思 考 题 与 练 习 题

以下为沈维道等编著《工程热力学》(面向21世纪教材，第3版，高等教育出版社)

习题编号：（注：可根据课程进度适当增减）

第一章 思考题 2，3，4，9

习题 4，6，7，10，13，14，15

第二章 思考题 2，3，6，7

习题 1，3，4，6，9，10，11，12，13

第三章 思考题 2，3，6，12，14

习题 3，4，6，7，10，11，13，14，17

第四章 思考题 2，3，6，7，8，9

习题 4，6，10，11，12，17，21，23

第五章 思考题 1，2，4，5，6，7，8，9，10，11，12

习题 1，4，5，7，8，9，10，13，16，17，20，21，22，27，29，30

第六章 思考题 1，2，5 习题 1，2，4

第七章 思考题 3，4

习题2，3，5，6，8，9，14

第八章 思考题 1，2，3，4

习题1，5，8，9，12，13，15

第九章 思考题 1，2，3，5

习题 1，2，3，11，12

第十章 思考题 4，5

习题1，4，5，12，15

第十一章 思考题 1，6，9

习题 1，2，3，6，8

第十二章 思考题 1，2，3

习题 2，3，4，6，9

第十三章 思考题 2，3，4，5，6 习题 1，2，7，8

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期 中 练 习 题

一． 问答题：（每题4分，共40分）

1． 控制质量的热力学第一定律的三种表达式：

Q=△U+W Q=△U+∫PdV Q=mCV△T+W 适用于什么工质?什么过程？简述理由。

2． 在换热器中工质与外界进行的热交换量等于该过程初终两态的焓差，这一结论适合于什么工质？与过程的可逆与否有无关系？为什么？

3． 将环境状态的空气，经压气机绝热压缩压力从P0升至P2 ，问摩擦引起的火用损失与因摩擦多消耗的功哪个大？为什么？（用图或文字说明均可）

4． 二块完全相同的铜块，加热至相同的温度T1，然后第一块迅速放入冷水中,冷却至T2（T1>T2）,第二块铜块无限缓慢地从T1冷却到T2，试问二块铜块的熵变化是否相同？为什么？

5． 某封闭热力系经历一熵减少的可逆过程，则该热力系能否经一绝热过程回复到原态？为什么？

6． 环境温度为300K的条件下，200K的热源有否作功能力？若热量Q由400K的恒温热源直接传入200K的恒温热源，引起的火用损失是多少？

7． 进口为亚音速的气流在渐缩喷管中速度能否超过音速?进口为超音速的气流在渐放喷管中速度能否小于音速?为什么?

8.在渐缩喷管的背压小于临界压力时，现在在出口截面附近将喷管切去一段，如图所示。若P1、T1、P背压不变，问出口截面的压力，流速和流量与原截面比较，将发生什么变化？

9． 用蒸汽干度计测定蒸汽干度时，将绝对压力为10×105Pa、干度为χ的湿蒸汽向大气绝热节流（大气压力为1.0×105Pa,水蒸气的饱和温度为100℃），节流后测得其温度为120℃。请在水蒸气h-S图上将该绝热节流过程及其初终两态定性地标绘出来。

10． 水蒸汽由给定的初态p1、t1通过一喷管等熵膨胀到湿蒸汽区，其背压p2为已知，若手头没有焓熵图，只有水蒸汽热力性质表，如何计算确定状态2的各项热力参数x2，t2，h2。

二． 计算题：（每题15分，共60分）

1． 一绝热隔板分隔的绝热刚性密闭的容器中，两边盛有同种理想气体。已知两边气体的初参数为P1=0.057MPa, t1=170℃, P2=0.125MPa, t2=210℃, V1/V2=3。试求抽去隔板平衡后，容器V1+V2内的压力和温度的数值。设气体的比热为定值。(459k ; 0.074Mpa)

2. 有两股压力相同的空气流，一股气流温度为t1=400℃，流量m1=120kg/h；另一股气流为t2=150℃，流量m2=210kg/h。令两股气流先绝热等压混合，然后用tr=500℃的热源将此混合气流等压加热至t4=400℃以满足工艺要求。试计算：

⑴绝热混合后的气流温度。(514K)

⑵空气经绝热混合过程和加热过程的熵变化。(8.61KJ/kg.k.h;89.298KJ/kg.k.h)

⑶绝热混合过程和加热过程的总熵产和火用损失。(29.76KJ/Kg.K.h;2.48Kw) (已知 Cp=1.004 kJ/kg.K，Rg=0.287kJ/kg.K， T环境=300k)

3、 某试验装置中，压气机由p1=1×105Pa，t1=20℃的环境中吸取流率为0.7kg/s的空气，绝热压缩至p2=3×105Pa。据测量压气机出口高压空气的温度为t2=155℃，然后绝热通过一节流阀，其压力降为p3=2.5×105Pa。 ⑴确定压气机的效率，即理想压缩功和实际压缩功之比。(0.8)

⑵分析空气压缩和随后的降压过程中有哪些不可逆性？并计算总熵产和火用损失。(Cp=1.005kJ/kg.K,Rg=0.287kJ/kg) (0.0822424KJ/kg.s;24.1kW)

4. 空气在渐缩喷管内的可逆绝热流动，某截面a的参数为Pa＝0.5Mpa，ta＝400℃，Cf，a＝150m/s，喷管出口截面面积为25cm2，试求喷管的最大质量流量、出口流速及背压。

（空气的临界压比νcr＝0.528,Cp=1004J/kg，K=1.4）

（2.0129 kg/s, 478.9 m/s, 0.2749 Mpa）

复 习 提 要

一．基本概念:

掌握热力系统、平衡态、状态参数、准平衡过程、可逆过程等基本概念。

功量和热量是系统和外界分别在压差和温差不平衡势差的作用下，进行能量交换的两种不同的方式。功量和热量是过程量。

工质经过封闭的热力学过程成为循环。衡量循环能量利用的经济性用工作系数表示： 工作系数 = 得到的效益 ／花费的代价

二．热力学第一、二定律

热力学第一、第二定律共同组成了热力学的理论基础，只有同时满足热力学第一、第二定律的过程才是能实现的过程。

热力学第一定律从“量”的角度阐明能量转换中的能量守恒关系，第二定律从“质”的方面反映能量转换中“品质”贬值的特性。自然界各种形式的能量，可分为有序和无序两种能量。当能量转换过程有无序能参与时，就会出现方向性问题。由于不可逆几乎是一切能量转换过程不可避免的现象，因此，热力学第二定律揭示的规律同样支配着一切实际的能量转换过程。而可逆过程不过是一种科学的抽象，是实际过程能量转换效果比较的标准和极限,现实中并不存在。

热力学第一定律归纳起来如下所示：

第一定律一般表达式，E为总储存能

闭口系，任何工质、任何过程（1kg）

闭口系，任何工质、可逆过程（1kg）

稳定流动系，任何工质、任何过程（1kg）

（1kg）

稳定流动系，任何工质、可逆过程