1、孤立系统；热力学系统与外界既无能量交换也无物质交换时，称之为孤立系统 1、 开口系统；热力学系统与外界既有能量交换也有物质交换

2、 闭口系统；热力学系统与外界只有能量交换无物质交换

3、 绝热系统；热力学系统与外界无能量交换

4、 热源；工质从中吸收热能的物质

5、 平衡状态；一个热力学系统，在不受外界影响的条件下系统状态能够始终保持不变

6、 工质；实现热能与机械能相互转化的媒介物质

8、可逆过程；是准平衡过程，应满足热的和力的平衡条件，同时过程中不应有任何耗散效应

7、 技术功；技术上可资利用的功()

()12212

22

1z z g c c w w f f i t -+-+

= 8、 体积功；是系统由于体积改变而与环境交换的能量称为体积功。

9、 热力学能；由内动能、内位能以及维持一定分子结构的化学能和原子核内部的原子能

以及电磁场作用下的电磁能等构成。 10、 焓；热力学能与推动功之和pV U H += 11、

熵；表示物质系统状态的物理量。T

Q dS ?=

12、 熵产；闭口系统内不可逆绝热过程中熵之所以增大，是由于过程中存在不可逆因素

引起耗散效应，使损失的机械功转化为热能（耗散热）被工质吸收。这部分有耗散产生的熵增量，叫做熵产 13、 理想气体；理想气体分子是具有弹性的、不具体积的质点；分子间相互没有作用力。 14、 实际气体；不满足气体分子是具有弹性的、不具体积的质点；分子间相互没有作用

力假设的气态物质

15、多变过程；工质的状态参数p 、v 、T 等都有显著变化，与外界之间换热量也不可忽略不计，这是不能简化为四种基本热力过程，可用定值=n

pv

16热力学定律的两种说法；克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体转至高温物体。

开尔文说法：凡有温差的地方都能产生动力 15、 卡诺定理；定理一：在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切

可逆循环，其热效率相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种工质无关。 定理二：在温度同为1T 的热源和同为2T 的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。

16、 熵增原理；孤立系统内部发生不可逆变化时，孤立系的熵增加；发生可逆变化时，

熵不变；使孤立系统熵减小的变化不可能发生。 17、 能量贬值原理；孤立系统中进行热力学过程时火用 只会减少不会增加，可逆过程下

火用 保持不变。 18、 火用 ；可无限转换的能量 19、火无 ，不可能转换的能量， 20、冷量火用 ：温度低于环境温度的系统，吸入热量0Q 时所做出的最大有用功成为冷量火

用 ，用0,Q x E 19、 自由能；即亥姆赫兹函数，是状态量。TS U F -= 20、 自由焓；即吉布斯函数，是状态量。TS H G -= 21、 焦-汤系数；h

J p T ????

????=μ

22、

对应态原理；对于满足同一对比状态方程式的同一类物质，如果它们的对比参数

r p 、r v 、r T 中有两个相同，则第三个对比参数一定相同，物质也就处于对应状态中

29、压缩因子；温度、压力相同时的实际气体比体积与理想气体比体积之比。它反映了实际气体偏离理想气体的程度 23、 临界压力比：

24、 节流；流体在管道内流动时，有时经过阀门、孔板等设备，由于局部阻力，使流体

压力降低，这种现象成为节流 31能量损失系数；损失的动能与理论动能的比值22

2

222'

f f f c c c -=

ζ

32水的临界点：饱和水和饱和蒸汽不再有区别，此点的压力、温度和比体积分别成为临界

压力、临界温度和临界比体积

33水的三相点；三条相平衡曲线的交点，此点气、液、固三相平衡共存 34水热力参数的零点； 25、

干度；水蒸气的质量分数。即1kg 湿蒸汽中含有xkg 饱和蒸汽

35余隙容积比；余隙容积c V 与气缸排量h V 之比 26、

压气机的定温效率；可逆定温压缩过程中消耗的功T c w ,与实际压缩过程中所消耗的

功c w '

之比 27、

39、压气机的绝热效率；可逆绝热压缩过程中消耗的功s c w ,与不可逆绝热压缩过程

中所消耗的功c w '

