热工基础 课后题答案
二零一七年，秋
第一章 热力学第一定律
1-1用水银压力计测量容器中的压力，在水银柱上加一段水，若水柱高1020mm ，水银柱高900mm ，当时大气压力计上的度数为b 755mmHg p =。求容器中气体的压力。 解：查表可知：21mmH O=9.80665Pa 1mmHg=133.3224Pa 由题中条件可知
2H O Hg b
1020 mm 9.80665 Pa 900mm 133.3224Pa 755mm 133.3224Pa 230.651 KPa 0.231MPa
p p p p =++=?+?+?=≈容器 即容器中气体的压力为0.231MPa 。
1-2容器中的真空度为600mmHg v p =，气压计上的高度是b 755mmHg p =，求容器中气体的绝对压力（用Pa 表示）。如果容器中的绝对压力不变，而气压计上高度为
b 770mmHg p =，求此时真空表的度数（以mmHg 表示）.
解：因为
600mmHg=600mm 133.3224Pa=79993.4Pa v p =? b 755mmHg=755mm 133.3224Pa=100658.4Pa p =?
容器中气体的绝对压力为
b v 100658.479993.420665Pa p p p =-=-=
若以mmHg 表示真空度，则
20665
20665Pa=
mmHg 155mmHg 133.3224
p ==
则当气压计高度为b 770mmHg p =时，真空表的读数为
770mmHg 155mmHg 615mmHg v
b p p p '=-=-=
1-3用斜管压力计测量锅炉烟道气的真空度，管子倾斜角30α=?，压力计使用密度
3
0.8g/cm
ρ=的煤油，斜管中液柱长200mm l =，当地大气压力b 745mmHg p =。求烟气的真空度（mmHg ）及绝对压力。
解：压力计斜管中煤油产生的压力为
33sin 0.810kg /m 9.80.2m sin30=784Pa j p gl ρα==?????
当地大气压为
b 745mmHg=745mm 133.3224Pa/mm=99325.2Pa p =?
则烟气的绝对压力为
b j 99325.2Pa 784Pa 98541.2Pa p p p =-=-=
若压力计斜管中煤油产生的压力用mmH 2O 表示，则烟气的真空度为
22784
=784Pa=
mmH O=79.95mmH O 9.80665
j p
1-6气体初态为3110.3MPa, 0.2m p V ==，若在等压条件下缓慢可逆地膨胀到320.8m V =，求气体膨胀所做的功。
解：有条件可得气体膨胀所做的功为
()()2
1
3321d 0.3MPa 0.8m 0.2m 180kJ V V W p V p V V ==-=?-=?
1-71m 3空气，10.2MPa p =，在可逆定温膨胀后容积为原来的两倍。求：终压p 2和气体所做的功（空气可逆定温膨胀时pv =常数）。 解：由题意可知1122p v p v =,32122m v v == 因此有121
21
0.2MPa 0.1MPa 2
v p p v ==?= 在可逆定温膨胀过程中，设某一时刻的压力为p ，则有
22
1
1
36112111
d d ln 0.2MPa 1m ln 20.138610J v v v v p v v
w p v v p v v v ====??=???
1-8若系统在某一状态变化过程中满足 1.4pv =常数，试问该系统从初态
311600kPa, 0.3m p V ==膨胀到320.5m V =时，对外做膨胀功多少？
解：设某一时刻的压力为p ，则有
()2
2
11
1.4 1.40.40.5
11110.31.41.43
0.40.43d d 0.4
600kPa 0.3m 0.50.383.210J
0.4
v v v v p v p v w p v v v v ---===-?=?-=?-??
1-10气体在某一过程中吸收热量60J ，同时热力学能增加了34J ，问此过程是否压缩过程？气体对外做功多少？
解：根据热力学第一定律Q U W =?+，故有12121,2W Q U --=-? 由题意可知，1260J Q -= ,1,234J U ?=，因此
12121,260J 34J=26J W Q U --=-?=-
由于约定工质膨胀做功为正，接受外界压缩功为负，可知此过程为膨胀过程。
1-11在冬季，工厂某车间每一小时经过墙壁等处损失热量3000000kJ ，车间各工作机器消耗的动力为400kW ，假定其最终全部变成热能散发在车间内。另外，室内经常点着50盏100W 的电灯。问为使车间内温度保持不变，每小时需另外加入多少热量？
解：假设50盏电灯所耗能量最终全部变成热能散发在车间内，则每小时电灯产生的热能为
50100W 360018000kJ L L Q P T s ==??=
工作机器产生的热能：400kW 36001440000kJ m m Q P T s ==?= 将车间看做是闭口系，则有
=3000000kJ 18000kJ 1440000kJ 1542000kJ
L m
Q Q Q Q --=--=吸散
1-12水在101235Pa ，100℃下定压汽化，比体积由0.001m 3/kg 增加到1.763m 3/kg ，若汽化潜能为2250kJ/kg 。已知定压汽化过程汽化潜热即为焓差，试求1kg 水在定压汽化过程中的热力学能变化量。
解：由于水在定压汽化过程中温度保持不变，由焓的定义式可知
()()()21221121h h h u pv u pv u p v v γ?=-=+-+=?+-=
所以热力学能的变化量为
()
()21332250kJ/kg 101.235kPa 1.763m /kg 0.001m /kg 2071.6kJ
u p v v γ?=--=-?-=
1-13某定量工质经历了1-2-3-4-1循环，试填充下表所缺数据：
1-14质量为1275kg 的汽车在以60 000m/h 速度行驶时被刹车制动，速度降至20000 m/h ，假定刹车过程中0.5kg 的刹车带和4kg 钢刹车鼓均匀加热，但与外界没有传热，已知刹车带和钢刹车鼓的比热容分别是1.1kJ/（kg ?K ）和 0.46kJ/（kg ?K ），求刹车带和刹车鼓的温升。
解：汽车动能的损耗为
22
22211120000600001275157407.4J 2236003600k E m V V ?????=-=??-= ? ?????
由题意可知，汽车动能的损耗将全部转换为刹车带和刹车鼓的热力学能：
()1122k E U m c m c T ?=?=+?
所以有
()()
33
1122157407.4J
65.9K 0.5kg 1.110J/kg K 4kg 0.4610J/kg K k E T m c m c ??=
==+??+??
1-15以压缩空气为工作介质的小型高速汽轮机进气参数400kPa 、50℃，经绝热膨胀排出汽轮机时的参数为150kPa 、-30℃，问为产生100W 的功率所需的质量流量。已知空气的焓仅是温度的函数，h=c p T 。
解：由题意可知，进出空气的焓差即为汽轮机的功率
()()2112p P m h h mc T T =--=-
所以有
()()()121000.001245kg/s 1004J/kg K 50C 30C p P W
m c T T =
==-??--?????
1-16便携式吹风机以18m/s 吹出空气，流量为0.2kg/s ，若吹风机前后的空气压力和温度均
无显著变化，求吹风机的最小功率。已知空气的焓仅是温度的函数，h=c p T 。
解：由题意可知，吹风机前后的空气焓差、热力学能差为零，吹风机所做的功全部转换为空气的宏观动能，于是有每秒钟吹风机所做的功为
()()22221110.2kg 18m/s 032.4J/s 22
t f f w m c c ??=
-=??-=?? 即吹风机的最小功率为32.4W t P w ==
1-17空气在压气机中被压缩，压缩前空气的参数是：3110.1MPa,0.845m /kg p v ==。压缩后的参数是3221MPa,0.175m /kg p v ==。设在压缩过程中1kg 空气的热力学能增加146.5kJ ，同时向外放出热量50kJ 。压气机每分钟产生压缩空气1kg 。求带动此压气机要用多大功率的电动机？
解：由题意可知，50kJ, 146.5kJ q u =-?= 压缩1kg 空气电动机所做的技术功为
()()()()22211122113
3
50kJ 146.5kJ 1000kPa 0.175m 100kPa 0.845m 287kJ
t w q h q u p v u p v q u p v p v =-?=-+-+=-?--????=---?-?=-
于是电动机的功率为
()1kg/s 287kJ
4.78kW 60
m t P q w ?=-=
=
1-18 1kg 空气由111.0MPa,500C p t ==?，膨胀到220.1MPa,500C p t ==?，过程中空气吸热506kJ ，（1）求空气的热力学能变化量及膨胀功；（2）若在与上述相同的初态之间空气仅吸热39.1kJ ，求空气在过程中的做功量。假定空气可作为理想气体，其热力学能只是温度的函数。
解：（1）由于过程中，空气的温度不变，热力学能只是温度的函数，所以
0U ?=，由热力学第一定律Q U W =?+，所以膨胀功为
506kJ 0506kJ W Q U =-?=-=
（2）由于初终两态的温度相同，所以0U ?=，39.1kJ W Q ==
1-19水在绝热容器中与水蒸气混合而被加热，水流入时压力为200kPa ，温度为20℃，比焓为84kJ/kg ，质量流量为100kg/min 。水蒸气流入时的压力为200kPa ，温度为300℃，比焓为
3072kJ/kg ，混合物流出时的压力为200kPa ，温度为100℃，比焓为419kJ/kg ，问每分钟需要多少水蒸气？
解：设每分钟需要的水蒸气的质量为m 2，由题意可得
()()12
1221=m h h m h h ''''''--- 所以每分钟需要的水蒸气的质量为
()()12
1212100kg 419kJ/kg 84kJ/kg =12.63kg 3072kJ/kg 419kJ/kg
m h h m h h ''-?-==''''--
即212.63kg /min m q =
1-20某蒸汽动力厂中，锅炉以质量流量 40 000kg/h 向汽轮机供蒸汽。汽轮机进口处压力表的读数是8.9MPa ，蒸汽的焓是3 441kJ/kg 。汽轮机出口处真空表的度数是730.6mmHg ，出口蒸汽的焓是2248kJ/kg ，汽轮机向环境散热为6.81×105kJ/h 。若当地大气压为760mmHg ，求：（1）进、出口处蒸汽的绝对压力；（2）不计进、出口动能差和位能差时汽轮机的功率；（3）若进、出口处蒸汽的速度分别为70m/s 和140mm/s 时对汽轮机的功率有多大影响？（4）若汽轮机进、出口的高度差为1.6m 时对汽轮机的功率又有多大的影响？ 解：（1）进、出口处蒸汽的绝对压力
618.9MPa 760mmHg 8.910Pa+760133.3224Pa 9MPa p =+=??=
()2760mmHg 730.6mmHg 760730.6133.3224Pa=3919.7Pa p =-=-?
