《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的能量交换，那么这个热力系统一定是( ） 2.理想气体的比热容只与( ） 参数有关。

3.若组成热力系统的各部分之间没有热量传递，热力系统将处于热平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ） 。

4.若组成热力系统的各部分之间没有相对位移，热力系统将处于力平衡状态。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.湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于( ） 。 7. 再热循环的目的是( ） 。 8. 回热循环的主要目的是( ） 。

9.热辐射可以不依靠( ） ，在真空中传播。

10. 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与( ） 的过程无关。

二. 判断题（每题1分，计20分）

1.孤立系统的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，才能使气体的温度升高；（ ） 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.流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关；（ ） 8.在闭口热力系中，焓h是由热力学能u和推动功pv两部分组成。（ ） 9.理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。（ ）

10.对于确定的理想气体，其定压比热容与定容比热容之比cp/cv的大小与气体的温度无关。（ ）

11.一切可逆热机的热效率均相同；（ ）

12.不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（ ）

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，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（ ）

《工程热力学与传热学》期末复习题 第1页 共12页

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，则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变；（ ）

15.不可逆过程的熵变无法计算；（ ）

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，系统的熵必然减少。（ ） 18.由理想气体组成的封闭系统吸热后其温度必然增加；（ ） 19.知道了温度和压力，就可确定水蒸气的状态；（ ） 20.水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（ ）

三. 问答题（每题5分，计20分）

1. 说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的关系。

2. 试指出膨胀功，轴功，技术功，流动功的区别和联系，写出可逆过程中膨胀功，技术

功的计算公式。

3. 写出开口系统稳定流动能量方程式的表达式，说明式中各量的含义。

4. 什么是饱和湿空气？什么是未饱和湿空气？如何将未饱和湿空气转变为饱和湿空

气？

四 . 计算题（每题10分，计40分） 1.2 kg空气经过定温膨胀的可逆过程，从初态压力为 p1=9.807 bar，t1=300 oC膨胀到终态容积为初态容积的5倍。试计算：（1）空气的终态参数；（2）对外界所作的膨胀功和交换的热量；（3）热力学能，焓和熵的变化量。设空气的cp=1.004 kJ/(kg·K)，Rg=0.287 kJ/(kg·K)，K=1.4。

《工程热力学与传热学》期末复习题 第2页 共12页

2.两质量相同，比热容相同（为常数）的物体A，B，初温各为TA与TB，用它们作高温热源和低温热源，使可逆机在其间工作，直至两物体温度相等为止。 试求：（1）平衡时的温度Tm；

（2）可逆机的总功量；

（3）如果两物体直接进行热交换至温度相等，求此平衡温度Tm及两物体的总熵变。

3.1 Kmol的理想气体，从初态p1=0.5 MPa，T1=340 K绝热膨胀到原来体积的2倍。已知气

体的Cp,m= 33.44 kJ/(mol·K)，Cv,m= 25.12 kJ/(mol·K)，试确定在下述情况下气体的终温，对外所作的功及熵的变化量。（1）可逆绝热过程；（2）气体向真空自由膨胀。

4.欲设计一热机，使之能从温度为973 K的高温热源吸热2 000 kJ，并向温度为303 K的

冷源放热800 kJ。试确定（1）此循环能否实现？（2）若把此热机当作制冷机用，从冷源吸热800 kJ，是否可能向热源放热2 000 kJ？此时，至少需耗多少功？

《工程热力学与传热学》期末复习题 第3页 共12页

一、填空题

1孤立系统 2温度 3温度差4压力差 5过热蒸汽6 含湿量7增加蒸汽干度8提高进入锅炉的给水温度9中间介质 10工质经历

二、判断题

1－5错错错错对 6－10对对错错错 11－15错错对错错 16－20错错错错错

三. 问答题1、答：（1）准平衡过程：是假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近平衡态的过程，（2）可逆过程：是指如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路逆行，恢复到原来的状态，外界也随之回复到原来的状态的过程。（3）准平衡过程和可逆过程的关系：准平衡过程着眼于系统内的平衡，可逆过程着眼于系统和外界的总平衡。一个准平衡过程不一定是可逆过程，但一个可逆过程一定是一个准平衡过程。可逆过程是无耗散的准平衡过程。

2.答：（1）膨胀功：是由于工质体积的变化对外所做的功；技术功：是指工程技术上可以直接利用的功，包括宏观动能，宏观位能，轴功；流动功：推动工质流动而做的功称为流动功。

