碩士研究生入學考試大綱826工程熱力學

1、目錄I考查目標2II 考試形式和試卷結(jié)構(gòu) 2III考查內(nèi)容2IV.題型例如及參考答案3全國碩士研究生入學統(tǒng)一考試工程熱力學考試大綱I 考查目標 要求掌握熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換的根本規(guī)律，并能夠應(yīng)用此規(guī)律對熱力過程和熱力循環(huán) 進行分析和計算。II 考試形式和試卷結(jié)構(gòu)一、試卷總分值及考試時間 試卷總分值為 150 分，考試時間 180 分鐘。二、答題方式答題方式為閉卷、 筆試。允許使用計算器 僅僅具備四那么運算和開方運算功能的計算器 但不得使用帶有公式和文本存儲功能的計算器。三、試卷內(nèi)容與題型結(jié)構(gòu) 分為概念題和計算題兩大類。概念題包括：名詞解釋、填空題、判斷題、作圖分析題、 簡答題。概念題和計算題分

2、值各占 50左右。III 考查內(nèi)容1、根本概念：掌握熱力系統(tǒng)、平衡狀態(tài)、狀態(tài)參數(shù)及其數(shù)學特征、理想氣體狀態(tài)方程、 準靜過程及可逆過程的概念并會用系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系對可逆過程的功、熱量進行計算 等。2、熱力學第一定律： 熟練掌握能量方程在不同條件下的表達形式，并對非穩(wěn)定流動能量方程有初步認識；掌握系統(tǒng)儲存能量、熱力學能、焓的概念；掌握容積變化功、流動功、技 術(shù)功和軸功的概念；能夠正確應(yīng)用熱力學第一定律對能量轉(zhuǎn)換過程進行分析、計算。3、熱力學第二定律： 理解熱力學第二定律的實質(zhì)； 掌握卡諾循環(huán)和卡諾定理；掌握熵的 概念和孤立系統(tǒng)熵增原理， 能夠判別熱力過程進行的方向及掌握能量耗散的計算方法； 了

3、解 可用能的概念及計算方法。4、理想氣體的性質(zhì)及熱力過程 :熟練掌握理想氣體狀態(tài)方程；理解理想氣體比熱容的概 念并熟練掌握利用定值比熱容計算過程中熱量、 熱力學能、 焓和熵變化； 熟練掌握對四種基 本熱力過程及多變過程的分析， 計算過程中狀態(tài)參數(shù)的變化及與外界功量和熱量的交換； 能 夠?qū)崃^程表示在 p-v 圖和 T-s 圖上，并判斷過程的性質(zhì)。5、熱力學一般關(guān)系式及實際氣體的性質(zhì)： 了解熱力學一般關(guān)系式； 掌握范德瓦爾方程 包 括各項物理意義 ；掌握比照態(tài)原理，會計算比照參數(shù)并能利用通用壓縮因子圖進行實際氣 體的計算。6、水蒸氣的性質(zhì)及熱力過程： 掌握蒸氣的各種術(shù)語及其意義； 了解水蒸氣的

4、定壓發(fā)生過 程及其在 p-v 圖和 T-s 圖上的一點、兩線、三區(qū)、五態(tài)；了解水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)并會應(yīng)用； 掌握水蒸氣熱力過程的熱量和功量的計算。7、氣體和蒸氣的流動：掌握一元定熵穩(wěn)定流動根本方程組；掌握噴管中氣體流速、流量的計算， 會進行噴管外形的選擇和尺寸的計算； 理解噴管效率并會計算存在摩擦損失時的流 速和流量；明確滯止焓、臨界截面、臨界參數(shù)的概念。掌握絕熱滯止、絕熱節(jié)流、流動混合 過程的計算。8、壓氣機：掌握活塞式壓氣機和葉輪式壓氣機的工作原理；掌握不同壓縮過程絕熱、 定溫、多變狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律、耗功的計算以及壓氣機耗功的計算；了解多級壓縮、中 間冷卻的壓氣機的工作情況，了解余隙容積對