（2）不计进、出口动能差和位能差时汽轮机的功率 由题意可知，汽轮机的功率为
()()51240000kg/h 6.8110kJ/h
3441kJ/kg 2248kJ/kg 13066.4kW
3600s 3600
P m h h Q ?=--=?--=
（3）考虑蒸汽的动能时，汽轮机的功率为
()
2122
12
f f P P m c c '=--
与不考虑动能差与位能差时汽轮机的功率变化率为
()
()
()2121
2222223
1400001140702360020.63%213066.410
f f f f P P m c c m c c P P P P P ??---?--??'-??====?? （4）位能差为
40000
9.8 1.8196J 3600
P E mg h ?=?=
??= 与不考虑位能差时汽轮机的功率的变化率为
3
196
013066.410
p E P P P P ''?-==≈? 即汽轮机进、出口存在1.6m 高度差对汽轮机的功率几乎没有影响，可忽略不计。
1-21 500kPa 饱和液氨进入锅炉加热成干饱和氨蒸汽，然后进入过热器等压加热到275K ，若氨的质量流量为0.005kg/s ，离开过热器时焓为h =-25.1kJ/kg ，氨进入和离开锅炉时的焓分别为1396.2kJ/kg h h '==-、2223.2kJ/kg h h ''==-。求锅炉和过热器的换热率。 解：氨进入和离开锅炉的比焓差为
()21223.2kJ/kg 396.2kJ/kg 173kJ/kg h h h '?=-=---=
锅炉的换热率为
,0.005kg/s 173kJ/kg 0.865kW Q B q m h '=?=?=
氨蒸汽进入和流出过热器的焓差为
()25.1kJ/kg 223.2kJ/kg 198.1kJ/kg h h h ''''?=-=---=
过热器的换热率为
,S 0.005kg/s 198.1kJ/kg 0.9905kW Q q m h ''=?=?=
1-22向大厦供水的主管线埋在地下5m 处，管内压力600kPa ，由水泵加压，把水送到大厦各层。经水泵加压，在距地面150m 高处的大厦顶层水压仍有200kPa ，假定水温为10℃，流量为10kg/s ，忽略水热力学能差和动能差，假设水的比体积为0.001m 3/kg ，求水泵消耗的功率。
解：根据稳定流动的能量方程式
()()22212
121112
2f f s q h h c c g z z w ??=-+-+-+ ??? 由题意可知，22
21110,
022
f f q c c =-=，所以有 ()()
()()()()()
212122211121221121s w h h g z z u p v u p v g z z u p v p v g z z -=-+-=+-++-????=?+-+-
由题意可知120, u v v v ?===，因此1kg 水所做的功为
()()
()()121233360010Pa 20010Pa 0.001m /kg 9.8N/kg 5m 150m 1.119kJ
s w p p v g z z =-+-=?-??+?--=- 所以水泵消耗的功率为
()10kg/s 1.119kJ 11.19kW m s P q w =-=-?-=
1-23用水泵从河里向20m 高的灌溉渠送水，河水的温度为10℃。压力100kPa ，假定输水管绝热，从管道流出的水保持10℃，水的热力学能近似不变，若水的流量为5kg/s ，试求水泵耗功。
解：根据稳定流动的能量方程式
()()22212
1211
122f f s q h h c c g z z w ??=-+-+-+ ???
由题意可知，22
21110,
022
f f q c c =-=，所以有 ()()
()()()()()
212122211121221121s w h h g z z u p v u p v g z z u p v p v g z z -=-+-=+-++-????=?+-+- 假定当地的大气压为1atm 由题意可知1220, , 101.325Pa u v v v p ?====，因此1kg 水所做的功为
()()
()()121233310010Pa 101.32510Pa 0.001m /kg 9.8N/kg 0m 20m 197.325J
s w p p v g z z =-+-=?-??+?-=- 水泵耗功为()5kg/s 197.325J=986.6W m s P q w =-=-?-
1-24一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为100kPa 、温度20℃，喷嘴内径为0.002m 时，射出水流温度为20℃、压力200kPa 、流速1000m/s ，已知在200kPa 、20℃时，v =0.001002m 3/kg ，假定可近似认为水的比体积不变，求水泵功率。 解：根据稳定流动的能量方程式
()()22212
1211122f f s q h h c c g z z w ??=-+-+-+ ???
由题意可知，()210, 0q g z z =-=，所以有
()()()()()22212
1222
22111212222112
12212
1
12
211221
12
21
2
s f f f f f f f w h h c c u p v u p v c c u p v p v c c p p v c ??-=-+- ?????
=+-++-?? ???????=?+-+- ???=-+
因此，1kg 水所做的功为
()()()2122
2
31
2
1100kPa 200kPa 0.001002m /s 1000m/s 2
500.1kJ
s f w p p v c =--=-?-?=-
水的流量为：
()222222
2
31111
44410.002m 1000m/s=3.135kg/s 40.001002m /kg
m f f f q d c d c d c v v
ρππππ????=== ? ?????=????
水泵的功率为
()3.135kg/s 500.1kJ 1567.81kW
m s P q w =-=-?-=
第二章 气体的性质
2-1氮气的摩尔质量M =28.1×10-3kg/mol ，求：（1）N 2的气体常数R g ；（2）标准状态下N 2的比体积v 0和密度ρ0；（3）1m 3（标准状态）N 2的质量m 0；（4）p =0.1MPa, t =500℃时N 2的比体积和摩尔体积V m 。 解：（1）()()38.3145J/mol K 295.9J/kg K 28.110kg/mol
g R R M -=
==?
（2）标准状态下任何气体的体积V m =22.414×10-3m 3，因此，由比体积和密度的定义有
333
03
22.41410m /mol 0.797651m /kg 28.110kg/mol
m V v M --?===? 33
033
28.110kg/mol 1.254kg /m 22.41410m /mol
m M V ρ--?===? （3）330 1.254kg /m 1m 1.254kg m V ρ==?= （4）由理想气体的状态方程式g pv R T =可得
()()3
6
295.9J/kg K 500273.15K 2.29m /kg 0.110Pa
g
R v T p ==?+=? 3332.29m /kg 28.110kg/mol 64.349m /mol m V vM -==??=
2-2测得储气罐中丙烷C 3H 8的压力为4MPa ，温度为120℃，若将其视为理想气体，问这时丙烷比体积多大？若要存储1000kg 这种状态的丙烷，问储气罐的容积需多大？ 解：由理想气体的状态方程，有
()()33
6
0.18910J/kg K 120273.15K 0.0186m /kg 410Pa
g R T
v p ??+===? 储气罐的容积需要：331000kg 0.0186m /kg=18.6m V mv ==?
2-3 35℃、105kPa 的空气在加热系统的100mm ×150mm 的矩形风管内流动，其体积流量是0.015m 3/s ，求空气流速和质量流量。 解：空气的流速为
1m/s 0.1m 0.15m
V f c A ===?
