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热工基础习题

第一章热力学基础知识

一、填空题

1．实现　　　　能和　　　　能相互转化的工作物质就叫做　　　　　　　　。

2．热能动力装置的工作过程，概括起来就是工质从　　　　　　吸取热能，将其中一部分转化为　　　　　　，并把余下的一部分传给　　　　　　的过程。

3．热力系统与外界间的相互作用一般说有三种，即系统与外界间的　　　　交换、　　　　交换和　　　　交换。

4．按系统与外界进行物质交换的情况，热力系统可分为　　　　　　和　　　　　　两类。

5．状态参数的变化量等于　　　　　　两状态下，该物理量的差值，而与　　　　　　　　无关。

6．决定简单可压缩系统状态的独立状态参数的数目只需　　　　个。

7．1mmHg=　　　　　　Pa；1mmH2O=　　　　　　Pa。

8．气压计读数为750mmHg，绝对压力为2.5×105Pa的表压力为　　　　MPa。

9．用U形管差压计测量凝汽器的压力，采用水银作测量液体，测得水银柱高为720.6mm。

已知当时当地大气压力Pb=750mmHg，则凝汽器内蒸汽的绝对压力为　　　　MPa。

10．一个可逆过程必须是　　　　　　过程，而且在过程中没有　　　　　　　　。

11．只有　　　　状态才能用参数坐标图上的点表示，只有　　　　　　　　过程才能用参数坐标图上的连续实线表示。

12．热量和功都是系统与外界　　　　　　　　的度量，它们不是　　　　　　　　而是　　　　　　　　量。

13．工质作膨胀功时w　　0，工质受到压缩时w　　0，功的大小决定于　　　　　　　　　　　　　　　　。

二、名词解释

1．标准状态——

2．平衡状态——

3．准平衡过程——

4．可逆过程——

5．热机——

6．热源——

7．热力系统——

8．体积变化功——

9．热力学温标——

10．孤立系——

三、判断题

1．物质的温度越高，则所具有的热量愈多。

2．气体的压力越大，则所具有的功量愈大。

3．比体积和密度不是两个相互独立的状态参数。

4．绝对压力、表压力和真空都可以作为状态参数。

6．孤立系内工质的状态不会发生变化。

7．可逆过程是不存在任何能量损耗的理想过程。

8．凝汽器的真空下降时，则其内蒸汽的绝对压力增大。

9．若容器中气体的压力没有改变，则压力表上的读数就一定不会改变。

四、选择题

1．下列各量可作为工质状态参数的是：

（1）表压力；　　

（2）真空；　　（3）绝对压力。

2．水的三相点温度比冰点温度应：

（1）相等；　　

（2）略高些；　　（3）略低些。

3．下列说法中正确的是：

（1）可逆过程一定是准平衡过程；

（2）准平衡过程一定是可逆过程；

（3）有摩擦的热力过程不可能是准平衡过程。

4．下列过程中属可逆过程的是：

（1）自由膨胀过程；　　

（2）等温传热过程；　　（3）有摩擦的热力过程。

5．一台功率为600MW的汽轮发电机组连续工作一天的发电量为：

（1）1.44×107kJ；　　

（2）5.184×109kJ；　　（3）1.44×107kWh。

6．测量容器中气体压力的压力表读数发生变化一定是因为：

（1）有气体泄漏；　　　　　

（2）气体的热力状态发生变化；

（3）大气压力发生变化；　　（4）以上三者均有可能。

五、问答题

1．火电厂为什么采用水蒸气作为工质？

2．能否说气体的某一个分子具有一定的温度和压力？

温度和压力究竟是宏观量还是微观量？

3．准平衡过程和可逆过程有何联系与区别？

4．为什么称p-v图为示功图？

T-s图为示热图？

5．表压力或真空度能否作为工质的状态参数？

若工质的绝对压力不变化，那么测量它的压力表或真空表的读数是否会发生变化？

六、计算题

1．10kg温度为100℃的水，在压力为1×105Pa下完全汽化为水蒸气。

若水和水蒸气的比体积各为0.001m3/kg和1.673m3/kg。

试求此10kg水因汽化膨胀而对外所作的功（kJ）。

