工程热力学知识点Word文件下载.docx

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6.蒸汽动力循环

理解计算：

蒸气动力装置流程、朗肯循环热力计算及其效率分析。

能够在T-S图上表示出过程，提高蒸汽动力装置循环热效率的各种途径（包括改变初蒸汽参数和降低背压、再热和回热循环）。

7、制冷与热泵循环

理解、掌握并会计算：

空气压缩制冷循环，蒸汽压缩制冷循环的热力计算及制冷系数分析。

能够在T-S图上表示出过程，提高制冷系数和热泵系数的途径，分析热泵循环和制冷循环的区别和联系。

二、典型题解

概念题：

1、过热蒸汽的温度是否一定很高？

未饱和水的温度是否一定很低？

答：

过热蒸汽、未饱和水是这样定义的，当蒸汽的温度高于其压力对应的饱和温度时称作过热蒸汽，其压力下t>

ts；

当温度低于其压力对应的饱和温度t<

ts时，则工质的相态一定是液态，则称其为未饱和水。

因此，过热蒸汽不一定温度很高，未饱和水未必温度很低，它们都是相对于其环境压力所对应的饱和温度而言的状态。

2、在h－s图上，能否标出下列水和蒸汽的状态点？

（1）焓为h1的未饱和水；

（2）焓为h2的饱和水；

（3）参数为p1、t1的湿蒸汽；

（4）压力为p的干蒸汽；

（5）水、汽性质相同的状态。

3、填空

4、判断下列过程中那些是可逆的；

不可逆的；

可以是可逆的。

并扼要说明不可逆原因。

（1）对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发。

（2）对刚性容器内的水作功，使其在恒温下蒸发。

（3）对刚性容器中的空气缓慢加热，使其从50℃升温到100℃

解：

（1）可以是可逆过程，也可以是不可逆过程，取决于热源温度与温是否相等。

水若两者不等，则存在外部的传热不可逆因素，便是不可逆过程。

（2）对刚性容器的水作功，只可能是搅拌功，伴有摩擦扰动，因而有内不可逆因素，是不可逆过程。

（3）可以是可逆的，也可以是不可逆的，取决于热源温度与空气温度是否随时相等或保持无限小的温差。

5、绝热容器内有一定气体，外界通过容器内的叶轮向气体加入wkJ的功。

若气体视为理想气体，试分析气体内能的内能，焓，温度，熵如何变化？

根据热力学第一定律，外界所做的功全部转化成为内能的增量，因而内能，焓，温度均增加；

该过程不可逆，熵也增加。

6、对与有活塞的封闭系统，下列说法是否正确?

1）气体吸热后一定膨胀，内能一定增加。

根据热力学第一定律，气体吸热可能使内能增加，也可能对外做功，或者两者同时进行；

关键是吸热量能否完全转变为功，由于气体的定温膨胀过程可使得吸收的热量完全转化为功，内能不增加，所以说法错误。

2）气体膨胀时一定对外做功。

一般情况下，气体膨胀时候要对外做功，但当气体向真空中膨胀时候，由于外力为零，所以功也为零。

3）气体对外做功，内能一定减少。

根据热力学第一定律，在定温条件下，气体可以吸收热量并全部转化为功，从而保持内能不变。

7、焓的物理意义是什么？

焓的定义式:

