2016年动力工程在职研究生热力学复试

、名词解释。（每题5分，共30分）1、平衡状态：一个热力系统，如果在不受外界影响的条件下系统的状态能够始终保持不变,则系统的这种状态称为平衡状态。2、技术功：技术上可资利用的功，称之为技术功。膨胀功：又称"体积功"。机械功的一种。由系统体积变化而由系统对环境所做的功或环境对系统所做的功。流动功：流动功是为了推动流体通过控制体界面而传递的机械功，它是维持流体正常流动所必须传递的能量。3、3、理想气体和实际气体:理想气体：是一种实际上不存在的假想气体，其分子是些弹性的，不具体积的质点；分子间没有相互作用力。实际气体：不符合上述两点假设的气态物质称为实际气体。4、压缩因子：Z=*理想气体的Z值恒等于1,Z值偏离14、对理想气体性质的偏离程度。物理意义：Z=焉=3万=^，因而，压缩因子Z即为温度，压力相同的实际气体比体积与理想气体比体积之比。5、湿空气的含湿量和相对湿度空气的含湿量：1Kg干空气所带有的水蒸气质量为含湿量，以d表示。相对湿度：湿空气中水蒸气分压力Pv,与同一温度同样总压力的饱和湿空气中水蒸气的Pv分压力Ps（t）的比值，称为相对湿度，以4表不。则4二一（PsWP）Ps绝对湿度：单位体积（1m3）湿空气中所含水蒸气的质量，其符号为Pv,Pv=Mvo6、热机的绝对效率和相对内部效率；绝对效率阴：及二叫曳，是循环中净功量与吸热量之比。q1相对效率小：加二W产,是循环中实际功量与理论功之比。Wnct、请判断每个说法的正误，并简单解释原因（每道题7分，共30分）1、如果从同一初始状态到同一终态有可逆和不可逆两个过程，则可逆过程的嫡变小于不可

逆过程的嫡变。答：错误，嫡是状态参数，不管经历什么样的过程，不管过程可逆还是不可逆，只要状态确定，嫡变的大小也就确定。1到2过程嫡变坐-2=S1-S2,可逆过程的嫡变等于不可逆过程的嫡变。2、水在定压汽化过程中温度保持不变，则此过程中的吸热量等于其对外所做的膨胀功。答：错误，水在定压汽化过程中的吸热量应等于汽化潜热和其对外所作的膨胀功之和。3、对于任一现成喷管，无论其形式如何，只要气体在喷管内部等嫡流动，其流量都将随着背压的降低而增大，直至无穷大。答：错误，当背压Pb下降至临界压力电时，流量达到最大，若旦再下降，流量保持不变，不可能达到无穷大。4、如果某理想气体在缩放喷管中等嫡流动，其在喷管入口处的状态恒定，而在喷管出口的状态没有限制，则理论上其出口的流速可以达到无穷大。答：错误，喷管等嫡流动出口的流速Cf2=2h0-h2=2h1-h2+C1,当喷管入口处的状态恒定，喷管出口流速取决于烙降，故流速不可能达到无穷大。5、若气体可在活塞式压气机的气缸内实现定温压缩，则没必要采用分级压缩了。答：错误，分级压缩可以降低每一级气缸的增压比，从而降低气缸的余隙容积对吸气量的影响，提高容积效率，故有必要采用分级压缩。6、抽气回热是提高电厂热力循环热效率的重要手段，同时也提高了单位质量工质的做功能力。答：错误，抽气回热是提高了循环的热效率，但同时降低了单位质量工质的做功能力，耗气率增加。三、绘图分析题（共40分）1、请画出水的相图，标明关键曲线和关键点（8分）答：如图所示，C点为临界点,%为三相点，T如图所示，C点为临界点,%为三相点，TtpA为固气相平衡曲线,TtpB为固液相平衡曲线,TtpC为液气相平衡曲线。三相点的平衡压力Ptp=611.659Pa,三相点的平衡压力Ttp=273.16K2、活塞式内燃机有三种理想加热循环（奥托循环、狄塞尔循环、混合加热循环），假设它们所用工质相同，且工质在循环中的初始状态、以及循环的放热量和压缩比都分别相同。请在同一p—v图上表示三种循环，进而比较它们热效率和做功能力大小。如图，循环1-2-3V-5-1为奥托循环，循环1-2-3p-5-1为狄赛尔循环，循环1-2-3-4-5-1为混合加热循环。由图可知，循环的放热量相等q2V=q2P=q2m,循环的净功Wnct,v>Wnct,m>Wnct,p,根据邛=1-q2=1-q.+q2—,得n,v>邛,m>n,p,故在题设条件下，奥拓循环的热效率最高，混合加热次之，狄赛尔循环效率最低。由于面积6-2-3V-5-1>面积Si-2-3-4-5-1>p—v图和T—S图，并分析其效率面积&-2-3p—v图和T—S图，并分析其效率3、请画出燃气轮机定压加热理想循环（布雷顿循环）的和循环净功与循环增压比兀的关系。答：燃气轮机定压加热理想循环的P-V图和T-S图如上图所示，定压加热效率Y]t=q,q1不变tqi的情况下，净功WCt越大，效率”越高。同时定压加热的效率"=1-兀为循环增压比，故当绝热指数k一定时，随着兀的增兀-k-大，效率Y]t越高。4、请画出内燃机理想混合加热循环的T-S图，如果内燃机所用工质可视为比热为定值的理想气体，请综合分析说明压缩比各增压比，和预涨比p对循环热效率的影响。答：内燃机理想混合加热循环的T-S图，如上图所示。内燃机理想混合加热循环的热效率维=i-k”工：1其中压缩比£=V1,定容增压比&[人一1+k人p-1]V2入=詈',定压预胀比P=P2V3参见(c)图，循环1-2'-3'-4'-5'-1的压缩比6和循环1-2'-3'-4'-5'-1的定容增压比九分别大于原循环1-2-3-4-5-1的压缩比和增压比。随着压缩比6和增压比人的增大，循环平均吸热温度提高(T1m>T1m,T1m>T1m),而循环的平均放热温度不变，故混合加热的热效率随压缩比压缩比8和增压比九的增大而提高。因为定容线比定压线陡，故加大定压加热份额造成循环平均吸热温度增大不如循环平均放热温度增大快，故热效率随。的增大而降低。

