2020年春《工程热力学》期末考试复习题

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大连理工大学网络教育学院

2020年春《工程热力学》

期末考试复习题

☆注意事项：本复习题满分共：400分。

一、单项选择题（本大题共39小题，每小题3分,共117分）

1、外界（或环境）的定义是指（）

A、与系统发生热交换的热源B、与系统发生功交换的功源

C、与系统发生质量交换的物源D、系统边界之外与系统发生联系的一切物体

答案：D

2、无热交换的热力系统为（）

A、孤立系统B、闭口系统

C、绝热系统D、开口系统

答案：C

3、准静态过程中，系统经过的所有的状态都接近（）

A、相邻状态B、初状态

C、低能级状态D、平衡状态

答案：D

4、某容器中气体的表压力为0.04MPa,当地大气压为O.IMPa,则该气体的绝对压力为（）MPa

A、0.06B、0.04

C、0.14D、0.05

答案：C

5、某理想气体经历了一个内能不变的热力过程，则该过程中工质的焰变（）

A、大于零B、等于零

C、小于零D、不确定

答案：B

6、可逆定压稳定流动过程中，系统的（）

A、焙不变B、系统与外界交换的热量为零

C、技术功为零

D、燃不变

答案：C

7、两股质量相同、压力相同的空气绝热混合，混合前一股气流温度为200C,另一股的温度为100C,则

混合空气的温度为（）°C。

A、200B、100

C、150D、300

答案：C

8、某封闭热力系，经历了一个可逆过程，热力系对外做功20kJ,外界对热力系加热5kJ,热力系的燃变为

)

A、零B、正

C、负D、尢法确定

答案：B

9、气体在某一过程中吸入了100kJ的热量，同时内能增加了150kJ,该过程是（)

A、膨胀过程B、压缩过程

C、定容过程D、均不是

答案：B

10、热力学第一定律是关于热能与其他形式的能量相互转换的定律,适用于（)

A、一切工质和一切热力过程

B、量子级微观粒子的运动过程

C、工质的可逆或准静态过程

D、热机循环的一切过程

答案：A

11、某热机，在温度为tI的热源却温度为t2的冷源间进行卡诺循环,其热效率为()

T

A、B、n,=1--1

,T,

C、Z=1/

D、n,=l-y

答案：B

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12、水蒸气在定压汽化过程中，其内能的变化Au为（)

A、Au=OB、

Au=h2-%

C>Au=h2-h1-p（v2-V1）

DsAu=jAT

答案:C

13、在气液两相共存区内，定压比热（）

A、cp=0B、0<cp<QO

C、cp->ooD、%不存在

答案：C

14、工质经历任意绝热过程，则工质所做的技术功为（)

A、w.=h.h?

