《工程热力学与传热学》试题及答案

1、共享知识分享快乐工程热力学与传热学一、填空题（每题 2分，计20分）1 .如果热力系统与外界之间没有任何形式的能量交换，那么这个热力系统一定是（）2 .理想气体的比热容只与（）参数有关。3 .若组成热力系统的各部分之间没有热量传递，热力系统将处于热平衡状态。此时热力系统内部一定不存在（）。4 .若组成热力系统的各部分之间没有相对位移，热力系统将处于力平衡状态。此时热力系统内部一定不存在（）。5 .干饱和蒸汽被定嫡压缩，将变为：（）。6 .湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于（）。7 .再热循环的目的是（）。8 .回热循环的主要目的是（）。9 .热辐射可以不依靠（），在真空中传播。10 .

2、流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与 （）的过程无关。2 .判断题（每题1分，计20分）1 .孤立系统的热力状态不能发生变化；（）2 .孤立系统就是绝热闭口系统；（）3 .气体吸热后热力学能一定升高；（）4 .只有加热，才能使气体的温度升高；（）5 .气体被压缩时一定消耗外功；（）6 .封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（）7 .流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关；（）8 .在闭口热力系中，烙 h是由热力学能u和推动功pv两部分组成。（）9 .理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。（）10 .对于确定的理想气体，其定压比热容与定容比

3、热容之比cp/cv的大小与气体的温度无关。（ ）11 . 一切可逆热机的热效率均相同；（）12 .不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（）13 .如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过 程的嫡变等于可逆过程的嫡变；（）14 . 如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变； （）15 . 不可逆过程的熵变无法计算； （）16 . 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小； （）17 . 封闭热力系统发生放热过程，系统的熵必然减少。 （）18 . 由理想气体组成的封闭系统吸热后其温度必然增加；

4、 （）19 . 知道了温度和压力，就可确定水蒸气的状态； （）20 . 水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W； （）3 . 问答题（每题 5分，计 20 分）1. 说明什么是准平衡过程？什么是可逆过程？指出准平衡过程和可逆过程的关系。2. 试指出膨胀功，轴功，技术功，流动功的区别和联系，写出可逆过程中膨胀功，技术功的计算公式。3. 写出开口系统稳定流动能量方程式的表达式，说明式中各量的含义。4. 什么是饱和湿空气？什么是未饱和湿空气？如何将未饱和湿空气转变为饱和湿空气？四 . 计算题（每题 10 分，计 40 分）1.2 kg空气经过定温膨胀的可逆过程，从初态压力为p 1=9.807 bar, 11

5、=300 oC膨胀到终态容积为初态容积的 5 倍。试计算： （ 1 ）空气的终态参数；（ 2）对外界所作的膨胀功和交换的热量；（3）热力学能，烙和嫡的变化量。设空气的cp=1.004 kJ/（kg -K）,R3=0.287 kJ/（kg K）, K=1.4 。2.两质量相同，比热容相同（为常数）的物体 A, B,初温各为Ta与Tb,用它们作高温热 源和低温热源，使可逆机在其间工作，直至两物体温度相等为止。试求：（1）平衡时的温度 Tm；（2）可逆机的总功量；（3）如果两物体直接进行热交换至温度相等，求此平衡温度Tm及两物体的总嫡3.1 Kmol的理想气体，从初态 pi=0.5 MPa不=340

6、 K绝热膨胀到原来体积的2倍。已知气体白Cp,m= 33.44 kJ/（mol- K）, CV,m= 25.12 kJ/（mol- K）,试确定在下述情况下气体的终温，对外所作的功及嫡的变化量。（1）可逆绝热过程；（2）气体向真空自由膨胀。4.欲设计一热机，使之能从温度为973 K的高温热源吸热 2 000 kJ ,并向温度为303 K的冷源放热800 kJ。试确定（1）此循环能否实现？ （ 2）若把此热机当作制冷机用，从 冷源吸热800 kJ ,是否可能向热源放热 2 000 kJ ?此时，至少需耗多少功？页眉内容一、填空题1孤立系统2温度3温度差4压力差5过热蒸汽6 含湿量7增加蒸汽干度8

