06年工程热力学试卷

广州大学2007~2008学年第2学期考试卷课程工程热力学考试形式（开/闭卷，考试/查）学院土木系建备专业2006班级班学号姓名题次一二三四五总分评卷人分数81230842100评分一．填空题(每空1分,共8分)1、系统与外界之间没有__能量__传递和__物质__交换的系统，称为孤立系统。2、若已知工质的表压力为0.07MPa，当地大气压力为0.1MPa。则工质的绝对压力为0.17MPa。3、某工质在某过程中内能增加15KJ，对外作功15KJ，则此过程中工质与外界交换热量Q＝30KJ。4、露点是对应于湿空气中水蒸气分压力下的饱和温度。5、当湿蒸汽的干度x＝1时，工质全部为干饱和蒸汽。6、压缩因子z反映实际气体与理想气体的偏差程度。二．单项选择题(6小题,每小题2分,共12分)1、理想气体的焓是C的单值函数.（A）压力；（B）比体积；（C）温度；（D）热力学能。2、闭口系统从热源取热5000kJ，系统的熵增加为20kJ/K，如系统在吸热过程中温度保持为300K，则这一过程是B。（A）可逆的；（B）不可逆的；（C）不能实现的；（D）不能确定的。3、湿空气加热过程的特征是湿空气的B不变。（A）焓；（B）含湿量；（C）相对湿度；（D）温度。4、用干、湿球温度计和露点仪对湿空气进行测量，得到3个温度：16℃，18℃，29℃，则干球温度t＝____C_____，湿球温度tw＝____________。（A）16℃，18℃；（B）29℃，16℃；（C）29℃，18℃；（D）16℃，29℃。5、多变过程是指D。（A）一切热力过程；（B）一切可逆过程；（C）一切不可逆过程；（D）一切符合的过程。6、当空气以M1的亚音速进入喷管而以M1的超音速流出喷管时，流体速度，该喷管为A喷管。（A）增大，缩放；（B）减小，渐扩；（C）减小，渐缩；（D）增大，渐缩。三．简答题(5小题,每小题6分，共30分)1、理想气体能否进行吸热而降温的过程？试用热力学第一定律解释之。答：由热力学第一定律Q=ΔU+W。理想气体吸热，则Q0，降温则ΔT0，对于理想气体，热力学能是温度的单值函数，因此，ΔU0。在此过程中，当气体对外作功，W0，且气体对外作功大于热力学能降低的量，则该过程遵循热力学第一定律，因此，理想气体能进行吸热而降温的过程。2、水在某温度条件下的饱和液体的焓为h’、熵为s’，饱和蒸汽的焓为h”、熵为s”，则此温度下，当湿蒸汽的干度为x时，请写出湿蒸汽的焓hx和熵sx的表达式。答：湿蒸汽的焓和熵的表达式：3、空气流经喷管，进口流速c1=0，进口压力为p1＝1MPa，出口压力为p2=0.5MPa，请问应采用什么类型的喷管？（已知压力比β＝0.528）答：临界压力：所以应该采用渐缩渐扩喷管。4、“对刚性容器中的水加热，使其在恒温下蒸发”。请判断该过程是否可逆，说明理由。答：实现可逆过程的两个条件，一是过程没有势差，二是过程没有耗散效应。如果水与加热热源之间没有温差，则该过程满足可逆过程的条件，是可逆过程；若水与加热热源之间有温差，则该过程不满足条件一，是不可逆过程。5、试先在p-v图和T-s图上画出以自点1出发的四种基本热力过程的过程曲线的位置，然后在图上画出自点1出发的多变系数n＝1.6的压缩过程，并判断q，w，Δu的正负（工质为空气）。答：q0,w0，Δu0四．证明题(8分)试证明服从范德瓦尔方程的气体绝热自由膨胀时，。（提示：）证明：气体绝热自由膨胀，则δq＝0，δw＝0。所以由热力学第一定律δq＝du+δw，可得du＝0。即（1）气体服从范德瓦尔方程，则（2）将式（2）代入式（1），可得五．计算题(共42分)1、气体经历某一过程，在此过程中从外界吸热300kJ，同时气体的热力学能增加120kJ，问：（1）此过程与外界交换的功量是多少？（2）经历此过程后，气体的比体积是增大还是减小了？（6分）解：（1）由热力学第一定律Q=ΔU+W,可得：W=Q-ΔU=300-120=180kJ（2）由（1）得：W0,可知，比体积增大。