之比

28、

压气机的容积效率 压气机有效吸气容积V 与气缸排量h V 之比

41、平均有效压力；因为制造公差、金属材料热膨胀及安装进、排气阀等零件需要，当活

塞运动到上死点位置时，在活塞顶面与气缸盖间留有一定间隙，该间隙容积成为间隙容积

41热机的相对内部效率；实际循环中所做的循环静功与循环中热源提供的热量的比值

43压缩比：压缩过程中，压缩前体积1v 与压缩后体积2v 比值2

1

v v =

ε

增压比：压缩后出口的压力3p 与正常进气时进气口压力2p 的比值2

3

p p =

λ 预胀比：气体压缩后比4v 体积与压缩前比体积3v 之比3

4

v v =

ρ

4、耗汽率 装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量 4

5、湿空气的相对湿度；

46、湿空气的露点；在一定的v P 下（指不与水或湿物料相接触的情况下），未饱和湿空气冷却到饱和湿空气，即将结出露珠时的温度

47、湿空气的饱和状态；由干空气和饱和水蒸气组成的湿空气

48、 湿空气的含湿量。1kg 干空气所带有的水蒸气质量为含湿量（又称比湿度）

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。

错误。因为均匀是相对于平衡状态下单相物系而言的。气液两相并存的热力平衡系统，气相与液相密度不一样，并不均匀。

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。

错误。理想气体是些弹性的、不具体积的质点，但存在质量

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。

正确。高空大气密度小，比体积大，分子本身体积远小于分子活动空间，分子间平均距离远到作用力极其微弱，可看成是理想气体，用经典热力学知识处理。

4理想气体发生的任意可逆热力过程都能够用“n

pv =常数”来描述其过程特点。

错误。只有当n

pv中的n为常数时才可以用来描述。

正确。当考察的过程时微元过程时。

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。

错误。熵是状态函数。同一初始状态和终态的两个过程，熵变相等

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。

正确。自然界所有自发过程都是不可逆过程，不可逆过程都会导致作功能力的下降，从而使能量品质降低。

7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。

错误。吸收的热量等于蒸汽分子的内位能增加以及比体积增加而对对外做出的膨胀功

8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。

正确。273.15K的液相水作为基准点

9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。

错误。处在三相状态下的水由于存在着汽化潜热，则升高相同的温度所需热量更多，即比热容要大于临界状态下的相应值。

正确。对于处在液相的水，其压力、温度和比容都小于其临界状态下的相应值。10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。

错误。当背压下降至临界压力cr P 时，流量达最大。若背压再下降，则流量保持不变。

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。

错误。分级压缩主要是为了减小余隙容积对产气量的影响，提高容积效率；可以通过中间冷却的方式实现降温。所以仍需要分级压缩。

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。

错误。因为分级压缩可以提高容积效率，即可以提高压缩气体的生产量。

可逆的压缩空气制冷循环采用理想回热后，会使得其制冷量和制冷系数都得到提高。

错误。采用回热以后提高了制冷系数并没有提高制冷量。

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。

错误。制冷剂流过节流阀焓保持不变。并不用使用膨胀剂，目的在于简化装置，提高装置运行的可靠性。

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。

正确。在一定的v P 下（指不与水或湿物料相接触的情况下），未饱和湿空气冷却到饱和湿空气，即将结出露珠时的温度。

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。

正确。s

v

p p =

?

