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1、工程热力学复习知识点 一、知识点 基本概念的理解和应用（约占 40)，基本原理的应用和热力学分析能力的考核（约占 60%）。1.基本概念 掌握和理解：热力学系统(包括热力系，边界，工质的概念。热力系的分类：开口系，闭口系，孤立系统).掌握和理解:状态及平衡状态,实现平衡状态的充要条件.状态参数及其特性。制冷循环和热泵循环的概念区别。理解并会简单计算:系统的能量，热量和功（与热力学两个定律结合）。2.热力学第一定律 掌握和理解：热力学第一定律的实质。理解并会应用基本公式计算：热力学第一定律的基本表达式。闭口系能量方程.热力学第一定律应用于开口热力系的一般表达式。稳态稳流的能量方程。理解并掌握：焓
2、、技术功及几种功的关系（包括体积变化功、流动功、轴功、技术功）。3。热力学第二定律 掌握和理解：可逆过程与不可逆过程(包括可逆过程的热量和功的计算).掌握和理解：热力学第二定律及其表述（克劳修斯表述,开尔文表述等)。卡诺循环和卡诺定理。掌握和理解：熵（熵参数的引入,克劳修斯不等式,熵的状态参数特性）。理解并会分析:熵产原理与孤立系熵增原理，以及它们的数学表达式。热力系的熵方程（闭口系熵方程,开口系熵方程）。温熵图的分析及应用。理解并会计算：学会应用热力学第二定律各类数学表达式来判定热力过程的不可逆性。4.理想气体的热力性质 熟悉和了解：理想气体模型。理解并掌握：理想气体状态方程及通用气体常数.
3、理想气体的比热。理解并会计算：理想气体的内能、焓、熵及其计算。理想气体可逆过程中，定容过程，定压过程，定温过程和定熵过程的过程特点，过程功，技术功和热量计算。5.实际气体及蒸气的热力性质及流动问题 理解并掌握：蒸汽的热力性质（包括有关蒸汽的各种术语及其意义。例如:汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸汽、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等）。蒸汽的定压发生过程(包括其在 p-v和 Ts 图上的一点、二线、三区和五态)。理解并掌握:绝热节流的现象及特点 6。蒸汽动力循环 理解计算：蒸气动力装置流程、朗肯循环热力计算及其效率分析。能够在 T-S 图上表示出过程，提高蒸汽动力装置循环热效率的各种途
4、径(包括改变初蒸汽参数和降低背压、再热和回热循环）。7、制冷与热泵循环 理解、掌握并会计算:空气压缩制冷循环，蒸汽压缩制冷循环的热力计算及制冷系数分析。能够在 TS 图上表示出过程，提高制冷系数和热泵系数的途径，分析热泵循环和制冷循环的区别和联系.二、典型题解 概念题：1、过热蒸汽的温度是否一定很高？未饱和水的温度是否一定很低?答：过热蒸汽、未饱和水是这样定义的，当蒸汽的温度高于其压力对应的饱和温度时称作过热蒸汽，其压力下 t ts；当温度低于其压力对应的饱和温度 t ts 时，则工质的相态一定是液态，则称其为未饱和 水。因此，过热蒸汽不一定温度很高,未饱和水未必温度很低，它们都是相对于其环境
5、压力所对应的饱和温度而言的状态。2、在 hs 图上，能否标出下列水和蒸汽的状态点？(1)焓为 h1 的未饱和水；（2）焓为 h2 的饱和水；(3）参数为 p1、t1 的湿蒸汽；(4）压力为 p 的干蒸汽;(5)水、汽性质相同的状态。3、填空 4、判断下列过程中那些是可逆的；不可逆的；可以是可逆的。并扼要说明不可逆原因。(1）对刚性容器内的水加热,使其在恒温下蒸发。（2)对刚性容器内的水作功，使其在恒温下蒸发。（3）对刚性容器中的空气缓慢加热，使其从 50升温到 100 解：（1）可以是可逆过程，也可以是不可逆过程，取决于热源温度与温是否相等。水若两者不等，则存在外部的传热不可逆因素，便是不可逆
