工程热力学期末复习题1答案Word文档格式.docx
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4．在p-v图及T-s图上画出空气的n=1.2的膨胀过程1-2和n=1.6的压缩过程1-3，
并确定过程1-2和1-3中功和热量的正负号及初终态热力学能的大小。
：
1-2过程功为正，热量为负，初态热力学能大于终态热力学能
1-3过程功伟负，热量为正，初态热力学能小于终态热力学能
5．在T-s图上画出下面两各热力过程：
1）k=1.4的空气，多变压缩过程n=1.325；
2）n=0.92的吸热过程。
5.画出单级活塞式压缩机将空气由相同初态，分别经定温压缩、定熵压缩和多变
压缩过程达到相同的终态压力的p-v，T-s图，并说明其耗功量的大小关系。
wsww
nT
7．定性画出内燃机三种理想循环的pv、Ts图。
混合加热：
p
T4
4
3
3
22
55
11
vs
定容加热：
T
23
24
1
1Vs
定压加热：
pT
2
4
14
1
6.在T-s图上画出采用再热的郎肯循环循环图，并定性说明再热循环对循环热效
率的影响。
.答：
如果附加部分的效率高，则再热循环效率会提高，中间压力p提高，会使t
提高，但此时对干度x2的改善较小。
7.画出蒸汽压缩制冷系统的T-s图，并说明各个过程是在哪个设备中完成的。
答：
1-2过程，压气机中完成；
2-3过程，冷凝器中完成；
3-4过程，节流阀中
完成；
4-1过程，蒸发器中完成。
三、简答题：
1．绝热刚性容器用隔板分成A、B相同的两部分，
12
A侧充满空气，B侧为真空，分析突然抽掉隔板
后气体的状态参数（热力学能、焓、熵）如何变
化？
2．平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系?
3．绝热过程是定熵过程吗？
多变过程是任意过程吗？
4．如图所示的电加热装置，容器中盛有空气，并设有电阻丝，试问取什么为系
统，系统与外界交换的是热量；
取什么为系统,系统与外界交换的是电功；
取什
么为系统，系统与外界没有任何能量交换。
5．热量与功有什么相同的特征，两者的区别是什么？
8.答：
热量和功都是能量传递的度量，它们都是过程量。
只有在能量传递过程中
才有所谓的功和热量，没有能量的传递过程也就没有功和热量。
区别：
功是有规则的宏观运动能量的传递，在做功过程中往往伴随着能量形
态的变化，热量则是大量微观粒子杂乱热运动的能量的传递，传热过程中不出现
能量形态的转化。
功转化成热量是无条件的，而热转变成功是有条件的。
6．为什么T-s图上过同一点的气体的定容线要比定压线陡一些？
9.答：
在定容线上
dTT
dsC
V
，而在定压线上
P
7．工质在压力p1下被吸入气缸，可逆压缩至p2（p1＜p2），然后排出气缸，试在
p－v图上表示出此工作过程的膨胀功和技术功，并说明技术功和膨胀功之间的
关系。
7答：
其1-2-3-4-1为技术功wt
1-2-5-6-1为膨胀功w
Δ（pv）=δw-δwt
8．对于闭口系统，引起系统熵变的因素有哪些？
开口系统呢？
8答：
闭口系统，由于没有物质的流动，引起熵变的主要因素为传热引起的熵流，
以及不可逆过程而产生的熵产。
对于开口系，除了熵产和熵流之外还有因为物质
流动所引起的熵的变化
9．是否一切熵增过程都是自发过程？
可逆过程的熵增必须为零？
9答：
不是一切熵增过程都是自发过程，例如气体的不可逆绝热压缩过程，过程
中气体的熵增大，但是这个过程不是自发过程。
可逆过称的熵增不一定为零，可
逆过程的熵产为零，但熵流不一定就业为零。
例如可逆定温吸热过程的熵增就大
于零。
10．气体在喷管中流动，欲使超音速气流加速，应采用什么形式的喷管？
为什么？
10答：
愈使超音速气流加速，应选用渐扩管，因为超音速气流在减缩喷管中有
压缩的效应，只有在渐扩喷管中才能膨胀加速
11．简述制冷循环和热泵循环的异同点。