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）。

焓保持不变。g

p p g p R pVc T c T R pV

T mc mh H =

===，房间的压力和体积不变，空气比热为定值，所以焓不变

3、过程量有什么特点？举例说明之。

描述物质系统状态变化过程的物理量。如功，功是运动过程中所做的功，不能说某一刻物体有多少功。

4、什么是技术功？ 它与容积功的有何关系？

5、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？

6、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？

理想气体的多变过程是指气体参数满足常数=n pv 的可逆过程。当()k n ,1=

7、工质经过不可逆过程后，其熵还能否恢复到初值？为什么？

8什么是压缩因子？其物理意义何在？

压缩因子是温度、压力相同的实际气体比体积与理想气体比体积的比值i

v v Z =。它表示实际气体对理想气体的偏离。

9湿空气的相对湿度和含湿量有什么不同？

相对湿度是湿空气中水蒸气分压力v p ，与同一温度同样总压力的饱和湿空气中水蒸汽分压力s p 的比值s

v

p p =

?。含湿量是1kg 的干空气中所带有的水蒸气质量。 相对湿度是以湿空气为对象，含湿量是以干空气为对象

10、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？

提高等温效率和容积效率，减少余隙容积对容积效率的影响。增加了气缸和冷却器等设备，使机构更加复杂，机械摩擦和流动阻力等不可逆损失增加，而且增加了投资。

11、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？

不可以。从汽轮机排出的乏汽通过绝热压缩后将会变为过热蒸汽。

12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？

可以。因为在喷管内接近可逆的充分绝热膨胀，工质的温度和压力均下降，可以使离临界点不太远的过热蒸汽部分液化。

13湿空气的相对湿度是如何定义的？它有什么物理意义？

湿空气的相对湿度?是湿空气中水蒸气的分压力v p 与同一温度、同一总压力的饱和湿空气中水蒸气分压力s p 的比值。物理意义：相对湿度表示湿空气离饱和湿空气的程度。?越小湿空气偏离饱和湿空气越远，空气越干燥，吸收水蒸气的能力越强；?越大湿空气偏离饱和湿空气越小，空气越潮湿，吸收水蒸气的能力越弱。

14什么是压缩因子？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。

压缩因子Z 是温度、压力相同时实际气体比体积与理想气体的比体积的比值。

原理：根据()r r T p f Z ,2=，当气体的r r T p 、

确定时，压缩因子也就可以确定 15什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？

理想气体的多变过程是指过程中气体的基本状态参数满足n p v ?=常数的可逆过程。不可以认为多变过程可代表理想气体的任意热力过程，因为n p v ?=常数中的n 要为定值。

16什么是临界压力比？在设计喷管时，如何根据此参数值对喷管进行选型？

临界压力比为0

cr

cr p v p =

，是流速达到当地声速时工质的压力和滞止压力之比。选型：当背压与滞止压力之比0b cr p v p ≥时，应选用渐缩型；0

b cr p

v p ＞时，应选用缩放型。

17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？

采用分级压缩能够提高容积效率。分级后，每一级的增压比减小，相同大小的余隙容积对容积效率的影响减小，从而使容积效率比不分级时大

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？

ac U ?>?ab U ，

过c 做一条等温线，交ab 与'b ，则'ab U ?=ac U ?，而b b U '?=cb U ?>0, ab U ?='ab U ?+b b U '?>ac U ?

ac U ?+ba U ?+cb U ?=0,ac U ?=ab U ?-cb U ?,因为cb U ?>0,所以ab U ?>ac U ?

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？

1—2等温过程，对外做功w u q +=，q

013=-Q

根据克劳修斯判据01

2

1

T Q T Q r ，故能进行

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。

1点为过冷水，2点为饱和水，3点为干度为x的湿饱和水，4点为干饱和蒸汽，5点为过热蒸汽

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（ttC）的等温变化过程，并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）

P204,图6-3

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。

P268图8-4由图可以看出，绝热压缩消耗的功最多。同时绝热压缩后气体温度升高最多，不利于机器的安全运行，绝热压缩后比体积较大，需要更大的储气筒。

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。

节省一部分功。降低余隙容积对容积效率的影响，从而提高容积效率。

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？

循环增压比从1

'

3

p p 下降到23p p ，提高了叶轮式压气机的使用性能，减小了压缩与膨

胀过程中不可逆损失的影响。

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。

P354图11-5

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。为现实中一般使用的是节流阀而非膨胀机？

当采用等熵膨胀时，工质到达5点，此时工质干度很小，不利于压缩。采用节流阀能增加干度，简化了设备，提高了装置运行的可靠性

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。

P300图9-18

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。

P295图9-12。tp tm tV ηηη>>。

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、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。

P296图9-13。tV tm tp ηηη>>

12.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。

tp tm tV ηηη>>

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、以及吸热量和最高压力都分别相同。

tV tp tm ηηη>>

14.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。

P289图9-4。

15.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。

16.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。

某种理想气体由同一初始状态经可逆绝热压缩和不可逆绝热压缩两种过程把气体压缩到相同的终压，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。

17.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。

18.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：

)(1

112T T k R n k n q g

----=

其中k 为绝热指数。若此过程是k n >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，1

12-??

