工程熱力學(xué)期末復(fù)習(xí)題1答案

1、一、判斷題：1 .平衡狀態(tài)一定穩(wěn)定狀態(tài)。2 .熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是能量守恒定律；3 .公式 du=cvdt 適用理想氣體的任何過(guò)程。4 .容器中氣體的壓力不變則壓力表的讀數(shù)也絕對(duì)不會(huì)改變。5 .在 TS 圖上，任意二條可逆絕熱過(guò)程線不能相交。6 .膨脹功與流動(dòng)功都是過(guò)程的函數(shù)。7 .當(dāng)把一定量的從相同的初始狀態(tài)壓縮到相同的終狀態(tài)時(shí)， 以可逆定溫壓縮過(guò)程最為省功。8 .可逆過(guò)程是指工質(zhì)有可能沿原過(guò)程逆向進(jìn)行，并能恢復(fù)到初始狀態(tài)的過(guò)程。dqC=9 .根據(jù)比熱容的定義式dT,可知理想氣體的Cp為一過(guò)程量；10 .自發(fā)過(guò)程為不可逆過(guò)程，非自發(fā)過(guò)程必為可逆過(guò)程；11 .在管道內(nèi)作定嫡流動(dòng)時(shí)，各點(diǎn)的滯止

2、參數(shù)都相同。12 .孤立系統(tǒng)的嫡與能量都是守恒的。13 .閉口絕熱系的嫡不可能減少。14 .閉口系統(tǒng)進(jìn)行了一個(gè)過(guò)程，如果嫡增加了，則一定是從外界吸收了熱量。15 .理想氣體的比始、比嫡和比定壓熱容都僅僅取決與溫度。16 .實(shí)際氣體絕熱節(jié)流后溫度一定下降。17 .任何不可逆過(guò)程工質(zhì)的嫡總是增加的，而任何可逆過(guò)程工質(zhì)的嫡總是不變的。18 .不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率；19 .混合氣體中質(zhì)量成分較大的組分，其摩爾成分也一定大。20 .熱力學(xué)恒等式 du=Tds-pdv 與過(guò)程可逆與否無(wú)關(guān)。21 .當(dāng)熱源和冷源溫度一定，熱機(jī)內(nèi)工質(zhì)能夠做出的最大功就是在兩熱源間可逆熱機(jī)對(duì)外輸出的功。22

3、 .從飽和液體狀態(tài)汽化成飽和蒸汽狀態(tài)，因?yàn)闅饣^(guò)程溫度未變，所以始的變化量 Ah=(pAT=023 .定壓過(guò)程的換熱量 qp=/pdT 僅適用于理想氣體，不能用于實(shí)際氣體。24 .在 pv 圖上，通過(guò)同一狀態(tài)點(diǎn)的定嫡過(guò)程的斜率大于定溫過(guò)程的斜率。25 .壓縮過(guò)程耗功是體積膨脹功，壓氣機(jī)耗功是技術(shù)功;26 .供熱量一定，用電爐取暖與用熱泵式空氣取暖耗電量一樣多。27 .漸縮噴管出口截面參數(shù)不變，背壓提高，則噴管流量下降。28 .工質(zhì)在變截面管道內(nèi)流動(dòng)，管道的最小截面即為臨界截面。29 .對(duì)于漸放型噴管，當(dāng)進(jìn)口流速為亞音速時(shí)，可是氣流壓力升高30 .對(duì)于未飽和空氣，干球溫度學(xué)濕球溫度露點(diǎn)溫度。31

4、 .濕空氣的相對(duì)濕度愈大，則其水蒸氣分壓力愈大。32 .相對(duì)濕度越大則空氣的含濕量越高；33 .已知濕蒸汽的壓力與溫度就可以確定濕蒸汽的狀態(tài)。34 .滯止參數(shù)是工質(zhì)經(jīng)定嫡滯止后得到的狀態(tài)參數(shù)。35 .露點(diǎn)溫度等于空氣中水蒸氣分壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度。二、圖示題:1.試在 T-s 圖上定性的表示出 n=1.2 的理想氣體的壓縮過(guò)程，并在圖上用面積表示所耗過(guò)程功 w 或技術(shù)功Wt解法L過(guò)程線如圖322中的1-2所示，由能量方程得W小_我Cv（72-二編-Cv（-T）gm1-2-c-ba-2-1 面積（見圖w-2加所示）叫=&f=qtI-_TJ=q*_-TJ二-q儲(chǔ)1T二1-2-/-2-1面積（