6、过程。（2）对刚性容器的水作功,只可能是搅拌功，伴有摩擦扰动，因而有内不可逆因素，是不可逆过程。（3）可以是可逆的,也可以是不可逆的,取决于热源温度与空气温度是否随时相等或保持无限小的温差。5、绝热容器内有一定气体，外界通过容器内的叶轮向气体加入 w kJ的功。若气体视为理想气体，试分析气体内能的内能，焓,温度，熵如何变化?答：根据热力学第一定律，外界所做的功全部转化成为内能的增量,因而内能,焓，温度均增加；该过程不可逆，熵也增加。6、对与有活塞的封闭系统,下列说法是否正确?1）气体吸热后一定膨胀,内能一定增加。答：根据热力学第一定律，气体吸热可能使内能增加,也可能对外做功，或者两者同时进行；
7、关键是吸热量能否完全转变为功，由于气体的定温膨胀过程可使得吸收的热量完全转化为功，内能不增加,所以说法错误。2）气体膨胀时一定对外做功。答：一般情况下，气体膨胀时候要对外做功，但当气体向真空中膨胀时候，由于外力为零,所以功也为零。3）气体对外做功，内能一定减少。答：根据热力学第一定律，在定温条件下，气体可以吸收热量并全部转化为功，从而保持内能不变。7、焓的物理意义是什么?答：焓的定义式:焓=内能+流动功 H=U+pV 焓的物理意义：1。对流动工质（开口系统）工质流动时与外界传递与其热力状态有关的总能量。2。对不流动工质（闭口系统）仍然存在但仅是一个复合的状态参数。8、熵的物理含义?答：定义：熵
8、 可逆过程 物理意义：熵的变化反应可逆过程热交换的方向和大小。系统可逆的从外界吸热，系统熵增加；系统可逆的向外界放热,系统熵减少；可逆绝热过程，系统熵不变.9、判断下列说法对吗？系统吸热，其熵一定增大；系统放热，其熵一定减小。答:熵变=熵流+熵产，所以，前半句对，后半句错误.10、孤立系熵增原理是什么？怎么应用？答:孤立系统熵增原理:孤立系统内所进行的一切实际过程（不可逆过程）都朝着使系统熵增加的方向进行；在极限情况下（可逆过程），系统的熵维持不变；任何使系统熵减小的过程是不肯能。即过程进行到某一阶段，再不能使熵增大了,也就是系统的熵值达到了最大值,就是过程进行的限度.等号适用于可逆过程，大于
9、号适用于不可逆过程。表明孤立系统的熵变化只取决于系统内各过程的不可逆程度。注意：如果涉及环境温度，由于环境是一个很大的热源，无论它吸收或者放出多少热量，都认为环境温度是不变的。11、讨论使热由低温热源传向高温热源的过程能否实现？0ggfisodSdSdSdS)(TQdS 12、下列说法正确的在括号内划“”,不正确划“”。（)定质量系统一定是闭口系统.（）闭口系统不作膨胀功的过程必是等容过程。（）理想气体任何过程的内能变量总以u=12 cvdT 进行计算。（）dh=cpdT 只适用于理想气体、任何过程。（）闭口系统发生放热过程，系统的熵必减少。（）知道了温度和压力两个参数值，就可以确定水蒸气的状
10、态。（)一切可逆机的热效率均相等.（）熵增可用来度量过程的不可逆性，所以熵增加的过程必是不可逆过程，（）某理想气体经历了一个内能不变的热力过程,则该过程中工质的焓变也为零。（)容器中气体的压力没有变化，则安装在容器上的压力表读数也不变。（）水蒸气的定温过程中，能满足 q=w 的关系式。（）在临界点上，饱和液体的焓一定等于干饱和蒸汽的焓。（）只要存在不可逆性就有熵产,故工质完成一个不可逆热力循环，其熵变必大于零.(）理想气体在 T s 图上,其定温线就是定焓线。(）绝热过程必为定熵过程。（）公式 q=u+w 仅适用于闭口热力系统.（）闭口绝热系统的熵不可能减少.(）一切不可逆热机的热效率总比可逆
11、热机的小。(）在一刚性容器中,理想气体绝热自由膨胀后，其温度不变。（）在简单朗肯循环的基础上采用再热的方法一定能提高循环热效率.（）制冷系数永远大于 1，而制热系数可以大于 1 也可以小于 1。（)供热量一定,用电炉取暖与用热泵式空调取暖耗电量一样多。（)从饱和液体状态汽化成饱和蒸汽状态，因为汽化过程温度未变,所以焓的变化量.（）若容器中气体的绝对压力保持不变，压力表上的读数就不会改变.（）湿饱和蒸汽的焓等于饱和水的焓加上干度乘以汽化过程中饱和水变成干饱蒸汽所吸收的热量.（)理想气体经历一可逆定温过程,由于温度不变，则工质不可能与外界交换热量。13、在绝热良好的房间内，有一台设备完好的冰箱在工
