工程热力学期末复习题

湖南大学2010年秋季工程热力学期末复习题

一、判断题（正确的画+， 错误的画—）

(1) 实际蒸汽动力装置与燃气轮装置，采用回热后平均加热温度与热效率均提高。（ ） (2) 封闭系统中发生吸热过程系统熵必增加。（ ） (3) 通用气体常数与气体种类无关。（ ）

(4) 热力系统没有通过外界交换能量，系统的热力状态也可能发生变化。（ ）

(5) 当已知封闭系统发生某个过程前后熵差的数值，就可以求出在过程中系统与外界交换热量。（ ） (6) 热力学第二定律可以表述为：机械能可以完全转化为热能，热能不能全部转化为机械能.( ) (7) 在 p-v 图上定温线的斜率比定熵线的斜率大。（ ） (8) 热力学恒等式 du=Tds-pdv与过程可逆与否无关。（ ） (9) 理想气体的定摩尔比热与压力无关。（ ）

(10) 气体从相同的初态压缩到相同的终压力，等温压缩过程功大于绝热压缩过程功，因此，压力机应注意保温，减少冷却，以减少压气机消耗的功.( )

(11) 对于确定的理想气体，在任意指定温度下，其（Cp-Cv）总等于同一定值。（ ） (12) 循环净功愈大，则循环的热效率愈高。（ ）

(13) 汽轮机对外输出的功在过程为可逆时等于流过汽轮机的气体的膨胀功。（ ） (14) 绝热节流后，流体的温度不是升高，就是降低。（ ）

(15) 在热泵循环中，室外低温环境中的热能被送至室内高温环境中， 因此，可用能增加了。（ ） (16) 实际气体绝热自由膨胀后，其热力学内能不变。（ ） (17) 式dh=cpdT对于任何可逆过程均成立。（ ） (18) 稳定流动能量方程不适用于有摩擦的情况。（ ）

(19) 当多变过程的指数 n 满足 1< n < k 比热容为负值。（ ） (20) 热源和冷源的温差愈大，热效率愈高，制冷系数也愈大。（ ） (21) 绝热过程一定是定熵过程。（ ）

(22) 水在大气中喷淋冷却时温度能降低到低于空气的温度。( ) (23) 提高初温和降低终态压力均可提高朗肯循环的热效率。( ) (24) 理想气体的绝热等温膨胀是可行的过程。( )

(25) 因为不可逆过程不可能在图上表示，所以不能计算过程的熵变量。( ) (26) 因可逆的绝热过程为定熵过程，因此定熵过程必然是绝热过程。（ ）

(27) 对任意循环，它的热效率可表示为ηt=1-q1/q2，其中，q1是工质从高温热源吸收的热量，q2是工质对低温热源放出的热量。（ ）

(28) 对于任意热力循环，其热效率ηt=1-T1/T2，其中，T1是低温热源温度，T2是高温热源温度。( ) (29) 用压力表可以直接读出绝对压力值。( ) (30) 工质膨胀的过程是对外做功的过程。( )

(31) 工质经历一个不可逆过程，它的熵不一定增大。( ) (32) 工质的温度升高必须吸热。( )

(33) 相同的终点和始点的两条途径，一为不可逆，一为可逆，那么不可逆的 必大于可逆的( ) (34) 绝热闭口系就是孤立系。( )

(35) 平衡状态是宏观性质不随时间变化的状态。( ) (36) 状态方程就是状态参数之间的关系。( )

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(37) 迈耶公式仅仅对定比热容的理想气体适用。( ) (38) 熵增加过程必定是不可逆过程。( ) (39) 不可逆循环的熵产总是大于零。( ) (40) 循环的净功总等于循环的净热量。( ) (41) 实际气体的压缩因子总不等于1.( ) (42) 供热系数总大于1。（ ）

(43) 孤立系熵增加，也就意味着做功能力损失。（ ） (44) 开口系能量方程，适用于任意过程。（ ）

(45) 理想气体任意两个状态参数确定之后，气体的状态就确定了。（ ） (46) 孤立系的热力状态不能发生变化。（ ） (47) 热力系统放热后，系统的熵一定减少。( )

(48) 设一系统的任一状态参数为X,则对任意的可逆或不可逆循环均满足?dx?0。（ ） (49) 若工质的状态维持不变，测量工质压力的压力表指示值不能改变。

(50) 某容器中气体的压力估计在30bar左右，现只有最大刻度为20bar的压力表面积，能测定容器中的压力。

(51) 容器内盛有一定状态的理想气体，如果将气体放出一部分后恢复了新的平衡状态，问放气前后两个平衡状态之间参数能否按状态方程式表示为下列形式： 1）

p1v1T1?p2v2T2p1V1T1p2V2T2； 2） ?

