2008工程热力学A-答案

《工程热力学》试卷第1页共7页诚信应考,考试作弊将带来严重后果！华南理工大学期末考试《工程热力学》试卷A卷注意事项：1.考前请将密封线内填写清楚；2.所有答案请直接答在试卷上(或答题纸上)；3．考试形式：闭卷；4.本试卷共五大题，满分100分，考试时间120分钟。题号一二三四五总分得分评卷人一、填空（本大题10分，每小题2分）1.水蒸汽的汽化潜热在低温时较大，在高温时较小，在临界温度为0。2.氧气瓶中的氧气容积是0.4m3，氧气压力为10MPa，设氧气的内能为8100kJ，则氧气的焓值为12100kJ。3.一理想制冷循环制冷功率为3kW,驱动电机的功率为1kW,制冷系数为3。4.提高蒸汽初温t1，循环热效率ηt提高；提高蒸汽初压P1,循环热效率ηt提高，但蒸汽出口干度降低。5.节流过程是典型的不可逆（可逆或不可逆）过程，过程特征是节流前后状态参数焓保持不变，常利用其节流冷效应在空调系统中得到应用。二、判断下列说法是否正确，如不正确，请说明原因（划“√”或“×”号）（本大题15分，每小题3分）6.理想气体任意两个状态参数确定后，气体的状态就一定确定了。(×)必须是独立的状态参数才行，如密度ρ和比体积v不是相互独立的，不能确定状态的参数。7.在φ=1时，干球温度t湿球温度tw和露点温度td不相等（×）。根据定义,应该相等8.在制冷循环装置中，可以利用节流阀，使理想气体工质的温度降低（×）。理想气体绝热节流后温度不变_____________________…姓名学号学院专业座位号(密封线内不答题)……………………………………………………密………………………………………………封………………………………………线……………………………………线………………………………………《工程热力学》试卷第2页共7页9.对理想气体加热，其温度反而降低，这种情况不可能。(×)不正确。根据热力学第一定律wuq，当吸热q0，而对外做功wq时，Δu0。理想气体的热力学能是温度的单值函数，所以此时气体的温度是降低的。10.工质经历了不可逆过程其熵变ΔS无法计算。(×)不正确。根据熵方程gfsss状态参数熵是状态量，已知初终态参数时，不可逆过程的熵是可以计算的。三、名词解释（本大题10分，每小题2分）11.热力系统：人为地分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。12.理想气体:不考虑分子本身的体积和分子间的作用力的一类假想的气体的模型。13.相对湿度:指绝对湿度与同温度下最大的绝对湿度的比值。14.热力学第二定律的开尔文-普朗克(Kelvin—Plank)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。15.平衡状态：热力系统在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变，则系统的这种状态称为平衡状态。四、作图及问答题（本大题共25分）16.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达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗?为什么？另外，门窗紧闭的房间内安装空调器后如何能使温度降低？（9分）解：按题意，以门窗禁闭的房间为分析对象，可看成绝热的闭口系统，与外界无热量交换，Q=0，如图2.1(a)所示，当安置在系统内部的电冰箱运转时，将有电功输入系统，根据热力学规定：W0，由热力学第一定律Q=ΔU+W可知，ΔU0，即系统的内能增加，也就是房间内空气的内能增加。由于空气可视为理想气体，其内能是温度的单值函数。内能增加温度也增加，可见此种想法不但不能达到降温目的，反而使室内温度有所升高。若以电冰箱为系统进行分析，其工作原理如图2.1(b)所示。耗功W后连同从冰室内取出的冷量Q0一同通过散热片排放到室内，使室内温度升高。《工程热力学》试卷第3页共7页仍以门窗紧闭的房间为对象，参看图2.2(a)，由于空调器安置在窗上，通过边界向环境大气散热,这时闭口系统并不绝热,而且向外界放热，由于Q0，虽然空调器工作时依旧有电功W输入系统，仍然W0，但按闭口系统能量方程：ΔU=Q-W，此时虽然Q与W都是负的,但|Q||W|，所以ΔU0。可见室内空气内能将减少,相应地空气温度将降低。