焓=内能+流动功H=U+pV

焓的物理意义：

1.对流动工质（开口系统）工质流动时与外界传递与其热力状态有关的总能量。

2.对不流动工质（闭口系统）仍然存在但仅是一个复合的状态参数。

8、熵的物理含义？

定义：

熵

可逆过程

物理意义：

熵的变化反应可逆过程热交换的方向和大小。

系统可逆的从外界吸热，系统熵增加；

系统可逆的向外界放热，系统熵减少；

可逆绝热过程，系统熵不变。

9、判断下列说法对吗？

系统吸热，其熵一定增大；

系统放热，其熵一定减小。

熵变=熵流+熵产，所以，前半句对，后半句错误。

10、孤立系熵增原理是什么？

怎么应用？

孤立系统熵增原理：

孤立系统内所进行的一切实际过程（不可逆过程）都朝着使系统熵增加的方向进行；

在极限情况下（可逆过程），系统的熵维持不变；

任何使系统熵减小的过程是不肯能。

即过程进行到某一阶段，再不能使熵增大了，也就是系统的熵值达到了最大值，就是过程进行的限度。

等号适用于可逆过程，大于号适用于不可逆过程。

表明孤立系统的熵变化只取决于系统内各过程的不可逆程度。

注意：

如果涉及环境温度，由于环境是一个很大的热源，无论它吸收或者放出多少热量，都认为环境温度是不变的。

11、讨论使热由低温热源传向高温热源的过程能否实现？

12、下列说法正确的在括号内划“√”，不正确划“×

”。

（×

）定质量系统一定是闭口系统。

）闭口系统不作膨胀功的过程必是等容过程。

（√）理想气体任何过程的内能变量总以Δu=∫12cvdT进行计算。

（√）dh=cpdT只适用于理想气体、任何过程。

）闭口系统发生放热过程，系统的熵必减少。

）知道了温度和压力两个参数值，就可以确定水蒸气的状态。

）一切可逆机的热效率均相等。

）熵增可用来度量过程的不可逆性，所以熵增加的过程必是不可逆过程，

（√）某理想气体经历了一个内能不变的热力过程，则该过程中工质的焓变也为零。

）容器中气体的压力没有变化，则安装在容器上的压力表读数也不变。

）水蒸气的定温过程中，能满足q=w的关系式。

（√）在临界点上，饱和液体的焓一定等于干饱和蒸汽的焓。

）只要存在不可逆性就有熵产，故工质完成一个不可逆热力循环，其熵变必大于零。

（√）理想气体在T?

s图上，其定温线就是定焓线。

）绝热过程必为定熵过程。

）公式q=Δu+w仅适用于闭口热力系统。

（√）闭口绝热系统的熵不可能减少。

）一切不可逆热机的热效率总比可逆热机的小。

（√）在一刚性容器中，理想气体绝热自由膨胀后，其温度不变。

）在简单朗肯循环的基础上采用再热的方法一定能提高循环热效率。

）制冷系数永远大于1，而制热系数可以大于1也可以小于1。

）供热量一定，用电炉取暖与用热泵式空调取暖耗电量一样多。

）从饱和液体状态汽化成饱和蒸汽状态，因为汽化过程温度未变，所以焓的变化量。

）若容器中气体的绝对压力保持不变，压力表上的读数就不会改变。

）湿饱和蒸汽的焓等于饱和水的焓加上干度乘以汽化过程中饱和水变成干饱蒸汽所吸收的热量。

）理想气体经历一可逆定温过程，由于温度不变，则工质不可能与外界交换热量。

13、在绝热良好的房间内，有一台设备完好的冰箱在工作，在炎热的夏天打开冰箱，人会感到凉爽，问室内温度是否会越来越低？

请用热力学原理加以解释。

一开始，人会感到凉爽，这是由于房间内空气中的内能传递到冰箱内，而此时冰箱输入功率转化的热小于空气进入冰箱的内热能，故空气温度降低，人感到凉爽。

随着时间的进行，冰箱输入功率转化的热越来越多地进入房间空气中，空气的温度逐步回升。

这样，房间内的温度不会越来越低。

14、选择题

（1）、一热力学过程,其w=

则此过程是（A）

A.不可逆过程.　　B.任意过程．

Ｃ．可逆过程．　　　　　　　　　Ｄ.定压过程．

（2）、对于某理想气体，当温度变化时（Cp-Cv）是（B）的.

