沈维道《工程热力学》考研名校真题解析及典型习题精讲精练.pdf

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沈维道《工程热力学》 名校真题解析及典型题精讲精练

主讲老师：冯李

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专题一 基本概念…
专题二 热力学第一定律 (6)
专题三 理想气体
专题四理想气体的热力过程
专题五 热力学第二定律 (26)
专题六 热力学一般关系式 (32)
专题七实际气体和水蒸气的性质 (35)
专题八气体与蒸汽的流动 (39)
专题九 压气机的热力过程 (44)
专题十气体动力循环
专题十 蒸气动力循环
专题十二 制冷循环
专题十三 理想气体混合物和湿空气 (60)
专题十四化学热力学基础 (68)

专题一 基本概念

【名校真题解析】1（天津大学2001）

【填空题】热力系统是人为指定的某个具体研究分析对象，根据分析方法的不同有两种不同的研究系统，一种是 的系统，又称为 ;另一种是 的系统，又称为

【解】 闭口，控制质量(或拉格朗日法)；开口，控制体积(或欧拉法)。

【名校真题解析】2(西北工业大学)

【简答题】平衡状态和均匀状态有何异同?

S【解】相同点:部分结果相同:均匀状态时，一般都是平衡态。相异点:定义不同:平衡指随时间恒定，均匀指空间上分布。部分结果不同：平衡态不一定是均匀状态。

【名校真题解析】3(北京科技大学2008)

【概念题】孤立系统

【解】答案1:与外界既无质量交换又无能量(包括功量和热量)交换的热力系称为孤立体系。

答案2:与外界没有任何关系的热力系。

答案3：与外界绝热、绝功、绝质量交换的热力系。

答案4:孤立体系是一个抽象的概念,实际中是不存在的，在实际中把热力系和外界看作一体，就可以得到一个真正的孤立系，即：任何非孤立系+相关外界=孤立系。 5 dian.c

【名校真题解析】4(天津大学2001)

【填空题】如果热力系统内各处状态参数 且不随时间而 ，这时的系统一定外界的影响，并且处于

【解】详见视频。

【名校真题解析】5(北京科技大学2008)

【概念题】可逆过程

【解】详见视频。

【名校真题解析】6(西北工业大学)

【简答题】压力和温度有何共性和异性？温度有“温标”，压力有“压标”吗?

【解】详见视频。

【名校真题解析】7(北京科技大学2008)

【简答题】准平衡过程与可逆过程有何共同处？有何区别？有何联系？

【解】详见视频。

【名校真题解析】8(北京理工大学2003)

【填空题】若热力系对外做功可用 $\int _ { 1 } ^ { 2 } p d v$ 来计算，则其过程必须在 条件下进行，其中可用功的数量是

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【解】详见视频。

【名校真题解析】9（北京科技大学2008）

【概念题】可逆过程

【解】详见视频。

【名校真题解析】10(北京理工大学2003)

【填空题】在热机循环分析中，循环经济性的原则性定义一般为 ，对于动力循环，此经济性指标称 ，一般定义为 ；对制冷循环，此经济性指标叫 ，并定义为 上

【解】详见视频。

【名校真题解析】11(北航 2004)

【填空题】下列所列各表达式中哪些等于零

(a)∮(δq−δw) (b)∮dh (c)∮δw (d)∮Tds (e)∮δw

【解】（a)(b)。

【名校真题解析】12(南航2011)

【问答题】可逆循环的熵变为零，不可逆循环中有不可逆的熵增，是否可以认为不可逆循环的熵变大于0？简单解释原因。

【解】对。熵是一个状态参数，应满足状态参数的性质。

【名校真题解析】13(北航2005)

【问答题】给出“热”和“功”的定义，并分析其异同。

【解】功是热力系与外界在边界上发生的一种相互作用，其唯一效果可归结为举起了一个重物。热力系与外界之间依靠温差传递的能量称为热量。相同点：都是热力系与外界的相互作用，都是过程量。不同点：驱动力不同，功的驱动力是力差，热的驱动力是温差；效果(标志)不同，不同的功有不同的效果或标志，比如体积功传递的标志是体积变化，张力功传递的标志是面积变化；传热的标志是熵增。表达的公式不同。本质不同：功传递的是有序的能量，热传递的是无序的能量。

【名校真题解析】14(北航 2008)

【填空题】摄氏温标是经验温标，理想气体温标才是绝对温标。该表述是

(a)正确的(b)错误的

【解】详见视频。

【名校真题解析】 15(北航 2006)

【填空题】循环功越大，热效率越高，该说法 O

(a)正确(b)错误

【解】详见视频。

【名校真题解析】16（北航2009）

【问答题】简述热量的定义。在热力系统中有绝热闭口系的定义，在开口系统中，由于有流体的进出，就不可能有绝热开口系，该说法对否？分析之。

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【解】详见视频。

【名校真题解析】 17(上海交通大学)

