中气体的压力加上大气压力。所以压力表读数发生变化可以是气体的发生了变化，也可以是大气压力发生了变化。

2.在开口系统中，当进、出口截面状态参数不变时，而单位时

间内流入与流出的质量相等，单位时间内交换的热量与功量不变，则该系统处在平衡状态。

错。系统处在稳定状态，而平衡状态要求在没有外界影响的前提下，系统在长时间内不发生任何变化。

大于初态3.热力系统经过任意可逆过程后，终态B的比容为v

B

，外界一定获得了技术功。

A的比容v

A

错。外界获得的技术功可以是正，、零或负。

4.在朗肯循环基础上实行再热，可以提高循环热效率。

错。在郎肯循环基础上实行再热的主要好处是可以提高乏汽的干度，如果中间压力选的过低，会使热效率降低。6．水蒸汽的定温过程中，加入的热量等于膨胀功。

错。因为水蒸汽的热力学能不是温度的单值函数，所以水蒸汽的定温过程中，加入的热量并不是全部用与膨胀做功，还使水蒸汽的热力学能增加。

7．余隙容积是必需的但又是有害的，设计压气机的时候应尽可能降低余隙比。

对。余隙容积的存在降低了容积效率，避免了活塞和气门缸头的碰撞，保证了设备正常运转，设计压气机的时候应尽可能降低余容比。

8．内燃机定容加热理想循环热效率比混合加热理想循环热效率高。

错。在循环增压比相同吸热量相同的情况下，定容加热理想循环热效率比混合加热理想循环热效率高；但是在循环最高压力和最高温度相同时，定容加热理想循环热效率比混合加热理想循环热效率低。

9．不可逆过程工质的熵总是增加的，而可逆过程工质的熵总是不变的。

错。熵是状态参数，工质熵的变化量仅与初始和终了状态相关，而与过程可逆不可逆无关。

10．已知湿空气的压力和温度，就可以确定其状态。

错。湿空气是干空气与水蒸汽的混合物，据状态公理，确定湿空气的状态需要三个状态参数。

二、简答题：

1.热力学第二定律可否表示为：机械能能完全转换为热能，而

热能不能全部转换为机械能。

不可以。机械能可以无条件地转化为热能，热能在一定条件下也可能全部转化为机械能。

2.试画出蒸汽压缩制冷简单循环的T-s图，并指出各热力过程以

及与过程相对应的设备名称。

蒸汽压缩制冷简单循环的T-s 图.1-2为定熵压缩过程，在压缩机

中进行；2-3

过程，在节流阀中进行；4-1

3. 用蒸汽作循环工质，其放热过程为定温过程，而我们又常说

定温吸热和定温放热最为有利，可是为什么蒸汽动力循环反

较柴油机循环的热效率低？

考察蒸汽动力循环和柴油机循环的热效率时，根据热效率的定义

12

1211T T q q t -=-=η知道，热效率的大小与平均吸热温度和平均放热

温度有关。平均吸热温度越高，热效率越高。蒸汽动力循环由于

受到工质和材料的限制，其平均吸热温度是600℃左右；而柴油

机循环的平均吸热温度是1300℃左右，所以蒸汽动力循环反较柴

油机循环的热效率低。

4. 压气机按定温压缩时气体对外放出热量，而按绝热压缩时不

向外放热，为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济？

压气机定温压缩与绝热压缩时所需要外界提供的功不一样，而需

要外界提供的功等于压缩过程的技术功，

p-v 图所示的压缩过程，可以看出

定温压缩的技术功是P1-1-2T-p2-p1绝热压缩的技术功是P1-1-2s-p2-p1的面积。

显然定温压缩的技术功比绝热压缩的技术功小。

三.计算题：

1. 1kg 氧气置于图所示的气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与

缸壁无摩擦。初始时氧气压力为0.5Mpa 、温度为27℃。如果气

缸长度为2L ，活塞质量为10kg ，试计算拔除销钉后，活塞可能

达到的最大速度。氧气的比热容)/(918.0K kg kJ c p

⋅=，k=1.395，

)/(260.0K kg kJ R g ⋅=

℃ v 0

P1 P2

解：

取气缸内的氧气为研究对象。

根据热力学第一定律W U Q +∆=知道，加入系统的热量一部分

用于增加系统的热力学能，一部分用于对外做功。根据题意：

活塞如果要达到最大速度，那么氧气膨胀过程中吸入的热量

全部用于对外做功，所以氧气的热力学能不发生变化。由于

氧气可以看作理想气体，而理想气体的热力学能是温度的单

值函数，所以氧气膨胀过程为可逆定温膨胀过程。

设环境温度为T 0，环境压力为P 0，氧气的质量为m ，活塞

的质量为M ，活塞最大速度为V max 。氧气初始状态的压力为

P 1，温度为T 1，容积为V 1，氧气膨胀后的容积为V 2，膨胀过

程的膨胀功为W 。

V P W MV ∆-=02max 2

1 211ln V V T R W g = 111T mR V P g =

12V V V -=∆ 122V V = 所以有：2ln 1T R W g =

110/P T R V P g =∆ 代入数据：

7.38484)2.02(ln )2715.273(2602ln 10211

1012max =-⨯+⨯=-=⨯⨯p T R P T R V g g s m V /73.87max =

2.空气等熵流经一缩放喷管，进口截面上的压力和温度分别是

0.58Mpa 、440K ，出口截面上的压力MPa p 14.02=。已知喷管进口

截面面积为2.6×10-3m 2，空气的质量流量为1.5kg/s ，试求喷管喉

部面积及出口截面的面积和出口流速。空气的比热容

)/(005.1K kg kJ c p ⋅=，k=1.4，)/(287.0K kg kJ R g ⋅=

解：

根据题意知道，进口参数为MPa p 58.01=，K T 4401=。出口截面