工程熱力學試題集PAGEPAGE561.東北工學院《工程熱力學》期末考試試題（84熱能及市熱能班*）一．試回答下列各問題（本題42分，每小問7分）(1)．何謂濕蒸汽？何謂濕空氣？濕蒸汽中的水蒸氣和相對濕度<100%的濕空氣中的水蒸氣所處的熱力狀態(tài)有何不同？(2)．當升壓比很大時，活塞式壓氣機必須采取多級壓縮和級間冷卻。試說明其原因。(3)．定性地說明絕熱節(jié)流的主要特征和狀態(tài)參數(shù)（包括焓、壓力、熵和焓）的變化趨勢。(4)．試利用熵方程dS=（即熵的變化量等于熵流加熵產的關系）來說明對于不可逆循環(huán)必然存在克勞修斯不等式<0。(5)．當忽略進口流速時，根據能量方程噴管出口流速總是等于二倍焓降再開平方的關系。顯然，有摩擦的絕熱流動與無摩擦的絕熱流動相比，總是會帶來損失的。試僅僅對于當進口焓值相同并維持相同的出口壓力時，畫出h-s示意圖，并指明摩擦損失表現(xiàn)在哪里？(6)．如果將穩(wěn)定流動能量方程式寫成Q-U=W=(pv)+mc2+mgz+Wi=(pv)+Wt試從能量守恒和轉換方面簡要闡明上式的物理意義。二．（本題10分）試分別填寫表（1）和表（2）中所缺的數(shù)據。閉口系統(tǒng)A表(1)閉口系統(tǒng)B表(2)QWU1U2U路徑過程QW(a)2413()8()X1-210()(b)-8()()62-18Y2-1-7-4(c)()-17-12()20z2-1()-8條件說明：對于閉口系統(tǒng)A進行表(1)中任何一個過程。條件說明：對于閉口系統(tǒng)B沿路徑x由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，然后沿另外兩個不同的路程y和z中任何一條回到初態(tài)。*沈陽大學第一屆熱能工程專業(yè)，由東北工學院代培。三．（本題20分）一氧化碳氣體盛于活塞-汽缸中，壓力1bar，溫度27℃，將該氣體分別經歷過程A和過程B：(1)．在過程A中氣體在定容下被加熱至壓力升高一倍，然后在定壓下膨脹到容積為初容積的三倍；(2)．在過程B中同樣的氣體由同樣的初態(tài)首先定壓膨脹到容積為初容積的三倍，然后定容加熱到壓力升高一倍。試求：(a)．在同一個p-v圖及T-s圖中畫出過程A和過程B；(b)．分別對A、B兩過程求其總熱量、總功量以及總內能（熱力學能）變化量各為多少kJ/kg。已知CO氣體R=0.297kJ/(kgK)；cp=1.042kJ/(kgK)；cv=0.745kJ/(kgK)四．（本題10分）有1000kg溫度為0℃（即T冰=273K）的冰，在溫度為20℃（即T0=293K）的大氣環(huán)境中融化成0℃的水（冰的融解熱為335kJ/kg），這時熱量的作功能力損失了。試求(1)．大氣和冰不等溫傳熱時的熵增量和作功能力損失，并用T-s圖定性地表示出來；(2)．如果在大氣與這冰塊之間放入一個可逆熱機，求該熱機能作出的功量，并用數(shù)值結果驗證可逆熱機的作功量就等于不等溫傳熱時的作功能力損失。五．（本題18分）1Ts243五題圖有一過熱的理想朗肯循環(huán)（如圖所示）。其汽輪機的進汽壓力p1=30bar，進汽溫度t11Ts243五題圖(1)．乏汽的干度x2；(2)．每公斤蒸汽在汽輪機中的作功量wT；(3)．理想朗肯循環(huán)的熱效率t。設已經查得h1=3456.5kJ/kg，s1=7.2338kJ/(kgK)。當p2=0.1bar時，有h’=191.84kJ/kg；h”=2584.4kJ/kg；s’=0.6493kJ/(kgK)；s”=8.1525kJ/(kgK)水泵耗功wp=v2’(p1-p2)=0.00101(30-0.1)10510-3=3.0kJ/kg（完）答案：一．1．濕蒸汽是處于飽和蒸汽壓力和飽和蒸汽溫度下的汽水混合物，其中水蒸氣處于飽和狀態(tài)；濕空氣是含有水蒸氣的空氣，相對濕度<100%的濕空氣中的水蒸氣處于過熱狀態(tài)。2．活塞式壓氣機排氣過程達到終點時，活塞端部和氣缸底部之間的間隙就叫余隙容積。余隙容積中的氣體在排氣過程中不能被排出氣缸外，隨后的吸氣過程中，它們首先膨脹，從而影響了吸氣，導致容積效率下降。升壓比越大，余隙容積的影響越嚴重?；钊綁嚎s機工作速度很快，所以壓縮過程近似于絕熱壓縮，一級壓縮終了時溫度很高，比容較大，耗功較多。使用多級壓縮、級間冷卻可以解決這些問題。3．絕熱節(jié)流的特征是節(jié)流前后流體焓相同，壓力有所損失。因此，節(jié)流后壓力降低，理想氣體溫度不變（大部分氣體溫度下降、轉回區(qū)溫度上升），熵增大，焓減少。1A1AB2一（4）題∵dS=∴∵（狀態(tài)參數(shù)，循環(huán)積分為零）∴hsp1h1hsp1h1h2p2一（5）題∴>0∴<0從而證明<0。5．p2不變時，h2'將大于h2，損失表現(xiàn)為出口速度降低（速度損失）。（當出口焓值相同，即(h1-h2)可逆=(h1-h2’)不可逆時，出口速度不變，損失表現(xiàn)為出口壓力降低（壓力損失。））6．系統(tǒng)接受的熱量除了提供內能（熱力學能）的增量，其余部分轉化為功，其中一部分功成為推動工質流動的推動功（流動功），另一部分轉換成為動能增量、勢能增量和/或軸功而為外界所利用。動能增量、勢能增量和軸功合在一起是為技術功。二．如下表：閉口系統(tǒng)A表(1)閉口系統(tǒng)B表(2)QWU1U2U路徑過程QW(a)2413(-3)8(11)X1-210(13)(b)-8(10)(80)62-18Y2-1-7-4(c)(3)-17-12(8)20z2-1(-11)-8pApA21BvT1As2B三題(A路徑)TA=T1=2300/1=600Kq1A=cvT1A=0.745(600-300)=223.5kJ/kg，w1A=0T2=TA=3600=1800KqA2=cpTA2=1.042(1800-600)=1250.4kJ/kgwA2=pAvA2=RTA2=0.297(1800-600)=356.4kJ/kg∴q1A2=q1A+qA2=223.5+1250.4=1473.9kJ/kgw1A2=w1A+wA2=0+356.4=356.4kJ/kg(B路徑)TB=T1=3300=900Kq1B=cpT1B=1.042(900-300)=625.4kJ/kgw1B=p1v1B=RT1B=0.297(900-300)=178.2kJ/kgT2=TB=2900=1800KqB2=cvTB2=0.745(1800–900)=670.5kJ/kgwB2=0∴q1B2=q1B+qB2=625.2+670.5=1295.7kJ/kgw1B2=w1B+wB2=178.2+0=178.2kJ/kgTSTS293273I四題-1u=q–w=1295.7–178.2=1473.9–356.4=1117.5kJ/kg四．(1)S=Q/T=mq/T=1000335/273=1227.1kJ/K（吸熱）S0=Q/T0=mq/T0=1000(–335)/293=–1143.3kJ/K（放熱）S孤立系=S+S0=1227.1+(–1143.3)=83.8kJ/KI=T0S孤立系=29383.8=24542.12kJ(2)c=1–=1–273/293=0.068注意到Q=Q0(1–c)，則由w=Q0–Q得w=Q()–Q=mg()–mg=1000335()–1000335=24542.12kJ顯然，可逆熱機的作功量就等于不等溫傳熱時的作功能力損失。五．∵s1=7.2338kJ/(kgK),∴s2=7.2338kJ/(kgK)∴(1)x2==0.8778∴h2=h’(1-x2)+h”x2=191.84(1-0.8778)+2584.40.8778=2292.01kJ/kg(2)wT=h1-h2=3456.5-2292.01=1164.5kJ/kg(3)t==35.61%2.