?

??+=k k

cr k ν，其中k

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c p ，温度分别为T 1和T 2，且T 1>T 2。设环境温度为T 0。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(2121,0T T T T mc W p total -+=

4、请证明体积膨胀系数V α与定容压力温度系数α和等温压缩率T κ之间有下面关系：

T V p ακα=

5、假设某实际气体的体积膨胀系数和等温压缩率分别为：

)1(1T v

a

p -=

κ、)1(1v a T V -=α

其中a 为常数，该实际气体的气体常数为R g ，且当p →0时，a 的大小可以忽略。试推导该实际气体的状态方程。

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T R b v v

a

p g =-+))((，其中a 、b 和g R 均为常数，请证明此气体的体膨胀系数为：

2

2

)

()(b v a Tv R b v v R g g V ---=

α

7、请根据熵的微分关系式推导p c 与v c 之间有下面关系：

v

p v p T p T v T c c ???

??????? ????=-

8、某理想气体的变化过程中比热容n c 为常数，且其定压比热p c 和定容比热V c 均为定

值。请证明此过程的过程方程式为常数=n

pv ，其中V

n p n c c c c n --=

。

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

h J p T ???? ????=μ。请利用热力学关系式证明： ][1v T v T c p p

J -???

????=μ

10、

克拉贝隆方程是研究气液相变时的重要方程，其形式为：

)'''(v v T dT dp s

s -=

???

??γ， 其中γ为汽化潜热。 请利用热力学关系式证明这一方程。

六、 计算

1、 一个体积为3m 3

的贮气罐内装有温度为47℃的氮气（其摩尔质量为0.028k g/mol ）。

贮气罐上的压力表读数为Pa p e 5106?=，大气压Pa p b 5

10=。求罐内氮气

的质量。

2、 某医院的急救室里有一个体积为0.2m 3

的氧气罐。罐内最初充满氧气，此时罐上压

力表的读数为MPa 5.1。使用20天后，人们发现罐上压力表的读数已变为

MPa 5.0。设大气压MPa p b 1.0=，罐内氧气的温度一直保持在C t ?=27，试估

算该急救室一年（设为360天）需要多少罐氧气？ 3、 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。

4、 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

25.2m 3/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)/(182.4K kg kJ ?，水的焓差t c h p ?=?，水的密度为1000kg/m 3

。请问：是

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？ 5、 若把氧气由

MPa p 15.01=、C t ?=471

压缩至MPa p 6.01=，请比较采用不

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。 6、 要把初始状态为

Pa p 51105?=、C t ?=6271

的燃气经过一喷管射入

Pa p 51032?=的环境。设该过程为等熵过程（k=1.4）

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

7、 某闭口系统在一热力循环中，从恒温热源（T H ＝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T 0=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？

8、 某闭口系统在某一热力过程中，从某一恒温热源（T H ＝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T 0=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？

9、 斯特林循环由两个定温过程和两个定容

过程组成的理想回热循环，如图所示。工质为空气，其加热前的状态为

,1.01MPa p =K T 3001=，定容加热到

K T 10002=，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？ 10、 E ricsson 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MPa p 1.01=、K T 3001=，经回热器定压加热到K T 12002=，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。 11、 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，

s

2 3

4

1

T （9题图） ○v ○T ○

v ○

T

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。 12、 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

mol kg M /02897.0=，此机组的热效率为%30=t η、功率为kW P 5

108.1?=，

求流经燃烧室的空气质量流量。 13、 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

kg kJ h /34001=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kg kJ h /21502=；乏汽经过冷凝器的冷凝变成冷饱和水，此时焓值为kg kJ h /180'2=；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w 0 (kJ/kg) 和循环热效率ηt 。 14、 空气稳定绝热地流经气轮机，由

Pa p 51100.8?=、C

t ?=7271膨胀到

Pa p 52100.1?=、C t ?=3272，不计动能、位能变化。若环境参数为

Pa p 50100.1?=、C t ?=270，空气的)/(004.1C kg kJ c p ??=。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

Pa p rev 52100.1?=时的理论内部功为rev i w ,，而上述实际膨胀过

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

1

21221ln ln

p p

R T T c s g p -=?-） 15、 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kg kJ h /34401

