校内本科班工程热力学复习题
一、请简单解释下面概念
1、 孤立系统； 2、 开口系统； 3、 闭口系统； 4、 绝热系统； 5、 热源； 6、 平衡状态； 7、 工质； 8、 可逆过程； 9、 技术功； 10、 体积功； 11、 热力学能； 12、 焓； 13、 熵； 14、 熵产； 15、 理想气体； 16、 实际气体； 17、 多变过程； 18、 热力学定律的两种说法； 19、 卡诺定理； 20、 熵增原理； 21、 能量贬值原理； 22、 火用 ； 23、 火无 ； 24、 冷量火用 ；
25、
26、 27、 28、 29、 30、 31、 32、 33、 34、 35、 36、 37、 38、 39、 40、 41、 42、 43、 44、 45、 46、 47、 48、 自由能； 自由焓； 焦-汤系数； 对应态原理； 压缩因子； 临界压力比； 节流；
能量损失系数； 水的临界点； 水的三相点；
水热力参数的零点； 干度；
余隙容积比；
压气机的定温效率； 压气机的绝热效率； 压气机的容积效率 平均有效压力；
热机的相对内部效率；
压缩比、增压比、预胀比； 耗汽率；
湿空气的相对湿度； 湿空气的露点； 湿空气的饱和状态； 湿空气的含湿量。
二、判断正误，并解释原因
1、热力系统处于平衡状态时，和外界无任何作用发生，此时系统的状态是稳定均匀的。 2、理想气体的分子是没有大小和质量的，且其相互间的碰撞是弹性的。
3、从微观上讲，只要分子之间的作用力和分子自身体积可以忽略，则这种气体就可以视为理想气体。高空大气层内气体十分稀薄，满足上述要求，故可以视为理想气体，可用经典热力学知识处理有关问题。
4、理想气体发生的任意可逆热力过程都能够用“pVn?常数”来描述其过程特点。 5、如果从同一初始状态到同一终态有可逆和不可逆两个过程，则可逆过程的熵变小于不可逆过程的熵变。
6、根据热力学第二定律，自然界不可能有熵产为负的过程发生，所有自发过程都会导致能量品质的降低。
7、根据对应态原理，两个对比态参数对应相等的物质就是热力学相似物质。 8、水在定压汽化过程中温度保持不变，则此过程中的吸热量等于其对外所做的膨胀功。 9、水蒸汽图表中参数的零点选定为三相状态下的液态水的参数。 10、 水处于三相状态时的压力、温度和比容都小于其临界状态下的相应值。 11、 进口状态已知的理想气体，如果在缩放喷管中能实现等熵流动，且其在喷管的出口状态没有限制，则理论上其出口流速可以达到无穷大。 12、 对于任一现成喷管，无论其形式如何，只要气体在喷管内部等熵流动，其流量都将随着背压的降低而增大，直至无穷大。 13、 如果气体能够在活塞式压气机的气缸内实现定温压缩，则没必要采用分级压缩了。
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校内本科班工程热力学复习题
14、 气体压缩时采用分级压缩后对压缩气体的生产量没有影响。 15、 抽汽回热是提高电厂热力循环热效率的重要手段，同时也提高了单位质量工质的做功能力。 16、 蒸汽再热循环不能改变蒸汽轮机内部的工作性能。 17、 可逆的压缩空气制冷循环采用回热后，会使得其制冷量和制冷系数都得到提高。 18、 压缩蒸汽制冷循环中，由于制冷剂流过节流阀后其焓和熵都会增大，所以会使制冷系数和制冷能力下降，因此最好用膨胀机代替之。 19、 湿空气处于饱和状态时的温度就是对应于某一水蒸气分压力下的露点。 20、 湿空气的相对湿度就是湿空气中水蒸气的分压力，与同一温度、同样总压力下的饱和湿空气中水蒸气分压力的比值。 三、 简答题
1、 一个门窗打开的房间，若房内空气压力不变而温度上升，请问房间内空气的总焓将
如何变化？为什么？（空气按理想气体定值比热考虑）。 2、 过程量有什么特点？举例说明之。
3、 什么是技术功？ 它与容积功的有何关系？
4、 热力学第一定律和第二定律对能量转换过程的看法有什么不同？
5、 什么是理想气体的多变过程？多变指数在什么范围内时，工质温度增加却对外放
热？
6、 工质经过不可逆过程后，其熵还能否恢复到初值？为什么？ 7、 什么是压缩因子？其物理意义何在？ 8、 湿空气的相对湿度和含湿量有什么不同？
9、 压气机采用分级压缩中间冷却的作用是什么？这样做会有什么负面影响？ 10、 从汽轮机排出的乏汽可以通过绝热压缩变成液态水吗？为什么？ 11、 能否通过在喷管内接近可逆的充分绝热膨胀，使离临界点不太远的过热蒸汽部分液
