工程熱力學試卷與答案

1、5、干度x的取值可以是（）。5、干度x的取值可以是（）。一、是非判斷：是在（）內(nèi)畫“”號，非在（）內(nèi)畫“”號，每題1分，共10分1、熱力系是指所有參與熱力過程的物體群（）。2、絕熱閉口系的熵增就是孤立系的熵增（）。3、狀態(tài)方程是描述狀態(tài)參數(shù)之間關系的方程（）。4、平衡狀態(tài)是指在沒有外界作用的條件下，熱力系宏觀性質(zhì)不隨時間變化的狀態(tài)（）。5、通用氣體常數(shù)對實際氣體和理想氣體都是一個不變的常數(shù)（）。6、工質(zhì)經(jīng)過不可逆過程的熵變必然等于經(jīng)歷可逆過程的熵變（）。7、理想氣體的熱力學能、焓和熵都僅僅是溫度的單值函數(shù)（）。8、理想氣體絕熱節(jié)流后溫度不變（）。9、在=1時，干球溫度t濕球溫度t和露點溫度t不

2、相等（）。wd10、任何動力循環(huán)，循環(huán)凈功w總等于循環(huán)凈熱量q，即總有w=q（）。0000二、選擇填空：每題1分，共10分1、絕熱系與外界沒有（）交換。A、熱量B、物質(zhì)C、功TOC o 1-5 h z2、在所列的壓力中哪個不是狀態(tài)參數(shù)（）。A、絕對壓力B、分壓力C、表壓力3、功損來自于（）。A、不等溫傳熱B、物質(zhì)交換C、運動摩擦4、不可逆損失來源于（）。A、運動摩擦B、不等溫傳熱C、任何耗散效應(s1-A、x=1B、x1C、x16、漸縮噴管出口氣體的流速是（）。A、M1C、M=17、不可逆循環(huán)的熵產(chǎn)必然是（）。A、等于零B、大于零C、小于零8、卡諾熱機效率比實際熱機效率（）。A、小B、二者相等

3、C、大9、制冷系數(shù)e可以是（）。A、大于1B、等于1C、小于110、供熱系數(shù)Z可以是（）。A、大于1B、等于1C、小于1三、指出下列各對概念之間主要的區(qū)別每題2分，共10分1、理想氣體與實際氣體2、定容比熱與容積比熱3、可逆過程與不可逆過程4、熵流與熵產(chǎn)5、飽和濕蒸氣與飽和濕空氣四、某容器被一剛性壁分成兩部分，在容器的不同部位安裝有壓力表，如下圖所示。壓力表B上的讀數(shù)為75kPa,壓力表C上的讀數(shù)為0.llMPa。如果大氣壓力為97kPa，試確定壓力表A上的讀數(shù)及容器兩部分內(nèi)空氣的絕對壓力。（10分）五、某熱機在每個循環(huán)中從T=600K的高溫熱源吸收Q=419kJ的熱量和可逆地向11T=300

4、K的低溫熱源假設分別排出（1）Q=209.5kJ；（2）Q=314.25kJ；（3）222Q=104.75kJ熱量，請用兩種方法計算證明，在這三種情況中，哪個是不可逆的、2哪個是可逆的和哪個是不可能的？并對不可逆循環(huán)計算出其不可逆損失，大氣環(huán)境溫度T=300K（20分）0六、溫度為300K天然氣（甲烷）絕熱節(jié)流后壓力由4MPa降為2MPa，試求（1）節(jié)流造成天然氣比熵的增加AS；（2）節(jié)流造成天然氣熵產(chǎn)S；（3）如果天然氣由上述參數(shù)經(jīng)過膨脹透平進行可逆絕熱膨脹，壓力也降為2MPa，那么每kg天然氣將能作出多少功？（4）將節(jié)流過程和可逆絕熱膨脹過程分別畫在T-S圖和P-V圖上。天然氣（甲烷）視為