若以空调器为系统,其工作原理如图2.2(b)所示，耗功W连同从室内抽取的热量Q'一同排放给环境，因而室内温度将降低。17.对循环最高压力和最高温度相同的混合加热、定压加热、定容加热等三种气体动力的理想循环进行热力学的比较，说明各种循环热力学高低的原因。（8分）18.在T－s图上画出压缩空气制冷循环的示意图，并说明通过两个运行温度相同TC、环境温度T0相同而循环增压比不同的循环，说明循环增压比对制冷系数和制冷量的影响关系。（8分）《工程热力学》试卷第4页共7页循环增压比π↓、ε↑，但比较循环1-7-8-9-1和1-2-3-4-1可知，π↓也会导致循环制冷量减少。制冷系数和制冷量是一对矛盾。五、计算题（本大题40分）19.某活塞式内燃机定容加热理想循环，压缩ε=14，气体在压缩中程的起点状态是p1=100kPa、t1=27℃，加热过程中气体吸热650kJ/kg。假定比热容为定值且cp=1.005kJ/(kg·K)、κ=1.4，求（1）循环中各点的温度和压力；（2）循环热效率，并与同温度限的卡诺循环热效率作比较；（13分）131312873000.861/10010gRTvmkgp33120.861/0.0615/14vmkgvmkg（1）各点的温度和压力1.412112()0.1144kkvpppMPaMpav632224100.0615/857287/()gpvmkgTKRJkgK点1：点2：4so3T2T01TC96578p2p1《工程热力学》试卷第5页共7页20.气罐内空气状态恒为t1=15℃,p1=0.25MPa，通过渐缩喷管向大气环境（pb=0.1MPa）喷射，流量为m2=0.6kg/s，喷管入口速度近似为零。求喷管出口截面的速度c2、面积A2和马赫数M2。（空气k=1.4，Rg=0.287(kJ/kg.K)）（13分）解:由题意已知pb=0.1MPa,p1=0.25MPa,T1=15+273.15=288.15K;m2=0.6kg/s,k=1.4,R=287J/kg·K,c1=025.015.288211111211pTTppKTCcTTkkpMPa计算临界压力比βc（2）热效率655.08571762300612111231412TTTTqqt652.014111114.11kt同温限的卡诺循环热效率thLcTT823.0176230011或者•v3=v2=0.0615kg•q1=cV(T3−T2)KkcqTcqTTpV17624.1/005.1650857/12123MPavTRpg2.80615.01762287323•v4=v1=0.861/kg634440.204100.861/612287/()gpvmkgTKRJkgK点3：点4：1.43433411()()8.2()0.20414kkvpppMPaMpav《工程热力学》试卷第6页共7页cppkcbkk4.025.01.0528.014.121214.14.11由于pb/p*,βc,则出口截面为临界截面，有M2=16.31015.28828714.14.121222RTkkacm/s522.0528.01025.015.2882874.116112kcrkcrvvpRTvvvm3/kg08.101008.106.310522.06.024222mcmvAcm221.欲设计一热机，使从温度为1000k的高温热源吸热2000kJ,向温度为290K的低温热源放热783kJ。试问此热机循环能否实现？（2）若把此热机当制冷机用，从低温热源吸热800kJ,能否向高温热源放热2000kJ？欲使之从冷源吸热800kJ，至少需耗多少功？（14分）解：（1）如图所示，将高温热源，冷源和热机划在一孤立系内，则有ΔSiso=ΔSH+ΔSL+ΔSE则孤立系统熵变＝高温热源熵变+冷源熵变+循环热机内工质熵变0)/(7.0290783100020000SSSSELHisoKKJTQTQLLHH所以此循环可以实现。（2）若把此热机作制冷机用，此时循环为逆循环，如图所示。利用同样的方法和分析，有0)/(76.0290800100020000SSSSELHisoKKJTQTQLLHH违反孤立系统熵增原理，故此循环不可行。欲使此循环可行，且从冷源吸热800kJ，耗功最小为Wmin，循环应是可逆循环，满足ΔSiso=0。《工程热力学》试卷第7页共7页根据能量守恒原理QH＝Wmin+QL029080010008000SSSSminminELHisoWTQTWQLLHL解得Wmin＝1959kJ