工程热力学习题集及答案.docx

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1、工程热力学习题集及答案L能源按使用程度和技术可分为常规 能源和新 能源。2 .孤立系是与外界无任何 能量 和 物质 交换的热力系。3 .单位质量的广延量参数具有强度量 参数的性质,称为比参数。4 .测得容器的真空度外=48KPa,大气压力外=0.102M网,则容器内的绝对压力 为 54kpao5 .只有 准平衡 过程且过程中无任何 耗散 效应的过程是可逆过程。6 .饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温牖图分成三个区域，位于三区和二线上 的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水饱和水湿蒸气、干饱和蒸汽和过 热蒸汽。7 .在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越高、 水蒸气含量越&，湿

2、空气越潮湿。（填高、低和多、少）8 .克劳修斯积分J5O/T等于零为可逆循环。9 .焙流是由与外界热交换 引起的。10 .多原子理想气体的定值比热容/= 2 *。11 .能源按其有无加工、转换可分为一次能源和二次能源。12 .绝热系是与外界无热量 交换的热力系。13 .状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定_0_个相互独立的状态参数 就可以确定它的平衡状态。14 .测得容器的表压力p.=75KPa,大气压力4= 0.098“尸”，则容器内的绝对压 力为1730a。15 .如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使系统和外 界都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程

3、。16 .卡诺循环是由两个定温和两个绝热可逆 过程所构成。17 .相对湿度越_小，湿空气越干燥，吸收水分的能力越一大。（填大、小）18 .克劳修斯积分J3Q/T小于零为不可逆循环。19 .燧产是由不可逆因素引起的。20 .双原子理想气体的定值比热容金 o21 .基本热力学状态参数有：（压力）、（温度）、（体积）。22 .理想气体的热力学能是温度的（单值）函数。23 .热力平衡的充要条件是：（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势 差为零）o24 .不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的爆增量，叫做（焙产）。25 .卡诺循环由（两个可逆定温和两个可逆绝热）热力学过程组成。26 .崎增原理指出

4、了热力过程进行的（方向）、（限度）、（条件）。31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为 孤立系。 为10cm,活塞的横截面积为IOOciA气缸内的空气初始温度为27,初始压力 为771ninnnHg。若取走90kg负载，待平衡后，求：(1)活塞上升的高度；(2)气 体在过程中作的功，已知切心=0.687k。解：缸内气体为热力系-闭口系。突然取走90kg负载，气体失去平衡，振荡后 最终建立新的平衡。虽不计摩擦，但由于非准静态，故过程不可逆。但可以应 用第一定律解析式。由于缸壁充分导热，所以缸内的气体在热力变化过程中的 温度是不变的。首先计算状态1和状态2的基本参数，(1)求

5、活塞上升的高度：班二生二勺义过程中质量不变，且等于R工汽工(2)气体在过程中作的功根据热力学第一定律，Q = AU+W,以及AU = UU2=m23ml/由于妁=仍l抬=吐且短，原二由于不计摩擦气体所做的功，叶分为两部分： 叱位克服大气所做的功；叫位活塞位能的增加量 jjllj 叱=AE；, = mgh = (205 - 90)x9.81x4.1x10= 46.25J或者W = p2AAH = 0.2156xl06Paxl00xl0-4m2x4.1xl0-2m = 88.4J 8、封闭气缸中气体初态,尸8MPa,。=1300C,经过可逆多变膨胀过程变化到终 态.二0.4MPa,行400。已知该

6、气体的气体常数Rg=O. 287kJ/(kg-K),比热容 为常数，。尸0.716 kJ/(kg - K) o (1)求多变过程的多变指数；(2)求多变过程 的膨胀功；(3)试判断气体在该过程中各是放热还是吸热的？解：(1) 1到2是可逆多变过程，对初，终态用理想气体状态方程式有所以多变指数(2)多变过程的膨胀功(3)多变过程的热量故该可逆多变膨胀过程是吸热过程9. m=2. 26kg理想气体的气体常数Rr=430J/(kg火)，比热比k=l. 35。初温二477K, 经可逆定体过程后终温T2=591K。求Q、AU. W、ASoJ R430解:cv= k_ 1 r= 1.35-1 =1229J

7、/(kg k)U=mcv(T2-L)=2. 26X 1. 229 X (591-477) -317kJQ=AU=317kJT2591S=incvln T =2. 26X1. 229 X In 477 =o. 595kJ/K10 .设炉膛中火焰的温度恒为t二1500,汽锅内蒸汽的温度恒为ts=500,环境温度为to=25,求火焰每传出lOOOkJ热量引起的燧产和作功能力损失。10001000解：A sg= 500+273 - 1500+273=0.73kJ/KExi=To , Sg= (273+25) X0. 73=217. 5kJ11 .空气可逆绝热流过一喷管，入口压力p尸0. 7MPa,温度

