同濟大學(xué)工程熱力學(xué)_模擬試題

1、全國碩士研究生入學(xué)統(tǒng)一考試工程熱力學(xué)考試大綱真題及答案I 考查目標要求掌握熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律，并能夠應(yīng)用此規(guī)律對熱力過程和熱力循環(huán)進行分析和計算。II 考試形式和試卷結(jié)構(gòu)一、試卷滿分及考試時間試卷滿分為150 分，考試時間180 分鐘。二、答題方式答題方式為閉卷、筆試。 允許使用計算器（僅僅具備四則運算和開方運算功能的計算器）但不得使用帶有公式和文本存儲功能的計算器。三、試卷內(nèi)容與題型結(jié)構(gòu)分為概念題和計算題兩大類。概念題包括：名詞解釋、填空題、判斷題、作圖分析題、簡答題。概念題和計算題分值各占50左右。III 考查內(nèi)容1 、基本概念：掌握熱力系統(tǒng)、平衡狀態(tài)、狀態(tài)參數(shù)及其數(shù)學(xué)特征、理

2、想氣體狀態(tài)方程、準靜過程及可逆過程的概念并會用系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系對可逆過程的功、熱量進行計算等。2 、 熱力學(xué)第一定律：熟練掌握能量方程在不同條件下的表達形式，并對非穩(wěn)定流動能量方程有初步認識；掌握系統(tǒng)儲存能量、熱力學(xué)能、焓的概念；掌握容積變化功、流動功、技術(shù)功和軸功的概念；能夠正確應(yīng)用熱力學(xué)第一定律對能量轉(zhuǎn)換過程進行分析、計算。3 、熱力學(xué)第二定律：理解熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)；掌握卡諾循環(huán)和卡諾定理；掌握熵的概念和孤立系統(tǒng)熵增原理，能夠判別熱力過程進行的方向及掌握能量耗散的計算方法；了解可用能的概念及計算方法。4 、理想氣體的性質(zhì)及熱力過程: 熟練掌握理想氣體狀態(tài)方程；理解理想氣體比熱容的概

3、念并熟練掌握利用定值比熱容計算過程中熱量、熱力學(xué)能、焓和熵變化；熟練掌握對四種基本熱力過程及多變過程的分析，計算過程中狀態(tài)參數(shù)的變化及與外界功量和熱量的交換；能夠?qū)崃^程表示在p-v 圖和 T-s 圖上，并判斷過程的性質(zhì)。5、 熱力學(xué)一般關(guān)系式及實際氣體的性質(zhì)：了解熱力學(xué)一般關(guān)系式；掌握范德瓦爾方程（包括各項物理意義）；掌握對比態(tài)原理，會計算對比參數(shù)并能利用通用壓縮因子圖進行實際氣體的計算。6、 水蒸氣的性質(zhì)及熱力過程：掌握蒸氣的各種術(shù)語及其意義；了解水蒸氣的定壓發(fā)生過程及其在p-v 圖和 T-s 圖上的一點、兩線、三區(qū)、五態(tài)；了解水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)并會應(yīng)用；掌握水蒸氣熱力過程的熱量和功量的計

4、算。7、氣體和蒸氣的流動：掌握一元定熵穩(wěn)定流動基本方程組；掌握噴管中氣體流速、流量的計算， 會進行噴管外形的選擇和尺寸的計算；理解噴管效率并會計算存在摩擦損失時的流速和流量；明確滯止焓、臨界截面、臨界參數(shù)的概念。掌握絕熱滯止、絕熱節(jié)流、流動混合過程的計算。8、壓氣機：掌握活塞式壓氣機和葉輪式壓氣機的工作原理；掌握不同壓縮過程（絕熱、定溫、多變）狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律、耗功的計算以及壓氣機耗功的計算；了解多級壓縮、中 間冷卻的壓氣機的工作情況，了解余隙容積對活塞式壓氣機工作的影響。9、熱機裝置、制冷裝置及其循環(huán)：掌握各種裝置循環(huán)的工作流程；掌握將實際循環(huán)理想化為工質(zhì)理想循環(huán)的一般方法，并會對循環(huán)的各

