工程热力学1期末试题+答案

2023工程热力学Ⅰ考题〔A〕一、简答题〔共30分〕图11、图1中循环1-2-3-a-1和循环1-b-3-4-1都是不可逆循环。有人判断循环1-2-3-a-1的热效率高于循环1-b-图12、有一种热机，以水蒸气为工质，循环的高温热源温度为1200K，低温热源温度为300K，循环的热效率。现将循环工质改成理想气体，那么循环的热效率与原循环热效率比拟将发生什么样的变化？为什么？〔10分〕3、“水蒸气的朗肯循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出大量热量，有人提出将汽轮机排出的乏汽直接送回锅炉可提高水蒸气循环的热效率。〞请据热力学根本定律出发评估这种观点。〔10分〕二、计算题〔共70分〕1、一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为200kPa、温度20℃，喷嘴内径为0.002m时，射出水流温度20℃，压力100kPa，流速1000m/s，在200kPa、20℃时，2、某太阳能供暖的房屋用5×8×0.3m的大块混凝土板作为蓄热材料，该混凝土的密度为2300kg/m3，比热容0.65kJ/(kg·K)。假设混凝土板在晚上从23℃冷却到18℃〔室内温度〕，图23、某活塞式内燃机定容加热理想循环〔图2循环1-2-3-4-1〕，压缩比ε=10，压缩冲程的起点状态是t1=35℃、p1=100kPa。加热过程中气体吸热650kJ/kg。假定比热容为定值，且cp=1.004kJ/〔kg·K〕，κ=1.4，求：〔1〕循环中各点的温度、压力和循环热效率；〔2〕假设循环压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的熵产分别为0.1kJ/(kg·K)和0.12kJ/(kg·K)，求工质经循环后的熵变；〔3〕假设膨胀过程持续到5〔p5=p1〕，画出循环T-s图，并分析循环热效率提高还是下降。〔10+5+54、空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为4.2，初终态温度分别为30℃和227℃。假设空气作理想气体，比热容取定值,气体常数=287；=1005。试计算〔1〕压气机的绝热效率；〔2〕压缩过程的熵变和作功能力损失〔t0=20℃〕〔10+5分〕。5、利用水蒸气取暖，进入散热器的湿饱和水蒸气温度为100℃，，流出时为饱和水，散热器内近似压力不变。假设为维持室内温度恒定为20℃需供热72000kJ/h。求：〔1〕水蒸气的流量()；〔2〕以散热器为系统，求过程的熵变、熵流、熵产及损失，环境大气温度为0℃〔7+8分〕饱和水和饱和水蒸气表摘录00.015152535701001100.00061120.00061170.00087250.00170530.00316870.00562630.0311780.1013250.1432430.001000220.001000180.001000080.001000940.001003020.001006050.001022760.001043440.00105156206.154206.012147.04877.91043.36225.2225.04431.67361.2106-0.050.0021.0262.96104.77146.59293.01419.06461.332500.512500.532509.712528.072546.292564.382626.102675.712691.262500.62500.52488.72465.12441.52417.82333.12256.62229.9-0.00020.00000.07630.22480.36700.50500.95501.30691.41869.15449.15419.02368.77948.55608.35117.75407.35457.23860.0010.0030.0040.0050.010.020.050.10.20.56.949124.114228.953332.879345.798860.065081.338899.634120.240151.8670.00100010.00100280.00100410.00100530.00101030.00101720.00102990.00104320.00106050.0010925129.18545.66634.79628.19114.6737.64973.24091.69430.885850.3748629.21101.07121.30137.72191.76251.43340.55417.52504.78640.352513.292544.682553.462560.552583.722608.902645.312675.142706.532748.592484.12443.62432.22422.82392.02357.52304.82257.62201.72108.20.10560.35460.42210.47610.64900.83201.09121.30281.53031.86108.97358.57588.47258.38308.14817.90687.59287.35897.12726.82142023工程热力学Ⅰ考题〔B〕一、简答题〔共30分〕图11、图1中循环1-2-3-a-1和循环1-b-3-4-1都是不可逆循环。