由气体的状态方程g pv R T =，可得
()()33
287.0J/kg K 35273.15K
0.842m /kg 10510Pa
g R T v p
?+=
=
=? 质量流量为
33
11
0.015m /s=0.0178kg/s 0.842m /kg
m V V q q q v ρ===?
2-4在燃气公司向用户输送天然气（CH 4）管网的用户管道中测得表压力和温度分别为200Pa 、275K ，若管道直径为D=50mm ，天然气流速为5.5m/s ，试确定质量流量和标准状态体积流量。当地大气压p b =0.1MPa 。
解：可将天然气看做是理想气体，则由理想气体的状态方程g pv R T =，可得
()36
518.3J/kg K 275K
1.425m /kg 0.110Pa
g R T
v p ?===? 体积流量为
()223311
5010m 5.5m/s=0.0108m /s 44
V f f q Ac D c ππ-===????
质量流量为
33
11
0.0108m /s=0.00758kg/s 1.425m /kg
m V V q q q v ρ===?
2-5密度为1.13kg/m 3的空气，以4m/s 的速度在进口截面积为0.2m 2的管道内稳定流动，出口处密度为2.84kg/m 3，试求：（1）出口处气流的质量流量（以kg/s 表示）；（2）出口速度为5m/s 时，出口截面积为多少？ 解：（1）质量流量为
32
2111111 1.13kg/m 0.2m 4m/s=0.904kg/s m m V f q q q Ac ρρ====??
（2）出口处的体积流量
3
2
23
2
0.904kg/s 0.3183m /s 2.84kg/m
m V q q ρ=
=
= 出口的截面积为
22220.06366m 5m/s
V f A c ===
2-6某锅炉燃煤需要的空气量折合标准状况时66000m 3/h 。鼓风机实际送入的热空气温度为250℃，表压力为150mmHg ，当地大气压p b =765mmHg ，求实际送风量（m 3/h ）。 解：需要的空气折合标准状况时的质量流量为
111111
V m V V g q p
q q q v R T ρ==
= 在把空气视为理想气体的情况下，由理想气体的状态方程222g p v R T =，有
222g R T v p =
实际送风量为
()2
11222112
2121
33101325Pa 250K 273.15K
66000m /h 150mm 765mm 133.3224Pa/mm
273.15K 104993.2m /h
g m
V m V V g R T q p p T q v q q q p R T p T ρ===
=+=
??+?=
2-7CO 2压送到容积为3m 3的贮气罐内，初始时表压力为0.03MPa ，终态时表压力0.3MPa ，温度由t 1=45℃升高到t 2=70℃。试求压入的CO 2量（千物质的量）。已知当地气压为p b =760mmHg 。
解：初始状态时，按理想气体的状态方程式111pV n RT =，有
()()()63
1110.0310Pa+760mm 133.3224Pa/mm 3m 148.936mol 8.3145J/mol K 45273.15K
p V n RT ???===?+
由于体积保持不变，因此有
()()()632120.310Pa+760mm 133.3224Pa/mm 3m 421.985mol 8.3145J/mol K 70273.15K
p V n RT ???===?+
于是，需要压入的CO 2的量为
210.421985kmol 0.148936kmol 0.273kmol n n n ?=-=-=
2-8空气压缩机每分钟从大气中吸取温度t b =17℃、压力p b =750mmHg 的空气0.2m 3，充入
V =1m 3的储气罐中。储气罐中原有空气的温度为t 1 =17℃，表压力为0.05MPa ，问经过几分钟才能使储气罐中气体压力和温度提高到p 2=0.7MPa ，t 2=50℃？ 解：大气压力为
750mm 133.3224Pa/mm=99991.8Pa b p =?
储气罐中原有空气的压力为
610.0510Pa 750mm 133.3224Pa/mm=149991.8Pa p =?+?
按理想气体的状态方程b b b b p V n RT =，有b b
b b
p V n RT =
经过几分钟之后，储气罐中空气的物质的量为222222
p V p V
n RT RT =
=
初始状态时，储气罐中空气的物质的量为111111
p V p V
n RT RT =
=
储气罐中空气物质的量的增量为2121212121p V p V p p V n n n RT RT R T T ??
?=-=-=- ???
该变化过程所经历的时间为
()()21212121212363
17273.15K 1m 0.710Pa 149991.8Pa 0.2m 99991.8Pa 50273.15K 99991.8Pa 23.93min b b b b b b b b b b b RT T T p p p p p p n V V V T n R T T p V V T T p V p T p ????????=
=-=-=- ? ? ?????????
+?=??-??+??=
2-9某氢气冷却的发电机的电功率为60000kW ，若发电机效率为93%，在发电机内氢气的温升为35℃，求氢气的质量流量。设氢气比热容c p =14.32kJ/(kg ?K)。 解：由题意可知，发电机的总功率为t
P P η
=
，则发电机工作过程中的能量损耗为
110.93
60000kW 4516.13kJ/s 0.93
t
t t t P P P P P P η
η
η
--'=-=
-=
=
?= 发电机的能量损耗全部转化为氢气的热力学能，1kg 氢气升温30℃热力学能的变化量为
()()2114.32kJ/kg K 35K 501.2kJ/kg p u c T T ?=-=?=
因此，氢气的质量流量为
4516.13kJ/s 9.01kg/s 501.2kJ/kg
m P q u '=
==?
2-10空气在容积为0.5m 3的容器中，从27℃被加热到327℃，设加热前空气压力为0.6MPa ，求加热量Q V 。（1）按定值比热容计算；（2）按平均比热容表计算。 解：（1）按定值比热容计算
加热前，由理想气体的状态方程111pV nRT =，可得容器中空气物质的量为
()()631110.610MPa 0.5m 120.212mol 8.3145J/mol K 27273.15K
pV n RT ??===?+
空气的绝大部分组成气体为双原子气体，因此空气的定值摩尔热容
()(),55
8.3145J/mol K 20.786J/mol K 22
V m C R =
=?= 加热量为
()()(),21120.212mol 20.786J/mol K 32727K 749.62kJ V V m Q nC T T =-=??-=
（2）按平均比热容表计算 查表可知()270 1.00454kJ/kg K C
p
C
c ??= ，()3270 1.02143kJ/kg K C p
C
c ??=
根据V p g c c R =-，得
()()()272700 1.00454kJ/kg K 0.287kJ/kg K 0.71754kJ/kg K C C V C
p C
g c c R ????=-=-= ()()()32732700 1.02143kJ/kg K 0.287kJ/kg K 0.73443kJ/kg K C C V
C p
C
g c c R ????=-=-=
因此加热量为
(
)
()()3272702
01
3120.212mol 28.9710kg/mol 0.73443kJ/kg K 327K-0.71754kJ/kg K 27K 768.9kJ
C C
V V C V
C Q nM c t c t
????-=-=?????????
=
2-11有5kg 氩气Ar ，经历热力学能不变的状态变化过程，初始状态p 1=6.0×105Pa 、T 1=600K ，膨胀终了的容积V 2=3V 1。Ar 可作理想气体，且假定比热容为定值，已知R g =0.208kJ/(kg ?K)，c p =0.523kJ/(kg ?K)。求终温、终压及热力学能、焓和熵的变量。
解：由于理想气体的热力学能是温度的单值函数，=0U ?，所以=0T ?
21=600K T T =，=0H ?
由理想气体的状态方程g pV mR T =，所以有1122pV p V =，因此
12
21
3p V p V == 所以5512 6.010Pa 2.010Pa 33
p p ?===? 比定容热容
()()()0.523kJ/kg K 0.208kJ/kg K 0.315kJ/kg K V p g c c R =-=-=
()()()2212111
ln
ln 0.315kJ/kg K ln +0.523kJ/kg K ln 30.2285kJ/kg K 3
V p p v s c c p v -?=+=?=
()1212=5kg 0.2285kJ/kg K 1.143kJ/K S m s --??=?=
2-12 1kmol 空气从初态p 1=1.0MPa 、T 1=400K ，变化到终态T 2=900K 、p 2=0.4MPa ，求熵的变量。（1）设空气的比热容为定值；（2）设空气的摩尔热容C p,m =(28.15+1.967×10-3T)J/(mol ?K)。 解：（1）空气的主要组成气体皆为双原子气体，因此空气的定值比摩尔热容为
()(),3
78.3145J/mol K 71004.5J/kg K 2228.9710kg/mol
p m p C R c M
M -?=
=
==?? 由条件可得
210.4MPa 21.0MPa 5p p ==，21900K 9400K 4
T T == 因此1kg 空气的熵变量为
()()()
221211
ln
ln 92
1004.5J/kg K ln 287.0J/kg K ln 1077.6J/kg K 45
p g T p s c R T p -?=-=-?=
1kmol 空气的熵变量为
()()31212100028.9710kg/mol 1077.6J/kg K 31.22kJ/kg K S nM s mol ---?=?=???=
（2）空气的比定压热容为
()()()()3
,3
28.15 1.96710J/mol K 971.6950.0679J/kg K 28.9710kg/mol
p m p T C c T M
--+?=
==
+?
