工程热力学试卷（09）
一 选择题（每题3分）
1）均质等截面杆两端的温度由分别维持
的两热源保持和
不变，取此杆为系
统，则系统处于：
(a)平衡状态，因其各截面温度不随时间而改变； (b)非平衡状态，因其各截面温度不等；
(c)平衡状态,因其各截面温度不随时间而改变,且流入系统的热量等于流出系统的热量
(d)非平衡状态，因其处于重力场。
2）等量空气从相同的初态出发分别经过不可逆绝热过程A和任意可逆过程B到达相同的终态，若空气的热力学能能变化分别用和
表示，则 (a) ；(b)
； (c)
； (d)
3）稳态稳流装置中工质流体经历可逆变化，系统对外作功20kJ，与外界换热-15kJ,则出口截面上流体的熵与进口截面上的熵相比： (a)增加；(b)减少；(c)不变；(d)不能确定
二 简答题(每题6分)
1. 试分别说明理想气体的比定压热容及比定容热容的关系和理想气体混合气体的总压力与组分气体分压力的关系。
2. 举例说明孤立系统熵增与系统内过程进行方向的联系。
3. 压缩空气制冷循环的制冷系数ε和制冷量与循环的压比有什么关系？ 4. 湿空气的吸湿能力是否必定随空气温度升高而升高？为什么？
三 计算题（共67分）
1. 某建筑物利用蒸汽供暖，该建筑物通过墙壁等向外界散热3,600,000 kJ/h，假设蒸汽压降可忽略不计，问需供蒸汽量。已知蒸汽进入建筑物=2870 kJ/kg，流出时
=504.78kJ/kg。（7分）
2. 有一压缩机将空气由0.1MPa，27℃绝热压缩到0.9MPa，627.5K。试问该压缩过
程是否可逆，为什么？若不可逆求该压缩机的绝热效率。设空气比热取定值Rg=0.287kJ/(kg·K)， cp= 1.005 k J/(kg·K)。(15分)
3. 某次，在风洞试验中采用水银温度计测量气流的温度，测得空气的绝对压力p=0.2MPa，比体积v=0.5m3
/kg，气流的马赫数Ma=0.7。试求此项测量的绝对误差Δt。设空气可作理想气体处理，比热容取定值，且Rg=0.287kJ/(kg·K)，cp= 1.005 k J/(kg·K)。(15分)
4. 某换热器，用4500kg/h冷水冷却热油，水进口温度为20℃，水的比热容为4.187k J/(kg·K)。2250kg的热油进口温度为150℃，离开时为65℃，其平均比热2.51 k J/(kg·K)，假设忽略换热器热损失及压降，试求：(a)冷却水的出口温度；(b) 换热过程的熵产；(c)利用冷却热油过程的油和冷却水为热源和冷源，运行热机，问可得最大功率是多少？（15分）
5. 家用手提式干发器出口空气温度
=83℃，速度
=9.1m/s，出口截面积
=18.7cm2，进入干发器的空气温度=22℃，速度
=3.7m/s，压力0.1MPa。忽略空
气进出口的动能差和位能差及干发器向环境的散热，（1）求此干发器的功率；（2）分析干发器的工作原理。（15分）
工程热力学试卷（10）
1. 2kg氧气和5kg某种未知气体混合,混合后的容积为2.943m，压力p=0.3MPa，温度283.69K，试求该气体的气体常数及分子量。已知氧气Rg =260J/(kg·K)。（10分）
3
2. 若一礼堂的容积是800m，室温为10℃，今欲使室温升高到20℃，需加热多少？设礼堂墙壁保温良好,空气比热可取定值，定压比热cp=1.005 kJ/(kg·K)， Rg =287J/(kg·K)，当地大气压760 mmHg。(10分)
3
3. 某空调中心需要供空气折合3300m/h（标准状态），实际送风温度为20℃，表压力1500Pa，当地大气压=100kPa,试确定送风机实际送风量为每小时多少立方米？风管直径多少米？（已知:空气Rg =287J/(kg·K)） （10分）