12、作，在炎热的夏天打开冰箱,人会感到凉爽，问室内温度是否会越来越低?请用热力学原理加以解释。答：一开始，人会感到凉爽，这是由于房间内空气中的内能传递到冰箱内,而此时冰箱输入功率转化的热小于空气进入冰箱的内热能,故空气温度降低，人感到凉爽.随着时间的进行,冰箱输入功率转化的热越来越多地进入房间空气中,空气的温度逐步回升。这样，房间内的温度不会越来越低.14、选择题（1）、一热力学过程,其 w=，Pdv时则此过程是(A ）A.不可逆过程。B.任意过程 可逆过程 .定压过程（2）、对于某理想气体，当温度变化时（CpCv)是(B）的.A变化 B不变化 .不能确定（3）、在两个恒温热源间工作的热机、B 均
13、进行可逆循环,A 机的工质为理想气体,B机是水蒸汽，则热效率 A和 B(A)A.相等 B.AB C.AB D.不能确定。（4）、在闭口绝热系中进行的一切过程，必定使系统的熵（D ）A 增大。B 减少。C。不变 D。不能确定（5）、在房间内温度与环境温度一定的条件下,冬天用热泵取暖和用电炉取暖相比，从热力学观点看（A )A。热泵取暖合理。B.电炉取暖合理.C。二者效果一样.D.不能确定.（6）、闭口系能量方程为(D ）A。Q+U+W=0 B.Q+UW=0 C。QU+W=0 D.QUW=0(7）、理想气体的 是两个相互独立的状态参数.（C )A.温度与热力学能 B。温度与焓 C.温度与熵 D。热力
14、学能与焓(8）、已知一理想气体可逆过程中，wt=w,此过程的特性为（B )A.定压 B.定温 C.定容 D.绝热（9）、可逆绝热稳定流动过程中，气流焓的变化与压力变化的关系为（B )A.dh=vdp B.dh=vdp C。dh=pdv D。dh=pdv(10)、水蒸汽动力循环的下列设备中，作功损失最大的设备是（A ）A。锅炉 B。汽轮机 C。凝汽器 D.水泵(11）外界（或）环境的定义是指（D ）.A 系统边界之外的一切物体 B 与系统发生热交换的热源 C 与系统发生功交换的功源 D 系统边界之外与系统发生联系的一切物体(12)系统平衡时的广延性参数（广延量）的特点是（D ）。A 其值的大小与
15、质量多少无关 B 不具有可加性 C 整个系统的广延量与局部的广延量一样 D 与质量多少有关,具有可加性（13)理想气体多变指数 n0,W0 B Q0 ，U0,W0 C Q0 ，U0，W0 B Q=0 ,U0，W|q,此时，则热力学能降低即u0，此时的气体温度反而会降低。液体吸热后，温度也不一定升高，比如水在饱和状态下，吸热时可保持温度不变.20、热力系的总熵是否可以减小？为什么?答:可以减小。因为热力系总熵的增量为熵流和熵产之和，当热力系向外界放热时，熵流为负值（即使热力学的总熵减小)，当熵流的绝对值大于熵产，热力系总熵的增量为负值，则热力系的总熵将是减小的.21、决定朗肯循环热效率的参数有哪
16、些？它们如何影响热效率？答：1)在相同初压和背压下，提高新蒸汽的初温可使朗肯循环热效率增大；增加了循环高温段温度，使循环温差增大,所以提高了热效率。2)在相同的初温和背压下，提高初压也可使朗肯循环热效率增大；循环的平均温差加的缘故 3)在相同的初温、初压下，降低背压可使朗肯循环热效率增大，这是由于增大了循环温差的缘故。22、分析卡诺循环热效率公式，可得到哪些重要结论？答：三点结论:a 只决定于 T1,T2，提高 T1,降低 T2可提高c b c1 c 当 T1 T2时c0 23、如何用热力学知识描述水的饱和状态?答：在一定的温度下，容器内的水蒸气压力总会自动稳定在一个数值上,此时进入水界面和脱
