校内本科班工程热力学复习题
9、节流过程中温度与压力的关系可用焦耳—汤姆逊系数μJ表示，它定义为
??T?1??v??。请利用热力学关系式证明： ?J????[T???v] J??p?cp??T?p??h
10、
克拉贝隆方程是研究气液相变时的重要方程，其形式为：
??dp?， 其中γ为汽化潜热。 ???dTT(v''?v')??ss请利用热力学关系式证明这一方程。
六、 计算
3
1、 一个体积为3m的贮气罐内装有温度为47℃的氮气（其摩尔质量为0.028kg/mol）。
55贮气罐上的压力表读数为pe?6?10Pa，大气压pb?10Pa。求罐内氮气
的质量。
3
2、 某医院的急救室里有一个体积为0.2m的氧气罐。罐内最初充满氧气，此时罐上压
力表的读数为1.5MPa。使用20天后，人们发现罐上压力表的读数已变为
0.5MPa。设大气压pb?0.1MPa，罐内氧气的温度一直保持在t?27?C，试估
算该急救室一年（设为360天）需要多少罐氧气？ 3、 蒸汽以72t/h的流量流经汽轮机，且其在汽轮机进、出口处的焓值分别为3450kJ/kg
和2250kJ/kg。若汽轮机与外界的换热量可忽略不计，求汽轮机的功率。
4、 用一台水泵将井水从6m深的井里泵到比地面高36m的水塔中，水的流量为
25.2m3/h，水泵消耗功率为10kW。冬天井水温度为3℃，为防止冬天结冰，要求水塔的进水温度不低于4℃。由于整个系统及管道均包有一定厚度的保温材料，故可忽略水向外界的散热损失。设管道中水进、出口的动能差可以忽略，且水的比热
3
容为4.182kJ/(kg?K)，水的焓差?h?cp?t，水的密度为1000kg/m。请问：是
否有必要在管道中设置一加热器？如有必要，加热功率至少是多少千瓦？ 5、 若把氧气由
p1?0.15MPa、t?47?C压缩至p1?0.6MPa，请比较采用
1不同的压缩过程【（1）可逆定温、（2）可逆绝热】时单位质量氧气所消耗的技术功。 6、 要把初始状态为
p1?5?105Pa、t?627?C的燃气经过一喷管射入
1，喷管入口的燃气速度可p2?3?105Pa的环境。设该过程为等熵过程（k=1.4）
以忽略。已知燃气可视做空气，其气体常数Rg=287J/(kg? K)，请选择喷管的型式并计算喷管出口的燃气速度。
7、 某闭口系统在一热力循环中，从恒温热源（TH＝1000K）吸收了750kJ的热量，同
时对外界做了450kJ的膨胀功，并向大气散出一部分热量。设大气为T0=300K的恒温冷源，请根据熵增原理，通过计算说明此循环是否可逆？如果不可逆，做功能力损失是多少？
8、 某闭口系统在某一热力过程中，从某一恒温热源（TH＝1000K）吸收了1000kJ的
热量，同时对外界做了500kJ的膨胀功，并向大气散出一部分热量。已知经过此过
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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 T ○p1?0.1MPa,T1?300K，定容加热到
4 v ○T2?1000K，然后再在定温条件下每千
（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，
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
3变为：p2?1.0MPa、t2?347?C。若压气机的进气流量为qV?510m/min，
2（20题图）
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
3po?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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