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热力学复习资料.doc全文-建筑图纸-在线文档 17页
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3－8 容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kPa，温度为27℃的空气，右边为真空，容积为左边5倍。将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。
解：热力系：左边的空气
系统：整个容器为闭口系统
过程特征：绝热，自由膨胀
根据闭口系统能量方程
自由膨胀W＝0
对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得
根据理想气体状态方程
3-9 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，为500 kPa，25℃。充气开始时，罐内空气参数为100 kPa，25℃。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。
解：开口系统
特征：绝热充气过程
工质：空气（理想气体）
根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，没有热量传递。
没有流出工质m2=0
dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1
终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1
mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0
代入上式(1)整理得
3－12 压力为1MPa和温度为200℃的空气在一主管道中稳定流动。现以一绝热容器用带阀门的管道与它相连，慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器。设（1）容器开始时是真空的；（2）容器装有一个用弹簧控制的活塞，活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比，而活塞上面的空间是真空，假定弹簧的最初长度是自由长度；（3）容器装在一个活塞，其上有重物，需要1MPa的压力举起它。求每种情况下容器内空气的最终温度？
解:（1）同上题
662K=389℃
T=552K=279℃
同（2）只是W不同
T=473K＝200℃
3-17.温度t1=500℃，质量流率m1=120kg/h 的空气流I，与温度t2=200℃质量流率m2=210kg/h
的空气流相混合，设混合前后的压力都相等，试求Ⅰ和Ⅱ两
股气流混合后的温度
例4-3 空气的容积=2，由 =1MPa，t=40，压缩到
=1MPa，=0.5 ，求过程的多变指数、压缩功、气体在过程中所放出的热量，以及气体的熵的变化。取定值比热计算。
解：多变指数
气体终态温度：
气体质量：
热力学能变化：
6kg空气由初态p1＝0.3MPa，t1=30℃，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2＝0.1MPa：（1）定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n＝1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度。
解：（1）定温过程
T2=T1=30℃
（2）定熵过程
（3）多变过程
4-8 1kg理想气体由初态按可逆多变过程从400℃降到100℃，压力降为，已知该过程的膨胀功为200kJ，吸热量为40 kJ，设比热为定值，求该气体的和
＝533J/(kg.k)
解得：n＝1.49
R=327 J/(kg.k)
代入解得：＝533+327=860 J/(kg.k)
