工程热力学试卷终极版

工程热力学考试试卷Allrightsreserved.判断题I•流动功是系统维持流动所花费的代价，所以流动功不能为0。（X）2•质量保持不变的系统就是闭口系。（A）3•处于稳定状态的系统一定处于平衡状态（*）4•根据嫡的定义ds=也工，热量是过程量，所以嫡也是过程量。（*）T5•等温过程的膨胀功与与吸收的热量相等。（x）6・p-u图上，理想气体的等燃线比等温线陡；7-s图上，理想气体的等压线比等容线陡。（*）7•绝热系可以是开口系。（J）8•可以从单一热源中取热并使之完全转换为功。（J）9•定容过程对湿蒸汽进行加热，干度一定增大。（*）I。•可逆循环的热效率一定大于不可逆循环的热效率。（*）1、•&]=dn+加及8q=cdT+pdu二式均适用于任何工质，任何过程。（*）分析、简答题L“系统经某一初态经不可逆与可逆两条途径到达同一终态，则经不可逆途径系统的牖变必大于可逆途径的焙变」，这种说法是否正确，为什么?答：不正确。因为烯是状态参数，不论过程是否可逆，只要初终态相同,其端变均相同，故系统从某一初态经不可逆与可逆两条途径到达同一终态,经不可逆途径系统的端与可逆途径的嫡变相等。

♦•试在7-s图上把理想气体两状态间热力学能及燃的变化表示出来。么=U2V~%。等压过程的吸热量与相同温度下的焰的变化相等，可以得到%二/匕,—九。T-s图上过程线下方的面积表示热量，所以么二面积12凡、21； %,=面积12〃4pSjo从而可以得到，%—%=qv=面积12、邑£1；h2-九=qp=面积12/"1。5•某理想气体在p-v图上的两种过程如下图所示,试在T-s图上画出相应的两个过程，指出过程多变指数C的范围，并说明各过程中工质是膨胀还是压缩，吸热还是放热，升温还是降温，降压还是升压。答：14过程：压缩、放热、降温、降压。1・3过程：膨胀、吸热、升温、降压。1•如右图所示的气缸，其内充以空气。已知活塞与气缸壁之间无摩擦，活塞右侧有一弹簧，气缸直径0.4mm＞当地大气压ph=OAMPa。初始时刻A=Pb，八=27℃,对气缸缓缓加热，直至2=0.15M?a,t2=207℃o若肛=0.1Kg,空气比热力学能{W}k//kg=0.72{T}ke求：从初态到终态过程的加热量0。解：取气缸内的空气为系统——闭口系。确定空气初终态体积：限四=0.1x287x(27+273)=°府1 2 O.lxlO6V=^&J1x287x(207+273)=00918加- p, 0.15xl06弹簧初终态变形量：0.09184—0.0861%乂(0.210.0457mmi//ed根据热力学第一定律：Q=AU+W=5.884+12.96=18.844k/*5Kg的空气由初态*5Kg的空气由初态7；=300K,Pi=0.25MPa,经可逆定温过程到达终态2=015"力。试求此过程的。、W、△"、A"。解：可逆等温过程：r=7；；u2=uA；h2=h,At/=U、-U、—mu,—mu.=0；AH=H.—H.=mh、—inh.=0。=AU+W=W=。=AU+W=W=〃求/In2=5x0.287x300xIn0.25xIO,