=、kg kJ h /21602=。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kg kJ h /1803=），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；

（2）求蒸汽轮机的对外做功量w 0 (kJ/kg)和循环的热效率ηt 。

16、 有一次抽汽的回热循环的T-s 图如右图所示。已知：kg kJ h /3600

1=，kg kJ h /21502=，kg kJ h /275010=，kg kJ h /180'2=，kg kJ h /700'1

0=，

求此循环的热效率。

17、 某一次抽汽回热循环的T －s 图如下所示，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：kg kJ h /34261=，

kg kJ h m /3010=，kg kJ h /2100

2=， kg kJ h m /820'=，kg kJ h /150'2=，)/(442.61K kg kJ s ?=，)/(510.6K kg kJ s m a ?=，)/(920.62K kg kJ s a ?=，且

蒸汽轮机的相对内效率0.90T =η，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C T ?=300，求蒸汽流过汽轮机时的火用 损失。

18、 右图是某实际二次抽汽回热循环的T －s 图。如果已知：kg kJ h /35001=，

kg kJ h m /3000=，kg kJ h n /2600=，kg kJ h /2100

2=， kg kJ h m /820'=，kg kJ h n /480'=，kg kJ h /150'2=，且蒸汽轮机的相对内效率0.92T

=η，忽略

循环中泵的耗功。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。

19、 一体积为3

2.0m V =的储气罐内装有MPa p 5.01=、C t ?=271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

MPa p m 75.0=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l

（19题图）

(18题图)

T

s

1

2

m n (3) n ’

m ’ 4 2’

5

α1 α2

m

2a

6

1

2

5 4 3

（2’）

T

s

（16题图）

01 01’

(17题图)

1

2

m 5 α

m

2a

m T

s

4

(2’)

罐中氮气达到C t ?=3272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。

20、 一体积为3

2.0m V =的储气罐内初始充有MPa p 5.01=、C t ?=271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

C t ?=1272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。 21、 距地面高度l 1=0.3m ，活塞上负载的总质量为300kg ，当地大气压为

mmHg p 6.7350=，

此时气缸内空气恰好与外界处于热力平衡状态（如右图所示）。现将负载取去200kg ，活塞将上升，最后系统又与环境重新达到热力平衡。 设空

气可以通过气缸壁和外界充分换热，使得此过程中气缸内空气温度恒等于外界温度。若活塞质量可以忽略不计，外界保持定温，气缸截面面积为2

01.0m A =，试求空气此过程与外界的换热量。

22、 初始参数为MPa p 1.01=、C t ?=271的空气，经某轴流式压气机绝热压缩后参数

变为：MPa p 0.12=、C t ?=3472。若压气机的进气流量为min /5103m q V =，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？

23、 某刚性绝热容器的体积为3

08.0m V =，最初装有MPa p 1.01=、C t ?=271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

MPa p o 0.1=、C t ?=270。当容器内氧气压力达到MPa p 8.02=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。 24、 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

MPa p 1.01=，C t ?-=201，压气机出口压力为MPa p 5.02=。冷却器出口的

空气温度为C t ?=203。若环境温度为C t ?=200，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q c ；（2）采用极限回热后的压缩比πR 。 25、 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C t ?-=101；

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C t ?=402、

kg kJ h /4.14952=、)/(8564.52K kg kJ s ?=；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C t ?=303。

（1） 画出此制冷循环的T —s 图； （2） 求此循环的制冷系数和制冷量；

（3） 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： t (℃) p (MPa) h’ (kJ/kg) h” (kJ/kg) s’ (kJ/(kg ?K)) S” (kJ/(kg ?K))

-10 0.2909 134.41 1430.8 0.5408 5.4673 30

1.1670

322.42

1466.3

1.2005

4.9738

26、 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C ?-20；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

kg kJ /1950。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： t (℃) p (MPa) h’ (kJ/kg) h” (kJ/kg) s’ (kJ/(kg ?K) S” (kJ/(kg ?K) -20 0.1902 89.05 1418.0 0.3657 5.6155 40