1kg 空气的熵变量为
()()()()()()
212221211122
2111
971.6950.0679ln 971.695ln 0.0679ln 92
971.695J/kg K ln 0.0679900K 400K 287.0J/kg K ln
45
1084.9J/kg K T p g g T g c dT T dT
p dp s ds R R T p T p T p
T T R T p -+???==-=- ???
=+--=?+?--?=??? 1kmol 空气的熵变量为
()()31212100028.9710kg/mol 1084.9J/kg K 31.43kJ/kg K S nM s mol ---?=?=???=
2-13刚性绝热汽缸被一良好导热无摩擦的活塞分成两部分，起先活塞由销钉固定位置，其一侧为0.5kg ，0.4MPa 和30℃的某种理想气体，另一侧为0.5kg ，0.12MPa ，30℃的同种气体。拔走销钉，活塞自由移动，最后两侧达到平衡，若气体比热容可取定值，求（1）平衡时两侧的温度为多少？（2）平衡时两侧的压力为多少？
解：（1）达到平衡状态时，两侧的温度相等，取整个汽缸为闭口绝热系，于是有Q U W =?+ 按题意可知0Q =，0W =，得0U ?=，即0a
b
U U ?+?=，所以有
()()21210a b m c T T m c T T -+-=
因为0.5kg a b
m m ==，所以有210T T -=，即2130C T T ==?
（2）达到平衡状态时，两侧的压力相等，即222a b p p p ==
取汽缸活塞两侧部分为闭口系，初始状态时，由气体的状态方程
1111a a a g g p V m R T mR T ==，1111b b b g g p V m R T mR T ==
所以有
11110.12MPa 30.4MPa 10
a b b a V p V p === 即11310a
b V V =，1313a V V =，110
13
b V V = 由于
()()221122110
a b a a a a b b b b Q Q Q U p V p V U p V p V =+=?+-+?+-=，
0a b U U U ?=?+?=
所以
()222111121121131013133101313a b a a b b a b a b
p V V p V p V p V p V p V p p p +=+=
+=+
所以平衡时两侧的压力为
666211310310
0.410MPa 0.1210MPa 0.18510MPa 13131313
a b p p p =
+=??+??=?
2-14在空气加热器中，每小时108 000标准立方米的空气在p =830mmHg 的压力下从t 1=20℃升高到t 2=270℃。（1）求：空气加热器出口处体积流量；（2）求用平均比热容表数据计算每小时需提供的热量。 解：由理想气体的状态方程式112212V V p q p q T T =
，可得122121
V V p T
q q p T = 空气加热器进口处： 气压为1101325
mmHg=760mmHg 133.3224
p =，温度为1273.15K T =
出口处：
气压为2=830mmHg p p =，温度为()22270273.15=543.15K T t ==+
因此33122
121760mmHg 543.15K 108000m /h 54.6m /s 830mmHg 273.15K 3600
V V p T q q p T ==??= （2）每小时进入空气加热器的空气的物质的量为
3133
108000m /h
4818417.06mol/h 22.41410m /mol
m V n V -===? 查表可知()20C 0C
1.0044kJ/kg K p
c ??= ，()270C 0C
1.0169kJ/kg K p
c ??=
(
)
()()270C 20C
0C 2
0C 1
374818417.06mol/h 28.9710kg/mol 1.0169kJ/kg K 270K 1.0044kJ/kg K 20K 3.552210kJ/h
p
p
Q nM c t c t
????-=-=????-?????=?
2-15启动柴油机用的空气瓶，体积V =0.3m 3，内有p 1=8MPa ，T 1=303K 的压缩空气，启动后瓶中空气压力降低为p 2=0.46MPa ，这时T 2=303K ，求用去空气的质量。
解：由理想气体的状态方程g pV mR T =，得
()631
11810Pa 0.3m 27.599kg 287.0J/kg K 303K g pV m R T ??===?
()63
2220.4610Pa 0.3m 1.587kg 287.0J/kg K 303K
g p V m R T ??===?
21 1.587kg 27.599kg 26.012kg m m m ?=-=-=-
2-16容积为0.027m 3的刚性贮气筒，装有0.7MPa ，20℃的氧气，筒上装有一安全阀，压力达到0.875MPa 时，安全阀打开，排出气体，压力降为0.84MPa 时关闭。由于意外加热，使安全阀打开。（1）求：阀门开启时筒内温度；（2）若排气过程中筒内氧气温度保持不变，求排出的氧气的质量；（3）求当筒内温度恢复到20℃时的氧气压力。 解：（1）由理想气体的状态方程式g pV mR T =，有1122
12
p V p V T T =
所以
()()22221111
10.875MPa
20273.15K 366.44K 0.7MPa 366.44273.15C=93.29C
p V p T T T pV p =
==?+==-?? （2）由理想气体的状态方程式g pV mR T =，有
63
3330.8410Pa 0.027m 0.2382kg 259.8J/(kg K)366.44K g p V m R T ??===?
()631
110.710Pa 0.027m 0.2482kg 259.8J/(kg K)20273.15K
g pV m R T ??===?+
310.2382kg 0.2482kg 0.01kg m m m ?=-=-=-
即排出的氧气的质量为0.01kg 。
（3）由理想气体的状态方程式g pV mR T =，有
()44
43
0.2382kg 259.8J/(kg K)20273.15K
0.6719MPa 0.027m g m R T p V
??+=
=
=
第三章 理想气体混合气体及湿空气
3-1若混合气体中各组成气体的体积分数为：20.4CO ?=，20.2N ?=，20.4O ?=。混合气体的温度50C t =?，表压力为0.04MPa ，气压计上水银柱高度为750mmHg ，求：（1）该种混合气体体积为4m 3时的质量；
（2）混合气体在标准状态下的体积； （3）求各种组元的分压力。 解：（1）气体压力为
0750mm 133.3224Pa/mm 0.04MPa=139991.8Pa b p p p =+=?+
混合气体的折合摩尔质量为
eq 1
33330.444.01010kg/mol 0.228.01310kg/mol 0.432.010kg/mol 36.006610kg/mol
n
i i
i M x M =----==??+??+??=?∑ 混合气体的折合气体常数
()()eq 3
eq 8.3145J/mol K 230.916J/kg K 36.006610kg/mol
R R M -===? 由理想气体的状态方程式g pV mR T =，得
()()3
139991.847.5042kg 230.916J/kg K 50273.15K
eq pV Pa m m R T ?===?+
（2）由理想气体的状态方程式g pV mR T =，得
00
p V pV T T =
所以()33000139991.8273.154m 4.67m 10132550273.15K
T p Pa K
V V p T Pa =
=??=+ （3）根据理想气体的分压力定律i i p p ?=，得
220.4139991.8Pa 55996.72Pa CO CO p p ?==?= 220.2139991.8Pa 27998.36Pa N N p p ?==?= 220.4139991.8Pa 55996.72Pa O O p p ?==?=
热工基础习题参考答案(部分)
1.3 题略 解： m 2.127481 .92.110)7893(3 =??-=??=??=?g p h h g p ρρ 1.5 题略 m 1.05.0 2.030sin m 2.0200kg/m 800/8.033=?======l h mm l cm g ρ已知： 烟气的真空度为： Pa 8.78430sin 2.081.9800=??=??=h g p v ρ ∵ 1 mmH 2O = 9.80665 Pa ∴ 1 Pa = 0.10197 mmH 2O O mmH 027.808.7842==Pa p v 烟气的绝对压力为： kPa 540.98Pa 388.985408.7843224.133745==-?=-= v b p p p 1.10 题略 解：锅内表压力 g 40.77kg 04077.081 .91041010063==???=?= ?= -g A p m A g m p g g 2.2填空缺数据（兰色）： 2.9 题略 已知：D 1 = 0.4 m ，p 1 =150 kPa ，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD ，太阳辐射加热后D 2 = 0.45 m 求：过程中气体对外作功量 解：由D 1=0.4 m ，p 1=150 kPa ，可求得：k =375 kPa/m
kJ 27.2) (8 2 2 )6 (41423 332 1 =-= == ?==? D D k dD kD W dD kD D d kD pdV dW D D π π π π 答：过程中气体对外作功量为2.27 kJ 2.12 题略 解：（1）确定空气的初始状态参数 K 300)27273(m 10101010100kPa 1.29310100108.91951021332414 3 111=+==???===???+=+=+=-----T AH V A g m p p p p b g b （2）确定拿去重物后，空气的终了状态参数 由于活塞无摩擦，又能与外界充分换热，因此终了平衡状态时缸内空气的压力和温度与外界的压力和温度相等。则 33-3211 2124 3222m 101.50231 .1951 .29310K 300kPa 1.19510100108.9)100195(102?=?=====???-+=+=+=---p p V V T T A g m p p p p b g b 活塞上升距离 cm 023.5m 05023.01010010)15023.1()(4 3 12==??-=-=?--A V V H 对外做功量 J 999.9710)15023.1(101.195332=?-??=?=-V p W 由闭口系能量方程，Q =△U+W ，因T 2 = T 1，故△U = 0。所以求得气体与外界的换热量为 Q =W=97.999 J 讨论：（1）本题活塞上升过程为不可逆过程，其功不能用pdV W ?=2 1计算， 本题是一种特殊情况，即已知外界压力，故可用外界参数计算功（多数情况下外
