工程热力学期末试题答案

1、全国考研专业课高分资料中北大学工程热力学期末题笔 记：目标院校目标专业本科生笔记或者辅导班笔记讲 义：目标院校目标专业本科教学课件期末题：目标院校目标专业本科期末测试题 2-3套模拟题：目标院校目标专业考研专业课模拟测试题 2套复习题：目标院校目标专业考研专业课导师复习题 真 题：目标院校目标专业历年考试真题，本项为赠送项，未公布的不送中北大学工程热力学试题（A ）卷（闭卷）2013-2014学年第 一学期学号:姓名:一、单项选择题（本大题共15小题，每题只有一个正确答案，答对一题得 1分, 共15分）1、压力为10 bar的气体通过渐缩喷管流入1 bar的环境中，现将喷管尾部截去一段，其流速

2、、流量变化为。A.流速减小，流量不变B.流速不变，流量增加C.流速不变，流量不变D. 流速减小，流量增大2、某制冷机在热源T1= 300K,及冷源T2= 250K之间工作，其制冷量为1000 KJ,消耗功为250 KJ，此制冷机是A.可逆的B.不可逆的C.不可能的D.可逆或不可逆的3、系统的总储存能为A. UB.U pVC. U me： / 2 mgzD.U pV me： /2mgz4、熵变计算式 s CpI n( T2/T1)RgIn（p2 / P1）只适用于A. 切工质的可逆过程B.一切工质的不可逆过程C.理想气体的可逆过程D.理想气体的一切过程5、系统进行一个不可逆绝热膨胀过程后，欲使系

3、统回复到初态，系统需要进行一个【】过程【】A. 可逆绝热压缩B.不可逆绝热压缩C.边压缩边吸热D.边压缩边放热6 、 混 合 气 体 的 通 用 气 体 常 数 ， 【 】 【】A.与混合气体的成份有关B.与混合气体的质量有关C.与混合气体所处状态有关D.与混合气体的成份、质量及状态均无 关系7、贮有空气的绝热刚性密闭容器中装有电热丝，通电后如取空气为系统，则【> 0,力】> 0,A U> 0,U> 0， W=0W> 0=0=0， U> 0， W> 0， U=0， W=08、未饱和空气具有下列关系【】> t w> td> t d &g

4、t; t w.= t d =t w =tw> t d9、绝热节流过程是 【 】 过程。【】A. 定压B定温C.定熵D.节流前后焓相等10、抽汽式热电循环的结果是【】A. 提高循环热效率，提高热能利用率B. 提高循环热效率，降低热能利用率C. 降低循环热效率，提高热能利用率D. 降低循环热效率，降低热能利用率11、一个橡皮气球在太阳下被照晒， 气球在吸热过程中膨胀， 气球内的压力正比 于 气 球 的 容 积 ， 则 气 球 内 的 气 球 进 行 的 是A. 定压过程B.多变过程C.定温过程D.定容过程12、气体的容积比热是指【】A. 容积保持不变的比热。B. 物量单位为一立方米时气体的比

5、热。C. 物量单位为一摩尔容积气体的比热。1000 KJ ，其结果是15、热机从热源取热1000 KJ，对外作功A. 违反第一定律B.违反第二定律C.违反第一及第二定律D. 不违反第一及第二定律D. 物量单位为一标准立方米时气体的比热。13 、 抽 气 回 热 循 环 改 善 了 朗 肯 循 环 ， 其 根本原因在于【】A. 每公斤水蒸汽的作功量增加了B. 排气的热能得到了充分利用C. 水蒸汽的平均吸热温度提高了D. 水蒸汽的放热温度降低了14、孤立系统是指系统与外界【】A. 没有物质交换B.没有热量交换C.没有任何能量交换D.没有任何能量传递与质交换第二部分 非选择题（共 85 分）二、判断

6、题（本大题共10小题，每题1分,共10分,答A表示说法正确.答B表 示说法不正确 , 本题只需指出正确与错误 , 不需要修改 ）16、孤立系统的熵与能量都是守恒的。（）17、实际气体在压力趋于零的极限状态就成为理想气体。（）18、容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。（）19、在 TS 图上，任意二条可逆绝热过程线不能相交。（）20、 再热循环的主要目的是提高汽轮机尾部排汽干度。（）21、 任一热力循环的热效率都可用n = 1 q2/q 1 = 1 T2/T i计之。（）22、 孤立系统达到平衡时总熵达极大值。（）23、 一桶具有环境温度的河水与一杯沸水，前者的可用能大于后者。（）

