《工程热力学》复习题汇总

一 填空题

1．热力系统：忽略家用电热水器的表面散热，取正在加热不在使用的电热水器为控制体，（不包括电加热器），这是 系统，把电加热器包括在研究对象内，这是 系统，研究对象加入 ，构成孤立系统。

2．热力系统：盛满热水的真空保温杯是 系统，内燃机在汽缸进气或排气阀门打开时，是 系统。

3．过程判断：热力系统与外界在绝热但存在摩擦力的情况下，在无限小压差下缓慢的做功过程 准静态过程， 可逆过程。

4．过程判断：热量从温度为100℃的热源通过薄容器壁缓慢地传递给处于平衡状态下的冰水混合物，此过程 准静态过程， 可逆过程，理由 5.通过搅拌器作功使水保持等温的汽化过程，此过程为 ， 理由为 。

6.有一刚性容器，被分成两部分，一部分装有气体，一部分抽成真空，若真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板，让气体先恢复平衡再抽去下一块，问此过程为 ，理由为 。 7．闭口系统热力学第一定律表达式： ，稳流开口系统的热力学第一定律表达式为： ；开口系统工质跟外界交换的技术功包括 ，可逆过程技术功的计算式为： ；

8 闭口容器内的气体从热源吸收了100kJ的热量，并对外膨胀作功消耗了40kJ，其中克服摩擦功5kJ，假设摩擦产生的耗散热全部用于增加工质的热力学能，根据闭口系统能量守恒方程式，系统热力学能增加量为 。

9．理想气体是 ，工程上常用的空气、燃气和烟气 理想气体，水蒸气 理想气体。 10．一种确定的理想气体，其cp-cv 定值，cp/cv 定值，cp/cv随 变

化，其中cp-cv的含义是 ；工程上常用的空气、燃气 理想气体，水蒸气 理想气体。

11.过冷水的定压汽化过程在p-v图上可表示出五种状态，分别

为： 。 12.实际气体与理想气体的偏离可用压缩因子Z表示，理想气体的Z等于 ，实际气体的Z随压力的增高，呈现 的变化。 13．气体在管道内绝热流动，其滞止状态是指 ，此时的焓

h0 = ；临界压力与 有关，工临界流速 临界声速。

14．活塞式压缩机中，因 的存在，使产气量降低，但理论上对单

位质量气体耗功 影响。

15．活塞式内燃机有三个循环特征性能参数，分别为 。

16．活塞式内燃机循环过程与燃气轮机循环过程的主要区别可概括为 。

17．刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝,判断下列4种情况分别是什么热

力系统.

红线内——

黄线内不包含电热丝—— 黄线内包含电热丝—— 兰线内——

二、选择题

1. 某容器中气体的表压力为0.04MPa, 当地大气压为0.1 MPa, 则该气体的绝

对压力为（ ）：

A 0.06 MPa B 0.04MPa C 0.14 Mpa

2． 容器中气体的真空度为0.04MPa, 当地大气压为0.1 MPa, 则该气体的绝对

压力为（ ）。

A 0.06 MPa B 0.04MPa C 0.14 Mpa

3. 理想气体在某一过程中吸入3100kJ的热量， 同时内能增加了150kJ，该过程是（ ）：

A 膨胀过程， B 压缩过程 C定容过程

4． 理想气体在某过程中吸入100kJ的热量，对外输出100kJ的功，此过程是（ ）。 A压缩过程 B 绝热过程 C 定温过程

5. 一绝热刚体容器用隔板分成两部分，左边盛有高压理想气体，右边为真空，抽去隔板后，容器内的气体温度将（ ） A 升高 B 降低 C不变 6．稳流开口系统q=Δh+wt适用于（ ）