11答：
相同点：
原理为逆卡诺循环，将热量从低温带到高温
不同点：
热泵为产热，热为有效，制冷循环要的是冷量
12．在内燃机混合加热理想循环、定容加热理想循环及定压加热理想循环中，提
高压缩比都可使循环热效率提高，试从第二定律分析其原因。
12答：
根据热力学第二定律，循环热效率为
T
t1，其中T1为循环平均吸
热温度，T2为循环平均放热温度。
在这三个循环中提高压缩比，均可以提高循
环平均吸热温度，而平均放热温度要么不变，要么减小，所以均可使循环热效率
提高。
13．蒸汽动力装置采用再热的根本目的是提高循环的热效率吗？
13．答：
不是，采用再热循环的目的是为了在提高初态压力时，不引起乏气的干
度的降低，即通过提高初态压力提高热效率，而再热循环较基本循环的热效率并
不一定提高。
10.画图分析新蒸汽参数对基本朗肯循环的热效率有和影响？
14答：
初温T1对热效率的影响：
初温由T1提高到T1a的T—s图。
初压p1和背压p2
不变，由图看到，提高初温可提高循环的平均吸热温度（由T1提高到T1a），从而提
高循环的热效率。
蒸汽初压的影响：
图为保持背压p2、初温T1不变而升高初压p1的循环T－s图。
显然，提高
p可以提高平均吸热温度T1，从而提高循环的热效率。
11.压缩蒸汽制冷循环采用节流阀代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采
用这种方法？
15答：
不可以。
因为空气的比热容较小，且增压比增大循环制冷系数讲减小，
故每千克空气的吸热量不多，为了提高制冷能力，空气的流量就就要很大，而节
流阀不能满足大流量的要求。
16．如果选取燃气轮机装置理想循环的最佳增压比，是否意味着可获得最高的循
环热效率，为什么？
16．答：
不是，最佳增压比是针对循环净功而言，即循环净功最大。
而循环热效
t
k
率，即随增压比的增高而递增的。
17．简述干球温度、湿球温度、露点之间的区别。
17答：
干球温度：
为温度计测湿空气的实际温度
湿球温度：
是湿空气流过湿球时与湿球建立了热平衡后的温度
露点温度：
为湿空气沿等压线P=Pv降温至有液态水析出的温度
12.当湿空气的相对湿度固定不变时，湿空气的温度增高，湿空气的含湿量d、
露点温度tD、湿球温度
如何变化？
w
v
20.答：
含湿量d、露点温度tD、湿球温度
都提高。
因为s
，而温度提高
时相应的饱和压力ps提高，当相对湿度不变，水蒸气分压力提高，则露点温度，
含湿量提高。
计算题
12.1kgN2在一热力过程中从初态0.2MPa、157℃变化到0.1MPa、27℃，过程
的技术功为34.94kJ/kg，周围环境温度T0=300K；
试问过程是否为可逆过程？
过
程有无不可逆损失？
若有不可逆损失，不可逆损失为多少？
（视N2为定比热理
R
想气体，定压比热容Cp=1.038kJ/kg.k，气体常数g
=0.297kJ/kg.k）。
13.解：
qhwtcptwtq-100kJ/kg
取系统与环境组成孤立系，则
siso
s工质s
热源
s＝
工质
Tp
2ln
cplnRg-0.1678，
T0T
＝0.3333，则
ss工质s
iso＝0.1654>
0所以不可逆。
IT0sgT0s49.64kJ/kg。
iso
14.将一根即m0.36kg的金属投入m9kg的水中，初始时金属棒的温度
T,1060K，水的温度295
TK，比热容分别为c0.42kJ/kgK和miwm
c0.4187kJ/kgK，试求终温Tf和金属棒、水以及它们组成的孤立系的熵变。
设容器绝热。
21.解：
由闭口系能量方程UQW，取容器内水和金属棒为热力系，绝热，
不作外功，所以Q0，W0则U0，wU0
U
m
mwcTTmcTT
wfwmmfm
94.187Tf2950.360.42Tf10600Tf298.1。
由金属棒和水组成的是孤立系，孤立系的熵变为金属棒熵变和水熵变之和，
SisoSS
mW
f
2.