(52) 热力学第二定律的下列说法能否成立？ 1） 功量可以转换成热量，但热量不能转换成功量。 2） 自发过程是不可逆的，但非自发过程是可逆的。

3） 从任何具有一定温度的热源取热，都能进行热变功的循环。

(53) 两种气体在闭口系统中进行绝热混合，问混合后气体的U、H、S与混合前两种气体的U、H、S之和是否相等。两股气流在开口系统中进行绝热稳定流动下混合呢？ (54) 下列说法是否正确？

1） 系统熵增大的过程必然是不可逆过程。 2） 系统熵减小的过程无法进行。 3） 系统熵不变的过程必然是绝热过程。

4） 系统熵增大的过程必然是吸热过程，而可能是放热过程吗？ 5） 系统熵减小的过程必然是放热过程，可以是吸热过程吗？ 6） 不可逆循环的过程，工质的熵?ds?0。 (55) 任何没有体积变化的过程就一定不对外做功。 (56) 气体吸热后一定膨胀，内能一定增加。 (57) 气体膨胀时一定对外作功。 (58) 气体压缩时一定消耗外功。

(59) 理想气体的cp 和cv 都随温度而变化，那么它的差值cp-cv是否也随温度变化而变化，而比热比k=cp /cv 则又如何？

(60) 有没有400℃的水？

(61) 有没有0℃或温度为负摄氏度的水蒸气？

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(62) 若压力为250bar，水蒸气的汽化过程是否还存在？

二、思考题

1 将满足下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上（工质为空气） 1） 工质又升压、又升温、又放热； 2） 工质又膨胀，又降温、又放热；

3） n=1.6的膨胀过程，并判别热量、功量和内能变化的符号？ 4） n=1.3的压缩过程，并判别热量、功量和内能变化的符号？

2 今有任意两过程a—b、a—c，b、c两点在同一条定熵线上，试问：?Uab和?Uac哪个大？ 再设b、c两点在同一条定温线上，结果又如何？

3 下列三种状态的空气，哪一种状态的熵最大？哪一种状态的熵最小？ 1） 200℃ 10bar 2) 100℃ 20bar 3） 100℃ 10bar

三、选择题

(1) 工质进行了一个吸热，升温，压力下降的多变过程，则多变指数n：( ) A. 0k。 (2) 确定湿蒸汽状态的条件是：（ ）

A.压力与温度； B.压力或温度； C.压力与比容； D.温度或比容

(3) 一定量的理想气体经历一个不可逆过程，对外做功15KJ，放热5KJ，则气体温度变化为：（ ） A.升高； B.降低. C不变 (4) 可逆压缩时压气机的耗功为：（ ） A.

22?pdv； B. ?1d(pv)； C. ??1vdp。

(5) 理想气体流过阀门，前后参数变化为：（ ）

A.?T?0,?s?0; B.?s?0,?T?0; C.?T?0,?s?0； D.?s?0,?T?0。 (6) q?cvdT?pdv适用于（ ）。

A.仅闭系，可逆过程； B.仅稳流系，理想气体；

C.仅闭系，理想气体，可逆过程； D.闭系或稳流系，理想气体，可逆过程。 (7) 设想制造这样一种装置，在完成一个循环期间和吸收100KJ功的同时，可以向单一热源放出100KJ 的热,则这种装置( )。

A. 违反热力学第一定律，不违反热力学第二定律； B. 违反热力学第二定律，不违反热力学第一定律； C. 两个定律都违反； D. 两个定律都不违反。

(8) 一个系统经过两个不同的过程，一个是可逆过程，另一个是不可逆过程，从同一初态A到达同一终态B，若?S1和?S2分别表示不可逆过程和可逆过程的系统熵变，则：（ ）

3

A. ?S1??S2 B. ?S1??S2 C. ?S1??S2 D. 无法判断

(9) 一个热力学系统， 经过一不可逆过程，由初态变化到终态，根据热力学第二定律，系统的熵变是：（ ）

A. ?s>=0; B.?s<=0; C.?s=0; D.不能判定 (10) 理想气体可逆过程的δw：( )

A.与过程有关； B.与过程无关，是一个状态参数的全微分； C.不一定与过程有关，要视具体情况。

（11）准静态过程中，系统经过的所有状态都接近于（ ）

A.相邻的状态； B.初状态； C. 平衡状态； D.低能级状态 (12) 对于理想气体，下列参数中（ ）不是温度的单值函数。 A 内能 B 焓 C 比热 D 熵。