2．设一容器被刚性壁分为两部分，分别装有两种不同的气体。

在容器的不同部分装有压力表，如图1-1所示。

若压力表A的读数为5.7×105Pa，压力表B的读数为2.2×105Pa，大气压力为0.98×105Pa。

试确定压力表C的读数以及容器内两部分气体的绝对压力各为多少？

图1-1

3．用U形管压力计测定容器中气体的压力。

为防止水银蒸发，在水银柱上面加一段水。

如图1-2所示。

测量结果，水银柱高800mm，水柱高500mm。

气压计读数为780mmHg，试计算容器中气体的绝对压力为多少Pa？

图1-2

4．如果气压计读数为750mmHg，试完成以下计算：

（1）表压力为0.5×105Pa时的绝对压力；

（2）真空表上读数为400mmH2o时的绝对压力（Pa）；

（3）绝对压力为2.5×105Pa时的表压力。

5．用斜管压力计测量锅炉烟道中烟气的真空，如图1-3所示，斜管的倾斜角α=30°，压力计的斜管中水柱长度L=160mm，当地气压计读数为pb=740mmHg。

求烟气的绝对压力（以毫米汞柱表示）。

图1-3

第二章热力学第一定律

一、填空题

1．系统的总储存能包括　　　　　　　和　　　　　　　的总和。

2．热力学能是物体因分子　　　　　　　而具有的能量，包括　　　　和　　　　两部分，前者是　　　　的函数，后者是　　　　的函数，所以热力学能是　　　　参数。

3．空气经一热力过程后热力学能增加67kJ，并消耗外功1257kJ，则此过程为　　　　　过程。

（填吸热或放热）

4．一元稳定流动的能量方程式是（1kg工质）　　　　　　　　　　　　　　，它适用于　　　　　　　过程。

5．焓的定义式为　　　　　　　，其物理意义是　　　　　　　　　　　　　　。

6．推动功只有在工质　　　　　　　时才有意义。

技术功等于　　　　　　　和　　　　　　　的代数和，所以技术功只对　　　　　　　系统才有意义。

7．稳定流动能量方程式用于汽轮机时可简化为　　　　　　　　　　　　　　，应用于锅炉时可简化为　　　　　　　　　　　　　　。

8．为了确定高压下稠密气体的性质，取2kg气体在25MPa下从350K定压加热到370K，气体初、终状态的体积分别为0.03m3和0.035m3,加入气体的热量为700kJ，则初、终状态下气体热力学能的差值等于　　　　　　　。

9．已知国产12.5万kW汽轮机高压缸进口的蒸汽焓h1=3461.46kJ/kg，出口焓h2=3073.97kJ/kg,蒸汽流量为380t/h,则汽轮机高压缸产生的功率为　　　　　kW。

二、名词解释

1．流动净功——

2．焓——

3．稳定流动——

三、判断题

1．工质进行膨胀时必须对其进行加热。

2．气体膨胀时一定对外作功。

3．系统对外作功后，其储存能量必定减少。

4．系统放热，温度必定降低。

5．由于功是过程量，故推动功也是过程量。

6．闭口系能量方程和开口系稳定流动能量方程的本质是不一样的。

7．由于Q和W都是过程量，故（Q-W）也是过程量。

8．无论过程可逆与否，闭口绝热系统的膨胀功总是等于初、终态热力学能的差值。

四、选择题

1．膨胀功扣除流动净功即为：

（1）轴功；　　

（2）技术功；　　（3）输出的正功。

2．开口系统中，推动功究竟属于下面哪一种形式的能量：

（1）进、出系统中，流体本身所具有的能量；

（2）后面的流体对进、出系统的流体为克服界面阻碍而传递的能量；

（3）系统中工质进行状态变化由热能转化而来的能量。

3．气体在某一热力过程中吸热50kJ，同时热力学能增加90kJ，则此过程为：

（1）压缩过程；　　

（2）膨胀过程；　　（3）体积保持不变。

4．下列说法中正确的是：

（1）气体吸热时热力学能一定增加；

（2）气体一定要吸收热量后才能对外做功；

（3）气体被压缩时一定消耗外功。

5．下列热力学第一定律的表达式中正确的是：

五、问答题

1．判断下列各式是否正确，并说明原因？

若正确，指出其应用条件：

（1）q=Δu+Δw；

（2）δq=du+δw；

（3）δq=dh-vdp.

