工程热力学习题.doc

第一篇 工程热力学
第一章 基本概念
一．基本概念
系统：

状态参数：

热力学平衡态：

温度：

热平衡定律：

温标：

准平衡过程：

可逆过程：

循环：

可逆循环：

不可逆循环：

二、习题
1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？

2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?

3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?

4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。

图1-1
5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。

（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。

（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。

（4）100℃的水和15℃的水混合。

6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。大气压力为760mmHg。试求:
（1） 真空室以及I室和II室的绝对压力；
（2） 表C的读数；
（3） 圆筒顶面所受的作用力。
图1-2

第二章 热力学第一定律
一．基本概念
功：

热量：

体积功：

节流：

二．习题
1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？

2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。

3．一活塞、气缸组成的密闭空间，内充50g气体，用叶轮搅拌器搅动气体。活塞、气缸、搅拌器均用完全绝热的材料制成。搅拌期间，活塞可移动以保持压力不变，但绝对严密不漏气。已测得搅拌前气体处于状态1，搅拌停止后处于状态2，如下表所示。
状 态
p（MPa）
v（m3/kg）
u（kJ/kg）
h(kJ/kg)
1
3.5
0.00711
22.75
47.64
2
3.5
0.01916
97.63
164.69
活塞与气缸壁间有一些摩擦。求搅拌器上输入的能量为多少？

4．1kg空气由p1=5MPa,t1=500℃，膨胀到p2=0.5MPa,t2=500℃，得到热量506kJ，对外做膨胀功506kJ。接着又从终态被压缩到初态，放出热量390kJ,试求：

（1）膨胀过程空气热力学能的增量；（2）压缩过程空气热力学能的增量；（3）压缩过程外界消耗了多少功？

5．一活塞气缸装置中的气体经历了2个过程。从状态1到状态2，气体吸热500kJ，活塞对外作功800kJ。从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为p=400kPa，气体向外散热450kJ。并且已知U1=2000kJ, U3=3500kJ，试计算2-3过程中气体体积的变化。

6．现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图2-1所示的设备进行绝热混合，以形成第三股所需温度的空气流。各股空气的已知参数如图中所示。设空气可按理想气体计，其焓仅是温度的函数，按{h}kJ/kg=1.004{T}K计算，理想气体的状态方程为pv=RT, R=287J/(kg·K)。若进出口截面处的动、位能变化可忽略，试求出口截面的空气温度和流速。

图

图2-1

7．某气体从初态p1=0.1MPa，V1=0.3m3可逆压缩到终态p2=0.4MPa，设压缩过程中p=aV-2，式中a为常数。试求压缩过程所必须消耗的功。

8．如图2-2所示，p-v图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。1-2是绝热过程；2-3是定压过程；3-1是定容过程。如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg，p1=1.6MPa，v1=0.025m3/kg，p2=0.1MPa，v2=0.2m3/kg。（1）试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环？
（2）计算循环的净热。

图2-2

9．某燃气轮机装置如图2-3所示。已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg，经压缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处与燃料混合，以w2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态3’,h3’=800kJ/kg，流速增至w3’，燃气再进入动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中热力状态不变，最后离开燃气轮机速度为w4=100m/s。求：
（1）若空气流量为100kg/s，压气机消耗的功率为多少？
（2）若燃料发热量q=43960kJ/kg，燃料消耗量为多少？
（3）燃气在喷管出口处的流速w3’是多少？
（4）燃气涡轮（3’-4过程）的功率为多少？
（5）燃气轮机装置的总功率为多少？
图2-3

第三章 热力学第二定律

一．基本概念
克劳修斯说法：

开尔文说法：

卡诺定理：

熵流：

熵产：

熵增原理：

二．习题
1．热力学第二定律可否表述为：“功可以完全变为热，但热不能完全变为功”，为什么？

2．下列说法是否正确，为什么？
1） 熵增大的过程为不可逆过程；

2） 工质经不可逆循环，DS >0；

3） 可逆绝热过程为定熵过程，定熵过程就是可逆绝热过程；

4） 加热过程，熵一定增大；放热过程，熵一定减小。

3．某封闭系统经历了一不可逆过程，系统向外界放热为10kJ，同时外界对系统作功为20kJ。
1）按热力学第一定律计算系统热力学能的变化量；
2）按热力学第二定律判断系统熵的变化（为正、为负、可正可负亦可为零）。