【是非题】热量总可以用积分式/Tds表示。

(a)正确(b)错误

【解】详见视频。

【名校真题解析】18（西北工业大学）

【问答题】可逆过程的定义及遵循的条件。

【解】详见视频。

【名校真题解析】19（重庆大学)

【填空题】把确定下述各定质量系统热力学状态的独立状态参数的个数填在括号内：(1)系统内只包含单元气体。（)。 oshidian vaoshidian

【解】详见视频。

【名校真题解析】20(重庆大学)

【问答题】状态方程必须是单值的吗？为什么？

【解】详见视频。

【名校真题解析】21(北航)

【证明题】试证明:若一个孤立体系内部存在有不同温度的部分，则该系统不可能处于一稳定的平衡态。

【解】 证:反证法。假设系统处于一稳定的平衡态。但由于内部有温差，会由于传热导致温度等

【名校真题解析】22(北航)

【判断题】可逆过程一定是准静态过程。

【解】对。因为可逆过程=准静态过程+无耗散效应。所以可逆过程一定是准静态过程。反过来却不一定。

【名校真题解析】23（北航）

【判断题】系统经历一可逆定温过程时，既然温度没有变化，所以与外界没有热量交换。

【解】错。温度不是热量传递的标志，温度是热量传递的驱动力：δQ=TdS。可逆过程是否有热量传递是用熵来判断的。 com Gian.c

【名校真题解析】24（北航）

【填空题】可逆过程的两个条件是( )和（）。

【解】详见视频。

【名校真题解析】25（北航2001）

【填空题】若水蒸气温度为95℃，则热力学绝对温度是 K。

【解】详见视频。

【名校真题解析】26（上海交通大学2006）

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【填空题】在我国某地(当地大气压为0.1MPa)以蒸汽发生器内蒸汽压力为6.83MPa,则其表压力是dian. MPa。同样的绝对压力，在青藏高原（当地大气压为0.085MPa）。其表压力是ka kaMPa。

【解】详见视频。

【名校真题解析】27(西北工业大学)

【简答题】解释下列名词：温度。

【解】详见视频。

【名校真题解析】28（西北工业大学)

【简答题】解释下列名词:热力学系统。

【解】详见视频。

【名校真题解析】29（西北工业大学2005)

【填空题】工程热力学是研究 能与 能相互转换规律的一门学科。

【解】详见视频。

【名校真题解析】30(西北工业大学2005)

【填空题】温度是建立在 定律基础上的概念，其宏观定义是 O

【解】详见视频。

【名校真题解析】 31(西北工业大学2007)

【简答题】状态量(参数)与过程量有何不同？常用的状态参数中哪些是可直接测量的，哪些又是不可以直接测量的? com

S【解】 描述工质(热力系)状态的一些宏观物理量称为状态参数;描述热力过程中工质与外界相互作用的物理量称为过程量。它们之间的区别主要是:描述的对象不同，特性不同。状态参数的特性是：只与工质的状态有关，与热力过程无关。用数学语言来描述其特性就是：平衡状态下所有状态参数都是状态的单值函数或者说状态参数是点函数，或是全微分。

常用状态参数中，p、v、T是可直接测量的量，u、h、s是不可直接测量的量。

【名校真题解析】32(西北工业大学2008)

【判断题】若容器中气体的压力没有变化,则测量容器压力的压力表的读数不可能会变化。

【解】错，读数会随大气压力变化。

【名校真题解析】 33（西北工业大学2008)

【判断题】热量是热力系与外界之间依靠温差传递的能量。

【解】对。

【名校真题解析】34（西北工业大学2008)

【判断题】一端受到加热的铜棒温度分布不再变化，说明该铜棒处于热平衡状态。

【解】详见视频。

【名校真题解析】 35(西北工业大学2010)

【简答题】在炎热的夏天,有人试图用关闭厨房门窗和打开电冰箱门的办法使厨房降温。开始他感到很凉爽，但过一段时间后这种效果逐渐消失，甚至会感到更热，这是为什么？。

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【解】详见视频。

【名校真题解析】36(西北工业大学2010)

【简答题】绝对压力和表压力的区别是什么？倘若容器中气体的压力没有变化，则测量容器压力的压力表的读数会变化吗？

【解】详见视频。

【名校真题解析】37（华中科技大学2005）

【简答题】在热力学系统中对功是怎样定义的？对任意的一个系统来说，如果系统的体积发生了膨胀是否就意味着系统一定对外界作了功？试说明理由。 上

【解】详见视频。

【名校真题解析】38(华中科技大学2005)