4-9 将空气从初态1，t1=20℃,定熵压缩到它开始时容积的1/3，然后定温膨胀，经过两个过程，空气的容积和开始时的容积相等。求1kg空气所作的功。
＝-116 kJ/kg
＝143.4 kJ/kg
w=w1+w2=27.4 kJ/kg
1kg氮气从初态1定压膨胀到终态2，然后定熵膨胀到终态3。设已知以下各参数：t1=500℃，v2=0.25m3/kg ，p3＝0.1MPa，v3=1.73m3/kg。求（1）1、2、3三点的温度、比容和压力的值。（2）在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。
解：(1)＝1.5 MPa
p1=p2=1.5 MPa
v1==0.15 m3/kg
(2) 定压膨胀
145.4 kJ/kg
-505 kJ/kg
或者：其q=0,= -505 kJ/kg
4-16 有一离心式压气机，每分钟吸入p1＝0.1MPa，t1=16℃的空气400 m3，排出时p2＝0.5MPa，t2=75℃。设过程可逆，试求：
(1)此压气机所需功率为多少千瓦？
(2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？
解：（1） =8.04kg/s
 =-712.3kJ/s =(△H+
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物理化学整理的题
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气体的PTV关系
填空
[1.0分]1.在同样T，p下，A气体的压缩因子Z ? 0.8，B的Z ? 0.5，则气体??????对理想气体偏离更大？
[1.0分]2.??? 低压下混合气体中气体B的分体积定义为：VB = ????????????。
[2.0分]3.a，b为范德华参数，一般来说愈易液化的气体，a??????；分子愈大，b??????。(选填愈大，愈小)
[1.0分]4.CO2的临界温度为31.0℃，临界压力为7.38 MPa，在40℃，10 MPa时，CO2?????以液态存在。(选填能、不能)
[4.0分]5.??? 写出维里方程的两种表示形式：
??? pVm ? ????????????????????；
??? pVm ? ????????????????????。
?[1.0分]6.在一钢瓶中装有CO2，温度为10℃，压力为3.65MPa，则CO2处于_____态。(选填气、液、气＋液)。(已知CO2的临界温度为31℃，在10℃时CO2的饱和蒸气压为4.46MPa。)
[1.0分]7.实际气体分子间的吸引力使压缩因子??????，分子本身的体积使压缩因子??????。（选填增大，减小或不变）
[3.0分]8.??? 把100 kPa，400 cm3的气体A与300 kPa，200 cm3的气体B等温混合放入800 cm3的容器内。混合物中两气体的分压力分别为pA = ???????，pB = ???????，总压力为p = ??????????。
[2.0分]9.临界点的数学特征是______，______。
[2.0分]10.??? 有一系统如图所示。抽掉中间隔板后，H2的分压力p(H2) = ?????，H2的分体积V(H2) = ????????????。
????????????????
[2.0分]11.气体A的临界温度Tc(A)高于气体B的Tc(B)，而临界压力pc(A)小于pc(B)，则气体_____的范德华常数a较大。
[3.0分]12.A，B两种气体的临界温度及临界压力有如下关系：Tc(A) & Tc(B)，pc(A) & pc(B)。则气体_____的范德华常数a大，气体_____的范德华常数b大，气体_____的临界体积Vc大。[1.0分]13.范德华常数a的单位为??????，????? b的单位为??????。
[3.0分]14.范德华方程是在理想气体状态方程基础上分别进行?????修正和?????修正所得到的，其压力适用范围为??????。
[2.0分]15.温度为27℃，压力为98.7 kPa，体积为100 cm3的理想气体，若处于0℃，101.325 kPa状态，则其体积为??????????? 。