4. 1kg某种双原子理想气体经历一可逆多变过程从初态=727℃, pe,1=7.9MPa膨胀到终态=217℃, =0.3636MPa。(1)求和；(2)求出此过程的多变指数n并在p-v图和T-s图上画出该过程；(3)计算过程的Δu、Δs及过程功w和热量q。已知：当地大气压=0.1MPa，气体Rg=287 J/(kg·K)，比热可取定值cV=0.718kJ/(kg·K)。（15分）
5. 汽油机定容加热理想循环进气参数为=27℃,
=0.09MPa，V1=1×10m，若循
-3
3
3
8. 在两个恒温热源间工作的某动力循环系统，其高温热源温度温度
工质放热过程的熵变Δs2= –1.02kJ/(kg·K), 放热量
=1000K低温热源
=980kJ/kg；=300K，
=300K。循环中工质吸热过程的熵变Δs1=1.0kJ/(kg·K) ，吸热量
=600kJ/kg。环境温度
试求：（1）循环的热效率（2）吸热过程和放热过程的熵流和熵产；（3）判断该过程
能否实现。（10分）
环压缩比ε=16，定容增压比λ=1.6，循环加热量为920kJ/kg。假设工质是空气，比热可取定值，cp=1.005 kJ/(kg·K)，Rg=287 J/(kg·K)，(1)画出循环p-v图及T-s图；(2)求循环的最高温度和最高压力；(3)计算循环的放热量、循环净功及循环的热效率。（15分）
6. 有一建筑物取暖用电加热器为维持室内温度为25℃，需供热120000kJ/h， (1)求电加热器的电功率；(2)若改用供暖系数为ε'=3.5的热泵供暖，需要多少电功率？(3)室内空气熵变多少？大气环境熵变多少？供暖过程的作功能力各为损失多少？(已知=0℃) （15分）
7. 新蒸汽流人蒸汽轮机时的焓的焓
=3232kJ/kg，流速cf1=50m/s；乏汽流出汽轮机时
=2302kJ/kg，流速cf2=120m/s ，散热损失和位能差可忽略不计。试求：（1）每
kg 蒸汽流经蒸汽轮机时对外界所作的功；（2）若不计动能差每kg 蒸汽流经蒸汽轮机
时对外界所作的功；（3）若蒸汽流量为10t/h，求汽轮机的功率。（15分）
例题5-1 证明物质的体积变化与体积膨胀系数
、等温压缩率的关系为。
证明 因 v=f(p,T)
则
讨论
因为可由实验直接测定，因而本章导出的包含偏导数
的所有方程都可用
的形式给出。另外，由实验测定系数后，再积分求取
状态方程式，也是由实验得出状态方程式的一种基本方法，如同焦－汤系数一样。
对于固体和液体，其
一般可由文献查得。
例题5－2 一空调制冷装置，采用氟里昂22作为制冷剂。氟里昂22进入蒸发器时，=5℃，
＝0.2；出口状态2为干饱和蒸气。自蒸发器出来，状态2的干饱和蒸气被
吸入压缩机绝热压缩到压力
＝1.6×
Pa时，排向一冷凝器，如图6－12所示。
用p－h图求：（1）在蒸发器中吸收的热量；（2）若压缩是可逆绝热的，压缩1kg氟里昂22所需的技术功以及氟里昂22的压缩终温
。
解 工质在蒸发器中的等压吸热过程1－2和在压缩机中的可逆绝热过程2－3表示在p－h图上，如图6－13所示。等压吸热过程1－2已知在湿饱和蒸气区，是一条等压、等温的水平线。其中，状态1位于=5℃的等温线与
＝0.2的等干度线的交点。状
态2位于==5℃的等温线与x＝1的等干度线的交点。状态3位于
＝l.6×
Pa
的等压线与=的等熵线的交点。状态点确定后，从图上可读得
＝247kJ/kg，
＝407kJ/kg，
＝432kJ/kg，＝58℃ 由此可得蒸发器中的吸热:=(407-247)kJ/kg=160kJ/kg
技术功
=
-
=(407-432)kJ/kg=-25kJ/kg
压缩终温 ＝58℃
例题5－3 当地当时大气压力为0.1MPa，空气温度为30℃，相对湿度为60％，试分别用解析法和焓湿图求湿空气的露点