8、如=800,出口压力 p2=0. 15MPa,此喷管是什么外型的喷管?入口空气流速忽略不计，比热容和比热 比取定值，分别为Cp=1.004kJ/(kg -K), k=1.4,求喷管出口空气的温度、流速、 马赫数。P2 0.15解：P1二记二0. 214 Ho解：Q=mRrTln=1.5X0. 287X328X lr)O.i5xio6II W=mRrTlnp2 -Q=72. 1KJ U = mcaTi)=0 H 二呜一Ti)=013.空气在渐缩喷管进口截面上的压力P尸1. 5X l()6pa,比体积v产0. 065m7kg, VCO；喷管出口截面上的压力P2=0.8Xl()6pa出口截面积A2=

9、14cn)2；设空气的 Rr=287J/(kg-k),比热容比K=1.4。试求：(1)喷管出口截面上的比体积V2,温 度丁2 (2)空气流经出口截面时的速度解：(1)P =Pf1. 5X106Pa, V =Vf0. 065m3/kgPV 1.5 X 106 X 0.065=339.7K则 T。= Rr 2870.065 xV2=V0 P2rL5xlO6,0.8x10%1L4=0.102m3/kgS=0.8x106 x0.102 =284.3KT2二287Rr(T T2)=、丝区 x 287 x (339.7 - 284.3) = 333.6m /s (2)vC2=vk-iVl.4-114 .某

10、燃气轮机排气1. 20kg/s,温度为T尸576K,定压排入温度T。二283K的环境;设排气的a二1. 021KJ/(kg k)o试求每小时燃气轮机的排气热量中的有效能和 无效能。解：每小时排气的放热量Qp：Qp=mCp(To-T1)=36OOX 1, 2X L 021 X (-576+283) =-1292341KJ/h此热量中的有效能Qa：Q =(1 一午)3Q = mCj (1-)dT = mCp (To - T,) - To In ?283=3600X1. 2X1. 021X (283-576)-2831n576 二一405345. 2KJ/h此热量中的无效能Qu：Qu=Qp-Qa=-

11、1292341- (-405345. 2) =-886995. 8KJ/h15 .已知理想气体的定容比热c=a+bT,其中a、b为常数。试导出其内能、焰和焙V的计算公式。(10分)解： Au=J cvdT = a(T2 -公)+ 匕仁1 工)Ah=JcpdT =(a + Rg X12 - 1i)+ b(T.1三一)解. As=Js2 .绝对压力P,真空“，环境压力Pa间的关系为（D ）A. P+Pv+Pa=0B. p+pa Pv=0C. p pa Pv=0D. Pa -Pv -p二03 .闭口系能量方程为（D ）A. Q+AU+W=0 B. Q+AU-W=0 C. Q-AU+W=0 D. QW

12、=04 .气体常量Rr（A）A.与气体种类有关,与状态无关B.与状态有关,与气体种类无关C.与气体种类和状态均有关D.与气体种类和状态均无关5 .理想气体的 是两个相互独立的状态参数。（A.温度与热力学能 B.温度与焰C.温度与焙焰6 .已知一理想气体可逆过程中,wlw,此过程的特性为（BA.定压B.定温C.定体7 .卡诺循环如图所示,其吸热量Ql（ A ）A.RrTJnB. RrTJnX T t 2P2、q3C. TZS34D. T1AS21LuJ8 .在压力为p时,饱和水的焙为s，;干由和蒸汽的就s s0xsszB. ss s，C. sszs9 .电厂热力设备中，两个可逆定温过程和两个可逆

13、绝热过程 内的热力过程可视为定温过程。CA.锅炉B.汽轮机C,凝汽器 D.水泵10 .可逆绝热稳定流动过程中,气流焰的变化与压力变化的关系为（B）A. dh二一vdpB. dh=vdpC. dh二一pdv D. dh=pdv11 .水蒸汽动力循环的下列设备中，有效能损失最大的设备是（A ）A.锅炉B.汽轮机C.凝汽器 D.水泵12 .活塞式压气机的余隙容积增大使（B ）A. Wc增大，n v减小B. Wc不变，n v减小c. Wc不变，nv不变D. Wc减小，nv减小13 .已知燃气轮机理想定压加热循环压气机进，出口空气的温度为、12；燃烧室出口燃气温度为T3,则其理想循环热效率为（B）C.

