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一、问答题

1． 什么是回热？试解释在热机循环中若能采取回热措施，从热力学角度简单说来将会带来什么好处？

【答案】回热是指，在保持构成循环的热力过程性质不变的条件下，利用循环中某些放热过程的放热量来满足另一些吸热过程的吸热需要的措施。从热力学的角度来说，循环输出的净功不变，但是回热的措施使循环从外界高 温热源的吸热量减少，向低温热源的放热量也减少，因而可以提高循环的热效率。

2． 蒸汽动力循环中，

蒸汽轮机排气压力

个局部来看，在初态不变的前提下

，装置全局分析，并非越低越好。

因为

，

降低，必然要求凝汽器真空度升高，从而凝汽器换热面积增大，冷却水量增对，冷

降低未必带来整体装置经济性增加，这是一个经济性限制。还有蒸汽

降低，

取决于排气温度是否降低，

这个

必须在零度以上。

左右，这是降

总要比冷却水温

却管径增大，使得冷却水泵耗功增加，导致制造成本、初投资和运行费用增加。

综合考虑这些因素

，

轮机排汽为饱和湿蒸气，

排汽压力

是否越低越好？降低有哪些限制？

【答案】

蒸汽动力循环中蒸汽轮机的排气压力并不是越低越好。从汽轮机自身膨胀作功这

越低，蒸汽在汽轮机中膨胀做功越多，当然有利。但是从

高，才能有效冷却放热，

而冷却水温度只能维持在低的传热学限制。还有个限制就是如果

综合这些因素之后，

排汽温度大约为30摄氏度左右。

所以大约为湿度过大，不利于汽机安全运行。

3．

试确定

图上一组等温线簇温度的大小和

太低了，则会造成y 2升高，导致汽轮机低压缸末级蒸汽

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。

4． 对于理想气体，试说明它的热力学能和焓都是温度的单值函数。

【答案】根据理想气体模型，

热力学能是气体分子热运能量（无内位能），故热力学能是温度的单值函数。

因为

所以焓也是温度的单值函数。

二、综合题

5

．

气缸活塞系统内有2kg

压力为500kPa 、温度为

的比热容可取定值，【答案】

的缸内气体被冷却到

此时压力

为300kPa 。由于活塞外弹簧的作用，缸内压力与体积变化成线性关系。求过程中的换热量。

6． —台压气机把空气由压力为

0.6MPa ，绝热效率为

（1）求压缩机出口空气的温度。

温度为的环境状态经历不可逆绝热压缩过程压缩到

（2）求输出lkg 压缩空气所消耗的轴功。

（3）求lkg 空气流过系统所产生的熵产与姻损，

并把熵产与姻损表示在【答案】（1）理想气体定值比热时，压缩机的绝热效率：

则

图上。

可逆绝热压缩时终温：

则（2）耗功

:（3

）由题意可知

则

7．

欲使压力

为

若喷管效率为

温度为则要求

的空气绝热流过一喷管，进入压力为

的空间，环境温度

（1）选择恰当的喷管型式；

（2）计算出口压力、出口温度、出口流速、出口马赫数； （3）计算流过lkg 空气的熵产及拥损； （4）把拥损表示在T-s 图上。

【答案】（1）空气为双原子气体，

其可逆绝热流动时临界压力比入口流速，则入口状态可认为是滞止状态，则背压比

即背压比大于临界压力比，所以选择渐缩形喷管。 （2

）出口压力

对可逆绝热流动12s ，喷管出口的空气温度：

由于可忽略