東北工學院84級熱能工程專業(yè)《工程熱力學》期末考試補考試題一．選擇題下列各題中，你認為正確的請在括號內劃（），不正確或不全面的請在括號內劃（）。在確定的兩態(tài)之間，理想氣體的熵差計算公式為s=cpln–Rln（）使系統(tǒng)熵增大的過程一定是不可逆過程。（）可逆循環(huán)的熱效率不可能等于1。（）制冷系數(shù)有可能大于1。（）卡諾循環(huán)的熱效率總比任意實際循環(huán)的熱效率要高。（）在臨界點上，飽和液體的焓一定等于飽和蒸汽的焓。（）某液體的溫度為t，若其壓力大于t對應的飽和壓力，則此液體一定處于未飽和液體狀態(tài)。（）p–t圖上可以表示出的三相變化，所以稱為相圖。（）一熱力系經歷一個不可逆過程，其熵有可能減少。（）等容過程加熱量的計算式可以適用于任意氣體。（）對于噴管來說，其背壓降得愈低，則其出口流量將愈大。（）不可逆過程中，工質的熵減少了，則工質的焓也必減少。（）不可逆過程就是不能反方向進行的過程。（）不可逆過程的前后狀態(tài)參數(shù)變化無法計算。（）絕熱過程一定是定熵過程。（）二．說明下列公式應用條件：1．s=cpln+cvln；2．3．4．q=h++wt5．=1–三．簡要回答下列問題：在蒸汽動力裝置中，你認為作功能力損失以何處為最大？如何改進？不可逆過程中的熵變化如何計算？簡要說明多級壓縮中間冷卻的目的。如何確定一多變過程的多變指數(shù)？四．在T–s圖上畫出一個具有一級回熱、一次再過熱的蒸汽動力循環(huán)，并根據圖上所標字母寫出下列各量的計算公式（忽略泵功）。①循環(huán)加熱量；②循環(huán)作功量；③循環(huán)熱效率；④理想汽耗率；⑤抽汽量。答案：一．⒈；⒉；⒊；⒋；⒌；⒍；⒎；⒏；⒐；⒑；⒒；⒓；⒔；⒕；⒖。二．⒈理想氣體，任意過程；⒉理想氣體，可逆絕熱過程；⒊任意氣體，可逆定溫過程；⒋任意工質，任意過程；⒌任意工質，可逆循環(huán)。三．在蒸汽動力裝置中，鍋爐內部由高溫煙氣和火焰向爐水傳熱是作功能力損失最大的環(huán)節(jié)。應當盡可能提高給水入爐溫度，減少傳熱溫差。另一個措施是，在蒸汽動力循環(huán)之上，復合一個在較高溫度下工作的動力循環(huán)，例如燃氣輪機循環(huán)，以充分利用高溫煙氣和火焰與爐水之間上千攝氏度的溫差。只要知道起訖點狀態(tài)，不可逆過程中的熵變化可以按可逆過程的方法進行計算，例如對于理想氣體，可以使用s=cvln+Rln、s=cpln–Rln和s=cpln+cvln，因為熵是狀態(tài)參數(shù)，其變化僅與起訖點的熱力狀態(tài)有關，與過程無關。多級壓縮，中間冷卻的目的有兩個：一是可以使壓縮過程接近等溫，減少壓縮機耗功；二是可以減輕余隙容積的影響。1bTa874(1–)3221bTa874(1–)322”s四題圖四．該循環(huán)如圖所示，其中為回熱抽汽率，即單位質量工質中回熱抽汽所占的份額。循環(huán)加熱量q1=(h1–h8)+(hb–ha)；循環(huán)作功量w=(h1–ha)+(hb–h7)+(1–)(h7–h2)；循環(huán)熱效率t==；理想汽耗率；抽汽量D抽汽=D0。3.東北工學院《工程熱力學》期末考試試題（86級熱能工程系）一．解釋下列概念（20分）⒈熱力平衡態(tài)；⒉準靜態(tài)過程；⒊干度；⒋汽化潛熱；⒌過熱度；⒍含濕量；⒎露點；⒏相對濕度；⒐熱量；⒑熱力。二．空氣由同一初態(tài)1開始，經可逆絕熱膨脹、定溫膨脹和多變膨脹到同一終壓。又由同一初態(tài)1開始，經可逆絕熱壓縮、定溫壓縮和多變壓縮到同一終壓。試回答：（填入括號內）（10分）⑴哪一個過程膨脹功最小（）；⑵哪一個過程膨脹技術功最大（）；⑶哪一個過程熵變最大（）；⑷哪一個過程壓縮終態(tài)溫度最高（）；⑸哪一個過程壓縮技術功最?。ǎＨ?升（1立方分米）空氣，在壓力p1=1atm（1atm=101325Pa），溫度t1=15℃時，進行定壓加熱到t2=200℃，然后，絕熱膨脹到t3=100℃，接著又定容冷卻到t4=15℃，最后，定溫壓縮又重新回到原來的初態(tài)，完成了一個循環(huán)。若過程均為可逆，k=7/5的理想氣體。試定性畫出過程的p-v圖及T-s圖，求出循環(huán)凈功和循環(huán)熱效率。（用SI制）（20分）四．可逆熱機分別從兩個恒溫熱源T1和T2吸收同樣的熱量，并向一個恒溫冷源T3排放熱量。試用T1、T2及T3寫出可逆機熱效率的表達式（最簡式），若T1=1000K，T2=500K，T3=293K，則t=？（15分）五．已知通過噴管的空氣壓力p1=5bar，溫度T1=600K，流量=1.5kg/s，若必須保證噴管出口截面處壓力p2=1bar（k=1.4），試問：①采用什么型式的噴管；②略去噴管進口速度c10，求噴管出口速度c2；③若工質在噴管內是不可逆絕熱流動，噴管效率=0.95，求噴管實際出口速度c2'？實際出口截面A2’？（20分）六．試利用熱力學參數(shù)間的微分關系證明理想氣體內能（熱力學能）與比容無關（要求步驟嚴密）（15分）答案：一．1．熱力學分析中所涉及的熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)通常都要求是熱力學平衡狀態(tài)，簡稱平衡狀態(tài)。如果組成熱力學系統(tǒng)的各部分之間的溫度均勻一致，且等于外界的溫度，則該熱力系統(tǒng)即處于熱平衡。如果熱力系統(tǒng)內部無不平衡的力，且作用在邊界上的力和外力相平衡，則該熱力系統(tǒng)即處于力平衡。為了能夠實現(xiàn)平衡狀態(tài)，必須滿足力平衡、熱平衡兩個條件。如果熱力系統(tǒng)內還存在化學反應，則尚應包括化學平衡。2．熱力系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)出發(fā)，連續(xù)經過一系列（無窮多個）平衡的中間狀態(tài)，過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程。3．濕蒸汽中，純水蒸氣的質量分數(shù)（成分、濃度、百分比）。4．飽和狀態(tài)下，單位質量的水從飽和水完全變成飽和蒸汽所吸收的熱量稱為汽化潛熱。等于干飽和蒸汽的焓減去飽和水的焓。5．過熱蒸汽溫度高于其壓力所對應的飽和溫度的部分。即過熱蒸汽溫度與飽和溫度之差。6．為了準確計量濕空氣含有的水分，按單位質量（一般是1千克）的干空氣計算的濕空氣所包含的水蒸氣質量。7．濕空氣中水蒸氣的分壓力對應的飽和溫度，當濕空氣降溫至低于該點時，濕空氣中的部分水蒸氣將以露水的形式析出。8．濕空氣中水蒸氣的分壓力pv，與同一溫度、同樣總壓力的飽和濕空氣中水蒸氣分壓力ps(t)的比值，稱為相對濕度，一般以表示。9．一定溫度的環(huán)境條件下，系統(tǒng)（其溫度高于環(huán)境溫度）所提供的熱量中可轉化為有用功的最大值。10．？？二．1．絕熱膨脹；2．定溫膨脹；3．定溫過程；4．絕熱壓縮；5．定溫壓縮。