A任何过程，任意工质；B可逆过程，任意工质；C 可逆过程、理想气体 7. q=Δh+wt适用于（）

A稳流开口系统, B闭口系统, C任意系统, D非稳流开口系统 8．q=h2-h1适用于（ ）。

A压气机, B换热器, C 动力机, D 管道 9．下列能量方程式正确的有（ ）。

A q=Δu+pv, B q=Δu+Δ(pv), C q=Δh+w, D q=Δh+wt

10．理想气体经某可逆过程后，其Δu和Δh的变化量为0，此过程为（ ）；若Δs=0，则此过程为（ ）；如wt=0，过程为（ ）；若w=0，过程为（ ）。 A定容过程， B定压过程， C定温过程， D绝热过程

11．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（ ）

A 大于零， B 等于零 C小于零 12. 单位千克理想气体可逆绝热过程的技术功等于 A -Δh B Δu C Δh D -Δu 13. 对于理想气体，下列各说法是否正确（ ）

A气体吸热后熵一定增大， B气体吸热后温度一定升高， C气体吸热后热力学能一定升高，D气体膨胀时一定对外作功, E气体压缩时一定耗功;

14. 某一闭口热力系统，经历了一个可逆过程，热力系对外做功20kJ, 外界对

热力系加热5kJ，热力系中工质的熵变（ ） A 大于零 B 等于零 C 小于零 15．干饱和蒸汽被定熵压缩将变为

A 饱和水 B 湿蒸汽 C 过热蒸汽

16．有一卡诺热机，当它被作为制冷机使用时，两热源的温差越大则制冷系数（ ）

A 越大 B 越小 C 不变

17．有位发明家声称他设计了一种机器，当这台机器完成一个循环时，可以从单

一热源吸收1000kJ的热，并输出1200kJ的功，这台热机（ ）。 A 既不违反第一定律，也不违反第二定律； B 违反了第一定律和第二定律；

C 违反了第一定律； D 违反了第二定律

三、判断对错，并说明理由

1．系统内质量保持恒定的热力系统一定是闭口系统； 2．绝热系统是既无质量交换，又无能量交换的热力系统；

3．开口系统中系统与外界有物质交换，而物质与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系统。

4．工质经历一个循环过程恢复到原状态后，整个循环中从外界得到的净热量大于对外作的净功；

5．20℃的蒸汽缓慢加热0℃的冰，使其融化为0℃的水，其过程为准静态过程； 6．开口系统中，随工质压力的升高，系统输出的技术功为正值； 8．能量方程q??h?wt适用于一切工质、一切过程和任意热力系统； 9．对于理想气体的任何一种过程q??u?cv(t2?t1)和q??h?cp(t2?t1)都适用； 10．理想气体的cv,cp,u,h和s都只是温度的单值函数；

11．当时实际气体的压缩因子z?1时，说明实际气体的可压缩性比理想气体小； 12．迈耶公式cp?cv?Rg也适用于高压水蒸气； 13．水的汽化潜热是不随压力变化的常数；

14．对于湿饱和蒸汽构成的闭口系统，其热力学状态可以由饱和温度和饱和压力唯一确定；

15．水泵作功过程相当于稳流开口系统的定容过程； 16．绝热过程即定熵过程； 17．工质经过不可逆循环?ds?0,??qTr?0；

19．工质经过不可逆循环??sg?0,??qTr?0；

20. 系统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

△S必大于可逆途径的△S；

21. 在两个热源间工作的一切可逆循环，其热效率大小与可逆循环的种类无关，

与工质的特性无关；

22．循环净功Wnet愈大则循环热效率愈高;

23．当时实际气体的压缩因子z?1时，说明实际气体的可压缩性比理想气体小； 24．缩放喷管是随流速增加，压力下降，马赫数从大于1降到小于1的过程； 25. 若缩放喷管进口截面上工质的参数不变，提高背压，则流经喷管的工质流量