5、定比熱理想氣體，k=1.3，R=518.3J/（kgK）（10分）0g七、如圖所示，一次抽汽回熱循環(huán)，蒸汽初壓力吟W，初溫fi=eDtft，抽汽壓力弘：尬繃制，并已知各點值如下：婦碩佃佝踱:和制咖，鍋爐總加熱量帚酬E盼卿試求：（1）鍋爐內(nèi)水的質(zhì)量流量；（2）兩臺水泵總耗功率；（3）汽輪機作功率；（4）冷凝器放熱；（5）循環(huán)熱效率。（25分）八、蒸汽動力循環(huán)中，蒸汽輪機排氣壓力嗖是否越低越好？降低有哪些限制？（5分2007年秋季學期工程熱力學答案（A卷）一、1（）；2（）；3（）；4（）；5（）；6（）；7（）8（）；9（）；10（）。二、1A；2B、C；3C；4A、B、C；5A、C；6A、C；

6、7B；8A、B、C；9AB、C；10A。三、1可逆過程沿原路反向進行使系統(tǒng)恢復到原狀態(tài)之后，給系統(tǒng)和外界均沒有留下任何影響；不可逆過程沿原路反向進行使系統(tǒng)恢復到原狀態(tài)之后將給外界留下某種不可消除的影響。2二者差異在體積和作用力上，理想氣體分子本身無體積，分子間無作用力而實際氣體恰恰相反。3.二者計量的基礎單位相同，容積比熱是以單位體積（容積m3）來計算；而定容比熱是以單位質(zhì)量（kg）來計算，而且比容是不變的。4二者差別在于起因不同。熵流來自熱力系與外界間的相互作用（熱量交換、質(zhì)量交換）引起的熵的變化量；熵產(chǎn)來自熱力系內(nèi)部不可逆因素（內(nèi)摩擦、內(nèi)熱流等）所造成的熵的產(chǎn)生量。二者差別有二，其一，濕蒸

7、氣是一種化學成分HO構成的，而飽和濕空氣是2空氣和水蒸氣多種化學成分構成的；其二，飽和濕蒸氣是飽和液體（水）和干飽和蒸汽的混合物，其中水和蒸汽都是飽和的；飽和濕空氣雖是干空氣和水蒸氣的混合物，其中水蒸氣是飽和的，但空氣遠未達到飽和。四、解：P=P+P=0.llMPa+O.097MPa=0.207MPa1cb/P=P+PP二P-P=0.207-0.075=0.132MPa1B221B/P=P+P2AbP=AP-P=0.132-0.097=0.035MPa2b五、1.采用孤立系統(tǒng)熵增原理證明（4）Z：:易&W血:占隣：妙:2采用卡諾定理證明3采用克勞修斯積分計算證明a+=4i9+5=0才迂沢；：，

8、：，可逆務耆筒晉二心,不可逆a+=41?+2lM750亍遷區(qū)；-，不可能六、(1)甲烷視為定比熱理想氣體，絕熱節(jié)流過程溫度不變，因而其比熵的增加為13-1七、解：先求出抽氣量a4點焓值：由回熱器能量方程aW皿秸，可得俎一耐2906-19226(1)鍋爐內(nèi)的水質(zhì)流量島=如卡烏0=H035+00010925x(6x10*-OJxlO*)xlO=64fr3ftW7屜ft2_了67董滬3657-646J6(2)水泵耗功比=也偽為)=Q茁(毎毎)=a-0_l5)x91_9xG9226-191_76=3&冬=備5備)=91.9x(64636-64035)=552J2JUTPr=些+w=38L26+5523

9、2=jQOtiWK汽輪機功率吟二=內(nèi)蹴*Q嘛臥*2)=口仍72+Q22了fi)=12771VF蚯%=並=91-9x12771=1174x1(/*冷凝器放熱量Qa二跆(施坷)=(1咖內(nèi)禺=a-0_165)x91_9xC2276-191J2S)=lJ95xl(j5Iw循環(huán)熱效率八、蒸汽動力循環(huán)中蒸汽輪機的排氣壓力P并不是越低越好。從汽輪機自身膨2脹作功這個局部來看，在初態(tài)不變的前提下，P越低，蒸汽在汽輪機中膨脹做功2越多，當然有利。但是從裝置全局分析，并非P越低越好。因為，PI,必然要22求凝汽器真空度t，-凝汽器換熱面積t，-冷卻水量t，-冷卻管徑t，-冷卻水泵耗功f=導致制造成本、初投資和運行