p1等壓2等熵等溫3等容4vsT2等壓1等溫43p1等壓2等熵等溫3等容4vsT2等壓1等溫43等熵等容V2==0.001642m3t3=100℃，p3=p2101325=44124.88PaV3=V20.001642=0.002973m3V4=V3=0.002973m3，t4=15℃，p4=p3=34069.6PaQ12=mcp(T2-T1)=mR(T2–T1)=(p2V2-p1V1)=(1013250.001642-1013250.001)=227.68JQ23=0Q34=mcv(T4–T3)=mR(T4–T3)=(p4V4-p3V3)=(34069.60.002973-44124.880.002973)=-74.74JQ41=W41=p4V4ln=34069.60.002973ln=-110.36J循環(huán)凈功等于循環(huán)凈熱量：Wnet=Qnet=Qi=227.68-74.74-110.36=42.58J循環(huán)熱效率：t==0.1870[W12=p1(V2-V1)=101325(0.001642-0.001)=65.05065JW23=mcv(T2–T3)=mR(T2–T3)=(p2V2-p3V3)=(1013250.001642-44124.880.002973)=87.98JW34=0W41=p4V4ln=34069.60.002973ln=-110.36JWnet=Wi=65.05+87.98-110.36=42.67J]四．該熱機相當于兩個卡諾熱機A、B分別工作于T1、T3和T2、T3之間，加熱量均為Q，于是WA=AQ=Q(1-)，WB=BQB=Q(1-)總效率t=t=1=0.5605五．①2=p2/p1=1/5=0.2<c=0.546，應當采用縮放型式的噴管（即拉伐爾噴管）。②cf2==666.58m/s③一般用“速度系數(shù)”或“流動系數(shù)”來表示氣流出口速度的下降，它等于實際出口流速cf2’與理想可逆流動的出口流速cf2之比。用“能量損失系數(shù)”來表示動能的減少，它等于損失的動能與理想動能之比，且=1–2吉林工業(yè)大學華自強編《工程熱力學》（人民教育出版社1979年5月第一版，1983年3月9日恢復高等教育出版社后劃歸該社，高等教育出版社1986年9月第二版）中提到了噴管效率N，定義為噴管出口的實際流動動能與定熵流動的出口流動動能之比：N=且有N=2所以=1–2=1–Ncf2’=cf2=cf2=666.58=649.70m/s∵h0–h2’==cp(T0–T2’)∴T2’=T0–=600–=389.78K∴v2’=RT2’/p2=287389.78/100000=1.1186686m3/s出口截面積A2’==0.002583m2六．關于內能（熱力學能）的熱力學一般關系式第一式為du=cvdT+[T-p]dv將理想氣體狀態(tài)方程pv=RT對T求導，得代入du關系式∴du=cvdT+[T-p]dv=cvdT+[T-p]dv=cvdT上式意味著，理想氣體內能（熱力學能）與比容無關，僅與溫度有關。4.東北大學熱能工程專業(yè)92級《工程熱力學》試題一．填空：⒈確定一個簡單可壓縮系統(tǒng)的狀態(tài)的獨立變量（狀態(tài)參數(shù)）有＿＿個。⒉在研究任何熱力問題時，根據研究的目的，選取某一個或幾個指定實體作為分析研究的對象。這個被選定的對象稱為＿＿＿＿＿＿，簡稱＿＿＿＿，而＿＿＿以外的所有其它實體統(tǒng)稱為＿＿＿＿。⒊描述系統(tǒng)狀態(tài)變化途徑的方程稱為＿＿＿＿＿＿＿＿。⒋范德瓦爾方程是對＿＿＿＿＿＿＿＿進行修正得到的，用于描述＿＿＿＿＿性質的最簡單的＿＿＿＿＿＿＿。它包括＿＿項修正，一是考慮分子間相互吸引力使壓力減少了＿＿＿＿，一是考慮分子本身占據一定體積，使分子自由活動空間減少＿＿＿＿。⒌當p=0.006112bar，t=0.01℃時，水處于＿＿＿＿＿狀態(tài)；當p=221.20bar，t=374.15℃時，水處于＿＿＿＿＿狀態(tài)。⒍在兩個不同溫度的＿＿＿＿＿＿之間工作的所有熱機，沒有任何熱機的＿＿＿＿比＿＿＿＿熱機的＿＿＿＿更高。⒎熱力學溫標的理論依據是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，它不依賴于任何測溫物質的＿＿＿＿＿，只決定于＿＿＿＿循環(huán)中所傳遞熱量的比例，因而具有普遍意義。二．回答問題：⒈若工質經歷一可逆膨脹過程和一不可逆膨脹過程，且其初態(tài)和終態(tài)相同，問兩過程中工質與外界交換的熱量是否相同？⒉卡諾定理是否意味著“熱效率愈高的循環(huán)，其不可逆性就愈小”？為什么？⒊如流體是不可壓縮的，能否用對它作功的方法改變其內能（熱力學能）？若可能的話，這種作功過程是什么樣的過程？⒋流體經過一換熱器時，由于摩擦而使流體的出口壓力低于進口壓力。在這種情況下，其換熱量能否用進、出口的焓差來計算？⒌試說明在空氣為飽和和未飽和時，露點溫度、干球溫度和濕球溫度的大小關系。⒍漸縮噴管內的流動情況，在什么條件下不受背壓變化的影響？什么條件下受背壓變化的影響？⒎動力循環(huán)中，什么是回熱？有什么作用？⒏多級壓縮，中間冷卻的作用是什么？⒐系統(tǒng)在完全與外界孤立的條件下，其狀態(tài)能否發(fā)生變化？若能發(fā)生變化，這種變化有什么特征？⒑寫出穩(wěn)定流動能量方程。三．寫出熱力學第二定律的開爾文說法和克勞修斯說法，并證明它們的等效性。四．國產20萬千瓦汽輪發(fā)電機組的新蒸汽參數(shù)為13.24MPa，535℃，排汽參數(shù)為5200Pa，再熱參數(shù)為2.16MPa，535℃。若忽略泵功，試求再熱循環(huán)的循環(huán)熱效率ηt。已知：13.24MPa，535℃時，h=3427.53kJ/kg，s=6.548kJ/(kgK)2.16MPa，535℃時，h=3542.83kJ/kg，s=7.493kJ/(kgK)2.16MPa，259.8℃時，h=2921.08kJ/kg，s=6.548kJ/(kgK)5200Pa時，t=33.6℃，h'=140.72kJ/kg，s'=0.486kJ/(kgK)，h"=2562.85kJ/kg，s"=8.382kJ/(kgK)答案：一．填空：⒈2；⒉熱力系統(tǒng)，系統(tǒng)，系統(tǒng)，外界；⒊過程方程；⒋理想氣體狀態(tài)方程，實際氣體，狀態(tài)方程，兩，，b；⒌三相共存，臨界；6．恒溫熱源，熱效率，可逆熱機（卡諾熱機），熱效率（與前一個“熱效率”算一個答案）；7．熱力學第二定律，性質，卡諾。二．回答問題⒈不同。因為熱量是過程函數(shù)。⒉否。在兩個恒溫熱源之間，不可逆循環(huán)的熱效率低于可逆循環(huán)的熱效率，熱效率越接近于可逆循環(huán)的熱效率，其不可逆性越小。但是，恒溫熱源不同，其可逆循環(huán)的熱效率也不同，因此不能說“熱效率愈高的循環(huán)，其不可逆性就愈小”。⒊如封閉體系內的流體是不可壓縮的，不能用對它作功的方法改變其內能（熱力學能）。（q=0，dw=pdv=0，所以u=0）⒋可以。q=h+wt，wt=0，所以q=h。⒌在空氣為飽和時，露點溫度=濕球溫度=干球溫度；在空氣為未飽和時，露點溫度<濕球溫度<干球溫度。⒍漸縮噴管內的流動，在出口速度等于臨界速度時（背壓比低于臨界壓力比時）不受背壓變化的影響；在出口速度小于臨界速度時（背壓比高于臨界壓力比時）受背壓變化的影響。⒎回熱是利用膨脹作功末段（或完了）的乏氣剩余熱量加熱壓縮過程出口的低溫工質稱為回熱，一般用來降低平均放熱溫度，提高平均吸熱溫度以達到提高循環(huán)熱效率的目的。⒏多級壓縮，中間冷卻的作用有兩個：一是可以使壓縮過程接近等溫，減少壓縮機耗功；二是可以減輕余隙容積的影響。⒐系統(tǒng)在完全與外界孤立的條件下，其狀態(tài)可以發(fā)生變化。這種變化的特征是使孤立系統(tǒng)的熵增加。⒑寫出穩(wěn)定流動能量方程。q=u+(pv)+c2+gz+wi三．克勞修斯說法：熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳給高溫物體。開爾文說法：只從單一熱源吸熱并將之全部轉變功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動機是不可能造成的。