5、見圖3-22b所示）2.試將滿足以下要求的多變過(guò)程表示在 p-V 圖和 T-s 圖上（先標(biāo)出四個(gè)典型過(guò)程）：（1）工質(zhì)膨脹、放熱；（2）工質(zhì)壓縮、放熱且升溫W1）工質(zhì)升溫、升壓、放熱;2）工質(zhì)膨脹、降溫、放熱4.在 p-v 圖及 T-s 圖上畫出空氣的 n=1.2 的膨脹過(guò)程 1-2 和 n=1.6 的壓縮過(guò)程 1-3,并確定過(guò)程 1-2 和 1-3 中功和熱量的正負(fù)號(hào)及初終態(tài)熱力學(xué)能的大小3.將滿足下列要求的理想氣體的多變過(guò)程表示在pv 圖、Ts 圖上1-2 過(guò)程功為正，熱量為負(fù)，初態(tài)熱力學(xué)能大于終態(tài)熱力學(xué)能1-3 過(guò)程功偉負(fù)，熱量為正，初態(tài)熱力學(xué)能小于終態(tài)熱力學(xué)能5 .在 T-s 圖上畫出

6、下面兩各熱力過(guò)程:1)k=1.4 的空氣，多變壓縮過(guò)程 n=1.325;6 .畫出單級(jí)活塞式壓縮機(jī)將空氣由相同初態(tài)，分別經(jīng)定溫壓縮、定嫡壓縮和多變壓縮過(guò)程達(dá)到相同的終態(tài)壓力的 p-v,T-s圖，并說(shuō)明其耗功量的大小關(guān)系。2)n=0.92 的吸熱過(guò)程。WsWnWTii7 .定性畫出內(nèi)燃機(jī)三種理想循環(huán)的 p-v、Ts 圖混合加熱:定容加熱:定壓加熱:8 .在 T-s 圖上畫出采用再熱的郎肯循環(huán)循環(huán)圖，并定性說(shuō)明再熱循環(huán)對(duì)循環(huán)熱效率的影響。.答：如果附加部分的效率高，則再熱循環(huán)效率會(huì)提高，中間壓力 p 提高，會(huì)使、提高，但此時(shí)對(duì)干度X2的改善較小9 .畫出蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的 T-s 圖，并說(shuō)明各個(gè)過(guò)

7、程是在哪個(gè)設(shè)備中完成的。答：1-2 過(guò)程，壓氣機(jī)中完成；2-3 過(guò)程，冷凝器中完成；3-4 過(guò)程，節(jié)流閥中完成；4-1 過(guò)程，蒸發(fā)器中完成。1 .絕熱剛性容器用隔板分成 A、B 相同的兩部分，A 側(cè)充滿空氣，B 側(cè)為真空， 分析突然抽掉隔板后氣體的狀態(tài)參數(shù)（熱力學(xué)能、始、嫡）如何變化？2 .平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系，平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系？3.絕熱過(guò)程是定嫡過(guò)程嗎？多變過(guò)程是任意過(guò)程嗎？4 .如圖所示的電加熱裝置，容器中盛有空氣，并設(shè)有電阻絲，試問(wèn)取什么為系統(tǒng)，系統(tǒng)與外界交換的是熱量；取什么為系統(tǒng)，系統(tǒng)與外界交換的是電功；取什n么為系統(tǒng)，系統(tǒng)與外界沒有任何能量交換?？谔豤5

8、.熱量與功有什么相同的特征，兩者的區(qū)別是什么？5 .答：熱量和功都是能量傳遞的度量，它們都是過(guò)程量。只有在能量傳遞過(guò)程中才有所謂的功和熱量，沒有能量的傳遞過(guò)程也就沒有功和熱量。區(qū)別：功是有規(guī)則的宏觀運(yùn)動(dòng)能量的傳遞，在做功過(guò)程中往往伴隨著能量形態(tài)的變化，熱量則是大量微觀粒子雜亂熱運(yùn)動(dòng)的能量的傳遞，傳熱過(guò)程中不出現(xiàn)能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化。功轉(zhuǎn)化成熱量是無(wú)條件的，而熱轉(zhuǎn)變成功是有條件的。6 .為什么 T-s 圖上過(guò)同一點(diǎn)的氣體的定容線要比定壓線陡一些？7 .答：在定容線上四=工，而在定壓線上 dT=dsCVdsCP8 .工質(zhì)在壓力 pl 下被吸入氣缸，可逆壓縮至 p2(p10 所以不可逆。I=T0sg=T0