17、离水界面的分子数相等,水蒸气和液态水处于动态平衡状态,即饱和状态。饱和状态下的液态水称为饱和水;饱和状态下的水蒸气称为饱和水蒸气；饱和蒸汽的压力称为饱和压力；与此相对应的温度称为饱和温度。24、卡诺循环是理想循环，为什么蒸汽动力循环利用了水蒸汽在两相区等压等温的特点，而不采用卡诺循环？答：采用卡诺循环必须要求工质实现定温加热和放热，但是难以实现。4 5 1 T S 2 3 5 6 而水蒸气两相区却可满足定温加热和放热.而此时也是定压过程.所以实际蒸汽循环不采用卡诺循环。计算分析题 1.某蒸汽压缩制冷过程,制冷剂在5K 吸收热量 QL，在K放出热量-QH,压缩和膨胀过程是绝热的，向制冷机输入的功
18、为 Ws，判断下列问题的性质。（A 可逆的 B 不可逆的 C 不可能的）(1）。QL=2000kJ Ws=400kJ （A）2505300250可逆 20005400LsQW 可逆 该制冷过程是可逆的（2).QL=1000kJ QH=1500kJ (B）2505300250可逆 100021500 1000LLsHLQQWQQ 可逆该制冷过程是不可逆的（3）。Ws=100kJ QH=700kJ （C）2505300250可逆 700 1006100HsLssQWQWW 可逆该制冷过程是不可能的 2.某蒸汽动力循环操作条件如下:冷凝器出来的饱和水，由泵从 0.035Mpa 加压至 1.5Mpa
19、进入锅炉，蒸汽离开锅炉时被过热器加热至 280.求：（1)上述循环的最高效率。（2）在锅炉和冷凝器的压力的饱和温度之间运行的卡诺循环的效率,以及离开锅炉的过热蒸汽温度和冷凝器饱和温度之间运行的卡诺循环的效率.(3)若透平机是不可逆绝热操作,其焓是可逆过程的 80。求此时的循环效率。解:（1）各状态点的热力学性质，可由附录水蒸汽表查得 16303.46HKJ kg 123611612()1.0245 10(1.50.035)101.5PPHHVdPV PPkJ kg 115.146.303kgkJH（由于液体压力增加其焓增加很少，可以近似16HH）142992.7HKJ kg 46.8381S
20、11KkgkJ 该循环透平机进行绝热可逆操作，增压泵也进行绝热可逆操作时效率最高.546.8381SS，由 0。035Mpa，查得 气相,117153.7KkgkJSg(查饱和蒸汽性质表）液相，119852.0KkgkJSl(查饱和水性质表内插)气相含量为 x 8381.69852.0)1(7153.7)1(3xxSxSxSlg 87.0 x 15(1)0.872631.4(1 0.87)303.462328.77glHx Hx HkJ kg 45412992.72328.770.2472992.7303.96HHHH 冷凝器压力 0.035Mpa，饱和温度为 72.69；锅炉压力 1。5Mp
21、a，饱和温度为 198.32。卡诺循环运行在此两温度之间,卡诺循环效率 267.027332.19869.7232.198高低高卡TTT P 32141.0MPa-25若卡诺循环运行在实际的二个温度之间，其效率为 375.027328069.72280高低高卡TTT（3)不可逆过程的焓差为 0.80（H2H3），而吸收的热仍为12HH，因此效率45410.80()0.800.2470.198HHHH 3 某压缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为-25，冷却器中的压力为 1。0MPa，假定氨进入压缩机时为饱和蒸汽，而离开冷凝器时为饱和液体，每小时制冷量 Q0为 1.67105 kJh
22、1。求：（1）所需的氨流率;(2）制冷系数。解：通过 NH3的 PH 图可查到各状态点焓值。按照题意，氨进入压缩机为饱和状态 1，离开冷凝器为饱和状态 3。氨在蒸发器中的过程即 41 H1=1430KJkg-1 H2=1710KJkg-1 氨在冷凝器中的过程即 23，H3=H4=320KJkg-1 氨流率 15410005.15032014301067.1hkgHHQqQG 制冷系数 01421143032011103.961710 1430280sqHHWHH 注：求解此类题目:关键在于首先确定各过程状态点的位置，然后在P-H 图或 T-S 图上查到相应的焓（或温度、压力）值，进行计算。4.