1膨胀功，技术功，流动功的联系为：w?wt?(p2v2?p1v1)?ws??cf2?g?z??(pv)。

2（2）可逆过程中膨胀功的计算公式：w??pdv；技术功的计算公式：wt???vdp。

1122

1（2）式中各量?cf2?g?z?ws。

212含义：q为工质与外界交换的热量，?h为工质进出口焓的变化，?cf为工质宏观动能的

23.答：（1）开口系统稳定流动的能量方程式为：q??h?变化，g?z为工质宏观位能的变化，ws系统对外所作轴功。

4.答：（1）饱和湿空气：是由干空气和干饱和水蒸气组成的空气。（2）不饱和湿空气：是由干空气和过热水蒸气组成的空气。（3）将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种：

方法1：湿空气温度T一定时，增加水蒸气分压力 pv?pvmax?ps(T), 方法2：保持水蒸气含量pv不变，降低湿空气温度T?Ts(pv)。

四 . 计算题

1.解：（1）取空气为热力系统，对可逆定温过程1-2，由参数间的相互关系得：

p2?p1v21?9.807??1.961bar. v150.287?103?(273?300)3??0.1677kg/m9.807?105

由理想气体状态方程式得；

v1?RgT1p1v2?5v1?0.8385m3/kg《工程热力学与传热学》期末复习题 第4页 共12页

定温过程：T1?T2?573K

（2）气体对外所作的功及交换的热量：

WT?QT?p1V1lnV2V1?9.807?105?(2?0.1677)?ln5?529.4kJ

（3）过程中热力学能，焓，熵的变化为：

?U1?2?0,?H1?2?0,?S1?2?mRglnV2?0.9238kJ/K V12.解：（1）取A，B物体及热机为孤立系统， 则有：?Siso??SA??SB??SE?0， 其中：?SE?0，

因此：?Siso??SA??SB?mc?TmT1TmdTdT?mc??0

TBTTT2即： mcln?mcln?0，lnm?0

TATBTATB2或 Tm?1，所以 Tm?TATB

TATBTmTm（2）A物体为有限热源，过程中放出热量Q1，B物体为有限冷源，过程中要吸收热量Q2，并且：Q1?mc(TA?Tm),Q2?mc(Tm?TB)， 热机为可逆热机时，由能量守恒：

W?Q1?Q2?mc(T1?Tm)?mc(Tm?TB)?mc(TA?TB?2Tm)。

（3）两物体直接进行能量交换直至温度相等时，可列出能量守恒方程： mc(T1?T'm)?mc(T'm?TA) 因此： Tm?'TA?TB2

3.解：首先计算比热容比：??（1）对可逆绝热过程： 终温：T2?T1(Cp,mCV,m?33.44?1.33 25.121)??1?340K?()1.33?1?270K。 V22V1《工程热力学与传热学》期末复习题 第5页 共12页

对外所作的功：

W?mcV(T1?T2)?nCV,m(T1?T2)?1?10mol?25.12J/(mol?K)?(340?270)K?1758J3

熵的变化量：?S?0

（2）气体向真空自由膨胀，有W?0，又过程绝热，则Q?0，因此由闭口系能量方程Q?W??U，得?U?0。 即终温：T2?T1?340K 熵的变化量：

?S?m(cVlnT2T1?RglnV2V1)?mRglnV2V1?nRlnV2V1

?1?103mol?8.314J/(mol?K)?ln2?5.77kJ/K

4.解：（1）方法1：利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行，

??QT?Q1T1?Q2T2?2000kJ?800kJ???0.585kJ/K?0

973K303K所以此循环能实现，且为不可逆循环。

或方法2：利用孤立系统熵增原理来判断循环是否可行，孤立系统由高温热源，低温热源，热机及功源组成，因此：

?Siso??SH??SL??SR??SW?Q1T1?Q2T2?0?0??2000kJ800kJ??0.585kJ/K?0973K303K 孤立系统的熵是增加的，所以此循环可以实现。

（2）若将此热机当作制冷机使用，使其逆行，显然不可能进行。也可借助与上述方法的任一种重新判断。

若使制冷机能从冷源吸热800 kJ，假设至少耗功Wmin，根据孤立系统熵增原理，

?Siiso??SH??SL??SR??SW?解得：Wmin?1769kJ。

Q1T1?Q2T2?0?0?800kJ?Wnet973K??800kJ?0

303K《工程热力学与传热学》期末复习题 第6页 共12页