5、活塞式壓氣機工作的影響。9、 熱機裝置、制冷裝置及其循環(huán)：掌握各種裝置循環(huán)的工作流程；掌握將實際循環(huán)理想化為工質(zhì)理想循環(huán)的一般方法，并會對循環(huán)的各個熱力過程進行熱力分析；掌握各種循環(huán)吸熱量、放熱量、循環(huán)凈功、熱效率或制冷系數(shù)的分析計算方法；會分析對循環(huán)能量利用經(jīng)濟性的影響因素并能夠提出提高能量利用率方法和途徑。10、理想混合氣體及濕空氣：掌握理想混合氣體的概念；掌握理想混合氣體的組分、摩 爾質(zhì)量、密度、氣體常數(shù)以及比熱容、熱力學能、焓和熵的計算；明確濕空氣、未飽和濕空 氣、飽和濕空氣的含義；掌握絕對濕度、相對濕度、含濕量的概念；能夠分析、計算濕空氣 的根本熱力過程。IV.題型例如及參考答案、名

6、詞解釋：20分1、多變過程：2、臨界點：3、滯止焓：4、相對濕度：5、干度：二、是非判斷題:正確地打;錯誤的打“X ，并加以改正。20 分1、工質(zhì)從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2,不管中間經(jīng)歷了什么過程，其熵的變化都相等。2、 用100 C的熱源非常緩慢地給冰、水混合物加熱，混合物經(jīng)歷的是準靜態(tài)過程。該加熱過程是可逆過程。3、任何燃氣輪機裝置都可以通過回熱的措施提高其熱效率。4、沸騰的水總是燙手的。5、壓氣機的絕熱壓縮過程，由于無散熱損失，所以在壓力升高比一定的條件下，所消耗的 功最小。6、空氣的濕球溫度總是低于干球溫度。7、水蒸氣的定壓氣化過程，由于溫度不變，所以內(nèi)能不變。8、處于熱力學平衡狀態(tài)的系統(tǒng)必

7、然是一個均勻系統(tǒng)。9、兩杯溫度不同的水，在等壓下進行絕熱混合，其熵不變。10、一絕熱容器中間有隔板分開，一側(cè)裝有空氣，另一側(cè)為真空，現(xiàn)抽去隔板，由于空氣經(jīng) 歷了絕熱膨脹過程，所以溫度下降。三、選擇題：21分1以下說法正確的選項是 。(a) 工質(zhì)對外作出膨脹功，就一定吸熱；(b) 吸熱過程一定升溫；(c) 要使工質(zhì)升溫，就一定通過加熱的方式實現(xiàn)；(d) 工質(zhì)體積膨脹，是使熱變功的的根本途徑。2、 某實驗報告稱，溫度為 800K、壓力為6Mpa的燃氣進入燃氣輪機，在燃氣輪機內(nèi)絕熱膨脹后流出燃氣輪機。在燃氣輪機出口測得的數(shù)據(jù)是：P2 = 0.9Mpa，T2 = 450K，那么該過程是。(Cp =1.

8、004kJ/kg.K Rg = 0.2874kJ/kg.K)(a)可逆的(b)不可逆的(c)不可能實現(xiàn)的3、 某制冷循環(huán)中，工質(zhì)從溫度為73C的冷源吸熱100kJ，并將220kJ的熱量傳遞給溫度為27 C的熱源，那么此循環(huán)為 。(a)可逆循環(huán)(b)不可逆循環(huán)(c)不可能實現(xiàn)4、 工質(zhì)經(jīng)歷了一個放熱、升溫、壓力增加的多變過程，該過程多變指數(shù)的范圍是。(a) 0 : n : 1(b) 1 ： n ： k(c) n k(d) n ： 05、 系統(tǒng)經(jīng)歷了一個不可逆的放熱過程，在該過程中，外界對系統(tǒng)作功150 kJ,系統(tǒng)放熱100kJ,那么系統(tǒng)的熵的變化。(a) .；S：0(b)S 0(c) .；S=0