14、1-i D. 1-iT2T3)C. (P1D. 0(plA. 1 一4 B. 1-iT,T214 .饱和湿空气的相对湿度（BA. （plB. （p = l15 .湿空气的熔h为（D ）A. 1kg湿空气的焰B. In?湿空气的焰C. 1kg干空气与1kg水蒸汽焰之和D. 1kg干空气的焰与1kg干空气中所含水蒸汽的熔之和16 .若已知工质的绝对压力P=0. 18MPa,环境压力Pa=O. IMPa,则测得的压差为（B ）A.真空 pv=0. 08MpaB.表压力 pg=0. 08MPaC.真空 pv=0. 28MpaD.表压力 pg=0. 28MPa17 .简单可压缩热力系的准平衡过程中工质压

15、力降低，则（A ）A.技术功为正B.技术功为负C.体积功为正D.体积功为负18 .理想气体可逆定温过程的特点是（B ）A. q=0B. Wt=WD. Wtw19 .若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的必（B）可逆过程AS。D.大于等于）B.变为湿蒸汽D.温度不变A.大于 B.等于 C.小于20 .饱和蒸汽经历绝热节流过程后（CA.变为饱和水C.作功能力减小21 .绝热节流过程中节流前、后稳定截面处的流体（C ）A.焰值增加B.焰值减少C.熠增加D.牖减少 22空气在渐缩喷管内可逆绝热稳定流动，其滞止压力为0. 8MPa,喷管后的压力 为0.2MPa,若喷管因出口磨损截

16、去一段，则喷管出口空气的参数变化为（C ）A.流速不变，流量不变B.流速降低，流量减小C.流速不变，流量增大D.流速降低，流量不变23.把同样数量的气体由同一初态压缩到相同的终压，经（A）过程气体终温最高。A.绝热压缩 B.定温压缩C.多变压缩 D.多级压缩三、判断题1 .处于平衡状态的热力系，各处应具有均匀一致的温度和压力.（J ）2 .稳定流动系统中，维持工质流动的流动功和技术上可资利用的技术功，均是 由热能转换所得的工质的体积功转化而来的。（V ）3 .稳定流动系统进出口工质的状态相同。（X ）4 .稳定流动系统的能量方程可理解为控制质量系统的能量方程。（V）5 .不可能把热量从低温物体

17、传向高温物体。（X ）6 .在相同温度界线之间变温热源可逆循环的热效率等于卡诺循环的热效率。（X ）7 .水蒸气在定温过程中乡=卬。（X ）8 .湿空气的相对湿度越高，吸收水分的能力越强。（X ）9 .理想气体的比定容热容是比体积的单值函数。（X ）10 .当气流的时，要使流速增加，则需使用渐扩喷管。（X ）11 .热力系破坏平衡的速度要比恢复平衡的速度快得多。（X ）12 .技术功为轴功和流动功之和。（X ）13 .稳定流动系统与外界交换的功和热量相等且不随时间而变。（X ）14 .焰是开口系统中流入（或流出）系统工质所携带的取决于热力学状态的总 能量。（V ）15 .不可能从单一热源取热使

18、之完全变为功。（X ）16 .概括性卡诺循环的热效率小于卡诺循环的热效率。（X ）17 .对任何温度的气体加压都能使其液化。（X ）18 .由饱和水定压加热为干饱和蒸汽的过程，温度不变。（V ）19 .理想气体的比定压热容是温度的单值函数。（J ）20 .工程上要求气体从加速到Ml,则应采用拉伐尔喷管。（J ）21 .作为工质状态参数的压力应该是表压力。（X ）22 .边界可以是真实存在的，也可以是假想的，还可以是移动的。（J ）23 .状态方程式PV二mRT是针对mkg理想气体而言的。（X ） m24 .系统的熠只能增大，不能减小。（X ）25 .当气流完全被滞止时，熔将增至最大。（J ）2

19、6 .蒸汽在汽轮机中膨胀时，由于有摩阻的存在，乏汽干度X?会增大。（X ）27 .稳定流动是指不随时间而变的流动。（J ）28 .工质一边吸热，一边降温是可能的。（J）29 .热量和功是两个很重要的状态参数。（X ）30 .蒸汽在喷管内动能的增量，总是等于其绝热熔降。（J）四、简答题1 .准平衡过程与可逆过程有何共同处?有何区别?有何联系？答：它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平 衡状态的状态组成的过程。它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损 耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。2 .理想

20、气体状态方程有哪些常见形式?方程中的常数项与物性是否有关？答：1kg 气体：pv=RrTmkg 气体：pV=mRrTIkmol 气体：pVm=RT nkmol 气体：pV=nRTRr是气体常数与物性有关，R是摩尔气体常数与物性无关。3 .干饱和蒸汽与湿饱和蒸汽的状态参数各有何特点？答：干饱和蒸汽：x=l, p=ps t=tsv二v , h=hs=s湿饱和蒸汽：0xl, p=ps t=tsvvv，h hh/, , s s%=,一%（方法二）考虑过程b-cb Uc ,2、某理想气体经历4个过程，如图2所示。指出各过程加热或放热，膨胀或压 缩。解：因为：9=八+卬13： 100所以M。边压缩边放热.