A．变化　　B．不变化　　

Ｃ.不能确定

（3）、在两个恒温热源间工作的热机Ａ、B均进行可逆循环,A机的工质为理想气体,B机是水蒸汽,则热效率ηA和ηB（A）

A.相等　　B.ηA>

ηB

C.ηA<

ηB　　D.不能确定.

（4）、在闭口绝热系中进行的一切过程,必定使系统的熵（D）

A增大.　　B减少.

C.不变　　D.不能确定

（5）、在房间内温度与环境温度一定的条件下,冬天用热泵取暖和用电炉取暖相比,从热力学观点看（A）

A.热泵取暖合理.　　B.电炉取暖合理.

C.二者效果一样.　　D.不能确定.

（6）、闭口系能量方程为（D）

+△U+W=0　　　　　+△U－W=0

－△U+W=0　　　　　　－△U－W=0

（7）、理想气体的是两个相互独立的状态参数。

（C）

A.温度与热力学能　　　　　B.温度与焓

C.温度与熵　　　　　　D.热力学能与焓

（8）、已知一理想气体可逆过程中,wt=w,此过程的特性为（B）

A.定压　　　　　　　B.定温

C.定容　　　　　　D.绝热

（9）、可逆绝热稳定流动过程中,气流焓的变化与压力变化的关系为（B）

=－vdp　　　　　=vdp

=－pdv　　　=pdv

（10）、水蒸汽动力循环的下列设备中,作功损失最大的设备是（A）

A.锅炉　　　　　B.汽轮机

C.凝汽器　　　　　D.水泵

（11）外界（或）环境的定义是指（D）。

A系统边界之外的一切物体

B与系统发生热交换的热源

C与系统发生功交换的功源

D系统边界之外与系统发生联系的一切物体

（12）系统平衡时的广延性参数（广延量）的特点是（D）。

　A其值的大小与质量多少无关

　B不具有可加性

　C整个系统的广延量与局部的广延量一样

D与质量多少有关，具有可加性

（13）理想气体多变指数n<

0的多变膨胀过程,其过程特性具有__A__的结果

AQ>

0，ΔU>

0，W>

0　BQ<

0，ΔU<

　CQ>

0DQ<

（14）卡诺定理表明：

所有工作于两个不同恒温热源之间的一切热机的热效率（B）。

A都相等，可以采用任何循环

B不相等，以可逆热机的热效率为最高

C均相等，仅仅取决于热源和冷源的温度

D不相等，与所采用的工质有关系。

（15）压力为4bar的气体流入1bar的环境中，为使其在喷管中充分膨胀，宜采用（D）。

A渐缩喷管B渐扩喷管C直管D缩放喷管

（16）一个橡皮气球在太阳下被照晒，气球在吸热过程中膨胀，气球内的压力正比于气球的容积。

则气球内的气体进行的是（B）

A定压过程B多变过程C定温过程D定容过程

（17）熵变计算式

只适用于（D）。

A一切工质的可逆过程B一切工质的不可逆过程

C理想气体的可逆过程D理想气体的一切过程

（18）析一个有工质流入与流出的研究对象，将热力系统选为（D）。

A闭口系统；

B开口系统；

C孤立系统；

DA，B，C都可以。

（19）热力系的储存能包括（A）。

A内部储存能与外部储存能B热力学能与动能

C内动能与内位能D热力学能与宏观势能

（20）工质熵的增加，意味着工质的（D）。

（A）Q＞0（B）Q＜0（C）Q=0（D）不一定

（21）贮有空气的绝热刚性密闭容器中，按装有电加热丝通电后，如取空气为系统，则过程中的能量关系有（C）

AQ>

0,ΔU>

0,W>

0BQ=0,ΔU>

0,W<

CQ>

0,W=0DQ=0,ΔU=0,W=0

（22）循环热效率