圖1圖2如圖1所示，某循環(huán)發(fā)動機E自高溫熱源T1吸熱Q1，將其中一部分轉化為機械能W0，其余部分Q2=Q1–W0排向低溫熱源T2，如果可以違反克勞修斯說法，即熱量Q2可以不花代價地自低溫熱源傳到高溫熱源，如圖中虛線所示那樣，則總的結果為高溫熱源失去熱能(Q1–Q2)，循環(huán)發(fā)動機產生了相應的機械能W0，而低溫熱源并無變化，相當于一臺從單一熱源吸熱而作功的循環(huán)發(fā)動機。所以，違反克勞修斯說法必然違反開爾文說法。如圖2所示，若開爾文說法不成立，則可以從單一熱源吸熱并將之全部轉化為機械能，將這樣一臺熱機與一臺逆向循環(huán)的可逆熱機即可逆制冷機聯(lián)合運行，熱機輸出功全部輸入制冷機制冷，綜合兩機的情況，可以發(fā)現(xiàn)，它們從低溫熱源凈吸取了熱量，而向高溫熱源凈放出了熱量，且未消耗外功，從而也違反了克勞修斯說法。四．（同20.東北大學熱能工程專業(yè)96級學位進修入學試題）5.熱能系92級《工程熱力學》期中試題一．回答下列問題，要求寫出分析判斷的過程：１溫度高的物體比溫度低的物體含有較多的熱能，這種說法對嗎？２膨脹功、流動功、軸功和技術功有何差別？有何聯(lián)系？試用p-v圖和公式說明之。一.3題圖３如右圖，試填充表中空白。過程熱量Q(kJ)膨脹功W(kJ)1a2102b1–7–41c28一.4題圖４今有任意兩過程a-b、a-c，b、c兩點在同一條定熵線上，如圖所示。試問Δuab與Δuac哪個大？再設b、c在同一條定溫線上結果又如何？二．下列說法是否正確？1功量可以轉換成熱量，但熱量不可能轉換成功量。2自發(fā)過程是不可逆的，但非自發(fā)過程是可逆的。3從任何具有一定溫度的熱源取熱，都能進行熱變功的循環(huán)。4系統(tǒng)熵減小的過程無法進行。5系統(tǒng)熵增大的過程必然是不可逆過程。6系統(tǒng)熵不變的過程必然是絕熱過程。7系統(tǒng)熵增大的過程一般是吸熱過程，可以是放熱過程嗎？8系統(tǒng)熵減少的過程一般是放熱過程，可以是吸熱過程嗎？9不可逆循環(huán)過程中，工質的熵＞0。10在相同的初、終態(tài)之間進行不可逆過程與可逆過程，則不可逆過程中工質熵的變化大于可逆過程中工質熵的變化。11在相同的初、終態(tài)之間進行不可逆過程與可逆過程，則兩個過程中，工質與外界之間傳遞的熱量不相等。12循環(huán)熱效率越大，則循環(huán)的凈功越多；反之，循環(huán)的凈功越多，則循環(huán)的熱效率也越大。答案：一．問答題1．不對。物質所含有的熱能的多少，既與溫度有關，更與物質的量有關。溫度的高低并不能決定物質所含有的熱能的多少。2．如右圖所示，膨脹功w是系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中由于體積變化所做出的全部功，即過程的功；pb1a20cdv一（2）題圖流動功pv是工質在流動過程中受后續(xù)工質推動而具有的功（作者的觀點是：工質在一定壓力pb1a20cdv一（2）題圖軸功wi是通過機械裝置傳遞到系統(tǒng)外的機械能，即軸上輸出的功；技術功wt是系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中所做出的全部功（膨脹功）中，技術上可資利用的部分。w=(pv)+c2+gz+wi=(pv)+wt，wt=c2+gz+wi圖中，面積12dc1是膨脹功w，面積12ab1是技術功wt，流動功(pv)=p2v2-p1v1，相當于面積2d0a2與面積1c0b1之差。軸功在pv圖上不能表示。3．過程熱量Q(kJ)膨脹功W(kJ)1a210132b1–7–41c2584．由于定溫線比定熵線平緩，可知Tb>Tc，所以Δuab>Δuac。若b、c在同一條定溫線上，則Δuab=Δuac。二．判斷題1錯誤；2錯誤；3錯誤；4錯誤；5錯誤；6錯誤；7可以；8不行；9錯誤；10錯誤；11是的；12錯誤。6.93級分校熱能工程專業(yè)工程熱力學試題（A）一.填空（每空0.5分，共8分）：⒈確定一個簡單可壓縮系統(tǒng)的狀態(tài)的獨立變量（狀態(tài)參數(shù)）有＿＿個。⒉在研究任何熱力問題時，根據研究的目的，選取某一個或幾個指定實體作為分析研究的對象。這個被選定的對象稱為＿＿＿＿＿＿，簡稱＿＿＿＿，而＿＿＿以外的所有其它實體統(tǒng)稱為＿＿＿＿。⒊描述系統(tǒng)狀態(tài)變化途徑的方程稱為＿＿＿＿＿＿＿＿。⒋范德瓦爾方程是對＿＿＿＿＿＿＿＿進行修正得到的，用于描述＿＿＿＿＿性質的最簡單的＿＿＿＿＿＿＿。它包括＿＿項修正，一是考慮分子間相互吸引力使壓力減少了＿＿＿＿，另一是考慮分子本身占據一定體積，使分子自由活動空間減少＿＿＿＿。⒌當p=0.006112bar,t=0.01℃時，水處于＿＿＿＿＿狀態(tài)；當p=221.20bar,t=374.15℃時，水處于＿＿＿＿＿狀態(tài)。⒍在兩個不同溫度的＿＿＿＿＿＿之間工作的所有熱機，沒有任何熱機的＿＿＿＿比＿＿＿＿熱機的＿＿＿＿更高。二.基本知識（每題4分，共32分）：１.理想氣體是一種實際上不存在的假想氣體，它作了哪些假設？什么條件下，實際氣體可看成理想氣體？２.在p-v圖和T-s圖上如何判斷過程線1-2的q、Δu、Δh、w的正負？３.同一種工質的兩條可逆絕熱過程線在狀態(tài)參數(shù)坐標圖上可以相交嗎？為什么？４.試分別寫出熱力學第一定律的第一解析式、第二解析式和穩(wěn)定流動能量方程式,并比較它們之間有什么聯(lián)系？⒌一絕熱封閉系統(tǒng)內充滿不可壓縮流體，若想提高其內能（熱力學能），該怎么辦？若想單獨提高其焓，又該怎么辦？⒍假如進入漸縮噴管的氣流有一定的不可忽略的速度，噴管出口外的壓力又足夠低，出口截面的壓力與進口截面壓力之比值是否等于臨界壓力比？出口速度是否等于當?shù)匾羲伲竣吩嚫鶕z氏溫度與華氏溫度的關系，求這兩個溫標數(shù)值相等的溫度值。⒏如果由于應用氣缸冷卻水套以及其它冷卻方法,氣體在壓氣機氣缸中已經能夠按定溫過程壓縮,這時是否還需要采用分級壓縮?三.計算題（每題20分，共60分）：１.過臨界點的定溫線的一、二階導數(shù)均連續(xù)且等于0。已知水的臨界點參數(shù)為：pc＝221.297bar，tc＝374.15℃，vc＝0.00326m3/kg。試求其范得瓦爾方程(p+a/v2)(v-b)＝RT中的常數(shù)a和b。２.一個水蒸汽的理想循環(huán)，汽輪機的有關參數(shù)為p1＝3.43MPa，t1＝435℃，p2＝0.005MPa，不計水在泵中的焓升。求：①朗肯循環(huán)的熱效率；②和朗肯循環(huán)初終溫度相同的卡諾循環(huán)的熱效率；③朗肯循環(huán)的平均吸熱溫度。已知：p=3.43MPa，t=435℃時，h=3305.038kJ/kg，s=6.970332kJ/(kgK)；p=0.005MPa時，ts=32.9℃,h'=137.8199kJ/kg，s'=0.4766404kJ/(kgK)，h"=2561.592kJ/kg，s"=8.395967kJ/(kgK)。３.某熱機工質的平均吸熱溫度為T1=1600K，平均放熱溫度T2=300K；而提供熱量的燃氣熱源其溫度為TH=1800K，而冷源為大氣環(huán)境，其溫度為T0=280K,每循環(huán)工質吸熱量為Q1=200kJ，試問：①．由燃氣熱源取出Q1＝200kJ中所具有的可用能是多少？②．該熱機的熱效率及每個循環(huán)的放熱量Q2和循環(huán)功W0各是多少？③．取燃氣熱源、熱機、和環(huán)境冷源為孤立系,其中有哪些不可逆過程?