热工基础课后题答案
二零一七年，秋
第一章 热力学第一定律 1-1用水银压力计测量容器中的压力，在水银柱上加一段水，若水柱高1020mm ，水银柱高900mm ，当时大气压力计上的度数为b 755mmHg p =。求容器中气体的压力。 解：查表可知：21mmH O=9.80665Pa 1mmHg=133.3224Pa 由题中条件可知 2H O Hg b 1020 mm 9.80665 Pa 900mm 133.3224Pa 755mm 133.3224Pa 230.651 KPa 0.231MPa p p p p =++=?+?+?=≈容器 即容器中气体的压力为0.231MPa 。 1-2容器中的真空度为600mmHg v p =，气压计上的高度是b 755mmHg p =，求容器中气体的绝对压力（用Pa 表示）。如果容器中的绝对压力不变，而气压计上高度为 b 770mmHg p =，求此时真空表的度数（以mmHg 表示）. 解：因为 600mmHg=600mm 133.3224Pa=79993.4Pa v p =? b 755mmHg=755mm 133.3224Pa=100658.4Pa p =? 容器中气体的绝对压力为 b v 100658.479993.420665Pa p p p =-=-= 若以mmHg 表示真空度，则 20665 20665Pa= mmHg 155mmHg 133.3224 p == 则当气压计高度为b 770mmHg p =时，真空表的读数为 770mmHg 155mmHg 615mmHg v b p p p '=-=-= 1-3用斜管压力计测量锅炉烟道气的真空度，管子倾斜角30α=?，压力计使用密度 30.8g/cm ρ=的煤油，斜管中液柱长200mm l =，当地大气压力b 745mmHg p =。求烟气
【精品】热工基础考试题库1
试卷一 一、选择(本大题16分，每小题2分) 1.某系统经过一个任意不可逆过程达到另一状态，表达式（）正确。 (a)ds＞dq/T(b)ds＜dq/T（c）ds=dq/T 2。处于平衡状态的简单可压缩热力系统，其状态参数间的关系正确的是().(ρ为密度)。 （a）F=F（ρ，v,T)(b）F=F(ρ,v，P)（c)F=F(ρ,P,T) ３．用压力表测量容器内氧气的压力，压力表读数为25bar。已知当地大气压力为1bar，则氧气的真实压力为（）bar. (a）26（b）25（c）24 ４．在p－v图上，经过同一状态点的理想气体等温过程线斜率的绝对值比绝热过程线斜率的绝对值（） (a)大（b）小（c)相等（d）可能大，也可能小 ５．理想气体1kg经历一不可逆过程,对外做功20kJ放热20kJ,则气体温度变化为（)。 (a）提高(b）下降（c）不变 ６．同一理想气体从同一初态分别经定温压缩、绝热压缩和多变压缩（1 ７．理想气体等温过程的技术功为（） (a）h1-h2（b）0（c）（d）v(p1=p2） ８．理想气体绝热流经节流阀，节流后稳定截面处的焓值（）（a)升高（b)降低（c)不变（d）无法确定 二、判断正误(划“√”或“×”号）（本大题16分，每小题2分） 1。系统从外界吸收热量，温度一定升高（）。 2.在热力循环中，如果工质不向冷源放热，则该循环的热效率可以达到100%（). 3。沸腾状态的水总是烫手的。(） 4.蒸汽抽汽回热循环每级抽汽量越大，循环热效率越大。（) 5。绝热过程一定是定熵过程.() 6.供热系数一定大于1，制冷系数也一定大于1。（） 7.实际气体的压缩因子总不等于1。（） 8.任意可逆循环的热效率都是。（) 三、填空（本大题16分,每小题2分） １、稳定流动能量方程式应用于换热器时的简化形式 2、2kg空气从300K定压加热到700K时的吸热量为kJ（空气比定压热容=1.004kJ/（kg·K）） ３、当湿蒸汽的干度x＝0时，工质全部为。 ４、一不可逆热机在高温热源Th和低温热源Tl之间工作。高温热源熵变–1。5kJ/K;低温热源熵变2.5kJ/K,热机在绝热压缩过程中熵变0。2kJ/K；绝热膨胀过程中熵变0.7kJ/K；取高温热源、低温热源和热机为系统，则完成循环后此系统的熵变S系=＿＿＿kJ/K。 ５、已知氧气在250K时=0。913kJ/（kg·K),=0.653kJ/（kg·K）.则该气体的气体常数R 工程热力学期末试卷 建筑环境与设备工程专业适用 （闭卷，150分钟） 班级 姓名 学号 成绩 一、简答题(每小题5分，共40分) 1. 什么是热力过程？可逆过程的主要特征是什么？ 答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力过程。可逆过程的主要特征是驱动过程进行的势差无限小，即准静过程，且无耗散。 2. 温度为500°C 的热源向热机工质放出500 kJ 的热量，设环境温度为30°C ，试问这部分热量的火用（yong ）值（最大可用能）为多少？ 答： =??? ? ?++-?=15.27350015.273301500,q x E 3. 两个不同温度（T 1,T 2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T 1吸收热量Q 1向低温热源T 2放出热量Q 2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增 。假设功源的熵变△S W =0。 证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为 （1分） 对热机循环子系统： 1分 1分 根据卡诺定理及推论： 1 则： 。1分 4. 刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空， 如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数（T 、P 、u 、s 、v ） 如何变化，并简述为什么。 答：u 、T 不变，P 减小，v 增大，s 增大。 5. 试由开口系能量方程一般表达式出发，证明绝热节流过程中，节流前后工质的焓值不变。（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计） 答：开口系一般能量方程表达式为 绝热节流过程是稳态稳流过程，因此有如下简化条件 ， 则上式可以简化为： 根据质量守恒，有 代入能量方程，有 6. 什么是理想混合气体中某组元的分压力？试按分压力给出第i 组元的状态方程。 答：在混合气体的温度之下，当i 组元单独占有整个混合气体的容积（中容积）时对容器壁面所形成的压力，称为该组元的分压力；若表为P i ，则该组元的状态方程可写成：P i V = m i R i T 。 B 隔板 A 自由膨胀 12iso T T R S S S S S ?=?+?+?+?W R 0S ?=22t t,C 1111Q T Q T ηη==-=-iso 0S ?=iso 0 S ?= 第一章 思考题 1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态得概念？ 答：平衡状态就是在不受外界影响得条件下,系统得状态参数不随时间而变化得状态.而稳定状态则就是不论有无外界影响,系统得状态参数不随时间而变化得状态。可见平衡必稳定,而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态得概念,就是为了能对系统得宏观性质用状态参数来进行描述. 2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质得压力不变,问测量其压力得 压力表或真空计得读数就是否可能变化? 答：不能,因为表压力或真空度只就是一个相对压力。若工质得压力不变，测量其压力得压力表或真空计得读数可能变化，因为测量所处得环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时,表明被测对象得实际压力愈大还就是愈小？ 答:真空表指示数值愈大时，表明被测对象得实际压力愈小。 ４、准平衡过程与可逆过程有何区别? 答：无耗散得准平衡过程才就是可逆过程,所以可逆过程一定就是准平衡过程，而准平衡过程不一定就是可逆过程. ５、不可逆过程就是无法回复到初态得过程,这种说法就是否正确? 答:不正确。不可逆过程就是指不论用任何曲折复杂得方法都不能在外界不遗留任何变化得情况下使系统回复到初态,并不就是不能回复到初态。 6、没有盛满水得热水瓶,其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧,这就是什幺原因? 答:水温较高时,水对热水瓶中得空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时,热水瓶中得空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7、用U形管压力表测定工质得压力时,压力表液柱直径得大小对读数有无影响? 答:严格说来，就是有影响得,因为Ｕ型管越粗，就有越多得被测工质进入Ｕ型管中,这部分工质越多,它对读数得准确性影响越大。 习题 1－１解: 1. 2. 3. 4. 1-2图1-８表示常用得斜管式微压计得工作原理。由于有引风机得抽吸，锅炉设备得烟道中得压力将略低于大气压力。如果微压机得斜管倾斜角,管内水 解:根据微压计原理，烟道中得压力应等于环境压力与水柱压力之差 思考题 第一章 1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的 压力表或真空计的读数是否可能变化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 第二章 热工基础题库 一、选择题 基本概念 1.与外界只发生能量交换而无物质交换的热力系统称为。B A、开口系统 B、闭口系统 C、绝热系统 D、孤立系统 2.与外界既无能量交换又无物质交换的热力系统称为。D A、开口系统 B、闭口系统 C、绝热系统 D、孤立系统 3.开口系统与外界可以有。