4．判断是非（对画Ö，错画×）
1）在任何情况下，对工质加热，其熵必增加。（ ）
2）在任何情况下，工质放热，其熵必减少。（ ）

3）根据熵增原理，熵减少的过程是不可能实现的。（ ）
4）卡诺循环是理想循环，一切循环的热效率都比卡诺循环的热效率低。（ ）
5）不可逆循环的熵变化大于零。（ ）
5．若封闭系统经历一过程，熵增为25kJ／K，从300K的恒温热源吸热8000kJ，此过程可逆?不可逆?还是不可能?

6．空气在某压气机中被绝热压缩，压缩前：p1=0.1MPa，t1=25℃；压缩后：p2=0.6MPa，t2=240℃。设空气比热为定值，问：1）此压缩过程是否可逆？为什么？2）压缩1kg空气所消耗的轴功是多少？

7．气体在气缸中被压缩，压缩功为186kJ/kg，气体的热力学能变化为56kJ/kg，熵变化为-0.293kJ/(kg·K)。温度为20°C的环境可与气体发生热交换，试确定每压缩1kg气体时的熵产。

8．设一可逆卡诺热机工作于1600℃和300℃的两个热源之间，工质从高温热源吸热400kJ，试求：(1)循环热效率；(2)工质对外作的净功；(3)工质向低温热源放出的热量。

9．已知A、B、C3个热源的温度分别为500K，400K和300K，有可逆机在这3个热源间工作。若可逆机从热源A吸入3000kJ热量，输出净功400kJ，试求可逆机与B，C两热源的换热量，并指明方向。

10．试论证如违反热力学第二定律的克劳修斯说法，则必然违反开尔文说法以及违反开尔文说法必然导致违反克劳修斯说法。

11．有A，B两物体，其初温TA>TB，两物体的质量相等mA=mB=m，其比热容亦相等cA=cB=c，且为常数。可逆热机在其间工作，从A吸热，向B放热，直至两物体温度相等时为止。
（1）试证明平衡时的温度为；（2）求可逆热机对外输出的净功。

12．如图3-1所示，用热机E带动热泵P工作，热机在热源T1和冷源T0之间工作，而热泵则在冷源T0和另一热源T1’之间工作。已知T1=1000K、T1’=310K、T0=250K。如果热机从热源T1吸收热量Q1=1kJ，而热泵向另一热源T1’放出的热量QH供冬天室内取暖用。

（1）如热机的热效率为ht=0.50，热泵的供热系数eh=4，求QH；
（2）如热机和热泵均按可逆循环工作，求QH；
（3）如上述两次计算结果均为QH>Q1，表示冷源T0中有一部分热量传入了温度T1’的热源，而又不消耗（除热机E所提供的功之外的）其他机械功，这是否违反热力学第二定律的克劳修斯说法？

图3-1

第四章 理想气体的热力性质与过程
一．基本概念
理想气体：

比热容：

二．习题
1．热力学第一定律的数学表达式可写成 或 两者有何不同？

2．图4-1所示，1-2和5-3各为定容过程，1-4和2-3各为定压过程，试判断q143与q123哪个大？

P

4
3
2
1
v

图4-1
3．有两个任意过程1-2和1-3，点2和点3在同一条绝热线上，如图4-2所示。试问△u12与△u13谁大谁小？又如2和3在同一条等温线上呢？
P
绝热线
v
3
2
1

图4-2
4．讨论1<n<k的多变膨胀过程中气体温度的变化以及气体与外界热传递的方向，并用热力学第一定律加以解释。

5．理想气体分子量M=16，k=1.3，若此气体稳定地流过一管道，进出管道时气体的温度分别为30℃和90℃，试求对每公斤气体所需的加热量（气体的动能和位能变化可以忽略）。

6．某理想气体在气缸内进行可逆绝热膨胀，当容积为二倍时，温度由40℃下降到－40℃，过程中气体做了60kJ/kg的功。若比热为定值，试求cp与cv的值。

7．某理想气体初温T1=470K，质量为2.5kg，经可逆定容过程，其热力学能变化为DU=295.4kJ,求过程功、过程热量以及熵的变化。设该气体R=0.4kJ/(kg·K)，k=1.35,并假定比热容为定值。