[1.0分]16.压缩率______。
[2.0分]17.范德华方程中的常数a是度量??????????的特征参数，常数b是度量??????????的特征参数。
[1.0分]18.压缩因子图中，在任意温度下，当对比压力pr?0时，压缩因子Z??????1。
[1.0分]19.为了使气体经恒温压缩而液化，其温度必须低于??????????温度。
[3.0分]20.1 mol某真实气体在T ? TC，p ? 100 kPa下，摩尔体积为Vm，其RT / Vm值等于110 kPa。
今在温度不变下将气体压力减至50 kPa，则这时的体积将（?? ）Vm / 2。
( 1 )大于；??????????? ( 2 )小于；??????????? ( 3 )等于。
[3.0分]21.?? ?某理想气体的摩尔质量为28.0 g·mol-1。在27℃，100 kPa下，体积为300 cm3的该气体的质量m = ????????????????。
[1.0分]22.理想气体压缩因子Z??????1。（选填 ? ，= 或?）
[1.0分]23.??? 摩尔气体常数R = ????????????????????。
[2.0分]24.物质的量为n的范德华气体的状态方程是??????????。
[2.0分]25.纯液体的饱和蒸气压的定义是：????????????????????。
[2.0分]26.由普遍化压缩因子图可以求出任何气体在______，______下的压缩因子。
[2.0分]27.适用于1 mol气体的范德华方程式为??????????。
[1.0分]28.压缩因子的定义式是Z ? ?????。若Z ? 1，表明该气体比理想气体较?????压缩（选填难，易）。
[1.0分]29.实际气体的温度低于其玻意耳温度时，若压力不太大，则pV?????nRT。（选填?，?或?）
[1.0分]30.临界压力是在临界温度下气体能够液化的?????压力。
[2.0分]31.气体A的临界
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1．某一刚性绝热容器中有一隔板将容器分为容积相等的两部分，每一部分的容积均为0.1m3.如容器一边是温度为４０℃，压力为４bar的空气，另一边是温度为１７℃，压力为３bar的空气。当抽掉隔板后，两部分空气均匀混合达到平衡，求混合后空气的温度，压力及混合过程中空气熵的变化。 （13分）
2．下图所示为一测量液体比热（c）的装置。该装置为一绝热刚性容器，测出输入轴功Ｗs和液体温升即可求得比热c。为了估算该装置的测量误差，用10mol 苯做实验。已知苯的摩尔比热Mc=133.1j/mol. K，测得Ws=6256j
的温升ST=4K，试计算该装置的测 量误差，并定性分析产生误差的原因。
3.两质量相等，比热相同，温度不同的物体Ａ和Ｂ。Ａ物体的温度为１２００Ｋ，Ｂ物体的温度为６００Ｋ。利用Ａ，Ｂ物体做为热源和冷源，使可逆热机在其间工作，直至Ａ，Ｂ两物体温度相等时为止。试求： （１） 平衡时的温度Ｔm及两物体总熵的变化。 （２） 若两物体直接进行热交换直到温度相等，求平衡时的温度并写出其总熵变化的表示式。
（共10分） 4.下图所示为一蒸汽加热的热水器。其中加热蒸汽为p1 =2bar,x1=0.9的湿蒸汽，冷水温度t2=15℃。若每小时需温度t3=60℃的热水m3=600kg,试求： （１） 每小时所需的蒸汽量（m1） （２） 每小时所需的冷水量（m2）
注： p=2bar时，h’=504.7kj/kg,h’’=2706.9kj/kg
5.如图所示。空调回水送入蒸发器进行减压蒸发，产生的湿蒸汽由容器上部引出，未蒸发的水由下部引出。进口参数如图中所示，试求： 空调回水流量m1=? Kg/min. (2)
蒸汽流量m3=? Kg/min
29.42 2513.62
62.97 2528.26
