工程热力学知识点.docx

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1、工程热力学温习知识点一、知识点大体概念的明白得和应用（约占40%）,大体原理的应用和热力学分析能力的考 核（约占60%）。1. 大体概念把握和明白得：热力学系统（包括热力系，边界，工质的概念。热力系的分类： 开口系，闭口系，孤立系统）。把握和明白得：状态及平稳状态，实现平稳状态的充要条件。状态参数及其特性。 制冷循环和热泵循环的概念区别。明白得并会简单计算：系统的能量，热量和功（与热力学两个定律结合）。2. 热力学第必然律把握和明白得：热力学第必然律的实质。明白得并会应用大体公式计算：热力学第必然律的大体表达式。闭口系能量方 程。热力学第必然律应用于开口热力系的一样表达式。稳态稳流的能量方程。

2、明白得并把握：焓、技术功及几种功的关系（包括体积转变功、流动功、轴功、 技术功）。3. 热力学第二定律把握和明白得：可逆进程与不可逆进程（包括可逆进程的热量和功的计算）。把握和明白得：热力学第二定律及其表述（克劳修斯表述，开尔文表述等）。卡诺循环和卡诺定理。把握和明白得：熵（熵参数的引入，克劳修斯不等式，熵的状态参数特性）。明白得并会分析：熵产原理与孤立系熵增原理，和它们的数学表达式。热力系的熵方程（闭口系熵方程，开口系熵方程）。温-熵图的分析及应用。得并会计:学会应用热力学第二定律各类数学表达式来判定热力进程的不可逆性。4. 理想气体的热力性质熟悉和了解：理想气体模型。明白得并把握：理想气体

3、状态方程及通用气体常数。理想气体的比热。明白得并会计算：理想气体的内能、焓、熵及其计算。理想气体可逆进程中， 定容进程，定压进程，定温进程和定熵进程的进程特点，进程功，技术功和热量计 算。5. 实际气体及蒸气的热力性质及流动问题明白得并把握：蒸汽的热力性质（包括有关蒸汽的各类术语及其意义。例如： 汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸汽、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化 潜热等）。蒸汽的定压发生进程（包括其在p-v和T-s图上的一点、二线、三区和 五态）。明白得并把握：绝热节流的现象及特点6. 蒸汽动力循环明白得计算：蒸气动力装置流程、朗肯循环热力计算及其效率分析。能够在T-S 图上表示出进程，

4、提高蒸汽动力装置循环热效率的各类途径（包括改变初蒸汽参数 和降低背压、再热和回热循环）。7. 制冷与热泵循环明白得、把握并会计算：空气紧缩制冷循环，蒸汽紧缩制冷循环的热力计算及 制冷系数分析。能够在T-S图上表示出进程，提高制冷系数和热泵系数的途径，分 析热泵循环和制冷循环的区别和联系。二、典型题解概念题：一、过热蒸汽的温度是不是必然很高？未饱和水的温度是不是必然很低？答：过热蒸汽、未饱和水是如此概念的，当蒸汽的温度高于其压力对应的饱和温度 时称作过热蒸汽，其压力下t ts ；当温度低于其压力对应的饱和温度t 0等号适用于可逆进程，成于号适用于不可逆进程。说明孤立系统的熵转变只取决于 系统内各

5、进程的不可逆程度。注意：若是涉及环境温度，由于环境是一个专门大的热源，不管它吸收或放出多少热量，都以为环境温度是不变的。11、讨论使热由低温热源传向高温热源的进程可否实现？解】取高温热源和低温热源为孤立系统，如图a所示，其总 炳变为两个热源嫡变的代数和。设低温热源放热灯，其 燔变可按可逆过程计算，即高温热源吸痣近，其墙变为蜃温整滇丁| ,(a)孤立系统炳变为泌讷=路+然】=时亍-歹)。根据墙增原理,该过和不能自发进行。21二、以下说法正确的在括号内划“寸，不正确划“x，。(X)定质量系统必然是闭口系统。(X)闭口系统不作膨胀功的进程必是等容进程。()理想气体任何进程的内能变量总以u=J： Cv

