工程热力学知识点

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1、工程热力学复习知识点一、知识点基本概念的理解和应用（约占40%），基本原理的应用和热力学分析能力的考核（约占60%）。1.基本概念掌握和理解： 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 )。掌握和理解： 状态及平衡状态 ,实现平衡状态的充要条件。状态参数及其特性。制冷循环和热泵循环的概念区别。理解并会简单计算： 系统的能量，热量和功（与热力学两个定律结合）。2.热力学第一定律掌握和理解： 热力学第一定律的实质。理解并会应用基本公式计算 ：热力学第一定律的基本表达式。闭口系能量方程。热力学第一定律应用于开口热力系的一般表达式。稳态稳流的能量方程。理解并掌

2、握： 焓、技术功及几种功的关系（包括体积变化功、流动功、轴功、技术功）。3.热力学第二定律掌握和理解： 可逆过程与不可逆过程 (包括可逆过程的热量和功的计算)。掌握和理解：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。掌握和理解：熵（熵参数的引入， 克劳修斯不等式， 熵的状态参数特性） 。理解并会分析 ：熵产原理与孤立系熵增原理，以及它们的数学表达式。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。理解并会计算 ：学会应用热力学第二定律各类数学表达式来判定热力过程的不可逆性。4.理想气体的热力性质熟悉和了解： 理想气体模型。理解并掌握： 理想气

3、体状态方程及通用气体常数。理想气体的比热。理解并会计算 ：理想气体的内能、焓、熵及其计算。理想气体可逆过程中，定容过程，定压过程，定温过程和定熵过程的过程特点，过程功，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理解并掌握： 蒸汽的热力性质（包括有关蒸汽的各种术语及其意义。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） 。蒸汽的定压发生过程 （包括其在 p-v 和 T-s 图上的一点、二线、三区和五态）。理解并掌握： 绝热节流的现象及特点6.蒸汽动力循环理解计算 ：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 图上表示出过程

4、， 提高蒸汽动力装置循环热效率的各种途径 （包括改变初蒸汽参数和降低背压、再热和回热循环）。7、制冷与热泵循环理解、掌握并会计算 ：空气压缩制冷循环，蒸汽压缩制冷循环的热力计算及制冷系数分析。 能够在 T-S 图上表示出过程， 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：1、过热蒸汽的温度是否一定很高？未饱和水的温度是否一定很低？答：过热蒸汽、未饱和水是这样定义的，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 tts；当温度低于其压力对应的饱和温度 tBC. ABD.不能确定.（ 4）、在闭口绝热系中进行的一切过程,必定使系统的熵 (

5、D)A 增大.B 减少.C.不变D. 不能确定（ 5）、在房间内温度与环境温度一定的条件下 ,冬天用热泵取暖和用电炉取暖相比 ,从热力学观点看 (A)A. 热泵取暖合理 .B.电炉取暖合理 .C.二者效果一样 .D.不能确定 .（ 6）、闭口系能量方程为(D)A. Q+ U+W=0B.Q+ UW=0C.QU+W=0D.QUW=0（ 7）、理想气体的是两个相互独立的状态参数。(C)A. 温度与热力学能B.温度与焓C.温度与熵D.热力学能与焓（ 8）、已知一理想气体可逆过程中,wt=w ,此过程的特性为 (B)A. 定压B.定温C.定容D.绝热（ 9）、可逆绝热稳定流动过程中,气流焓的变化与压力变

6、化的关系为(B)A.dh= vdpB.dh=vdpC.dh= pdvD.dh=pdv（ 10）、水蒸汽动力循环的下列设备中 ,作功损失最大的设备是 (A)A. 锅炉B.汽轮机C.凝汽器 D.水泵(11)外界（或）环境的定义是指（ 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)系统平衡时的广延性参数（广延量）的特点是（D）。A 其值的大小与质量多少无关B 不具有可加性C 整个系统的广延量与局部的广延量一样D 与质量多少有关，具有可加性(13)理想气体多变指数n0，U0， W0BQ0，U0CQ0，U0DQ0，

7、 W0(14)卡诺定理表明：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 4bar 的气体流入1bar 的环境中，为使其在喷管中充分膨胀，宜采用（ D）。A 渐缩喷管 B 渐扩喷管 C 直管 D 缩放喷管(16)一个橡皮气球在太阳下被照晒，气球在吸热过程中膨胀，气球内的压力正比于气球的容积。则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 v ln T2R ln V2(17)熵变计算式T1V1只适用于（