9、.so=49.64kJ/kg。2.將一根即 m=0.36kg 的金屬投入mw=9kg 的水中，初始時(shí)金屬棒的溫度=1060K,水的溫度Tw=295K,比熱容分別為 cm=0.42kJ/(kgK)和Cw=0.4187kJ/(kgK),試求終溫Tf和金屬棒、水以及它們組成的孤立系的嫡變。設(shè)容器絕熱。2.解：由閉口系能量方程二U=Q-W,取容器內(nèi)水和金屬棒為熱力系，絕熱，不作外功，所以Q=0,W=0則&U=0,AUw+AUm=0mwCwTf-TwmmCmTf=09M4.187加-295)+0.36父0.42W-1060)=0=Tf=298.1。由金屬棒和水組成的是孤立系，孤立系的嫡變?yōu)榻饘侔?/p>

10、嫡變和水嫡變之和，.Sso=二Sm.：SWTf2981Sm=mmcmln=0.360.42=-0.1918kJ/K%1060八Tf298.1Sw=mwcwIn=9.0 父 4.187 父 In=0.3939kJ/KTw295SiS0=.：Sm:SW=0.2021kJ/K3.在兩個(gè)恒溫?zé)嵩撮g工作的某動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，其高溫?zé)嵩礈囟?7j=1000K 低溫?zé)嵩礈囟?=300K。 循環(huán)中工質(zhì)吸熱過(guò)程的嫡變生=1.0kJ/ （kgK） ， 吸熱量的=980kJ/kg；工質(zhì)放熱過(guò)程的嫡變&2=T.02kJ/（kgK）；放熱量=600kJ/kg。環(huán)境溫度O=300K,試求：（1）循環(huán)的熱效率（2）吸熱

11、過(guò)程和放熱過(guò)程的嫡流和嫡產(chǎn);判斷該過(guò)程能否實(shí)現(xiàn)。3 解：（1）循環(huán)凈功為Wnet=qnet=q1q2=980-600=380K循環(huán)熱效率為(2)I、工質(zhì)吸熱過(guò)程該過(guò)程嫡變?yōu)?sM-Sg1=1.0kJ/(kgK)則嫡產(chǎn)為(-Sfi=1.0-0.98=0.02kJ/(kg-K)H、工質(zhì)放熱過(guò)程該過(guò)程嫡變?yōu)轱w=Sf2-Sg2=-1.02kJ/(kg-K)則嫡產(chǎn)為Sg2=飛2-sf2=T.02-(-2)=0.98kJ/(kg-K)（3）由上面結(jié)果得（可任選 I、R 之一進(jìn)行判斷,I、工質(zhì)吸熱過(guò)程有0 里,既能實(shí)現(xiàn)T1工質(zhì)放熱過(guò)程有女二堡,既能實(shí)現(xiàn)Wnetq1980380=38.8%嫡流為 Sf1q19

12、80Ti1000=0.98kJ/(kg-K)嫡流為 Sf2-q2600T2300=-2kJ/(kg-K)T2T2=T0k=293(0.528,1.44)1.4-244Kn n也可以用循環(huán)嫡增.-：s=.-：s2=1.0-1.02=0.02:二0即還是能實(shí)現(xiàn)4.p0=1.0MPa,t0=20oC 的空氣可逆絕熱流經(jīng)漸縮噴管， 在噴管截面 F 為 0.003 平方米處的氣流馬赫數(shù)為 0.7,若背壓為 0.25MPa,試求 F 截面處空氣的溫度及流速,噴管出口截面積 A2 及空氣出口流速，空氣比定壓熱容為 cP=1004J/(kgK)。4 .解：在截面 F 處，面積 AF=0.003m2,由題意可逆

13、絕熱流動(dòng)，得截面 F 處的氣流速度為：Cf,F)，2(h0-hF).2CP(TO-TF)當(dāng)?shù)匾羲贋椋篊=JkRTF因此，截面 F 處的氣流速度為:cf,F=cMa=Jk0TFMa=0.7x1.4287(J/kg.k)267=229.3m/s考慮出口截面參數(shù)：pcr=0.528PO=0.528MPa0.25MPa因此，在出口處的參數(shù)為：p2-pcr=0.528MPa2kRg(TO-TF)k-1C,L由馬赫數(shù)的概念：Ma=Fk-1TF-1)因此TF=T293(Ma2ky11)(0.72141)=267K由可逆絕熱流動(dòng)過(guò)程得：PF=8(上)TO14267 百293=0.722MPa因此流量為：qmR