D A、质量交换 B、热量交换 C、功量交换 D、A+B+C 4.与外界有质量交换的热力学系统是：A A、开口系统 B、闭口系统 C、绝热系统 D、孤立系统 5.下列与外界肯定没有质量交换但可能有热量交换。B A、绝热系统 B、闭口系统 C、开口系统 D、孤立系统 6.实现热功转换的媒介物质称为。C A、系统 B、气体 C、工质 D、蒸气 7.工质应具有良好的和。A A、流动性/膨胀性 B、耐高温性/导热性 C、耐高压性/纯净 D、耐腐蚀性/不易变形 8.若闭系处于热力学平衡状态，则内部工质的处处一致。A A、压力和温度 B、压力和比容 C、比容和温度 D、压力、温度和比容 9.稳定状态是平衡状态，而平衡状态是稳定状态。B A、一定/一定 B、不一定/一定 C、一定/不一定 D、不一定/不一定 10.均匀状态是平衡状态，而平衡状态是均匀状态。C A、一定/一定 B、不一定/一定 C、一定/不一定 D、不一定/不一定 11.下列组参数都不是状态参数。C A、压力；温度；比容 B、内能；焓；熵 C、质量；流量；热量 D、膨胀功；技 术功；推动功 12.下列组参数都是状态参数。A A、焓；熵；比容 B、膨胀功；内能；压力 C、热量；比热；温度 D、技术功；动能；位能 13.下列答案是正确的。B A、10℃=43.8℉=285.15K B、10℃=50℉=283.15K C、10℃=40.2℉=285.15K D、10℃=42℉=283.15K 14.摄氏温度变化1℃与热力学绝对温度变化1K相比，有。B A、前者大于后者 B、两者相等 C、后者大于前者 D、不一定 15.摄氏温度变化1℃与华氏温度变化1℉相比，有。B A、前者大于后者 B、两者相等 C、后者大于前者 D、不一定 16.若大气压力为100KPa，真空度为60KPa，则绝对压力为。D A、160KPa B、100KPa C、60KPa D、40KPa 17.若大气压力为100KPa，表压力为60KPa，则绝对压力为。A A、160KPa B、100KPa C、60KPa D、40Kpa 18.在工程热力学计算中使用的压力是。A A、绝对压力 B、表压力 C、真空压力 D、大气压力 19.若大气压力为0.1Mpa，容器内的压力比大气压力低0.004Mpa，则容器的B。 A、表压力为0.096Mpa B、绝对压力为0.096Mpa C、真空度为0.104Mpa D、表压力为0.104Mpa 第四章气体和蒸汽的基本热力过程 4.1试以理想气体的定温过程为例，归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法解决。 答：主要解决的问题及方法： (1) 根据过程特点（及状态方程）——确定过程方程 (2) 根据过程方程——确定始、终状态参数之间的关系 (3) 由热力学的一些基本定律——计算,,,,,t q w w u h s ??? (4) 分析能量转换关系（P —V 图及T —S 图）（根据需要可以定性也可以定量） 例：1)过程方程式：T =常数（特征）PV =常数（方程） 2)始、终状态参数之间的关系： 12p p =2 1 v v 3)计算各量：u ?=0、h ?=0、s ?=21p RIn p -=21 v RIn v 4)P ?V 图，T ?S 图上工质状态参数的变化规律及能量转换情况 4.2对于理想气体的任何一种过程，下列两组公式是否都适用 答：不是都适用。第一组公式适用于任何一种过程。第二组公式21()v q u c t t =?=-适于定容过程,21()p q h c t t =?=-适用于定压过程。 4.3在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？ 答：定温过程对气体应加入的热量 4.4过程热量q 和过程功w 都是过程量，都和过程的途径有关。由理想气体可逆定温过程热量公式 2 111 v q p v In v =可知，故只要状态参数1p 、1v 和2v 确定了，q 的数值也确定了，是否q 与途径无关？ 答：对于一个定温过程，过程途径就已经确定了。所以说理想气体可逆过程q 是与途径有关的。 4.5在闭口热力系的定容过程中，外界对系统施以搅拌功w δ，问这v Q mc dT δ=是否成立？ 答：成立。这可以由热力学第一定律知，由于是定容过2211 v v dv w pdv pv pvIn RTIn v v v ====??为零。故v Q mc dT δ=，它与外界是否对系统做功无关。 4.6绝热过程的过程功w 和技术功t w 的计算式： w =12u u -，t w =12h h - 是否只限于理想气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？ 诚信应考,考试作弊将带来严重后果！ 湖南大学课程考试试卷 2. 理想气体只有取定值比热容时，才能满足迈耶公式g v p R c c =-。……（ ） 3. 不可逆过程不能T-s 图上表示，所以也不能计算过程的熵变量。………… （ ） 4. 卡诺循环的热效率一定大于其它循环的热效率。…………………………（ ） 5. 稳定流动能量方程适用于所用工质的稳定流动情况，不论过程是否可逆，有无耗散效应。……………………（ ） 6. 自发过程都是不可逆过程，非自发过程都是可逆过程。…………………（ ） 7. 活塞式压气机应采用隔热措施，使压缩过程接近绝热过程。………………（ ） 8. 经不可逆循环，系统与环境无法完全恢复原态。……………………………（ ） 9. 熵产大于0的过程必为不可逆过程。………………………………………（ ） 10. 实际气体绝热自由膨胀之后，其热力学能不变。…………………………（ ） 三、选择题（每小题2分，共20分） 1. 理想气体可逆吸热过程，下列哪个参数一定增加：（ ）。 A.热力学能； B.熵； C.压力； D.温度 2. ? +?=pdv u q 适用于 （ B ） A 理想气体可逆过程 B 一切气体可逆过程 C 理想气体一切过程 D 理想气体准静态过程 3. 下面参数中，量纲不相同的有（ B ） A. 比热容 B. 比焓 C. 质量气体常数 D. 比熵 4. 若空气进行可逆定压加热过程，则：（ C ）。 A.空气作功量大于其热力学能增量； B.空气作功量等于其热力学能增量； C.空气作功量小于其热力学能增量； D.无法确定 5. 下列三种状态的空气，哪种状态的熵最大（ A ）。 A. 100oC ，20bar ； B. 200oC ，10bar ； C. 100oC ，10bar ； D. 150oC ，15bar 6. 某制冷机在热源1T =300K 及冷源2T =250K 之间工作，其输入功W 为25kJ ，从冷源吸热量Q ,2为110kJ ，此制冷机是（ C ）。 第一章基本概念与定义 1．答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定 2．答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5．答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。 6．答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。 7．答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。 8．答：（1）第一种情况如图1-1（a）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。 9．答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。系统和外界整个系统不能恢复原来状态。 10．答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。 11．答：不一定。主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。 第九章气体动力循环 1、从热力学理论看为什么混合加热理想循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高，随定压预胀比ρ的增大而降低 答：因为随着压缩比ε和定容增压比λ的增大循环平均吸热温度提高，而循环平均放热温度不变，故混合加热循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高。混合加热循环的热效率随定压预胀比ρ的增大而减低，这时因为定容线比定压线陡，故加大定压加热份额造成循环平均吸热温度增大不如循环平均放热温度增大快，故热效率反而降低。 2、从内燃机循环的分析、比较发现各种理想循环在加热前都有绝热压缩过程，这是否是必然的 答：不是必然的，例如斯特林循环就没有绝热压缩过程。对于一般的内燃机来说，工质在气缸内压缩，由于内燃机的转速非常高，压缩过程在极短时间内完成，缸内又没有很好的冷却设备，所以一般都认为缸内进行的是绝热压缩。 3、卡诺定理指出两个热源之间工作的热机以卡诺机的热效率最高，为什么斯特林循环的热效率可以和卡诺循环的热效率一样 答：卡诺定理的内容是：在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相同，与可逆循环的种类无关，与采用哪一种工质无关。定理二：在温度同为T1的热源和同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。由这两条定理知，在两个恒温热源间，卡诺循环比一切不可逆 循环的效率都高，但是斯特林循环也可以做到可逆循环，因此斯特林循环的热效率可以和卡诺循环一样高。 4、根据卡诺定理和卡诺循环，热源温度越高，循环热效率越大，燃气轮机装置工作为什么要用二次冷却空气与高温燃气混合，使混合气体降低温度，再进入燃气轮机 答：这是因为高温燃气的温度过高，燃气轮机的叶片无法承受这么高的温度，所以为了保护燃气轮机要将燃气降低温度后再引入装置工作。同时加入大量二次空气，大大增加了燃气的流量，这可以增加燃气轮机的做功量。 5、卡诺定理指出热源温度越高循环热效率越高。定压加热理想循环的循环增温比τ高，循环的最高温度就越高，但为什么定压加热理想循环的热效率与循环增温比τ无关而取决于增压比π 答：提高循环增温比，可以有效的提高循环的平均吸热温度，但同时也提高了循环的平均放热温度，吸热和放热均为定压过程，这两方面的作用相互抵消，因此热效率与循环增温比无关。但是提高增压比，p1不变，即平均放热温度不变，p2提高，即循环平均吸热温度提高，因此循环的热效率提高。 6、以活塞式内燃机和定压加热燃气轮机装置为例，总结分析动力循环的一般方法。 