工程热力学试卷

1、精选优质文档-倾情为你奉上一、分析说明题：1、水汽化过程的P-V与T-S图上：1点、2线、3区、5态，分别指的是什么？答：1点：临界点2线：上界线（干饱和蒸汽线）、下界线（饱和水线）3区：过冷区（液相区或未饱和区）、湿蒸汽区（汽液两相区）、过热蒸汽区（气相区）5态：未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽2、什么样的的气体可以看成是理想气体？答：分子之间的平均距离相当大，分子的体积与气体的总体积相比可以忽略。分子之间没有相互的作用力。 分子之间的相互碰撞及分子与器壁之间的碰撞均为弹性碰撞。3、画图分析蒸汽初温及初压的变化对郎肯循环的影响。 蒸汽初温的影响：保持p1、p2不变，将t1提

2、高，则有：，不变且乏汽干度：蒸汽初压的影响：保持t1、 p2不变，提高p1，则有：，不变但是乏汽干度：4、什么叫逆向循环或制冷循环？逆向循环的经济性用什么衡量？其表达式是什么？答：在循环中消耗机械能，把热量从低温热源传向高温热源的循环称为逆向循环或制冷循环。或者在P-V图和T-S图上以顺时针方向进行的循环。逆向循环的经济性评价指标有：制冷系数；=q2/Wnet；热泵系数：=q1/Wnet5、简述绝对压强、相对压强及真空度之间的关系。答：当绝对压强大于当地大气压时：相对压强（表压强）=绝对压强-当地大气压 或 当绝对压强小于当地大气压时：真空度=当地大气压-绝对压强 或 6、绝热刚性容器中间用隔

3、板分开，两侧分别有1kg N2和O2，其p1、T1相同。若将隔板抽出，则混合前后的温度和熵有什么变化，为什么？答: 因为是刚性绝热容器，所以系统与外界之间既没有热量交换也没有功量交换。系统内部的隔板抽出后，温度保持不变。绝热过程系统熵流为零，系统内部为不可逆变化，熵产大于零，因此总熵变大于零。7、表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？ 答：表压力或真空度不能作为状态参数进行热力计算，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。8、试比较

4、如图所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的大小： W12与W1a2； (2) DU12 与 DU1a2； (3) Q12与Q1a2（1）W1a2的大小等于面积1bca1，W12的大小等于面积1bc21，因此W1a2大。(2)1-a-2与1-2的初、终状态完全相同，热力学能是状态参数，只与过程的初、终状态有关，因此DU12 与 DU1a2；一样大。（3）因为Q= DU + W，DU12 =DU1a2，W1a2大于W12，所以 Q1a2大。9、画图分析蒸汽初温及初压的变化对郎肯循环的影响。蒸汽初温的影响：保持p1、p2不变，将t1提高，则有：，不变且乏汽干度：蒸汽初压的影响：保持t1、 p2

5、不变，提高p1，则有：，不变但是乏汽干度：10、画出蒸汽朗肯循环所需的设备示意图及热力循环的T-s、P-V图。 11、在T-s图上用图形面积表示h 解：过a做等压线，并取:Tb=Tc考虑ca过程等压12、什么叫正向循环？正向循环的经济性用什么衡量？其表达式是什么？答：正向循环是指：热能转化为机械能的循环，是动力循环。正向循环是指：从高温热源吸热向低温热源放热，并向外界输出功的循环。正向循环在P-V和T-S图上按顺时针方向进行的循环。其经济性评价指标用热效率衡量：其表达式为：13、提高蒸汽动力循环热效率的途径有哪些？答：提高蒸汽的初温 提高蒸汽的初压降低乏汽压力、 采用再热循环、 采用回热循环、

6、14、为什么孤立系统的熵值只能增大、或者不变，绝对不能减小？答：根据闭口系统熵方程：对于孤立系统，因为与外界没有任何能量交换，得出：所以有： 而 因此：即孤立系统的熵值只能增大、或者不变，绝对不能减小。15、如果某种工质的状态方程式遵循，这种物质的比热容一定是常数吗？这种物质的比热容仅是温度的函数吗？答：不一定，比如理想气体遵循此方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。这种物质的比热容不一定仅是温度的函数。由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到：由此可以看出，如果工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。16、两喷管工作的背压均为0.1MPa，进口截面