7、24、 凡符合热力学第一定律的过程就一定能实现。（）25、卡诺循环的热效率仅取决于其热和冷源的温度，而与工质的性质无关。（）三、填空题（本大题共5小题，每空1分,共12分。）26、混合气体由N和CO组成，已知N的质量成分为，则混合气体的平均气体常数Rj,eq=，平均摩尔质量 Meq=。（N2的摩尔质量为 0.028kg/mol，CO为 0.044 kg/mol）27、 冬季取暖，若不采取任何其他措施，室内温度 ，室内相对湿度。（填增大，减少或不变）。28、湿蒸汽的干度定义为。已知湿蒸汽的干度为，其中干饱和蒸汽的质量为6 kg，则饱和液体的质量为 kg。001950 c800c29、 氧气的平均

8、比定压热容 Cp 80cc 0.914kJ/（kg.K），Cp 09： c 0.933kJ /（kg.K），则 cp 805?30、范德瓦尔方程式的表达式为： ，其中常数a是对的修正。常数b是对的修正 四、名词解释（本大题共4小题，每题4分,共16分。）31、干饱和蒸汽、湿饱和蒸汽和过热蒸汽一32、热容的定义和单位33、湿空气的露点34、控制质量五、简答题（本大题共3小题，每题4分,共12分。）35、定压、定温、绝热和定容四种典型的热力过程，其多变指数的值分别是多少?36、简述蒸汽参数对朗肯循环效率的影响。37、准平衡过程与可逆过程有何共同处？有何区别？有何联系？634 -六、计算题（本大题共

9、4小题，共35分。）38、某蒸汽动力厂按一级抽汽回热（混合式）理想循环工作，如图所示，已知新 蒸汽参数pi=，ti=420°C,汽轮机排汽压力p2=，抽汽压力Pa=，忽略泵功。试求:（1）定性画出循环的T-s图；（2）抽汽系数a;（3）循环吸热量qi，放热量q2及输出净功3 net ;（4）循环热效率；（15分）p(MPa)t(0C)h(kJ/kg)skJ/Ps(MPa)h，(kJ/kg)h(kJ/kg)s， kJ/ skJ/4420139、一闭口系从状态1沿1-2-3途径到状态3,传递给外界的热量为，而系统对 外作功为30kJ，如图所示。（1）若沿1-4-3途径变化时，系统对外作功

10、15kJ，求过程中系统与外界传递的 热量。（2） 若系统从状态3沿图示曲线途径到达状态1,外界对系统作功6kJ，求该过 程中系统与外界传递的热量。（3） 若U2=175kJ,U3=，求过程2-3传递的热量及状态1的热力学能。（7分）40、m=2.26kg理想气体的气体常数 R=430J/，比热比k =。初温=477K,经可逆定容过程后终温T2=591&求QA U W A S°（ 7分）41、空气可逆绝热流过一喷管，入口压力 p1=，温度t1=800°C，出口压力p2=，此 喷管是什么外型的喷管？入口空气流速忽略不计，比热容和比热比取定值，分别为Cp=(kg K),

11、k =, R=287J/。求喷管出口空气的温度、流速、马赫数。(7 分)参考答案第一部分选择题（共15分）第二部分非选择题（共85分）、单项选择题（每题只有一个正确答案，答对一题得1分，共15分）1、C2、B3、C4、C5、C6、D7、C8、A9、D10、A11、B12、D13、C14、D15、B二、判断题（本大题共10小题，每题1分,共10分,答A表示说法正 确.答B表示说法不正确，本题只需指出正确与错误，不需要修改）16、B 17 、A 18、B 19、A 20、A21、B 22 、A 23、B 24、B 25、A三、填空题（本大题共5小题，每空1分,共11分。）26、x 10-3kg/m