Smcln0.360.42ln＝-0.1918kJ/K
mmT
1060m
298.1f
Smcln9.04.187ln＝0.3939kJ/K
wwwT
295w
SisoSS＝0.2021kJ/K
3．在两个恒温热源间工作的某动力循环系统，其高温热源温度=1000K低温热
源温度=300K。
循环中工质吸热过程的熵变Δs1=1.0kJ/（kgK·
），吸热量
=980kJ/kg；
工质放热过程的熵变Δs2=–1.02kJ/（kgK·
）,放热量=600kJ/kg。
环境
温度=300K，试求：
（1）循环的热效率
（2）吸热过程和放热过程的熵流和熵产；
（3）判断该过程能否实现。
3解：
（1）循环净功为
wqq1q2980600=380K
netnet
循环热效率为
net
380
980
=38.8%
（2）
Ⅰ、工质吸热过程
熵流为
s
1000
=0.98kJ/（kg·
K）
该过程熵变为
sss=1.0kJ/（kg·
1f1g1
则熵产为
s1s1s11.00.98=0.02kJ/（kg·
gf
Ⅱ、工质放热过程
600
300
=－2kJ/（kg·
sss=–1.02kJ/（kg·
2f2g2
s2s2s21.02
（2）=0.98kJ/（kg·
（3）由上面结果得（可任选Ⅰ、Ⅱ之一进行判断，）
Ⅰ、工质吸热过程有
，既能实现
工质放热过程有
Ⅱ、也可以用循环熵增
ss1s21.01.020.020
即还是能实现
13.p0=1.0MPa，t0=20oC的空气可逆绝热流经渐缩喷管，在喷管截面F为0.003平
方米处的气流马赫数为0.7，若背压为0.25MPa，试求F截面处空气的温度及流速，
喷管出口截面积A2及空气出口流速，空气比定压热容为cp=1004J/（kgK）。
15.解：
在截面F处，面积AF=0.003
m，由题意可逆绝热流动，得截面F处的气
流速度为：
kR
g
C,2（h0h）2C（T0T）2（T0T）
fFFPFF
k1
当地音速为:
CkRgTF
由马赫数的概念：
Ma
cT
fF
20
（1）
ck1T
F
因此
T293
T267K
k11.41
（Ma1）（0.71）
22
因此，截面F处的气流速度为：
c,cMakRTMa0.71.4287（J/kg.k）267229.3m/s
fFgF
由可逆绝热流动过程得：
k1.4
T267
Fk
PP（）11（）1.410.722MPa
F0
RTJkgK
287（/.）
gF3
v0.106m/kg
P0.722MPa
因此流量为：
Acmms
Ff,F
22.229.3/
q6.49kg/s
考虑出口截面参数：
p0.528p0.528MPa0.25MPa
cr0
因此，在出口处的参数为：
p2pcr0.528MPa
P0.528
2k1.4
20
TT（）293（）244K
P1
RTJkgKK
287（/.）244
g23
v20.133m/kg
P0.528MPa
C,22（h0h2）2C（T0T2）313.7m/s
fP
由连续性方程可知各截面流量应相等，因此
q6.49kg/s0.133m/kg
A0.0027m
c313.7m/s
f,2
5．活塞压缩机每分钟转速360转，从环境吸进21℃的空气14将之压缩到0.52
MPa输出。
设压缩过程为可逆多变过程，多变指数为1.3,压缩机容积效率ηV=0.95。
求:
（1）所需输入压缩机的功率；
（2）余隙容积比及活塞排量。
空气作理想气体,
比热容取定值；
空气气体常数=287J/（kgK·
）、=1005J/（kgK·
）、环境大气压
pb=0.1013MPa。
5．解：
（1）由压缩机多变过程压缩功计算公式得
n11.31
np1.30.52
1.3
n
wRT[（）1]0.287（27321）[（）1]
cg1
n1p1.310.1013
=167.8kJ/kg
压缩机空气质量流量为
VnpVn
0.101314360
r1r
v60RT600.287（27321）60
1g1
=1.0085kJ/kg
压缩机的功率为
Pmw1.0085168.7=169.1kJ/kg
（2）由余隙容积比与容积效率的公式
VVp
c2
1[（）1]
hh1
得余隙容积比
V110.95
cV
Vp0.52
h
21.3
（）1（）1
p0.1013
=0.02
活塞排量为
V14
V=14.74m
16.
