工程热力学试卷与答案

一、是非判断：是在（）内画“＋”号，非在（）内画“—”号，每题1分，共10分1、热力系是指所有参与热力过程的物体群（）。2、绝热闭口系的熵增就是孤立系的熵增（）。3、状态方程是描述状态参数之间关系的方程（）。4、平衡状态是指在没有外界作用的条件下，热力系宏观性质不随时间变化的状态（）。5、通用气体常数对实际气体和理想气体都是一个不变的常数（）。6、工质经过不可逆过程的熵变必然等于经历可逆过程的熵变（）。7、理想气体的热力学能、焓和熵都仅仅是温度的单值函数（）。8、理想气体绝热节流后温度不变（）。9、在φ=1时，干球温度t湿球温度tw和露点温度td不相等（）。10、任何动力循环，循环净功w0总等于循环净热量q0，即总有w0=q0（）。二、选择填空：每题1分，共10分1、绝热系与外界没有（）交换。A、热量B、物质C、功2、在所列的压力中哪个不是状态参数（）。A、绝对压力B、分压力C、表压力3、功损来自于（）。A、不等温传热B、物质交换C、运动摩擦4、不可逆损失来源于（）。A、运动摩擦B、不等温传热C、任何耗散效应5、干度χ的取值可以是（）。A、χ=1B、χ1C、χ16、渐缩喷管出口气体的流速是（）。A、M1B、M1C、M=17、不可逆循环的熵产必然是（）。A、等于零B、大于零C、小于零8、卡诺热机效率比实际热机效率（）。A、小B、二者相等C、大9、制冷系数ε可以是（）。A、大于1B、等于1C、小于110、供热系数ζ可以是（）。A、大于1B、等于1C、小于1三、指出下列各对概念之间主要的区别每题2分，共10分1、理想气体与实际气体2、定容比热与容积比热3、可逆过程与不可逆过程4、熵流与熵产5、饱和湿蒸气与饱和湿空气四、某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同部位安装有压力表，如下图所示。压力表B上的读数为75kPa,压力表C上的读数为0.11MPa。如果大气压力为97kPa，试确定压力表A上的读数及容器两部分内空气的绝对压力。(10分)五、某热机在每个循环中从T1=600K的高温热源吸收Q1=419kJ的热量和可逆地向T2=300K的低温热源假设分别排出(1)Q2=209.5kJ；(2)Q2=314.25kJ；(3)Q2=104.75kJ热量，请用两种方法计算证明，在这三种情况中，哪个是不可逆的、哪个是可逆的和哪个是不可能的？并对不可逆循环计算出其不可逆损失，大气环境温度T0=300K（20分）六、温度为300K天然气（甲烷）绝热节流后压力由4MPa降为2MPa，试求(1)节流造成天然气比熵的增加ΔS；(2)节流造成天然气熵产Sg；(3)如果天然气由上述参数经过膨胀透平进行可逆绝热膨胀，压力也降为2MPa，那么每kg天然气将能作出多少功？(4)将节流过程和可逆绝热膨胀过程分别画在T-S图和P-V图上。天然气（甲烷）视为定比热理想气体，κ0=1.3，Rg=518.3J/(kg·K)(10分)七、如图所示，一次抽汽回热循环，蒸汽初压力，初温，抽汽压力，，并已知各点值如下：，，，，，，锅炉总加热量试求：(1)锅炉内水的质量流量；(2)两台水泵总耗功率；(3)汽轮机作功率；(4)冷凝器放热；(5)循环热效率。(25分)八、蒸汽动力循环中，蒸汽轮机排气压力是否越低越好？降低有哪些限制？(5分2007年秋季学期工程热力学答案（A卷）一、1．（－）；2．（＋）；3．（－）；4．（＋）；5．（－）；6．（＋）；7．（－）；8．（＋）；9．（－）；10．（＋）。二、1．A；2．B、C；3．C；4．A、B、C；5．A、C；6．A、C；7．B；8．A、B、C；9．A、B、C；10．A。三、1．可逆过程沿原路反向进行使系统恢复到原状态之后，给系统和外界均没有留下任何影响；不可逆过程沿原路反向进行使系统恢复到原状态之后将给外界留下某种不可消除的影响。2．