12、ol27、增大 减少28、 饱和蒸汽的质量占整个湿蒸汽质量的比值2429、30、 （p -a2 ）（Vm b） RT 对气体分子间的引力对气体分子体积Vm四、名词解释（本大题共4小题，每题4分,共16分。）31、干度为1的湿蒸汽为干饱和蒸汽；（1分）蒸汽和水的混合物称为湿饱和蒸汽；（1分）温度高于蒸汽压力下所对应的饱和温度的蒸汽，称为过热蒸汽。（2分）32、物体温度升高1K（或1© 所需热量称为热容，以C表示。（2 分） 单位有J/、J/和J/ 。 （2分）33、在保持湿空气中水蒸气分压力 pv不变的条件下，降低湿空气温度而使其达到饱和状态时所对应的温度，称为露点。（4分）34、 一

13、个热力系统如果和外界只有能量交换而无物质交换，则该系统称为闭口系统。 闭口系统内的质量保持恒定不变，闭口系统又叫做控制质量。（4分）五、简答题（本大题共3小题，每题4分,共12分。）35、定压n=0,定容n=x,定温n=1,定熵n =k（4分）36、（1）提高初温，可提高热力循环效率和增大膨胀终点的干度，但受金属材料耐 热性能的限制。（2分）（2）在相同的初温和背压下，提高初压也可使热效率增大。会使乏汽干度降低， 设备强度的问题。（1分）（3） 降低背压可以显著提高循环热效率。受环境温度的限制。（1分）37、它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡状态 的状态组成的过程

14、。（2分）它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。（1分）一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。（1分）六、计算题（本大题共4小题，共36分。）38、（1）图略。（可参照教材p329图10-14）（2分）（2）抽汽系数2047普 0173 （2 分）（3） q1h1 h63261.4604.72656.7kJ / kg （2 分）X2S2S2ss>S1S2niS?S20.814 （2 分）h2h2X2（h2 h2）2124.0kJ/kg （2 分）q2（1）（h2 ha）（1 0.173）（2124.0163.4

15、）1621.4kJ/kg （2 分）netq1q22656.7 1621.41035.3kJ/kg （2 分）（4）qr 赛 39.0%（2 分）39、对途径1-2-3，由闭口系能量方程得U123 U3 U, Q123 W123（ 47.5） 3077.5kJ （1 分）（1）对途径1-4-3，由闭口系能量方程得（2 分）Q143U 143 W43U123 W43 77.5 1562.5kJ （系统对外放热）（2）对途径3-1，可得到Q31 U31 W3177.5 （6）71.5kJ （ 1 分）（3）对途径2-3，有3W232 PdV 0（ 1 分）则Q23 U23 W2387.5 1758

16、7.5kJ （ 1 分）U1 U3 U12387.5 （ 77.5）185kJ （ 1 分）40、 c 1 Rg 4301229J /（kg.K）（ 1 分）11.35 1W 0（ 1 分）Umo/（T2 T1） 2.26 1.229 （591 477） 317kJ（ 2 分）Q U 317 kJ （ 1 分）T591S mC/Ln 22.26 1.229 Ln0.595kJ / K （ 2 分）T147741、 P20.15 0.214 0.528 为缩放型喷管。（1 分）P10.7k 11.4 1T2 T1（P2）k 1073 （0.15） 1.4691K （2 分）p/0.7cf2 .

17、2cP（T1 T2）2 1004 （1073 691） 876m/s（2 分）Ma 亚j61.66（2 分）C2V1.4 287 691中北大学工程热力学 试题（A ）卷（闭卷）2012-2013学年第 一学期学号： 姓名：一、简答题（每小题5分，共40分）1. 什么是热力过程？可逆过程的主要特征是什么？答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力过程。可逆过程的主要特征是驱 动过程进行的势差无限小，即准静过程，且无耗散。2. 温度为500°C的热源向热机工质放出 500 kJ的热量，设环境温度为30° C,试问这部分热量的火用（yong）值（最大可用能）为多少？答:E

18、x,q 5001 30 2735500 273.153. 两个不同温度（Ti,T2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源Ti吸收热量Q向低温热源T2放出热量02,证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系 统熵增。假设功源的熵变 Sw=0。证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为（1 分）SisoSt1ST2SrSw对热机循环子系统：SR 10分S_Q1SisoT1Q2T20 01分根据卡诺定理及推论：1分1tt,C1Q2Q11T2T1B中自由膨胀则：Sis。0。1 分4. 冈册绝热容器中间用隔板分为两部分， A中存有高压空气, 保持真空，如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中