每個不可逆過程中的熵產和作功能力損失各為多少?④．孤立系的總熵增及總作功能力損失為多少?答案：一．填空：⒈2；⒉熱力系統(tǒng)，系統(tǒng)，系統(tǒng)，外界；⒊過程方程；⒋理想氣體狀態(tài)方程，實際氣體，狀態(tài)方程，兩，，b；⒌三相共存，臨界；6．恒溫熱源，熱效率，可逆熱機（卡諾熱機），熱效率（與前一個“熱效率”算一個答案）。二．基本知識1．所謂理想氣體，是一種假想的實際上不存在的氣體，假定其分子是一些彈性的、不占體積的質點，分子間無相互作用力。當壓力趨近于零時，實際氣體成為理想氣體。2．vTsv,n→∞p,n=0p,n=0vTsv,n→∞p,n=0p,n=0T,n=1T,n=1s,n=ks,n=kv,n→∞AA沿定容線進行的過程，不作膨脹功。指向定容線左側的過程，dv<0，工質被壓縮，并接受外功；指向定容線右側的過程，dv>0，工質膨脹，對外作功。沿定壓線進行的過程，不作技術功。指向定壓線上方的過程，dp>0，工質壓力升高，作負的技術功（接受外界的技術功）；指向定壓線下方的過程，dp<0，工質壓力下降，對外作技術功。沿定溫線進行的過程，內能（熱力學能）與焓的變化為零。指向定溫線上方的過程，dT>0，工質內能（熱力學能）和焓增加；指向定溫線下方的過程，dT<0，工質內能（熱力學能）和焓減少。沿定熵線進行的過程，即可逆絕熱過程，傳熱量為零。指向定熵線左側的過程，ds<0，dq<0，工質向外傳熱；指向定熵線右側的過程，ds>0，dq>0，工質從外界吸熱。3．不可以。如果可以的話，以該兩條相交的絕熱過程線和與它們都相交的另一條過程線（如定溫、定壓、定容等等）共同組成一個熱力循環(huán)，該循環(huán)只有一個過程發(fā)生傳熱，顯然違反熱力學第二定律的開爾文-普朗克說法，進一步研究可以發(fā)現(xiàn)它還違反熱力學第一定律。因此同一種工質的兩條可逆絕熱過程線在狀態(tài)參數(shù)坐標圖上不可以相交。q=q=u+wq=u+(pv)+c2+gz+wiq=h+wt5．q=u+w，q=0，dw=pdv=o，所以內能（熱力學能）無法提高。q=h+wt，q=0，dwt=-vdp，只要提高壓力p，就可以提高不可壓縮流體的焓。6．如果進入漸縮噴管的氣流有一定的不可忽略的速度，噴管出口外的壓力又足夠低，出口截面的壓力與進口截面壓力之比值將高于臨界壓力比。出口速度仍然等于當?shù)匾羲佟?．因為tce=(tf–32)，所以9tce=5tf–160由于數(shù)值上tce=tf，可以計算得tce=–40℃,tf=–40℉。8．需要。因為分級壓縮還可以減少余隙容積的影響。三．計算題1．(見12.東北大學材料與冶金工程學院熱能工程系1996級《工程熱力學》期末試題B卷)2．h1=3305.038kJ/kg，∵s1=6.970kJ/(kgK),∴s2=6.970kJ/(kgK)x2==0.8199∴h2=h’(1-x2)+h”x2=137.82(1-0.8199)+2561.590.8199=2125.07kJ/kgh3=137.82kJ/kgt==37.26%3．解：①．ExH=Q1＝200=168.89kJ②．循環(huán)熱效率t==1-300/1600=0.8125循環(huán)功W0=tQ1=0.8125200=162.5kJ放熱量Q2=Q1-W0=200-162.5=37.5kJ③．有兩個不可逆過程：熱機從高溫熱源不可逆吸熱和熱機向環(huán)境（低溫熱源）放熱。兩者的熵產和作功能力損失分別為SH1==0.01389kJ/KLH1=T0SH1=2800.01389=3.89kJS20==0.008929kJ/KLH1=T0SH1=2800.008929=2.5kJ④．孤立系的總熵增S=SH1+S20=0.01389+0.008929=0.022819kJ總作功能力損失L=LH1+L20=3.89+2.5=6.39kJ7.93級分校熱能工程專業(yè)熱力學試題(B)一.選擇：（每小題一分，僅選擇一個答案，共10分）1.水在臨界溫度下的汽化潛熱是（）。①0kJ/kg；②539.15kcal/kg；③2257.31kJ/kg；④539.15kJ/kg2.T=()h是（）。①壓縮系數(shù)；②溫度系數(shù)；③焦耳-湯姆遜系數(shù)；④膨脹系數(shù)；⑤制冷系數(shù)3.一個氣球在陽光下被曬熱，里面的空氣進行的經歷吸熱、壓力升高和膨脹的過程，其過程指數(shù)為（）①1<n<k；②0<n<1；③-∞<n<0；④k<n<∞4.壓氣機按（）過程壓縮空氣耗功少。①絕熱過程；②定壓過程；③定溫過程；④多變過程5.下面各式中，（）是閉口系統(tǒng)普遍適用的熱力學第一定律數(shù)學表達式的微分形式。①dq=du+dw；②dq=du+pdv；③dq=cvdT+pdv；④dq=dh-vdp6.下列參數(shù)中（）不是狀態(tài)參數(shù)。①熵；②定壓比熱；③焓；④熱量中的可用能7.水的三相點溫度是（）。①0℃；②100℃；③374.15℃；④0.01℃8.下列的（）又稱為相圖。①p-v圖；②p-T圖；③T-s圖；④h-s圖9.當漸縮漸擴噴管前后壓力數(shù)值為（）時，噴管出口氣體的流速最大。①200bar，50bar；②50bar，20bar；③20bar，10bar；④10bar，1bar10.典型的不可逆因素不包括（）。①摩擦；②溫差傳熱；③等熵絕熱壓縮；④絕熱節(jié)流二.回答下列問題：（每題7分，共35分）1.某封閉熱力系統(tǒng)經歷一熵增的可逆過程，則該熱力系統(tǒng)能否再經歷一絕熱過程回復原態(tài)？若開始時進行的是熵減的可逆過程呢？2.一桶河水（約25kg）與一杯開水（約0.5kg）相比，所具有的熱能誰多？能的可用性誰大？3.試將從干飽和蒸汽開始壓縮的蒸汽壓縮式制冷循環(huán)12341定性地畫在帶有飽和曲線的T-s圖上。4.熱力學概率與數(shù)學概率有何不同?熱力學概率相同，數(shù)學概率一定相同嗎？請寫出熵的吉布斯定義，并簡要說明式中各項符號的意義。5.簡要說明多級壓縮中間冷卻的目的。三.計算：（15分）某熱機工質以280K的大氣為低溫熱源，放熱溫度300K；以1800K的燃氣為高溫熱源，吸熱溫度為1600K，每循環(huán)工質吸熱200kJ，試問：①．由高溫熱源取出的熱量Q1＝200kJ中所具有的可用能是多少？②．熱機在循環(huán)中實際完成的功、放出的熱及熱效率是多少？③．計算孤立系統(tǒng)內各不可逆過程中的熵增及作功能力損失；④．計算孤立系統(tǒng)的熵增及作功能力總損失。四.計算：（25分）國產20萬千瓦汽輪發(fā)電機組的新蒸汽參數(shù)為13.24MPa，535℃，排汽參數(shù)為5200Pa，再熱參數(shù)為2.16MPa，535℃。試求再熱循環(huán)的循環(huán)熱效率ηt。已知：13.24MPa，535℃時，h=3427.53kJ/kg，s=6.548kJ/(kgK)13.24MPa，33.93℃時，h=154.01kJ/kg，s=0.486kJ/(kgK)2.16MPa，535℃時，h=3542.83kJ/kg，s=7.493kJ/(kgK)2.16MPa，259.8℃時，h=2921.08kJ/kg，s=6.548kJ/(kgK)5200Pa時，t=33.6℃，h'=140.72kJ/kg，s'=0.486kJ/(kgK)，h"=2562.85kJ/kg，s"=8.382kJ/(kgK)五.計算：（15分）某一高壓容器中裝有某種未知的氣體，可能是N2，He或者CO2。今在25℃時從容器中取出一些樣品，將它從0.5m3絕熱可逆地膨脹到0.6m3，其溫度降低到4℃，試問此氣體名稱是什么？