6．下图所示为用于生产冷空气的设计方案，热/冷源及空气参数如图中所示。试求生产1K冷空气至少要加给装置多少热量Qhmax。空气定压比热：cp=1.01kj/K℃。 （共8分） 7．两质量相等，比热相同，温度不同的物体Ａ和Ｂ。Ａ物体的温度为１２００Ｋ，Ｂ物体的温度为６００Ｋ。利用Ａ，Ｂ物体做为热源和冷源，使可逆热机在其间工作，直至Ａ，Ｂ两物体温度相等时为止。试求： (1)平衡时的温度Ｔm及两物体总熵的变化。 (2)若两物体直接进行热交换直到温度相等，求平衡时的温度并写出其总熵变化的表示式。
（共10分）
8.有一压气机将压力为1bar,温度为27℃的10kg空气压缩到压力为6bar，试按
(1) 多变指数n=1.2的多变过程求出下列各值。 （１）所需理论压缩功。 （２）压缩过程中交换的热量。 （３）将上述功和热量表示在p-V图及T-S图上。 P
(共15分) 9.有两个比热为常数的同样物体，初始温度均为TI,若有一台制冷机在这两个物体之间工作，直到其中一个物体的温度降为T2，若这两个物体的压力不变，也未发生相变，试证所需功的极小值为： Wmin=mcp(T2I/TI+T2-2TI)
（共10分）
10．在下图所示的绝热容器A，B中，装有相同的理想气体。已知：TA，pA，VA和TB，PB，VB，比热容CV可看作常量，比热力学能与温度的关系为u=cvT。若管路，阀门均绝热，求打开阀门后，A，B容器中气体的终温与终压。
11．一水冷式的油冷却器，已知油进入冷却器的温度为88℃，流量为43K/min，流出冷却器的温度为38℃；冷却水进入和离开冷却器的温度各为15℃和26.5℃,此冷却器在绝热的同时,可忽略动能的变化。油和水两者的焓可用△h=c△t计算，c=4.19kj/kg℃ c=1.89kj/kg℃，求冷却水的质量流量。 12．开水房烧开水，用p=95kpa，x1=0.9的蒸汽与t2=20℃,p=95kpa的水混合。试问欲得2×103kg开水，需要多少蒸汽和水？ ．一制冷装置,进入蒸发器内的氨为-15℃的湿蒸汽,其干度x1=0.15，出口为干饱和蒸汽。若冷藏室内温度为-10℃,环境温度为27℃,试求(1)每千克氨在蒸发器中的吸热量;(2)冷藏室内不等温传热引起的能量损失。
14．有一冷却塔如图所示，进水流量mw1=216t/h，进口水温为t1=38℃，被冷却至t2=21℃；进入冷却塔的空气温度为t3=20℃，相对湿度φ3=50%，并在t4=30℃,φ4=100%时排出冷却塔。设大气压力为，试求： （1） 列出冷却过程的质量和能量守恒方程； （2） 求每小时需供给的干空气量； （3） 求每小时水的蒸发量。 15．为了检查船舶制冷装置是否漏气，在充入制冷剂前，先进行压力实验，即将氮气充入该装置中，然后关闭所有通大气的阀门，使装置相当于一个密封的容器。充气结束时，装置内氮气的表压力为1Mpa，温度为27℃。24h后，环境温度下降为17℃（装置中氮气温度也下降为17℃），氮气的表压力为934.5Kpa。设大气压力为0.1Mpa,试问该装置是否漏气? 16．湿空气的温度为30℃，压力为0.，相对湿度为70％，试求： （1）含湿量； （2）水蒸气分压力： （3）湿空气焓值； （4）如果将其冷却到10℃，在这个过程中会析出多少水分？放出多少热量？ 17．将温度t1?20℃，?1=60％的湿空气200kg，加热到温度t2?25℃，然后送入干燥器，空气在干燥器中在于外界绝热的情况下吸收物料中的水分，离开干燥器时相对湿度增至?3=90％。B=0.1013Mpa。试求：
（1）湿空气在加热器中的吸热量；
（2）湿空气在干燥器中吸收的水分。
18．用电炉加热2kg空气，使其温度从20℃定压升高到90℃，试求电炉提供的能量和加热过程引起的作功能力的损失（不可逆损失或有效能损失），并分别表示在T―S13图上。空气的定压比热cp=1.004kj/kg.k，环境大气温度t0=15℃，设电炉保持1100K的温度。（10分） 19．某热泵机组用R22作制冷剂。压缩机进口为蒸发温度下的干饱和蒸气，出口为2.2Mpa,105℃的过热蒸气，冷凝器出口为饱和液体，蒸发温度为-10℃。当夏季室外温度为35℃时给房间制冷，当冬季室外温度为0℃时供暖，均要求室温能维持20℃。若室内外温差每1℃时，通过墙壁等的传热量为1100kj/h。求： （1）将该循环示意图表示在lnp-h图上； （2）求制冷系数； （3）室外温度为35℃时，制冷所需的制冷剂流量； （4）供暖系数; （5）室外温度为0℃时，供暖所需制冷剂流量。 