2．对某可逆过程，用焓表示的热力学第一定律表达式是什么？

是怎样得来的？

3．简要说明膨胀功、推动功、轴功和技术功四者之间有何联系和区别？

如何在p-v图上表示膨胀功和技术功的大小？

4．为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量方程式中？

六、计算题

1．气体在某一过程中吸入热量12kJ，同时热力学能增加20kJ。

问此过程是膨胀过程还是压缩过程？

气体与外界交换的功量是多少？

2．某火电厂机组发电功率为25000kW。

已知煤的发热量为29000kJ/kg，发电厂效率为28%。

试求：

（1）该电厂每昼夜要消耗多少吨煤？

（2）每发1kWh电要消耗多少kg煤？

3．一定量气体在汽缸内初容积为0.134m3，可逆地膨胀至终容积0.4m3,气体压力在膨胀过程中保持2×105Pa不变。

若过程中加给气体的热量为80kJ，求气体的热力学能变化了多少？

4．一闭口热力系中工质沿acb途径由状态a变到b时吸入热量80kJ，并对外作功30kJ，如图2-1所示。

问：

（1）如果沿途径adb变化时，对外作功10kJ，则进入系统的能量是多少？

（2）当工质沿途径从b返回a时，外界对工质作功20kJ，此时工质是吸热还是放热？

其量是多少？

（3）当Ua=0,Ud=40kJ时，过程ad和db中与外界交换的热量各是多少？

5．某蒸汽锅炉给水的焓为62kJ/kg，产生的蒸汽焓为2721kJ/kg。

已知锅炉蒸汽产量为4000kg/h，锅炉每小时耗煤600kg，煤的发热量为25000kJ/kg。

求锅炉的热效率（锅炉热效率是指锅炉每小时由水变为蒸汽所吸收的热量与同时间内锅炉所耗燃料的发热量之比）？

6．对定量的某种气体加热100kJ，使之由状态1沿途径a变至状态2，同时对外作功60kJ。

若外界对该气体作功40kJ，迫使它从状态2沿途径b返回至状态1。

问返回过程中工质需吸热还是向外放热？

其量是多少？

7．某台锅炉每小时生产水蒸气30t，已知供给锅炉的水的焓值为417kJ/kg，而锅炉产生的水蒸气的焓为2874kJ/kg。

煤的发热量为30000kJ/kg，当锅炉效率为0.85时，求锅炉每小时的耗煤量。

8．某蒸汽动力厂中，锅炉以流量40t/h向汽轮机供汽；汽轮机进口处压力表的读数是9.0MPa，蒸汽的焓是3441kJ/kg。

汽轮机出口处真空表的读数是730.6mmHg，出口蒸汽的焓是2248kJ/kg，汽轮机向环境散热为6.81×105kJ/h。

若当地大气压是760mmHg，求:

（1）进、出口处蒸汽的绝对压力；

（2）不计进、出口动能差和位能差时汽轮机的功率。

第三章理想气体的热力性质及基本热力过程

一、填空题

1．对于1kg理想气体其状态方程式为：

　　　　　　　　，对于mkg理想气体其状态方程式为：

　　　　　　　　　　　　　　　　。

2．空气的通用气体常数R=　　　　　　　　J/（kmol·K）,气体常数Rg=　　　　　　　　J/（kg·K），标态下的千摩尔体积Vm0=　　　　　　　　m3/Kmol。