0.15xl06=219.9IVmi//ed s.推导理想气体定值比热容，多变过程初、终态牖变为：n-k

n(k-1)Rln2'n-k

n(k-1)Rln2'亿解：多变过程初终态温度关系:比定压热容：c=Lr「k—1sT i l\—理想气体嫡变：As=cln&—Rln2二^RIn匹-Rhi2“I，Ak-1s〔pj'A二"RrM-r1］伫=1尺山区Mk—1)'Pl'化碌一1)&Pl4•高温热源的温度为MMHG工质的温度为SOOK,从高温热源向工质传递热量SOOKJo试求：I）温差传递引起的嫡变；1）过程中不可逆性使热量的作功能力损失了多少？（环境温度为27。。）解：I）取热源、工质为系统 孤乂系。-0-500热源的燃变化：AS,=±=^—=-G625kJ/KT800工质的烯变化：AS=2=M=L667kJiKT300△S.=A5+A5=—0.625+L667=1.042k//KISO /,2)作功能力损失：I=T0ASixo=300x1.042=312.6V填空题I、绝对压力高于大气压力时，绝对压力=大气压力+表压力;绝对压力低于大气压力时，绝对压力=大气压力一真空度。2、热量与膨胀功都是过程量,热量通过温度差而传递热能,膨胀功通过住积差传递机械能。3、可逆过程=准静态过程+无耗散效应。4、外界对系统输入功80kJ,同时系统向外界放热20kJ,则系统热力学能的变化量为・60kJ。5、理想气体的热力学能和焰只是温度的函数。判断题I、容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会变。（*）2、因为自发过程都有方向性，所以自发过程的反方向过程一定不可进行。（X）3、因为不可逆过程不能再T-s图上表示，所以也不能计算过程的嫡变量。（x）4、流动功是系统维持流动所花费的代价，所以流动功一定是负值。（*）5、热力系统放热后，系统的烯一定减少。（*）6、闭口系经历可逆与不可逆两个过程，从同一点出发，达到相同的终点，这两个过程的焰变相等。（J）7、气体膨胀时必须对其加热。（*）8、实际气体绝热自由膨胀后，其热力学能不变。（J）9、稳定流动系统进出口工质的状态相同。（*）10、任何可逆循环的热效率都相等。（*）分析、简答题I•如右图所示，1蚓理想气体分别经历三个可逆过程，r等压过程，I•如右图所示，1蚓理想气体分别经历三个可逆过程，r等压过程，Z等;过程，以及X任意可逆过程。在Tu图上表示出用-八答：理想气体的焰只是温度的函数，温度相同，焰就相同。Tc=Tbf可以得到%=hbO由于等压过程的热量与相同温度下的焰的变化相等，可以得到mi//ed 从而可以得到，ha-h-qca-面积。，•闭口系中工质在某一热力过程中从热源(SOOK)吸取热量750KJ,该过程中工质的埔变为5K//K,分析此过程是否可行，如果可行是否可逆。TOC\o"1-5"\h\z答：根据闭口系嫡变方程：A5=S+S,J o△s=5KJ/K,s(= =—=fJT300可以得到，5.=As-s=5-2.5=2.5KJ/K>0S j因此，此过程可行，但不可逆。3•试推导理想气体比定压热容与比定容热容的差为气体常数Cp-Cv=R,答：理想气体的或和£都只是温度的函数,c答：理想气体的或和£都只是温度的函数,cp=dh/dT9cv=du/dTopvdTpv-RTpvdTpv-RTdT_dh-du_d[ii+pv)-duc-c— —c_c=d(u+RT)-du=R4•工程热力学中，定压、定温、可逆绝热和定容是四种典型的热力过程,

其多变指数的值分别是多少?答：定压过程：n=0；定温过程：n=l；定燧过程：n=k；定容过程：（1=8。计算题I•如右图所示的气缸，其内充以空气。气缸截H=10cmo活塞及其上重物的总重量面积A=100cM,H=10cmo活塞及其上重物的总重量环境温度f0=27。。。若当气缸内气体与外界G=195kg,当地大气压力区环境温度f0=27。。。若当气缸内气体与外界处于热力平衡时，把活塞重物取去IOOK9,活塞将突然上升，最后重新达到热力平衡。假定活塞和气缸壁之间无摩擦，气体可以通过气缸壁和外界充分换热试求活塞上升的距离和气体的换热量。mi//e<l IV=p2AV=p2(^-^)=19598472x(0.0015-0.001)=97.997△U-m(w2-〃i)=OkJ根据热力学第一定律Q=AU+W=97.99+0=97.99J■、煤气表上读得煤气的消耗量是〃使用期间煤气表的表压力是45・・卜卜。，温度为I7C,大气压力为750・・Hg。求一）相当于消耗了多少标准■的煤气；■）其他条件不变，煤气表的表压力降低到同样读数相当于多少标准,3煤气；3）其他条件不变，但温度为37・C,此时相当于消耗了多少标准的煤气？解：由于压力较低，故煤气可作理想气体加=叱=史公，v=E2±vRTRTq p工vpZ”(750x133.32+45x9.81) 273.157c4…3匕=V= x x70=6,32mpj； 101325 (17+273.15)、uPRq(750x133.32+30x9.81) 273.15 “32)K=9AV= X x70=6,22加pj： 101325 (17+273.15)队封闭气缸中气体初态防,8・P。，ti・”O<TC,经可逆多变膨胀过程变化到终态州・。・4・久,,h-400ro已知该气体常数%・0工8710/（蚓•!（）•气体比热容蚓・K）。求：气体在该过程中吸收的热量。。解：根据理想气体状态方程，可得1ZR工0.287xl03x(1300+273.15)八八〜"3/7V=—= =0.03644"/kg亿 8xl06幺=0.287x10X400+273.15)=°4829酎/kg'p2 0.4xlO6多变指数〃=叫/2、)=h：(8x1。6/04x10')=]395In(匕/匕)111(0.48299/0.05644)多变过程的热量fni//ed4、将质量为温度为1，。。℃的碳钢，放入盛有一§温度为«OeC水的绝热容器中，直至碳钢与水达到热平衡。求此过程中不可逆传热引起的燃产。碳钢和水的比热容分别为：Cc-0.47»/(k9<IQ9C^-^ieT解：热平衡时水和碳钢的温度:也+incTw_0.5x0.47x(1200+273.15)+4x4.187x(20+273.15)_48K0.5x0.47+4x4.187tm5Qf7UImcdT T水的烯变：AS=—=I—水的烯变：AS=30948