（13）在靠近热带地区海面上海水温度是 25℃ ，以它为高温热源，同一地区500米以下深海处水温为5℃，将深海水引上来作为低温热源，则在这一温限内工作的循环热效率最大为（ ）。 A. 80% B. 20% C. 6.7% D. 93.3%

(14) 一股 1atm，20℃ 质量为1kg的空气流与另一股 9atm，20℃ 质量为 1kg 的空气流混合， 混合后的空气流最大压力为( )。

A. 5atm B. 10atm C. 3atm D. 9atm.

(15) 有限质量的三个相同物体，比热为定值，温度分别为 300K，300K，100K，如果无外来的热和功，通过热机或者制冷机工作，可将其中任一物体温度升高而达到的最高温度为（ ）。 A. 350K B. 400K C. 450K D. 无法确定。

(16) 设空气的 cv0 =0.716kJ/(kg.K)，k =1.4。1kg 空气在多变过程中吸收 41.87kJ 热量时，将其容积增大 10 倍，压力降低 8 倍，则过程中空气对外所做的技术功是( )。

A. 8.16kJ/kg B. 33.77kJ/kg C. 30.49kJ/kg D. 41.93kJ/kg

(17) 一个渐缩喷管进口气流的温度为 300℃ 工质为空气，已知其出口流速是 350 m/s，则该流速下喷管的流量与喷管的最大流量之比是（ ）。

A. 0.528 B. 0.799 C. 0.894 D. 0952

(18) 组成物质的分子总处于不断地运动，它也存在一个停止运动的温度，这个温度是 。 A —273℃； B 273K； C 0K； D 273℃。 (19) 液体的汽化速率主要取决于 。

A 压力； B 温度； C 比容； D 容积。 (20) 状态方程式的一般形式是 。

A f?p,v??0；B f?p,v,T??0；C pV?RT；D p?v?b??RT。

四、计算题

1. 某储气筒内装有压缩空气，空气和大气保持相同温度。试问储气筒内压力最低为多少时，才能使在放

气打开时阀门附近出现结冰现象。设当时当地大气压p0=0.098MPa，大气温度为t0=25℃。 （0.13317MPa）

2. 把5kg温度为-10℃的冰放入室内，溶解后变成30℃的水，问其从室内吸收了多少热量？

3. 热力系统中用的一汽水分离器，容积为0.2m3。系统停止运行时将它的进出口阀门关闭，内存702kPa

（绝对压力）的饱和蒸汽。经过一夜冷却，温度降为50℃。问该分离器放出多少热量？内部存水多少千克？

已知部分饱和水和饱和蒸汽热力性质表如下：

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温度（℃） 压力(kPa) 50 170 12.335 702.02 比容（L/kg） 液体v/ 0.0010121 蒸汽v// 12.048 0.24259 比焓（kJ/kg） 液体h/ 209.26 蒸汽h// 2591.8 2777.1 4 若为使冷库内温度保持 —10℃ 不变，需从冷库内提出的热量为106 KJ/h，问该冷库所用制冷机的最

小功率应为多少?此时的放热量为多少?设环境温度为25℃。

5 有人声称设计了一整套热设备，可将65℃热水的20%变成100℃的高温水，其余的80%热水由于将热量传给温度为15℃的冷水，最终水温也降到15℃。你认为此种方案在热力学原理上能不能实现?为什么?如能实现，那么65℃热水变成100℃高温水的极限比率为多少?

6某热机工作在两个恒温热源（温度分别为960K和300K）之间，试根据下表所列三种循环中已知数据：

循环 a b 加热速率kJ/h 50000 50000 放热速率kJ/h 35000 输出功率kJ/h 35000 热效率 % c 50000 68.75 （1）补充表中的空白栏数据

（2）判断a、b、c三种循环在热机中那种是可逆的，那种是不可逆的，那种是不可能的？

7 在某绝热不可逆循环空气压缩制气过程中，气体的压力由p1=0.1MPa升高到p2=1.2MPa耗功35kW。设空气的定压质量比热Cp为常数，初温为20℃，气体流量为500kg/h。求：排放气体的温度和过程的当量绝热指数（多变绝热指数）。 (270.87℃，1.3314)

8 设有一热机置于大气压下的有限热容量的热源和冷源之间。热源为1000kg和90℃的水，冷源为50kg和—5℃的冰。

求：（1）热机最大做功量和最终温度分别为多少？ （28535.3635kJ，348.327K） （2）如果热源和冷源直接接触，最终温度为多少？ (81.813℃)

9 在一个封闭绝热刚体的园筒内，有一个绝热无摩擦可自由滑动的滑板。该滑板将圆筒分为A和B两个空间。设初始时A和B内的状态参数分别为：pA0=0.8MPa，PB0=0.2MPa，TA0=TB0=10℃，VB0＝2VA0，在B室中有一个弹 机构，弹性力F=1.5△X，△X为滑板位移变量，初始时位移变量为△X＝0，求该系统内状态参数的终态值。（圆筒内的气体为空气，绝热指数为K=1.4）??