3．容积为0.8m3的气罐内盛有氧气，其压力为5×105Pa，温度为25℃，则罐内氧气的质量为　　　　　　　　kg。

4．比热容的值随　　　　　　　　、　　　　　　　　、　　　　　　　　和　　　　　　　　的不同而不同。

5．在定压下加热30kg的二氧化碳气体由t1=400℃到t2=1000℃所需要的热量是　　　　　kJ。

已知

，

6．按物量单位的不同，气体的比热容分为三种，即　　　　　　　　、　　　　　　　　和　　　　　　　　。

7．理想气体的热力学能和焓都只是　　　　　　　　的函数，所以理想气体无论经历什么过程，其热力学能的变化量在数值上总等于　　　　　　　　，其焓的变化量在数值上总等于　　　　　　　　。

8．迈耶方程是指　　　　　　　　，它适用于　　　　　　　　气体。

9．理想混合气体的总容积等于　　　　　　　　　　　　　　　　之和。

10．混合气体的成分表示法有三种，即　　　　　　　　、　　　　　　　　和　　　　　　　　，其中　　　　　　　　和　　　　　　　　在数值上是相等的。

11．理想混合气体中某一种组成气体的分压力等于混合气体的　　　　　　　　与该组成气体的　　　　　　　　之乘积。

12．一定数量的理想气体在-20℃时的体积是+20℃时体积的　　　　　　　　倍。

（设两种情况下的压力是相同的）

13．理想气体的基本热力过程有　　　　　　　　、　　　　　　　　、　　　　　　　　、　　　　　　　　等热力过程。

14．定容过程中，V=　　　　　　　　,其压力和热力学温度成　　　　　　　　比。

15．对理想气体定容加热时，其热力学能将　　　　　　　　，温度会　　　　　　　　。

16．定压过程中，p=　　　　　　　　，其比体积和热力学温度成　　　　　　　　比。

17．定压加热过程中的加热量等于工质　　　　　　　　的增量，它适用于任何　　　　　　　　。

18．定温过程中，T=　　　　　　　　，其压力和比体积成　　　　　　　　比。

19．理想气体在定温过程中，因温度不变，其　　　　　　　　和　　　　　　　　均不变。

20．理想气体定温膨胀时，应加入　　　　　　　　；定温压缩时，要放出　　　　　　　　。

21．绝热过程的过程方程式为　　　　　　　　。

22．理想气体绝热膨胀时，压力会　　　　　　　　，温度也会　　　　　　　　。

23．理想气体被绝热压缩时，热力学能会　　　　　　　　，温度也会　　　　　　　　。

24．绝热膨胀过程中工质所作的技术功，等于工质　　　　　　　　的减少，它适用于任何　　　　　　　　。

25．理想气体在定压过程中，其比体积与　　　　　　　　成正比；在定温过程中，其比体积与　　　　　　　　成反比。

26．理想气体闭口系经历一定温过程，吸收热量100J，则它的热力学能变化量为　　　　　　　　J。

二、名词解释

1．理想气体——

2．定压质量比热容——

3．平均比热容——

4．理想混合气体的分容积——

5．混合气体的质量分数——

三、判断题

1．气体常数Rg不仅与气体种类有关，还与气体所处的状态有关。

2．通用气体常数R与气体种类及气体所处状态均无关。

3．理想气体的cp与cv的差值与状态无关。

4．热力学第一定律既可写成δq=du+δw，也可写成δq=cvdT+pdv，两者适用条件相同。

5.理想气体的定温过程也即是定热力学能和定焓的过程。

6．因为水蒸气是实际气体，所以烟气中的水蒸气不能作为理想气体处理。

7．理想混合气体的容积分数和摩尔分数在数值上是相等的。

8．对于理想气体取定值比热容时，若压力降低的定温过程一定是放热过程。

9．在p-v图上，通过同一状态点的绝热过程线的斜率比定温过程线的斜率大。

10．在T-s图上，通过同一状态点的定容过程线较定压过程线平坦。

11．我们通常说空气的组成中有21%的氧气和78%的氮气，这里氧气和氮气的成分指的是质量成分。

12．理想气体的定温过程中，加热量与膨胀功和技术功三者在数值上是相等的。

13．定压过程的加热量等于工质的焓增，这一结论对于任何工质都是成立的。