二者差异在体积和作用力上，理想气体分子本身无体积，分子间无作用力，而实际气体恰恰相反。3．二者计量的基础单位相同，容积比热是以单位体积（容积m3）来计算；而定容比热是以单位质量（kg）来计算，而且比容是不变的。4．二者差别在于起因不同。熵流来自热力系与外界间的相互作用（热量交换、质量交换）引起的熵的变化量；熵产来自热力系内部不可逆因素（内摩擦、内热流等）所造成的熵的产生量。5．二者差别有二，其一，湿蒸气是一种化学成分H2O构成的，而饱和湿空气是空气和水蒸气多种化学成分构成的；其二，饱和湿蒸气是饱和液体（水）和干饱和蒸汽的混合物，其中水和蒸汽都是饱和的；饱和湿空气虽是干空气和水蒸气的混合物，其中水蒸气是饱和的，但空气远未达到饱和。四、解：P1=Pc+Pb=0.11MPa+0.097MPa=0.207MPa∵P1=PB+P2∴P2=P1-PB=0.207-0.075=0.132MPa∵P2=PA+Pb∴PA=P2-Pb=0.132-0.097=0.035MPa五、1．采用孤立系统熵增原理证明(1)，可逆(2)，不可逆(3)，不可能(4)2．采用卡诺定理证明(1)可逆(2)，不可逆(3)，不可能(4)3．采用克劳修斯积分计算证明(1)，可逆(2),不可逆(3)，不可能(4)六、(1)甲烷视为定比热理想气体，绝热节流过程温度不变，因而其比熵的增加为(2)(3)(4)图七、解：先求出抽气量α4点焓值：由回热器能量方程，可得(1)锅炉内的水质流量(2)水泵耗功(3)汽轮机功率(4)冷凝器放热量(5)循环热效率八、蒸汽动力循环中蒸汽轮机的排气压力P2并不是越低越好。从汽轮机自身膨胀作功这个局部来看，在初态不变的前提下，P2越低，蒸汽在汽轮机中膨胀做功越多，当然有利。但是从装置全局分析，并非P2越低越好。因为，P2↓，必然要求凝汽器真空度↑，→凝汽器换热面积↑，→冷却水量↑，→冷却管径↑，→冷却水泵耗功↑=〉导致制造成本、初投资和运行费用增加。综合考虑这些因素，P2↓未必带来整体装置经济性↑，这是一个经济性限制。还有蒸汽轮机排汽为饱和湿蒸气，排汽压力P2↓，取决于排气温度t2↓,这个t2总要比冷却水温高，才能有效冷却放热，而冷却水温度只能维持在0-350C，必须在零度以上。综合这些因素之后，排汽温度t2大约为300C左右。所以P2大约为0.05MPa左右，这是P2↓的传热学限制。还有个限制就是如果P2太低了，则会造成y2↑，导致汽轮机低压缸末级蒸汽湿度过大，不利于汽机安全运行。－、单选题（40分，每题2分）1．比热是过程量，定压比热B。A.表示比体积一定时比内能随温度的变化率B.是温度与压力的状态函数C.与系统质量成正比D.也是过程量2．对闭口系任意微元过程,若系统的熵变等于零,则___C___。A.该过程可逆B.该过程不可逆C.无法判定过程的可逆与否D.必为吸热过程3．概括性卡诺循环热机的效率可以表示为____A_____。A.1netWQB.122TTTC.1netQWD.212TTT（下标“1”表示高温，“2”表示低温，“net”表示循环）4．理想气体多变过程的比热为_D__。A.npcnvB.npcnvC.1nnkccnpD.1nnkccnV5．在压缩比相同、吸热量相同时，定容加热循环（Otto）、定压加热循环（Diesel）和混合加热循环的效率(tVtptm、、)大小依次为_____B_____。A.tptmtVB.tVtmtpC.tptVtmD.tVtptm6．对于闭口系绝热过程，错误的表述是D。A.熵变等于熵产B.过程功的大小等于内能差C.熵变必大于零D.必为等熵过程7.准平衡过程是指___B___的过程。A.弛豫时间很长B.不平衡势差无限小C.温差无限小D.压差无限小8．理想气体的比内能和比焓_____C____。A.是温度与压力的函数B.是压力的函数C.在初终态压力不同,温度相同时的变化值相同D.在初终态压力相同,温度不相同时的变化值相同9．qdupdv适用于____C___。