适用于（D）。

A适用于任意循环；

B只适用于理想气体可逆循环；

C适用于热源温度为T1，冷源温度为T2的不可逆循环；

D只适用于热源温度为T1，冷源温度为T2的可逆循环。

（23）气流在充分膨胀的渐缩渐扩喷管的渐扩段（dA＞0）中，流速（D）。

A等于喉部临界流速；

B等于当地音速；

C小于当地音速；

D大于当地音速。

（24）孤立系统可以理解为（C）。

　A闭口的绝热系统所组成；

　B开口的绝热系统所组成；

C系统连同相互作用的外界所组成；

　DA，B，C，均是

（25）采用蒸汽再热循环的目的在于（C）。

（A）降低乏汽干度，提高汽轮机稳定性；

（B）提高平均放热温度，提高循环热效率

（C）提高乏汽干度，提高循环热效率；

（D）提高乏汽干度，降低循环不可逆性

15、请解释何谓孤立系统熵增原理，该原理在热力学分析中有什么用途？

对于孤立系熵方程

而熵产dSg总是非负的即dSg

0或

0，称为孤立系的熵增原理。

孤立系统内部进行的一切实际过程都是朝着熵增加的方向进行，极限情况维持不变。

任何使孤立系统熵减小的过程都是不可能实现的。

判断过程进行的方向与条件.

16、请分别回答热力学中所谓的第一类永动机与第二类永动机的物理意义。

不消耗任何能量而源源不断做功的机器为第一永动机;

从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机为第二永动机。

17、理想气体熵变的计算式是由可逆过程导出的，它是否可用于计算不可逆过程初、终态的熵变？

为什么？

可以,只和初末状态有关系,熵为状态参数.

18、刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A中存有高压氮气，B中保持真空。

若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？

抽取隔板，以容器中的氮气为热力系，在刚性绝热容器中，氮气和外界既无物质的交换也无能量的交换，有热力学第一定律知：

q=0,w=0,因此，隔板抽取前后

=0.

19、气体吸热后温度一定升高吗？

液体吸热后温度一定升高吗？

并给出理由。

气体吸热后，温度不一定升高，由q=

+w，若吸热的同时对外界做功，而且|w|>

|q|,此时，则热力学能降低即

<

0,此时的气体温度反而会降低。

液体吸热后，温度也不一定升高，比如水在饱和状态下，吸热时可保持温度不变。

20、热力系的总熵是否可以减小？

可以减小。

因为热力系总熵的增量为熵流和熵产之和，当热力系向外界放热时，熵流为负值（即使热力学的总熵减小），当熵流的绝对值大于熵产，热力系总熵的增量为负值，则热力系的总熵将是减小的。

21、决定朗肯循环热效率的参数有哪些？

它们如何影响热效率？

1）在相同初压和背压下，提高新蒸汽的初温可使朗肯循环热效率增大；

增加了循环高温段温度，使循环温差增大，所以提高了热效率。

2）在相同的初温和背压下，提高初压也可使朗肯循环热效率增大；

循环的平均温差加的缘故

3）在相同的初温、初压下，降低背压可使朗肯循环热效率增大，这是由于增大了循环温差的缘故。

22、分析卡诺循环热效率公式，可得到哪些重要结论？

三点结论:

a只决定于T1，T2，提高T1，降低T2可提高ηc

bηc≯1

c当T1＝T2时ηc＝0

23、如何用热力学知识描述水的饱和状态?

