工程熱力學(xué)期末試題及答案

1、工程熱力學(xué)期末試卷建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)適用（閉卷，150分鐘）班級(jí)姓名學(xué)號(hào)成績(jī)、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共40分）1 .什么是熱力過程？可逆過程的主要特征是什么？答：熱力系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)到另一個(gè)平衡態(tài)，稱為熱力過程?？赡孢^程的主要特征是驅(qū)動(dòng)過程進(jìn)行的勢(shì)差無(wú)限小，即準(zhǔn)靜過程，且無(wú)耗散。2 .溫度為500C的熱源向熱機(jī)工質(zhì)放出500kJ的熱量，設(shè)環(huán)境溫度為30C,試問這部分熱量的火用（yong）值（最大可用能）為多少？30273.15303.95kJ500273.153 .兩個(gè)不同溫度（Ti,T2）的恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機(jī)，從高溫?zé)嵩碩1吸收熱量Qi向低溫?zé)嵩碩2放出熱量Q2,假設(shè)功源的:1變4

2、Sw=0。隔板B自由膨脹證明：由高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩?、熱機(jī)和功源四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)婿增證明：四個(gè)子髡篦勾成0孤立系統(tǒng):w增為（1分）SisoS1St2SrSw對(duì)熱機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)：SR01分1分根據(jù)卡諾定理及推論：1分I1Q21T2則：Sisot0小務(wù)Q1T14 .剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，如右圖所示。若將隔板抽去，試分析容器中空氣的狀態(tài)參數(shù)（T、P、u、s、v）如何變化，并簡(jiǎn)述為什么。答：u、T不變，P減小，v增大，s增大。5 .試由開口系能量方程一般表達(dá)式出發(fā)，證明絕熱節(jié)流過程中，節(jié)流前后工質(zhì)的焰值不變。（絕熱節(jié)流過程可看作穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，宏觀動(dòng)能和重

3、力位能的變化可忽略不計(jì)）答：開口系一般能量方程表達(dá)式為絕熱節(jié)流過程是穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，因此有如下簡(jiǎn)化條件dE/dr=0;10=0：用.二0：AEK=0,AEP=0則上式可以簡(jiǎn)化為：根據(jù)質(zhì)量守恒，有五7殖1-電=代入能量方程，有46 .什么是理想混合氣體中某組元的分壓力？試按分壓力給出第i組元的狀態(tài)方程。答：在混合氣體的溫度之下，當(dāng)i組元單獨(dú)占有整個(gè)混合氣體的容積（中容積）時(shí)對(duì)容器壁面所形成的壓力，稱為該組元的分壓力；若表為Pi,則該組元的狀態(tài)方程可寫成：PiV=miRiT。7 .高、低溫?zé)嵩吹臏夭钣螅ㄖZ制冷機(jī)的制冷系數(shù)是否就愈大，愈有利？試證明你的結(jié)論。答：否，溫差愈大，卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)愈

4、小，耗功越大。（2分）證明：RT一q_工，當(dāng)q2不變，T時(shí)，w、R。即在同樣q2下（說明得到的收TiT2wT益相同），溫差愈大，需耗費(fèi)更多的外界有用功量，制冷系數(shù)下降。（3分）8 .一個(gè)控制質(zhì)量由初始狀態(tài)A分別經(jīng)可逆與不可逆等溫吸熱過程到達(dá)狀態(tài)B,若兩過程中熱源溫度均為Tro試證明系統(tǒng)在可逆過程中吸收的熱量多，對(duì)外做出的膨脹功也大。答：經(jīng)歷可逆或不可逆定溫過程后，按題給兩種情況下過程的初、終狀態(tài)相同，因而系統(tǒng)的燧變相同。由系統(tǒng)的燧方程SSfSg,對(duì)于可逆過程其燧產(chǎn)為零，故熱燧流將大于不可逆過程?？梢姡赡孢^程的熱量將大于不可逆過程；（3分）由熱力學(xué)第一定律，quw,因過程的初、終狀態(tài)相同，熱力

