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工程热力学试题集
系统作功量w=
=
1（p1v1–p2v2） n?11(0.1×0.001–0.3×0.02)×103=1.934kJ
?1.585?131. 1999级热能与动力工程专业《工程热力学》期末试题（东
北大学2002年攻读硕士学位研究生（四年以上工龄单独考试）《工程热力学》试题）
在答题纸上答题，不必抄题，须写清楚题号。2002.1.22（2001~2002学年22周星期二）
（答题切戒是慌忙，涵咏功夫兴味长；千变万劫浑不怕，一定之规在心房。）
一. 问答题（每小题5分，共50分）
1. 如图所示水的相图（p-T图），若对图中A点施加上几万倍的压力，会出现什么现象？生活中有什么应用？
p 2. 有化学反应存在的情形下，作为热
力学基本定律的热力学第一定律
A 还适用吗？除了第一定律以外，下
0.1MPa 面哪几个还是热力学的定律：热力学第二定律、状态公理、万有引力
三相点 定律、热平衡定律（热力学第零定律）、法拉第定律、热力学第三定律。
T -10℃
第一个试图研究实际气体性质的
一（1）题图
状态方程是什么方程？是根据实验得到的？把它写出来。
说明含湿量与绝对湿度的一个相同点和
p 一个不同点。
如图所示蒸气压缩制冷循环中，45过程4 3 1 为绝热节流降压过程。与可逆膨胀过程相比，对制冷循环的性能有什么影响？
2 5 如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷
h 却方法，气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩，这时是否还需要
一（5）题
采用分级压缩？为什么？
电冰箱的压缩机采用分级压缩、中间冷却技术可以节省多少压缩功？ 叙述卡诺定理，并利用热力学第二定律予以证明。 写出气体稳定流动过程的连续性方程。
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3.
4. 5.
6.
7. 8. 9.
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10. 水蒸气的定压比热容与定容比热容之差等于水蒸气的气体常数吗？ 二. 计算题（30分）
在101325Pa、298.15K的状态下，1kg甲烷完全燃烧所放出的热量为50010kJ。问： (1) 1kmol甲烷可放出多少热量？
(2) 假定空气的摩尔成分为21%的O2、79%的N2，1kmol甲烷完全燃烧，需要多
少kmol的空气？
(3) 如果让1kmol甲烷完全燃烧，给予的助燃空气量正好满足要求，假设燃烧生
成的热量全部用于加热燃烧产物（压力不变），那么燃烧产物的温度可以达到多少？燃烧产物的平均气体常数（折合气体常数）是多少？ （注：①本题所有气体都当作理想气体处理；②由于CO2和H2O均为三原子气体，且比例不可忽视，故混合气体不能简单地按双原子或三原子气体处理，混合气体的摩尔比热cm=?nicm, i/n，双原子气体k=1.40，三原子气体k=1.29。） 三. 计算题（20分）
20世纪末蒸汽参数最高的大功率汽轮机是日本三菱公司和日立公司生产的1000MW-24.5MPa/600℃/600℃超临界一次中间再热汽轮机。假定再热压力为4.0MPa，排汽参数为0.005MPa，试求该机组的理论热效率。
压力[MPa] 0.005 4 4 20 20 25 25 温度[℃] 32.90 600 302.614 600 600 焓[kJ/kg] h'=137.77kJ/kg h\3673.4 2968.741 3536.9 157.95 3491.2 162.85 熵[kJ/(kg?K)] s'=0.4762kJ/(kg?K) s\?K) 7.3686 6.3760 6.5055 0.4762 6.3616 0.4762 做完了全部试题，请你检查一下，并注意姓名、班级是否写好。
答案： 一. 问答题
1. 冰熔化成水。滑冰时冰刀刃下的冰就发生这种现象，形成的高压水起到润滑作
用，使滑冰刃轻易滑动。
2. 适用，热力学第一定律适用于任意过程。热力学第二定律、状态公理、热平衡
定律（热力学第零定律）、热力学第三定律。
3. 范德瓦尔方程。不是从实验得到的，而是从理想气体状态方程出发，根据理想
a??气体与实际气体的偏差进行修正得到的。?p?2??v?b??RT
v??4. 相同点：含湿量和绝对湿度都是说明空气中水蒸气含量多少的物理量；不同点：
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含湿量以每千克干空气为基准，绝对湿度是以每立方米湿空气为基准。 5. 减少制冷量，降低制冷系数，但简化了设备（答出一个理由即可）。