（假定容器中氣體為理想氣體，比熱為定值）答案：一．1①；2③；3③；4③；5①；6④；7④；8②；9④；10③。二．1封閉熱力系統(tǒng)經歷一熵增的可逆過程，則該熱力系統(tǒng)不能再經歷一絕熱過程回復原態(tài)，因為絕熱過程的熵不可能減少，只能保持不變（可逆過程）或增加（不可逆過程）。若開始時進行的是熵減的可逆過程，則該熱力系統(tǒng)可以再經歷一絕熱過程回復原態(tài)。TsTs蒸汽壓縮制冷循環(huán)21433．蒸汽壓縮制冷循環(huán)如右圖所示。4．粒子系統(tǒng)微觀狀態(tài)的熱力學概率等于其數(shù)學概率與微觀狀態(tài)總數(shù)之積。熱力學概率相同，數(shù)學概率不一定相同。熵的吉布斯定義：S=-kpi是系統(tǒng)各個量子態(tài)的概率。k是波爾茲曼常數(shù)，k=1.3810-23J/K。5．作用有兩個：一是可以使壓縮過程接近等溫，減少壓縮機耗功；二是可以減輕余隙容積的影響。三．（同6.93級分校熱能工程專業(yè)工程熱力學試題（A）試題三（3））四．（同19.1995年熱能工程研究生入學《工程熱力學》試題四）五．可逆絕熱過程中，所以k=+1=1.4，可以判定氣體的分子為雙原子分子。顯然是N2。8.東北大學遼寧分校93級熱能工程專業(yè)《工程熱力學》畢業(yè)補考試題問答題：過熱蒸汽區(qū)為何沒有標明等干度線？濕蒸汽區(qū)為何沒有標明等溫線？在以空氣為工質的某過程中，加入工質的熱量有一半轉換為功，過程的多變指數(shù)n應為多少？高壓容器中的熱水進入低壓容器中以后，有一部分變?yōu)樗魵?，試解釋這一現(xiàn)象產生的原因。膨脹功、推動功（流動功）、軸功（內部功）和技術功有何差別？有何聯(lián)系？順流換熱與逆流換熱相比，哪個不可逆損失大？哪個不可逆損失小？卡諾定理的內容是什么？有人說，氫可以燃燒，氧可以助燃，因此由氫和氧組成的水通過添加某種催化劑就可以燃燒，從而能夠得到大量的能源。你以為如何?對于簡單可壓縮系統(tǒng)可用兩個狀態(tài)參數(shù)來確定其狀態(tài)，為什么理想氣體的內能（熱力學能）和焓只決定于溫度，一個溫度參數(shù)就可以決定一個狀態(tài)嗎？我們一般用兩個狀態(tài)參數(shù)確定一個狀態(tài)，為什么對于水一定的壓力就可以確定一個飽和溫度？這不矛盾嗎？當p=150bar，t=500℃時，h=3309kJ/kg；當p=30bar，t=500℃時，h=3454.9kJ/kg。比較前兩個問題，有什么不同嗎？當p=150bar，t=500℃的水蒸氣節(jié)流到30bar時，它的溫度將怎樣變化？當p=150bar，t=500℃的理想氣體節(jié)流到30bar時，它的溫度將怎樣變化？從同樣的狀態(tài)出發(fā)進行壓縮，過程分別為等溫和等熵的兩個壓氣機輸出的同樣壓力的氣體的溫度哪個高？飽和濕空氣中的水蒸氣處于什么狀態(tài)？未飽和濕空氣中的水蒸氣處于什么狀態(tài)？范德瓦爾方程是什么樣子的？換熱系數(shù)、傳熱系數(shù)、導熱系數(shù)、比熱、定壓比熱、定容比熱、絕熱指數(shù)，誰是狀態(tài)參數(shù)？理想氣體是理想流體嗎？多變過程代表所有的熱力過程嗎？飽和狀態(tài)下露點溫度、干球溫度、濕球溫度哪個大？未飽和狀態(tài)下呢？在諸多的新能源開發(fā)技術中，有一項海洋熱能利用技術。它是否違反熱力學第二定律？為什么？請畫出水蒸氣h-s圖的基本結構。p2pvk=const.p2pvk=const.314v五題圖請給出正常工作的噴管出口速度的計算式。某循環(huán)由兩個定容過程和兩個絕熱過程所組成。循環(huán)中的空氣量為1kg（按定比熱容計算），如下圖所示。狀態(tài)點1的參數(shù)是t1=127℃、v1＝0.45m3/kg；狀態(tài)點2的溫度為是t2=550℃；狀態(tài)點3的比容為v3=3v1?？諝獾亩刂笖?shù)k=1.4。求：定容過程1-2中加給空氣的熱量；狀態(tài)1和狀態(tài)3間的內能（熱力學能）變化；定容放熱過程3-4中空氣放出的熱量；絕熱壓縮過程4-1中外界對空氣所做的功。答案一.問答題等干度線表示濕蒸氣（汽水混合物）中水蒸氣的含量（比例），過熱蒸氣區(qū)全部都是蒸氣，沒有水，這個區(qū)域干度都是1；濕蒸氣區(qū)壓力與溫度存在飽和蒸氣壓力-溫度關系，等壓線就是等溫線。q=u+w，加入工質的熱量有一半轉換為功，w=(T1–T2)=u=cvT=-(T1–T2)，n=2-k=2-1.4=0.6水的飽和溫度與壓力有關，壓力越高，飽和溫度越高。當高壓熱水進入低壓容器時，由于壓力下降，對應的飽和溫度也下降，如果飽和溫度下降到低于熱水的溫度，那么熱水就要降溫，保持與飽和溫度一致，一部分水立即蒸發(fā)，以吸收多余的熱量，這個過程稱為閃蒸。四者的聯(lián)系由下式表示：w=(pv)＋wt=(pv)＋c＋gz＋ws工質在狀態(tài)變化中對外做出膨脹功，膨脹功的一部分用來推動功的變化，另一部分用來傳到外界成為人們可以利用的功––––技術功。技術功的一部分用來補充工質動能的增加，另一部分用來補充勢能的增加。順流換熱與逆流換熱相比，哪個不可逆損失大？哪個不可逆損失?。咳绻磳?shù)平均溫差來考慮，似乎溫差越大，不可逆損失越大。準確地應從高溫流體放熱熵減和低溫流體吸熱熵增來計算，由于逆流換熱時低溫流體常?？梢垣@得更高的出口溫度，所以有可能是逆流換熱的不可逆損失小。在兩個恒溫熱源之間運行的所有熱機中，可逆熱機的熱效率最高。和/或，所有可逆熱機的熱效率都相等，等于卡諾循環(huán)的熱效率；所有不可逆熱機的熱效率均低于卡諾熱機的熱效率。不可能。水分子由氫、氧兩種元素組成，要破壞水分子的分子鍵，必須給予一定的能量。根據熱力學第一定律（蓋斯定律），分解水分子所需的能量，與氫、氧結合放出的能量相等。再考慮到轉換、變化過程中的損失，所以不可能利用這種方法得到任何能量。一個溫度參數(shù)不可以決定一個狀態(tài)。由于理想氣體的分子間沒有作用力和分子的大小，所以分子間沒有勢能，分子的間隙大小（宏觀上是比體積）也對分子運動的動能沒有影響，溫度作為分子運動的動能一種量度，使得理想氣體的內能（熱力學能）僅僅包括溫度一個變量，另外因為h=u+pv=u+RT（對于理想氣體），所以理想氣體的焓也僅與溫度有關，此時溫度、內能（熱力學能）、焓之間不再是獨立變量。水的飽和參數(shù)在狀態(tài)坐標圖上是一條線，在線上確定一點僅需一個參數(shù)。（指明水的飽和狀態(tài)實際上已經提供了一個條件，所以也可以認為還是兩個條件確定一個狀態(tài)）。當p=150bar，t=500℃時，h=3309kJ/kg；當p=30bar，t=500℃時，h=3454.9kJ/kg。比較前兩個問題，有什么不同嗎？很明顯，對于水，同樣溫度壓力不同，焓值也不同，水不是理想氣體；非飽和狀態(tài)下，一個狀態(tài)參數(shù)無法確定一個狀態(tài)。當p=150bar，t=500℃的水蒸氣節(jié)流到30bar時，它的焓有所增加，溫度將相應增加。當p=150bar，t=500℃的理想氣體節(jié)流到30bar時，它的溫度不會變化。等熵過程的排氣溫度高。飽和濕空氣中的水蒸氣處于飽和狀態(tài)。未飽和濕空氣中的水蒸氣處于過熱狀態(tài)。范德瓦爾方程為，a、b稱為范德瓦爾常數(shù)。導熱系數(shù)、定壓比熱、定容比熱、絕熱指數(shù)是狀態(tài)參數(shù)。理想流體是指無粘性的流體，與理想氣體沒有什么關系。否。飽和狀態(tài)下，干球溫度=濕球溫度=露點溫度。未飽和狀態(tài)下，干球溫度>濕球溫度>露點溫度。