5、请画出活塞式内燃机定压加热理想循环（狄塞尔循环）的p—v图和T—S图，并分析说明压缩比预涨比p对循环热效率的影响。定压加热理想循环的P-V图和T-S图如上图所示。k热效率n=1-长鼠：1）,因而定压加热理想循环热效率随压缩比的增大而提高，随预胀比的增大而降低。6、请针对理想气体画出活塞式压气机绝热压缩，定温压缩和实际多变压缩（多变指数位于1和绝热指数k之间）三种可逆热力过程的p-v图和T—S图，并比较它们所消耗的功，压缩后的温度和压缩后的比体积的大小。（或者是比较三种压气过程的经济性和安全性）。答：压气机绝热压缩1-2s,顶温压缩1-2T,实际多变压缩1-2n的过程如上图所示。由图可以看出，Wc,s>Wc,n>Wc,T；T2,s>T2,n>T2,T；、2,s>V2,n>Y2T故绝热压缩所消耗的功最多，定温压缩最小，实际多变压缩介于两者之间。同时，绝热压缩后气体的温度和比体积均最大，最小的是定温压缩。7、利用T-s图比较内燃机三种理想加热（定容，定压和混合）循环的热效率的大小，假设他们所用工质为相同的理想气体，且其在循环中的初始状态，最高压力和最高温度都分别相同。四少一I3."i出时时内积布环比较这个比较实际上是热力强度和机械强度相同情况下的比较。上图中1-2-3-4-1为定容加热理想循环；1-2'-3'-3-4-1位混合加热理想循环；1-2''-3-4-1为定压加热理想循环。在所给的条件下，三种循环的最高压力和最高温度重合在点3,压缩的初始状态都重合在点1.从T-s图上可以看出，三种循环排出的热量q2都相同，都等于面积14651,而所吸收的热量q1则不同。面积2''3652''>面积2'3'3652'>面积23652,即：qpq1mqiv所以所循环的热效率1p1m1v从循环的平均吸热温度和平局放热温度来比较同样可得出上述结果。因此在进气状态相同、循环的最高压力和最高温度相同的条件下，定压加热理想循环的热效率最高，混合加热理想循环次之，而定容加热理想循环最低。因此在内燃机的热强度和机械强度受到限制的情况下。采用定压加热循环可获得较高的热效率，这是符合实际情况的。事实上，柴油机的热效率通常高于汽油机的热效率。8、利用T-s图比较内燃机三种理想加热（定容，定压和混合）循环的热效率的大小，假设他们所用工质为相同的理想气体，且其在循环中的初始状态，吸热量和最高温度都分别相同。答：