10、費用增加。綜合考慮這些因素，PI未必帶來整體裝置經(jīng)濟性t，這是一個經(jīng)濟性限制。還有蒸汽輪機排汽為飽2和濕蒸氣，排汽壓力PI,取決于排氣溫度tI,這個t總要比冷卻水溫高，才222能有效冷卻放熱，而冷卻水溫度只能維持在O-35oC,必須在零度以上。綜合這些因素之后，排汽溫度t大約為30oC左右。所以P大約為0.05MPa左右，這是PI222的傳熱學限制。還有個限制就是如果P太低了，則會造成yt,導致汽輪機低22壓缸末級蒸汽濕度過大，不利于汽機安全運行。、單選題（40分，每題2分）比熱是過程量，定壓比熱B。表示比體積一定時比內(nèi)能隨溫度的變化率B.是溫度與壓力的狀態(tài)函數(shù)C.與系統(tǒng)質(zhì)量成正比D.也是過程

11、量對閉口系任意微元過程，若系統(tǒng)的熵變等于零，則C。A.該過程可逆B.該過程不可逆C.無法判定過程的可逆與否D.必為吸熱過程概括性卡諾循環(huán)熱機的效率可以表示為AA.=TTB.=t2T2C.=詐netD.=212（下標“1”表示高溫，“2”表示低溫，“net”表示循環(huán)）理想氣體多變過程的比熱為Dn-kC.c=cnn一1pn一kD.c=cnn1vppA.c=-nB.c=nTOC o 1-5 h znvnv在壓縮比相同、吸熱量相同時，定容加熱循環(huán)（0tto）、定壓加熱循環(huán)（Diesel）和混合加熱循環(huán)的效率、）大小依次為B。tVtptmA.tptmtVB.tVtmtpC.tptVtmD.tVtptm6

12、.對于閉口系絕熱過程，錯誤的表述是D。A.熵變等于熵產(chǎn)B.過程功的大小等于內(nèi)能差C.熵變必大于零D.必為等熵過程7.準平衡過程是指B的過程。A.弛豫時間很長B.不平衡勢差無限小C.溫差無限小D.壓差無限小8.理想氣體的比內(nèi)能和比焓C。A.是溫度與壓力的函數(shù)B.是壓力的函數(shù)C.在初終態(tài)壓力不同,溫度相同時的變化值相同D.在初終態(tài)壓力相同,溫度不相同時的變化值相同9.q=du,pdv適用于C_。A.定壓過程B.準平衡過程C.無耗散的準平衡過程D.理想氣體的任意過程濕空氣B。A.可當作純物質(zhì)來處理B.中的干空氣與水蒸汽均可視為理想氣體C.中的干空氣與水蒸汽的狀態(tài)由分體積定律確定D.中的干空氣必須視為

13、混合物在理想氣體壓容圖上，等熵線C。A.的斜率為kPB.比等溫線平緩C.比等溫線陡D.的斜率為Pvv閉系經(jīng)歷一不可逆循環(huán)，作循環(huán)功5KJ,則D_。A.熵變小于零B.循環(huán)熱小于5KJC.熵變大于零D.循環(huán)熱等于13.空氣的平均分子量為28.97,A5KJ定壓比熱c=1004J/(kg.K),其定容比熱為pJ/(kg.K)。C.1006D.2006A.717B.0.717、熱量爛(Ex,QA。D.恒為負A.是過程量B.是狀態(tài)量C.恒為正相同初終態(tài)參數(shù)條件下，不可逆過程的B。A.熵變一定大于可逆過程的熵變B.焓差一定等于可逆過程的焓差C.熵變一定小于可逆過程的熵變D.焓差一定小于可逆過程的焓1kg理