水蒸氣的h-s水蒸氣的h-s圖二.水蒸氣的h-s圖。（注：只需畫出各條圖線，標明符號即可，不必標出數(shù)據。）三.假定中間壓力為p3，那么消耗的壓縮功為Wc=Wt,13s+Wt,3T2=+=若p3=，則Wc=四.c2=五.cv=0.717kJ/(kgK)，R=0.287kJ/(kgK)，cp=1.004kJ/(kgK)1.q12=cv(t2-t1)=0.717(550-127)kJ/kg2.T3=T2=(550+273.15)(1/3)1.4-1=530.43Ku1-3=cv(T3-T1)=0.717(530.43-(127+273.15))=93.413kJ/kg3.T4=T1=(127+273.15)(1/3)1.4-1=257.85Kq34=cv(T4-T3)=0.717(257.85-530.43)=-195.44kJ/kg4.w41=-u=cv(T4-T1)=0.717(257.85-400.15)=-102.03kJ/kg9.東北大學九五熱能《工程熱力學》期末考試試題（1998.1.14，采101）一．回答下列問題（每小題3分，共60分）TT1p243一[4、5]題圖冰箱冷凍室中是否含有水蒸氣？為什么？定溫壓縮氣體與定熵（可逆絕熱）壓縮氣體相比，誰更省功？對于未飽和濕空氣，請標出（在右圖中）濕球溫度、干球溫度、空氣溫度和露點溫度。右圖是濕空氣的狀態(tài)坐標圖嗎？卡諾定理的內容是什么？指出下列各式的適用范圍：dq=du+dw,dq=du+pdv,dq=cvdT+dw,dq=cvdT+pdv有人說，非自發(fā)過程可以通過消耗功來實現(xiàn)，如制冷。這種非自發(fā)過程可以看成是由自發(fā)過程構成的。請分析制冷是由哪些自發(fā)過程構成的。什么是準平衡過程？什么是卡諾循環(huán)？什么是回熱循環(huán)？什么是三相點？什么是一維氣體流動的臨界點？什么是孤立系統(tǒng)？什么是范德瓦爾常數(shù)？證明：在T-S圖上理想氣體的任意兩條定壓線之間的水平距離相等。寫出邁耶公式。壓氣機為什么采用多級壓縮和中間冷卻？某企業(yè)開發(fā)出一種柴油發(fā)電機，每小時消耗1kg發(fā)熱量為42000kJ/kg的柴油，可提供10kW的電力。你對此發(fā)電機如何評價？O2、CO2、N2的氣體常數(shù)是多少？二．計算題（25分）國產N300-16.67/535/535型汽輪發(fā)電機組新蒸汽參數(shù)為16.67MPa，535℃，排汽參數(shù)為4900Pa，再熱參數(shù)為3.84MPa、535℃。試求再熱循環(huán)的循環(huán)熱效率t。已知：16.67MPa，535℃時，h=3388.86kJ/kg，s=6.4048kJ/(kgK)16.67MPa，32.95℃時，h=153.042kJ/kg，s=0.4717kJ/(kgK)3.84MPa，535℃時，h=3526.07kJ/kg，s=7.2118kJ/(kgK)3.84MPa，302.92℃時，h=2975.72kJ/kg，s=6.4048kJ/(kgK)4900Pa時，t=32.53℃，h’=136.30kJ/kg，s’=0.4717kJ/(kgK)h”=2560.95kJ/kg，s”=8.4032kJ/(kgK)三．計算題（15分）W=250kJ1600kJ熱機W=250kJ1600kJ熱機400K300K200K(三題圖)①另兩熱源的傳熱量，并確定傳熱方向；②熱機與熱源系統(tǒng)的總熵變量。（提示：可將此熱機看成兩個熱機的復合。）答案：一．回答下列問題理想氣體與實際氣體有兩點不同，即理想氣體的兩條假設，一為理想氣體的分子是一些彈性的、不占體積的質點，二為理想氣體的分子之間除了完全彈性碰撞以外無任何相互作用。有。在水的三相點溫度以下，氣態(tài)可以與固態(tài)共存，達到平衡，此時氣態(tài)分壓力極小。定溫壓縮。(1)，干球溫度、空氣溫度；(2)，濕球溫度；(3)，露點溫度不是。可以給出濕空氣的相對濕度等，但無法反映含濕量、濕空氣的焓等參數(shù)。不能完全作為狀態(tài)坐標圖使用。在兩個恒溫熱源之間運行的所有熱機中，可逆熱機的熱效率最高。和/或，所有可逆熱機的熱效率都相等，等于卡諾循環(huán)的熱效率；所有不可逆熱機的熱效率均低于卡諾熱機的熱效率。dq=du+dw,適用于任何工質、任意過程；dq=du+pdv,適用于任何工質、可逆過程；dq=cvdT+dw,適用于理想氣體、任意過程；dq=cvdT+pdv適用于理想氣體、可逆過程。構成制冷的自發(fā)過程：a）冷凍室內熱量向更低溫度的蒸發(fā)器管內制冷劑傳遞，使制冷劑蒸發(fā)汽化。b）制冷劑蒸汽被吸入壓縮機（蒸發(fā)器壓力比壓縮機吸氣壓力高）。c）制冷劑蒸汽被壓縮，壓力升高，同時溫度也升高。d）制冷劑蒸汽流進壓力稍低的冷凝器。e）制冷劑蒸汽向溫度較低的環(huán)境冷凝放熱。f）制冷劑通過節(jié)流閥流進壓力低的蒸發(fā)器完成循環(huán)。壓縮機由電機驅動，電機的扭矩比壓縮機大，而電機的扭矩是由電流流過電機繞組產生的。熱力系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)出發(fā)，連續(xù)經過一系列（無窮多個）平衡的中間狀態(tài)，過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程。一（10）題圖卡諾循環(huán)由兩個定溫過程和兩個絕熱過程組成，且均為可逆過程。如圖所示，工作于高溫熱源T1和低溫熱源T2之間的卡諾循環(huán)abcda中，過程a–b為可逆定溫吸熱膨脹過程，過程b–c為可逆絕熱膨脹過程，過程c–d為可逆定溫放熱過程，過程d–a為可逆絕熱壓縮過程。一（10）題圖回熱是利用膨脹作功末段（或完了）的乏氣剩余熱量加熱壓縮過程出口的低溫工質稱為回熱，一般用來降低平均放熱溫度，提高平均吸熱溫度以達到提高循環(huán)熱效率的目的。物質的三相共存狀態(tài)在p-T圖上呈現(xiàn)為一個點，以基本狀態(tài)參數(shù)看，三相的壓力和溫度都相同，各有獨立的比體積（比容積）。該狀態(tài)點稱為三相點。一維氣體流動過程中，當氣體可逆膨脹到當?shù)貕毫εc滯止（或答“進口”也可以）壓力的比值達到臨界壓力比（對于雙原子氣體，為0.546）時，氣體流速達到音速，氣體流通截面積也達到最小，是為一維氣體流動的臨界點。和外界既無能量交換又無物質交換的熱力學系統(tǒng)．孤立系統(tǒng)的一切相互作用都發(fā)生在系統(tǒng)內部。范德瓦爾方程中的常數(shù)a、b稱為范德瓦爾常數(shù)，與R類似，決定于工質的性質。Tp1p2abcds一（16）題圖證明：T-s圖上理想氣體的任意兩條定壓線之間的水平距離是Tp1p2abcds一（16）題圖sab=–Rln和scd=–Rln可以得出結論：在T-s圖上理想氣體的任意兩條定壓線之間的水平距離相等。cp–cv=R（見1.東北工學院《工程熱力學》期末考試試題（84熱能及市熱能班））每小時發(fā)電量，N=103600=36000kJ每小時耗熱量，Q=42000kJ該發(fā)電機熱效率，=N/Q=36000/42000=0.8571，效率過高。受材料等方面制約，柴油機最高效率目前不會超過50%，目前技術條件下不可能實現(xiàn)80%以上的循環(huán)熱效率。RO2==259.8J/(kgK)；RCO2==188.97J/(kgK)；RN2==296.95J/(kgK)。二．計算題t=h1=3388.86kJ/kgh2=2975.72kJ/kgh3=3526.07kJ/kgx4==0.8498h4=x4(h4"-h4')+h4'=0.8498(2560.95-136.30)+136.30=2196.74kJ/kgh5=h4'=136.30kJ/kgh6=153.042kJ/kgt==0.4558%三．