8．在一具有可移动活塞的封闭气缸中，储有温度t1=45°C，表压力pg1=10kPa的氧气0.3m3。在定压下对氧气加热，加热量为40kJ；再经过多变过程膨胀到初温45°C，压力为18kPa。设环境大气压力为0.1MPa，氧气的比热容为定值，试求：（1）两过程的焓变量及所作的功；（2）多变膨胀过程中气体与外界交换的热量。

9．1kg空气，初态p1=1.0MPa, t1=500°C，在气缸中可逆定容放热到p2=0.5MPa，然后可逆绝热压缩到t3=500°C，再经可逆定温过程回到初态。求各过程的Du，Dh，Ds及w和q各为多少？并在p-v图和T-s图上画出这3个过程。

10．一封闭的气缸如图4-3所示，有一无摩擦的绝热活塞位于中间，两边分别充以氮气和氧气，初态均为p1=2MPa，t1=27°C。若气缸总容积为1000cm3，活塞体积忽略不计，缸壁是绝热的，仅在氧气一端面上可以交换热量。现向氧气加热使其压力升高到4MPa，试求所需热量及终态温度，并将过程表示在p-v图及T-s图上。

图4-3

11．如图4-4所示，两股压力相同的空气流，一股的温度为t1=400℃，流量=120kg/h；另一股的温度为t2=150℃，流量=210kg/h；在与外界绝热的条件下，它们相互混合形成压力相同的空气流。已知比热为定值，试计算混合气流的温度，并计算混合过程前后空气的熵的变化量是增加、减小或不变？为什么？

图4-4

12．如图4-5所示，理想气体进行了一可逆循环1-2-3-1，已知1-3为定压过程，v3=2v1；2-3为定容过程，p2=2p3；1-2为直线线段，即p/v=常数。(1)试论证；(2)画出该循环的T-s图，并证明；(3)若该理想气体的cp=1.013kJ/(kg·K)，cv=0.724kJ/(kg·K)，试求该循环的热效率。

图

图4-5

13．1kmol理想气体从初态p1=500kPa，T1=340K绝热膨胀到原来体积的2倍。设气体Mcp=33.44kJ/(kmol·K)，Mcv=25.12kJ/(kmol·K)。试确定在下述情况下气体的终温，对外所做的功及熵的变化量。（1）可逆绝热过程；（2）气体向真空进行自由膨胀。

第五章 水蒸汽的热力性质和热力过程
一．基本概念
饱和温度：

饱和压力：

饱和水：

干饱和蒸汽：

湿蒸汽：

过热蒸汽：

干度：

绝热效率：

二．习题
1．根据给顶的水蒸汽的压力和比体积，如何用蒸汽表确定它是湿蒸汽还是过热蒸汽？湿蒸汽的状态参数如何利用蒸汽表求出？

2．由于Dhp=cp,mDT是普遍适用于任意工质的，饱和水在定压下汽化变为干饱和蒸汽时，温度不变，因此，=Dhp=cp,m´0=0。这一推论错误在哪里？

3．（1）在p<pc时，定压下蒸汽发生过程的三个阶段是 ， 和 ；（2）蒸汽的上界线是 的连线，下界线是 的连线；
（3）当 时，定压下的蒸汽发生过程不再有三个阶段；
（4）试将图5-1 中状态点A、B和C、D的名称写出。
A ；
B ；
C ；
D ；

图5-1
4．给水在温度t1=60℃、压力p=3.5 MPa下进入蒸汽锅炉的省煤器，并在锅炉中加热成t2=350℃的过热蒸汽。试把该过程表示在T-s图上，并求加热过程中水的平均吸热温度。

5．在一台蒸汽锅炉中，烟气定压放热，温度从1500℃降低到250℃，所放出的热量用以生产水蒸汽。压力为9MPa、温度为30℃的锅炉给水被加热、汽化、过热成pl=9Mpa、t1=450℃的过热蒸汽。将烟气近似为空气，取比热为定值。且cp=1.079kJ／(kgK)。试求：（1）产生1kg过热蒸汽需要多少kg烟气？（2）生产1kg过热蒸汽时，烟气熵的减小以及过热蒸汽熵的增大各为多少?（3）将烟气和水蒸汽作为孤立系，求生产1kg过热蒸汽时孤立系熵的增大为多少?设环境温度为15℃。

