热力学复习题(校内本科)(2)

校内本科班工程热力学复习题

4、 蒸汽以72t/h的流量流经汽轮机，且其在汽轮机进、出口处的焓值分别为3450kJ/kg

和2250kJ/kg。若汽轮机与外界的换热量可忽略不计，求汽轮机的功率。 5、 燃气轮机进口燃气参数为

p1?1?106Pa、T1?1500K，其在燃机内绝热膨胀

做功后的出口压力变为p2?1.5?105Pa。燃气可视做空气（绝热指数k=1.4），其摩尔质量为M?0.029kg/mol。若燃气在燃机内部的膨胀过程可逆，求燃气流经燃机时所做的功wT(kJ/kg)。

6、 用一台水泵将井水从6m深的井里泵到比地面高36m的水塔中，水的流量为25.2m3/h，水泵消耗功率为10kW。冬天井水温度为3℃，为防止冬天结冰，要求水塔的进水温度不低于4℃。由于整个系统及管道均包有一定厚度的保温材料，故可忽略水向外界的散热损失。设管道中水进、出口的动能差可以忽略，且水的比热

容为4.182kJ/(kg?K)，水的焓差?h?cp?t，水的密度为1000kg/m。请问：是

3

否有必要在管道中设置一加热器？如有必要，加热功率至少是多少千瓦？ 7、 若把氧气由

p1?0.15MPa、t?47?C压缩至p1?0.6MPa，请比较采用不

1同的压缩过程【（1）可逆定温、（2）可逆绝热】时单位质量氧气所消耗的技术功。 8、 要把初始状态为

p1?5?105Pa、t?627?C的燃气经过一喷管射入

1，喷管入口的燃气速度可p2?3?105Pa的环境。设该过程为等熵过程（k=1.4）

以忽略。已知燃气可视做空气，其气体常数Rg=287J/(kg? K)，请选择喷管的型式并计算喷管出口的燃气速度。

9、 某闭口系统在一热力循环中，从恒温热源（TH＝1000K）吸收了750kJ的热量，同

时对外界做了450kJ的膨胀功，并向大气散出一部分热量。设大气为T0=300K的恒温冷源，请根据熵增原理，通过计算说明此循环是否可逆？如果不可逆，做功能力损失是多少？ 10、 某闭口系统在某一热力过程中，从某一恒温热源（TH＝1000K）吸收了1000kJ的

热量，同时对外界做了500kJ的膨胀功，并向大气散出一部分热量。已知经过此过程后，工质的内能增加了140kJ，熵增加了0.4kJ/K。设大气为T0=300K的恒温热源，请通过计算说明此过程时否可逆？如果不可逆，则此过程导致的做功能力损失是多少？

T 11、 斯特林循环由两个定温过程和两个定容

T ○2 过程组成的理想回热循环，如图所示。3 工质为空气，其加热前的状态为

v ○v ○p1?0.1MPa,T1?300K，定容加热到

1 T ○4 s

T2?1000K，然后再在定温条件下每千

克工质吸收500kJ的热量。计算此循环的

热效率和循环净功。如果不采用回热，则循环的热效率和循环净功又为多少？

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（9题图）

校内本科班工程热力学复习题

12、 Ericsson循环由两个定温过程和两个定压过程组成。工质为空气，其进入回热前的

状态为p1?0.1MPa、T1?300K，经回热器定压加热到T2?1200K，然后再在从高温热源定温吸收600kJ/kg的热量。计算此循环的热效率。 13、 在某高温热源和温度为320K的低温热源之间进行一卡诺循环。已知在此循环中，

工质向低温热源放出400kJ的热量，并对外做了600kJ的净功，请计算此循环的热效率及其高温热源的温度。 14、 可以把某大型燃气轮机机组的燃烧室的燃烧过程假设成：利用燃料燃烧释放的热量

把空气从300K度定压加热到1800K。已知空气的摩尔质量为

5M?0.02897kg/mol，此机组的热效率为?t?30%、功率为P?1.8?10kW，

求流经燃烧室的空气质量流量。 15、 某朗肯循环可描述为：经过锅炉等压加热后的高温高压蒸汽，以焓值为

h1?3400kJ/kg的状态进入蒸汽轮机；经过在蒸汽轮机中的等熵膨胀后变成

乏汽，焓值降为h2?2150kJ/kg；乏汽经过冷凝器的冷凝变成冷饱和水，此时焓值为h2'?180kJ/kg；冷饱和水经水泵提压后进入锅炉加热，完成此循环。假设上述热力过程均可逆，且水泵的耗功可以忽略。请： （1）在T-s图上定性表示此朗肯循环；