14、TF287(J/kg.K)PF0.722MPa-0.106m3/kgAFcf,F0.003m2229.3m/sVF0.106m3/kg=6.49kg/s5.活塞壓縮機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)速 360 轉(zhuǎn)，從環(huán)境吸進(jìn) 21c 的空氣 14 選 3 將之壓縮到 0.52MPa 輸出。設(shè)壓縮過(guò)程為可逆多變過(guò)程，多變指數(shù)為 1.3，壓縮機(jī)容積效率 a=0.95。求：(1)所需輸入壓縮機(jī)的功率；(2)余隙容積比及活塞排量?？諝庾骼硐霘怏w比熱容取定值；空氣氣體常數(shù) K=287J/(kgK)、C=1005J/(kgK)、環(huán)境大氣壓 3pb=0.1013MPa。5 .解：(1)由壓縮機(jī)多變過(guò)程壓縮功計(jì)算公式得活塞排量為RJ

15、2287(J/kg.K)244Kv2=0.528MPa=0.133m3/kgCf,2=2(h0-h2)=2CP(T0-T2)=313.7m/s由連續(xù)性方程可知各截面流量應(yīng)相等，因此Cf,2M9kg/s0.133mj:0.0027m2313.7m/sn-1Wc=n-1RgT1(史)k-1=P11.30.52f0.287(27321)()1.3-1=167.8kJ/kg1.3-10.1013壓縮機(jī)空氣質(zhì)量流量為*_V_PVm_0.101314360一360-RgT1-60-0.287(27321)60=1.0085kJ/kg壓縮機(jī)的功率為P-4Jwc-1.0085168.7=169.1kJ/kg(

16、2)由余隙容積比與容積效率的公式1VVcp21V=1-()n-1VhVhp1得余隙容積比VVh1-V1(叼-1P11-0.950.52 后 1)0.1013=0.02Vh=V=0V3=14.74m0.956 .空氣初始狀態(tài)，p1=0.1MPa,t1=20C,經(jīng)三級(jí)壓縮，壓力達(dá)到 10MPa,設(shè)進(jìn)入各級(jí)汽缸時(shí)的空氣溫度相等，多變指數(shù)均為 1.3,各級(jí)中間壓力按壓氣機(jī)耗功最小原則設(shè)計(jì)。如果產(chǎn)氣量為每小時(shí) 200kg,求:(1)各級(jí)排氣溫度及壓氣機(jī)的最小功率;(2)多級(jí)改為單級(jí)，多變指數(shù)不變，求壓氣機(jī)耗功和排氣溫度。6.解：由題意得，壓氣機(jī)耗功最小原則設(shè)計(jì)情況下，各級(jí)壓力比應(yīng)該相等，且10Mpa”.

17、640.1MPa由進(jìn)入各級(jí)汽缸時(shí)的空氣溫度相等，得各級(jí)耗功相等，因此壓氣機(jī)耗功等于各級(jí)耗功之和:n-J_nPC=zR,j=zqmWc,j=zqmRg(1T)=25.8kW1單級(jí)壓縮排氣溫度：10MPa1000.1MPan1=848K”2001.31.3-1n)=0.287293(1-100)=38.4kW36001.3-11.37 .某定容加熱活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的 p-v 曲線如圖所示。設(shè)其工質(zhì)為空氣，質(zhì)量為 1kg,已知 p1=1bar,t1=25C,=vI/v2=5,定容過(guò)程中加入熱量 q =800kJ/kg,空氣的氣體常數(shù)為 Rg=0.287kJ/(kg-K),比定容熱容 Cv=0.7

18、18kJ/(kg-K),等嫡指數(shù)丫=1.4。(1)在Ts 圖上表示該循環(huán)；(2)求出點(diǎn) 2、3、4 的 p、v、T 參數(shù)；(3)求循環(huán)的凈功量和循環(huán)熱效率。PT2=丁3=丁4=工(2)n=T1(二i)PnJ1.3Jv=(27320)(4.64 尸=417.7KP-qmRgT1(I7 解:(1)(2)由狀態(tài)方程：pv=Rg得：vi=0.85526m3/kgov3因?yàn)槊?一=5,所以 v2=v1/5=0.17105m/kg,因?yàn)?1-2 過(guò)程為絕熱壓縮，所以有:v2P2=Piv1=9.518*105pa,T2=v2收=567.27KRgV2=v3=0.17105m3/kg,定容過(guò)程的吸熱量 qi=