14、想氣體在一容器內(nèi)作絕熱自由膨脹，體積擴大了兩倍，熵差為A_。A.R17.濕空氣的相對濕度=100%時，表明空氣中B。A.只有水蒸氣B.的水蒸氣處于飽和狀態(tài)C.的水蒸氣的絕對含量很高D.的干空氣處于飽和狀態(tài)18.濕空氣的狀態(tài)可以由A確定。A.3個強度參數(shù)B.總壓與干球溫度C.總壓與相對濕度D.比焓和濕球溫度19.攝氏溫標BA.是經(jīng)驗溫標C.有兩個基準點是由熱力學溫標導出的溫標D.在水的冰點與沸點無量測誤差20.與理想氣體比較，實際氣體的最大兩個特點是A。A.分子占有體積和分子間有作用力B.分子占有體積和壓縮因子等1壓縮因子等于1和分子間有作用力D.以上選擇都不對二、作圖題（10分,每題5分）定性

15、地畫出具有回熱的燃氣輪機裝置示意圖。并在T-s圖上定性地畫出各個不同的熱力過程，并說明這些過程各在哪個部件內(nèi)完成的，其特點是什么？vT在T-s圖上表示每公斤理想氣體由狀態(tài)1等熵可逆膨脹到狀態(tài)2時膨脹功的大小。并說明為什么。wuuuuq陰影面積12121331三、簡述題（20分，每題10分）1.簡述熱量的定義。在熱力系統(tǒng)中有絕熱閉口系的定義，在開口系統(tǒng)中，由于有流體的進出，就不可能有絕熱開口系，該說法對否？分析之。答：熱量是過程量，是體系與體系之間或體系與環(huán)境之間通過溫差傳遞的無序能量。開口系也可以是絕熱的，因為流體進出帶進和帶出的是流體的焓與動勢能。2.在循環(huán)最高溫度與最低溫度一定的條件下，說

16、明Brayton循環(huán)（布雷頓定壓加熱循環(huán)）的循環(huán)功和增壓比之間的關系，熱效率和增壓比之間的關系，并給出最佳熱效率和極限熱效率的定義。答：Brayton循環(huán)的熱效率僅隨增壓比的升高而升高，當增溫比一定時增壓比存在一最大值，此時的熱效率稱為極限熱效率。當增壓比從最?。ǖ扔?）變到最大時，循環(huán)功并非單調(diào)增，而是在增壓比最小與最大值間存在一最佳增壓比，此時循環(huán)功最大。最佳增壓比對應熱效率稱最佳熱效率。四、計算題（30分，每題15分）1.欲設計一熱機，使之能從973K的高溫熱源吸熱2000kJ,并向溫度為303K的冷源放熱8OOkJ。（1）此循環(huán)能否實現(xiàn)？（2）若把此熱機當制冷機用，從冷源吸熱800kJ

17、，能否向熱源放熱2000kJ?若使之從冷源吸熱800kJ，至少消耗多少功，并向熱源放熱多少？。解：1）QQ,QTTr12000800?=0.5848kJ/k0可實現(xiàn)T97330321循環(huán)2Q1Q2（2），Q2= HYPERLINK l bookmark32TTT973303不可行（3）可逆循環(huán)耗功最少J2,型=0 HYPERLINK l bookmark36TTT973303r122000,800=0.5848kJ/k0Q=2568.98kJ1vv23Q=Q,Q=2568.98,800=1768.98kJ122.汽輪機裝置循環(huán)為Brayton循環(huán)，即定壓加熱循環(huán)。燃燒室出口溫度為t3=800C

18、，壓氣機進口為環(huán)境大氣壓P=0.1MPa，環(huán)境溫度t1=20C，壓氣機出口壓力p2=0.8MPa。循環(huán)功率為800KW，取空氣的cp=1004J/（kgK）,k=1.4,試求空氣的最小質(zhì)量流量。(JPk0.4解：T=T2=293.1581.4=531.03K21pIpi丿T二TT二293.15/531.031073.15二592.43K4T32w=c(T-T-TT)=1004(1073.15-592.43-531.03293.15)=243.82kJ/Kgnetp3421q=P/w=800/243.82=3.28kg/sminet工程熱力學I（A卷）（閉卷，150分鐘）班級姓名學號成績一、簡答