9、(d)無法判別6、 熱力學第一定律和第二定律說明，對于實際熱力過程 。(a)能量守恒，可用能也守恒(b)能量守恒，可用能增加(c)能量守恒，可用能減少(d )能量減少，可用能也減少7、 空氣在漸縮形噴管中作一元、定熵流動，進口狀態(tài)T1=300K、p1=5bar、Cf1=100m/s,背壓pb=1bar，那么噴管出口 。(d) P2 二 Pb(a)住(b)上:1P15三、分析題：(37分)1試推導理想氣體定壓比熱 Cp與定容比熱Cv關(guān)系式：Cp Cv= Rg。 5分2、 燃氣輪機理想簡單循環(huán)的廢氣排氣溫度高達400500C，廢氣排放到大氣中的余熱很為 可觀，因此，有人提出下述三種方案，試分析是否

10、有效，為什么？1、將燃氣輪機出口的排氣送入另一個透平作功；2、將排氣送入壓氣機升壓后在送入透平作功；3、將排氣送入回熱器，預(yù)熱壓氣機前的空氣。10分3、試根據(jù)以下條件在無其他動力源的情況下，設(shè)計出兩種低溫余熱利用裝置的方案，并比較這兩種方案在各自理想的條件下的余熱利用率。低溫余熱源溫度：t2 =150C :高溫熱用戶的溫度：300 C；環(huán)境溫度：25 C。提示：余熱利用率即為向高溫熱源提供的熱量與低溫余熱源放熱量之比。、12分4、畫出朗肯循環(huán)的T s圖，并通過圖說明蒸氣初、終參數(shù)對循環(huán)熱效率的影響。10分 四、計算題：52分1有一儲氣罐，初始時其內(nèi)部為真空，如下圖，現(xiàn)連接于輸氣管 道進行充氣。

11、輸氣管內(nèi)空氣狀態(tài)始終保持穩(wěn)定，Pi=3 Mpa , Ti=300 K , hi=301.8 kJ/kg。儲氣罐的容積為0.5m3，當儲氣罐內(nèi)氣體 的壓力為2Mpa時，停止充氣。如忽略充氣過程中氣體的流動動能及 重力位能的影響，而且管路、儲氣罐、閥門都是絕熱的，假設(shè)該氣體 與溫度的變化關(guān)系為u= 0.72T kJ/kg，求充氣后儲氣罐內(nèi)氣體的溫 度。10分2、壓力為6 Mpa ,干度為0.75的蒸汽穩(wěn)定流 經(jīng)一個直徑為0.02 m的絕熱管道，經(jīng)過閥門 后絕熱節(jié)流到0.1 Mpa。如下圖，假設(shè)要求節(jié)流前后蒸汽的流速保持不變，那么節(jié)流后管道直徑應(yīng)為多少米？ 12分p(Mpa)h' (kJ/k

12、g)h (kJ/kg)v' (m3/kg)v (m3/kg)0.1417.522675.10.00104321.694361213.32783.80.00131900.032443、有一臺可逆熱機，經(jīng)歷了定容吸熱1 2、定熵膨脹2 3和定溫放熱3 1三個過程完成了一個循環(huán)。假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，比熱為定值，循環(huán)各點的溫度T2、T3。1、試將此循環(huán)定性地表示在 p-v圖和T-s圖上。2、試寫出以各點溫度表示的循環(huán)熱效率計算式。3、試討論改變哪一點參數(shù)可以提高循環(huán)熱效率？用平均溫度法在T-s圖上加以說明。12 分4、在一臺蒸汽鍋爐中，煙氣定壓放熱，溫度從1500C降低到250C，所放出的熱量

