工程热力学期末试卷及答案

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1、一是非题1两种湿空气的相对湿度相等，则吸收水蒸汽的能力也相等。（）2闭口系统进行一放热过程，其熵一定减少（）3容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会改变。（）4 理 想 气 体 在 绝 热 容 器 中 作 自 由 膨 胀 ， 则 气 体 温 度 与 压 力 的 表 达 式 为k 1T2p2k（）T1p15对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、 开口系统或孤立系统进行分析， 其结果与所取系统的形式无关。 （）6工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程，则工质熵的变化是一样的。（）7对于过热水蒸气，干度x1（）8对于渐缩喷管，若气流的初参数一定，那么随着背压的降低，流量将增大，但最多

2、增大到临界流量。 （）9膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量（）10已知露点温度 t d 、含湿量 d 即能确定湿空气的状态。 （）二选择题（ 10 分）1如果热机从热源吸热100kJ，对外作功100kJ，则（）。（ A）违反热力学第一定律； （B）违反热力学第二定律；（ C）不违反第一、第二定律； （ D）A 和 B。2压力为 10bar 的气体通过渐缩喷管流入 1bar 的环境中，现将喷管尾部截去一小段，其流速、流量变化为（） 。A 流速减小，流量不变（B）流速不变，流量增加C 流速不变，流量不变（D）流速减小，流量增大3系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值大小取决于（）

3、。（ A）系统的初、终态； （B）系统所经历的过程；（ C）（ A）和（ B）；（D）系统的熵变。4不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后，其结果只能是（）。（ A）全部水变成水蒸汽（ B）部分水变成水蒸汽（ C）部分或全部水变成水蒸汽（ D）不能确定5（）过程是可逆过程。（ A） .可以从终态回复到初态的（ B）.没有摩擦的（ C）.没有摩擦的准静态过程（ D） .没有温差的三填空题（ 10 分）1理想气体多变过程中，工质放热压缩升温的多变指数的范围_2蒸汽的干度定义为 _。3水蒸汽的汽化潜热在低温时较 _，在高温时较 _，在临界温度为 _。4理想气体的多变比热公式为_5采用 Z 级冷却的

4、压气机，其最佳压力比公式为_四、名词解释（每题2 分，共 8 分）1卡诺定理：2理想气体3水蒸气的汽化潜热5含湿量五简答题（ 8 分）t d 、 t wet 温度，试用1.证明绝热过程方程式2.已知房间内湿空气的Hd 图定性的确定湿空气状态。六计算题（共54 分）1质量为 2kg 的某理想气体，在可逆多变过程中，压力从0.5MPa 降至 0.1MPa，温度从 162降至 27，作出膨胀功267kJ，从外界吸收热量66.8kJ。试求该理想气体的定值比热容 c p 和 cV kJ/(kg K)，并将此多变过程表示在p v 图和 Ts 图上（图上先画出4 个基本热力过程线） 。（14分）2某蒸汽动力

5、循环。 汽轮机进口蒸汽参数为p1=13.5bar，t1=370 ,汽轮机出口蒸汽参数为 p2=0.08bar 的干饱和蒸汽，设环境温度t0=20 ,试求：汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率（15 分）3压气机产生压力为6bar ，流量为 20kg/s的压缩空气，已知压气机进口状态p1 =1bar， t 1 =20，如为不可逆绝热压缩，实际消耗功是理论轴功的1.15 倍，求压气机出口温度t2及实际消耗功率cp=1.004kJ/(kgK)，气体常数P。（已知：空气R=0.287kJ/(kgK)）。（ 15 分）4一卡诺循环，已知两热源的温度t1=527、 T2=27 ,循环吸热量Q1=2500

6、KJ，试求：（ A）循环的作功量。 （ B）排放给冷源的热量及冷源熵的增加。(10 分 )一是非题（ 10 分）1、2、3、4、5、6、7、 8、 9、 10、二选择题（ 10 分）1、B2、 A3、 A4、 A5、 C三填空题（ 10 分）1、大于 0，小于 ;2、湿蒸汽中含干蒸汽的质量/ 湿蒸汽的总质量3、小，大， 0n4、 cnn 1 cv5、 i=（ PZ+1/P1） 1/Z四、名词解释（每题2 分，共 8 分）卡诺定理： 1所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切可逆循环，其热效率都相等，与采用哪种工质无关。 2在同温热源与同温冷源之间的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。理想气体

