《工程热力学》参考试题及答案-试卷5

1、工程热力学参考试题及答案 5一.选择题（10分）1 .“不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不引起其它变化”是 的表述。BA.热力学第一定律B.热力学第二定律的开尔文说法C .热力学第二定律的克劳休斯说法D .热力学第三定律2 .郎肯循环中汽轮机排出的湿蒸汽在凝汽器中的放热是 过程。DA.压力、温度都降低B.定压但温度降低C.定温但压力降低D.既定压又定温3 .某刚性绝热容器内充有水和水蒸气混合物，它们的温度与压力分别相等且不 随时间变化，则判断此系统处于 状态。CA.均匀B.平衡且均匀C.平衡但且不均匀D,不平衡但均匀4 .下列说法正确的是： 。 CA.气体吸热后一定膨胀，内能一定增加

2、B.气体膨胀时一定对外做功C.气体压缩时不一定消耗功D.气体对外做功，内能一定减少5,定量理想气体经过任意两个过程 a-b和a-c,如图所示。若b、c在同一条等温线上，则Auab和Mac的关系为 o BA. MabAMacB. Mab=MacC. Uab <iUacD .无法比较2 .判断题（10分）1 . 一切可逆热机的热效率都相等。（X）2 .嫡产大于零的过程必为不可逆过程。（力3 .自发过程的反过程无法进行。（X）4 .定压过程热量6q=cpdT不仅适用于理想气体，还适用于实际气体。（05 .绝热节流前后，系统始值不变。（力3 .简答、分析题（30分）1. （7分）在炎热的夏天，有

3、人试图用关闭厨房的门窗和打开电冰箱门的办法使 厨房降温。请问这种方法有效吗？为什么？解：使用此种方法降温，开始时会感觉到凉爽，但过一段时间后这种效果逐渐消 失，甚至会感到更热。现以厨房为一闭口系统进行分析， 厨房可近似为一绝热系 统,即Q=Q由热力学第一定律得到：Q= U+W所以U=-W W<0所以U>0, 空气为理想气体，而理想气体热力学能是温度的单值函数，故室内空气温度T上升。2. （8分）将等温、等压、等容、等嫡过程表示在 p-v图和T-s图上，并将满足 下列要求的理想气体多变过程也表示在 p-v图和T-s图上。（1）工质升压、升温且放热过程；（2）工质膨胀、降温且放热过程。

4、解：具体如下图所示（1）1-2过程；（2） 1-3过程。3. （7分）某专利申请书提出一种热机：它从167c的热源接受热量，向7c冷源排热，热机每接受1000kJ热量，能发出0.12kW.h的电力。请问：判定此种热 机可以实现吗？并阐述判定依据。解：（1）从申请是否违反自然界普遍规律着手：Wet=0.12 X 3600=432kJ<Q=1000kJ即此专利申请热机并不违反热力学第一定律。（2）根据卡诺定理，两个恒温热源之间，卡诺机的热效率最高：t"1=0.364 :二出2 =0.432TH1000此热机效率大于可逆热机效率，所以此热机是不可能实现的。4. （8分）在lnp-h图

5、和T-s图上画出蒸气压缩制冷循环（如下图所示）的循环 曲线图，并分析制冷工质在各个部件中的热力过程和状态变化。出端机节流阀AAAN-1蒸发器、冷性解：lnp-h图和T-s图如下所示:制冷剂由低温、低压饱和蒸气变为高温、高压此过程中,1-2:绝热压缩过程，过热蒸气；2-3:定压放热过程，饱和液体；4-5:绝热节流过程， 状态；5-1 :定压吸热过程， 低压饱和气体。四.计算题(50分)此过程中,此过程中,此过程中,制冷剂由高温、高压过热蒸气冷却至高温高压制冷剂由高温高压饱和液体变为饱和湿蒸汽气制冷剂由饱和低温、低压湿蒸汽状态变为低温1 .( 15分)闭口系统从状态1沿1-2-3途径到状态3,传递

6、给外界的热量为47.5kJ , 而系统对外做功为30kJ ,如图所示。试求：(1)若沿1-4-3途径变化时，系统对外做功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,外界对系统做功6kJ,求 该过程中系统与外界传递的热量；(3)若U=175kJ, U=87.5kJ,球求过程2-3传递的热量及状态1的热力学台匕 目匕。解：对途径1-2-3 ,由闭口系统能量方程得： U23=U-Ui=Q23-W23=-47.5-30=-77.5kJ(1)对途径1-4-3 ,由闭口系能量方程得：Q143=AUi43+V43=A UI23+ W43=-77.5+15=-62.

7、5kJ(2)对途径3-1可得：Q3i=A U31+V3/=-AU123+ W31=77.5+ (-6) 71.5kJ(3)途径2-3为等容过程，所以W3=0贝U Q23=A U23+W3=U3-U2=87.5-175=-87.5kJUi=U3-AUi23=87.5- (-77.5 ) =165kJ2 . (20分)0.5kmol某种单原子理想气体，由25C , 2m可逆绝热膨胀到0.1Mpa,然后在此状态的温度下等温可逆压缩回到2n3。定容摩尔比热容取定值，且Cvm =12.5604J/(mol K),定嫡指数 父=1.67,摩尔气体常数 R = 8.314J /(mol K)。(1)画出各过

8、程的p-v图和T-s图；(2)计算整个过程的 Q, W AUI, H及S。解：(1)(2)先求各状态的参数:_ nRT1500mol 8.314J/(mol K) (273 25)KP = V12 m3=0.62MPaP任01 wT2 =1( 2) , =298K ( 尸67 =144.26KP0.6211' -2m3 (062)167 =5.906m30.1T3 =T2 =144.26K,V3-2m3= 0.3MPanRT3 500mol 8.314J/(mol K) 144.26K2m3理想气体等温过程系统传递热量等于容积变化功，且绝热过程传递热量为零。八八 八 八V32Q =Q1

9、 2 Q2 3 =Q2 3 =W2 3 =nRT ln 二二500mol 8.314 J /(mol K) 144.26K ln = -649.4kJ一 一 一 一V25.906即系统完成1-2-3过程后，向外放热。W =WG 叫2 =(Ui -U2)四与=nCvm(T1 -丁2)叫尊= 500mol 12.5604J/(mol K) (298-144.26)K 10 (-649.4)kJ =316.12kJ由热力学第一定律得：Uy =Qi3 -WG = -649.4kJ -316.62kJ =-965.52kJ:H =nCpm(T3 T) = ：U：(PV)=-965.52kJ (0.3 -

10、0.62) 103 kPa 2m3 = -1065.52kJ- T _ V144.26Sj3 = nCvmln 3 Rln 3 = 500mol 12.5604J /(mol K) ln =4.56kJ / KT V12983. （15分）储气罐原有气体m0,U0 ,输气管内气体状态不变，且输气管内气体燃值为h,经E时间向储气罐充气后，关闭充气阀。此时储气罐中气体质量为求:储气罐中气体内能u解:取储气罐为系统，此系统为一开口系，由开口系统能量方程式得出:= dEcv、：Wnet (h c2 /2 gz)oumout - (h c2 /2 gz)in - min忽略气体动位能变化，并且此储气罐为一绝热系统，没有做功部件，无离开储气 罐的气体，所以热力学第一定律开口系统表达式可简化为：dEcv h6min =o ,进一步简化为：dUcv = h6mmmumoU0dUcV经E时间充气，积分上式得到:m=m h minm0h为常数，mu - mouo = h(