10 某锅炉中的空气预热器，利用烟气的余热将空气加热。如烟气的温度由500℃降为300℃，而空气的温度由40℃升高到140℃。如烟气与空气的平均比热相同（即将烟气当作空气处理），取C pm = 1.01 kJ/(kg.K)。当环境温度t o =20℃，不考虑空气预热器的热损失，试求每通过1Kg烟气时，空气预热器（即控制容积系统）的作功能力损失。（74.7kJ）

11 压力为p1 =25bar，温度t1 =80℃的空气流进出口截面积A2 =10cm2的渐缩喷管，该喷管出口后的压力pb =15bar，求出口处空气的流速，出口处的音速和流量。

13由定温压缩过程、定压加热过程、定温膨胀过程及定压放热过程四个过程组成一个循环，且两定压过程通过回热器实现理想回热，则该循环称为艾利克松循环，试求该循环的热效率，并把循环表示在p-v图和T-s图上。

14 以一热机驱动热泵工作。已知热机的热效率为25%，每小时自高温热源吸热8000KJ，热泵的供暖系

数(COP)为6。若热机及热泵均向某建筑物室内放热，问该建筑物每小时可获得的供热是多少?画出该热机—热泵系统的工作示意图。

15 某绝热不可逆循环空气压缩制气过程中，气体的压力由p1=0.1MPa升高到p2=1.2MPa耗功35kW。设

空气的定压质量比热Cp为常数，初温为20℃，气体流量为500kg/h。求：排放气体的温度和过程的当量绝热指数（多变绝热指数）。 (270.87℃，1.3314)

16 0.1kg空气进行不可逆绝热压缩时，由p1=0.1MPa，T1=300K增加到p2=0.3MPa，不可逆绝热压缩消

耗的功是可逆绝热压缩所消耗功的1.1倍，求不可逆绝热压缩终了时的温度及熵的变化。

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（421.K，2.67J/K）

17 在一个封闭绝热刚体的圆筒内，有一个绝热无摩擦可自由滑动的滑板。该滑板将圆筒分为A和B两

个空间。设初始时A和B内的状态参数分别为：pA0=0.8MPa，PB0=0.2MPa，TA0=TB0=10℃，VB0＝2VA0，在B室中有一个弹 机构，弹性力F=1.5△X，△X为滑板位移变量，初始时位移变量为△X＝0，求该系统内状态参数的终态值。（圆筒内的气体为空气，绝热指数为K=1.4）

18 气缸内储有完全不可压缩的流体，气缸的一端被封闭，另一端是活塞，气缸是静止的，且与外界无热

交换。问：（1）活塞能否对流体做功？ （做功） （2）流体的压力会改变吗？（不改变）（3）若用某种方法把流体的压力从2bar提高到20bar，流体的内能是否变化？焓是否变化？（不变，变大） 21 一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，压力为500kPa，温度为25℃。充气开始时，罐内空气参数为50kPa，10℃。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。 22 温度t1=10℃的冷空气进入锅炉设备的空气预热器，用烟气放出来的热量对其加热，若已知1标准m3烟气放出245kJ的热量，空气预热器没有热损失，烟气每小时的流量按质量计算是空气的1.09倍，烟气的气体常数Rg=286.45J/(kg·K),并且不计空气在预热器中的压力损失，求空气在预热器中受热后达到的温度t2。

23有一个动力循环发动机，工作于热源TH=1000K和冷源TL=300K之间，循环过程为1-2-3-1，其中1-2为定压吸热过程，2-3为可逆绝热膨胀过程，3-1为定温放热过程。点1的参数是p1=0.1MPa，T1=300K，点2的参数是T2=1000K。如循环中工质为1kg空气，其cp=1.004kJ/(kg?K)，求循环热效率与净功。

24 某气缸中气体，首先经历一个不可逆过程，从温度600K的热源中吸取100kJ的热量，使其热力学能增加30kJ，然后再通过一个不可逆过程，使其气体恢复到初始状态，该过程中只有气体与600K热源发生热交换。已知热源经历上述两个过程后熵的变化量为0.026kJ/K，求： （1）第一个过程（不可逆）中气体对外所做的功；

（2）第二个过程（可逆）中气体与热源交换的热量，气体对外所做的功。

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