4x4.187xln =0.908KJ/K20+273.15kuzr-i। ▲c80rTmmcdT .T碳钢嫡变：AS=f—=f—一=mceln^opJ7Cnr cc7309480.5x0.47xIn =—0.367Q/K1200+273.15水和碳钢组成孤立系统，孤立系统的嫡变即为嫡产:A5=AS=AS+A5=0.908-0.367=0.54IKJ/Kg 0， M- C10填空题热量与膨胀功都是（过程）量，热量（温度）差而传递热能,膨胀功通过（体积）差传递机械能。■、 某蒸汽经历不可逆放热过程后，过程的烯变（&小于0）;过程的一产（%大于0）。卡诺循环是由两个（可逆定温）和两个（可逆绝热（或定嫡））过程组成的。判断题热力系统的边界可以是固定的，也可以是移动的；可以是实际存在的，也可以是假想的。（J）*、 开口系不可能是绝热系。（X）队 闭口绝热系的嫡不可能减少。（X）热力系从I状态经历不可逆过程到状态2,则热力学能的变化△ui2=c（Ta-Ti）（X）热力系统放热后，系统的烯一定减少。（X）•、 因为不可逆过程不可能在Tt图上表示，所以也不能计算过程的嫡变量。（X）理想气体热力学能仅仅是温度的函数。（J）实际气体绝热自由膨胀后，其热力学能不变。（J）循环的热效率越高，所得到的循环净功也越大。（X）10、任何可逆循环的热效率都相等。（X）分析、简答题II

从点a开始有两个可逆过程：定容过程2和定压过程s,b、0两点在同一条绝热线上,问和＜h.c哪个大？并在I图上表示过程2、z同一条绝热线上,Ikflial的理想气体从初态Pi・50WBP。、Ti-S40k,可逆绝热膨胀到来容积的,倍。设气体的“<10/("•!<),c-ts.ltU/(k9<K)9试确定气体的终态温度，对外所做的功及燃的变化量。--CP-U--A解43.33--CP-U--A解43.33311--VI-匕zrk\T1--T2zfkx135.24KQ=AU+W 可逆绝热。=0IV=-At/=c(7；-7；)=25.12x(340-135.24)=5143.57/C/12因为是可逆绝热膨胀过程，是一个定烯过程，所L填空题I、理想气体多变过程中，工质放热压维（l<n<k）,工质吸热压缩过程n的范住外界对闭口系统输入功80KJ,同时系Z统热力学能的变化量为（60KJ）。3、 有一卡诺机工作与600C读得热源和5率为（65.28%）o判断题I、因为自发过程都有方向性，所以自发过程的反（X）2、稳定流动系统与外界交换的功和热量相等，并3、闭口系进行一放热过程，其烯一定减少。（4、膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有5、流动功是系统维持流动所花费的代价，流动女6、8q=du+苏，及&i=cdT+pdu二式均适用三(X)分析题、简答J如右图所示，刚性绝热容器中用隔板分成两部分，A中有一定量的理想气体，■为真空.将隔板抽掉，分析容器中气体的状态参数（T、