6、dT进行计算。(V) dh= c dT只适用于理想气体、任何进程。(X)闭口系统发生放热进程，系统的熵必减少。(X)明白了温度和压力两个参数值，就能够够确信水蒸气的状态。(X) 一切可逆机的热效率均相等。(X)熵增可用来气宇进程的不可逆性，因此熵增加的进程必是不可逆进程，(V)某理想气体经历了一个内能不变的热力进程，那么该进程中工质的焓变也为零。(X)容器中气体的压力没有转变，那么安装在容器上的压力表读数也不变。(乂)水蒸气的定温进程中，能知足q = w的关系式。(V)在临界点上，饱和液体的焓必然等于干饱和蒸汽的焓。(X)只要存在不可逆性就有熵产，故工质完成一个不可逆热力循环，其熵变必大(J)

7、理想气体在T s图上，其定温线确实是定焓线。(X)绝热进程必为定熵进程。(X)公式q = Au + w仅适用于闭口热力系统。(/ )闭口绝热系统的熵不可能减少。(乂)一切不可逆热机的热效率总比可逆热机的小。(/)在一刚性容器中，理想气体绝热自由膨胀后，其温度不变。(X)在简单朗肯循环的基础上采纳再热的方式必然能提高循环热效率。(X)制冷系数永久大于1,而制热系数能够大于1也能够小于1。(X)供热量必然，用电炉取暖与用热泵式空调取暖耗电量一样多。(X)从饱和液体状态汽化成饱和蒸汽状态，因为汽化进程温度未变，因此焓的转 变量。(X)假设容器中气体的绝对压力维持不变，压力表上的读数就可不能改变。(X

8、)湿饱和蒸汽的焓等于饱和水的焓加上干度乘以汽化进程中饱和水变成干饱蒸 汽所吸收的热量。(X)理想气体经历一可逆定温进程，由于温度不变，那么工质不可能与外界互换 热量13、在绝热良好的房间内，有一台设备完好的冰箱在工作，在酷热的夏天打开冰箱， 人会感到凉爽，问室内温度是不是会愈来愈低？请用热力学原理加以说明。答：一开始，人会感到凉爽，这是由于房间内空气中的内能传递到冰箱内，而现在冰箱输入功率转化的热小于空气进入冰箱的内热能，故空气温度降低，人感到凉爽。随着时刻的进行，冰箱输入功率转化的热愈来愈多地进入房间空气中，空气的温 度慢慢上升。如此，房间内的温度可不能愈来愈低。14(1)、一热力学进程,其

9、w= Pdv时，那么此进程是(A )A.C.(2)、不可逆进程.B任意进程.可逆进程.D.定压进程.关于某理想气体，当温度转变时(Cp-Cv)是(B )的.A.转变B.不转变C.不能确信(3) 、在两个恒温热源间工作的热机A、B均进行可逆循环,A机的工质为理想气体,B机是水蒸汽，那么热效率 nA 和 nB( a)a.相等b. nAnBc. nAnBd.不能确信.(4) 、在闭口绝热系中进行的一切进程，必然使系统的熵(D )A增大.B减少.C.不变D.不能确信B.电炉取暖合理.D.不能确信.)B. Q+A U-W=0D. Q-A U-W=0.是两个彼此独立的状态参数。(CB.温度与焓D.热力学能

10、与焓(5) 、在房间内温度与环境温度必然的条件下，冬季用热泵取暖和用电炉取暖相较,从热力学观点看(A ) A热泵取暖合理.C二者成效一样.(6) 、闭口系能量方程为(DA. Q+A U+W=0C. Q-A U+W=0(7) 、理想气体的A.温度与热力学能C温度与熵(8) 、已知一理想气体可逆进程中,w=w,此进程的特性为(B )A.定压B.定温C定容D.绝热(9) 、可逆绝热稳固流动进程中，气流焓的转变与压力转变的关系为(A. dh=-vdpB.dh=vdpC.dh=pdvD.dh=pdv(10) 、水蒸汽动力循环的以下设备中,作功损失最大的设备是(AA锅炉B汽轮机C,凝汽器D水泵(11) 外

