工程热力学期末试题及答案【第五版】【建环专业适用】

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3、/list/10 高等教育 HYPERLINK /list/10 HYPERLINK /list/109 工学（ 卷，150 分钟）闭一、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500C 的热源向热机工质放出 500kJ的热量，设环境温度为30C，试问这部分热量的火用（yong）值（最大可用能）为多少？3 0+ 2 7 3.1 5 =答：303.95kJEx ,q = 5 0 0 1 -5 0 0 2 7 3. 1 5+

4、3.两个不同温度（T ,T ）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源 T 吸收热量Q 向低温热源T 放出热12112量 Q ，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2的熵变S =0。DS =0Wiso证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为DS = DS + DS + DS + DS（1 分）isoT1T2RWDS =01 分对热机循环子系统：R-QQ2T2DSISO=1+ 0 + 01 分T1根据卡诺定理及推论：Q2Q1T2T11 分=1-=1-t,CDS =。0 1 分则：iso4.刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，隔板

5、如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数（TPusv）如何变化，并简述为什么。答：u、T 不变，P 减小，v 增大，s 增大。AB自由膨胀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第 1页 共 5页/view/09bb5d1e581b6bd97f19ea6c.html1/6 4/13/2019工程热力学期末试题及答案第五版建环专业适用- 百度文库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

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。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 Pi，则该组元的状态方程可写成：PiV=miRiT 。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）T2T -Tq2 T2q2 不变， 。即在同样q2 下(说明RDT 时，w 、证明：=，当RwDT12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

7、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T 。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。r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，因而系统的熵变相同。Ds = s + s由系统的熵方程，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fg的热量将大于不可逆过程；（3 分）由热力学第一定律，q = Du + w，因过程的初、终状态相同，热力学能变化Du 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

8、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。第 2页 共 5页/view/09bb5d1e581b6bd97f19ea6c.html2/6 4/13/2019工程热力学期末试题及答案第五版建环专业适用- 百度文库pT11vs(1) n = (1)n = pTn=0n=0n=1n=111(2)(2)n=kn=kvs答： (1) n k(2)1 n k；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 Ts 图上理想气体任意可逆过程 12 的热量

9、如何表示？热力学能变化量、焓变化量如何表示？若过程12 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 -1，焓变化量为1-m-g-2 -1。vp对不可逆过程，热量无法表示，热力学能和焓变化量相同TT22v22pT=const11smnkgs第 3页 共 5页/view/09bb5d1e581b6bd97f19ea6c.html3/6 4/13/2019工程热力学期末试题及答案第五版建环专业适用- 百度文库三、计算题：（共 50 分）1.压气机在95kPa、25的状态下稳定地以 340m3/min 的

10、容积流率吸入空气，进口处的空气流速可以忽略不计；压气机排口处的截面积为 0.025m2，排出的压缩空气的参数为 200kPa、120。压气机的散热量为60kJ/min。已知空气的气体常数 Rg=0.287kJ/(kg.K)，比定热容c =0.717kJ/(kg.K)，求压气机所消耗的功V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22ccQ-W sh + (h1+1+ gz1)m- (h2+2+ gz2)m = 022即c122c22W = Q+ (h + gz )m- (h + gz )msh（a）1122260103其中：Q = -= -1000(J / s)60p

11、 V951033401= 6.2944(kg / s)m =R T 287 (273+ 25) 60g1c 0m / s1Dz = 0mmmRT6.2944287(273+120)g2=141.99(m/ s)c =2=20010 0.0253Ap A2222Dh = h - h = c DT = (273+ 717)(120-25) = 95380.0(J / s)21p将以上数据代入式（a），可得压气机所消耗的功率为：141.9925Wsh = -1000+ 6 2944 (-953800 -2 ) = -6 64810 (J / s)2.在高温环境中有一容器，A 侧装有2kg氮气，压力为

12、0.07MPa，温度为67； B 侧装有8kg氮气，压力为 0.1MPa，温度为 17，。A 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Rg,N2=297J/(kgK)，过程中的平均定容比热容c =0.742kJ/(kKg)，若压力平衡时容器中气体温度为 t =2kg0.07MPa670.1MPa17v240，试求：平衡时终压力 P ；吸热量Q ；气体的熵变。（18 分）2解：容器A 和B 的容积分别为m R T2 297 3400.07 106AgA1= 2.8851m 3V =APA1m R T8 297 29

13、00.1106BgB13V =B= 6.8904m （4 分）PB1取A+B 中的气体为系统（CM），第 4页 共 5页/view/09bb5d1e581b6bd97f19ea6c.html4/6 4/13/2019工程热力学期末试题及答案第五版建环专业适用- 百度文库m=m +m =2+8=10kgABV=V +V =2.8851+6.8904=9.7755m3（2 分）AB终态时的气体压力mR T2 10 297 313gP =2= 0.0951M Pa（2 分）V9.7755按题给，系统不对外作功，有Q = DU = mc T - c (m T + m T )v2vAA1B B1=10

14、0.742 313 - 0.742 (2 340 + 8 290) （5 分）= 2322.46 - 2226 = 96.46kJ原在 A 中的氮气熵变（2 分）TP2 ) = 2 (1.039ln 273 + 400.09510.07DS = m (c ln 2 - R ln- 0.297ln- 0.297ln) = -0.3540kJ/KAApgTAP273 + 67A原在 B 中的氮气熵变（2 分）TP2 ) = 2 (1.039ln 273+ 400.0951DS = m (c ln 2 - R ln) = 0.7538kJ/KBBpgTBPB273 +170.1全部氮气的熵变DS =

15、 DS + DS = -0.3540+ 0.7538= 0.3998kJ/K （1 分）AB3.将100kg温度为30的水与200kg温度为80的水在绝热容器中混合，假定容器内壁与水之间也是绝热的，且水的比热容为定值，取c = 4.187kJ/(kgK)，环境温度为 17。求混合过程导致的可用能损失？（16 分）解：以绝热熔器内水为研究对象，由其能量方程可得m cT + m cT = (m + m )cT112212可得mT + m T100303+ 200353= 336.33K100+ 200T = 1 122=m1+ m2水的混合过程的熵变为DS = S + Sgf由于绝热S = 0fTTS= DS = m c ln + m