6. 需要。因为分级压缩还可以减少余隙容积的影响，提高压气机的容积效率。 7. 电冰箱的压缩机采用分级压缩、中间冷却就无法正常工作了，更遑论节省压缩
功了。制冷循环压缩过程是为了获得较高的冷凝温度，所以不能中间冷却。 8. 卡诺定理：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循环
中，没有任何循环的热效率比可逆循环的热效率更高。
这个定理包含两层意思（有的书写做两个推论），第一层意思是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，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪一种工质也无关。第二层意思是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不可逆循环的热效率必小于可逆循环的热效率。 卡诺定理可以根据热力学第二定律证明如下： 假设有一个可逆热机A与一个任意热机B，同时工作于两个恒温热源T1和T2之间。可逆热机A的热效率?tA=
q2wAq?q2；任意热机B的热效率?1?1?q1q1q1 q2wBq1?q2??1??tB=。A为可逆机，当其逆向循环时，耗功wA，由低温热源吸q1q1q1热q2，向高温热源放出热量q1。现将两机组成联合装置，如图所示。由任意热机B供给可逆机A所需的功。若?tB>?tA，则q2>q2'。于是此联合装置将连续地自低温热源吸热
(q2－q2' )，并全部转换为功对外输出，从而形成第二类永动机，违反了热力学第二定律。因此?tB≯?tA，这就证明了上述卡诺定理。（同样方法可以证明卡诺定理的两个推论。）
AcA1c1A2c2???常数 9. m1?m2?m?vv1v2106
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或者
dAdcdv???0 Acv10. 水蒸气是实际气体，不能按理想气体处理，所以迈耶公式不适用于水蒸气。
二. 计算题：
(1) 甲烷的分子量约为16，1kmol的甲烷完全燃烧可以放出热量为
16?50010=800160kJ。
(2) 因为 CH4+2O2=CO2+2H2O
所以1kmol甲烷燃烧，需要2kmol的O2，产生1kmol的CO2和2kmol的H2O；所需的空气量为2/0.21=9.5238kmol，其中N27.5238kmol。 (3) 燃烧产物总量：1+2+7.5238=10.5238kmol
燃烧产物的折合摩尔质量（平均分子量）：
??=?ni?i/n=(1?44+2?18+7.5238?28)/10.5238=27.62kg/kmol 燃烧产物的平均气体常数（折合气体常数）： ?R=Rm/??=8314.5/27.62=301.033J/(kg?K)
k1.4双原子气体cmp=?8.3145=29.1kJ/(kmol?K) Rm?k?11.4?1三原子气体cmp=
k1.29?8.3145=36.99kJ/(kmol?K) Rm?k?11.29?1混合气体的摩尔比热: cmp=?nicmp, i/n=((1+2)?36.99+7.5238?29.1)/10.5238 =31.35kJ/(kmol?K)
Q=ncmp(T2-T1), T2=Q/(n cmp)+T1=800160/(10.5238?31.35)+298.15=2723.52K
三. 解：
h4?h5QW?1?2?1? ?t= QQ1h1?h6?h3?h2h1=(3491.2-3536.9)(24.5-20)/(25-20)+3536.9 =3495.77kJ/kg
s1=(6.3616-6.5055) (24.5-20)/(25-20)+6.5055 =6.3760kJ/(kg?K)
s2=s1=6.3760kJ/(kg?K), h2=2968.74kJ/kg h3=3673.4kJ/kg, s3=7.3686kJ/(kg?K) s4=s3=7.3686kJ/(kg?K)
7.3686?0.4762??x4=\ \ 8.3952?0.4762s4?s4s4?s4 s4?s4 s3?s4T 1 3 2 6 5 4 s
=0.8704
h4=x4(h4\–h4')+ h4'=0.8704(2561.2-137.77)+137.77 =2247.12kJ/kg h5=h4'=137.77kJ/kg
s6=s5=s4'=0.4762kJ/(kg?K)
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