23、某压缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为25，冷凝器内的压力为 1180kPa,假定氨进入压气机时为饱和蒸气,而离开冷凝器时是饱和液体，如果每小时的制冷量为 167000kJ，求 所需的氨流率;制冷系数。解：此氨制冷循环示于右图所示 T-S 图上.查的 TS 图,得 H1=1648kJ/kg，H2=1958kJ/kg，H3=H4=565kJ/kg 则单位质量制冷剂的制冷量为 q0=H1H4=1648565=1083（kJ/kg）所需的氨流率为 G=001670001083Qq=154.2（kg/h）（2)制冷系数为=002110831958 1648qqWHH=3.49 5、容器被
24、分隔成 AB 两室,如图 14 所示，已知当地大气压pb=0.1013MPa,气压表2读为pe 2=0.04MPa，气压表 1 的读数 pe1=0.294MPa,求气压表 3 的读数（用 MPa 表示）。解:pA =pb+pe1=0。1013MPa+0。294MPa=0。3953MPa pA=pB+pe2 pB=pA pe2=0。39153MPa 0.04MPa=0.3553MPa pe3=pB pb=0.3553MPa 0。1013MPa=0.254MPa 6、如图所示的气缸,其内充以空气。气缸截面积 A=100cm2,活塞距底面高度 H=10cm。活塞及其上重物的总重量G1=195kg.当
25、地的大气压力 p0=771mmHg，环境温度 t0=27。若当气缸内气体与外界处于热力平衡时,把活塞重物取去 100kg，活塞将突然上升,最后重新达到热力平衡。假定活塞和气缸壁之间无摩擦，气体可以通过气缸壁和外界充分换热，试求活塞上升的距离和空气对外作的功及与环境的换热量.H 7、一容积为 0.15m3 的储气罐，内装氧气,其初态压力 p1=0.55MPa,温度 t1=38。若对氧气加热，其温度、压力都升高。储气罐上装有压力控制阀,当压力超过 0.7MPa 时,阀门便自动打开，放走部分氧气，即储气罐中维持的最大压力为 0.7MPa。问当罐中温度为 285,对罐内氧气共加入了多少热量？设氧气的比
26、热容为定值,cv=0。657kJ/（kgK）、cp0.917kJ/（kgK).8、有一蒸汽动力厂按依次再热以及抽气回热理想循环工作，如图.新蒸汽参数为 p1=14MPa，t1=550，再热压力 pA=3。5MPa，再热温度tR=t1=550,回热抽气压力 pB=0.5MPa，回热器为混合式，背压p2=0.004MPa.水泵功可忽略。试：(1）定性画出循环的 T-s 图；（2）求抽气系数 B；(3)求循环输出净功 wnet,吸热量 q1,放热量 q2;(4）求循环热效率 t。9、一个装有2kg工质的闭口系经历了如下过程:过程中系统散热25kJ，外界对系统作功 100kJ，比热力学能减小 15kJ
27、/kg，并且整个系统被举高 1000m.试确定过程中系统动能的变化.10、一活塞气缸装置中的气体经历了 2 个过程。从状态 1 到状态 2，气体吸热 500kJ,活塞对外作功 800kJ。从状态 2 到状态 3 是一个定压的压缩过程，压力为 p=400kPa，气体向外散热 450kJ。并且已知U1=2000KJ,U3=3500KJ,试算 23 过程气体体积变化.11、气缸中封有空气，初态为MPap2.01、314.0 mV，缓慢膨胀到328.0 mV.(1)过程中pV维持不变；（2)过程中气体先循35.04.0mMPaVp膨胀到36.0 mVm，再维持压力不变，膨胀到328.0 mV。试分别求
28、两过程中气体作出的膨胀功.12、空气在压气机中被压缩。压缩前空气的参数为MPap2.01，kgmv/845.031；压缩后的参数为MPap8.02,kgmv/175.032。设在压缩过程中每千克空气的热力学能增加kJ5.146,同时向外放出热量kJ50。压气机每分钟产生压缩空气kg10。求:(1)压缩过程中对每千克空气作的功；(2)每生产kg1压缩空气所需的功（技术功）;(3)带动此压气机所用电动机的功率。13、朗肯循环中，冷凝压力为 3kPa，水由水泵增压至 6MPa 后送入锅炉。锅炉出口蒸汽温度为 600，33658.4h/kJ kg,汽轮机排汽比焓为42126h/kJ kg,凝结水比焓1
