校内本科班工程热力学复习题
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 9、 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 ○1 然后再在定温条件下每千T2?1000K，
（9题图） s
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、 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。 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，
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
5此机组的热效率为?t?30%、功率为P?1.8?10kW，M?0.02897kg/mol，
T ○p1?0.1MPa,T1?300K，定容加热到
4 v ○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
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。 14、 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：
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?s1?2?cplnT2p?Rgln2） T1p115、 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；
（2）求蒸汽轮机的对外做功量w0 (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。T
1
已知：h1?3600kJ/kg，h2?2150kJ/kg，
6 5 01’ h01?2750kJ/kg，h2'?180kJ/kg，01 4 3 2 h0'?700kJ/kg，求此循环的热效率。
（2’）117、 右图是某实际二次抽汽回热循环的T－s图。
如果已知：h1?3500kJ/kg，
s （16题图）
T 1 hm?3000kJ/kg，hn?2600kJ/kg，
h2?2100kJ/kg， hm'?820kJ/kg，hn'?480kJ/kg，h2'?150kJ/kg，
且蒸汽轮机的相对内效率?T?0.92，忽
m’ n’ 5 m α1 α2 n 2 m4 2’ (3) 2a 略循环中泵的耗功。试确定：
① 抽汽量α1、α2； (17题图) 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。
3s
18、 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
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。
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19、 距地面高度l1=0.3m，活塞上负载的总质量为
300kg，当地大气压为p0?735.6mmHg，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A?0.01m，试求空气此过程与外界的换热量。
20、 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?510m/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？
21、 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
332（20题图）
po?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。 22、 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??20?C，压气机出口压力为p2?0.5MPa。冷却器出口的
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。 23、 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： t (℃) -20 40 p (MPa) 0.190219 1.554354 h’ (kJ/kg) 327.198 609.472 h” (kJ/kg) 1657.428 1710.600 s’ (kJ/(kg?K) 3.840 4.830 S” (kJ/(kg?K) 9.096 8.350
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l 校内本科班工程热力学复习题
24、 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 CFC12 HFCl34a h1 (kJ/kg) 564 387 h2 (kJ/kg) 592.9 423 T 3 h3 (kJ/kg) 448 243 2 25、 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
T3 T1 5 qm?0.2kg/s。已知进入压缩机的是温度为
压缩机出口工质t1??20?C的干饱和蒸汽，
6 4 1 s （25题图）
温度为t2?50?C，工质在冷凝器出口呈温度为t3?40?C饱和液体状态。点1、2和3的状态参数分别为：h1?386.6kJ/kg，s1?1.741kJ/(kg?K)；
h2?430.5kJ/kg，
s2?1.746kJ/(kg?K)；
h3?256.4kJ/kg，
s3?1.191kJ/(kg?K)。
（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t5?35?C的过冷状态，相应
的
状
态
参
数
为，
584kW 600kW h5?249.0kJ/kgs5?1.167kJ/(kg?K)。求此时的
制冷剂流量。 26、 如图所示的稳定工作的齿轮箱，由高速轴
输入功率P1?600kW。由于摩擦等不可逆损耗，使从低速轴输出的功率仅为
（26题图）
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qQ 校内本科班工程热力学复习题
P2?584kW，如图所示。齿轮箱外表面被温度为T0?290K的环境空气冷却，
冷却量由牛顿冷却公式qQ?hA(Tb?T0)计算，其中，对流换热系数h为：
h?0.25kW/(m2??C)，齿轮箱外表面面积为A?1.6m2，Tb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Tb）； （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。 27、 某燃气－蒸汽联合循环如下图所示。压气机进口参数为p1=0.1MPa、T1=300K，压
气机增压比为10。燃气轮机进口温度T3=1600K，最终排到大气的燃气温度t8=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：p5=2.5MPa、t5=450oC，蒸汽轮机排汽压力p6=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 2.5 p, MPa 0.01 t, oC 450 ts, oC 45.7988 h’ , kJ/kg 191.76 h, kJ/kg 3349.7 h’’ , kJ/kg 2583.72 s, kJ/kg.K 7.18225 s’ , kJ/kg.K 0.6490 s’’ , kJ/kg.K 8.1481
Heat
2 3
1 4 8
5
余热 锅炉
6
7
（27题图） 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。
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校内本科班工程热力学复习题
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。
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