11B、w

C、wt=kwD、W[=0

答案：A

15、空气进行可逆绝热压缩，压缩比为6.5,初始温度为27C,则终了时气体温度可达（）

A、512KB、450K

C、168℃D、46℃

答案：D

16、工质进行了一个吸热、升温、压力下降的多变过程，则多变指数（）

A、（）<n<lB、l<n<k

C、n>kD、n->co

答案：A

17、某装置在完成一循环中从单一热源吸收10（）kJ热量，同时做功lOOkJ,则为（）

A、违反热力学第一定律，不违反热力学第二定律

B、不违反热力学第一定律，违反热力学第二定律

C、两个定律均违反

D、两个定律均不违反

答案：B

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D、提而循环的最高压力，提高循环热效率

答案：C

24、湿空气在总压力不变，干球温度不变的条件下，湿球温度越低，其含湿量（）

A、不变B、不确定

C、越大D、越小

答案:D

25、压强的国际单位是。（）

A、barB、kgf7ni2

C>mmHgD、N/m2

答案：D

26、绝热真空刚性容器内充入理想气体后，容器内气体的温度比充气前气体的温度（）

A、低B、高

C、不确定D、相同

答案：B

27、刚性容器中储有空气2kg,初态参数T）=293K,内装搅拌器，输入轴功率Ws=0.2kW,而通过容器壁

向环境放热速率为Q=O.lkW。工作lh后系统温度T?为（〕Ko

A、200-300B、300-400

C、400-500D、500-600

答案：D

28、理想气体状态方程式为。（）

A、PH=P2y2B、pv=RT

c、A=AP/二彩

工I~T

T22

答案：B

29、理想气体定温膨胀，必然有。（）

A、Q=WB、Q>W

C、Q<WD、Q与W无关

答案：A

30、在冬天，室内开动•台没装任何东西的电冰箱，若运行稳定，电冰箱内部温度不变，则开动电冰箱取

暖与用电炉取暖，从耗电的角度来比较。（）

A、用电冰箱省电B、用电炉省电

C、两者相同D、无法比较

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答案；A

31、某理想气体在高温热源Ti和低温热源T2之间进行卡诺循环，若Ti=nT2,则此循环放给低温热源的热

量是从高温热源吸热量的。（）

A、n倍B、n-1喑

C、（n+1）/n倍D、1/n倍

答案：D

32、喷管中工质参数的变化为。（）

A、dp<0,dv>0,dc>0B、dp<0,dv<0,dc<0

C、dp<0,dv<0,dc>0D、dp>0,dv<0,dc<0

答案：A

33、朗肯循环热效率不高的原因是。（）

A、放热量大B、平均加热温度较低

C、新蒸汽温度不高D、新蒸汽的压力不高

答案：B

34、湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于。（）

A、含湿量B、相对湿度

C、干球温度D、露点温度

答案:A

35、确定湿蒸汽状态的条件是。（）

八、压力与温度B、压力或温度

C、压力与比容D、温度或比容

答案：C

36、未饱和湿空气的湿球温度为口干球温度为3露点温度为如他们之间的关系为。（）

A、lv>Ot<iB、tv=t=td

C、l>tv>tdD、tv>tj>t

答案:C

37、压力表测量的压力是。（）

A、绝对压力B、标准大气压

C、真空度D、相对压力

答案：D

38、理想气体流过阀门（绝热节流），前后参数变化为（）

A、A7=0,AS=OB、ATVO,AS>0

C、Ar=O,AS<0D、AT=O,AS>0

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答案；D

39、大气压力为B,系统中工质真空表压力读数为pi时，系统的真实压力为。（）

A、piB、B+pi

C、B-piD、pi-B

答案：C

二、判断题（本大题共24小题，每小题2分，共48分）

】、开口系统不可能是绝热系统。

答案：错误。

2、可逆过程是不可实现过程。

答案：错误。

3、混合过程是一不可逆过程。

答案：正确。

4、系统经历一个不可逆循环后，能够恢复到原来的状态。

答案：正确。

5、孤立系统婚增越大，说明不可逆性越严重。

答案：正确。

6、多变过程即任意过程。

答案：错误。

7、准平衡过程就是可逆过程。

答案：错误。

8、功、热量、热力学能是具有相同性质的参数。

答案：错误。

9、气体流入真空容器不需要推动功。

答案：正确.

10、气体吸热后端一定增大。

答案：正确。

II、物质的温度愈高，所具有的热量也愈多。

答案：错误。

12、气体吸热后温度一定升高。

答案：错误。

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13、气体膨胀时一定做功。

答案：错误。

14、定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程。

答案：正确。

15、实际气体的压缩因子z=f（p,T）。

答案：正确。

16、压缩因子z是同样压力下实际气体体枳与理想气体体积的比值。

答案：错误。

17、压缩因子z表明实际气体偏离理想气体的程度。

答案：正确。

18、卡诺循环的循环净功Wnei愈大则循环热效率愈高。

答案：错误。

T,

19、可逆循环热效率都相等,7=1

T.

答案：错误。

20、不可逆热力循环中端变大于零。

答案：错误

21、烯增大的过程必为不可逆过程。

答案：错误。

22、不可逆过程中的燧变AS无法计算。

答案：错误。

23、孤立系统燧只能增加不能减少。

答案：错误。

24、如果从同一初始态到同一终态有两条途径，一为可逆，另一为不可逆，则

不可逆可逆,Sf,不可逆可逆，不可逆可逆。

△S＞AS＞SfSg,＞Sg,

答案：错误。

三、名词解释（本大题共20小题，每小题5分，共100分）

I、绝热系统：与外界间无热量交换的热力系统。

2、孤立系统：与外界既无能量交换乂无质量交换的系统。

3、可逆过程：可以使工质沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相q作用中所涉及的外界亦恢复到