有人判断循环1-2-3-a-1的热效率等于循环1-b-图12、有一种热机，以空气为工质，循环的高温热源温度为1000K，低温热源温度为400K，循环的热效率。现将循环工质改成含大量惰性气体的混合气体，那么循环的热效率与原循环热效率比拟将发生什么样的变化？为什么？〔10分〕3、“水蒸气的朗肯循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出大量热量，有人提出改善蒸汽动力循环经济性的主攻方向是减少乏汽在冷凝器中放热量。〞请据热力学根本定律出发评估这种观点。〔10分〕二、计算题〔共70分〕1、一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为150kPa、温度20℃，喷嘴内径为0.002m时，射出水流温度20℃，压力97kPa，流速1000m/s，在150kPa、202、某太阳能供暖的房屋用4×10×0.3m的大块混凝土板作为蓄热材料，该混凝土的密度为2300kg/m3，比热容0.65kJ/(kg·K)。假设混凝土板在晚上从25℃冷却到17℃〔室内温度〕，图23、某活塞式内燃机定容加热理想循环〔图2循环1-2-3-4-1〕，压缩比ε=8，压缩冲程的起点状态是t1=55℃、p1=100kPa。加热过程中气体吸热600kJ/kg。假定比热容为定值，且cp=1.004kJ/〔kg·K〕，κ=1.4，求：〔1〕循环中各点的温度、压力和循环热效率；〔2〕假设循环压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的熵产分别为0.1kJ/(kg·K)和0.12kJ/(kg·K)，求工质经循环后的熵变；〔3〕假设膨胀过程持续到5〔p5=p1〕，画出循环T-s图，并分析循环热效率提高还是下降。〔4、空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为5.2，初终态温度分别为27℃和230℃。假设空气作理想气体，比热容取定值,气体常数=287；=1005。试计算〔1〕压气机的绝热效率；〔2〕压缩过程的熵变和作功能力损失〔t0=20℃〕〔10+5分〕。5、利用水蒸气取暖，进入散热器的湿饱和水蒸气温度为100℃，，流出时为饱和水，散热器内近似压力不变。假设为维持室内温度恒定为20℃需供热100000kJ/h。求：〔1〕水蒸气的流量()；〔2〕以散热器为系统，求过程的熵变、熵流、熵产及损失，环境大气温度为5℃〔7+8分〕饱和水和饱和水蒸气表摘录00.015152535701001100.00061120.00061170.00087250.00170530.00316870.00562630.0311780.1013250.1432430.001000220.001000180.001000080.001000940.001003020.001006050.001022760.001043440.00105156206.154206.012147.04877.91043.36225.2225.04431.67361.2106-0.050.0021.0262.96104.77146.59293.01419.06461.332500.512500.532509.712528.072546.292564.382626.102675.712691.262500.62500.52488.72465.12441.52417.82333.12256.62229.9-0.00020.00000.07630.22480.36700.50500.95501.30691.41869.15449.15419.02368.77948.55608.35117.75407.35457.23860.0010.0030.0040.0050.010.020.050.10.20.56.949124.114228.953332.879345.798860.065081.338899.634120.240151.8670.00100010.00100280.00100410.00100530.00101030.00101720.00102990.00104320.00106050.0010925129.18545.66634.79628.19114.6737.64973.24091.69430.885850.3748629.21101.07121.30137.72191.76251.43340.55417.52504.78640.352513.292544.682553.462560.552583.722608.902645.312675.142706.532748.592484.12443.62432.22422.82392.02357.52304.82257.62201.72108.20.10560.35460.42210.47610.64900.83201.09121.30281.53031.86108.97358.57588.47258.38308.14817.90687.59287.35897.12726.82142023工程热力学Ⅰ考题(A)参考题解一、简答题〔共30分〕图11、图1中循环1-2-3-a-1和循环1-b-3-4-1都是不可逆循环。