7、：气体分子本身所具有的体积与其所活动的空间相比非常小，分子本身的体积可以忽略，而分子间平均距离很大，分子间相互吸引力小到可以忽略不计时，这种状态的气体便基本符合理想气体模型。水蒸气的汽化潜热：将1kg 饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所需的热量。相对湿度：湿空气的绝对湿度v 与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s 的比值，称为相对湿度。五简答题（ 8 分）1、证明：据能量方程：pv由于 T，代入上式得R即或整理得出上式即为绝热过程方程式。2、答：在 hd 图上，沿温度值为 twet 的温度线，与相对湿度线100% 交于一点 a，从 a 点沿等焓线与温度值为 t 的温度线交于一点 b，b 点几位室内

8、空气状态参数。如右图所示。六计算题（共 54 分）1、 c p =1.2437kJ/（kg?K）和 cV =0.9567kJ/（ kg?K）2、背压为 0.275MPa，出口流速 12526.3kg/s3、实际功量 617.6kJ/kg,理想功量 kJ/kg,相对内效率 0.6614、功量：1562.5kJ,排放给冷源的热量 937.5kJ,冷源熵的增加3.125kJ/K 一是非题（ 10分）1系统的平衡状态是指系统在无外界影响的条件下，不考虑外力场作用， 宏观热力性质不随时间而变化的状态。（）2不管过程是否可逆，开口绝热稳流系统的技术功总是等于初、终态的焓差。（）3工质经历一可逆循环，其ds

9、=0，而工质经历一不可逆循环，其ds0。（）4 理 想 气 体 在 绝 热 容 器 中 作 自 由 膨 胀 ， 则 气 体 温 度 与 压 力 的 表 达 式 为k 1T2p2kT1p1（）5对一渐放型喷管，当进口流速为超音速时，可做扩压管使用。（）6对于过热水蒸气，干度x1（）7在研究热力系统能量平衡时，存在下列关系式：EsysEsur =恒量， Ssys+ Ssur=恒量。（）8对于渐缩喷管，若气流的初参数一定，那么随着背压的降低，流量将增大，但最多增大到临界流量。 （）9膨胀功、流动功和技术功都是与过程路径有关的过程量（）10在管道内定熵流动过程中，各点的滞止参数都相同。（）二选择题（

10、10 分）1湿蒸汽经定温膨胀过程后其内能变化_（ A） U=0（B） U0（ C） U 0（D） U0 或 U02压气机压缩气体所耗理论轴功为_222（A）pdv （B）d(pv) （C）pdu p1 v1 p2v1113多级（共Z 级）压气机压力比的分配原则应是_（ A） i= （PZ+1+P1）/Z （B） i= （PZ+1/P1） 1/Z（ C） i=PZ+1/P1 （ D） i= （PZ+1/P1）/Z4工质熵减少的过程_（ A）不能进行（ B）可以进行（ C）必须伴随自发过程才能进行5闭口系统功的计算式W=U1 U2_适用于可逆与不可逆的绝热过程。只适用于绝热自由膨胀过程。只适用于理

11、想气体的绝热过程。只适用于可逆绝热过程。三填空题（ 10 分）1理想气体多变指数 n=1，系统与外界传热量 q=_；多变指数 n=，系统与外界传热量 q=_ 。2卡诺循环包括两个 _过程和两个 _过程3水蒸汽的汽化潜热在低温时较_，在高温时较 _，在临界温度为 _。4在 T S 图上，定压线的斜率是_；定容线的斜率是 _5理想气体音速的计算式： _，马赫数的定义式为： _四、名词解释（每题 2 分，共 8 分）1孤立系统2焓3热力学第二定律及数学表达式5相对湿度五简答题（ 8 分）1.闭口系统从温度为 300K 的热源中取热 500kJ，系统熵增加 20kJ K ，问这一过程能否实现，为什么2