6．某刚性容器内有湿蒸汽5kg，其中饱和水为0.5kg，压力为0.2MPa。对容器加热，求使其中湿蒸汽完全变为饱和蒸汽所需的热量。

7．按水蒸汽表和h-s图，求压力为p=3MPa、干度x=0.98的湿蒸汽的状态参数。

8．已知水蒸汽的压力p=0.5Mpa、比体积v=0.836m3/kg，试确定其所处的状态，并求其比焓，比熵和比热力学能。

9．压力p=1.5MPa，t=120°C的未饱和水进入锅炉，在其中定压加热为x=0.98的湿蒸汽离开锅炉，蒸发量为qm=4000kg/h，设燃料的发热量为41868kJ/kg，锅炉效率为hB=79%。试求每小时燃料消耗量。

10．1kg水蒸汽初态为p1=3MPa, t1=400°C，在气轮机中绝热膨胀到p2=0.006MPa。
（1） 当过程可逆时，试求终态的干度x2和气轮机所做的技术功wt；
（2） 当过程不可逆，即hoi=0.9时，试求终态的干度x2’和气轮机所做的技术功wt’，以及由于过程不可逆而引起的技术功的减少量Dwt=wt-wt’。

第六章 理想混合气体和湿空气
一．基本概念
理想混合气体：

道尔顿分压定律：

分体积定律：

质量分数：

体积分数：

摩尔分数：

湿空气：

饱和空气：

未饱和空气：

露点：

含湿量：

相对湿度：

湿空气的焓：

二．习题
1．用什么方法可使未饱和空气变为饱和空气？请在p-v图和T-s图上画出相应的过程曲线。如果把20℃时的饱和空气在定压下加热到30℃,它是否还是饱和空气？

2．零下10℃的空气中为什么还含有水蒸汽？这些水蒸汽为何不结成冰呢？

3．当湿空气的相对湿度j<100%时，干球温度t、湿球温度tw和露点温度td的大小关系为 ，当j=100%时，三者间的大小关系为 。
4．未饱和空气中水蒸汽的状态如图6-1中A所示，试在该图上定性表示出湿空气的露点温度td。

图6-1
5．设大气压力为0.1MPa，温度为34°C，相对湿度为80%。如果利用空调设备使湿空气冷却去湿至10°C，然后再加热到20°C，且通过空调设备的干空气量为20kg，试确定：（1）终态空气的相对湿度；（2）湿空气在空调装置中除去的水分量mw;（3）湿空气在空调设备中放出的热量和在加热器中吸收的热量。

6．温度为25°C，压力为0.1MPa，相对湿度为0.5的湿空气经历压缩后温度升高到50°C，压力升高到0.3MPa，之后又在定压下冷却，试问冷却到什么温度时将出现水滴?

7．某船空气调节装置的回风与新风风量之比ma,2/ma,1=3.5，夏季，新风状态t1=38℃,=40%，室内回风t２=26℃,=60%，求混合后空气的状态参数。

8．设干湿球温度计的读数为：干球温度t=30℃,湿球温度tw=25℃,大气压力pb=0.1013MPa，试用h-d图确定湿空气的各参数(h、d、、td)。

9．已知房间内墙表面温度为16℃，如果室内空气的温度为22℃，试问防止墙表面发生凝结水珠现象，室内空气相对湿度最大不应超过多少？

第七章 气体和蒸汽的流动
一．基本概念
马赫数：

临界压力比：

焦耳—汤姆逊效应：

二．习题
1．水流过缩放形管道，其渐放部分水速必然下降，为什么对气体却可增速为超音速气流？

2．什么是临界压力比？它和什么因素有关？有何用处？渐缩喷管为何不能获得超音速气流？

3．压力为9.807´105Pa，温度为30℃的空气，流经阀门时产生绝热节流作用，使压力降为6.865´105Pa。试求节流前后：（1）比焓、温度、比热力学能的变化；（2）比熵的变化；（3）比体积的变化。

4．压力为6.0MPa、温度为490°C的蒸汽，经节流阀降为2.5 MPa，然后定熵膨胀至0.04 MPa，求绝热节流后蒸汽温度为多少度？熵改变了多少？由于节流，技术功又改变了多少?