2、某热机循环，工质温度为TH=2000K的热源吸热QH，并向温度为TL=300K的热源放热QL。在下列条件下，试根据孤立系统熵增原理确定该机循环可能实现吗？是否是可逆循环？（1）QH＝1500J，QL＝800J；（2）QH＝2000J，W0＝1800J（6分）解：（1）将图中得热源、冷源和热机组成孤立系统，则所以该循环可实现，但是不是可逆循环。（2）由热力学第一定律QL=QH-W=2000-1800=200（J）该循环违背孤立系统熵增原理，故不能实现。3、空气经历一个如图所示的动力循环。已知1-2为定熵过程，2-3为定温过程，3-1为定压过程，且：T1=1500K，T2=300K，p2＝1bar，将比热容当作定值比热容且绝热指数k＝1.4。求（1）p1；（2）循环的热效率η；（3）在T-s图上表示出该循环。（10分）解：（1）由已知1-2为定熵过程，可得：（2）循环吸热循环放热（3）4、空调系统将温度为5℃，相对湿度为40％的室外空气加热至25℃；然后，向空气流中喷入压力为400kPa的水蒸气，从而将最终的相对湿度又提高至40％。已知：B＝101325Pa。问：（1）如果室外空气进入空调系统时的体积流量为60m3/min，求加热空气所需的热流量；（2）计算喷入水蒸气的流量。（h-d图见附表）（8分）解：由，从h-d图查得：h1＝11kJ/kg(a)，d1＝2.2g/kg(a)将室外空气加热至t2＝25℃，可知；d2＝d1，从h-d图查得：h2＝31kJ/kg(a)向空气流中喷入水蒸气后，因温度保持不变，，从h-d图查得：h3＝45.5kJ/kg(a)，d3＝8g/kg(a)室外空气的质量流量：则干空气的质量流量：加热空气所需的热流量：喷入水蒸气的流量:5、某蒸汽压缩式制冷机，用氨作致冷剂。致冷量为105kJ/h。冷凝器出口氨饱和液的温度为300K，压力为1.06MPa；节流后温度为260K，压力为0.255MPa。经查表得：h1＝1570kJ/kg，h2＝1770kJ/kg，h3=450kJ/kg。试求：（1）每千克氨的吸热量q2；（2）氨的质量流量；（3）压气机消耗的功率P；（4）冷却水带走的热量Q1；（5）致冷系数ε。（6）相同温度范围内逆向卡诺循环的致冷系数εc。（12分）解：（1）每千克氨的吸热量：q2＝h1-h4＝1570-450＝1120（kJ/kg）（2）氨的质量流量：（3）压气机消耗的功率：（4）冷却水带走的热量为：（5）制冷系数为：（6）逆向卡诺循环的制冷系数学院领导审批并签名A/B卷广州大学2007~2008学年第2学期考试卷课程工程热力学考试形式（开/闭卷，考试/查）学院土木系建备专业2006班级班学号姓名参考答案题次一二三四五总分评卷人分数81230842100评分一．填空题(每空1分,共8分)1、按照系统与外界之间物质和能量的交换情况，系统可分为开口系统、闭口系统、绝热系统、__孤立__系统。2、露点是对应于湿空气中水蒸气分压力下的饱和温度。3、工质在热机中经历一个不可逆循环回到初态，其熵的变化量总是__0__。4、单位质量的理想气体被定容加热时，由于温度升高，则压强__增大__。5、湿空气加热过程的特征是湿空气的含湿量不变。6、对逆卡诺致冷循环，冷热源的温差越大，则致冷系数越小。7.在最高温度与最低温度相同的所有循环中，以卡诺循环的热效率为最高。二．最佳选择题(6小题,每小题2分,共12分)1、理想气体在一个带活塞的气缸中膨胀，容器绝热，可以忽略热传递，则气体的温度A。（A）减少；（B）保持不变；（C）增加；（D）无法确定。2、对于水蒸气定压发生过程可分为三个阶段，下列选项中错误的是：___B___。（A）未饱和水的定压预热过程；（B）未饱和水的定压汽化过程；（C）饱和水的定压汽化过程。（D）水蒸气的定压过热过程。3、在暖房温度和环境温度一定的条件下，冬天用热泵取暖和用电炉取暖相比，从热力学观点看A。（A）热泵取暖合理；（B）电炉取暖合理；（C）二者效果一样；（D）无法确定。4、以空气为工质所进行的某过程中，加热量的一半转变为功，则该过程的多变指数n为D（A）1.8；（B）1.6；（C）1.3；（D）0.6。