，含湿量d，水蒸气分压力
及焓h。
解（1）解析法 水蒸气分压力
＝φ
查饱和蒸汽表得：t＝30℃时，＝4.246kPa
因而
=0.6×4.246kPa=2.548kPa
露点温度是与相应的饱和温度，查饱和蒸汽表得
=(
)=21.3℃
含湿量d=0.622=0.622×=1.626×kg/kg(干空气）
湿空气的焓
h=1.005t+d(2501+1.86t)=1.005×30+1.626×(2501+1.86×30)=71.72kJ/(kg.K)(干空气） （2）图解法
如右图所示，由φ＝60％及t＝30℃，在h－d图上找到的交点1，即为湿空气的状态。从图中可读得
d=16.2g/kg（干空气） h=717.7kJ/kg（干空气）
由1点作等d线向下与φ=100%线相交，交点的温度即为=21.5℃；由1点作等d
线向下与＝f(d)相交，即为水蒸气分压力，通过此交点向右侧纵坐标读得
＝
25kPa。
例题 5－4 压力
＝100kPa，温度＝27℃的空气，流经扩压管时压力提高到
＝
180kPa。问空气进入扩压管时至少有多大流速？这时进口马赫数是多少？应设计成什么形状的扩压管？ 解 （1）依题意
＝0，根据稳流能量方程
（2）
（3）因
＜1，所以应设计成渐扩扩压管。 ?2002 东华大学环境学院《工程热力学》网上教学组版权所有
例题5-1 证明物质的体积变化与体积膨胀系数、等温压缩率
的关系为。
证明 因 v=f(p,T)
则
讨论
因为可由实验直接测定，因而本章导出的包含偏导数
的所有方程都可用
的形式给出。另外，由实验测定系数后，再积分求取
状态方程式，也是由实验得出状态方程式的一种基本方法，如同焦－汤系数
一样。
对于固体和液体，其
一般可由文献查得。
例题5－2 一空调制冷装置，采用氟里昂22作为制冷剂。氟里昂22进入蒸发器时，=5℃，
＝0.2；出口状态2为干饱和蒸气。自蒸发器出来，状态2的干饱和蒸气被
吸入压缩机绝热压缩到压力
＝1.6×
Pa时，排向一冷凝器，如图6－12所示。
用p－h图求：（1）在蒸发器中吸收的热量；（2）若压缩是可逆绝热的，压缩1kg氟里昂22所需的技术功以及氟里昂22的压缩终温。 解 工质在蒸发器中的等压吸热过程1－2和在压缩机中的可逆绝热过程2－3表示在p－h图上，如图6－13所示。等压吸热过程1－2已知在湿饱和蒸气区，是一条等压、等温的水平线。其中，状态1位于=5℃
的等温线与
＝0.2的等干度线的交点。状
态2位于==5℃的等温线与x＝1的等干度线的交点。状态3位于＝l.6×
Pa
的等压线与=
的等熵线的交点。状态点确定后，从图上可读得
＝247kJ/kg，
＝407kJ/kg，
＝432kJ/kg，＝58℃
由此可得蒸发器中的吸热 =(407-247)kJ/kg=160kJ/kg
技术功 =
-=(407-432)kJ/kg=-25kJ/kg 压缩终温
＝58℃
例题5－3 当地当时大气压力为0.1MPa，空气温度为30℃，相对湿度为60％，试分别用解析法和焓湿图求湿空气的露点
，含湿量d，水蒸气分压力
及焓h。
解（1）解析法 水蒸气分压力
＝φ
查饱和蒸汽表得：t＝30℃时，＝4.246kPa
因而
=0.6×4.246kPa=2.548kPa
露点温度是与相应的饱和温度，查饱和蒸汽表得
=(
)=21.3℃
含湿量d=0.622=0.622×=1.626×kg/kg(干空气）
湿空气的焓
h=1.005t+d(2501+1.86t)=1.005×30+1.626×(2501+1.86×30)=71.72kJ/(kg.K)(干空气）
（2）图解法
如右图所示，由φ＝60％及t＝30℃，在h－d图上找到的交点1，即为湿空气的状态。从图中可读得
d=16.2g/kg（干空气）