必然下降；

26.绝热节流后气体的焓不变，因此其温度也不变； 27.绝热节流过程是等焓过程；

28.绝热节流后气体的焓不变，压力下降，熵增大；

29．压气机的余隙容积使产气量下降，生产单位千克高压气体的理论耗功量也增加；

30．压气机余隙容积不会使产气量下降，但生产单位千克高压气体的耗功量增加； 31．对于单级活塞式压气机，余隙容积的存在具有不利影响，主要是降低了压气

机的产气量，同时增加了耗功量；

32．在压缩比相同、吸热量相同时，活塞式内燃机的三种理想循环的热效率具有

如下关系：定压加热热效率>混合加热（定容加热＋定压加热）的热效率>定容加热热效率；

33．对简单蒸汽动力循环，提高蒸汽的初温和冷凝器内的真空度都可提高循环热

效率，而提高蒸汽的初压不一定能够提高循环的热效率；采用再热循环和回热循环的机组热效率则总大于简单蒸汽动力循环的热效率；

34．压缩空气制冷循环的制冷效率为??1k?1，其中?为循环增压比，当?增

?k?1加时，?减少，单位质量工质的制冷量也减小；

四、判断题

1．下列各说法是否正确？

(1) 气体吸热后热力学能一定升高 (2) 绝热过程即定熵过程 (3) 循环净功Wnet愈大，则循环效率越高 (4) 一杯温度等于环境温度的水没有火用值 （5）家用空调一般采用压缩空气制冷循环 2．工质经过不可逆循环，∮ds>0, ∮δq/Tr<0 3．气流速度是超声速时，可选取缩放管作为喷管 4．水蒸气的汽化潜热是常数

5. u是1千克工质流进开口系统时所携带的能量 6. 开口系统的技术功 wt=

?c2f2?g?z?wi 7. 绝热过程一定是定熵过程 8. 理想气体热力学能、焓和熵都是温度的单值函数 9. 不可逆绝热过程的熵产等于零 10. 水蒸汽的汽化潜热是常数 11. 工质经过不可逆循环其∮ds>0 12. 热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体 13. 压气机的产气压力一般在0.1 MPa~0.3 MPa之间

） ） ） ） ） ） ） ） ） ） ） ） ） ）

（（（（（（（（（（（（（（

14. 当气流速度是亚声速时，可选取缩放管作为喷管 （ ） 15. 同条件下有摩阻的喷管出口流速比无摩阻的喷管出口流速低 （ ） 16. 同条件下有摩阻的喷管工质出口焓比无摩阻的喷管出口焓低 （ ） 17. 同条件下有摩阻的喷管工质的滞止焓等于无摩阻的喷管滞止焓 （ ）

五、简答题

1．描述准平衡过程和可逆过程的概念，说明两种过程的异同。

2．稳流开口系统能量方程式，技术功表达式，及体积功、技术功和流动功三者的关系。

3．写出符合下列条件的稳流开口系统的能量方程式：（1）绝热条件下蒸汽在汽轮机内的做功过程；（2）工质流经换热器的热交换过程 4．理想气体的定义

5．某一理性气体从初态（T1,p1）经过一可逆过程后到达终态（T2,p2），写出其熵变公式，要求至少两个计算方法，设比热容为定值。若为不可逆过程，熵变公式是否变化？

6．写出判断不可逆的热力循环和不可逆热力过程的数学表达式； 7. 写出孤立系统熵增原理表达式，并指出孤立系统熵增大的原因。

8. 迈耶公式Cp-Cv=Rg,是否适用于动力工程中应用的高压水蒸汽？是否适用于地球大气中的水蒸汽，为什么？

9. 水的汽化潜热是否是常数，有什么变化规律？

10. 描绘理想气体的热力学状态参数中，哪些参数仅是温度的单值函数，哪些是

两个独立参数的函数，

11．把理想气体热力过程表示在P-V图和T-s图上，确定多变指数n的范围（要

求给出四个基本过程）；

a.工质膨胀、降温且放热；b.工质吸热、升温且降压过程

12. 有一个由一台热机、高低温热源、功源等组成的孤立系统，热机的高温热源

TH?1000K，低温热源TL?300K，工质从高温热源吸收1000kJ的热量，对外输出600kJ的功，求此孤立系统的熵增。

13．图中容器为刚性容器，现将容器分成两部分，一部分装气体，一部分抽真空；

中间是隔板，若突然抽去隔板，气体是否作功？若每抽去一块隔板让气体先恢复平衡在抽去下一块隔板，气体是否作功？上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否可以在p-v 图上表示，分别是什么过程？