1.5549

371.43

1470.2

1.3574

4.8662

27、 在一压缩蒸汽制冷循环中，制冷剂从冷库出来时正好处于饱和蒸汽状态1，经过压

缩机压缩后达到过热状态2，经过冷凝器后达到饱和液体状态3，最后经过节流阀后进入冷库。已知其蒸发温度为-20℃，冷凝温度为30℃，制冷量为5kW 。为保护臭氧层需要，现用HFCl34a 替代原先工质为CFC12，而循环中关键点处的工质状态不变。试求：

（1）画出此制冷循环的T —s 图；

（2）计算两种工质相应的制冷系数、压气机耗功率以及制冷剂流量。 计算中用到的有关参数值如下：

制冷剂 h 1 (kJ/kg)

h 2 (kJ/kg) h 3 (kJ/kg)

CFC12 564 592.9 448 HFCl34a

387

423

243

28、 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1-2-3-4-5-1所示，其中压缩机内进行的热力过程既不可逆也不绝热。此制冷装置的工作性能系数COP=2.3，制冷剂的流量为

s kg q m /2.0=。

已知进入压缩机的是温度为C t ?-=201的干饱和蒸汽，压缩机出口工质

温度为C t ?=502，工质在冷凝器出口呈温度为C t ?=403饱和液体状态。点1、2

T 1

T 3 2

s

1 4

T

3

5

6

（28题图）

和3的状态参数分别为：kg kJ h /6.3861=，)/(741.11K kg kJ s ?=；

kg

kJ h /5.4302=，

)

/(746.12K kg kJ s ?=；

kg

kJ h /4.2563=，

)/(191.13K kg kJ s ?=。

（1） 求循环制冷量、输入压缩机的功率、压缩过程的熵产率和做功能力损失； （2） 若总制冷量不变，但工质经冷凝器后达到C t ?=355的过冷状态，相应的

状态参数为kg kJ h /0.2495=，)/(167.15K kg kJ s ?=。求此时的制冷剂

流量。 29、 如图所示的稳定工作的齿轮箱，由高速轴

输入功率kW P 6001=。由于摩擦等不可逆损耗，使从低速轴输出的功率仅为

kW P 5842=，如图所示。齿轮箱外表面

被温度为K T 2900=的环境空气冷却，冷却量由牛顿冷却公式)(0T T hA q b Q -=计算，其中，对流换热系数h 为：

)/(25.02C m kW h ??=，齿轮箱外表面面

积为2

6.1m A =，T b 为齿轮箱外壁面的平均温度。试求：

（1） 齿轮箱系统的熵变，以及由于不可逆因素造成的熵产和火用 损失（设齿轮箱

系统各点温度都恒为T b ）； （2） 齿轮箱与相关环境组成的孤立系统的熵变、熵产和火用 损失； （3） 上面两问求得的熵产和火用 损失值是否相同？通过计算说明原因。 30、 某燃气－蒸汽联合循环如下图所示。压气机进口参数为p 1=0.1MPa 、T 1=300K ，压

气机增压比为10。燃气轮机进口温度T 3=1600K ，最终排到大气的燃气温度t 8=237 o

C 。燃气轮机的工质可视为与空气相同的比热为定值的理想气体，其流量为500kg/s 。蒸汽轮机进口参数为：p 5=2.5MPa 、t 5=450o C ，蒸汽轮机排汽压力p 6=0.01MPa 。设本题的燃气动力循环为布雷顿循环（定压加热理想循环），余热锅炉中的热效率为0.9。若可以忽略泵功，蒸汽轮机的相对内部效率为80％，则 （1）在同一个T -s 图上表示此燃气－蒸汽联合循环； （2）燃气轮机和蒸汽轮机对外做功的功率（kW ）；