7、提高进入锅 炉的给水温度9中间介质10工质经历二、判断题1 5错错错错对 6-10对对错错错 11 15错错对错错1620错错错错错三.问答题1、答：（1）准平衡过程：是假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近平衡态的过程，（2）可逆过程：是指如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路逆行，恢复到原来的状态，外界也随之回复到原来的状态的过程。（3）准平衡过程和可逆过程的关系：准平衡过程着眼于系统内的平衡，可逆过程着眼于系统和外界的总平衡。一个准平衡过程不一定是可逆过程，但一个可逆过程一定是一个准平衡过程。可逆过程是无耗散的准平衡过程。2.答：（1）膨胀功：是由于工质体积的变化对外所做的功；技术功

8、：是指工程技术上可以直 接利用的功，包括宏观动能，宏观位能，轴功；流动功：推动工质流动而做的功称为流动功。1c膨胀功，技术功，流动功的联系为：w =wt+（p2v2 - p1v1） =ws+万Ac；+gAz+ （ pv）。 2 2（2）可逆过程中膨胀功的计算公式：w = 1Pdv ；技术功的计算公式：wt = -1vdp。3.答：（1）开口系统稳定流动的能量方程式为：q =&h+Ac2+gAz + ws。（2）式中各量1 o含义：q为工质与外界交换的热量，Ah为工质进出口燃的变化，一Ac2为工质宏观动能的2 f变化，giz为工质宏观位能的变化，ws系统对外所作轴功。4.答：（1）饱和湿

9、空气：是由干空气和干饱和水蒸气组成的空气。（2）不饱和湿空气：是由干空气和过热水蒸气组成的空气。（3）将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种:方法1:湿空气温度T 一定时，增加水蒸气分压力pv = pvmax = ps（T）,方法2：保持水蒸气含量 pv不变，降低湿空气温度 T =Ts（Pv）。四.计算题1.解：（1）取空气为热力系统，对可逆定温过程1-2,由参数间的相互关系得:v21P2=Pi =9.807 =1.961bar. v15由理想气体状态方程式得; _3Rg0.287 10 (273 300)Pi9.807 1053= 0.1677 kg/m丫2= 5v1 = 0.8385

10、m3 / kg定温过程：T1=：T2=：573K(2)气体对外所作的功及交换的热量:Wt =Qt = piVi lnV2V _5_ _ _一-9.807 10(2 0.1677) ln 5 =529.4 kJ(3)过程中热力学能，始,嫡的变化为:cV2.：U1J = Q H 12ssiN =m& ln / =0.9238 kJ/K2.解：(1)取A, B物体及热机为孤立系统，则有：ASiso =ASa +ASb +ASe =0,其中：ASe=0,Tm dTTm dT因此：Sis。=Sa ,二Sb =mcmc01tb trrTmTmT 2即： mcln mcln =0In =0TaTbT

11、aTb2或=1,所以Tm =WTaTbTaTb (2) A物体为有限热源，过程中放出热量Q1，B物体为有限冷源，过程中要吸收热量 Q2 ,并且：Q1 =mc(TA -Tm), Q2 =mc(Tm -Tb),热机为可逆热机时，由能量守恒：W =Q1 -Q2 =mc(-Tm)-mc(Tm -TB)=mc(TA +Tb -2Tm)。(3)两物体直接进行能量交换直至温度相等时，可列出能量守恒方程：''mc(T1 -T m) =mc(T mTA) Ta Tb因止匕：Tm =一B 23.解：首先计算比热容比：尸=Cpm =3344 =1 33Cv,m 25.12(1)对可逆绝热过程：V终温

12、:T2 =(,)4二340K 黑(,)= 270 K。V22W=mCv(Ti-T2)=nCv,m(Ti-T2)对外所作的功：3二1 10 moi 25.12 J/(mol K) (340 -270) K = 1 758 J嫡的变化量：.6=0(2)气体向真空自由膨胀，有 W =0,又过程绝热，则 Q=0,因此由闭口系能量方程 Q = W +AU ,得 AU =0。即终温：T2=T1=340 K嫡的变化量:T2V2V2V2S = m(cV inRgIn )=mRg in =nRln T1V1V1V1一 3一一一=1 103moi 8.314 J/(moi K) in 2 =5.77 kJ/K4.(1)方法1：利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行,Q1Q2T1 T22 000 kJ -800 kJ - 973 K 303 K-0.585 kJ/K :二 0所以此循环能实现，且为不可逆循环。或方法2:利用孤立系统嫡增原理来判断循环是否可行，孤立系统由高温热源，低温热源，热机及功源组成，因此：Q1 Q2- 2 000 kJ 800 kJSiso = Sh SlSr Sw =一 一 0 0 = = 0.585 kJ/K 0T1T2973 K 303 K