在一定的温度下，容器内的水蒸气压力总会自动稳定在一个数值上，此时进入水界面和脱离水界面的分子数相等，水蒸气和液态水处于动态平衡状态，即饱和状态。

饱和状态下的液态水称为饱和水；

饱和状态下的水蒸气称为饱和水蒸气；

饱和蒸汽的压力称为饱和压力；

与此相对应的温度称为饱和温度。

24、卡诺循环是理想循环，为什么蒸汽动力循环利用了水蒸汽在两相区等压等温的特点，而不采用卡诺循环？

采用卡诺循环必须要求工质实现定温加热和放热，但是难以实现。

而水蒸气两相区却可满足定温加热和放热。

而此时也是定压过程。

所以实际蒸汽循环不采用卡诺循环。

计算分析题

1.某蒸汽压缩制冷过程,制冷剂在２5０K吸收热量QL,在３００K放出热量-QH,压缩和膨胀过程是绝热的，向制冷机输入的功为Ws，判断下列问题的性质。

（A可逆的B不可逆的C不可能的）

（1）.QL=2000kJWs=400kJ

（A）

该制冷过程是可逆的

（2）.QL=1000kJQH=－1500kJ

（B）

该制冷过程是不可逆的

（3）.Ws=100kJQH=－700kJ

该制冷过程是不可能的

2.某蒸汽动力循环操作条件如下：

冷凝器出来的饱和水，由泵从加压至进入锅炉，蒸汽离开锅炉时被过热器加热至280℃。

求：

（1）上述循环的最高效率。

（2）在锅炉和冷凝器的压力的饱和温度之间运行的卡诺循环的效率，以及离开锅炉的过热蒸汽温度和冷凝器饱和温度之间运行的卡诺循环的效率。

（3）若透平机是不可逆绝热操作，其焓是可逆过程的80%。

求此时的循环效率。

（1）各状态点的热力学性质，可由附录水蒸汽表查得

（由于液体压力增加其焓增加很少，可以近似

）

该循环透平机进行绝热可逆操作，增压泵也进行绝热可逆操作时效率最高。

，由，查得

气相，

（查饱和蒸汽性质表）

液相，

（查饱和水性质表内插）

气相含量为x

冷凝器压力，饱和温度为℃；

锅炉压力，饱和温度为℃。

卡诺循环运行在此两温度之间，卡诺循环效率

若卡诺循环运行在实际的二个温度之间，其效率为

（3）不可逆过程的焓差为（H2-H3），而吸收的热仍为

，因此效率

3．某压缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为-25℃，冷却器中的压力为，假定氨进入压缩机时为饱和蒸汽，而离开冷凝器时为饱和液体，每小时制冷量Q0为×

105kJ·

h-1。

（1）所需的氨流率；

（2）制冷系数。

通过NH3的P-H图可查到各状态点焓值。

按照题意，氨进入压缩机为饱和状态1，离开冷凝器为饱和状态3。

氨在蒸发器中的过程即4→1H1=1430KJ·

kg-1

H2=1710KJ·

氨在冷凝器中的过程即2→3，H3=H4=320KJ·

氨流率

制冷系数

注：

求解此类题目：

关键在于首先确定各过程状态点的位置，然后在P-H图或T—S图上查到相应的焓（或温度、压力）值，进行计算。

4.某压缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为－25℃，冷凝器内的压力为1180kPa，假定氨进入压气机时为饱和蒸气，而离开冷凝器时是饱和液体，如果每小时的制冷量为167000kJ，求

所需的氨流率；

制冷系数。

此氨制冷循环示于右图所示T-S图上。

查的T-S图，得H1=1648kJ/kg，H2=1958kJ/kg，H3=H4=565kJ/kg

则单位质量制冷剂的制冷量为

q0=H1－H4=1648－565=1083（kJ/kg）

所需的氨流率为

G=

=（kg/h）

（2）制冷系数为

ε=

=

5、容器被分隔成AB两室，如图1-4所示，已知当地大气压pb=，气压表2读为pe2=，气压表1的读数pe1=，求气压表3的读数（用MPa表示）。

pA=pb+pe1=+=

pA=pB+pe2

pB=pA?

pe2=?

pe3=pB?

pb=?

