1 工程热力学习题集答案工程热力学习题集答案 一、填空题一、填空题 1常规 新 2能量 物质 3强度量 454KPa 5准平衡 耗散 6干饱和蒸汽 过热蒸汽 7高 多 8等于零 9与外界热交换 1072gR 11一次 二次 12热量 13两 14173KPa 15系统和外界 16定温 绝热可逆 17小 大 18小于零 19不可逆因素 2072gR 21、 （压力） 、 （温度 ） 、 （体积） 。 22、 （单值） 。 23、 （系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零） 。 24、 （熵产） 。 25、 （两个可逆定温和两个可逆绝热） 26、 （方向） 、 （限度） 、 （条件） 。 31.孤立系； 32.开尔文(K)； 33.ws=h2h1 或 wt=h2h1 34.小于 35. 221t0ttCC 36. =n1iiiiiM/M/ 37.热量 38.65.29% 2 39.环境 40.增压比 41.孤立 42 热力学能、宏观动能、重力位能 43.650 44.cv(T2T1) ln12TT 46.22.12 47.当地音速 48.环境温度 49.多级压缩、中间冷却 50.0 与 1 51.（物质） 52.（绝对压力）。 53.（q=(h2-h1)+(C22-C12)/2+g(Z2-Z1)+wS）。 54.（温度） 55. (0.657)kJ/kgK。 56. (定熵线) 57.（逆向循环）。 58.（两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程） 59.（预热阶段、汽化阶段、过热阶段）。 60.（增大） 二二、单项选择题、单项选择题 1.C 2.D 3.D 4.A 5.C 6.B 7.A 8.A 9.C 10.B 11.A 12.B 13.B 14.B 15.D 16.B 17.A 18.B 19.B 20.C 21.C 22.C 23.A 三三、判断题、判断题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21.（） 22.（） 23.（） 24.（） 25.（） 26.（） 27.（） 28.（） 29.（） 30.（） 四四、简、简答题答题 3 1.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。 2.1kg 气体:pv=RrT mkg 气体:pV=mRrT 1kmol 气体：pVm=RT nkmol 气体：pV=nRT Rr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：x=1,p=ps t=ts v=v,h=h s=s 湿饱和蒸汽：0 x1,p=ps t=ts v vv, hhh, sss 4.流速为当地音速(Ma=1)时的状态称为流体的临界状态。 流体临界状态的压力(临界压力)与其滞止压力的比值，称为临界压力比。 理想气体的临界压力比只与气体的物性有关(或比热比 k 有关) 5.汽耗率是每作 1kwh 功(每发 1 度电)的新蒸汽耗量(汽耗量)。 热耗率是每作 1kwh 功(每发 1 度电)的耗热量。 热耗率与热效率是直接关联的，热耗率越高，热效率就越低； 而汽耗率与热效率就没有这种对应关系， 汽耗率低不一定热效率高， 汽耗率高也不一定热效率低。 6.平衡态是指热力系的宏观性质不随时间变化的状态。 稳定态是指热力系的状态不随时间而变化的状态。平衡必然稳定，稳定未必平衡。 7.前者：闭口系、任意工质、任意过程 后者：闭口系、理想气体、可逆过程 8.轮胎内气体压力为 P=VMR,TVMRrr为常数， 当 T 升高时 P 随之升高， 容易引起爆破。 9.可以选择相同初、终状态间可逆过程熵的变化来计算。 10.在工程实际中，常引用“速度系数”、 “喷管效率”和“能量损失系数”来表示因摩擦对喷管流动的影响。三者之间的关系为：=12=1 11.11.略略 12. 热力学第一定律的实质是什么？并写出热力学第一定律的两个基本表达式。答：热力学第一定律的实质是能量转换与守恒原理。热力学第一定律的两个基本表达式为：q=u+w；q=h+wt 13. 热力学第二定律的实质是什么？并写出熵增原理的数学表达式。答：热力学第二定律的实质是能量贬值原理。熵增原理的数学表达式为：dSiso0 。 14. 什么是可逆过程？实施可逆过程的条件是什么？ 答：可逆过程为系统与外界能够同时恢复到原态的热力过程。实施可逆过程的条件是推动过程进行的势差为无穷小，而且无功的耗散。 五五、名词解释、名词解释 1.热力系储存能包括：热力学能、宏观动能和重力位能。 2.对于 ct 图上曲边梯形面积，由微积分中值定理知，必然存在值使得曲边梯形面 4 积与一矩形面积相等，这个值在 ct 图上就是平均质量热容的概念。 3.不可逆过程中，不可逆因素引起的熵的变化称为熵产。 4.所谓稳定流动， 是指流体流经管道中任意点的热力状态参数及流速等均不随时间而变化的流动过程。 5.湿空气的焓值等于干空气的焓值与水蒸气的焓值之和。 六、分析题 1、解： （方法一） 过b、c分别作等温线，因为cbTT ，故cbuu abbaaccauuuuuu= =即 （方法二）考虑过程b-c cbquwuuw= +=+ 00cbqvvw= cbuu ，acabuu 2、 解： 因为：wuq+= 1-3：1 31nk，且313STT1及0,0uq 所 以0w 边压缩边放热 1-2：1 22121T TS Skn且及，则 0,0w 边膨胀边放热 1-4： 1 441410nTTSS 且及 0,0uq ()1401gRwTTn= 边膨胀边吸热 1-5：1 51nk5151且T S 0,0uqw 边膨胀边吸热边降温 3、请问一下几种说法正确吗？为什么？ （1）熵增大的过程必为不可逆过程； 答：不正确。