7、的压力均为1MPa，进口流速忽略不计。1）若两喷管最小截面相等，问两喷管的流量、出口截面的流速和压力是否相同？2）假如截取一段，出口截面的流量、流速和压力将怎样变化？答：因为对于渐缩管：Pcr=vcrP1Pb,所以取：P2=Pcr 而对于缩放管则取：P2= Pb1）若两喷管的最小截面面积相等，两喷管的流量相等，渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速，渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力。2) 若截取一段，渐缩喷管最小截面面积大于缩放喷管最小截面面积，则渐缩喷管的流量大于缩放喷管的流量，渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速，渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力。17

8、、在p-v 图上确定 T 增大方向， 做一条等压线在p-v 图上确定 s 增大方向 做一条等温线在T-s 图上确定 v 增大方向做一条等温线在T-s 图上确定 p 增大方向做一条等温线18、如图所示，12为理想气体的可逆绝热过程，试在图上用面积表示出膨胀功的大小。解：过1、2点分别作定容线，再过1点做定温线与过2点的定容线相交于1点。过程1-2为可逆绝热：q=0 ，而过程1-2为定容过程，w=0 ，其大小为面积m12nm因此1-2的膨胀功大小为面积m12nm 19、证明：卡诺循环的热效率总是小于1，不可能等于1。证明：卡诺循环的热效率：, 其中T2小于T1，且均大于0，因此卡诺循环的热效率总是

9、小于1。只有当或时，卡诺循环的热效率等于1，这是不可能的，因此卡诺循环的热效率不可能等于1。20、据p-v图，将理想气体可逆过程画在T-s图上，比较u12与u13，h12与h13，s12与s13，q12与q13的大小，并简要说明理由。解：对于理想气体 u=CVT, h=CPT 其中CV、CP是常数因为T2T3所以u12u13，h12h13，因为S2=S3 所以s12=s13，T-S图为示热图，从图中可以看出q12= 面积S123ba1 ， q13=面积S13ba1所以q12q13 21、在多变过程中，膨胀功、技术功、热量的正负在p-v图和T-s图上如何判断，简要说明。 22、将满足空气下列要求

10、的多变过程表示在p-v图和T-s图上。空气升压、升温又放热 空气膨胀、升温又吸热 n=1.3的压缩过程，并判断的正负q、w、u。1-2: q0、w0、u01-3: q0、w0、u01-4: q0、w0、u0二、计算题1、若某种气体的状态方程为pv=Rg T，现取质量1kg 的该种气体分别作两次循环，如图循环1-2-3-1 和循环4-5-6- 4 所示，设过程1-2 和过程4-5 中温度不变都等于Ta，过程2-3 和5-6中压力不变，过程3-1和4-6 中体积不变。又设状态3 和状态6 温度相等，都等于Tb。试证明两个循环中1kg 气体对外界所作的循环净功相同。解： 循环1231 和循环4564

11、 中过程1-2 和4-5 都是等温过程， ，据理想气体状态方程， 根据已知条件，可得： 2、1kg理想气体，由初态被等温压缩到终态，试计算：经历一可逆过程；经历一不可逆过程，实际耗功比理论多耗20%，环境温度为300K，求两种情况下气体的熵变、环境熵变、过程熵产及有效能的损失。可逆过程 I=0不可逆过程：熵为状态参数，只取决于状态，因此，等温过程：因此，（系统放热）（环境吸热为正） 3、已知A、B、C，3个热源的温度分别为500K、400K、300K，有一可逆热机在这3个热源之间工作。若可逆热机从热源A吸入3000的热量，输出净功400。试求：可逆热机与热源B、C所交换的热量，并指明方向。如图

12、所示热机的方向，设A、B、C及无限大空间组成孤立系统；则有： 计算得出： 因此，QB与假设方向相同，而QC则相反。22、容积为的压缩空气瓶内装有表压力，温度的压缩空气，打开空气瓶上的阀门用以启动柴油机，假定留在瓶内的空气参数满足（k=1.4），问瓶中的压力降低到时，用去多少空气？这时瓶中空气的温度是多少？ 过了一段时间后，瓶中的空气从外界吸收热量，温度又恢复到室温300K，这时瓶上压力表的读数是多少？设空气的比热容为定值，。 9.90.110.0 因为留在瓶内的空气参数满足，所以有： Kg 用去空气的量： 定容过程： 所以有： 所以瓶上压力表读数为： 4、容积为0.15 m3的储气罐内有氧气，