13、用以生產(chǎn)水蒸氣。壓力為9.0Mpa，溫度為30C的鍋爐給水被加熱、 汽化、過熱成壓力為9.0Mpa , 溫度為450C的過熱蒸汽。將煙氣近似為空氣，取比熱為定值，且Cp=l.079kJ/kg?K。試求：1產(chǎn)生1kg過熱蒸汽需要多少 kg煙氣？2生產(chǎn)1kg過熱蒸汽時，煙氣熵的減小以及過熱蒸汽的熵增各為多少？3 將煙氣與水蒸氣作為孤立系統(tǒng)，求生產(chǎn)1kg過熱蒸汽時，孤立系統(tǒng)熵的增大為多少？設(shè)環(huán)境溫度為15C，求作功能力損失。18分附表：未飽和水和過熱蒸汽參數(shù)表局部P (Mpa)tc)h (kJ/kg)s (kJ/kg ?K)9.030133.860.43389.04503256.06.4835參考答

14、案、名詞解釋；20分1、多變過程：一切有規(guī)律的熱力過程的總稱。2、臨界點：當壓力增加至某一壓力時，飽和水的狀態(tài)和干飽和蒸汽的狀態(tài)重合，成為 為汽、水不分的狀態(tài)，為臨界點。3、滯止焓：絕熱滯止時氣體的焓為滯止焓。它等于絕熱流動中任一位置氣體的焓與流 動動能之和。4、相對濕度：未飽和濕空氣的絕對濕度與同溫度下飽和濕空氣的絕對濕度的比值。表 示了濕空氣中水蒸汽含量的飽和程度。5、干度：濕飽和蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量成分。、是非判斷題：正確地打;錯誤的打“X ，并加以改正。20 分1、工質(zhì)從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，不管中間經(jīng)歷了什么過程，其熵的變化都相等。 對。熵是狀態(tài)參數(shù)。2、用100 C的熱源非常緩慢的

15、給冰、水混合物加熱，混合物經(jīng)歷的是準靜態(tài)過程。該 加熱過程是可逆過程。錯。溫差傳熱。3、任何燃氣輪機裝置都可以通過回熱的措施提高其熱效率。錯?；責岬臈l件是氣輪機出口溫度高于壓氣機出口燃燒室進口溫度。4、沸騰的水總是燙手的。錯。沸騰時的溫度與壓力有關(guān)，壓力越低，溫度越低，因此，沸騰不一定燙手。5、壓氣機的絕熱壓縮過程，由于無散熱損失，所以在壓力升高比一定的條件下，所消 耗的功最小。錯。等溫壓縮最省功。6、空氣的濕球溫度總是低于干球溫度。錯。對于飽和濕空氣濕球溫度等于干球溫度。7、水蒸氣的定壓氣化過程，由于溫度不變，所以內(nèi)能不變。 錯。水蒸汽不是理想氣體。8、處于熱力學平衡狀態(tài)的系統(tǒng)必然是一個均勻

16、系統(tǒng)。 錯。平衡狀態(tài)不一定是均勻狀態(tài)，例如飽和蒸汽。9、兩杯不同溫度的水，在等壓下進行絕熱混合，其熵不變。錯。絕熱混合過程是不可逆過程，熵增加。10、絕熱容器中間有隔板分開，一側(cè)裝有空氣，另一側(cè)為真空，現(xiàn)抽去隔板，由于空氣 經(jīng)歷了絕熱膨脹過程，所以溫度下降。錯。 內(nèi)能不變，溫度不變。三、選擇題：21分1、判斷后選擇的正確答案是d。a、工質(zhì)對外作出膨脹功，就一定吸熱；b、吸熱過程一定升溫；c、要使工質(zhì)升溫，就一定通過加熱的方式實現(xiàn)；d、工質(zhì)體積膨脹，是使熱變功的的根本途徑。2、某實驗報告稱，溫度為800K，壓力為6Mpa的燃氣進入燃氣輪機，在燃氣輪機內(nèi)絕試分析，該過程是(c)。( cP =4 /