有人判断循环1-2-3-a-1的热效率高于循环1-b-3-4-1的热效率，你是否同意他的说法，为什么？〔5图1答题要点：无法判断。因过程3-a-1和1-b-3均为不可逆，所以无法比拟两个循环各自的q1和q2。2、有一种热机，以水蒸气为工质，循环的高温热源温度为1200K，低温热源温度为300K，循环的热效率。现将循环工质改成理想气体，那么循环的热效率与原循环热效率比拟将发生什么样的变化？为什么？〔5分〕答题要点：，据卡诺定理相同高温热源和低温热源间可逆循环热效率相同，与采用的工质性质无关。3、“水蒸气的朗肯循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出大量热量，有人提出将汽轮机排出的乏汽直接送回锅炉可提高水蒸气循环的热效率。〞请据热力学根本定律出发评估这种观点。〔10分〕答题要点：将汽轮机排出的乏汽直接送回锅炉在热力学理论上没有向冷源放热，只从热源吸热而将其转变为功的热机违反热力学第二定律；从工程上看，乏汽压力远低于锅炉压力而压缩乏汽不仅压缩设备耗功巨大而且生产困难，无法实现。二、计算题〔共70分〕1、一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为200kPa、温度20℃，喷嘴内径为0.002m时，射出水流温度20℃，压力100kPa，流速1000m/s，在200kPa、20℃时，解能量方程据题意，，所以2、某太阳能供暖的房屋用5×8×0.3m的大块混凝土板作为蓄热材料，该混凝土的密度为2300kg/m3，比热容0.65kJ/(kg·K)。假设混凝土板在晚上从23℃冷却到18℃解混凝土板的质量混凝土板的释热量混凝土的熵变环境介质的熵变3、某活塞式内燃机定容加热理想循环〔图2循环1-2-3-4-1〕，压缩比ε=10，压缩冲程的起点状态是t1=35℃、p1=100kPa。加热过程中气体吸热650kJ/kg。假定比热容为定值，且cp=1.004kJ/〔kg·K〕，κ=1.4，求：〔1〕循环中各点的温度、压力和循环热效率；〔2〕假设循环压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的熵产分别为0.1kJ/(kg·K)和0.12kJ/(kg·K)，求图2工质经循环后的熵变；〔3〕假设膨胀过程持续到5〔p5=p1〕，画出循环T-s图，并分析循环热效率提高还是下降。〔10+5+5图2解〔1〕各点的温度和压力循环热效率或〔2〕据熵的特性——状态参数，循环后恢复原值Δs=0。〔3〕循环T-s图如右，由于循环吸热量不变，放热量减少，故循环热效率提高。4、空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为4.2，初终态温度分别为30℃和227℃。假设空气作理想气体，比热容取定值,气体常数=287；=1005。试计算〔1〕压气机的绝热效率；〔2〕压缩过程的熵变和作功能力损失〔t0=20℃〕〔10+5分〕。解：〔1〕据题意，、、〔2〕考虑到熵是状态参数，而过程1-2s熵变为零及2s-2’因过程绝热，所以由熵方程得5、利用水蒸气取暖，进入散热器的湿饱和水蒸气温度为100℃，，流出时为饱和水，散热器内近似压力不变。假设为维持室内温度恒定为20℃需供热72000kJ/h。求：〔1〕水蒸气的流量()；〔2〕以散热器为系统，求过程的熵变、熵流、熵产及损失，环境大气温度为0℃〔7+8分〕饱和水和饱和水蒸气表摘录00.015152535701001100.00061120.00061170.00087250.00170530.00316870.00562630.0311780.1013250.1432430.001000220.001000180.001000080.001000940.001003020.001006050.001022760.001043440.00105156206.154206.012147.04877.91043.36225.2225.04431.67361.2106-0.050.0021.0262.96104.77146.59293.01419.06461.332500.512500.532509.712528.072546.292564.382626.102675.712691.262500.62500.52488.72465.12441.52417.82333.12256.62229.9-0.00020.00000.07630.22480.36700.50500.95501.30691.41869.15449.15419.02368.77948.55608.35117.75407.35457.23860.0010.0030.0040.0050.010.020.050.10.20.56.949124.114228.953332.879345.798860