A.定压过程B.准平衡过程C.无耗散的准平衡过程D.理想气体的任意过程10．湿空气B。A.可当作纯物质来处理B.中的干空气与水蒸汽均可视为理想气体C.中的干空气与水蒸汽的状态由分体积定律确定D.中的干空气必须视为混合物11．在理想气体压容图上，等熵线____C_____。A.的斜率为pkvB.比等温线平缓C.比等温线陡D.的斜率为pv12．闭系经历一不可逆循环，作循环功5KJ,则___D__。A.熵变小于零B.循环热小于5KJC.熵变大于零D.循环热等于5KJ13．空气的平均分子量为28.97,定压比热pc=1004J/(kg.K),其定容比热为___A____J/(kg.K)。A.717B.0.717C.1006D.200614.、热量(Ex,Q)A。A.是过程量B.是状态量C.恒为正D.恒为负15．相同初终态参数条件下，不可逆过程的B。A.熵变一定大于可逆过程的熵变B.焓差一定等于可逆过程的焓差C.熵变一定小于可逆过程的熵变D.焓差一定小于可逆过程的焓差16．1kg理想气体在一容器内作绝热自由膨胀,体积扩大了两倍，熵差为__A_。A.2gRnB.2RnC.122VgcnRnD.122VgcnRn17．湿空气的相对湿度＝100％时，表明空气中B。A.只有水蒸气B.的水蒸气处于饱和状态C.的水蒸气的绝对含量很高D.的干空气处于饱和状态18．湿空气的状态可以由A确定。A.3个强度参数B.总压与干球温度C.总压与相对湿度D.比焓和湿球温度19．摄氏温标B。A.是经验温标B.是由热力学温标导出的温标C.有两个基准点D.在水的冰点与沸点无量测误差20．与理想气体比较，实际气体的最大两个特点是A。A.分子占有体积和分子间有作用力B.分子占有体积和压缩因子等1C.压缩因子等于1和分子间有作用力D.以上选择都不对二、作图题（10分,每题5分）1．定性地画出具有回热的燃气轮机装置示意图。并在T-s图上定性地画出各个不同的热力过程，并说明这些过程各在哪个部件内完成的，其特点是什么？气轮机压气机燃烧室125364回热器2．在T-s图上表示每公斤理想气体由状态1等熵可逆膨胀到状态2时膨胀功的大小。并说明为什么。12121331uuuuqw阴影面积三、简述题（20分，每题10分）1．简述热量的定义。在热力系统中有绝热闭口系的定义，在开口系统中，由于有流体的进出，就不可能有绝热开口系，该说法对否？分析之。1264○SsT35回热器（等压吸热）回热器（等压放热）气轮机（等熵膨胀）压气机（等熵压缩）燃烧室（等压燃烧）13s○V2○TT○S偱环T2T12Q1QW答：热量是过程量，是体系与体系之间或体系与环境之间通过温差传递的无序能量。开口系也可以是绝热的，因为流体进出带进和带出的是流体的焓与动势能。2．在循环最高温度与最低温度一定的条件下，说明Brayton循环（布雷顿定压加热循环）的循环功和增压比之间的关系，热效率和增压比之间的关系，并给出最佳热效率和极限热效率的定义。答：Brayton循环的热效率仅随增压比的升高而升高，当增温比一定时增压比存在一最大值，此时的热效率称为极限热效率。当增压比从最小（等于1）变到最大时，循环功并非单调增，而是在增压比最小与最大值间存在一最佳增压比，此时循环功最大。最佳增压比对应热效率称最佳热效率。四、计算题（30分，每题15分）1.欲设计一热机，使之能从973K的高温热源吸热2000kJ，并向温度为303K的冷源放热800kJ。（1）此循环能否实现？（2）若把此热机当制冷机用，从冷源吸热800kJ，能否向热源放热2000kJ？若使之从冷源吸热800kJ，至少消耗多少功，并向热源放热多少？。解：（1）121220008000.5848/0973303rQQQkJkTTT可实现（2）121220008000.5848/0973303rQQQkJkTTT不可行（3）可逆循环耗功最少121128000973303rQQQQTTT12568.98QkJ122