12、.已知房间内湿空气的t 、 twet 温度，试用 H d 图定性的确定湿空气状态。六计算题（共54 分）11空气的初态为p1=150kPa， t1=27，今压缩2kg 空气，使其容积为原来的4 。若分别进行可逆定温压缩和可逆绝热压缩，求这两种情况下的终态参数，过程热量、功量以及内能的变化，并画出p-v 图，比较两种压缩过程功量的大小。（空气：cp =1.004kJ/(kgK) ，R=0.287kJ/(kgK) ）（20 分）2某热机在 T1=1800K 和 T2=450K 的热源间进行卡诺循环，若工质从热源吸热1000KJ，试计算：（A ）循环的最大功？（ B）如果工质在吸热过程中与高温热源的

13、温差为 100K ，在过程中与低温热源的温差为 50K ，则该热量中能转变为多少功？热效率是多少？（ C）如果循环过程中，不仅存在传热温差，并由于摩擦使循环功减小 10KJ ，则热机的热效率是多少？（ 14 分）3已知气体燃烧产物的 cp=1.089kJ/kg K 和 k=1.36 ，并以流量 m=45kg/s 流经一喷管，进口 p1=1bar 、T1=1100K、c1=1800m/s。喷管出口气体的压力 p2=0.343bar ，喷管的流量系数 cd=0.96 ；喷管效率为 =0.88 。求合适的喉部截面积、喷管出口的截面积和出口温度。 （空气：c p=1.004kJ/(kgK)，R=0.2

14、87kJ/(kgK) ）（ 20 分）一是非题（ 10 分）1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、二选择题（ 10 分）1、B2、C3、B4、B5、A三填空题（ 10 分）1、功 W;内能 U2、定温变化过程，定熵变化3、小，大， 04、对数曲线，对数曲线c5、 akpvkRT ，Ma四、名词解释（每题2 分，共 8 分）孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统。焓：为简化计算，将流动工质传递的总能量中，取决于工质的热力状态的那部分能量，写在一起，引入一新的物理量，称为焓。热力学第二定律：克劳修斯 (Clausius)说法：不可能把热量从低温物体传到高温

15、物体而不引起其他变化。开尔文一浦朗克(KelvinPlank)说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。相对湿度：湿空气的绝对湿度v 与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s 的比值，称为相对湿度。五简答题（ 8分）1、答：能实现q对于可逆过程的熵有：ds，则系统从热源取热时的可能达到的最小熵增为：Tds500kJ B1.67kJ / k ，s20kJ / k 1.67kJ / k ，因此该过程是可300K以实现的。2、答：在 hd 图上，沿温度值为t wet 的温度线，与相对湿度线100% 交于一点 a，从 a 点沿等焓线与温度值为t 的温度线交于一点 b，

16、b 点几位室内空气状态参数。如右图所示。六计算题（共 54 分）1解： 1、定温压缩过程时：据理想气体状态方程：pVmRT可知 初 状 态下体积：V1mRT20.287(27273)1148m3p15010 3据： p1V1p2V2，定温过程，即 T2 T1，且 V21 V1287m3 ，因此有T1T24p2V1 p14 p14 150600kPaV2即定温压缩终态参数为：T2300K ， V2287m3， p2600kPa等温过程，内能变化为零，即：U 0kJpp ( v1 ) k15041.41044.7 kPap1150压缩功： W2 0.287300 ln21v2mRT ln60023

17、8.7kJp2据： T2v1k1v1k 11.4 1k，可知：T2k1.4据热力学第一定律：QUWT1( v2)T1 ( v2)(27 273)4445.8K该过程放出热量： QW238.7kJ即可逆绝热压缩终态参数为： V2287m3， p21044.7 kPa ，T2445.8K2、可逆绝热压缩过程：因为该过程为可逆绝热压缩，因此： Q0 kJ同样可知： V21 V1287m3内能变化为：4据绝热过程方程式：p1v1kp2v2kUcv(T2T1 )(1.0040.287)(445.8300)104.5kJ过程的压缩功为： WU104.5kJW1T214505070.6%Q1T118001002 解：（A）按照卡诺循环时，热效率为：转变的功为：W1T2145075%WQ1100070.6%706 kJQ1T118003答案：喉部截面积f c20.4382能够达到的最大的功为：0.321 m，喷管出口的截面积 f2m，出口截WQ1100075%750kJ面处气体的温度为828.67K（B）工质在吸热过程中与高温热源的温差为100K，在过程中与低温热源的温差为50K的情况下：