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原来状态，而不留下任何改变的过程。

4、平衡状态：一个热力系统，在不受外界影响的条件下系统的状态能始终保持不变的状态。

5、稳定流动：流动流动过程中，开口系统内部及其边界上各点工质的热力学参数及运动参数都不随时间

而改变。

6、三相点：气固、液固、和气液相平衡曲线的交点。

7、理想气体：满足分子是弹性的、不具体积的质点以及分子间相互没有作用力这两点假设的假象气体。

8、余隙容积：活塞式压气机当活塞运动到上死点位置时，在活塞顶面与气缸盖间有一定的空隙，该空隙

的容积称为余隙容积。

9、绝对湿度：单位体积（In?）的湿空气中所含水蒸气的质量c

io、露点温度：在••定的水蒸气分压力下（指不与水或湿物料相接触的情况），未饱和湿空气冷却达到饱

和海空气，即将结出露珠时的温度。

11、相对湿度：湿空气中水蒸气分压力小，与同一温度同样总压力的饱和湿空气中水蒸气分压力p$的比值。

12、边界：系统和外界之间的分界血。

13、推动功：因工质在开口系统中流动而传递的功。

14、凝结：物质由气相转变为液相的过程。

15、卡诺循环：工作于温度分别为T1和T2的两个热源之间的正向循环，由两个可逆定温过程和两个可逆

绝热过程组成。

16、湿空气：含有水蒸气的空气，

17、绝热滞止过程：气体在绝热流动过程中，因受到某种物体的阻碍，而流速降低为零的过程称为绝热滞

止过程。

18、蒸发：在液体表面进行的汽化过程。

19、闭口系统：和外界只有能量交换而无物质交换的系统

20、工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。

四、简答题（本大题共4小题，每小题15分，共60分）

1、试用反证法证明卡诺定理•「在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环,

其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪一种工质也无关二

答案：设有两台可逆机A和B,A是用理想气体作为工质的卡诺循环，B时应用实际气体作为工质的其他

可逆机。它们都在相同的高温热源Ti和低温热源T2间工作。适当地调节两台机器的容量，使他们的循环

吸热量同为Q”当A和B都按正向循环工作时:根据循环过程的热力学第一定律，他们各自的循环净功

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为WA二QIQA、WB=QIQB，热效率为%=△，%二野。比较其大小，有三种可能：⑴r|A>r|B;

QIQi

⑵HA=HB-⑶以<%。（3分）

先假定nA〉“B，因为Q1相同，克制WA>WB及Q2A<Q2B。既然A和B都是可逆机，现在令B寻原路线

按反向运行。B称为制冷剂将从T2吸热Q2B，向T|排热Q1,消耗循环净功WB，WB由热机A提供，它只

占WA中的一部分。热机A与制冷剂B联合运行一个循环后总的结果是：A和B中工质经过循环都回复原

状，高温热源无所得失，低温热源净失热量Q2B-Q2A，复合系统对外输出净功WA-WB，此外没有其他变化。

根据能量守恒原则，WA-WB=Q2B-Q2A，因此总效果相当于取出低温热源的热量Q2B-Q2A转化为功WA-WB，

这将违反热力学第二定律的开尔文说法，因此假定DA〉%的条件是不成立的。（5分）

再假定丁<加，这时令A按反方向运行，可逆热机B带动可逆制冷剂A,按类似的方法和步骤，也可得

出总效果为低温热源净失热量Q2A-Q2B转化为功WB-WA。这也违反了热力学第二定律的结论，同

样被否定。（5分）

因而，唯一的可能是必=皿。A是卡诺机，所以在「和T2之间工作的所用可逆机的热效率均为

1二1—工o（2分）

T.