13、初态温度t1=38 ，压力p1= 0.55 MPa，罐上装有压力控制阀，对罐内氧气加热，当压力超过0.7 MPa时，阀门打开维持罐内压力为0.7 MPa，继续对罐内氧气加热，问：当罐中氧气温度为285 时，对罐内共加入多少热量？Rg=260 J /(kgK)；cV = 657 J/(kgK)；cp= 917 J/(kgK)（8分）解：QV：因1到2为定容过程，过程中m不变 Qp：2到3过程中气体压力不变，但质量改变 对罐内共加入热量：5、体积为的空气，由，被可逆的压缩到,。已知空气的气体常数，空气的比热容可以取定值。求：过程的多变指数 气体的熵变 压缩功以及气体在过程中所放出的热量。解：多变指

14、数：由得： 气体熵变： 可逆压缩功：热量：6、刚性绝热容器用隔板分成两部分，VB =3 VA。A 侧有1 kg 空气，P1=1 MPa，T1=330 K，B侧为真空。抽去隔板，系统恢复平衡后，求过程作功能力损失。（T0 = 293 K，P0 = 0.1Mpa，Rg=287 J /(kgK)）解： 7、证明：利用孤立系统熵增原理证明下述循环发动机是不可能制成的：它从167 的热源吸热1 000 kJ向7 的冷源放热568 kJ，输出循环净功432 kJ。 证明：取热机、热源、冷源组成闭口绝热系 因为孤立系统的熵只能增大或者不变，绝对不能减小，所以该热机是不可能制成的8、如图所示，某循环在700

15、K的热源及400 K的冷源之间工作，试判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆?（用两种不同的方法求解）解：根据热力学第一定律 ，所以方法1: (a)设为热机循环违反克劳修斯积分不等式，不可能 (b)改设为逆向的制冷循环符合克劳修斯积分不等式，所以是不可逆的制冷循环方法2: 将高低温热源、循环装置以及外界 看成是孤立系统。(a)设为热机循环违背了孤立系统熵增原理，不可能(b)改设为逆向的制冷循环满足孤立系统熵增原理，所以是不可逆的制冷循环方法3 ： (a)设为热机循环不可能(b)设为制冷循环可能，但不可逆9、利用逆向卡诺机作为热泵向房间供热，设室外温度为-5，室内温度保持20。要求每小时

16、向室内供热2.5105kJ，问：每小时从室外吸收多少的热量；此循环的供热系数；热泵由电动机驱动，如电动机的效率为95%，电动机的功率为多大？ =11.72 10、某可逆热机工作温度为150的高温热源和温度为10的低温热源之间，试求：热机的热效率为多少？当热机输出的功为2.7kJ时，从高温热源吸收的热量及从低温热源放出的热量各为多少？如将该热机逆向作为热泵运行在两热源之间，热泵的性能系数是多少？当工质从温度为10的低温热源吸收4.5kJ/s的热量时，要求输入的功率为多少？解：热机的热效率为：因为：,所以从高温热原吸收的热量为 ：,向低温热源放出的热量为：热泵系数：又因为： , 11、某热机在温度

17、分别为600和40的两个恒温热源之间工作，并用该热机带动一个制冷机，制冷机在温度分别为40和-18的两个恒温热源之间工作，当600的热源提供给热机2100kJ 的热量时，用热机带动制冷机联合运行并有370 kJ的功输出。如热机的热效率为可逆机的40%，制冷机的制冷系数为可逆制冷机的40%，求40热源共得到多少热量？解：热机向外输出功：故制冷机得到的功为：又制冷机从-18热源吸热量：所以制冷机向40热源放热：热机向40热源放热：40热源共得到的热量为：12、1 kg P= 0.1 MPa，t1= 20的水定压加热到90 ，若热源R温度Tr恒为500 K，环境温度T0=293 K，求：（1）水的熵

18、变;（2）分别以水和热源R为系统求此加热过程的熵流和熵产。解：（1）定压加热 （2）取水为系统闭口系取热源R为系统闭口系，有 13、如图所示，为一烟气余热回收方案，设烟气的比容 求：烟气流经换热器传给热机工质的热量；热机排给大气的最小热量Q2；热机输出的最大功W。 解：（1）根据稳定流动方程，烟气放热： （2）Q2取最小时，此过程可逆，取烟气、工质和低温热源为系统，此系统为孤立系统，孤立系统的可逆过程熵不变（3）热机输出的最大功：14、两质量m相同、比热容c相同的物体，初温分别为TA和TB，用它们作为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：平衡时的温度 可逆机的总