8、 D ）。A一切工质的可逆过程B一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；C 孤立系统；DA， B，C 都可以。(19)热力系的储存能包括（A ）。A 内部储存能与外部储存能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）Q0（C）Q=0（ D）不一定(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，则过程中的能量关系有(C)A Q0,U0,W0BQ=0,U0,W0,U0,W=0DQ=0,U

9、=0,W=0q2T2t11(22)循环热效率q1T1适用于（ D）。A 适用于任意循环；B 只适用于理想气体可逆循环；C 适用于热源温度为 T1，冷源温度为 T2 的不可逆循环；D 只适用于热源温度为T1，冷源温度为T2 的可逆循环。(23)气流在充分膨胀的渐缩渐扩喷管的渐扩段（dA 0）中，流速（ D）。A 等于喉部临界流速；B 等于当地音速；C 小于当地音速； D 大于当地音速。(24)孤立系统可以理解为（C）。A闭口的绝热系统所组成；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)采用蒸汽再热循环的目的在于（C）。（A ）降低乏汽干度，提高汽轮机

10、稳定性；（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、请解释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：对于孤立系熵方程 dSisodSsys dSg 而熵产g 总是非负的即 dSg 0 或dSdSi so0，称为孤立系的熵增原理。孤立系统内部进行的一切实际过程都是朝着熵增加的方向进行，极限情况维持不变。任何使孤立系统熵减小的过程都是不可能实现的。判断过程进行的方向与条件.16、请分别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器为第一永动机; 从单一热源吸热，使

11、之全部转化为功而不留下其他任何变化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过程导出的，它是否可用于计算不可逆过程初、终态的熵变？为什么？答：可以 , 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分，A 中存有高压氮气，B 中保持真空。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？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交换也无能量的交换，有热力学第一定律知：quw ,q=0,w=0,因此，隔板抽取前后u =0.19、气体吸热后温度一定升高吗？液体吸热后温度一定升高吗？并给出理由。答：气体吸热后，温度不一定

12、升高，由q= u +w，若吸热的同时对外界做功，而且 |w|q|,此时，则热力学能降低即u 0, 此时的气体温度反而会降低。液体吸热后，温度也不一定升高，比如水在饱和状态下，吸热时可保持温度不变。20、热力系的总熵是否可以减小？为什么？答：可以减小。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（即使热力学的总熵减小），当熵流的绝对值大于熵产，热力系总熵的增量为负值，则热力系的总熵将是减小的。21、决定朗肯循环热效率的参数有哪些？它们如何影响热效率？答：1) 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，所以提高了热效

13、率。2) 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3) 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，可得到哪些重要结论？答：三点结论 :a 只决定于 T1，T2，提高 T1，降低 T2 可提高 cbc1c 当 T1T2 时 c023、如何用热力学知识描述水的饱和状态答：在一定的温度下，容器内的水蒸气压力总会自动稳定在一个数值上，此时进入水界面和脱离水界面的分子数相等，水蒸气和液态水处于动态平衡状态，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

14、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，为什么蒸汽动力循环利用了水蒸汽在两相区等压等温的特点，而不采用卡诺循环？答：采用卡诺循环必须要求工质实现定温加热和放热，但是难以实现。而水蒸气两相区却可满足定温加热和放热。而此时也是定压过程。所以实际蒸汽循环不采用卡诺循环。计算分析题1.某蒸汽压缩制冷过程 ,制冷剂在 5K 吸收热量 QL ,在 K 放出热量 -QH,压缩和膨胀过程是绝热的，向制冷机输入的功为Ws，判断下列问题的性质。（A 可逆的 B 不可逆的 C 不可能的）(1).QL=2000kJWs=400kJ250QL2000可逆5Ws5（A）300 250400可

15、逆 该制冷过程是可逆的(2).QL=1000kJQH= 1500kJ250QLQL1000可逆5WsQH QL2(B)300 2501500 1000可逆 该制冷过程是不可逆的(3).Ws=100kJQH=700kJ250QLQH Ws700 100可逆5WsWs6(C)300 250100可逆该制冷过程是不可能的T2.某蒸汽动力循环操作条件如下： 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280。求： (1)上述循环的最高效率。4231655S(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，以及离开锅炉的过热蒸汽温度