5、學(xué)能變化u相同，故可逆與不可逆兩種情況相比，可逆過程的過程功亦較大。（2分）二、作圖題：（每小題5分，共10分）1 .試在所給參數(shù)坐標(biāo)圖上定性地畫出理想氣體過點(diǎn)1的下述過程，分別指出該過程的過程指數(shù)n應(yīng)當(dāng)在什么數(shù)值范圍內(nèi)（圖中請(qǐng)標(biāo)明四個(gè)基本過程線）：1）壓縮、升溫、吸熱的過程2）膨脹、降溫、吸熱的過程。答：（1）nk；（2）1nk評(píng)分：四條基本線（2分）兩條曲線（2分）n取值（1分）2 .如圖所示T-s圖上理想氣體任意可逆過程1-2的熱量如何表示？熱力學(xué)能變化量、焰變化量如何表示？若過程12是不可逆的，上述各量是否相同？（請(qǐng)寫出簡(jiǎn)明的作圖方法。）答：對(duì)可逆過程，熱量為面積1-m-k-2-1,熱

6、力學(xué)能變化量為面積1-m-n-2v-1,焰變化量為1-m-g-2p-1。對(duì)不可逆過程，熱量無(wú)法表示，熱力學(xué)能和焰變化量相同三、計(jì)算題：（共50分）1.壓氣機(jī)在95kPa、25C的狀態(tài)下穩(wěn)定地以340m3/min的容積流率吸入空氣，進(jìn)口處的空氣流速可以忽略不計(jì)；壓氣機(jī)排口處的截面積為0.025m2,排出的壓縮空氣的參數(shù)為200kPa、120C。壓氣機(jī)的散熱量為60kJ/min。已知空氣的氣體常數(shù)Rg=0.287kJ/（kg.K）,比定熱容Cv=0.717kJ/（kg.K）,求壓氣機(jī)所消耗的功率。（16分）解：以壓氣機(jī)中空氣為研究對(duì)象，其穩(wěn)定工況的能量方程為即?2?2?cC2WshQ（h1gz1）

7、m（h2gz2）m（a）22?6010其中：Q1000(J/s)60將以上數(shù)據(jù)代入式（a）,可得壓氣機(jī)所消耗的功率為：2.在高溫環(huán)境中有一容器，A側(cè)裝有2kg氮?dú)猓瑝毫?.07MPa,溫度為67C;B側(cè)裝有8kg氮?dú)?，壓力?.1MPa,溫度為17C,。A和B的壁面均為透熱壁面，它們之間用管道和閥門相連，見附圖。現(xiàn)打開閥門，氮?dú)庥葿流向Ao氮?dú)饪梢暈槔硐霘怏w，已知?dú)怏w常數(shù)Rg,N2=297J/(kgK)，過程中的平均定容比熱容cv=0.742kJ/(kgK),若壓力平衡時(shí)容器中氣體溫度為t2=40C,試求：平衡時(shí)終壓力P2;吸熱量Q;氣體的婿變。(18分)解：容器A和B的容積分別為VbmB

8、RgTB1Pbi8 297 2900.1 1066.8904 m3 （4分）取A+B中的氣體為系統(tǒng)(CM),m=mA+mB=2+8=10kgV=Va+Vb=2.8851+6.8904=9.7755m3（2分）終態(tài)時(shí)的氣體壓力mRgT210297313P20.0951MPa（2分）V9.7755按題給，系統(tǒng)不對(duì)外作功，有QUmCvT2CvgaTaimBTB1）100.7423130.742（23408290）（5分）2322.46222696.46kJ原在A中的氮?dú)庑鲎儯?分）原在B中的氮?dú)庑鲎儯?分）全部氮?dú)獾?W變SSaSB0.35400.75380.3998kJ/K（1分）3.將100kg溫度為30C的水與200kg溫度為80C的水在絕熱容器中混