17、 J.gK R 7 /J kKa可逆的：b不可逆的:C不可能實現(xiàn)的。3、某制冷循環(huán)中，工質(zhì)從溫度為73 C的冷源吸熱 100kJ ,并將熱量220KJ傳給溫度為27C的熱源，那么此循環(huán)為：(b)。熱膨脹后流出燃氣輪機。在燃氣輪機出口測得的數(shù)據(jù)是,P2 = 0.9Mpa， T2 = 450K，a可逆循環(huán)b不可逆循環(huán)c不可能實現(xiàn)4、工質(zhì)經(jīng)歷了一個放熱，升溫，壓力增加的多變過程，其多變指數(shù)變化的范圍是b。a、 0 : n ： 1 ；b、1 ： n ： k ；c、 n k ； d、n ： 05、 系統(tǒng)經(jīng)歷了一個不可逆的放熱過程，過程中，外界對系統(tǒng)作功150kJ，系統(tǒng)放熱100kJ，那么系統(tǒng)的熵的變化

18、d。a、 £：0 ； b、厶 S 0 ；c、厶 S = 0 ； d、無法判別6、 熱力學第一定律和第二定律說明，對于實際熱力過程 3。a、能量守恒，可用能也守恒；b、能量守恒，可用能增加；c、能量守恒，可用能減少；d、能量減少，可用能也減少。7、 空氣在漸縮形噴管中作一元、定熵流動，進口狀態(tài) T1=300K、p1=5bar、Cf1=100m/s，背壓 Pb=1bar，那么噴管出口。a、應(yīng)；b、；c、山八P1P1P1d、 P2 = Pb。三、分析題：(37分)1試推導理想氣體定壓比熱Cp與定容比熱Cv關(guān)系式：Cp- Cv= Rg5分解:dhdTduCp。= CVo'Rg 或 C

19、po - Cvo = Rg2、燃氣輪機理想簡單循環(huán)的排氣溫度高達400500C，這局部排氣放到大氣中的余熱很為客觀，有人提出下述三種方案，試分析是否有效，為什么？(1 )、將燃氣輪機出口的排氣送入另一個透平作功；(2 )、將排氣送入壓氣機升壓后在送入透平作功；(3)、將排氣送入回熱器，預(yù)熱壓氣機前的空氣。(10分)解：(1)、雖然燃氣輪機理想簡單循環(huán)的排氣溫度高達400500 C,但壓力已接近大氣壓力,無膨脹空間，所以不可能將燃氣輪機出口的排氣送入另一個透平作功。(2) 、將排氣送入壓氣機升壓后在送入透平作功，不可能，因為壓縮機消耗功與透平作 功抵消。熱機循環(huán)目的是熱變功，無吸熱過程，不可能實

20、現(xiàn)熱機循環(huán)。(3) 、將排氣送入回熱器，預(yù)熱壓氣機前的空氣，是可行的。壓縮后溫度升高，節(jié)能。3、試根據(jù)以下條件在無其他動力源的情況下，設(shè)計出兩種低溫余熱利用裝置的方案，并 比擬這兩種方案在各自理想的條件下的余熱利用率。12 分低溫余熱源溫度：t2 =150C :高溫熱用戶的溫度：300C ;環(huán)境溫度:(提示：余熱利用率即為向高溫熱源提供的熱量與低溫熱源放熱量之比。解:W0(1 )、制冷機:Q2150 273W0300 -150= 2.82Q2=2.82W0Q3.82W0熱機:W。二 Q1 t 二 Q1 125 273300 273 = 0.48Q1Q1 二 2.08W0W0熱利用率=(2)、熱