5．1.5kg温度T1=330.15K、压力p1=7.1MPa的空气，经绝热节流压力降至0.1MPa。(1)计算节流引起的熵增量；(2)上述空气不经节流而是在气轮机内可逆绝热膨胀到0.1MPa，气轮机能输出多少功?

6．理想气体从初态1（p1，t1）进行不同过程至相同终压p2，一过程为经过喷管的不可逆绝热膨胀过程，另一过程为经过节流阀的绝热节流过程。若p1>p2>p0，T1>T0(p0,T0为环境压力和温度)，试在T-s图上表示此两过程，并根据图比较两过程作功能力损失的大小。

7．空气进入拉伐尔喷管的压力为0.4MPa，温度为650K,入口流速可忽略不计，若出口压力为0.1MPa,喉部截面积为6cm2。试求（１）喉部的状态及流速；（２）出口截面上的流速及流量；（３）出口截面积。

8．空气由输送管送来,管端接一出口面积f2=10cm2的渐缩喷管空气在喷管之前的压力p1=2.5MPa，温度t1=80℃，求空气经喷管后射出速度、流量以及出口截面处空气的v2、、t2。喷管的背压力=1MPa。

第八章 压缩机的热力过程
一．基本概念
余隙容积：

有效吸气体积：

容积效率：

最佳增压比：

压气机的绝热效率：

二．习题
1．理想气体从同一初态出发，经可逆和不可逆绝热压缩过程，设耗功相同，试问它们的终态温度、压力和熵是否都不相同？

2．空气初态为p1=1´105Pa、t=20°C。经过三级活塞式压气机后，压力提高到12.5MPa。假定各级增压比相同，压缩过程的多变指数n=1.3。试求生产1kg压缩空气理论上应消耗的功，并求(各级)气缸出口温度。如果不用中间冷却器，那么压气机消耗的功和各级气缸出口温度又是多少(按定比热理想气体计算)?

3．轴流式压气机每分钟吸人p1=0.1MPa、t1=20℃的空气1200kg，经绝热压缩到p2=0.6MPa，该压气机的绝热效率为0.85。求：(1)出口处气体的温度及压气机所消耗的功率；(2)过程的熵产。

4．某叶轮式压气机进口处空气压力p1=0.1MPa，温度T1=293K，出口处气体压力p2=0.4MPa．。若压气机绝热效率hc=0.78，试计算压气机实际出口温度以及压缩1kg空气实际所需的功。

5．1kmol理想气体，由初态为400K和105Pa被压缩到终态为400K和106Pa。试分别就以下两种情况计算气体熵的变化，外界熵的变化和由气体与外界组成的孤立系统总熵的变化：(1)气体被压缩的过程是一个可逆定温过程；(2)气体被压缩的过程是一个不可逆过程，此过程中实际所消耗的功比上述可逆定温压缩过程消耗的功多2%，并且此时周围环境温度是300K。

6．1kg初态为p1=0.1MPa，t1=15°C的某气体，经压缩后其状态为p2=0.5MPa，t2=100°C。若比热容cv=0.712kJ／(kg×K)，R=0.287kJ／(kg×K)，试求：（1）此过程中，该气体熵的变化，并判断此过程是放热还是吸热?（2）在p-v图与T-s图上画出过程曲线，并求出过程的多变指数n为多少?

7．一台二级活塞式压缩机的转速为300r/min，每小时吸入的空气为V1=800m3，压力p1=0.1MPa，温度t1=27℃，压缩后的压力p3=3MPa，压缩过程的多变指数n=1.3，两气缸的增压比相同，经第一级压缩后，空气经中间冷却器冷却到27℃后再进入第二级压缩机。试求：1）空气在低压缸中被压缩后的压力p2和终温t2；2）压缩机每小时所消耗的功和放出热量（包括在中间冷却器中所放出的热量）。

8．空气在某压缩机中被绝热压缩。压缩前空气的参数为p1=0.098MPa，t1=25℃，压缩后空气的参数为p2=0.588MPa，t2=240℃，设比热为定值。（1）求此压缩过程是否可逆？为什么？（2）压缩1kg空气所消耗的轴功；（3）如压缩为可逆等温的，求压缩1kg空气所消耗的轴功。