考点：卡诺定理

课件出处：第五章热力学第二定律，5.1.3第二定律各种表述的等效性的证明

2、描述湿空气的熔湿图中的几种线簇，简绘湿空气焰湿图并将各个线簇标出。

答案：

（5分）

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湿空气焰湿图简图如上图所示。

（I）等湿线（等d线）：一组平行于纵坐标的直线群；（2分）

（2）等焰线（等h线）：一组与横坐标成135°角的平行直线；（2分）

（3）等温线（等t线）：一组互不平行的直线，t愈高，等t线斜率越大；（2分）

（4）等相对湿度线（等（p线）：等（p线是一组上凸形的曲线。（p=100%的曲线，称临界线。临界线上部是

未饱和湿空气，相对湿度小于I：临界线上的个点是饱和湿空气；临界线下部分没有实际意义。（2分）

（5）水蒸气分压力线：水蒸气分压力线与等湿线成直线关系，画在相对湿度线的下方。（2分）

考点：焰湿图的组成

课件出处：第十二章理想气体混合物及湿空气，I243h-d图

3、请在p-v图及T-s图上绘制四种基本热力过程的过程线，并简单描述多变过程的热力过程线随多变指数

n的变化规律。

答案：

（I）基于p-v图的分析

即

-O

-‘即定压线为一水平曲线；（I分）

dv

d-pp

---

dv<0,即定温线为--斜率为负的等边双曲线；（1分）

即V

一

小

--KR<o,即定炳线为•-斜率为负的高次双曲线;（1分）

v

n=±8,8,即定容线为一垂直线。（1分）

由国可见，多变指数n值愈大，过程线斜率的绝对值也愈大。（1分）

（2）基于T-s图的分析

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n=0,—=—>0,即定压线为一斜率为正的对数曲线；（1分）

dsCp

n=l,—=0,即定温线为一水平线；（1分）

ds

n=K,c=0,—^oo,即定懒线为一垂直线；（1分）

nds

dTT

n=±oo,=—>0,即定容线为一斜率为正的对数曲线，由于因此通过同一状态的定容线斜

dsCv

率大于定压线斜率，即定容线比定压线陡。（1分）

考点：基本热力过程在P-V图及T-s上过程线的变化规律

课件出处：第四章气体和蒸汽的基本热力过程，4.4理想气体多变过程

4、请画出朗肯循环的p-v图、T-s图和h-s图并推导朗肯循环的热效率。

答案：p-v图，T-s图和h-s图如下

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<6分）

汽轮机作功：（1分）

凝汽器中的定压放热量：q2=h：—h,（1分）

水泵绝热压缩耗功：W，,3_4=h4-ha（1分）

锅炉中的定压吸热量：q^h.-h.（1分）

ww-w

nc<=SJ2s34（2分）

q.q.

忽略泵功可以得到：

h—h

环热效率：7二」-L（3分）

hl-h3

考点：朗肯循环的热力循环及效率计算

课件出处：第十章蒸汽动力装置循环，10.1.2朗肯循环

五、计算题（本大题共5小题，每小题15分，共75分）

1、0.3标准立方米的氧气，在温度1产45℃和压力pi=103.2kPa下盛于一个具有可移动活塞的圆筒中，先在

定压下对氧气加热，过程为1-2,然后在定容下冷却到初温45C,过程为2-3。已知在定容冷却终了时氧

气的压力pi=58.8kPa试求这两个过程中所加入的热量与热力学能、烙和端的变化，以及所做的功。比热容

取定值比热容计算。

解；僦气的气体常数：R=259.8J/（kg.K）

各状态点的基本参数:

RT,_259.8(273+45)

=0.8m3/kg

-p7~~103.2x1()3

因为，Tx=T],p3V3=P[V]