5、個熱力過程進行熱力分析；掌握各種循環(huán)吸熱量、放熱量、循環(huán)凈功、熱效率或制冷系數(shù)的分析計算方法；會分析對循環(huán)能量利用經(jīng)濟性的影響因素并能夠提出提高能量利用率方法和途徑。10、理想混合氣體及濕空氣：掌握理想混合氣體的概念；掌握理想混合氣體的組分、摩 爾質(zhì)量、密度、氣體常數(shù)以及比熱容、熱力學(xué)能、始和嫡的計算；明確濕空氣、未飽和濕空 氣、飽和濕空氣的含義；掌握絕對濕度、相對濕度、含濕量的概念；能夠分析、計算濕空氣 的基本熱力過程。IV.題型示例及參考答案一、名詞解釋：（20分）1、多變過程：2、臨界點：3、滯止烙：4、相對濕度：5、干度：二、是非判斷題：（正確地打；錯誤的打“X” ，并加以改正。）（2

6、0分）1、工質(zhì)從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2,不論中間經(jīng)歷了什么過程，其嫡的變化都相等。2、用100 c的熱源非常緩慢地給冰、水混合物加熱，混合物經(jīng)歷的是準靜態(tài)過程。該加熱過程是可逆過程。3、任何燃氣輪機裝置都可以通過回熱的措施提高其熱效率。4、沸騰的水總是燙手的。5、壓氣機的絕熱壓縮過程，由于無散熱損失，所以在壓力升高比一定的條件下，所消耗的 功最小。6、空氣的濕球溫度總是低于干球溫度。7、水蒸氣的定壓氣化過程，由于溫度不變，所以內(nèi)能不變。8、處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的系統(tǒng)必然是一個均勻系統(tǒng)。9、兩杯溫度不同的水，在等壓下進行絕熱混合，其嫡不變。10、一絕熱容器中間有隔板分開，一側(cè)裝有空氣，另一側(cè)為真空，現(xiàn)

7、抽去隔板，由于空氣經(jīng)歷了絕熱膨脹過程，所以溫度下降。、選擇題：（21分）1、下列說法正確的是。(a)工質(zhì)對外作出膨脹功，就一定吸熱；(b)吸熱過程一定升溫；(c)要使工質(zhì)升溫，就一定通過加熱的方式實現(xiàn)；(d)工質(zhì)體積膨脹，是使熱變功的的根本途徑。2、某實驗報告稱，溫度為 800K、壓力為6Mp/J燃氣進入燃氣輪機，在燃氣輪機內(nèi)絕熱膨脹 后流出燃氣輪機。在燃氣輪機出口測得的數(shù)據(jù)是：p2= , F = 450K,則該過程是 。(cp 1.004kJ/kg.K Rg 0.2874kJ/kg.K)(a)可逆的 (b)不可逆的(c)不可能實現(xiàn)的3、某制冷循環(huán)中，工質(zhì)從溫度為73c的冷源吸熱100kJ,并

8、將220kJ的熱量傳遞給溫度為27 c的熱源，則此循環(huán)為 。(a)可逆循環(huán)(b)不可逆循環(huán)(c)不可能實現(xiàn)4、工質(zhì)經(jīng)歷了一個放熱、升溫、壓力增加的多變過程，該過程多變指數(shù)的范圍是。(a) 0 n 1(b) 1 n k (c) n k(d) n 05、系統(tǒng)經(jīng)歷了一個不可逆的放熱過程，在該過程中，外界對系統(tǒng)作功150 kJ,系統(tǒng)放熱100kJ ,則系統(tǒng)的嫡的變化。(a) S 0(b) S 0(c) S 0(d)無法判別6、熱力學(xué)第一定律和第二定律表明，對于實際熱力過程 。(a)能量守恒，可用能也守恒(b)能量守恒，可用能增加(c)能量守恒，可用能減少(d)能量減少，可用能也減少7、空氣在漸縮形噴管

9、中作一元、定嫡流動，已知進口狀態(tài)T1=300K、p5bar、cf1=100m/s,背壓pb=1bar,則噴管出口 。/小Pz小Pz/、Pz一、(a)(b)(c)(d)p2PbP1P1P1三、分析題：(37分)1、試推導(dǎo)理想氣體定壓比熱 cp與定容比熱cv關(guān)系式：cpcv= Rg。（5分）2、燃氣輪機理想簡單循環(huán)的廢氣排氣溫度高達400500 C,廢氣排放到大氣中的余熱很為可觀，因此，有人提出下述三種方案，試分析是否有效，為什么（1）、將燃氣輪機出口的排氣送入另一個透平作功；（2）、將排氣送入壓氣機升壓后在送入透平作功；（3）、將排氣送入回熱器，預(yù)熱壓氣機前的空氣。（10分）3、試根據(jù)下列條件在