p、■、h、，、▼)如何变化，并分析为什么。答：热力学第一定律：Q=AU+W容器刚性绝热，。=0・111=0.故△11=。；闭口系统质量不变，故△"=(),u不变。理想气体热力系能和焰只与温度有关，故T和h不变。自由膨胀后，体积增大质量不变，故▼增大；根据理想气体状态方程:pv=RgT,T不变，▼增大,故P降低。取气体为系统一孤立系统，抽掉隔板的过程为不可逆过程，根据孤立系统嫡增原理，/只能增大。P=4M%t.=30th,=305.3KJ/Kg计算题P=4M%t.=30th,=305.3KJ/KgI.如右图所示，容器A刚性绝热，容积为lm$.容器与管道用阀门相连，管道内空气的压力位温度为一5。℃、比熠为S0S.SKi/k9o容器初始状态为真空，打开阀门为其充气，使压力达到4Mp<i时截止，若空气H-0.7OT；求容器H内达到平衡后的温度及充入的气体质量«o答：取。为系统一稳定开口系统。容器刚性绝热，。=0,W产酰忽略进出口的动能差及位能差。流入系统的能量：m.h.；流出系统的能量：0；系统的能量增加:根据能量守恒，可得：利也—0二八。整理，可得：加〃=或以一加四；由于初态为真空机=0,故m=明，11 »m XA 1 ，工

故/t=U2代入数据：7；=305.3/0.72=424.03/C充入气体的质量:pVm= RT充入气体的质量:pVm= RT、g24xl06xl

287x424.03=32.87依*、封闭气缸中气体初态ti-isoor,经可逆多变膨胀过程变化到终态州・0・4・P。,，如“。0℃。已知该气体常数%,0•的7IO/（ligHQ.试确定气体在该过程中吸收的热量及过程功。气体比热容为常数,Cv-0.7IAKI/(k«•K)o解：根据理想气体状态方程，可得7 R工0.287xl03x(1300+273.15)八八入八3匕== =0.0364加/依Pi 8xl06lzR10.287x103x(400+273.15)H3/zK= = =0.4829所/依■p2 0.4xl06多变指数：nJ%/PR=ln(8xl0'/0.4xl()6)=1395In(匕/匕)111(0.48299/0.05644)3、将质量为O.SM温度为的碳钢，放入盛有彳。温度为MC水的绝热容器中，直至碳钢与水达到热平衡。求此过程中不可逆传热引起的端产。碳钢和水的比热容分别为：Cc-0.4T10/（蚓•KhCw".1”10/（蚓•K）o解：热平衡时水和碳钢的温度:mc(t-tc(t-t)cc\cm/ ivw\mw/不mcT+mcTT_cccwwwmc+mc

cc 卬w_0.5x0.47x(1200+273.15)+4x4.187x(20+273.15)_30948A：TOC\o"1-5"\h\z- 0.5x0.47+4x4.187 - ,人0e，8QcrmincdT .T水的焰变：/二L—=L,-y—= ,w30948=4x4.187xln——； =0.908KJ/K20+273.15碳钢嫡变：水和碳钢组成孤立系统，孤立系统的嫡变即为嫡产：

填空题闭口系统经过某一热力过程I。%吸收量53的热量，热力学能增加了8/,此过程对外做功（T4J）；如果系统又经另一路径2bl返回，2bl过程中热力学能的变化为（-84J）。工质是实现（热能）和（机械能）相互转换的媒介物质。可逆过程=（准静态过程+无耗散效应）。判断题I、流动功是系统维持流动所花费的代价，所以流动功不能为叽（x）2、质量保持不变的系统就是闭口系。（*）3、稳定的系统一定处于平衡状态。（A）4、等温过程的膨胀功与吸收的热量相等。（A）16

5、容器中气体的压力不变，则压力表的读数可能会变。（J）6、因为自发过程都有方向性，所以自发过程的反方向过程一定不可进行。（x）7、不违反热力学第一定律的过程均可进行。（*）8、闭口绝热系的嫡不可能减少。（J）9、循环的热效率越高，所得到的循环净功也越大。（x）10、气体膨胀时必须对其加热。（*）计算、证明题I、如右图所示，。/fap。、的空气经压气机绝热压缩后，导入换热器中排走部分热I、如右图所示，。/fap。、的空气经压气机绝热压缩后，导入换热器中排走部分热0.1MPar20C—> cvcfi=0「\量，再进入喷管膨胀到O.IMpo.WCo喷/\

p=710kwqQ=?O.IMPa20c—►c(2=300m/s管出口截面积A-0.0SMm2,气体流速c（2-S00fli//o已知压气机的耗功率为71。—，试计算换热器中空气散失的热量。解：取CV为系统一稳定