29、101h/kJ kg。在忽略泵耗功的情况下，试求：（1）求朗肯循环的热效率。（2）如果在上述朗肯循环的基础上采用回热，在系统中使用开式（混合式）给水加热器,用于加热给水的蒸汽比焓为52859h/kJ kg,状态点6的焓值为604kJ/kg,试求回热循环的热效率，并与无回热时的热效率进行比较；（3）在上述回热循环的基础上，还有哪些提高循环效率的措施?解：（1）锅炉吸热量为 4.35571014.365813hhqBkJ/kg 汽轮机输出功为 4.153221264.365843hhwTkJ/kg 循环热效率为 431.04.35574.1532BTqw或 43.1（2）开式给水加热器热平衡方程为
30、 65161hhhh 182.010128591016041516hhhhkg 循环净功 139921262859182.0128594.365814553hhhhwnet kJ/kg 吸热量为 4.30546044.365863hhqB kJ/kg 循环热效率 458.04.30541399Bnetqw或 45。8 采用回热循环的热效率大于无回热循环的热效率。(3）主要措施有：提高主蒸汽温度和压力;（由于主蒸汽温度已有 600,提高压力的效果比较明显）降低排汽压力 14、在恒温热源 T1=700K 和 T2=400K 之间进行循环。当 W0=1000KJ，Q 2=4000KJ 时，试用计算说
31、明：（1）循环的方向性;（2）循环是可逆的,还是不可逆的？解:15、若 5kg 水起始与 295K 的大气环境处于热平衡状态，用热泵在水与大气之间工作使水定压冷却到 280K，求所需最小功是多少？（已知水的 Cp=4。186kJ/(kgK）。解：根据题意画出示意图所示，由大气、水、制冷机、功源组成了孤立系,则熵变 isoHLRWSSSSS 其中 RW0,0SS 280K280K22L295K295K22d280Kln295KQmc TSmcTT 280K5kg 4180J/(kg K)ln1090.7J/K295K 12H00|QQWSTT 5kg 4180J/(kg K)(295280)K|
32、295K313500J+|295KWW 于是 iso313500J|10970.7 J/K+295K295KWS 因可逆时所需的功最小,所以令iso0S，可解得 min|=8256J=8.256kJW 方法 制冷机为一可逆机时需功最小，由卡诺定理得 2202QTWTT 即 02022222()dTTTTWQmc TTT 280K280K202295K295K20dd280Kln-(280-295)K295K280K295K 5kg 4180J/(kg K)ln295K5kg 4180J/(kg K)(280295)K8251.2J=-8.251kJTWT mcmc TTT mcmc 16、图所
33、示为理想朗肯循环，锅炉出口蒸汽压力6MPa、温度为 500、比焓13422/hkJ kg；汽轮机排汽比焓22180/hkJ kg,凝结水比焓3192/hkJ kg;汽轮机的轴功率为 20MW.试求：（1）在 Ts 图中表示出该循环；（2）计算出锅炉出口的蒸汽质量流量和循环热效率(忽略给水泵耗功）；（3）提出提高该循环热效率的措施，并用 Ts 图加以分析。（8 分）解:（1）Ts 图见下图。（2)12342221801242twhh/kJ kg 工质流量为122000016.1/1242TTTWWmkg swhh 忽略泵的耗功，则43hh，锅炉吸热量为1434221923230Bqhh/kJ kg 循环热效率为200000.38516.1 3230TTBBWWQmq或38.5%。（3)主要措施有：提高主蒸汽温度和压力；降低排汽压力（10kPa 排汽压力偏高)；采用再热；采用回热。