9．一台两级压缩中间冷却的往复式空气压缩机与一台中间冷却器组合成开口系统，此中间冷却器为水冷式，其冷却水也用于两压缩气缸的冷却，进水温度为294K，出水温度为311K，流量136.1kg/h，比热4.19kJ/(kg·K)；压缩机空气流量816.43kg/h，进气温度为944.25K，排气温度为1273K。求压缩机所需的功率。（比热容为定值）

第九章 气体动力循环
一．基本概念
压缩比：

定容升压比：

定压预胀比：

平均压力：

二．习题
1.初态相同，当内燃机循环最高压力和最高温度为限定条件时,试用图比较定容、定压和混合加热循环的压缩比,加热量以及热效率。

2．一活塞式内燃机用混合循环模型来分析。内燃机入口空气温度20°C，压缩至10MPa，燃烧升压至20MPa。预胀比为2，计算循环的热效率及当空气流量为0.1kg/s时，内燃机的输出功。

3．如图9-1所示，为理想气体(k已知)的循环过程，其中C一A为绝热过程，A点的状态参量(T1，V1)和B点的状态参量(T2，V2)均为己知，求1）气体在A到B，B到C，两过程中是否和外界交换热量，若交换，热量各是多少？2）求C点的状态参量？3）这个循环是不是卡诺循环？4）这个循环的效率h为多少?

图9-1

4．如图9-2所示两内燃机理想循环A（12451）和B（123451）。试将循环A和循环B表示在T-s图上，并比较hA与hB的大小。

图9-2

5．燃气轮机装置发展初期曾采用定容燃烧，这种燃烧室配置有进、排气阀门和燃油阀门，当压缩空气与燃料进入燃烧室混合后全部阀门都关闭，混合气体借电火花点火定容燃烧，燃气的压力、温度瞬间迅速提高。然后，排气阀门打开，燃气流入燃气轮机膨胀作功。这种装置理想循环的p-v图如图9-3所示。图中1-2为绝热压缩，2-3为定容加热，3-4为绝热膨胀，
4—1为定压放热。(1)画出理想循环的T-s图；(2)设，，并假定气体的绝热指数k为定值，求循环热效率。

图9-3

6．内燃机定容加热理想循环，若已知压缩初温T1和循环的最高温度T3，求循环净功达到最大时的压缩终温和膨胀终温及这时的热效率。

第十章 蒸汽动力循环
一．基本概念
汽耗率：

二．习题
1．分别绘图说明初、终状态参数对朗肯循环热效率的影响，提高初参数和降低终参数受什么限制？

2．蒸汽动力装置循环为什么不采用卡诺循环而是采用朗肯循环？

3．在朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的初压为13.5 MPa，初温为550℃，排汽压力为0.004 MPa，求循环净功、加热量、热效率、汽耗率以及汽轮机出口蒸汽干度。

4．某理想蒸汽动力装置锅炉的蒸发量qm=2391.5kg/h，锅炉进水压力为3.0MPa，其温度为40°C，在冷凝器中凝结水的压力为0.01MPa，温度为40°C。冷凝器中冷却水的流量为1.31106kg/h，冷却水进出口温差为8.3°C。求：（1）冷凝器进出口蒸汽比焓值；（2）锅炉出口处水蒸汽的比焓值；（3）计算该蒸汽轮机的对外输出功率。

5．某蒸汽动力循环如图10-1所示，进入气轮机的蒸汽状态参数为p1=1.1MPa, t1=250°C，蒸汽在气轮机中定熵膨胀到p2=0.28MPa，再定容放热到p3=0.0035MPa后进入冷凝器，经冷凝器放热变为饱和水，再由泵将水送回锅炉。假定泵功可以忽略，试求：（1）循环热效率；（2）循环的汽耗率；（3）相同温度范围的卡诺循环热效率。

图10-1

6．某蒸汽动力循环，其气轮机进口蒸汽参数为p1=1.35MPa, t1=370℃，气轮机出口蒸汽为p2=0.008MPa的干饱和蒸汽，试求：气轮机的实际功量、理想功量、相对内效率。