16、和冷凝器饱和温度之间运行的卡诺循环的效率。(3)若透平机是不可逆绝热操作，其焓是可逆过程的80%。求此时的循环效率。解： (1)各状态点的热力学性质，可由附录水蒸汽表查得H 1 303.46 1.5kJ kg 1（由于液体压力增加其焓增加很少，可以近似H1 H6）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。S5S4 6.8381，由 0.035Mpa，查得气相，液相，Sg7.7153kJ kg 1 K 1（查饱和蒸汽性质表）S0.9852kJ kg 1 K 1（查饱和水性质表内插）l气相含量为 x冷凝器压力 0.035Mpa，饱和温度为72.69；锅炉压力 1.5Mpa，

17、饱和温度为198.32。卡诺循环运行在此两温度之间，卡诺循环效率若卡诺循环运行在实际的二个温度之间，其效率为(3) 不可逆过程的焓差为0.80(H2-H3)，而吸收的热仍为H 2H1 ，因此效率0.80( H 4H 5 )0.2470.198H 40.80H 13某压缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为-25，冷却器中的压力为 1.0MPa，假定氨进入压缩机时为饱和蒸汽，而离开冷凝器时为饱和液体，每小时制冷量Q0 为1.67 105kJh-1。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。按照题意，氨进入压缩机为饱和状态1，离开冷凝器

18、为饱和状态3。氨在蒸发器中的过程即41H 1=1430KJkg-1H2=1710KJkg-1氨在冷凝器中的过程即23， H3=H4=320KJkg-1GQ0Q0H 41.67105150.5kg h 1氨流率q0H 11430320q0H 1H 414303201110WsH 2H 1171014303.96制冷系数280P321.0MPa-25 41注：求解此类题目：关键在于首先确定各过程状态点的位置，然后在P-H 图或 TS 图上查到相应的焓（或温度、压力）值，进行计算。4.某压缩制冷装置， 用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为25，冷凝器内的压力为 1180kPa，假定氨进入压气机时为饱

19、和蒸气，而离开冷凝器时是饱和液体，如果每小时的制冷量为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=1648kJ/kg，H2=1958kJ/kg，H3=H4=565kJ/kg则单位质量制冷剂的制冷量为Hq0=H1H4=1648565=1083(kJ/kg)所需的氨流率为Q0167000G= q01083 =154.2（kg/h）(2)制冷系数为q0q01083WH2 H11958 1648=3.49=5、容器被分隔成 AB 两室，如图 1-4 所示，已知当地大气压pb=0.1013MPa，气压表 2 读为 pe2=0.04MP

20、a，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=0.3953MPapA =pB+pe2pB =pApe2=0.39153MPa0.04MPa=0.3553MPape3=pB pb=0.3553MPa0.1013MPa=0.254MPa6、如图所示的气缸，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 。 当 地的大 气压 力p0=771mmHg，环境温度 t0=27。若当气缸内气体与外界处于热力平衡时，把活塞重物

21、取去100kg，活塞将突然上升，最后重新达到热力平衡。假定活塞和气缸壁之间无摩擦，气体可以通过气缸壁和外界充分换热，试求活塞上升的距离和空气对外作的功及与环境的换热量。7、一容积为0.15m3 的储气罐 ,内装氧气，其初态压力p1=0.55MPa，温度t1=38。若对氧气加热，其温度、压力都升高。储气罐上装有压力控制阀，当压力超过 0.7MPa 时，阀门便自动打开，放走部分氧气，即储气罐中维持的最大压力为 0.7MPa。问当罐中温度为285 ，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)、cp0.917kJ/(kg K)。8、有一蒸汽动力厂按依次再热以及

22、抽气回热理想循环工作，如图。新蒸汽参数为 p1=14MPa，t1=550，再热压力 pA =3.5MPa，再热温度 tR=t1=550,回热抽气压力 pB=0.5MPa，回热器为混合式，背压p2=0.004MPa。水泵功可忽略。试：（ 1）定性画出循环的T-s 图；（ 2）求抽气系数 ；（ 3）求循环输出净B功 wnet，吸热量q1，放热量q2；（ 4）求循环热效率t。9、一个装有2kg工质的闭口系经历了如下过程：过程中系统散热25kJ，外界对系统作功100kJ，比热力学能减小15kJ/kg，并且整个系统被举高1000m。试确定过程中系统动能的变化。10、一活塞气缸装置中的气体经历了 2 个过