11、界(或)环境的概念是指(D )。A系统边界之外的一切物体B与系统发生热交换的热源C与系统发生功交换的功源D系统边界之外与系统发生联系的一切物体)。(12) 系统平稳时的广延性参数(广延量)的特点是(D其值的大小与质量多少无关不具有可加性整个系统的广延量与局部的广延量一样ABCD与质量多少有关，具有可加性(13) 理想气体多变指数n0 , AU0 , W0 B Q0 , AU0C Q0 , AU0D Q0 , W0(14)卡诺定理说明：所有工作于两个不同恒温热源之间的一切热机的热效率(B )。A 都相等，可以采用任何循环B 不 相 等， 以 可逆 热 机 的 热 效率 为最高C均相等，仅仅取决于

12、热源和冷源的温度D 不相等，与所采用的工质有关系。(15) 压力为4 bar的气体流入1bar的环境中，为使其在喷管中充分膨胀，宜采纳(D )。A渐缩喷管B渐扩喷管C直管D缩放喷管(16) 个橡皮气球在太阳下被照晒，气球在吸热进程中膨胀，气球内的压力正比于气球的容积。那么气球 内的气体进行的是(B )A定压过程B多变过程C定温过程D定容过程S = C(17)熵变计算式ln + R lnT1V2_V1只适用于(D)。A 一切工质的可逆过程B 切工质的不可逆过程C 理想气体的可逆过程 D 理想气体的一切过程(18) 析一个有工质流入与流出的研究对象，将热力系统选为(D )。A闭口系统；B开口系统；

13、C孤立系统；D A，B，C都可以。(19) 热力系的贮存能包括(A )。A内部贮存能与外部贮存能B热力学能与动能C内动能与内位能D热力学能与宏观势能(20) 工质熵的增加，意味着工质的(D )。(A) Q0(B) QV 0(C) Q = 0(D)不必然(21)贮有空气的绝热刚性密闭容器中，按装有电加热丝通电后，如取空气为系统，那么进程中的能量关系有( C )A Q0 , AU0 , W0C Q0 , AU0 , W=0B Q=0 , AU0 , W0 )中，流速(D )。A等于喉部临界流速；B等于本地音速；C小于本地音速；D大于本地音速。(24) 孤立系统能够明白得为(C )。A闭口的绝热系统

14、所组成；B 开口的绝热系统所组成；C系统连同相互作用的外界所组成；D A，B，C，均是(25) 采纳蒸汽再热循环的目的在于(C )。(A )降低乏汽干度，提高汽轮机稳固性；(B )提高平均放热温度，提高循环热效率(C )提高乏汽干度，提高循环热效率；(D )提高乏汽干度，降低循环不可逆性15、请说明何谓孤立系统熵增原理，该原理在热力学分析中有什么用途？答：关于孤立系熵方程dS = dS = dS而熵产dSg老是非负的即dSg0或ds 0,称为孤立系的熵增原理。孤立系统内部进行的一切实际进程都是朝着熵增加的方 向进行，极限情形维持不变。任何使孤立系统熵减小的进程都是不可能实现的。判 定进程进行的

15、方向与条件.16、请别离回答热力学中所谓的第一类永动机与第二类永动机的物理意义。答：不消耗任何能量而源源不断做功的机械为第一永动机;从单一热源吸热，使之全 数转化为功而不留下其他任何转变的热力发动机为第二永动机。17、理想气体熵变的计算式是由可逆进程导出的，它是不是可用于计算不可逆进程 初、终态的熵变？什么缘故？答：能够,只和初末状态有关系，熵为状态参数.18、刚性绝热容器中间用隔板分为两部份，A中存有高压氮气，B中维持真空。假 设将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何转变？答：抽取隔板，以容器中的氮气为热力系，在刚性绝热容器中，氮气和外界既无物 质的互换也无能量的互换，有热力学第必然律知：

16、q = & +巧，q=0, w=0,因此，隔 板抽取前后Au =0.19、气体吸热后温度必然升高吗？液体吸热后温度必然升高吗？并给出理由。答：气体吸热后，温度不必然升高，由q= Au+w，假设吸热的同时对外界做功，而且 |w|q|,现在，那么热力学能降低即Au 0,现在的气体温度反而会降低。液体吸热后， 温度也不必然升高，比如水在饱和状态下，吸热时可维持温度不变。20、热力系的总熵是不是能够减小？什么缘故？答：能够减小。因为热力系总熵的增量为熵流和熵产之和，当热力系向外界放热时， 熵流为负值（即便热力学的总熵减小），当熵流的绝对值大于熵产，热力系总熵的 增量为负值，那么热力系的总熵将是减小的。