【简答题】什么是可逆过程？经过一个不可逆过程后,系统是否还能恢复原来的状态？为什么？

【解】详见视频。

【名校真题解析】39(北京理工大学2006)

【填空题】 描写简单可压缩热力系的基本状态参数有()个，它们分别是()()和()。

【解】详见视频。

【名校真题解析】40(北京理工大学2006）

【填空题】对闭口系统内的可逆过程，体积变化功可以根据气体的压力和体积变化规律确定为当此过程中气体体积变小,其体积变化功称为 ；当此过程中气体体积变大，则体积变化功称为 caoshidia kaoshidia

【解】详见视频。

【名校真题解析】41（中山大学2010)

【简答题】《工程热力学》课程主要研究什么？其主要内容包括哪四大部分？

【解】详见视频。

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专题二热力学第一定律

【名校真题解析】1（北京科技大学2008）

【概念题】热力学能

【解】从宏观角度看，热力学能是热力系内部工质的能量；从微观角度看，它包括组成物体的所有微观粒子所具有的能量，与工质内部粒子的微观运动和空间位置有关，因此有时也称为微观能量。

【名校真题解析】2(北京科技大学2010）

【是非题】膨胀功、流动功和技术功都是与过程路径有关的过程量。

【解】错。流动功是与过程无关的量。

【名校真题解析】 3(北京科技大学2008)

【简答题】试述膨胀功、技术功和流动功的意义及关系，并将可逆过程的膨胀功和技术功表示在p −v图上。

【解】热力系通过体积变化与外界交换的膨胀功或压缩功统称体积变化功，简称体积功。它是简单可压缩热力系与外界交换的唯一一种基本功量。一般体积增大对外做功称为膨胀功。工质发生穿越热力系边界的宏观移动时与外界所交换的功叫流动功，开口系都伴随有流动功，流动功只取决于工质进出口的状态，不是过程量。所以有时也把它称为流动能或输运能，即认为它是流动过程中工质所携带的能量。com n.com

S技术上可资利用的功称为技术功,对一维稳定流动的开口系,技术功由流体的宏观动能、宏观位能和轴功组成。技术功和流动功都来自于体积功，技术功等于体积功与流动功之差。

$$ w _ { \mathrm { t } } ~ = ~ w + p _ { 1 } v _ { 1 } - p _ { 2 } v _ { 2 } $$

【名校真题解析】4(北京科技大学2010)

【是非题】:热力学第一定律适用于任意的热力过程，不管过程是否可逆。

【解】详见视频。

【名校真题解析】5(北京交通大学2004)

【是非题】稳定流动能量方程不适用于有摩擦的情况。

【解】详见视频。

【名校真题解析】6(北京交通大学2004)

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【是非题】实际气体绝热自由膨胀后，其热力学能不变。

【解】详见视频。

【名校真题解析】7(北京交通大学2004)

【简答题】分析绝热节流前后，工质状态参数的变化。

【解】详见视频。

【名校真题解析】8(哈尔滨工业大学2003)

【计算题】如图，一水箱内水为 $4 5 \mathrm { k g }$ ,开始时温度为 $4 5 ^ { \circ } \mathrm { C } , 4 5 ^ { \circ } \mathrm { C }$ 的水流入和流出水箱的质量流率都是270kg/h，压力也相同。水箱内有一搅拌器，使水箱内温度均匀，输入功率为0.6kW。水箱内还有一冷却器，每单位时间带走热量为 $7 . 6 \mathrm { k W _ { \circ } }$ 忽略动位能变化，确定水池内水温随时间τ变化的关系式。 com n.com

【解】详见视频。

【名校真题解析】9（南航 2001)

【是非题】热力学恒等式 $\mathrm { \ d u = T d s - p d v }$ 与过程可逆与否无关。

【解】详见视频。

【名校真题解析】10(天津大学2003)

【填空题】技术功 $\mathbf { W } _ { \mathrm { t } }$ 、膨胀功w以及流动功三者之间的关系可用公式 表示，在可逆条件下，技术功 $\mathbf { w } _ { \mathrm { _ t } } =$ ，膨胀功 w = ，流动功的净值等于 O

【解】详见视频。

【名校真题解析】11（天津大学2001）

【计算题】 一闭口系统沿acb路径从状态 a到状态 b吸入热量84kJ,对外做功 32kJ,求：

(1)沿 adb 对外做功 10kJ时,吸热量是多少？

(2)由b回到初态a时做功20kJ,系统与外界交换的热量又是多少?

(3)若 $\mathrm { U _ { a } } = 0 , \mathrm { U _ { d } } = 4 2 \mathrm { k J }$ ,且 $\mathrm { W _ { d b } } = 0$ ,ad及db过程中系统与外界交换的热量各是多少?