14．从同一状态点出发，对同量的空气进行可逆定温压缩与可逆绝热压缩达到相同的终压，则定温压缩过程中所消耗的技术功较多。

15．可逆绝热过程一定是定熵过程。

16．理想气体的定熵膨胀过程中，技术功是膨胀功的κ倍。

四、选择题

1．在p-v图上有一理想气体进行的两个任意热力过程a-b和a-c，已知b点和c点位于同一条定温线上，但pb>pc，试比较两个过程的热力学能变化量大小：

（1）△uab>△uac；　　

（2）△uab=△uac；　　（3）△uab<△uac。

2．在T-s图上，通过同一状态点的定压过程线比定容过程线：

（1）平坦；　　

（2）陡峭；　　（3）斜率一样。

3．工程中，下列工质不能视为理想气体的是：

（1）空气；　　

（2）水蒸气；　　（3）燃气。

4．我们通常说空气的组成中有21%的氧气和78%的氮气，这里氧气和氮气的成分指的是：

（1）质量成分；　　

（2）摩尔成分；　　（3）容积成分。

5．热力学第一定律的表达式可写为：

δq=cvdT+pdv，其适用条件是：

（1）理想气体的可逆过程；

（2）任何工质的任何过程；

（3）理想气体的任何过程；

（4）任何工质的可逆过程。

6．对于闭口系统功的计算式W=U1－U2，下列适用条件正确的是：

（1）适用于可逆与不可逆的绝热过程；

（2）只适用于绝热自由膨胀过程；

（3）只适用于理想气体的绝热过程；

（4）只适用于可逆绝热过程。

7．气体的容积比热容是指：

（1）容积保持不变时的比热容；

（2）物量单位为一立方米时气体的比热容；

（3）物量单位为一千摩尔容积时气体的比热容；

（4）物量单位为一标准立方米时气体的比热容。

8．气体常数Rg的大小取决于：

（1）气体的分子量；　　

（2）气体的质量；

（3）气体所处的状态；　　（4）组成气体分子的原子数。

9．理想气体的定容比热容与定压比热容的大小关系为：

（1）定容比热容大于定压比热容；　　

（2）定容比热容等于定压比热容；

（3）定容比热容小于定压比热容；　　（4）以上三种情况都有可能。

10．已知CO2和N2的压力及温度均相同，则它们的比体积：

11．理想气体可逆绝热过程中的技术功（wt）等于：

（1）h2-h1；　　

（2）u2-u1；　　（3）h1-h2；　　（4）u1-u2。

五、问答题

1．何为理想气体？

在实际计算中如何决定可否使用理想气体的一些公式？

2．理想气体的热力学能和焓有什么特点？

du=cvdT，dh=cpdT是否对任何工质任何过程都正确？

3．为什么定压比热容大于定容比热容？

二者关系是怎样的？

4．如果千摩尔比热容为定值，对相同原子数的两种气体，其容积比热容是否相同？

其质量比热容又是否相同？

为什么？

5．气体在定容过程和定压过程中，热量都可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算，那么定温过程中气体的温度不变，还可根据比热容来计算热量吗？

6．如图3-1所示，同一理想气体经历两任意过程a-b和a-c，b点及c点位于同一条绝热线上，试问ΔUab与ΔUac哪个大？

若设b点及c点位于同一条定温线上，结果又如何？

7．如图3-2所示，1-2、4-3各为定容过程，1-4、2-3各为定压过程，试比较q123与q143的大小。

8．夏天，自行车在被太阳晒得很热的公路上行驶时，为什么容易引起轮胎爆破？

9．如图3-3所示，某理想气体在p-v图上经历两个任意热力过程a-b和a-c，假设b点与c点在同一条定容线上，但b点的压力高于c点的压力。

问两个过程的功量哪个大？

热量谁大谁小？

10．1kg理想气体，先进行绝热膨胀1-2，再进行定容加热2-3，如利用与绝热过程中所作功相当的热量，用来在定容过程中加热气体时，试证明T3=T1。

（设比热容为定值）

11．气体常数与通用气体常数有什么联系和区别？

12．热力学第一定律的数学表达式可写成

，三者有何不同？

13．对空气边压缩边进行冷却，如空气的放热量为1kJ，对空气的压缩功为6kJ，则此过程中空气的温度是升高，还是降低?