14.在P-v图上，画出理想气体某一多变过程的膨胀功、技术功和传热量。 15.在T-s图上画出蒸汽单级压缩式制冷循环，然后转换到lgp-h图上，并分析说明实际压缩过程对制冷效率的影响。 16. 指出下列过程的适用条件

（a）δq?du?δw，（b）δq?du?d(pv)，（c）q??cvdT，（d）q?h2?h1

1217．分析说明提高初温和初压对提高朗肯循环效率的影响。 18. 压气机采用两级压缩中间冷却有什么优缺点？

19．已知一活塞式内燃机的三个循环特性参数，试推导混合加热理想循环的热效

率（要画出p-v和T-s图）。

20.已知一活塞式内燃机的三个循环特性参数，试推导定压加热理想循环的热效

率（要画出p-v和T-s图）。

21.比较在初态、增压比相同的情况下压气机三种压缩过程（绝热、多变及定温）

的耗功量及终态温度的大小

22.什么是湿空气的相对含湿量及含湿量？相对湿度越大，含湿量越高，这样的

说法对吗？为什么？

六、计算题

热力学第一定律

1. 1kg空气首先从95kPa和17oC的状态定容吸热到380kPa， 然后经历一个定熵膨胀过程到95kPa，最后回到初态。求循环净功和热效率。已知空气k=1.4。 2.某理想气体初态时p1?520kPa，V1?0.1419m3，经过热膨胀过程，终态的

p2?170kPa，V1?0.2744m3，过程中焓值变化?H??67.95kJ。已知该气体的定容比热容cp?5.2kJ/(kg﹒K)，且为定值，试求：（1）气体常数Rg，（2）定容比热容cv，（3）?U

3.一刚性容器内装有2kg理想气体，定容下吸热量Qv?367.6kJ，同时输入搅拌功468.3 kJ。该过程中气体的平均比热容cp?1124 J/(kg﹒K)，cv?934 J/(kg﹒K)。已知初态温度t1=280 oC，求：（1）终态温度t2,；（2）热力学能、焓和熵的变化?U、?H、?S。 热力学第二定律

1. 某热机工作于T1?2000 K，T2?300 K的两个恒温热源之间，试问下列几种情况能否实现？是否是可逆循环？（1）Q1?1kJ，Wnet?0.9kJ （2）Q1?2kJ，（3）Q2?0.5kJ，Wnet?1.5kJ。 Q2?0.3kJ；

2. 有一循环装置，工作在800K和300K的热源之间。若与高温热源换热3000kJ,与外界交换功2400kJ,试判断该装置能否成为热机？能否成为制冷机？ 3. 设工质在1000K的恒温热源和300K的恒温冷源间工作，工质从热源吸热和向冷源放热都存在50K的温差。（1）计算循环热效率；（2）设环境温度280K，

求热源每供给1000kJ热量时，两处不可逆传热的有用能损失I1和 I2，及总

有用能损失。

4．有一台多热源热机，热源A温度1000K，放出750 kJ热量，热源B温度800K，放出480 kJ热量，热源C温度300K，吸收510kJ的热量，环境温度290K,试判断该热机能否实现？若能实现是否是可逆热机？若不可逆，热机效率是多少？最大有用能损失多少？ 压气机

1. 2kg空气从初态为p1?0.1MPa，t1?27℃，经过2级压缩，中间冷却系统后，压力提高到2.5MPa。若空气进入两级气缸的温度相同，且各级压缩过程的多变指数均为1.3，空气的Rg?0.287kJ/(kg?K)。求（1）最佳的中间压力？（2）各级排气压力？（3）生产2kg质量的压缩空气所消耗的理论功？（4）各级气缸的排气温度？