已知R22的物性参数如下： t=-10时：饱和液h’=188.7kj/kg，饱和气h’’=398.7kj/kg； p=2.2Mpa时：饱和液h’=270.5kj/kg，饱和气h’’=414.1kj/kg； p=2.2Mpa,t=105℃时：h=485.7kj/kg 20．某换热器用蒸汽加热流体。已知蒸汽进入换热器时h1=2870kj/kg，流出换热器时干度x=0.85,h’=504.78kj/kg, h’’=2706.6kj/kg，求： （1）若加热量为3600000kj/h，求所需供蒸汽量； （2）若被加热流体为水，却水吸热后温度升高15℃，求被加热水流量； （3）若环境温度为15℃，求该过程引起的熵增和作功能力损失。
工程热力学试题（一） 一：判断题（共10分） 1．p1v1/T1=p2v2/T2 也适合于理想气体不可逆过程。
） 2．提高初压和降低终压，均可提高郎肯循环热效率。
） 3．饱和空气的干球温度，露点温度，湿球温度都相等。
） 4．在冷却塔中，理论上能够将水温降低到大气温度以下 。
） 5．工质经不可逆循环后，其熵变为零。
） 6．等熵过程一定是可逆绝热过程。
） 7．闭口系统水蒸汽的定温过程，水蒸汽的吸热量等于膨胀功。 （
） 8．气体的比热可以是从-∞变化到+∞的任何值。
） 9．气体膨胀则压力一定降低，吸热则温度一定升高。
） 10．容积效率只于余隙容积有关。
） 二：选择题（共10分） （任选10题）
1．Pvk=常数（k=cp/cv）适用于： A）一切绝热过程 。
B）理想气体绝热过程。
C）任何气体可逆绝热过程
D）理想气体可逆绝热过程 2．Q=SH+mSC2/2+mgSz+wS适用于： A）开口系统任何过程。
B）稳定流动过程。 C）可逆稳定流动过程。
D）理想气体稳定流动过程。 3．.湿空气处在一定温度及压力下，湿空气的密度越大，则：
A）含湿量越大。
B）含湿量越小。
C）含湿量多少不一定。 4．q=cvm△T+∫pdv适合于： A）闭口系统任何过程。
B）闭口系统理想气体可逆过程。 C）闭口系统任何工质可逆过程。
5．Ss=cvlnT2//T1+Rln（v2/v1）适用于： A）理想气体可逆过程。
B）理想气体任何过程。 C）任何工质任何过程。 6．Δh=cpmΔT对于理想气体适用于
；对于实际气体适用于
。 A）定压过程。
B）定容过程。 C）任何过程。 7．ηt=1-T2/T1适用于： A）理想气体卡诺循环。
B）任何工质卡诺循环。 C）理想气体可逆热机循环。 8．一流体流，在一稳流装置内经历一不可逆过程，加给装置的功是10KJ，向装置放热15KJ，该流体的熵变： A）为正。
C）可正可负
9．经不等温传热后： A） 热量的可用能和废热均减少。B）热量的可用能减小，废热增大。 C）热量的可用能不变，废热增大。 10．判断后，选出正确答案。
A）无约束的自由膨胀为一可逆过程。B）混合过程为一不可逆过程。C）绝热过程一定是等熵过程。 11．滞止压力为4 bar的亚音速气流，流入1bar的环境中，为使其在喷管中
充分膨胀，宜采用：
A）渐缩喷管。
B）渐扩喷管。
C）缩放型喷管。 三：填充题 （共48分）
1．写出卡诺循环的热效率ηＣ＝
；逆卡诺循环的制冷系
供热系数ε２c=
(6分) 2．理想气体经历一不可逆绝热过程，由初态1变化至终态2则有：(利用状态参数p，v。T表示)
(共8分) .3.在给出的Ｔ－Ｓ图及lgP-h图上示意性地画出一般蒸气压缩式制冷循 环，并写出制冷系数（ε1），制冷剂流量（m）,压缩机功率(N)，冷凝器放热量（Q1 ）的表示式。 (制冷量为Q0)。
4．在水蒸汽的Ｔ－Ｓ图，Ｐ－Ｖ图及h-S图上表示出朗肯蒸汽动力循环 （不忽略泵功），并写出其热效率表示式。
5．在给出的湿空气h-d图上，标示出下列热力过程。
Ａ－１：加热过程．
Ａ－２：干燥冷却过程．
Ａ－３：绝热加湿过程．
Ａ－４：等温加湿过程．
(5)干燥冷却过程中湿空气的放热量（Q）和除湿量（D）的表示式
D= 5． 写出理想气体可逆多变过程理论压缩功的计算式： wt=
并将其表示在p―v图上。
四、计算题（共32分）