19、題（每小題5分，共40分）1.什么是熱力過程？可逆過程的主要特征是什么？答：熱力系統(tǒng)從一個平衡態(tài)到另一個平衡態(tài)，稱為熱力過程?？赡孢^程的主要特征是驅(qū)動過程進行的勢差無限小，即準靜過程，且無耗散。2.溫度為500C的熱源向熱機工質(zhì)放出500kJ的熱量，設環(huán)境溫度為30C,試問這部分熱量的火用（yong）值（最大可用能）為多少？30+273.15500+273.15丿=303.95kJ(答：E=5001-TOC o 1-5 h zX,q兩個不同溫度（T,T2）的恒溫熱源間工作的可逆熱機，從高溫熱源T1吸收熱量Q1向低溫熱源t2放出熱量q2,證明：由高溫熱源、低溫熱源、熱機和功源四個子系統(tǒng)構成的孤立

20、系統(tǒng)熵增AS=0。假設功源的熵變厶SW=0。isoW證明：四個子系統(tǒng)構成的孤立系統(tǒng)熵增為（1分）AS=ASASASk；(2)1nk評分：四條基本線（2分）兩條曲線（2分）n取值（1分）2.如圖所示T-s圖上理想氣體任意可逆過程12的熱量如何表示？熱力學能變化量、焓變化量如何表示？若過程12是不可逆的，上述各量是否相同？（請寫出簡明的作圖方法。）答：對可逆過程，熱量為面積1-m-k-2-1,熱力學能變化量為面積1-m-n-2v-1,焓變化量為1-m-g-2p-1。對不可逆過程，熱量無法表示，熱力學能和焓變化量相同三、計算題：(共50分)1.壓氣機在95kPa、25C的狀態(tài)下穩(wěn)定地以340m3/m

21、in的容積流率吸入空氣，進口處的空氣流速可以忽略不計；壓氣機排口處的截面積為0.025m2,排出的壓縮空氣的參數(shù)為200kPa、120C。壓氣機的散熱量為60kJ/min。已知空氣的氣體常數(shù)Rg=0.287kJ/(kg.K),比定熱容cV=0.717kJ/(kg.K)，求壓氣機所消耗的功率。(16分)解：以壓氣機中空氣為研究對象，其穩(wěn)定工況的能量方程為shQ+(h其中：Q6010360-c22+gz)m，(h+匚122+gz)mc2+112，1000(J/s)pVm=1-RTg1c2+gz)m，(h+gz)m122295103287x(273+25)340606.2944(kg/s)a)c0m

22、/s1Az=0mmRT6.2944x287x(273+120)200 x103x0.025g2141.99(m/s)pApA200 x103x0.0252222Ahh-hcAT(273+717)x(120-25)=95380.0(J/s)21p將以上數(shù)據(jù)代入式(a),可得壓氣機所消耗的功率為：141.992W-1000+6.2944x(-95380.0-)=-6.648x105(J/s)sh20.1MPa17C2kg0.07MPa67C-A2.在高溫環(huán)境中有一容器,A側(cè)裝有2kg氮氣,壓力為0.07MPa,溫度為67C；B側(cè)裝有8kg氮氣,壓力為0.1MPa,溫度為17C,A和B的壁面均為透熱

23、壁面，它們之間用管道和閥門相連，見附圖?，F(xiàn)打開閥門，氮氣由B流向A。氮氣可視為理想氣體，已知氣體常數(shù)RgN=297J/（kgK）,過程中的平均定容比熱容ev=0.742kJ/（kgK）,，若壓力平衡時容器中氣體溫度為t2=40C,試求：（1）平衡時終壓力P2;吸熱量Q:氣體的熵變。（18分）解：（1）容器A和B的容積分別為“mARTA12x297x340nOOC1AgA12.8851m3AP0.07x106A1“mBRTB18x297x290八、BgB16.8904m3（4分）BP01x106B1取A+B中的氣體為系統(tǒng)（CM）,m=mA+mB=2+8=10kg=VA+VB=2.8851+6.8

24、904=9.7755m3（2分）AB終態(tài)時的氣體壓力mRT10 x297x313八Pg209/330.0951MPa(2分)2V9.7755按題給，系統(tǒng)不對外作功，有QUmeT一c(mT+mT)v2vAA1BB110 x0.742x3130.742x(2x340+8x290)(5分)2322.462226=96.46kJ原在A中的氮氣熵變(2分)Tp273+4000951Sm(cln2Rln2)=2x(1.039ln0.297ln)=0.3540kJ/KAaptgP273+670.07AA原在B中的氮氣熵變(2分)TP273+4000951Sm(cln2Rln2)=2x(1.039ln0.29