10、無其他動力源的情況下，設(shè)計出兩種低溫余熱利用裝置的方案，并比較這兩種方案在各自理想的條件下的余熱利用率。低溫余熱源溫度：t2 150c :高溫熱用戶的溫度：300C；環(huán)境溫度：25 Co（提示：余熱利用率即為向高溫熱源提供的熱量與低溫余熱源放熱量之比。）（12分）4、畫出朗肯循環(huán)的T s圖，并通過圖說明蒸氣初、終參數(shù)對循環(huán)熱效率的影響。（10分）四、計算題：（52分）1、有一儲氣罐，初始時其內(nèi)部為真空，如圖所示，現(xiàn)連接于輸氣管 道進行充氣。已知輸氣管內(nèi)空氣狀態(tài)始終保持穩(wěn)定，p1=3 Mpa, T1= 300 K , h1= kJ/kg。儲氣罐的容積為0.5m3,當儲氣罐內(nèi)氣體的壓 力為2Mpa

11、寸，停止充氣。如忽略充氣過程中氣體的流動動能及重力 位能的影響，而且管路、儲氣罐、閥門都是絕熱的，若該氣體與溫度的變化關(guān)系為u= kJ/kg ,求充氣后儲氣罐內(nèi)氣體的溫度。（10分）2、壓力為6 Mpa,干度為的蒸汽穩(wěn)定流經(jīng) 一個直徑為0.02 m的絕熱管道，經(jīng)過閥門 后絕熱節(jié)流到 Mpa。如圖所示，若要求節(jié)流前后蒸汽的流速保持不變，則節(jié)流后管道直徑應(yīng)為多少米（12分）p(Mpa)h' (kJ/kg)h" (kJ/kg)v' (m3/kg)v” (m3/kg)63、有一臺可逆熱機，經(jīng)歷了定容吸熱1 2、定嫡膨脹23和定溫放熱31三個過程完成了一個循環(huán)。假設(shè)工質(zhì)是理想氣

12、體，比熱為定值，循環(huán)各點的溫度、T2、T3已知。（1）試將此循環(huán)定性地表示在p-v圖和T-s圖上。（2）試寫出以各點溫度表示的循環(huán)熱效率計算式。（3）試討論改變哪一點參數(shù)可以提高循環(huán)熱效率用平均溫度法在T-s圖上加以說明。（12 分）4、在一臺蒸汽鍋爐中，煙氣定壓放熱，溫度從1500c降低至IJ 250C,所放出的熱量用以生產(chǎn)水蒸氣。壓力為，溫度為30 c的鍋爐給水被加熱、 汽化、過熱成壓力為，溫度為450 c 的過熱蒸汽。將煙氣近似為空氣，取比熱為定值，且Cp=kg?K）試求：（1）產(chǎn)生1kg過熱蒸汽需要多少 kg煙氣（2）生產(chǎn)1kg過熱蒸汽時，煙氣嫡的減小以及過熱蒸汽的嫡增各為多少（3）將

13、煙氣與水蒸氣作為孤立系統(tǒng)，求生產(chǎn)1kg過熱蒸汽時，孤立系統(tǒng)嫡的增大為多少設(shè)環(huán)境溫度為15C,求作功能力損失。（18分）附表：未飽和水和過熱蒸汽參數(shù)表（部分）P (Mpa)t ( C)h (kJ/kg)s (kJ/kg?K)30450參考答案、名詞解釋；（20分）1、多變過程：一切有規(guī)律的熱力過程的總稱。2、臨界點：當壓力增加至某一壓力時，飽和水的狀態(tài)和干飽和蒸汽的狀態(tài)重合，成為 為汽、水不分的狀態(tài)，為臨界點。3、滯止崎：絕熱滯止時氣體的始為滯止崎。它等于絕熱流動中任一位置氣體的焰與流 動動能之和。4、相對濕度：未飽和濕空氣的絕對濕度與同溫度下飽和濕空氣的絕對濕度的比值。表 示了濕空氣中水蒸汽含

14、量的飽和程度。5、干度：濕飽和蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量成分。、是非判斷題：（正確地打；錯誤的打“X” ，并加以改正。）（20分）1、工質(zhì)從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2,不論中間經(jīng)歷了什么過程，其嫡的變化都相等。對。嫡是狀態(tài)參數(shù)。2、用100 c的熱源非常緩慢的給冰、水混合物加熱，混合物經(jīng)歷的是準靜態(tài)過程。該 加熱過程是可逆過程。錯。 溫差傳熱。3、任何燃氣輪機裝置都可以通過回熱的措施提高其熱效率。錯。回熱的條件是氣輪機出口溫度高于壓氣機出口（燃燒室進口）溫度。4、沸騰的水總是燙手的。錯。沸騰時的溫度與壓力有關(guān)，壓力越低，溫度越低，因此，沸騰不一定燙手。5、壓氣機的絕熱壓縮過程，由于無散熱損失，所以在壓力升