17、21、决定朗肯循环热效率的参数有哪些？它们如何阻碍热效率？答：在相同初压和背压下，提高新蒸汽的初温可使朗肯循环热效率增大；增加了 循环高温段温度，使循环温差增大，因此提高了热效率。1）在相同的初温和背压下，提高初压也可使朗肯循环热效率增大；循环的平均 温差加的缘故2）在相同的初温、初压下，降低背压可使朗肯循环热效率增大，这是由于增大 了循环温差的缘故。22、分析卡诺循环热效率公式，可取得哪些重要结论？答：三点结论：a只决定于TT2提高T1，降低T2可提高门。b n c*ic 当二=T2 时 nc=023、如何用热力学知识描述水的饱和状态？答：在必然的温度下，容器内的水蒸气压力总会自动稳固在一个

18、数值上，现在进入 水界面和离开水界面的分子数相等，水蒸气和液态水处于动态平稳状态，即饱和状 态。饱和状态下的液态水称为饱和水；饱和状态下的水蒸气称为饱和水蒸气；饱和 蒸汽的压力称为饱和压力；与此相对应的温度称为饱和温度。24、卡诺循环是理想循环，什么缘故蒸汽动力循环利用了水蒸汽在两相区等压等温 的特点，而不采纳卡诺循环？答：采纳卡诺循环必需要求工质实现定温加热和放热，可是难以实现。而水蒸气两 相区却可知足定温加热和放热。而现在也是定压进程。因此实际蒸汽循环不采纳卡 诺循环。计算分析题1.某蒸汽紧缩制冷进程，制冷剂在250K吸收热量QL，在3 0 0 K放出热量-QH,紧缩 和膨胀进程是绝热的，

19、向制冷机输入的功为可，判定以下问题的性质。（A可逆的B 不 可 逆 的C 不 可 能 的）(1). QL =2000kJ Ws=400kJ门250 5 乏=缝=5(A )可逆 300 - 250W，400门=门可逆该制冷进程是可逆的.QL=1000kJQH=-1500kJ门=250= 5 n= Q =Ql=1000= 2(B )可逆 300 - 250W， -Qh - Ql 1500 -1000门门可逆该制冷进程是不可逆的(3). Ws=100kJQH=-700kJ门250 $ = 土兰=70空=6(C )可逆 300 - 250W，W，1。门不可逆该制冷进程是不可能的T2.某蒸汽动力循环操作

20、条件如下:冷凝器出来的饱和水，由泵从0.035Mpa加压至1.5Mpa进入锅炉，蒸汽离开锅炉时被过热器加热至280C。求：(1)上述循环的最高效率。(2)在锅炉和冷凝器的压力的饱和温度之间运行的卡诺循环的效率，和离开锅炉的过热蒸汽温度和冷凝器饱和温度之间运行的卡诺循环的效率。(3)假设透平机是不可逆绝热操作，其焓是可逆进程的80%。求现在的循环效率。解： (1)各状态点的热力学性质，可由附录水蒸汽表查得H 6 = 303.46K八 kg-1H1 - H6 =j p VdP = V(p - P) =1.0245 X10-3 x (1.5- 0.035) x106 =1.5kJ - kg-1 P2

21、H 1 = 303.46 +1.汨. kg-1 (由于液体压力增加其焓增加很少，能够近似气=气)H4 = 2992.7KJ . kg-1%=6.8381kJ - kg-1 - K-1该循环透平机进行绝热可逆操作，增压泵也进行绝热可逆操作时效率最高。S5 = S4 = 6.8381，由 0035Mpa，查得气相，Sg=7.753kJ - kg -1. K 一1(查饱和蒸汽性质表)液相，气=0.9852矿kg-1.K一(查饱和水性质表内插)气相含量为XS3 = x x S + (1 - x)= x x 7.7153 + (1 - x) x 0.9852 = 6.8381 x = 0.87H5 =