25、7ln)=0.7538kJ/KBB、pTgP273+170.1BB全部氮氣的熵變SS+S-0.3540+0.7538二0.3998kJ/K(1分)AB3.將100kg溫度為30C的水與200kg溫度為80C的水在絕熱容器中混合，假定容器內(nèi)壁與水之間也是絕熱的，且水的比熱容為定值，取e4.187kJ/（kgK），環(huán)境溫度為17C。求混合過程導致的可用能損失？（16分）解：以絕熱熔器內(nèi)水為研究對象，由其能量方程可得m1CT1+2CT2（m1+2）CT可得mT+mTI22m+m12100,303+200,353100+200336.33K水的混合過程的熵變?yōu)锳SS+SfgTTASmeIn+meIn1

26、T2TT1T2100,4.1871n336.33+200,4.1871n336.33=3.186(kJ/K)303353混合過程的做功能力的損失為ITS290,3.186923.94(kJ)0g工程熱力學（機械2005級）試題參考答案2007-2008學年上學期時間120分鐘工程熱力學課程32學時2學分考試形式：開卷專業(yè)年級：機械05級總分100分，占總評成績70%一、填空（每空2分，總計20分）1、基本熱力學狀態(tài)參數(shù)有：（壓力）、（溫度）、（體積）。2、理想氣體的熱力學能是溫度的（單值）函數(shù)。3、熱力平衡的充要條件是：（系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界之間各種不平衡的熱力勢差為零）。4、不可逆絕熱過程中

27、，由于不可逆因素導致的熵增量，叫做（熵產(chǎn)）。5、卡諾循環(huán)由（兩個可逆定溫和兩個可逆絕熱）熱力學過程組成。6、熵增原理指出了熱力過程進行的（方向）、（限度）、（條件）。簡答題（20分）1、（5分）如圖1，某種理想氣體有兩任意過程a-b和a-c，已知b,c在同一可逆絕熱線上，試問：Auab和Auac哪個大？解：（方法一）過b、c分別作等溫線，因為TT，故uubcbe即Au，u一uAu，u一uabbaacca（方法二）考慮過程b-cq，Auw，u一uwcbq，0vvw0cbuu，AuAu方法二b0圖2：2）指出過程加熱或放熱，膨脹或壓縮。方法一2、（5分）某理想氣體經(jīng)歷4個過程，如圖2所示（1）將各

28、過程畫在p-v圖上，并說明作圖過程；解：因為：q=Auw1-3：1nk，且TT及S0,q0所以w0邊壓縮邊放熱1-2：kn且TvT及SS，貝寸Au0,q0邊膨脹邊放熱1-4：0n，且TT及SS144141RAu0,q0w二gTT0邊膨脹邊吸熱n1141-5：1nS155151Au0,w0邊膨脹邊吸熱邊降溫3、（6分）某循環(huán)在700K的熱源及400K的冷源之間工作，如圖3所示。（1）用克勞修斯積分不等式判別循環(huán)是熱機循環(huán)還是制冷循環(huán)，可逆還是不可逆?（3分）（2）用卡諾定理判別循環(huán)是熱機循環(huán)還是制冷循環(huán)，可逆還是不可逆?（3分）解：圖3W二QQnet12Q二W+Q二10000kJ+4000kJ二

29、14000kJ1net2方法1：設為熱機循環(huán)8QQQTTTrr1r214000kJ4000kJl0kJ/K,0不可能700K400K設為制冷循環(huán)：Q1Q2TTTrr1r214000kJ4000kJ-10kJ/K700K400K符合克氏不等式，所以是不可逆制冷循環(huán)方法T400K1-l1-0.4286CT700Kh不可能WnettQ11104000000kkJJ0.7126，tC設為制冷循環(huán)400KQ2wnetTc1.33cTT700K400K00故該可逆多變膨脹過程是吸熱過程4、（15分）0.5kmol某種單原子理想氣體，由25C,2m3可逆絕熱膨脹到latm,然后在此狀態(tài)的溫度下定溫可逆壓縮回到2m3。（1）畫出各過程的p-v圖及T-s圖