工程热力学试题参考答案及评分标准(2009).pdf

工程热力学 机械 2007 级 试题参考答案 2008 2009 学年 上 学期 时间 120 分钟 工程热力学 课程 32 学时 2 学分 考试形式 开 卷 专业年级 机械 07 级 总分 100 分 占总评成绩 70 注 此页不作答题纸 请将答案写在答题纸上 一 填空 每空 2 分 总计 20 分 1 孤立系统 2 正向循环 逆向循环 3 系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零 4 热力学能 宏观动能 重力位能 5 热量 6 65 29 7 ws h1 h2或 wt h1 h2 二 简答题 20 分 1 4 分 解 该过程气体 系统 不做功 从初态变化到终态为非准静态平衡过程 无法在 p v 图上表示该热力过程 所以热力学能的变化量等于零 2 5 分 解 因为 wuq 1 3 1 3 1nk 1 及0 0uq 所以 0w 边压缩边放热 1 2 1 22121 t ts skn 且及 则 0 0w 边膨胀边放热 1 4 1 44141 0nttss 且及 0 0uq 14 0 1 g r wtt n 边膨胀边吸热 1 2 g 1g 2 12 1 1 d1 11 n n r tr p wp vtt npn 1 分分 2 分分 1 分分 1 分分 1 分分 1 分分 1 5 1 5 1nk 5151 且t s 0 0uqw 边膨胀边吸热边降温 3 5分 4 6分 1 2分 答 不矛盾 实际气体有两个独立的参数 理想气体忽略分子间的作用力 所以只取决于温度 2 2分 答 不正确 注意同等的条件 3 2分 答 不正确 熵增大的过程不一定为吸热过程 因为熵增大包括熵流和熵产两部分 只有熵 流大于0 才是吸热过程 只有熵流等于0的可逆过程 才是可逆绝热过程 三 计算题 60分 1 10分 解 由于可逆过程对外界作功最大 故按可逆定温膨胀计算 由活塞的运动规律可知 当活塞两侧的压力差为零时 活塞的速度达到最大值 此时 氧气的压力为0 1mpa 由理想气体状态方程可得活塞移动的距离为5l 证明 取热机 热源 冷源组成闭口绝热系 1000kj 2 272kj k 273 15 167 k s 热源 所以该热机是不可能制成的 568kj 2 027kj k 273 157 s 冷源 0s 热机 iso 2 272kj k2 027kj k0 245kj k0s 1 分分 1 分分 5 分分 1 分分 1 分分 1 分分 1 分分 1 分分 1 分分 3 分分 查附表可知 氧气的气体常数rg为260j kg k 所以 拔除销钉后 活塞可能达到的最大速度为112 m s 2 10分 解 取气罐为系统 则该系统为一开口系统 考虑一股流体流流入罐内 无流出 3 15分 解 查附表知空气的气体常数为rg 0 287kj kg k 1 取整个气缸为闭口系 因为气缸绝热 所以 q 0 又因为活塞导热而无摩擦 w 0 且平衡时a b两侧温度相等 即 ta2 tb2 t2 由闭口系能量方程得 0 0 1212 tt cm tt cm uuu bvbava ba 即 因为 ta1 tb1 t1 300k 于是终态平衡时 两侧的温度均为 t1 t2 300k 2 取整个气缸为闭口系 当终态平衡时 两侧压力相等 设为 p2 则 22 1111 2 21111 2 1111 111 0 15mpa abgg aabb ggab aabb ab mmr tr t p vp v p vr tr tvv t p vp v t vv 3 k j p p ln t vp p p lnrms a a aa a gaa 9181 2 1 1 11 1 2 k j p p ln t vp p p lnrms b b bb b gbb 3521 2 1 1 11 1 2 整个气缸绝热系的熵变 k j sss ba 5660 2 f 1 d 2 cvini qemhcgzw 0 0 d d icvinin qwem hum h 忽略动能差和位能差 221 121 211 1 2 2 in m umum hmm h mm hmu u m 积分 2 分分 3 分分 1 分分 1 分分 1 分分 3 分分 4 分分 2 分分 1 分分 2 分分 1 分分 1 分分 3 分分 1 分分 2 分分 2 分分 2 分分 4 15分 解 查附表知氮气的气体常数为rg 0 297kj kg k 摩尔质量为28g mol 3 13 21 6 1 0 297 10 35273 0 457m kg 0 2 10 g r t vv p 2 21 1 180273 0 20 294 35273 t ppmpa t 55 8 3145j mol k 20 786j mol k 22 vm cr 3 20 786j mol k 742j kg k 28 10 kg mol vm v c c m 77 8 3145j mol k 29 101j mol k 22 pm cr 3 29 101j mol k 1039j kg k 28 10 kg mol pm p c c m 气体膨胀功 0 w 技术功 63 112 0 457 0 20 294 101042 9kj kg t wv pp 比焓变化量 21p 1 039 18035 150 66kj kg p hcttq 比热力学能变化量 0 74218035107 59kj kg vv uctq 焓变化量 12 1000kg 150 66kj kg 150660kj p hmhq 热力学能变化量 12 1000kg 107 59kj kg 107590kj v umuq 5 10分 解 ccccm qm c tt wwwmw qm ctt cw qq cccm m c tt wwmw m ctt 代入数据解得 32 48 m t 32 48273 ln6 4 187 ln1 23kj k 18273 mm ww tt wwm www tt w m c dttq sm c ttt 32 48273 ln0 8 0 47 ln0 54kj k 1000273 mm cc tt ccm ccc tt