化？为什么？
12、 湿空气的相对湿度是如何定义的？它有什么物理意义？
13、 什么是压缩因子？请解释利用通用压缩因子图确定实际气体的压缩因子的原理。 14、 什么是理想气体的多变过程？由于多变过程指数可以为任意实数，因此是否可以认
为多变过程可代表理想气体的任意热力过程？如理想气体的定容比热为定值，是否某一固定多变过程的比热也为定值？为什么？
15、 什么是临界压力比？在设计喷管时，如何根据此参数值对喷管进行选型？
16、 活塞式压气机的压气过程已经接近等温了，有时仍采用分级压缩，请问为什么？ 17、 如图所示，a-b和a-c是理想气体发生的两个任意过程，且b、c两点在同一条绝热
线上，试问Δuab与Δuac哪个大？如果b、c两点在同一条等温线上，结果又如何？为什么？
18、 如下面p－v图所示，循环1－2－3－1是一闭口系统的假想循环，其中1－2为定
温过程，2－3为定熵过程，3－1为不可逆绝热过程，问此循环能否实现？为什么？
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p
b p
1 2 c v
3 题三、18的附图
v
a
题三、17的附图
四、 绘图说明题
1、 请在T-s图上定性画出水在一个标准大气压下由20℃加热到200℃的汽化过程，并
标出其中的五个典型状态。
2、 请定性画出水的相图，并标出其中关键的状态点和物态区。
3、 请在p—V图上表示出CO2在不同温度时（t
示意性画出在两相区中根据范德瓦尔方程得到的等温曲线。（6分）
4、 如果进入压气机的工质为相同的理想气体，且其初始参数及压气过程终了时的末压
力相同，请利用T-s定性分析绝热压缩中的不可逆性对压气机的安全性和经济性影响。
5、 如果进入压气机的工质为相同的理想气体，且其初始参数及压气过程终了时的末压
力相同，请利用T-s图分析：与单级压缩过程相比，两级压缩中间冷却的压气过程有何优点。设工质流经中间冷却器时能够被定压冷却到压缩前的初始温度。
6、 请在T—s图和p－v图上表示压缩空气制冷循环，并推导其制冷系数的计算式，设
空气为理想气体。
7、 请在T—s图上表示带有理想回热的压缩空气制冷循环。与无回热时相比，其优势
何在？
8、 请在T—s图上表示压缩蒸汽制冷循环，并根据此图给出制冷系数的计算式。 9、 压缩蒸汽制冷循环中，一般用节流阀代替膨胀机。如果制冷剂在膨胀机中等熵膨胀，
那么代之以节流阀后会对制冷系数和制冷能力产生什么影响？请利用T—s图分析说明之。为什么现实中一般使用的是节流阀而非膨胀机？ 10、 请画出燃气轮机定压加热理想循环（即布雷顿循环）的p—V图和T—s图。 11、 请利用T—s图比较内燃机三个理想加热循环（即定容加热循环、定压加热循
环和混合加热循环）的热效率大小，假设它们的初始状态、压缩比和吸热量分别相同，且它们所用的工质亦为相同的理想气体。 12、 请利用T—s图比较内燃机三个理想加热循环（即定容加热循环、定压加热循
环和混合加热循环）的热效率大小，假设它们的初始状态、循环中的最高温度和最高压力都分别相同，且它们均用相同量的同种理想气体作为工质。 13、 利用T—s图比较内燃机三种理想加热循环的热效率大小。假设它们所用工质
为相同的理想气体，且其在循环中的初始状态、以及吸热量和最高温度都分别相同。 14、 利用T—s图比较内燃机三种理想加热循环的热效率大小。假设它们所用工质
为相同的理想气体，且其在循环中的初始状态、以及吸热量和最高压力都分别相同。 15、 请利用T—s图比较内燃机三个理想加热循环（即定容加热循环、定压加热循
环和混合加热循环）的热效率大小，假设它们的初始状态、循环中的最高温度和压缩比都分别相同，且它们均用相同量的同种理想气体作为工质。
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校内本科班工程热力学复习题
16、 请在p－v图和T—s图上表示内燃机的理想混合加热循环，并导出其热效率公
式。假设工质是定比热的理想气体。 17、 请在p—v图和T—s图上画出理想气体四个基本可逆过程（定压、定容、定温
和绝热）的基础上，把满足以下要求的理想气体的多变过程表示出来：①工质升温且降压；②工质膨胀且放热；③工质压缩且降压；④工质升温且放热。 18、 请在p—v图和T—s图上画出理想气体四个基本可逆过程（定压、定容、定温