（2）求此循环的对外做功量w0 (kJ/kg) 和循环热效率ηt。 16、 空气稳定绝热地流经气轮机，由

p1?8.0?105Pa、t1?727?C膨胀到

p2?1.0?105Pa、t2?327?C，不计动能、位能变化。若环境参数为

p0?1.0?105Pa、t0?27?C，空气的cp?1.004kJ/(kg??C)。试确定：（1）

此过程是否可逆？（2）若不可逆，火用损失I是多少？（3）若工质从初始状态可逆绝热膨胀到

p2rev?1.0?105Pa时的理论内部功为wi,rev，而上述实际膨胀过

程输出的内部功为wi，则火用损失I与（wi,rev－wi）是否相同？为什么？ （注：

?s1?2?cplnT2p?Rgln2） T1p117、 某理想热能动力装置以可逆的朗肯循环方式工作。已知在热机进出口处工质的焓值

分别为h1?3440kJ/kg、h2?2160kJ/kg。从热机流出的工质首先进

入低温热源放热（工质放热后，其焓值变为h3?180kJ/kg），然后通过水泵打入高温热源，并在其中加热，经过加热后的工质再进入热机做功。如果泵的耗功可

以忽略，请： （1）、在T-s图上表示此循环；

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（2）求蒸汽轮机的对外做功量w0 (kJ/kg)和循环的热效率ηt。

18、 有一次抽汽的回热循环的T-s图如下面图所示。已知：h1?3600kJ/kg，

h2?2150kJ/kg，h01?2750kJ/kg，h2'?180kJ/kg，h0'?700kJ/kg，

1求此循环的热效率。 T

5 01’

4 3 （2’）

6 01 2

s

（18题图）

5 m4 (2’) α m m2a 1

T 1 2 (19题图)

s 19、 某一次抽汽回热循环的T－s图如题图所示，其中蒸汽在汽轮机中进行的是不可逆

绝热膨胀过程，循环的其余过程可视作可逆。已知：h1?3426kJ/kg，

kJ/kg， hm'?820kJ/kg，h2'?150kJ/kg，hm?3010kJ/kg，h2?2100s1?6.4312kJ/(kg?K)，sma?6.5521kJ/(kg?K)，s2a?6.7231kJ/(kg?K)，

且蒸汽轮机的相对内效率?T?0.90，忽略循环中泵的耗功。试确定：（1）抽汽量α、循环的热效率和对外输出功；（2）若环境温度为T0?30?C，求蒸汽流过汽轮机时的火用 损失，以及汽轮机自身工作过程的火用 效率。 20、 右图是某实际二次抽汽回热循环的T－s图。T 如

果

已

知

：

h1?3500kJ/kg，

5 mn’ 4 ’ 2’ (3) 1 hm?3000kJ/kg，hn?2600kJ/kg，h2?2100kJ/kg， hm'?820kJ/kg，

m mα1 α2 n 2 (20题图)