答：分析动力循环的一般方法：首先，应用“空气标准假设”把实际问题抽象概括成内可逆理论循环，分析该理论循环，找出影响循环热效率的主要因素以及提高该循环效率的可能措施，以指导实际 试卷一 一、选择（本大题 16 分，每小题 2 分） 1.某系统经过一个任意不可逆过程达到另一状态，表达式（）正确。 (a) ds ＞ dq/T （ b ） ds ＜ dq/T （ c ） ds=dq/T 2.处于平衡状态的简单可压缩热力系统，其状态参数间的关系正确的是（）。 (ρ为密度 ) 。 (a)F=F(ρ,v,T) （ b ） F=F(ρ,v,P) （ c ） F=F(ρ,P,T) ３．用压力表测量容器内氧气的压力，压力表读数为 25bar 。已知当地大气压力为 1bar ，则氧气的真实压力为（） bar 。 (a) 26 （ b ） 25 （ c ） 24 ４．在 p － v 图上，经过同一状态点的理想气体等温过程线斜率的绝对值比绝热过程线斜率的绝对值（） (a) 大（ b ）小（ c ）相等（ d ）可能大，也可能小 ５．理想气体 1kg 经历一不可逆过程，对外做功 20kJ 放热 20kJ ，则气体温度变化为（）。 (a) 提高（ b ）下降（ c ）不变 ６．同一理想气体从同一初态分别经定温压缩、绝热压缩和多变压缩（ 1 1.系统从外界吸收热量，温度一定升高（）。 2.在热力循环中，如果工质不向冷源放热，则该循环的热效率可以达到 100% （）。 3.沸腾状态的水总是烫手的。 ( ) 4.蒸汽抽汽回热循环每级抽汽量越大，循环热效率越大。 ( ) 5.绝热过程一定是定熵过程。 ( ) 6.供热系数一定大于 1 ，制冷系数也一定大于 1 。 ( ) 7.实际气体的压缩因子总不等于 1 。（） 8.任意可逆循环的热效率都是。 ( ) 三、填空（本大题 16 分，每小题 2 分） １、稳定流动能量方程式应用于换热器时的简化形式 2、2kg 空气从 300K 定压加热到 700K 时的吸热量为 kJ （空气比定压热容 =1.004 kJ/ （ kg ·K ）） ３、当湿蒸汽的干度 x ＝ 0 时，工质全部为。 ４、一不可逆热机在高温热源 T h 和低温热源 T l 之间工作。高温热源熵变–1.5kJ/K ；低温热源熵变2.5kJ/K ，热机在绝热压缩过程中熵变 0.2kJ/K ；绝热膨胀过程中熵变 0.7kJ/K ；取高温热源、低温热源和热机为系统，则完成循环后此系统的 熵变S 系 = ＿＿＿ kJ/K 。 ５、已知氧气在 250K时=0.913 kJ/(kg·K)，=0.653 kJ/(kg·K)。则该气 体的气体常数R g =＿＿＿kJ/(kg·K)。 ６、一热泵工作时向高温热源传递热量 50kJ, 消耗掉的机械能 20 kJ, 供暖系数为。 1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。 2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。 3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系？平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。 4．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式 p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b ) 中，当地大气压是否必定是环境大气 压？ 当地大气压p b 改变，压力表读数 就会改变。当地大气压 p b 不一定是环境大气压。 5．温度计测温的基本原理是什么？ 6．经验温标的缺点是什么？为什么？ 不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。 7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。 有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。 8．分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。 参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）、正在运行的电视机是闭口系统。 4题图 9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制 体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？ 不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。 将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。 10．分析汽车动力系统（图1-21）与外界的质能交换情况。吸入空气，排出烟气，输出动力（机械能）以克服阻力，发动机水箱还要大量散热。不考虑燃烧时，燃料燃烧是热源，燃气工质吸热；系统包括燃烧时，油料发生减少。 11．经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？ 经历一个不可逆过程后，系统可以恢复原来状态，它将导致外界发生变化。包括系统和外界的整个大系统不能恢复原来 状态。 12．图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分 抽成真空，中间是隔板， （1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？ p 1 9题图 《热工基础》综合练习题 一、填空题 1．雾化燃烧是气体燃烧料的一种燃烧方式？ 2．包含对流换热系数的准数是 3．洁白的雪对热射线有很强的反射能力？ 4．金属的导热系数随着温度的升高而降低？ 5．为提高实际燃烧温度，空气过剩系数不宜太小，也不能过大？ 6．由红砖、保温砖、粘土砖组成多层平壁，如层与层间由于接触不紧密而存在空气，则多层平壁的传导热流量将（a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不能确定。 7．对不饱和空气，干球温度、湿球温度、露点温度之间三者的大小关系是 8．影响自然排烟烟囱抽力的主要因素有 二、简答题 1．为什么新干法窑尾的电收尘器前要设置增湿塔 2．多通道燃烧器有什么突出的优点 3．新型控流阻力篦板主要解决了什么关键问题，篦板阻力与料层阻力的关系发生了什么变化 4．回转窑应具备什么功能，怎样调控物料在窑内的运动 5．简述新型干法生产工艺的发展历程试从热工角度讨论生产中节能降耗的可能途径 6．冷却机的性能有哪些评价指标 7．分解炉内的旋风和喷腾效应有什么主要效果（15分） 8．悬浮预热器的共性有哪些，使用中预热器为何要采用多级串联的工艺布置（15分）9．生产中可采用哪些措施防止结皮堵塞。 10．降低预热器系统阻力损失的措施有哪些 11．生产中为什么要控制分解炉内的温度为890±30℃） 12．影响碳酸盐分解的主要因素有哪些？已知某生产线入窑生料的烧失量为36.2%，出窑烟气中的物料烧失量为3.8%，试求其入窑的表观分解率。 13．简述预分解窑系统中分解炉的主要功能，分解炉内的物料分散与均布是怎样实现的？ 新型干法生产工艺为何能降低废气中的NOx排放量？ 14．在什么情况下应考虑采用旁路放风，它对预热器窑和预分解窑的影响是否一样？15．第三代篦冷机采用了哪些主要的技术措施？ 16．试从熟料形成的热化学入手，说明生产过程中建立稳定的热工制度的必要性，稳定热工制度应有哪些保证条件？ 17．新型干法水泥生产中的D-D炉与RSP炉的主要区别是什么？ 18．生料再循环的目的是什么？ 19．新型干法生产中，为使系统控制最优，对各级预热器的分离效率应进行怎样的控制（以4级预热器为例）？ 20．怎样定义碱的内循环与外循环？ 21．复合式篦冷机与组合阶段式篦冷机的主要区别是什么？ 22．水泥熟料的实际热耗主要由那几部分组成？ 23．在不考虑土建投资的情况下，若追求热效率最高，是不是以增加预热器的级数为好？24．结合传热理论说明预热器系统换热效率好的原因。 第八章压气机的热力过程1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部，会发现打气时轻松了一点，工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片，为什么？ 答：因为气体在压缩时，以等温压缩最有利，其所消耗的功最小，而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却，都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程，从而使压缩的耗功减小。 2、既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除它？ 答：对于活塞式压气机来说，由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要，在所难免的会在压缩机中留有空隙，所以对于此类压缩机余隙容积是不可避免的，但是对于叶轮式压气机来说，由于它是连续的吸气排气，没有进行往复的压缩，所以它可以完全排除余隙容积的影响。 3、如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法，气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩，这时是否还需要采用分级压缩？为什么？ 答：我们采用分级压缩的目的是为了减小压缩过程中余隙容积的影响，即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在，所以我们仍然需要分级压缩。 4、压气机按定温压缩时，气体对外放出热量，而按绝热压缩时不向外放热，为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济？ 答：绝热压缩时压气机不向外放热，热量完全转化为工质的内能，使工质的温度升高，压力升高，不利于进一步压缩，且容易对压气机造成损伤，耗功大。等温压缩压气机向外放热，工质的温度不变，相比于绝热压缩气体压力较低，有利于进一步压缩耗功小，所以等温压缩更为经济。 5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出，试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功，并用T-S图上面积表示其值。 