23、程。从状态 1 到状态 2，气体吸热500kJ，活塞对外作功 800kJ。从状态 2 到状态 3 是一个定压的压缩过程，压力为 p=400kPa,气体向外散热 450kJ。并且已知 U1=2000KJ,U3=3500KJ，试算 23 过程气体体积变化。11、气缸中封有空气，初态为p1 0.2MPa 、 V10.4m3 ，缓慢膨胀到 V20.8m3 。 (1)过程中 pV 维持不变； (2)过程中气体先循 p MPa0.4 0.5V m3 膨胀到 Vm0.6m3 ，再维持压力不变，膨胀到V20.8m3 。试分别求两过程中气体作出的膨胀功。12、空气在压气机中被压缩。压缩前空气的参数为p10.2M

24、Pa ， v10.845m3 / kg ；压缩后的参数为p20.8MPa ， v20.175m3 / kg 。设在压缩过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 。压气机每分钟产生压缩空气10kg 。求：(1)压缩过程中对每千克空气作的功；(2)每生产 1kg 压缩空气所需的功(技术功 )； (3)带动此压气机所用电动机的功率。13、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600， h33658.4 kJ / kg ,汽轮机排汽比焓为h42126 kJ / kg ，凝结水比焓 h1 101 kJ / kg 。在忽略泵

25、耗功的情况下，试求：（ 1）求朗肯循环的热效率。（ 2）如果在上述朗肯循环的基础上采用回热，在系统中使用开式（混合式）给水加热器，用于加热给水的蒸汽比焓为h52859 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；（ 3）在上述回热循环的基础上，还有哪些提高循环效率的措施？解：（ 1） 锅炉吸热量为qBh3h13658.41013557.4 kJ/kg汽轮机输出功为wTh3h43658.421261532.4 kJ/kg循环热效率为wT1532.4或 43.1%qB0.4313557.4（ 2）开式给水加热器热平衡方程为h6h160

26、41010.182 kgh5h12859101循环净功wneth3h51h5h43658.4285910.182285921261399 kJ/kg吸热量为qBh3h63658.46043054.4 kJ/kg循环热效率wnet1399或 45.8%qB0.4583054.4采用回热循环的热效率大于无回热循环的热效率。（ 3）主要措施有：提高主蒸汽温度和压力；（由于主蒸汽温度已有600，提高压力的效果比较明显）降低排汽压力14、在恒温热源 T1=700K和 T2=400K之间进行循环。当W0=1000KJ，Q2=4000KJ时，试用计算说明：（1）循环的方向性；（ 2）循环是可逆的，还是不可逆

27、的？解：15、若 5kg 水起始与 295K的大气环境处于热平衡状态，用热泵在水与大气之间工作使水定压冷却到 280K，求所需最小功是多少？（已知水的Cp=4.186kJ/(kg K)）。解 : 根据题意画出示意图所示，由大气、水、制冷机、功源组 成了孤立系，则熵变SisoSH SL SR其中SR0, SW0于是Siso10970.7 J/K+ 313500J +|W |295K295K因可逆时所需的功最小，所以令Siso0 ，可解得方法制冷机为一可逆机时需功最小，由卡诺定理得即 WQ2 (T0T2 )T0 T2 mcd T2T2T216、图所示为理想朗肯循环，锅炉出口蒸汽压力6MPa、温度为

28、 500、比焓h13422kJ / kg ；汽轮机排汽比焓 h22180kJ / kg ，凝结水比焓 h3192kJ / kg ；汽轮机的轴功率为 20MW。试求：（ 1）在 T s 图中表示出该循环；（ 2）计算出锅炉出口的蒸汽质量流量和循环热效率（忽略给水泵耗功）；（ 3）提出提高该循环热效率的措施，并用T s 图加以分析。（ 8 分）解：（ 1）Ts 图见下图。（ 2） wt h1h2 342221801242 kJ / kg工质流量为WTWT2000016.1kg / smh1h21242wT忽略泵的耗功，则 h4h3 ，锅炉吸热量为 qB h1 h43422 192 3230 kJ / kg循环热效率为WTWT20000或 38.5% 。QBmqB0.38516.1 3230（ 3）主要措施有：提高主蒸汽温度和压力；降低排汽压力（ 10kPa 排汽压力偏高）；采用再热；采用回热。