計算題解法一：假定一個可逆熱機工作在400K和300K兩個熱源之間，可算出該熱機效率為=0.25，從高溫熱源吸熱1600kJ，可作功W12=cQ1=0.251600=400kJ。裝置對外輸出功250kJ，所以還有400-250=150kJ的功被裝置自身消耗，其唯一的可能就是從低溫熱源吸熱，向中溫熱源放熱。于是相當于有一個逆向可逆循環(huán)工作于300K和200K兩個熱源之間，該逆向循環(huán)的制冷系數(shù)為c==2，制冷量Q3=cW23=2150=300kJ，方向：熱源3放熱。Q2=Q3+W23+Q1–W12=300+150+1600–400=1650kJ，方向：熱源2吸熱?？赡鏌釞C熵增為零；熱源1熵增，S1==–4kJ/K；熱源2熵增，S2==5.5kJ/K；熱源3熵增，S3==–1.5kJ/K。系統(tǒng)總熵增：S=S1+S2+S3=–4+5.5–1.5=0kJ/K解法二：由于循環(huán)可逆，故孤立系統(tǒng)熵增為零。即S=0kJ/K所以：S=S1+S2+S3==0kJ/K對于熱機的熱平衡：–Q1–Q2–Q3=1600–Q2–Q3=W=250kJ兩式聯(lián)立，得：Q2=1650kJ>0吸熱Q3=–300kJ<0放熱10.東北大學九五熱能《工程熱力學》期末考試試題（1998.1.14采101，B卷。后用于補考：2月22日10時10分，機213，11人）一．回答下列問題（每小題3分，共60分）什么是可逆過程？熱力學第一定律第一解析式、第二解析式和穩(wěn)定流動能量方程三者之間有什么關系？pv功是工質的固有的一種性質嗎？軸功是系統(tǒng)對外界所做的全部功嗎？理想氣體的定義是什么？寫出定壓過程的過程方程，基本狀態(tài)參數(shù)之間的關系以及內能（熱力學能）、焓、熵、熱量和各種功的計算公式。在T-s圖上，定壓過程和定容過程誰更陡一些？氫氣球向高空升起的過程中，其過程指數(shù)大致為多少？寫出熱力學第二定律的克勞修斯說法。寫出熱力學第二定律的開爾文說法。寫出卡諾定理。什么是熵產？寫出范德瓦爾方程。證明：在T-s圖上理想氣體的任意兩條定容線之間的水平距離相等。音速與氣溫有什么關系？CO，CH4，H2的氣體常數(shù)是多少？在水的三相點（溫度）以下，水能否以氣態(tài)形式存在？能否以液態(tài)形式存在？什么是水的飽和狀態(tài)？什么是空氣的飽和狀態(tài)？什么是水的臨界點？什么是一維氣體流動的臨界點？什么是循環(huán)？循環(huán)有什么用？二．計算題（25分）某再熱機組新蒸汽參數(shù)為17MPa，540℃，排汽參數(shù)為5000Pa，再熱參數(shù)為4.0MPa、540℃。試求再熱循環(huán)熱效率t。已知：17MPa，540℃時，h=3399.1kJ/kg，s=6.4090kJ/(kgK)17MPa，33.21℃時，h=151.7kJ/kg，s=0.4762kJ/(kgK)4.0MPa，540℃時，h=3526.5kJ/kg，s=7.0938kJ/(kgK)4.0MPa，341℃時，h=3045.2kJ/kg，s=6.4090kJ/(kgK)5000Pa時，t=32.90℃，h’=137.77kJ/kg，s’=0.4762kJ/(kgK)h”=2561.2kJ/kg，s”=8.3952kJ/(kgK)三．計算題（15分）p31dq=0T=定值2vp31dq=0T=定值2v三題圖求初態(tài)壓力p1=？；在T-s圖上畫出該循環(huán)；求熱效率t。答案：一．回答下列問題可逆過程是這樣一種過程：若在可逆過程完成之后，使工質沿原來路徑逆向變化回復至原來狀態(tài)，則系統(tǒng)與外界也完全回復到原來的狀態(tài)，不留下任何痕跡。熱力學第一定律第一解析式q=熱力學第一定律第一解析式q=u+w穩(wěn)定流動能量方程q=u+(pv)+c2+gz+wi熱力學第一定律第二解析式q=h+wt是的。是由于工質在一定壓力下占有一定體積而造成的。不是。軸功是系統(tǒng)所作功中由機械裝置傳到系統(tǒng)外的那一部分。所謂理想氣體，是一種假想的實際上不存在的氣體，其分子是一些彈性的、不占體積的質點，分子間無相互作用力。定壓過程方程式：p=常數(shù)，或dp=0。（基本）狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律和不同狀態(tài)下參數(shù)之間的關系：p=p1=p2由pv=RT，得：=常數(shù)，或v=∴，或能量參數(shù)的變化：（1）過程功（膨脹功）：w=（2）技術功：wt=–=0（3）內能：u=cv(T2–T1)（4）焓：h=cp(T2–T1)（5）傳熱量：q=cp(T2–T1)比熱的定義q=h+wt=cp(T2–T1)熱力學第一定律第二表達式（6）熵：s=cpln–Rln=cpln在T–s圖上，由，得：。曲線的斜率隨T的增加而增加，且永遠大于○，該曲線是一段指數(shù)曲線。但由于，即定壓線沒有定容線那么陡。-<n<0。熱不可能自發(fā)地、不付代價地、從低溫物體傳到高溫物體。不可能制造出從單一熱源吸熱，使之全部轉化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動機。（第二類永動機是不可能制造成功的。）在相同溫度的高溫熱源和相同溫度的低溫熱源之間工作的一切循環(huán)中，沒有任何循環(huán)的熱效率比可逆循環(huán)的熱效率更高。這個定理包含兩層意思（有的書寫做兩個推論），第一層意思是在相同溫度的高溫熱源和相同溫度的低溫熱源之間工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與可逆循環(huán)的種類無關，與采用哪一種工質也無關。第二層意思是在相同溫度的高溫熱源和相同溫度的低溫熱源之間工作的一切不可逆循環(huán)的熱效率必小于可逆循環(huán)的熱效率。不可逆因素使得一部分機械能耗散為熱能，用dqL表示這些由機械能耗散成的熱能，dsg=，稱為熵產，代表由于系統(tǒng)內部不可逆損失而引起的熵的產生（產生，generation）。，其中a、b稱為范德瓦爾常數(shù)，與R類似，決定于工質的性質。證明：T-s圖上理想氣體的任意兩條定壓線之間的水平距離是sab和scd。ab和cd均是等溫過程，于是Tv1v2abcds一（14）題圖sab=Rln和Tv1v2abcds一（14）題圖可以得出結論：在T-s圖上理想氣體的任意兩條定容線之間的水平距離相等。音速與氣體的狀態(tài)等有關,總是狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)，對于理想氣體音速只與氣體熱力學溫度有關。a=RCO==296.95J/(kgK)；RCH4==519.6J/(kgK)；RH2==4157.25/(kgK)；一（17）題圖三相點一（17）題圖三相點臨界點pT固液汽×當水處于一定的壓力和對應的飽和溫度下時，水吸收熱量升高溫度（的能力）達到飽和，繼續(xù)吸熱將不再升高溫度，而是將水汽化成為水蒸氣，水的飽和狀態(tài)由此得名。實際空氣是含有水蒸氣的濕空氣。在濕空氣中不斷添加水蒸氣，空氣溫度變化極小，而水蒸氣的分壓力不斷上升，對應的水蒸氣飽和溫度也不斷提高，水蒸氣的狀態(tài)由過熱逐漸向飽和靠近。當水蒸氣的飽和溫度達到空氣的溫度時，水蒸氣達到水蒸氣的飽和狀態(tài)，此時空氣中就不能再添加水蒸氣了，即使添加也會凝結成水流出來，所以說空氣吸