答：由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出，所以压气机耗功应以技术功计，一般用w c 表示，则w c =-w t 由第一定律：q=△h+w t ， 定温过程：由于T 不变，所以△h 等于零，既q=w t ，q=T △s ，2 1ln p p R s g =?，则有 多变过程：w c =-w t =△h-q 所以??????????-???? ??-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程：即q=0，所以 6、活塞式压气机生产高压气体为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺？ 答：由于活塞式压气机余隙容积的存在，当压缩比增大时，压气机的产气量减小，甚至不产气，所以要将压缩比控制在一定范围之内，因此采用多级压缩,以减小单级的压缩比。气体压缩以等温压缩为最有利，因此应设法使压气机内气体压缩过程指数n 减小，采用级间冷却可以很好的减小n. 7、叶轮是压气机不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多耗功可用图8-11中的面积m2s 2’nm 表示，这是否即是此不可逆过程的做功能力损失？为什么？ 图8-11 答：多消耗的功量并不就是损失的做功能力损失。因为 i=()()m n T m n s s s s T S T -=-=?2' 00 为图中的17nm1. 8、如图8-13所示的压缩过程1-2，若是可逆的，则这一过程是什么过程？他与不可逆绝热压缩过程1-2的区别何在？两者之中哪一过程消耗的功大？大多少？ 图8-13 第 一 章 基本概念与定义 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？ 答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？ 答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。 物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式b e p p p =+()e p p >， b e p p p =-()e p p <中，当地大气压是否必定是环境大气压？ 答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5.温度计测温的基本原理是什么？ 答：选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。有两个系统分别和第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 6.经验温标的缺点是什么？为什么？ 答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。 7.促使系统状态变化的原因是什么？举例说明 答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。 8.分别以图参加公路的自行车赛车运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子内的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这是什么系统。 答：赛车运动员因为有呼吸有物质交换，运动员 对自行车作功，因此有能量交换，因此赛车运动 员是开口系统。压缩空气只有对子弹作功，因此 为闭口系统。杯子内的热水对外既有能量交换又 有物质交换，因此为开口系统，正在运行的电视 机有能量交换物物质交换，因此为闭口系统 9．家用加热电器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（不包括电机热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，是什么系统？什么情况下构成孤立的系统？ 答：仅仅考虑电热水器为控制体，因有盖，不能与外界进行物质交换但与电机热器有热交换，因此是闭口系统。将电加热器包括在内，无热量交换因此是绝热过程。如果电加热器内电流非外部，而是用电池，即可认为绝热系统。 10.分析汽车动力系统与外界的质能交换情况？ 答：汽车发动机有吸气，压缩，作功，排气四个过程，因此吸气过程吸 收外界的空气，过程中既有物质的进入，也有随物质进入带入的能量。压缩后喷油点火，这个过程中压缩点火为能量交换，喷油为物质交换。 《工程热力学与传热学》 一、填空题（每题2分，计20分） 1.如果热力系统与外界之间没有任何形式能量互换，那么这个热力系统一定是( ） 2.抱负气体比热容只与( ）参数关于。 3.若构成热力系统各某些之间没有热量传递，热力系统将处在热平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ）。 4.若构成热力系统各某些之间没有相对位移，热力系统将处在力平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ）。 5.干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为：( ）。 6.湿空气压力一定期，其中水蒸气分压力取决于( ）。 7. 再热循环目是( ）。 8. 回热循环重要目是( ）。 9.热辐射可以不依托( ），在真空中传播。 10. 流动功变化量仅取决于系统进出口状态，而与( ）过程无关。 二. 判断题（每题1分，计20分） 1.孤立系统热力状态不能发生变化；（） 2.孤立系统就是绝热闭口系统；（） 3.气体吸热后热力学能一定升高；（） 4.只有加热，才干使气体温度升高；（） 5.气体被压缩时一定消耗外功；（） 6.封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（） 7.流动功变化量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历过程无关；（） 8.在闭口热力系中，焓h是由热力学能u和推动功pv两某些构成。（） 9.抱负气体绝热自由膨胀过程是等热力学能过程。（） 10.对于拟定抱负气体，其定压比热容与定容比热容之比cp/cv大小与气体温度无关。（） 11.一切可逆热机热效率均相似；（） 12.不可逆热机热效率一定不大于可逆热机热效率；（） 13.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程熵变等于可逆过程熵变；（） 14.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程熵变不不大于可逆过程熵变；（） 15.不可逆过程熵变无法计算；（） 16.工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（） 17.封闭热力系统发生放热过程，系统熵必然减少。（） 18.由抱负气体构成封闭系统吸热后其温度必然增长；（） 19.懂得了温度和压力，就可拟定水蒸气状态；（） 20.水蒸气定温膨胀过程满足Q=W；（） 三. 问答题（每题5分，计20分） 1. 阐明什么是准平衡过程？什么是可逆过程？指出准平衡过程和可逆过程关系。 热工基础第十章思考题答案 1 何谓表面传热系数？写出其定义式并说明其物理意义。 答：q=h（t w-t f），牛顿冷却公式中的h为表面传热系数。表面传热系数的大小反映对流换热的强弱。 2 用实例简要说明对流换热的主要影响因素。 答：（1）流动起因室内暖气片周围空气的流动是自然对流。而风机中的流体由于受到外力的作用属于强迫对流。强迫对流和自然对流的换热效果是不同的。 （2）流动的状态流动状态有层流和湍流，层流和湍流的对流换热强度不同，输水管路，水流速度不同，会导致水的流动状态由层流到湍流，那么这两种流动状态对流换热效果是不同的。 （3）流体有无相变水在对流换热过程中被加热变成水蒸气，蒸气在对流换热过程中被冷却变成水，这个过程会吸收和放出汽化潜热，两个换热过程的换热量不同。 （4）流体的物理性质流体的物理性质对对流换热影响很大，对流换热是导热和对流两种基本导热共同作用的结果。因此，比如水和油，金属和非金属对流换热效果不同。 （5）换热表面的几何因素换热器管路叉排和顺排换热效果不同，换热管线直径大小对换热效果也有影响。 3 对流换热微分方程组有几个方程组组成，各自到处的理论依据是什么？ 答：（1） 连续性微分方程 （2） 热量平衡方程 （1） （2）动量平衡方程 连续性微分程的依据是根据质量守恒导出的 热量平衡方程是根据能量守恒导出的 动量平衡方程是根据动量守恒导出的 4 何谓流动边界层和热边界层？它们的厚度是如何规定的。 答：流动边界层是由于流体粘度造成速度变化的区域，即速度发生明显变化的流体薄层。速度达到0.99u∞处的y值作为边界层的厚度，用表示。 当温度均匀的流体与它所流过的固体壁面温度不同时，在壁面附近会形成一层温度变化较大的流体层，称为热边界层。过于温度t-=0.99（t∞-）处到壁面的距离为热边界层的厚度。 5 简述边界层理论的基本内容。 答：（1）边界层的厚度与壁面特征长度L相比是很小的量。 （2）流场划分为边界层区和主流区。流动边界层内存在较大的速度梯度，是发生动量扩散的主要区域。在流动边界层之外的主流区，流体可近似为理想流体。热边界层内存在较大的温度梯度，是发生热量扩散的主要区域，热边界层之外的温度梯度可以忽略。 （3）根据流动状态，边界层分为层流边界层和湍流边界层。湍流边界层分为层流底层、缓冲层与湍流核心三层。层流底层内的速度梯度和温度梯度远大于湍流核心。 （4）在层流边界层与层流底层内，垂直于壁面方向上的热量传递主要靠导热。湍流边界层的主要热阻在层流底层。 6 边界层理论对求解对流换热问题有何意义？ 答：应用边界层理论分析对流换热微分方程中各项的数量级，忽略高阶小量，可以使对流换热微分方程组得到合理的简化，更容易分析求解。 7 层流边界层和湍流边界层在传热机理上有何区别？ 答：在层流边界层内，热边界层内的温度梯度的变化比较平缓，垂直于壁面方向上的热量传递主要依靠导热。而湍流边界层内，层流底层有很大的温度梯度，热量传递主要靠导热；而湍流核心内由于强烈的扰动混合使温度趋于均匀，温度梯度较小，热量传递主要靠对流。 8 何谓两个物理现象相似？ 答：如果同类物理现象之间所有同名物理量场都相似，即同名的物理量在所有对应瞬工程热力学期末试题及答案
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