5、湿空气在总压力不变，干球温度不变的条件下，如果湿球温度越低，则其含湿量B。（A）愈大（B）愈小（C）不变（D）不确定6、气体流经渐缩喷管而射向真空，则流速，流量D。（A）增大，减小；（B）减小，增大；（C）减小，不变；（D）增大，不变。三．简答题(5小题,每小题6分,共30分)1、“对刚性容器中的水搅拌，使其在恒温下蒸发”。请判断该过程是否可逆，说明理由。答：该过程是不可逆过程。因为对刚性容器中的水搅拌，机械功转变为热能，存在耗散效应，因而是不可逆过程。2、将p-v图表示的循环，如图所示，表示在T－s图上。图中：2-3，5-1，为定容过程；1-2，4-5为定熵过程；3-4为定压过程。3、门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行，若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面，感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门降低室内温度的目的，你认为这种想法可行吗？请以门窗紧闭的房间为系统，利用热力学第一定律进行分析。答：这种想法不可行的。根据热力学第一定律，选择房间为闭口系统，因为门窗紧闭，固可认为与外界之间没有热量交换，是绝热闭口系。由Q=ΔU+W,Q＝0，电冰箱工作消耗电功，W0,可以得到ΔU0。可见，在打开电冰箱后，房间内的空气温度最终会上升，因此通过敞开冰箱大门降低室内温度的想法是不可行的。4、在寒冷的阴天，虽然气温尚未达到0℃，但晾在室外的湿衣服会结冰，这是什么原因？答：在寒冷的阴天，气温指的是室外空气的干球温度，而室外的湿衣服的温度是室外空气的湿球温度，虽然干球温度尚未达到0℃，但是其所对应的湿球温度已经达到或者低于0℃，所以晾在室外的湿衣服会结冰。5、右图为蒸气压缩制冷循环的T-s图，试指出进行各热力过程相应设备的名称，并写出制冷量q2和制冷系数ε的计算式。答：1-2过程的设备为压缩机，2-3过程的设备为冷凝器，3-4过程的设备为膨胀阀，4-1过程的设备为蒸发器。四．证明题(8分)试证明服从范得瓦尔方程的气体绝热自由膨胀时，。（提示：）证明：气体绝热自由膨胀，则δq＝0，δw＝0。所以由热力学第一定律δq＝du+δw，可得du＝0。即（1）气体服从范德瓦尔方程，则（2）将式（2）代入式（1），可得五．计算题(5小题,共42分)1、系统经一热力过程，放热8kJ，对外做功26kJ.为使其返回原状态，对系统加热6kJ，问需对系统做功多少？（8分）解：由Q=ΔU+W得ΔU=Q-W=-8-26=-34kJ对于返回初态的过程ΔU’=-ΔU=34kJW’=Q’-ΔU’=6-34=-28kJ2、卡诺循环工作于600℃及40℃两个热源之间，设卡诺循环每秒钟从高温热源取热100kJ。求（1）卡诺循环的热效率；（2）卡诺循环产生的功率；（3）每秒钟排向冷源的热量。（8分）解：（1）卡诺循环的热效率：（2）卡诺循环产生的功率：（3）每秒钟排向冷源的热量：3、某一刚性绝热容器，有一隔板将容器分为容积相等的两部分，每一部分容积为0.1m3。如容器一边是温度为40℃，压力为0.4MPa的空气，另一边是温度为20℃，压力为0.2MPa的空气。当抽出隔板后，两部分空气均匀混合而达到热力平衡。求混合过程引起的空气熵的变化。（10分）解：选取两部分空气为系统，由题意可得：混合后，m=m1+m2=0.638kg，V=V1+V2=0.2m3在绝热混合过程中，，混合后的温度：混合过程中熵的变化为4、有两股空气，压力均为大气压力B=101325Pa，温度分别为40℃和0℃相对湿度均为40%，它们之间的干空气流量百分比依次为60%和40%。求混合后的温度和相对湿度。设混合后的压力仍为大气压力。（h-d图见附表）（8分）解：由已知，查焓湿图可得：d1＝19g/kg(a)，h1＝89kJ/kg(a)d2＝1.5g/kg(a)，h2＝