2a hn'?480kJ/kg，h2'?150kJ/kg，且蒸汽

轮机的相对内效率?T?0.92，忽略循环中泵的

s

耗功。试确定：

① 抽汽量α1、α2； ② 此循环的热效率和对外输出功； ③ 无回热时循环的热效率（有关参数不变）和对外输出功。

21、 一体积为V?0.2m的储气罐内装有p1?0.5MPa、t1?27?C的氮气。今对氮气

加热，其温度和压力将升高。罐上装有压力控制阀，当压力超过临界值

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3校内本科班工程热力学复习题

pm?0.75MPa时阀门自动打开，放走部分氮气，使罐中维持该压力不变。问当

罐中氮气达到t2?327?C时，对罐内氮气加入了多少热量？设氮气是比热为定值的理想气体。

22、 一体积为V?0.2m的储气罐内初始充有p1?0.5MPa、t1?27?C的氮气，罐上

装有压力控制阀。对此储气罐加热后发现：由于有局部渗漏，在温度升高到

3t2?127?C之前这段时间里，压力一直保持不变。如果忽略罐体本身的吸热量，

请利用开口系统的能量方程确定这段时间的加热量，并求出漏失的氮气质量。 23、 距地面高度l1=0.25m，活塞及其上面负载的总

质量为300kg，当地大气压为p0?98000Pa，此时气缸内空气恰好与外界处于热力平衡状

态（如下图所示）。现将负载取去200kg，活塞将上升，经过一段时间后系统又与环境重新达到热力平衡。若气缸质量可以忽略不计，外界温度恒为T0?30K0，活塞面积为

l （23题图）

A?0.01m2，试求：

（1）空气此过程与外界的换热量。

（2）根据熵增原理，通过计算判断此过程是否可逆。

（已知：?s?cplnT2p?Rgln2) T1p124、 初始参数为p1?0.1MPa、t1?27?C的空气，经某轴流式压气机绝热压缩后参数

变为：p2?1.0MPa、t2?347?C。若压气机的进气流量为qV?510m3/min，且空气可视为比热为定值的理想气体，试问：

（1）此压气机的绝热效率是多少？

（2）拖动此压气机所需的功率是多少？

25、 某刚性绝热容器的体积为V?0.08m，最初装有p1?0.1MPa、t1?27?C的氧

气。现利用输气管道向此容器快速充氧气。设输气管道内气体的状态参数保持为

3po?1.0MPa、t0?27?C。当容器内氧气压力达到p2?0.8MPa时充气过程停

止。设氧气可视为比热为定值的理想气体，求充入此容器内的氧气量及其充气结束

后容器内氧气的温度。 26、 某可逆压缩空气制冷循环中，空气在冷库出口（压气机进口）的状态为

p1?0.1MPa，t1??15?C，压气机出口压力为p2?0.32MPa。冷却器出口的

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校内本科班工程热力学复习题

空气温度为t3?20?C。若环境温度为t0?20?C，空气是比热为定值的理想气体。试求：（1）无回热时的制冷系数ε和制冷量qc；（2）采用极限回热后的压缩比πR。 27、 一台以HFC134a为制冷工质的冰箱在室温为20℃的室内工作，循环过程如右图

1-2-3-4-1所示。其中压缩机内进行的是绝热过程。此制冷装置的制冷剂的流量为

qm?0.2kg/s。进入压缩机的是温度为t1??20?C的干饱和蒸汽，压缩机出口工

质温度为t2?50?C的过热蒸汽，冷凝器出口为t3?40?C饱和液体。已知点1、2和3的焓值分别为：h1?386.6kJ/kg，

T 3 2 T3 T1 h2?430.5kJ/kg，h3?256.4kJ/kg。

求：

（1） 此循环的制冷系数；

（2） 此循环的制冷量和压缩机的耗功率

4 （27题图）

1 s 28、 某氨蒸气压缩制冷循环中，氨从冷库出来处于饱和蒸汽状态1，温度为t1??10?C；

氨蒸汽经过压缩机的不可逆绝热压缩达到过热状态2，相应参数为t2?40?C、

h2?1495.4kJ/kg、s2?5.8564kJ/(kg?K)；氨从冷凝器出来进入节流阀前处

于饱和液体状态3，温度为t3?30?C。 （1） （2） （3） t (℃) -10 30

画出此制冷循环的T—s图； 求此循环的制冷系数和制冷量；

氨流经节流阀和压缩机过程中，各自引起的熵产和火用 损。 （12分）

氨的有关热力性质表如下： p (MPa) 0.2909 1.1670 h’ (kJ/kg) 134.41 322.42 h” (kJ/kg) 1430.8 1466.3 s’ (kJ/(kg?K)) 0.5408 1.2005 S” (kJ/(kg?K)) 5.4673 4.9738 29、 某氨蒸气压缩制冷循环中，氨从冷库（蒸发器）出来进入压缩机时处于饱和蒸汽状

态，温度为?20?C；氨从冷凝器出来进入节流阀（膨胀阀）时处于饱和液体状态，温度为40℃。压缩机的工作过程若为等熵压缩过程，其出口处氨的比焓为

1950kJ/kg。实际上压缩机的工作过程是不可逆绝热的，其绝热效率为0.88。设

实际压缩过程中氨蒸气在压缩机出口处的压力与等熵压缩时相同，试确定：①画出此制冷循环的T—s图；②此循环的制冷系数和制冷量；③如用可逆膨胀机代替节流阀，但其它有关参数不变，则此时循环的制冷系数和制冷量变为多少？

氨的有关热力性质表如下：

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