22、x - H + (1-x) H = 0.87 x 2631.4 + (1-0.87) x 303.46 = 2328.77kJ - kg-1HlH = * 一 E = 0.247H4 -气2992.7 - 303.96冷凝器压力0035Mpa，饱和温度为72.69C ；锅炉压力1.5Mpa，饱和温度为198.32C。卡诺循环运行在此两温度之间，卡诺循环效率门=1高低=198.32 一 72.69 = 0.267卡 匚 198.32 + 273高假设卡诺循环运行在实际的二个温度之间，其效率为门=低=280 72.69 = 0.375卡 T 280 + 273高(3)不可逆进程的焓差为080(H2

23、-H3)，而吸收的热仍为H -H，因此效率L 庭H-HH5)如80x0247 =。.198413. 某紧缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为-25C，冷却器中的压力为1.0MPa，假定氨进入紧缩机时为饱和蒸汽，而离开冷凝器时为饱和液体，每小时制冷量Q0为1.67x105 kJh-i。求:(1)所需的氨流率；(2)制冷系数。解：通过 NH3的 P-H 图可查到各状态点焓值。依照题意，氨进入紧缩机为饱和状态1,离开冷凝器为饱和状态3。氨在蒸发器中的进程即41H=1430KJkg-iH2=1710KJkg-i1.67 x 1051430 320=150.5Rg - h -1氨在冷凝器中的

24、进程即23, H3=H4=320KJkg-1G =乌=-0 氨流率q0 H 1 - H 4制冷系数亦写=HL = 1430 一 320 = M = 3.96W H H1710 1430 280注：求解此类题目：关键在于第一确信各进程状态点的位置，然后在P-H图或T-S图上查到相应的焓（或温度、压力）值，进行计算。4.某紧缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为一25C，冷凝器内的压力为1180kPa，假定氨进入压气机时为饱和蒸气，而离开冷凝器时是饱和液体，若是每小时的制冷量为167000kJ，求所需的氨流率；制冷系数。解：此氨制冷循环示于右图所示T-S图上。查的 T-S 图，得 H1=

25、1648kJ/kg，H2=1958kJ/kgH3=H4=565kJ/kg那么单位质量制冷剂的制冷量为，q0=H1-H4=1648-565=1083(kJ/kg)所需的氨流率为G=Q 1670000 =q01083=154.2kg/h(2)制冷系数为% -%_1083= W0 H2H 1958 -1648 =3.49五、容器被分隔成AB两室，如图1-4所示，已知本地大气压pb = 0.1013MPa, 气 压表2读为pe2 = 0.04MPa，气压表1的读数pe1 = 0.294MPa，求气压表3的读数(用MPa表示)。解：pA = pb+ pe1 = 0.1013MPa + 0.294MPa

26、= 0.3953MPaPa = pb + pe2pB = pA - pe2 = 0.39153MPa - 0.04MPa = 03553MPape3 = pB- pb = 0.3553MPa - 0.1013MPa = 0.254MPa6、如下图的气缸，其内充以空气。气缸截面积A=100cm2,活塞距底面高度H=10cm。 活塞及其上重物的总重量 G1=195kg。本地的大气压力p0=771mmHg，环境温度 t0=27C。假设当气缸内气体与外界处于热力平稳时，把活塞重物取去100kg，活塞 将突然上升，最后从头达到热力平稳。假定活塞和气缸壁之间无摩擦，气体能够通 过气缸壁和外界充分换热，试求

27、活塞上升的距离和空气对外作的功及与环境的换热 量O解：(1)确定空气的初始状态参数- +-(771 -133.3211 I 195蛇1, K)h - in m-2.941 . Pa- A . H -100 - 10 4 nr - 10 - 10 2 m 10Tl =273 + 27 = 300K(2)确定取去重物后、空气的终止状态参数由于活塞无摩擦，又能充分与外界进行热交换故当重新达到热 力平衡时，气缸内的压力和温度应与外界的压力和温度相等。蝴有W 300KS = p： + - =771 ：133.32)如 4-一 ： 9.S07m;sAKJU - io4m=1 .(jo .1(肉由理想气体状