2.已知某压气机，当存在余隙容积时的工作过程如图所示，Vh?0.4455m3，

V3?0.0223m3，p1?1bar，t1?15oC，p2?3.5bar，n=1.2，求排气量和1kg气体的理论耗功量。

P3214VhVV3V4V1

压气机工作过程

3. 空气初态为p1?0.1MPa，t1?20℃，经3级压缩机压缩后，压力提高到12.5MPa。若空气进入各级气缸的温度相同，且各级压缩过程的多变指数均为1.3，求（1）最佳的中间压力？（2）各级排气压力？（3）生产1kg质量的压缩空气所消耗的理论功？（4）各级气缸的排气温度？

喷管与扩压管

1．已测得喷管某一截面空气的压力为0.5 MPa，温度800K,流速600m/s,设空气的cp?1004J/(kg?k)，k?1.4，求滞止温度和滞止压力。

2．出口截面面积A2=10cm2的减缩喷管，设空气初速度可忽略，初参数p1=2*106MPa, t1=27℃。当喷管出口背压pb?1 MPa时，求空气经喷管射出的速度，流量，出口截面的状态参数v2、t2。设cp?1004J/(kg?K)，k?1.4，临界压力比

?cr?0.528。

3. 空气进入渐缩喷管时的初速为200m/s，初压1MPa，初温500℃。求喷管达到最大流量时出口截面的流速、压力和温度。 燃气动力循环

1. 某内燃机进行的是狄塞尔循环（定压加热理想循环），已知压缩比?，定压预涨比?，工质为空气，求：（1）画出T?s图，（2）推导循环热效率。

2．绘制汽油机的理论循环即定容加热循环的P-v图和T-s图，推导汽油机定容加热循环的热效率与压缩比??

v1

之间的关系，并阐明该关系式的物理意义。 v2

P

2 3 4

1 v

3. 某内燃机进行的是狄塞尔循环（定压加热理想循环），已知压缩比?，定压预涨比?，工质为空气，求：（1）画出P-v和T?s图，（2）推导循环热效率。 蒸汽动力循环

1.有一朗肯蒸汽动力循环，蒸汽进汽轮机的压力为：p1?17MPa，蒸汽温度

t1?550℃；汽轮机排汽压力p2?5kPa。请将循环表示在T-s图上，求1公斤蒸汽：（1）在锅炉中的吸热量；（2）输出功wT；（3）水泵耗功wp；（4）冷凝器中的放热量；（5）该循环热效率?t；

2. 有一小型压水堆核电机组，由蒸汽发生器提供低参数工质为饱和水蒸汽，工质在汽轮机内可逆绝热膨胀做功，在冷凝器内冷凝，冷凝水经水泵再送入蒸汽发生器加热循环使用。请将循环的热力过程表示在T-s图上。若从蒸汽发生器出来的工质为175℃的饱和水蒸汽，冷凝器内的压力为7.5KPa，求该循环的热效率。 3. 有一朗肯蒸汽动力循环，蒸汽进汽轮机的压力为：p1?17MPa，蒸汽过热度

?t?197.7℃；汽轮机排汽压力p2?0.005MPa。请将循环表示在T-s图上，求1

公斤蒸汽：（1）在锅炉中的吸热量；（2）输出功wT；（3）水泵耗功wp；（4）冷凝器中的放热量；（5）该循环热效率?t；

v’ (m3/kg) h’’ (kJ/kg) p (MPa) T (℃) v’’ (m3/kg) h’ (kJ/kg) R (kJ/kg) s’ (kJ/kg·k) s’’ (kJ/kg·k) 17 352.3 0.001 0.008 1690 2547 857 3.807 5.177 0.005 32.88 0.001 28.19 137.7 2560 2422 0.476 8.393

4.某一回热蒸汽动力循环如右图所示，求循环热效率。（不要求）

h3=2500kJ/h0=3900kJ/h=700h2=3000kh4=150kJ