第十一章 制冷循环
一．基本概念
性能系数：

热泵：

二．习题
1．何谓制冷？何为热泵？试说明两者的区别和联系。

2．利用P-h图说明影响蒸汽压缩制冷循环制冷系数的主要因素。

3．在Ｔ-ｓ图、ｐ-ｈ图上表示出蒸气压缩制冷的理想循环。

4．在蒸汽压缩制冷循环中，如果用膨胀机代替节流阀，有何优缺点？

5．一台热机带动一台热泵，热机和热泵排出的热量用于加热暖气散热器的热水。如热机的热效率为27%，热泵的供热系数为4，试求输给散热器热水的热量与输给热机热量的比值。

6．某空气压缩制冷循环，已知：冷藏室温度为-10°C，冷却水温度为20°C，空气进入冷却器的温度为143.5°C。设空气的定容比热cv=0.717kJ/(kg·K)，k=1.4。试：（1）在p-v图和T-s图上画出循环图，并说明循环中各过程在何设备内完成及过程性质；（2）求进入冷藏室空气的温度；（3）求每公斤空气由冷藏室吸收的热量；（4）求每一循环消耗的净功；（5）求循环的制冷系数。

7．用氟里昂134a作为工质的蒸汽压缩制冷循环。在蒸发器中制冷温度t1=-24°C，冷凝器出口温度t3=40°C，氟里昂134a的质量流量为qm=0.03kg/s，试求循环的制冷系统制冷量和电动机功率。

8．一个用R22制冷剂的压缩制冷装置，其制冷量Q=838000kJ/h，制冷循环的工作条件是：冷凝压力为1.0MPa，过冷度Dt=7°C，蒸发压力为0.2MPa，压缩机的吸气温度为0°C，试求：（1）制冷系数e；（2）每小时冷剂的循环量；（3）制冷剂每小时在冷凝器中的放热量；（4）压缩机功率N。

9．R22制冷装置的蒸发温度为-15°C，冷凝温度为30°C，若已知该理想循环的制冷系数为5.2，制冷剂流量为400kg/h。试求压缩机的功率。

第二篇 传热学
第十二章 绪论
一．基本概念

热传导:

热对流:

热辐射:

热流密度:

二．习题
1．一双层玻璃窗，宽1.1m，高1.2m，厚3㎜，导热系数为1.05Ｗ/(m·K)；中间空气层厚5mm，设空气隙仅起导热作用，导热系数为2.60×10-2Ｗ／（ｍ·Ｋ）。室内空气温度为25℃。表面传热系数为20Ｗ/(m2·K)；室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15Ｗ/(m2·K)。试计算通过双层玻璃的散热量，并与单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。

2．电子仪器机箱内的空气温度为50℃。箱内有一芯片，它是一个功率为3×10－3Ｗ的热源。芯片两侧表面的面积为0.5cm×1.0cm，空气流经表面积的对流换热系数为a=9Ｗ/(m2·K)。在忽略辐射和边缘换热的情况下试求芯片的表面温度。

3.空气受迫流过室内取暖器中的对流式换热器，其换热系数a＝1135.6Ｗ/(m2·K)。设换热器的表面温度恒定为338.71K，而空气为291.48K。试确定取暖量为8790Ｗ时所需的换热器受热面积。

4．30℃的空气吹过150℃的热表面，如果空气与热表面之间的对流换热系数a=1135.6Ｗ/(m2·K)，试计算这个热表面对流散热的热流密度。

5．有一台传热面积为12m2的氨蒸发器，氨液的蒸发温度为0℃,被冷却水的进口温度为9.7℃，出口温度为5℃，蒸发器中的传热量为69000Ｗ，试计算传热系数。

第十三章 导热
一．基本概念
温度场：

温度梯度：

傅里叶定律：

导热系数：

肋片效率：

二．习题

1．为什么湿砖的导热系数比干燥砖的导热系数大？

2．火管锅炉炉胆的热流密度为48000Ｗ／ｍ２，钢板制成的炉胆厚度为２０ｍｍ，试求其内外壁面的温差,设:(1)炉胆两侧没有污垢；(2)在水的一侧积有1.5㎜厚的水垢；(3)在水的一侧积有1.5㎜，另一侧积有２㎜厚的烟灰。