14．能否以气体温度的变化量来判断过程中气体是吸热还是放热？

六、计算题

1．吸风机入口处每小时流过的烟气量为4×105m3，此处真空为300mmH2O，烟温为130℃。

求此烟气在标准状态下的体积（当地的大气压力为755mmHg）?

2．空氧气瓶净重50kg，内部容积为0.048m3，充满氧气后，瓶上压力计读数为15MPa，如气压计读数为745mmHg，室温为20℃，求氧气瓶总重量。

当氧气瓶内的氧气用去一部分而使压力表的读数降至0.5MPa时，问氧气被用掉多少kg？

3．已知空气的分子量为28.96，空气可视为理想气体。

求：

（1）空气的气体常数；

（2）在标准状态下空气的比体积和密度。

4．1kg某理想气体由t1=20℃，p1=1.04×105Pa压缩到p2=4×105Pa，t2=200℃，已知比热比k=1.3，Rg=0.2986kJ/（kg·K）。

试计算其热力学能和焓的变化量。

（设比热容为定值）

5．5m3氧气，在p1=3×105Pa压力下从20℃定容加热到120℃，求加入的热量。

（设比热容为定值）

6．锅炉空气预热器将温度为40℃的空气定压加热到300℃。

空气的流量为3500m3/h（标准状态下）。

求每小时加给空气的热量。

试按定值比热容和平均比热容分别计算。

7．某理想气体混合物的容积分数为：

φN2=70%，φO2=20%，φCH4=10%，如果O2的分压力是5×104Pa。

试确定：

（1）N2及CH4的分压力；

（2）混合气体的气体常数。

8．已知空气由氮气和氧气组成，质量分数为：

wN2=0.765，wO2=0.235.试求氧气和氮气的容积分数，空气的气体常数，以及氮气和氧气的分压力。

9．某柴油机定容加热起点的温度为637℃，终点压力p2=1.8p1，加热量Qv=610kJ。

求终点温度和汽缸中燃气的质量。

取燃气的定值比热容cv=1.1kJ/（kg·K）。

10．容积为1m3的刚性储气罐中，原有空气的表压力为50kPa和温度为17℃。

压气机每分钟从大气（压力为100kPa和温度为17℃）中将0.2m3的空气压入罐内。

试问罐内空气的表压力达700kPa和温度达50℃需要多少分钟？

11．将1kg氮气由30℃定压加热到400℃。

按平均比热容计算其热力学能和焓的变化量。

12．27.8Nm3/h的烟气，进入省煤器时的温度t1=500℃，离开时烟气的温度t2=300℃。

问烟气在定压下放出多少热量？

取定值比热容cp′=1.35kJ/（Nm3·K）。

13．1kg空气，初态p1=0.1MPa，t1=27℃，经压气机定温压缩，终态v2=0.15m3/Kg。

求压缩终了时的压力，容积功，技术功和热量。

14．压缩机中空气的初态p1=0.1MPa，t1=27℃，经绝热压缩到t2=207℃。

求压缩过程终了时空气的压力，热力学能变化量和容积功。

15．1kg氮气，从初态p1=10MPa，t1=1000℃绝热膨胀到t2=0℃。

求终点压力和膨胀功。

取cp=1.038kJ/（kg·K），R=296J/（kg·K）。

16．1kg空气由状态1（1MPa、500℃）经定容冷却到状态2（0.5MPa），再经绝热压缩到状态3（500℃），最后经定温过程回复到原来的状态1。

空气的比热容为定值，试确定各过程中的热力学能、焓和熵变化量，以及热量和容积功，并在p-v图和T-s图上画出过程线。

17．锅炉烟气温度为1200℃，经过热器、省煤器、空气预热器冷却至200℃。

已知烟气的容积成分为：

φCO2=14%，φH2O=8%，φN2=74%，φO2=4%。

烟气量为80000m3/h（标准状态下），求每小时烟气的放热量。

18．一台锅炉每