和绝热）的基础上，再把满足以下要求的理想气体的多变过程表示出来：①工质降温且升压；②工质压缩且吸热；③工质降温却吸热；④工质压缩却降压。 19、 某种理想气体由同一初始状态经可逆绝热和不可逆绝热两种膨胀过程到达相
同的末压力，在p-v图和T-s图上画出两过程，并在T-s图上示出两过程的技术功和不可逆过程的做功能力损失。 20、 根据所学热力学知识，利用T-s图分析：理想气体绝热流过喷管时，不可逆性
对出口流速的影响。设喷管入口气体状态固定，入口流速可以忽略，喷管出口的气体压力不变。 21、 请在T—s图上表示一次抽汽回热的蒸汽动力循环，其中泵的耗功可以忽略，
且回热器是混合式的。请根据此图，用有关各点的焓值导出抽汽量和热效率的计算式；并证明在有关参数相同情况下，此循环的热效率大于朗肯循环的热效率。 22、 请利用焓湿图定性表示两股不同状态的湿空气混合过程，标出混合后的状态
点，并解释原因。
五、 证明题：
1、对于比热为定值的理想气体，如果其发生一多变指数为n的多变过程1－2，请证明理想气体在此过程的吸热量为：
q?n?kRg(T2?T1)
n?1k?1其中k为绝热指数。若此过程是n?k的吸热过程，请在p－v图和T—s图上表示相对于理想气体的四个基本热力过程（定压、定容、定温和等熵），此过程的过程线所在位置。
2、请证明理想气体在喷管内等熵加速时的临界压力比为，?cr??为定熵过程的过程指数。
3、两物体A和B的质量和比热容都分别相同，且为m和cp，温度分别为T1和T2，且T1>T2。设环境温度为T0。若一卡诺机以A为热源、以B为冷源连续循环工作，直至两物体温度达到相同为止。证明：此卡诺机总共输出的循环功为：
?2???k?1?kk?1，其中k
W0,total?mcp(T1?T2?2T1T2)
4、请证明体积膨胀系数?V与定容压力温度系数?和等温压缩率?T之间有下面关系：
?V?p??T
5、假设某实际气体的体积膨胀系数和等温压缩率分别为：
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?T?
1a1a(1?)、?V?(1?)
Tvpv其中a为常数，该实际气体的气体常数为Rg，且当p→0时，a的大小可以忽略。试推6、为什么可以利用通用压缩因子图确定实际气体的压缩因子？如果某实际气体的状态方程式为(p?胀系数为：
导该实际气体的状态方程。
a)(v?b)?RgT，其中a、b和Rg均为常数，请证明此气体的体膨v?V?Rgv(v?b)RgTv?a(v?b)22
7、请根据熵的微分关系式推导cp与cv之间有下面关系：
??v???p?cp?cv?T????
??T?p??T?v8、某理想气体的变化过程中比热容cn为常数，且其定压比热cp和定容比热cV均为定
值。请证明此过程的过程方程式为pv?常数，其中n?ncn?cpcn?cV。
9、节流过程中温度与压力的关系可用焦耳—汤姆逊系数μJ表示，它定义为
?J????p??。请利用热力学关系式证明： ?J?c[T??T??v]
??p??hp
10、
克拉贝隆方程是研究气液相变时的重要方程，其形式为：
??T?1??v???dp?， 其中γ为汽化潜热。 ???dTT(v''?v')??ss请利用热力学关系式证明这一方程。
六、 计算
3
1、 一个体积为3m的贮气罐内装有温度为47℃的氮气（其摩尔质量为0.028kg/mol）。
贮气罐上的压力表读数为
5pe?6?105Pa，大气压pb?10Pa。求罐内氮气
的质量。
3
2、 某医院的急救室里有一个体积为0.2m的氧气罐。罐内最初充满氧气，此时罐上压
力表的读数为1.5MPa。使用20天后，人们发现罐上压力表的读数已变为
0.5MPa。设大气压pb?0.1MPa，罐内氧气的温度一直保持在t?27?C，试估
算该急救室一年（设为360天）需要多少罐氧气？
3、 某柴油机用压缩空气启动，压缩空气装在容积为V?0.4m的气罐内。柴油机启动
前后，气罐上的压力表读数分别为pe1?7.5MPa和pe2?0.5MPa。启动前后罐内空气的温度与环境接近，均可设为t?27?C，请估算启动过程的耗气量。
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