19、Cv(T3-T2),_RgT35T2=1681.48K,P3=-g=28.213*105paV3vi=v4=0.85526m3/kg,3-4 為等嫡過(guò)程，p4=P3匕=2.964105pav4T4二%=883.27KRg循環(huán)的放熱量：q2=cvT4-T1=420.22KJ/kg循環(huán)的凈功量：w=qi-q2=379.78kJ/kg,循環(huán)熱效率：t=w=0.475qi8 .內(nèi)燃機(jī)混合加熱理想循環(huán)的 pV 如圖所示。已知 pi=97kPa,ti=28C,Vi=0.084m3,壓縮比”15,p3=6.2MPa,t4=1320C,工質(zhì)視為空氣。試計(jì)算：(1)循環(huán)中各過(guò)程端點(diǎn)的壓力、溫度和體積；(2)循環(huán)

20、熱效率；(3)同溫度范圍的卡諾循環(huán)熱效率。已知空氣的氣體常數(shù) Rg=0.287kJ/(kgK),比定容熱容 cv=0.718kJ/(kg-K),等嫡指數(shù)丫=1.4。8 答：有狀態(tài)方程可得m=上必=0.094kgRgTi由題得 1 點(diǎn)：R=97kPaT1=301K由 pvK=(RgT)Kp1*=RgTvK=const 得2 點(diǎn)：p2=()、=151.4*97=4.3MPaT2=T1(尸=889Kv2v23 點(diǎn)：p3=6.2MPaT3=32=1282Kp25 點(diǎn)：p5=(v1)Qp4=0.191MPa丁5=強(qiáng)=594.7Kv2mRg吸熱量Q1和放熱量Q2如下：Qi=Cv(T3-工)Cp(T4-丁3

21、)=5943.73kJQ2=GT_1)=210.9kJ=1一1=64.5%Q2相同溫限間卡諾循環(huán)熱效率為：T1k=1-=80%kT29.某蒸汽動(dòng)力裝置采用一級(jí)抽氣回?zé)嵫h(huán)，已知新蒸汽的參數(shù)為Pi=6MPa,ti=450C,加=3300.9kJ/kg,4=6.7179kJ/(kgK)抽氣壓力為p0i=0.5MPa,冷凝器內(nèi)壓力為p2=10kPa,忽略水泵功，相應(yīng)白水蒸氣參數(shù)如表 1 所示。(1)定性地畫出該循環(huán)的 T-s 圖；(2)求循環(huán)的抽氣量%(3)循環(huán)的吸熱量、放熱量、凈功量及循環(huán)熱效率。表 1 飽和水和干飽和蒸汽表(節(jié)錄)pMPa什c5m3/kgvm3/kghkJ/kghkJ/kgskJ

22、/(kgK)skJ/(kgK)0.00532.8790.001005328.191137.722560.550.4768.3830.0145.7980.001010314.673191.762583.720.6498.1480.2120.240.0010605+0.88585504.782706.531.5307.1220.5151.860.00109250.37486640.352748.591.8616.8211.0179.910.00112720.19438762.842777.672.1386.585in14 點(diǎn)：T4=1593Kv4=mRgT=0.00m3解：1 點(diǎn)：p1=6MPa,

23、t1=450C,h1=3300.9kJ/kg,&=6.7179kJ/(kgK);2 點(diǎn)：S2=s=6.7179kJ/(kg.K),而S2=0.64907kJ/(kg.K),S2“=8.1481kJ/(kg.K),所以2 點(diǎn)位于濕蒸汽區(qū)，則*2=2 二=0.843S2-S2同理x7=S5=0.979,則h2=x2h2十(1x2)h2,=2302.38kJ/kg,S7-s5h?=x7h7“+(1x7)h5=2704.3kJ/kg,3 點(diǎn)：h3=h?=191.76kJ/kg,S3US?=0.64907kJ/(kg.K)h5-h4_,_%h7-h=1-:1h-h3=：1=0.1785h7-h5 點(diǎn):P01=0.5MPa,h5=640.35kJ/kg；7 點(diǎn)：P01=0.5MPa,h=2704.3kJ/kg則循環(huán)吸熱量q1=h1-h5，=3300.9-191.76=2660.55kJ/kg循環(huán)放熱量q2=1-1(h2-h2，)=1733.87kJ/kg凈功量Wnet=qnet=兒-h2=36