28、态方程犬缶成电了及可得-1(3)活塞上升距离71 =(厂,-=(1.5 】沪-1.0 .】()t)HL)-5 10 m - 5 cm(4)对外作功量二外插 二1.96 k IF & x (I1 M _ | (广)奇二9幻(5)求与外界交换的熬量由热力学第一定律：Q= A t + W由-t1=t2-故 u1=u2 * 贝nQ csj讨论二过程是不可逆过程计算式；厂=*广 不能用本题用 外界参教计算功:是-种特例。2系统对外作功奖L但用于提升重物的仅是-部分. 另-部分是用于克服大气压力所作的功.7、一容积为015m3的储气罐，内装氧气，其初态压力p1=0.55MPa，温度t1=38C。假设对氧气

29、加热，其温度、压力都升高。储气罐上装有压力操纵阀，当压力超过0.7MPa时，阀门便自动打开，放走部份氧气，即储气罐中维持的最大压力为0.7MPa。问当罐中温度为2850，对罐内氧气共加入了多少热量？设氧气的比热容为定值,cv=0.657kJ/(kg-K). cp=0917kJ/(kgK)。解：这 题目包括了两个过程，一是由被定容加热 到队=Q.7MP* 一是由肌=Q.7MPa被定压加热到内=N7MPa, 6285V.由于，当pp2=0 7MPa时，阀门不会打开因而储气罐中的气体质量不 变，有储气撬总容积不变，则比体积为定伯。而当pMpfLTMP我后，阀 口开启,氧气会随着热量的加入不断跑出，以

30、便维持堆中最大压力 0.7MPa不变.因而此过程又是一个质量不断变化的定压过程.(1 )1 一 2为定容过程根据定容过程状态参数之间的变化规律，有已u.k该过程吸热量为0=叩=段旅7；)-一叩. o&7x J (ka 心 W 3 】I K) 31 1K./二： inJ =、，6 s：4kJ(2)2-3过程中质量随时在变,因此先列出其微元变化的吸热量凑 me： cl T - c -履妇()“= 0,4x(0.6-0.4)+y-(0.62 -0.42) + 0,lx().s-0.6)xl06 = 1.5xl0j1二、空气在压气机中被紧缩。紧缩前空气的参数为 P1= 0.2MPa，v1 = 0.84

31、5m3 /kg ；紧缩后的参数为 P2 = 0.8MPa，v2 = 0.175m3 /kg。设在紧缩进程中每千克空气的热力学能增加146.5kJ，同时向外放出热量 50kJ。压气机每分钟产生紧缩空气10kg。求：(1)紧缩进程中对每千克空气作的功；(2)每生产1kg紧缩空气所需的功(技术功)；(3)带动此压气机所用电动机的功率。解闭n系能量方程q 二M + w,巾已为I条件：q = -50kJ/kg, Au = 146.5kJ/kg得 =?-Aw = -50kJ-46.5kJ=- 96.5ld/kg即压缩过程中压气机对每公斤气体作功196.SkJ(2)压气机是开II热力系，生产1kg空气需要的

32、是技术助仇由开口系能昴守恒式q 二 Ah -伯 吗=q-Ah = q M Mp*，= q- 顼pi, -/v )=-50kJ/kg -146,5kJ/kg- (0.8 xl03kPax 0.175m3/kg-OJxl 0s kPa x 0,845m3 / kg)二 252kJ/kg叩海生产1公斤压编空气.所稀技术功为252kLG)压气机每分钟生产床缩空气0炫，即U6kg/故带动压气机的电机功率为R = q：kg/s x252kJ/kg = 42kW13、朗肯循环中，冷凝压力为3kPa，水由水泵增压至6MPa后送入锅炉。锅炉出口蒸汽温度为600C, 4=3658.4 kJ / kg，汽轮机排汽比焓为h4= 2126 kJ / kg ,凝结水比焓=101 kJ / kg。在忽略泵耗功的情形 下，试求：(1) 求朗肯循环的热效率。(2) 若是在上述朗肯循环的基础上采纳回热，在系统中利用开式(混合式)给水加热器，用于加热给水的 蒸汽比焓为h5 = 2859 kJ / kg，状态点6的焓值为604kJ/kg，试求回热循环的热效率，并与无回热时的热效率 进行比较；