工程热力学试题参考答案及评分标准

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。工程热力学(机械级)试题参考答案--年上学期时间120分钟工程热力学课程32学时2学分考试形式:开卷专业年级:机械07级总分100分,占总评成绩70%注:此页不作答题纸,请将答案写在答题纸上一、填空(每空2分,总计20分)1、孤立系统2、正向循环逆向循环3、系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零4、热力学能宏观动能重力位能5、热量6、65.29%7、ws=h1－h2或wt=h1－h2二、简答题(20分)1、(4分)1分解:该过程气体(系统)不做功。从初态变化到终态为非准静态平衡过程,无法在p-v图上表示该热力过程。1分2分因此热力学能的变化量等于零。2、(5分)解:因为:q=Δu+w1-3:1<n1−3<k,且T3>T1及S3<S1则有:Δu>0,q<0因此w<0边压缩边放热1分1-2:k<n1−2<∞且T2<T1及S2<S1,则Δu<0,q<0⎡n−1⎤RT⎛⎞Rgn−1pn⎥⎥w=∫2pdv==11⎢=TT(−)12g1−⎜⎟2n−1⎢⎢⎣p⎝⎠1⎥⎦1分1分因此有w>0边膨胀边放热1-4:0>n1−4>−∞且T4>T1及S4>S1Rgn−1Δu>0,q>0w=(T1−T4)>0边膨胀边吸热

1-5:1<n1−5<k且T5<T1及S5>S1Δu<0,q>0,w>0边膨胀边吸热边降温1分1分3、(5分)证明:取热机、热源、冷源组成闭口绝热系1000kJΔs热源=−(273.15+167)K=−2.272kJ/K568kJΔs冷源=(273.15+7)=2.027kJ/KΔs热机=0Δsiso=−2.272kJ/K+2.027kJ/K=−0.245kJ/K<05分因此该热机是不可能制成的。4、(6分)(1)(2分)答:不矛盾。1分实际气体有两个独立的参数。理想气体忽略分子间的作用力,因此只取决于温度。1分1分1分(2)(2分)答:不正确。注意同等的条件。(3)(2分)答:不正确。1分熵增大的过程不一定为吸热过程,因为熵增大包括熵流和熵产两部分,只有熵流大于0,才是吸热过程;只有熵流等于0的可逆过程,才是可逆绝热过程。1分三、计算题:(60分)1、(10分)解:由于可逆过程对外界作功最大,故按可逆定温膨胀计算。由活塞的运动规律可知,当活塞两侧的压力差为零时,活塞的速度达到最大值。3分此时,氧气的压力为0.1MPa,由理想气体状态方程可得活塞移动的距离为5l。

查附表可知,氧气的气体常数Rg为260J/(kg.k)2分3分1分1分因此,拔除销钉后,活塞可能达到的最大速度为112m/s.2、(10分)解:取气罐为系统,则该系统为一开口系统。考虑一股流体流流入罐内,无流出。1分δQ=0;δWi=0,忽略动能差和位能差dECV=δminhdU=δminh3分4分δQ=dECV−δmh+1cf⎛⎝m2u2−m1u1=minhm2mh+gz+δWi⎞⎠=(−)2⎜⎟in2积分1u=(m2−)+mhm1u1m22分123、(15分)解:查附表知空气的气体常数为Rg=0.287kJ/(kg·K),1)取整个气缸为闭口系,因为气缸绝热,因此Q=0;又因为活塞导热而无摩擦,W=0,1分且平衡时A、B两侧温度相等,即TA2=TB2=T2。由闭口系能量方程得:ΔU=ΔUA+ΔUB=0即:mAcV(T2−TA1)+mBcV(T2−TB1)=02分1分因为,TA1=TB1=T1=300K,于是终态平衡时,两侧的温度均为:T1=T2=300K2)取整个气缸为闭口系,当终态平衡时,两侧压力相等,设为p2,则:1分3分1分(mA+mB)RgT2RgT2)VA1+VB1=(pA1VA1+pB1VB1p2=V2RTg1RTg1T2T1(VA1+VB1)=(pA1VA1+pB1VB1)=0.15MPap2=pA1VA1lnpA1=1.918J/K3)ΔSA=−mARglnpA12分2分TA1p2p2=pB1VB1lnpB1ΔSB=−mBRglnpB1=−1.352J/Kp2TB1整个气缸绝热系的熵变:ΔS=ΔSA+ΔSB=0.566J/K2分

4、(15分)解:查附表知氮气的气体常数为Rg=0.297kJ/(kg·K),摩尔质量为28g/mol。1分v2=v1=RgT1=0.297×103×(35+273)=0.457m3/kg1分1分1分1分1分p10.2106×T2=0.2×(180+273)=0.294MPap2=p1T(35+273)1CVm=5R=5×8.3145J/(mol⋅K)=20.786J/(mol⋅K)2CVmM220.786J/(mol⋅K)=742J/(kg⋅K)=2810cV=×-3kg/molCpm=7R=7×8.3145J/(mol⋅K)=29.101J/(mol⋅K)22Cpm29.101J/(mol⋅K)=1039J/(kg⋅K)cp==1分M2810kg/mol-3×1分气体膨胀功:w=0技术功:wt=v1(p1−p2)=0.457×(0.2−0.294)×101分6×10−3=−42.9kJ/kg比焓变化量:Δh=cp(t2−t1)=1.039×(180−35)=150.66kJ/kg=qp2分2分比热力学能变化量:ucT0.74218035107.59kJ/kg=qVΔ=Δ=V×(−)=焓变化量:ΔH12=m×Δh=1000kg×150.66kJ/kg=150660kJ=Qp热力学能变化量:ΔU12=m×Δu=1000kg×107.59kJ/kg=107590kJ=QV1分1分5、(10分)解:Qc=mccc(tc−tm)Qw=mwcw(tm−tw)2分2分∵Qc=Qwmccc(tc−tm)=mwcw(tm−tw)代入数据解得:tm=32.48℃TmδQ=∫TmmwcwdT=mwcwlnTm=6×4.187×ln32.48+273∫=1.23kJ/