熵增大的过程不一定为不可逆过程，因为熵增大包括熵流和熵产两部分，如果熵流大于 0，而熵产为 0 的可逆过程，上仍然是增大的。 （2）熵产0gS 的过程必为不可逆过程。 答：正确。熵产是由于热力过程中的不可逆因素导致的，因此当熵产0gS ，则此过程必定为不可逆过程。 ()12g 1g21211d111nnR TRpwp vTTnpn= 5 4、某循环在 700K 的热源及 400K 的冷源之间工作，如图 3 所示。 （1）用克劳修斯积分不等式判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆? （2）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? 解： net121net210000kJ4000kJ14000kJWQQQWQ=+=+= 方法 1： 设为热机循环 121214000kJ4000kJ10kJ/K0700K400KrrrQQQTTT= 不可能 设为制冷循环： 121214000kJ4000kJ10kJ/K700K400KrrrQQQTTT= += += 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 C400K110.4286700KLhTT= = = net110000kJ0.712614000kJtWQ= Ct不可能 设为制冷循环 0400K1.33700K400KcccTTT= 2net4000kJ0.410000kJQw= c可能但不可逆，所以是不可逆制冷循环 七七、计算题、计算题 1解： （1）1900098.669098.66pkPa=+= 298.6695.063.6pkPa= （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 shwzgchq+=221 36.3 10 /400000.1575/qkJ kg= 进、出口的动能差和位能差忽略不计，则 shwqh=0.1575 (2240 3440)=1200(kJ/kg) （3）汽轮机功率 3440 1012001.33 103600mshPq w=(kW) （4）222311(14060 ) 108/22shwckJ kg= 图 3 6 80.67%1200shkshww= 2解： ()cc ccmQm c tt= ()ww wmwQm c tt= cwQQ= ()cccmm c tt()w wmwm c tt= 代入数据解得：32.48mt = 32.48273ln6 4.187 ln1.23/18273mmwwTTw wmww wTTwm c dTTQSm ckJ KTTT+= =+ 32.48273ln0.8 0.47 ln0.54/1000273mmccTTc cmcccTTcm c dTTQSm ckJ KTTT+= + 1.230.540.69/gwcSSSkJ K= += 3、 解： （1）画出各过程的 p-v 图及 T-s 图 （2）先求各状态参数 ()11315500mol 8.314J/(mol K)27325 K2m6.19393 10 Pa6.11atmnRTpV+= 11.67 11.6722111MPa298K144.26K6.11MPapTTp= 111.673312126.11MPa2m5.906m1MPapVVp= 7 33231144.26K2mTTVV= 33500mol 8.314J/(mol K) 144.26K299855Pa2mp= 等温过程 ：热量=膨胀功=技术功 31 22 32 32 3233ln2m500mol 8.314J/(mol K) 144.26K ln5.906m649.4kJTVQQQQWnRTV=+= 所以，放热 ()()()()1 22 3122 33122ln500mol 3 4.1868J/(mol K)298 144.26 K649.4 kJ316.12kJTVmWWWUUWVnCTTnRTV=+=+=+= + = 1 31 31 3649.4kJ316.62kJ965.52kJUQW= = ()()()1 3313965.52kJ299.855619.393 kPa2m1604.6kJpmHnCTTUpV= += += 331 311lnln144.26K500mol 3 4.1868J/(mol K) ln298K4.56kJ/KVmTVSn CRTV=+= = 4解：根据能量方程有 111QUW= + 222QUW= + 12UU= 1122QWWQ= 2121WQQW=+ 2121862628WQQW=+= += (kJ) 5解： （1）202731172.7%800273LcHTT+= = =+ 8 （2）000.727 100012.12()606060cHWQPkW= （3）(1)1000 (1 0.727)273LHcQQkJ= 6解 31321610.287 10(35273)0.442/0.2 10gR Tvvmkgp+= 2211(180273)0.20.294(35273)TppMPaT+=+ 21()0.717 (18035)103.97/Vqc ttkJ kg= 0=w 63112()0.442 (0.20.294) 101041.5/twv ppkJ kg= 21()1.004 (18035)145.6/phcttkJ kg = 7、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， 11F205771 133.32981000.3039MPaA100bPP=+=+= 6331100 10 1010VA hm= 21TT= 6432()() 100 10(10) 10VAhhhhhm=+=+=+ 22F20590771 133.32981000.2156MPaA100bPP