所以，町吧J03.2x*0.8-kg

3

p358.8x103&

3

又因为,p2=P|,v2=v3=1.40m/kg

所以，T、=1・L=318XU=556.5K

-v.0.8

2020年春季《工程热力学》课程期末复习题第11页共21页

vI4

氧气的质量：T,=T-^=318x—=556.5K

2'v,0.8

氧气的定值比热容：

cv=-R=-x0.2598=0.6495kJ/（kg-K）

77

Cp=-R=-x0.2598=0.9093kJ/（kgK）（2分）

（I）定压过程1-2

热力学能变化：AU=mc、,（T2—Tj=0.4286x0.6495（556.5—318）=66.39kJ（1分）

焙变化：AH=mcp（7；-T,）=0.4286x0.9093（556.5-318）=92.95kJ（1分）

端变化：AS=meJn二一0.4286x0.90931n^^=0.218kJ/K（1分）

PT,318

热量：Qp=AH=92.95kJ（1分）

膨胀功：W=Q-AU=92.95-66.39=26.56kJ（1分）

（2）定容过程2-3：

热力学能变化：△U=mcv（1-G）=0.4286><0.6495（318-556.5）=-66.39kJ（1分）

焰变化：AH=mcp（1；-T2）=0.4286x0.9093（318-556.5）=-92.95kJ（1分）

端变化：AS=me,In-0.4286x0.6495ln=-0.156kJ/K（1分）

p

T2556.5

热量：Qv=AU=-66.39kJ（1分）

膨胀功：W=0（1分）

由于理想气体热力学能和焰都是温度的单值函数，而过程1-2-3中T尸T3,所以

AU13=AU12+AU,3=0

分）

AHInJ=IXAHP+/AJH,,=0（3

考点：基本热力过程的分析及计算

课件出处：第四章气体和蒸汽的基本热力过程，4.2.3,424,4.3.3,4.3.4

2、烘干装置入口处湿空气ti=20℃、5=30%、p=0.1013MPa,加热到t2=853试计算从湿物体中吸收Ikg

水分所需干空气质量和加热量。

2020年春季《工程热力学》课程期末复习题第12页共21页

解：h-d图中，ti=20"C、9]=30%两条等值线交于点1,读得：di=0.0045kg/kg（干）、hi=31.4kJ/kg（F）。

（2分）

过程1-2为等d过程，与t2=85℃等2,温度线交点2读出h2=96.3kJ/kg（干）。（2分）

过程1-3为等h过程，与t3=35℃等温线交于3,读出d3=0.024kg/kg（干）。（2分）

1kg干空气吸收水分

Ad=d3-d,=（0.024-0.0045）kg/kg（干）=0.0195kg/kg（干）

每吸收1kg水分需要干空气质量

m,=---------%-------=51.3kg（干空气）（4分）

d0.0195kg/kg（干）

1kg干空气加热量

q=h2-h1=（96.3-31.4）kJ/kg（干”64.9kJ/kg（干空气）

每吸收1kg水分需加热

Q=maq=51.3kgx64.9kJ/kg=3329kJ（5分）

考点：湿空气加热过程的计算

课件出处：第十二章理想气体混合物及湿空气，1251冷却、冷却去湿及加热

3、35c的热水回，3=20xl（）3kg/h的流量进入冷却塔，被冷却到20℃后离开。进入冷却塔的空气t尸20℃,

6=60%,在30℃的饱和状态下离开。求进入冷却塔的湿空气质量流量，离开冷却塔的湿空气质量流量及

蒸发损失的水量。设当地大气压力为10i325Pao

解：由h=20℃,物=60%及1尸3。℃,6=100%从h-d图查得,

hf=42.4kJ/kg,d]=8.6g/kg

h2=100kJ/kg,d2=27.3g/kg（3分）

2020年春季《工程热力学》课程期末复习题第13页共21页

由t3=35"C及t4=2（）C,取水的平均定压比热容Cpm=4.1868kJ/（kg・K）,则水的熔值为

hw3=4.1868x35=146.54kJ/kg(1分)

hw4=4.1868x20=83.74kJ/'kg(1分)

进入冷却塔的湿空气中干空气的质量流量为

由“3仇3一鼠，420xl03(146.54-83.74)

=29.1xl03kg(a)/h

-33

(h2-h,)-hw4(d2-d)xl0(100-42.4)-83.74(27.3-8.6)x10

(3分)

进入冷却塔的湿空气质量流量为：

33

m,=ma(14-O.OOld,)=29.1x10x1.0086=29.35x10kg/h(2分)

离开冷却塔的湿空气质量流量为：

33

m2=ma(l+0.001d2)=29.1xl0xl.0273=29.894xlOkg/h(2分)

蒸发损失的水量为：

33-3

mw=ma(d2-d,)x10-=29.1xIO(27.3-8.6)x10=544kg/h

3

mw=m2-m,=(29.894-29.35)xlO=544kg/h(3分)

考点：湿空气冷却去湿过程的热力计算

课件出处：第十二章理想气体混合物及湿空气，1251冷却、冷却去湿及加热

4、如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为g。？=23.2%,g$=76.8%试求空气的折合

分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比体积和密度。

解：（1）折合分子量：

3228

（2）气体常数:

（3）容积成分:

28.86x23.2%

=20.9%

r»=1-20.9%=79.1%(3分)

2020年春季《工程热力学》课程期末复习题第14页共21页

（4）标准状态下的比容和密度:

M28.86.

p=----=-----=1.288kg/m:

22.422.4

v=l=0.776m3/kg（6分）

P

考点：混合气体的成分及相应计算

课件出处：第十二章理想气体混合物及湿空气，I2.L3混合气体成分

5、已知天然气的容积成分RH4=97