19、功量解：由热源、冷源、工质组成的孤立系统进行可逆循环： 所以有： ， ， 15、如图所示的两室，由绝热且与汽缸间无摩擦的活塞隔开，开始时，两室的体积均为0.1，分别储有空气和氢气，压力各为0.9807Pa，温度各为15，若对空气侧加热，直到两室的气体压力升至1.9614 Pa，求空气的终温以及外界加入的热量。已知空气的,。解：由于活塞和氢气侧气缸均是绝热的，所以氢气在过程中没有从外界吸入热量，可看可逆绝热过程，所以氢气的终温为：根据状态方程可得到终态时氢气的体积：所以，空气终态的体积为：故空气的终温为：把空气和氧气作为热力学系统，根据热力学第一定律可得到外界加入的热量为：16、一逆卡诺制冷循环

20、，制冷系数，问高温热源与低温热源的温度之比是多少？如果输入的功率是6kw，问制冷量是多少？如果将其用做热泵，求供热系数以及所提供的热量。解：因为制冷系数为： 制冷量： 供热系数：供热量： 17、空气在某压气机中被压缩，压缩前空气的参数为P1=0.3MPa，v1=1.5m3/kg；压缩后为P2=0.8MPa，v2=0.75m3/kg，忽略工质本身的宏观动能和宏观位能。如果在压缩过程中每千克空气的热力学能增加150kJ，同时向外界放热50kJ，压气机每分钟压缩空气10kg,试求： 压缩过程中对每千克空气所做的压缩功。 生产1千克压缩空气所需要的轴功。带动此压气机所需的功率至少为多少？解：=-50-

21、150= -200KJ 所以压缩过程中对每千克空气所做的压缩功为200KJ 所以：= -200+（0.31.5-0.80.75）103= -350Kj18、一闭口系统从状态a沿图中路径acb变化到b，吸热100kJ，对外作功40kJ，问：系统从a经d到b，若对外作功20kJ，则系统与外界交换的热量是多少？系统由b经曲线所示的过程返回a，若外界对系统作功30kJ，则系统与外界交换的热量是多少？ 设Ua=0、Ud=40kJ，那么ad、db过程的吸热量各为多少？,， ； ； ； 19、若使活塞式内燃机按卡诺循环运行，并设其温度界限与下图所示混合循环相同，试从工程实践角度比较两个循环，已知： p1 =

22、 0.17 MPa，T1 = 333 K，p4 = 10.3 MPa，T4 =1 985 K，v2 = 0.038 7 m3/kg从工程实用角度出发：1）pa= 87.9 MPa，压力太高；2）pb=0.019 9 MPa，压力太低，真空状态难以维持；3）体积变化太大4）活塞从移动距离太长，摩擦损耗太大，虽然每循环理论wnet增大，但实际收效甚少。20、已知柴油机混合加热理想循环p1=0.17 MPa、t1=60，压缩比=14.5，气缸中气体最大压力10.3 MPa，循环加热量q1 = 900 kJ/kg。设工质为空气，比热容为定值并取cp=1004 J/(kgK)，cV =718 J/(kg

23、K)，=1.4；环境温度t0= 20，压力p0=0.1 MPa。试分析该循环并求循环热效率。 解：由已知条件 p1=0.17 kPa、T1=333.15 K，可以求得:点1： 点21-2是定熵过程点3：点4：点5：或者：21、某热力循环由四个过程组成，已知数据如下表。（1）试填充表中所缺的数据；（2）判断该循环是热机循环还是制冷循环；（3）计算此循环的经济性指标。过程Q （kJ）W（kJ）U（kJ）1201390230-895340-2050410解：过程Q（kJ）W（kJ）U（kJ）12139001390230395-39534-10000-1000410-55（1）由可得12，23，34过程的相关量（3分）。 ，即，得kJ。（3分）对循环12341 ，即，得kJ或由求得。（3分）（2）由kJ知该循环为热机循环（3分）（3）热机效率为（2分） 22、煤气表上读得煤气消耗量是68.37 m3，使用期间煤气表的平均表压力是44 mmH2O，平均温度为17 ，