如图，循环1-2-3-4-5-1为混合加热理想循环；循环1-2p-3p-4p-1为定压加热理想循环;循环1-2v-3v-4v-1为定容加热理想循环；吸热量q2,m=q2,p=q2,v，由图可知放热量q2,v>q2,m>q2,p,由维=1-q1,在题设条件下，定容加热理想热循环效率最高，混合加热理想循环次之，定压加热理想效率最低。四、计算题四、1、某系统输送ti=27C,表压力pgi=120kPa的空气15m3/s,问应选择标准状态下风量为每小时多少立方米的鼓风机？（已知大气压Pb=0.1MPa）T1=（27+273.15）K=300.15K,p1=pg1+pb=0.12MPa+0.1MPa=0.22MPaqv=15m3/s标准状态下：T°=273.15,pb=0.1MPa。由pXqv=qmRgT得：巴#=色—TiTo标准状态下的空气的体积流量qv=X詈xqv=霹詈x*X15m3/spbI2U.IMLa300.15K故qv=30.031m3/s=1.08乂105m3/h答：应该选择标准状态下风量为每小时1.08X105m3/h2、用空压机给一个体积为的贮气罐充气。已知罐内原来装有、空气（空气的气体常数）。如果当贮气罐内的空气参数达到时停止充气，问罐内充进去多少千克的空气？解：T1=27+273.5=300.15K,T2=77+273.5=350.15K,由公式m=里?m=RgT'.m2-m1==（詈-P1）,带入数据解得？m=76.292kgRgT2T1答：罐内充进去76.292千克的空气。3、蒸汽以qm3、蒸汽以qm=900t/h的流量流经汽轮机,且在汽轮机进、出口处的始值分别为hi=3450kJ/kg和h2=2250kJ/kg。若汽轮机与外界的换热量可忽略不计，试估算该汽轮机的功率。2250KJ

Kg解：qm=900t/h=250kg/s,根据稳定流动方程：q=h2-h1+2?cjr+2250KJ

Kg由题意可知，2?C2=0,g?Z=0,q=0,故汽轮机的功Ws=h2-h1=34崇1200KJ250kg1200KJ汽轮机的功率Ppm.ws=—?▽=300000KJ/s。答：该汽轮机的功率为300000KJ/S4、某闭口系统在一热力过程中，从Th=1000K的恒温热源吸收了1000kJ的热量，同时对外界做了600kJ的膨胀功，并向大气散出一部分热量。已知经过此过程后，工质的内能增加了100kJ,嫡增加了0.4kJ/K。设大气为T0=300K的恒温热源，请通过计算说明此过程是否可逆？若不可逆，则此过程的嫡增是多少，此过程导致的做功能力损失是多少？解：由热力学第一定律Q=?u+w,故1000KJ-Q2=100KJ+600KJ,Q2=300KJ。将高温热源，低温热源以及热机作为孤立系统，？Siso=?Sh+?Sl+?Se,式中？Sh和？Sl分别为高温热源TH和低温热源T0的嫡度。高温热源放热？SH=-Q1=-100器=-1KJ/KTH1000k低温热源放热？Sl=Q2=等=1KJ/KTl300k则？Siso=?Se=0.4KJ/K>0,所以此过程不可逆，而且对于孤立系统来说，？Siso=?Sg=0.4KJ/K,那么，此过程导致的做功能力损失。I=T.Sg=300K?0.受=120KJrk答：此过程不可逆，彳功能力损失为120KJ。5.某理想热能动力装置以可逆的朗肯循环方式工作，已知在热机进出口处工质的始值分别为hi=3440kJ/kg,h2=2160kJ/kg。从热机流出的工质首先进入低温热源放热，工质放热后，其始值变为h3=180kJ/kg,然后通过水泵打入高温热源，并在其中加热，经过加热后的工质再进入热机做功，如果泵的耗功可以忽略，请：（1）在T-s图上表示此循环；（2）求蒸汽轮机的对外做功量W0（kJ/kg）和循环热效率nto解：

1280KJ/kg,吸热量q1280KJ/kg,吸热量qi=hi-h3=3260KJ/Kg。循环的热效率为邛=竺=翳=0.393。q13260蒸汽轮机对外做功w0=h1-h2=答：蒸汽轮机的^•外做功量为1280kJ/kg,和循环热效率刀t为0.393。6、一台以流量为qm=0.20kg/s的HFC134a为制冷剂的中型制冷装置在温度为25c的环境工作，其中压缩机内进行的压缩过程可视为可逆绝热，已知：制冷剂进入压缩机时处于干饱和蒸汽状态，温度为ti=20C,在压缩机出口为过热蒸汽，温度为t2=78C,而在冷凝器出口则为t3=38.9C的饱和液体，若制冷剂在上述三个位置处的烙值分别为hi=386.2kJ/kg,h2=432.2kJ/kg,h3=254.8kJ/kg。请：①画出此循环的T-s图；②求此制冷装置的制冷系数、制冷量和压缩机耗功率。解:解:此循环的T-S图如上图所示此循环的制冷量Qc=qm.qc=qm.h1-h4,由于3-4过程为节流过程，0.2kg仁432.2kJkg0.2kg仁432.2kJkg386.2kJ—kg—=9.2kJ/s,循环制冷系数£=Qc_26.28WC9F254.8KJ0.2kgkgkgh3=h4=\g—，故Qc=s386.2kJ.254.8kJ=26.28kJ，压缩机的耗功W0=qm?kgkg2.857五、综述题1、请用朗