.065081.338899.634120.240151.8670.00100010.00100280.00100410.00100530.00101030.00101720.00102990.00104320.00106050.0010925129.18545.66634.79628.19114.6737.64973.24091.69430.885850.3748629.21101.07121.30137.72191.76251.43340.55417.52504.78640.352513.292544.682553.462560.552583.722608.902645.312675.142706.532748.592484.12443.62432.22422.82392.02357.52304.82257.62201.72108.20.10560.35460.42210.47610.64900.83201.09121.30281.53031.86108.97358.57588.47258.38308.14817.90687.59287.35897.12726.8214解：〔1〕〔2〕2023工程热力学Ⅰ考题〔B〕一、简答题〔共30分〕图11、图1中循环1-2-3-a-1和循环1-b-3-4-1都是不可逆循环。有人判断循环1-2-3-a-1的热效率等于循环1-b-图1答题要点：无法判断。因过程3-a-1和1-b-3均为不可逆，所以无法比拟两个循环各自的wnet及循环1-2-3-a-1的q1和循环1-b-3-4-1q2。2、有一种热机，以空气为工质，循环的高温热源温度为1000K，低温热源温度为400K，循环的热效率。现将循环工质改成含大量惰性气体的混合气体，那么循环的热效率与原循环热效率比拟将发生什么样的变化？为什么？〔10分〕答题要点：，据卡诺定理相同高温热源和低温热源间可逆循环热效率相同，与采用的工质性质无关。3、“水蒸气的朗肯循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出大量热量，有人提出改善蒸汽动力循环经济性的主攻方向是减少乏汽在冷凝器中放热量。〞请据热力学根本定律出发评估这种观点。〔10分〕答题要点：乏汽在冷凝器中放热数量虽然巨大，但其含的可用能比例很低，减少乏汽在冷凝器中放热量虽在一定程度上可以提高循环的经济性，但从热力学第二定律观点看作为主攻方向有很大的局限性。二、计算题〔共70分〕1、一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为150kPa、温度20℃，喷嘴内径为0.002m时，射出水流温度20℃，压力97kPa，流速1000m/s，在150kPa、20解能量方程据题意，，所以2、某太阳能供暖的房屋用4×10×0.3m的大块混凝土板作为蓄热材料，该混凝土的密度为2300kg/m3，比热容0.65kJ/(kg·K)。假设混凝土板在晚上从25℃冷却到17℃解混凝土板的质量混凝土板的释热量混凝土的熵变环境介质的熵变3、某活塞式内燃机定容加热理想循环〔图2循环1-2-3-4-1〕，压缩比ε=8，压缩冲程的起点状态是t1=55℃、p1=100kPa。加热过程中气体吸热600kJ/kg。假定比热容为定值，且cp=1.004kJ/〔kg·K〕，κ=1.4，求：〔1〕循环中各点的温度、压力和循环热效率；〔2〕假设循环图2压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的熵产分别为0.1kJ/(kg·K)和0.12kJ/(kg·K)，求工质经循环后的熵变；〔3〕假设膨胀过程持续到5〔p5=p1〕，画出循环T-s图，并分析循环热效率提高还是下降。〔图2解〔1〕各点的温度和压力循环热效率或〔2〕据熵的特性——状态参数，循环后恢复原值Δs=0。〔3〕循环T-s图如右，由于循环吸热量不变，放热量减少，故循环热效率提高。4、空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为5.2，初终态温度分别为27℃和230℃。假设空气作理想气体，比热容取定值,气体常数=287；=1005。试计算〔1〕压气机的绝热效率；〔2〕压缩过程的熵变和作功能力损失〔t0=20℃〕〔10+5分〕。解：〔1〕据题意，、、〔2〕考虑到熵是状态参数，而过程1-2s熵变为零及2s-2’因过程绝热，所以由熵方程得5、利用水蒸气取暖，进入散热器的湿饱和水蒸气温度为100℃，，流出时为饱和水，散热器内近似压力不变。假设为维持室内温度恒定为20℃需供热100000kJ/h。求：〔1〕水蒸气的流量()；〔2〕以散热器为系统，求过程的熵变、熵流、熵产及损失，环境大气温度为5℃〔7+8分〕饱和水和饱和水蒸气表摘录00.015152535701001100.00061120.00061170.00087250.00170530.00316870.00562630.0311780.1013250.1432430.001000220.001000180.001000080.001000940.001003020.001006050.001022760.00104344