21、機:Q1 - Q1Q2,.82W0-2°8W0 =0.6172.82W0(25 +273 )Wo 山1Qj15T3"296QlQj =3.378W0制冷機：QiW300 273 =2.084300 25Qi =2.084W°4、畫出朗肯循環(huán)的T-s圖，并通過圖說明蒸氣初、終參數(shù)對循環(huán)熱效率的影響。(10 分)熱能利用率= Qi/084 "6i7Qi 3.3780pi' piT02 2'12提高蒸汽初溫后：Tm1 - Tm1，Tm2二Tm2由t = 1 可知提高蒸汽初溫后熱效率提高。Tmi提高蒸汽初壓后：Tmi * J，臨訂m2由t = 1

22、 一小2可知提高蒸汽初壓后熱效率提高。降低乏氣壓力后：TmTmi，Tm2 “Tm20qm1d =m0ou-02umid = mohim°uo 二 mohi此時雖然Tm1降低，但是它對整個加熱過程的平均 加熱溫度影響較小。由tlH 可知降低乏氣壓力后熱效率提高。Tml四、計算題：52 分1、有一儲氣罐，初始時其內(nèi)部為真空，如下圖，現(xiàn)連接于輸 氣管道進行充氣。輸氣管內(nèi)空氣狀態(tài)始終保持穩(wěn)定，5 =3Mpa , T =300K, h1= 301.8kJ / kg。儲氣罐的容積為0.5m3, 當儲氣罐內(nèi)氣體的壓力為 2Mpa,時，停止充氣。如忽略充氣過程中氣體的流動動能及重力位能的影響，而且管

23、路、儲氣罐、閥門都是絕熱的，假設(shè)該氣體與溫度的變化關(guān)系為u =0.72TkJ / kg，求充氣后儲氣罐內(nèi)氣體的溫度。10 分解：取儲氣罐為開口系統(tǒng)。dmbqm1 - qm2u0 =0. 7 2T0=3 0 1. 8T0 =4 1 9. 1K72、壓力為6Mpa干度為0.75的蒸汽穩(wěn)定流經(jīng)一個直徑為0.02m的絕熱管道，經(jīng)過閥門后絕熱節(jié)流到0.1Mpa。如下圖，假設(shè)要求節(jié)流前后蒸汽的流速保持不變，那么節(jié)流后管道直解：穩(wěn)定流動:徑為多少米？ 12分p(Mpa)h' (kJ/kg)h (kJ/kg)v'斥他v“(m/kg)0.1417.522675.10.00104321.69436

24、1213.32783.80.00131900.03244進口處:w =v1 xdw-vl) =0.0013190.75 (0.03244 - 0.001319) = 0.0247 m3/kghh； x1(hh1) =1213.30.75 (2783.8 - 1213.3) = 2391.175kJ / kg23.14 0.0242= 3.14 10 m出口處:=2391.175kJ /kgX2g/391.175 -417.52 =55=0.874h2 -h22675.1 -417.522257.58v2 二 v2 x2(v2 -v2) =0.0010432 0.874 (1.6943 -0.0

25、010432) = 1.481m3/kgA|Cf1A2cf 2A1A2v1v2-1.883 10，m21.481 314 10 鼻二 0.155mAd23、有一臺可逆熱機，經(jīng)歷了定容吸熱1-2、定熵膨脹2-3和定溫放熱3-1之后完成了一個循環(huán)。假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，比熱為定值，循環(huán)各點的溫度T、T2、T3。1 試將此循環(huán)定性地表示在p-v圖和T-s圖上。2試寫出循環(huán)熱效率計算式。3 試討論改變哪一點參數(shù)可以提高循環(huán)熱效率？用平均溫度法在T-S圖上加以說明。S(2)吸熱量：q1 二 Cv0(T2 -T1)因為2-3過程是定熵膨脹過程，所以有T2v2 _1又因為1 - 2過程是定容吸熱過程，所以V13- 1是定溫放熱過程，所以T1 = T3。所以T2vkJk-1kJT3V3二 丁2比二哄-V