（3）此燃气－蒸汽联合循环的热效率；

过热和饱和水蒸气的性质见下表 p , MPa t , o C h , kJ/kg s, kJ/kg.K 2.5

450

3349.7

7.18225

600kW

584kW

q Q

（29题图）

p , MPa t s, o C h ’ , kJ/kg h ’’ , kJ/kg s ’ , kJ/kg.K s ’’ , kJ/kg.K 0.01

45.7988

191.76

2583.72

0.6490

8.1481

七、 综述题

1、 请从热力学角度，分析说明为什么大型工业园一般集中采用热、冷、电联供方式处

理不同用户能量需求问题。

2、 分别从热力学第一定律和第二定律角度看，普通燃煤电站发电效率较低的原因有何

不同？请从热力循环设计角度阐述提高其热效率的各种可行方案。 3、 低碳经济要求火力发电企业节能减排，请你根据热力学第二定律，从能量转换角度，

谈一下这样做的理由以及如何开展节能减排。

4、 试借助压－焓图，分析蒸发过程与冷凝过程之间的温差对蒸汽制冷循环的COP 、制

冷量以及压缩功的影响。

5、 请根据热力学理论分析空调系统的能量转换，并阐述大量空调使用可能带来的影

响。

6、 请从能量转换角度，分析地球变暖与工业文明的关系。

（30题图）

4

余热

锅炉 1 2 3 8 7

5

6

Heat

1、孤立系统；热力学系统与外界既无能量交换也无物质交换时，称之为孤立系统 1、 开口系统；热力学系统与外界既有能量交换也有物质交换 2、 闭口系统；热力学系统与外界只有能量交换无物质交换 3、 绝热系统；热力学系统与外界无能量交换 4、 热源；工质从中吸收热能的物质 5、 平衡状态；一个热力学系统，在不受外界影响的条件下系统状态能够始终保持不变 6、 工质；实现热能与机械能相互转化的媒介物质 8、可逆过程；是准平衡过程，应满足热的和力的平衡条件，同时过程中不应有任何耗散效应 7、 技术功；技术上可资利用的功() ()12212 22 1z z g c c w w f f i t -+-+ = 8、 体积功；是系统由于体积改变而与环境交换的能量称为体积功。 9、 热力学能；由内动能、内位能以及维持一定分子结构的化学能和原子核内部的原子能 以及电磁场作用下的电磁能等构成。 10、 焓；热力学能与推动功之和pV U H += 11、 熵；表示物质系统状态的物理量。T Q dS ?= 12、 熵产；闭口系统内不可逆绝热过程中熵之所以增大，是由于过程中存在不可逆因素 引起耗散效应，使损失的机械功转化为热能（耗散热）被工质吸收。这部分有耗散产生的熵增量，叫做熵产 13、 理想气体；理想气体分子是具有弹性的、不具体积的质点；分子间相互没有作用力。 14、 实际气体；不满足气体分子是具有弹性的、不具体积的质点；分子间相互没有作用 力假设的气态物质 15、多变过程；工质的状态参数p 、v 、T 等都有显著变化，与外界之间换热量也不可忽略不计，这是不能简化为四种基本热力过程，可用定值=n pv 16热力学定律的两种说法；克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体转至高温物体。 开尔文说法：凡有温差的地方都能产生动力 15、 卡诺定理；定理一：在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切 可逆循环，其热效率相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种工质无关。 定理二：在温度同为1T 的热源和同为2T 的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。 16、 熵增原理；孤立系统内部发生不可逆变化时，孤立系的熵增加；发生可逆变化时， 熵不变；使孤立系统熵减小的变化不可能发生。 17、 能量贬值原理；孤立系统中进行热力学过程时火用 只会减少不会增加，可逆过程下 火用 保持不变。 18、 火用 ；可无限转换的能量 19、火无 ，不可能转换的能量， 20、冷量火用 ：温度低于环境温度的系统，吸入热量0Q 时所做出的最大有用功成为冷量火

一、1.若已知工质的绝对压力P=，环境压力Pa=，则测得的压差为(B)A.真空pv= B.表压力pg=.真空pv= D.表压力p g= 2.简单可压缩热力系的准平衡过程中工质压力降低，则(A) A.技术功为正 B.技术功为负 C.体积功为正 D.体积功为负 3.理想气体可逆定温过程的特点是(B)=0 =>W s>s′>s″>s′s>s″ 16.可逆绝热稳定流动过程中,气流焓的变化与压力变化的关系为(B) ====pdv 17、饱和湿空气的相对湿度（B）A．>1B.=1C.工程热力学考研试题及答案

1．湿蒸汽的状态参数p,t,v,x 中，不相互独立的一对是（D ）D ．(p,t)2．在不可逆循环中（B ）A ． ??>?ds T q B ． ??