6、如图所示的气缸，其内充以空气。

气缸截面积A=100cm2，活塞距底面高度H=10cm。

活塞及其上重物的总重量G1=195kg。

当地的大气压力p0=771mmHg，环境温度t0=27℃。

若当气缸内气体与外界处于热力平衡时，把活塞重物取去100kg，活塞将突然上升，最后重新达到热力平衡。

假定活塞和气缸壁之间无摩擦，气体可以通过气缸壁和外界充分换热，试求活塞上升的距离和空气对外作的功及与环境的换热量。

7、一容积为的储气罐,内装氧气，其初态压力p1=，温度t1=38℃。

若对氧气加热，其温度、压力都升高。

储气罐上装有压力控制阀，当压力超过时，阀门便自动打开，放走部分氧气，即储气罐中维持的最大压力为。

问当罐中温度为285℃，对罐内氧气共加入了多少热量？

设氧气的比热容为定值，cv=（kg·

K）、cp＝（kg·

K）。

8、有一蒸汽动力厂按依次再热以及抽气回热理想循环工作，如图。

新蒸汽参数为p1=14MPa，t1=550℃，再热压力pA=，再热温度tR=t1=550℃,回热抽气压力pB=，回热器为混合式，背压p2=。

水泵功可忽略。

试：

（1）定性画出循环的T-s图；

（2）求抽气系数αB；

（3）求循环输出净功wnet，吸热量q1，放热量q2；

（4）求循环热效率ηt。

9、一个装有2kg工质的闭口系经历了如下过程：

过程中系统散热25kJ，外界对系统作功100kJ，比热力学能减小15kJ/kg，并且整个系统被举高1000m。

试确定过程中系统动能的变化。

10、一活塞气缸装置中的气体经历了2个过程。

从状态1到状态2，气体吸热500kJ，活塞对外作功800kJ。

从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为p=400kPa,气体向外散热450kJ。

并且已知U1=2000KJ,U3=3500KJ，试算2－3过程气体体积变化。

11、气缸中封有空气，初态为

、

，缓慢膨胀到

。

（1）过程中

维持不变；

（2）过程中气体先循

膨胀到

，再维持压力不变，膨胀到

试分别求两过程中气体作出的膨胀功。

12、空气在压气机中被压缩。

压缩前空气的参数为

，

；

压缩后的参数为

设在压缩过程中每千克空气的热力学能增加

，同时向外放出热量

压气机每分钟产生压缩空气

（1）压缩过程中对每千克空气作的功；

（2）每生产

压缩空气所需的功（技术功）；

（3）带动此压气机所用电动机的功率。

13、朗肯循环中，冷凝压力为3kPa，水由水泵增压至6MPa后送入锅炉。

锅炉出口蒸汽温度为600℃，

汽轮机排汽比焓为

，凝结水比焓

在忽略泵耗功的情况下，试求：

（1）求朗肯循环的热效率。

（2）如果在上述朗肯循环的基础上采用回热，在系统中使用开式（混合式）给水加热器，用于加热给水的蒸汽比焓为

，状态点6的焓值为604kJ/kg，试求回热循环的热效率，并与无回热时的热效率进行比较；

（3）在上述回热循环的基础上，还有哪些提高循环效率的措施？

（1）锅炉吸热量为

kJ/kg

汽轮机输出功为

循环热效率为

或%

（2）

开式给水加热器热平衡方程为

kg

循环净功

吸热量为

循环热效率

采用回热循环的热效率大于无回热循环的热效率。

（3）主要措施有：

①提高主蒸汽温度和压力；

（由于主蒸汽温度已有600℃，提高压力的效果比较明显）

②降低排汽压力

14、在恒温热源T1=700K和T2=400K之间进行循环。

当W0=1000KJ，Q2=4000KJ时，试用计算说明：

（1）循环的方向性；

（2）循环是可逆的，还是不可逆的？

15、若5kg水起始与295K的大气环境处于热平衡状态，用热泵在水与大气之间工作使水定压冷却到280K，求所需最小功是多少？

（已知水的Cp=（kg·

K））