21、2 4_2 0且及S2S,贝Aw0, .4 且看 K及 S4 SRw = -（T-TAQ心04047边膨胀边吸热1.5：151AW0, w0边膨胀边吸热边降温3、请分析以下几种说法正确吗？为什么？(1) 逆？(2)(1)焙增大的过程必为不可逆过程答：不正确。牖增大的过程不一定为不可逆过程，因为爆增大包括焙流和烯产 两部分，如果燧流大于0,而烯产为0的可逆过程，上仍然是增大的。(2)牖产邑0的过程必为不可逆过程。答：正确。烯产是由于热力过程中的不可逆因素导致的，因此当燧产，。，则 此过程必定为不可逆过程。4、某循环在700K的热源及400K的冷源之间工作，如图3所示。用克劳修斯积分不等式判别循环

22、是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可 用卡诺定理判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆?方法 设为热机循环f些=J4000kJ= OkJ/K0J Tr TrX Tr2 700K400K不可能设为制冷循环：符合克氏不等式，所以是不可逆制冷循环方法2：设为热机循环设为制冷循环,=可能但不可逆，所以是不可逆制冷循环七、计算题1.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为40t/h,进口处压力表读数为9.0Ma,进口比 熠为3440kJ/kg；出口真空表读数为95.06K为,比熔为2240kJ/kg ,当时当地大 气压力为98.66K外,汽轮机对环境放热为6.3XlC)3kj/h。试求：汽轮机进出口 蒸汽的绝

23、对压力各为多少？单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？汽轮机 的功率为多大？若进出口蒸汽流速分别为60m/s和140m/s时，对汽轮机输出功 有多大影响？解.(1) Pi =9000+ 98.66 = 9098.66h。p2=98.66 -95.06 = 3.6kPa(2)取汽轮机汽缸内壁和蒸汽进、出口为系统，则系统为稳定流动系统，能量 方程为进、出口的动能差和位能差忽略不计，则%=9 A =01575 (2240 3440)21200 (kj/kg)(3)汽轮机功率40 x 1 n3P = qm w. =xl200 = 1.33xl04(kW)3600Awv/?=-Ac用二%;%= 6727

24、x1。= 606060Ql =(1 一 7) = 1000x(1- 0.727) = 273V6. 1抬空气从相同初态P|=0.2MPa、=35经定容过程至终温%2=180,试求 吸热量、膨胀功、技术功和初终态焰差。(空气的=1.004/(必K),cv =QJHkJ/(kg-K) , Rg =0.287 kJ/(kg-K) 0)解:RJ 0.287x 103x(35 + 273)3/7v2 = Vj =三=0.442m / kgP0.2x1007、如图所示，气缸内充以空气，活塞及负 载205kg,缸壁充分导热，活塞的初始高度=-x(1 402-602)x1 O-3=SkJ/kg(4)22 2.

25、将0.8匕温度为1000C的碳钢放入盛有6必温度为18的水的绝热容器中, 最后达到热平衡。试求此过程中不可逆引起的蜡产。碳钢和水的比热容分别为 4 = 0.47kJ/(依,K)和4=4.187/ /(kgK)。解：Qc=C &)Qw =班/卬(& 一 %) 代入数据解得：&= 32.48。3、0. 5kmol某种单原子理想气体,由25, 2招可逆绝热膨胀到latm,然后在 此状态的温度下定温可逆压缩回到2m3。(1)画出各过程的0一图及T-s图；(5 分)(2)计算整个过程的。，W, ，及NS。解：(1)回出各过程的夕-/图及7-s图(2)先求各状态参数等温过程：热量二膨胀功二技术功所以，放热4 .系统经一热力过程，放热8kJ,对外作功26 kjo为使其返回原状态，对系 统加热6 kJ,问需对系统作功多少？解：根据能量方程有叱=0+2-叱=-8 + 6-26 = -28 (kj)5 . 一卡诺机工作在800和20c的两热源间，试求：卡诺机的热效率；若卡诺 机每分钟从高温热源吸入1000 kJ热量，此卡诺机净输出功率为多少kW?求每 分钟向低温热源排出的热量。77. = 1- = 1- 20 + 273 =72.7%(2)Th800 + 273