XXXX工程热力学试题_答案

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1、8 级能源与动力学院考试试卷工程热力学 （A 卷）（闭卷， 150 分钟）班级姓名学号成绩一、简答题 ( 每小题 5 分，共 40 分)1. 什么是热力过程？可逆过程的主要特征是什么？答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力过程。可逆过程的主要特征是驱动过程进行的势差无限小，即准静过程，且无耗散。2. 温度为 500C 的热源向热机工质放出 500 kJ 的热量，设环境温度为 30C，试问这部分热量的火用（ yong）值（最大可用能）为多少？答： Ex,q30273.15500 1303.95kJ500273.153. 两个不同温度（ T1,T 2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热

2、源T1 吸收热量 Q1 向低温热源 T2 放出热量 Q2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增。假设功源的熵变 SW =0。Siso 0证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为（1分）SisoST1ST2SRSW对热机循环子系统：SR1 0分SISOQ1Q2001 分T1T2根据卡诺定理及推论：1 分t,C1Q21T2tQ1T1则： Siso0。1分4. 刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中隔板保持真空，如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态AB参数（ T、P、u、s、v）如何变化，并简述为什么。自由膨胀答： u、 T 不变， P 减

3、小， v 增大， s 增大。5. 试由开口系能量方程一般表达式出发， 证明绝热节流过程中， 节流前后工质的焓值不变。（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计）第1页共6页8 级能源与动力学院考试试卷答：开口系一般能量方程表达式为绝热节流过程是稳态稳流过程，因此有如下简化条件，则上式可以简化为：根据质量守恒，有代入能量方程，有6.什么是理想混合气体中某组元的分压力？试按分压力给出第i 组元的状态方程。答：在混合气体的温度之下，当 i 组元单独占有整个混合气体的容积（中容积）时对容器壁面所形成的压力， 称为该组元的分压力； 若表为 Pi ，则该组元的状态方程可写成：Pi

4、 V= miRi T 。7. 高、低温热源的温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数是否就愈大，愈有利？试证明你的结论。答：否，温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数愈小，耗功越大。（2 分）证明： RT2q2T2 ，当 q2 不变，T时， w 、 R。即在同样 q2 下T1T2 wT( 说明得到的收益相同) ，温差愈大，需耗费更多的外界有用功量，制冷系数下降。（3 分）8.一个控制质量由初始状态A 分别经可逆与不可逆等温吸热过程到达状态B，若两过程中热源温度均为Tr 。试证明系统在可逆过程中吸收的热量多，对外做出的膨胀功也大。第2页共6页8 级能源与动力学院考试试卷答：经历可逆或不可逆定温过程后，按题给两种情

5、况下过程的初、终状态相同，因而系统的熵变相同。由系统的熵方程ssfsg ，对于可逆过程其熵产为零，故热熵流将大于不可逆过程。可见，可逆过程的热量将大于不可逆过程；（3 分）由热力学第一定律，quw ，因过程的初、终状态相同，热力学能变化u 相同，故可逆与不可逆两种情况相比，可逆过程的过程功亦较大。（2分）二、作图题：（每小题 5 分，共 10 分）1.试在所给参数坐标图上定性地画出理想气体过点1 的下述过程， 分别指出该过程的过程指数 n 应当在什么数值范围内( 图中请标明四个基本过程线) ：1）压缩、升温、吸热的过程2）膨胀、降温、吸热的过程。pT11v(1) npT(1)snn=01n=0

6、n=11n=1(2)n=k(2)n=kvs答： (1)n k ；(2)1 n k评分：四条基本线（2 分）两条曲线（2 分） n 取值（ 1 分）第3页共6页8 级能源与动力学院考试试卷2. 如图所示 s图上理想气体任意可逆过程1 2 的热量如何表示？热力学能变化量、焓T变化量如何表示？若过程12 是不可逆的，上述各量是否相同？( 请写出简明的作图方法。 )答：对可逆过程，热量为面积1-m-k-2-1 ，热力学能变化量为面积1-m-n-2 v -1 ，焓变化量为1-m-g-2 p-1 。对不可逆过程，热量无法表示，热力学能和焓变化量相同TT21s2v22pT=const1mnkgs三、计算题：

