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一、简答题

1． 多股气流汇合成一股气流称为合流。混合气流的熵值是否等于各股支流熵值之和？为什么？应该怎样计算？

【答案】因合流过程常伴有熵产，故混合气流的熵值一般不等于各股支流熵值之和。应该根据混合后气流的具体状态参数进行计算。

2． 对于简单可压缩系，系统只与外界交换哪一种形式的功？可逆时这种功如何计算？

【答案】在简单可压缩系统中，系统只与外界交换膨胀功或压缩功。可逆时，这种功的计算

式为

3． 理想气体进行定温膨胀时，可从单一恒温热源吸入的热量，将之全部转变为功对外输出，是否与热力学第二定律的开尔文叙述有矛盾？

【答案】热力学第二定律的开尔文叙述为：不可能从单一热源吸热，并使之完全变为有用功而不引起其它变化。在理想气体定温膨胀的过程中，因为热力学能不变，故可以将其从单一恒温热源吸入的热量全部转变为功对外输出，但是在这个过程中，工质的状态发生了变化，所以并不违反热力学第二定律的开尔文叙述。虽然表面上看来是热源的热量全部转变为了功，但是输出的

功实际上是由热源的热量中的可用部分和工质中的减少量两部分组成的。

4． 热量和功有什么相同的特征？两者的区别是什么？

【答案】热量和功是能量的不同表现形式，都是与过程有关的量。其单位是相同的。区别在于表现形式的不同。

5． 一个热力系统中熵的变化可分为哪两部分？指出它们的正负号。

【答案】一个热力系统中熵的变化分为熵产和熵流两个部分。其中，熵产是不可逆因素引起的部分，只能为正，或为零。而熵流是由于热流进、流出系统所引起的系统熵变的部分，为正、为负、为零均可，视情况而定。

6．

试确定

图上一组等温线簇温度的大小和

图上一组等容线簇比体积的大小。

所以

即

【答案】如图所示，取等压过程1-2, 与等温线簇相交于1、2

。因

由于所以

，即等温线簇中右上方的等温线的温度高。

图

也可以从能量关系分析：过点2作等熵线，因等熵线比等温线陡，故与过点1的等温线相交于点3。考察过 程2-3, 过程中，q=0, 同时，因

得

即

由于

因q=0,

故

所以过程功为正。据热力学第一定律解析式

因此

但

所以过程1-2体

如图所示，取等熵线与等比体积线簇相交于1、2、3, 考察过程1-2-3,

显然

据热力学第一定律解析式

积功为正，由此可得

参照上述方法，

可导出

图上熵增大方向以及

图上等压线簇增大方向。

7． 闭口系统从温度为300K 的热源中取热500kJ ，系统熵增加20kJ/K，问这一过程能否实现，为什么

【答案】能实现。对于可逆过程的熵有

：增为：

因此该过程可以实现。

8． 系统经历了一不可逆过程，已知终态熵小于初态熵，能否判断该过程一定放出热量，为什么？

【答案】如果认为系统是闭口系，

由如果认为系统是开口系，据题意有：

假设绝热，只要

必定放热。

则系统从热源取热时的可能达到的最小熵

二、计算题

9． 如图所示为某一燃气轮机装置，已知压气机进口处1

空气的比焓空气温度升高，比焓增为

流速增加到

问:（1

）若空气流量为（2

）若燃料的发热值

（4）燃气轮机的功率为多少kW? （5）燃气轮机装置的总功率为多少

kW?

在截面2

处空气和燃料的混合物以

燃烧室，在定压燃烧过程中，工质吸入热量

叶片中热力状态不变，

最后离开燃气轮机的速度

经绝热压缩后，

的速度进入

燃烧后燃气进入喷管绝热膨胀到状态

此燃气进入燃气轮机动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动压气机消耗的功率为多少kW?

燃料的消耗量为多少kg/s?

（3

）燃气在喷管出口处的流速是多少m/s?

图

【答案】（1）取压气机为开系，

绝热压缩过程

。忽略宏观动能差和重力势能差的影响，

由稳定能量方程式，可得

：压气机消耗的功率为：

或

可见，压气机中所消耗的轴功增加了气体的焓值。

（2）燃料的耗量为：

可见，燃料量与空气量相比很小。

（3）燃气在喷管出口处的流速，取截面2

至截面的空间为热力系，工质作稳定流动，若忽略重力势能差，则能量方程为：

因

故：

（4）燃气轮机功率，若整个燃气轮机装置为稳定流动，

燃气流量约等于空气流量。取截面