14.空气初始状态，p1=0.1MPa，t1=20℃，经三级压缩，压力达到10MPa，设进
入各级汽缸时的空气温度相等，多变指数均为1.3，各级中间压力按压气机耗功
最小原则设计。
如果产气量为每小时200kg，求：
（1）各级排气温度及压气机的最小功率；
（2）多级改为单级，多变指数不变，求压气机耗功和排气温度。
17.解：
由题意得，压气机耗功最小原则设计情况下，各级压力比应该相等，且
i
p10MPa
43
p0.1MPa
23.
由进入各级汽缸时的空气温度相等，得
n1n11.31
21.3
23411i
TTTTTK
（）n（）n（27320）（4.64）417.7
各级耗功相等，因此压气机耗功等于各级耗功之和：
n1
PzP,zqw,zqRg
（1）25.8kW
ccjmcjm
单级压缩排气温度:
10MPa
3.MPa
100
TTK
（）n84821
n2001.31.31
PqRgT
（1）0.287293（1100）38.4kW
cm1
n136001.311.3
7．某定容加热活塞式内燃机理想循环的p－v曲线如图所示。
设其工质为空气，
质量为1kg，已知p1=1bar，t1=25℃，ε=v1/v2=5，定容过程中加入热量q1=800kJ/kg，
空气的气体常数为Rg=0.287kJ/（kg·
K），比定容热容cv=0.718kJ/（kg·
K），等熵
指数γ=1.4。
（1）在T－s图上表示该循环；
（2）求出点2、3、4的p、v、T参
数；
（3）求循环的净功量和循环热效率。
7解：
（1）
3/kg。
（2）由状态方程：
pv=RgT,得：
v1=0.85526m
因为5
，所以v2=v1/5=0.17105m3/kg，因为1-2过程为绝热压缩，所以有：
3/kg，因为1-2过程为绝热压缩，所以有：
vPv
1522
p29.518*10，T2567.27K
ppa
vR
2g
V2=v3=0.17105m
3/kg，定容过程的吸热量q1=cv（T3-T2），
RT
g5
T2=1681.48K，p328.213*10pa
335
v1v0.85526m/kg，3-4为等熵过程，p4p2.96410pa
Pv
44
15.K
循环的放热量：
qcTTKJkg
v41420.22/2
循环的净功量：
w=q1-q2=379.78kJ/kg，
循环热效率：
0.475
8．内燃机混合加热理想循环的p－V如图所示。
已知p1=97kPa，t1=28℃，
3，压缩比ε=15，p3=6.2MPa，t4=1320℃，工质视为空气。
试计算：
（1）V1=0.084m
循环中各过程端点的压力、温度和体积；
（2）循环热效率；
（3）同温度范围的卡诺
循环热效率。
已知空气的气体常数Rg=0.287kJ/（kg·
K），比定容热容cv=0.718
kJ/（kg·
K），等熵指数γ=1.4。
34
5
有状态方程可得
pv
m0.094kg
g1
由题得1点：
pkPa
197
TK
1301
由
pv（RgT）p
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