7、（共 50 分）1. 压气机在95 kPa 、25的状态下稳定地以340 m3/min的容积流率吸入空气，进口处的空气流速可以忽略不计；压气机排口处的截面积为0.025m2，排出的压缩空气的参数为200kPa、 120 。压气机的散热量为60 kJ/min 。已知空气的气体常数Rg=0.287 kJ/(kg.K)，比定热容 cV=0.717 kJ/(kg.K)，求压气机所消耗的功率。 （ 16 分）解：以压气机中空气为研究对象，其稳定工况的能量方程为?2?2?c1c2Q W sh(h1gz2 ) m 02gz1 ) m (h22即?2?2?c1c2WshQ (h1gz1 ) m ( h2gz2

8、 ) m（ a）22?601031000( J / s)其中： Q60?3?p1 V95 103406.2944(/)mkgR gT1287( 27325)60sc10m / sz0m第4页共6页8 级能源与动力学院考试试卷?6.2944287(273120)c2mmRgT 2141.99( m/ s)2 A2p2 A22001030.025h h2 h1cpT(273 717)(120 25) 95380.0(J / s)将以上数据代入式（a），可得压气机所消耗的功率为：?141.992105 ( J / s)Wsh10006.2944(95380 .0)6.64822. 在高温环境中有一容

9、器， A 侧装有2 kg 氮气，压力为 0.07MPa，温度为 67； B 侧装有8 kg 氮气，压力为 0.1MPa，温度为 17，。N2N2A 和 B 的壁面均为透热壁面，它们之间用管道和阀门相连，见附2 kg8 kg图。现打开阀门，氮气由B 流向 A。氮气可视为理想气体，已知0.07MPa0.1 MPa6717 气体常数 Rg,N 2= 297 J/(kg K) ，过程中的平均定容比热容cv =0.742 kJ/( kg K)，若压力平衡时容器中气体温度为t2=40 ，试求：平衡时终压力P2；吸热量 Q ；气体的熵变。 （18 分）解：容器 A 和 B 的容积分别为2.8851 m 3V

10、AmA RgTA12297340PA 10.07106VBmB Rg TB182972903（4 分）PB10.1 10 66.8904 m取 A+B中的气体为系统（CM），=A +B = 2 +8 =10 kgmmmV =VA + VB = 2.8851 + 6.8904 = 9.7755 m3（2 分）终态时的气体压力P2mRgT2102973130.0951 MPa（2 分）V9.7755按题给，系统不对外作功，有QU mcvT2cv (mA TA1mBTB1 )100.742313 0.742 ( 2 3408 290) （5 分）2322.462226 96.46 kJ原在 A 中的

11、氮气熵变（ 2 分）SAT2R g lnP2)2(1.039ln273400.297ln0.09510.3540 kJ/Km A (cp lnPA273670.07)TA原在 B 中的氮气熵变（ 2 分）SBm B (c pln T2R g ln P2 )2(1.039ln273400.297ln0.0951) 0.7538 kJ/KTBPB273170.1全部氮气的熵变SSASB0.35400.75380.3998 kJ/K （ 1 分）3.将 100 kg温度为 30 的水与200 kg 温度为 80 的水在绝热容器中混合，假定容器第5页共6页8 级能源与动力学院考试试卷内壁与水之间也是绝热的，且水的比热容为定值，取c 4.187 kJ/(kgK) ，环境温度为17 。求混合过程导致的可用能损失？（16 分）解：以绝热熔器内水为研究对象，由其能量方程可得m1cT1 m2 cT2 (m1m2 )cT可得m1T1m2T2100 303200353336.33KTm2100200m1水的混合过程的熵变为SS fS g由于绝热S f0SgS m1 c lnTTm2 c lnT2T11004.187 ln 336.332004.187 ln 336 .333.186(kJ / K )303353混合过程的做功能力的损失为I T0S290 3.186 923.94(kJ )g第6页共6页