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【解】1.物理模型根据题目已知条件a、b两点实际上给定了，则a、b两点间任一过程，只要给定一个过程量，另一个过程量也就确定了。 oshidian.

2. 数学模型与求解 利用热力学第一定律可得

$$ Q \ = \ \varDelta U \ + \ \mathbb { W } $$

$$ \Delta \mathrm { U _ { a b } } = \mathrm { Q _ { a c b } } - \mathrm { W _ { a c b } } = 8 4 - 3 2 = 5 2 \mathrm { ~ k J } $$

(1) $\mathrm { Q _ { a d b } } = \Delta \mathrm { \Delta U _ { a b } } + \mathrm { W _ { a d b } } = 5 2 + 1 0 = 6 2 \mathrm { \ k J }$

(2) $\mathrm { Q _ { b e a } = \Delta \Delta U _ { b a } + W _ { b e a } = - 5 2 - 2 0 = - 7 2 }$ kJ

(3) $\Delta \mathrm { U _ { a b } } = \Delta \mathrm { \ U _ { a d } } + \Delta \mathrm { \ U _ { d b } }$

$$ \begin{array} { r l } { \Delta \mathrm { ~ U _ { \mathrm { d b } } = \Delta ~ U _ { \mathrm { ~ \scriptstyle ~ a b } } ~ } - \Delta \mathrm { ~ U _ { \mathrm { a d } } ~ } } & { } \ { = 5 2 \mathrm { ~ \not { ~ - ~ } } ( 4 2 \mathrm { ~ - 0 ~ } ) } & { } \ { = 1 0 \mathrm { k J } } \end{array} $$

$$ \mathrm { Q _ { \mathrm { d b } } } = \mathrm { \Delta \Delta \mathrm { U _ { \mathrm { d b } } } } + \mathrm { W _ { \mathrm { d b } } } = 1 0 + 0 = 1 0 \mathrm { \ k J } $$

$$ \mathrm { Q _ { a d b } = Q _ { a d } + Q _ { d b } } $$

$$ \mathrm { Q _ { a d } = Q _ { a d b } - Q _ { d b } = 6 2 - 1 0 = 5 2 k J } $$

【名校真题解析】12(天津大学2001)

【计算题】输入管道中理想气体状态参数保持不变 $\big ( \mathrm { p } _ { 0 } , \mathrm { T } _ { 0 } , \mathrm { h } _ { 0 } \big )$ ,打开阀门，使之对体积为V的刚性容器充 $\overleftrightarrow { \vec { \mathrm { ~ \triangledown ~ } } } _ { \mathrm { ~ \tiny ~ ~ } }$ 试做以下分析计算：

(1)若充气过程是绝热的，容器初态为真空，终态压力等于 $\mathrm { p } _ { 0 }$ ,求容器中气体终态时温度 $\mathrm { T } _ { 1 }$ 和充入气体质量 $\Delta { \bf m } _ { 1 }$ 的表达式。

(2)容器中气体初态压力为 $\mathrm { p } _ { 1 }$ ,温度为 $\mathrm { { T _ { B } } }$ ,质量为 $\mathbf { m } _ { 1 }$ ,若终态压力等于 $\mathrm { p } _ { 0 }$ ,温度仍为 $\mathrm { { T _ { B } } }$ ,求气体质量 $\Delta \mathbf { m } _ { 2 }$ 和换热量Q₂的表达式。

(3)若 $\mathrm { p _ { 0 } } = 1 4 \times 1 0 ^ { 5 } \mathrm { P a } , \mathrm { T _ { 0 } } = 2 9 4 \mathrm { K } , \mathrm { V } = 0 . 0 2 8 \mathrm { m } ^ { 3 } , \mathrm { T _ { \mathrm { B } } } = 2 9 4 \mathrm { K } , \mathrm { p _ { \mathrm { l } } } = 2 \times 1 0 ^ { 5 } \mathrm { P a }$ ,试计算出以上 $\mathrm { T } _ { 1 }$ $\Delta \mathbf { m } _ { 1 } , \ \Delta \mathbf { m } _ { 2 } , \mathbf { Q } _ { 2 }$ 的数值。 hidian.com hidian.

10s 【解】（1)1.物理模型：取体积为V的刚性容器为热力系，这是一个非稳态流动开口系(C.V.），有进口无出口的充气过程。通过充气带入质量及能量，并向外界散热。这些量的多少决定了容器内空气的温度和质量。

2.数学模型：由一般瞬态能量方程得

$$ 0 ~ = ~ \Delta m _ { 1 } u _ { 1 } - \Delta m _ { 1 } h _ { 0 }\tag{①} $$

理想气体物性方程

$$ \Delta m _ { 1 } = \frac { p _ { 0 } V } { R _ { \mathrm { g } } T _ { 1 } } $$

②

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