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工程热力学例题
1.已知一闭口系统沿a c b 途径从状态a 变化到状态b 时，吸入热量80KJ/kg ，并对外做功 30KJ/Kg 。
(1)、过程沿adb 进行，系统对外作功10KJ/kg ，问系统吸热多少?
(2)、当系统沿曲线从b 返回到初态a 、外界对系统作功20KJ/kg ，
则系统与外界交换热量的方向和大小如何?
(3)、若ua=0，ud=40KJ/Kg ，求过程ad 和db 的吸热量。
解：对过程acb ，由闭口系统能量方程式得：
（1（2(3)
wdb=0
）
2.
（2
3. ，同（1（2（3及对进、排气阀门均关闭，因此此时的热力系统式闭口系统，与外界交换的功是体积变化功w 。
要生产压缩气体，则进、排气阀要周期性地打开和关闭，气体进出气缸，因此气体与外界交换的功为轴功ws 。
又考虑到气体动、位能的变化不大，可忽略，则此功也是技术功wt 。
（1）解：压缩过程所做的功，由上述分析可知，在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此取气缸中的气体为热力系统，如图（a ）所示。
由闭口系统能量方程得：
（2）生产压缩空气所需的功，选气体的
进出口、气缸内壁及活塞左端面所围空间为热力系统，如（b）图虚线所示，由开口系统能量方程得：
（3）电动机的功率:
4. 某燃气轮机装置如图所示，已知压气机进口处空气的比焓h1=290kJ/kg。
经压缩后空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处空气和燃料的混合物以cf2=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。
燃烧后燃气进入喷管绝热膨胀到状态3`，
h3`=800kJ/kg，流速增加到cf3`，此燃气进入动叶片，推动转轮回转作功。
若燃气在动叶片
中的热力状态不变，最后离开燃气轮机的速度
cf4=100m/s，若空气流量为100kg/s，求：
（1）压气机消耗的功率为多少？
（2
（3
（4
（5
由
增
（2
（3
因
5．，设
×
×
焓变：△h=cp△T=k△u=1.4×8=11.2×10^3J
熵变：△s= =0.82×10^3J/(kg·K )
6. 某可逆机同时与温度为T1=420K、T2=630K、T3=840K的三个热源连接，如下图所示。
假定在一个循环中从T3热源吸取1260KJ的热量，对外做功210KJ。
求：热机与其它两个热源交换的热量大小及方向和各热源熵变？
解：设Q1、Q2方向如图所示，由热机循环工作,可知：
即
又由热力学第一定律可知：
联立方程得：
由熵的定义可知各热源的熵变为：
7. 某人声称可以在TH=385K、T=350、TL=297.5K 3个热源（恒温）之间设计一整套理想的热力设备，如图所示。
该设备可将T热源中100KJ热量的50%传给TH高温热源，其余50%放给TL低温热源，试判断该方案能否
实现？如能实现，计算传给TH高温热源的极限值？
解：由三热源及热机，热泵组成的孤立系统的总熵增：
由于该装置满足能量守恒定律和孤立系统熵增原理，故可能实现。
若热机和热泵可逆，则传给TH热源的热量为Qmax，则有：
故极限情况下，传给TH热源的热量为66KJ。
求
8.
q m
9.
10.
；
不变，
该过程吸热量为：
2-3过程定压过程，由于该过程中质量随时间在
变，因此应先列出其微元变化的吸热量：
于是：
故，对罐内氧气共加入热量：
11. 如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为gO2=23.2%，gN2=76.8% 。
试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比体积和密度。
解:折合分子量：
气体常数：
容积成分：
标准状态下的比体积和密度：
12. 利用水蒸气表判断下列各点的状态，并确定h、s、x值。
（1）P1=2Mpa，t1=300。
C （2）P2=9Mpa，v1=0.017m3/Kg （1）解：P1=2Mpa，ts=212.417C，可知该状态为过热蒸汽，查未饱和水和过热蒸汽表，得P1=2Mpa，t1=300。
C时，h=3021.6KJ/Kg ，s=6. 6101KJ/(Kg .K )，干度x无意义。
（2）解：查饱和表得P2=9Mpa时，v``＝0.0205m3/kg，v`＝0.001477m3/kg，由v`<v<v``可知该状态为湿
蒸汽状态，其干度为：
150现
器中工质热力学能的变化
和工质对外做的膨胀功（设活塞上的作用力不变，活塞与外界绝热，并与器壁无
h2-h1）2状态：
工质对外做
或根据闭口
有一刚性容器，用一薄板将它分隔为
1kg的干饱和蒸汽，B中盛有
v``＝0.37481m3/kg h``＝2748.5kJ/kg u
A
＝2561.1kJ/kg
A占容积：V
A =m
A
v``=0.37481 m3
p
B
＝1 MPa的饱和蒸汽参数:v``＝0.1943m3/kg
v`＝0.0011274m3/kg，h``＝2777kJ/kg，h`＝762.6kJ/kg
v B =xv``+(1-x)v`=0.155 m3/kg，h
B
＝xh``+(1-x)h`=2374kJ/kg
u B ＝2219kJ/kg B占容积：V
B
=m
B
v
B
=0.31 m3
总容积:V=V
A +V
B
=0.685 m3
0.7MPa的饱和蒸汽参数
v``＝0.27274m3/kg，v`＝0.0011082m3/kg h``＝2762.9kJ/kg，h`＝697.1kJ/kg
蒸汽比容： 蒸汽干度：
（2）由蒸汽传给环境的热量
终了时的焓：h x ＝xh``+(1-x)h`=2502kJ/kg ，u x ＝
2342.4kJ/kg
15. 已知空气的t1=20 C ，p1=0.1013MPa
将其加热至t2=50 C ，后送入喷淋室，从喷淋室排出时
t3=30 C ，
求：1） 2）从喷淋室每吸收1kg 水分所需空气量和加热量
解：根据t1=20oC ，p1=0.1MPa ，Ψ1=0.6，
含
h2=44.76 kJ/kg(a) 处理过放热量：
某厂房产生余热16500kJ/h 40送干空气量：
送风量：
20. 空气流经喷管作定熵流动，已知进口截面上空气参
数,p 1=0.7MPa,t 1=947℃,c 1=0m/s,q m =0.5kg/s 。
试选择喷管出口处的压力分别为0.5MPa 及
0.12MPa 时喷管的类型，并计算喷管出口截面处的流速及出口截面积。
解：p2=0.5MPa,p cr =βp 1=0.528×0.7=0.37MPa< p b
选用渐缩喷管。
3?
φ=10.6φ=。