19、空气的状态 参数（T、P、u、s、v）如何变化，并简述为什么。答：u、T不变，P减小，v增大，s增大。5. 试由开口系能量方程一般表达式出发，证明绝热节流过程中， 节流前后工质的焓值不变。（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计）答：开口系一般能量方程表达式为绝热节流过程是稳态稳流过程，因此有如下简化条件则上式可以简化为：根据质量守恒，有代入能量方程，有6. 什么是理想混合气体中某组元的分压力？试按分压力给出第i组元的状态方程。答：在混合气体的温度之下，当i组元单独占有整个混合气体的容积（中容积）时对容器壁面所形成的压力，称为该组元的分压力；若表为P，则该组元的状态

20、方程可写成：PV= mRT。7. 高、低温热源的温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数是否就愈大，愈有利？试证明你的结 论。答：否，温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数愈小，耗功越大。（2 分）证明：R 二2一 31 卫当q2不变，T 时，w 、 R 。即在同样q2下T1 T2w T，（说明得到的收益相同），温差愈大，需耗费更多的外界有用功量，制冷系数下降。（3分）8. 一个控制质量由初始状态 A分别经可逆与不可逆等温吸热过程到达状态B,若两过程中热源温度均为Tr。试证明系统在可逆过程中吸收的热量多，对外做出的膨胀功也大。答：经历可逆或不可逆定温过程后，按题给两种情况下过程的初、终状态相同，因而系统的熵变相

21、同。由系统的熵方程S Sf Sg，对于可逆过程其熵产为零，故热熵流将大于不可逆过程。可见，可逆过程的热量将大于不可逆过程；（3分）由热力学第一定律，q U w，因过程的初、终状态相同，热力学能变化U相同，故可逆与不可逆两种情况相比，可逆过程的过程功亦较大。（2分）二、作图题：（每小题5分，共10分）1.试在所给参数坐标图上定性地画出理想气体过点1的下述过程，分别指出该过程的过程指数n应当在什么数值范围内（图中请标明四个基本过程线 ）：1）压缩、升温、吸热的过程 2）膨胀、降温、吸热的过程。vs答： n k； Ink评分：四条基本线（2分）两条曲线（2分）n取值（1分）2.如图所示T- s图上理

22、想气体任意可逆过程 1 - 2的热量如何表示？热力学能变化量、焓 变化量如何表示？若过程 1 -2是不可逆的，上述各量是否相同？（请写出简明的作图方法。）答：对可逆过程，热量为面积1-m-k-2-1 ，热力学能变化量为面积1-m-n-2 v-1，焓变化量为1-m-g-2 p-1。对不可逆过程，热量无法表示，热力学能和焓变化量相同三、计算题：（共50分）1.压气机在95 kPa、25 C的状态下稳定地以 340 m3/min的容积流率吸入空气，进口处的2空气流速可以忽略不计；压气机排口处的截面积为m ,排出的压缩空气的参数为200 kPa、120 C。压气机的散热量为 60 kJ/min。已知空

23、气的气体常数 Rg= kJ/，比定热容cv= kJ/ ,求压气机所消耗的功率。（16分）解： 以压气机中空气为研究对象，其稳定工况的能量方程为c22?gz2)m 0? ? 2 ?CiQ Wsh (h -gzjm (h222 ?Ci gz-)m (h222C2gz2)m(a)其中：Q60 103601000( J/s)?95 103340287 (273 25)606.2944( kg / s)G 0m/sz 0mC2?m2A2hh2h|?mRgT2P2 A2Cp T62944 287 (273 120)141.99(m/s)200 103 0.025(273 717) (120 25) 953

24、80.0(J/s)将以上数据代入式（a）,可得压气机所消耗的功率为:Wsh141.9921000 62944 ( 95380.° T-)56.648 10 (J /s)2.在高温环境中有一容器，A侧装有2 kg氮气,压力为MPa,温度为67C； B侧装有8 kg氮气，压力为 MPa,温度为17C,。N22 kgA和B的壁面均为透热壁面，它们之间用管道和阀门相连，见附8 kgMPa图。现打开阀门，氮气由B流向A。氮气可视为理想气体,已知气体常数 Az = 297 J/（kg K），过程中的平均定容比热容Cv = kJ/( kg-K），若压力平衡时容器中气体温度为 t2 = 40C，试求：平衡时终压力P2；吸热量Q ；气体的熵变。(18 分)解：容器A和B的容积分别为终态时的气体压力mA RgTA112 297 340Pa10.07 106mB RgTB18 297