15、高比一定的條件下，所消 耗的功最小。錯。等溫壓縮最省功。6、空氣的濕球溫度總是低于干球溫度。錯。對于飽和濕空氣濕球溫度等于干球溫度。7、水蒸氣的定壓氣化過程，由于溫度不變，所以內(nèi)能不變。錯。水蒸汽不是理想氣體。8、處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的系統(tǒng)必然是一個均勻系統(tǒng)。錯。平衡狀態(tài)不一定是均勻狀態(tài)，例如飽和蒸汽。9、兩杯不同溫度的水，在等壓下進行絕熱混合，其嫡不變。錯。絕熱混合過程是不可逆過程，嫡增加。10、絕熱容器中間有隔板分開，一側(cè)裝有空氣，另一側(cè)為真空，現(xiàn)抽去隔板，由于空氣 經(jīng)歷了絕熱膨脹過程，所以溫度下降。錯。內(nèi)能不變，溫度不變。三、選擇題：(21分)1、判斷后選擇的正確答案是(d) 。(a)、工

16、質(zhì)對外作出膨脹功，就一定吸熱；(b)、吸熱過程一定升溫；(c)、要使工質(zhì)升溫，就一定通過加熱的方式實現(xiàn)；(d)、工質(zhì)體積膨脹，是使熱變功的的根本途徑。2、某實驗報告稱，溫度為 800K,壓力為6Mpa的燃氣進入燃氣輪機，在燃氣輪機內(nèi)絕熱膨脹后流出燃氣輪機。在燃氣輪機出口測得的數(shù)據(jù)是，P2 = , T2 = 450K ,試分析，該過程是 (c)°(cp 1.004kJ/kg.K R 0.2874kJ/kg.K)(a)可逆的：(b)不可逆的：(c)不可能實現(xiàn)的。3、某制冷循環(huán)中，工質(zhì)從溫度為73 c的冷源吸熱100kJ,并將熱量220KJ傳給溫度為27c的熱源，則此循環(huán)為： (b)。(a

17、)可逆循環(huán)(b)不可逆循環(huán)(c)不可能實現(xiàn)4、工質(zhì)經(jīng)歷了一個放熱，升溫，壓力增加的多變過程，其多變指數(shù)變化的范圍是(b)。a、 0 n 1; b、1 n k; c、n k;d、n 05、系統(tǒng)經(jīng)歷了一個不可逆的放熱過程，過程中，外界對系統(tǒng)作功150kJ,系統(tǒng)放熱100kJ ,則系統(tǒng)的嫡的變化 (d)。a、 S0； b、 S0； c、 S0;d、無法判別6、熱力學(xué)第一定律和第二定律表明，對于實際熱力過程(c)。a、能量守恒，可用能也守恒；b、能量守恒，可用能增加；c、能量守恒，可用能減少；d 、能量減少，可用能也減少。7、空氣在漸縮形噴管中作一元、定嫡流動，已知進口狀態(tài) Ti=300K、p1=5b

18、ar、cf1=100m/s,背壓 pb=1bar,則噴管出口(a)。p PzPzPza、 ； b、； c 、 d 、p2 pb。pIpIp三、分析題：(37分)（5分）1、試推導(dǎo)理想氣體定壓比熱Cp與定容比熱Cv關(guān)系式：CpCv= Rg解：QCpodhdTdudTRg 或 CpoCvoRg（12 分）解:W0(1)、制冷機:Q2 150 273W0 300 150Q2 2.82W0熱機:2.82Q13.82W0W0Q1 tQ1 125 273300 2730.48Q12、燃氣輪機理想簡單循環(huán)的排氣溫度高達400500C,這部分排氣放到大氣中的余熱很為客觀，有人提出下述三種方案，試分析是否有效，

19、為什么(1)、將燃氣輪機出口的排氣送入另一個透平作功；(2)、將排氣送入壓氣機升壓后在送入透平作功；(3)、將排氣送入回熱器，預(yù)熱壓氣機前的空氣。(10分)解：(1)、雖然燃氣輪機理想簡單循環(huán)的排氣溫度高達400500 C ,但壓力已接近大氣壓力,無膨脹空間，所以不可能將燃氣輪機出口的排氣送入另一個透平作功。(2)、將排氣送入壓氣機升壓后在送入透平作功，不可能，因為壓縮機消耗功與透平作 功抵消。熱機循環(huán)目的是熱變功，無吸熱過程，不可能實現(xiàn)熱機循環(huán)。(3)、將排氣送入回熱器，預(yù)熱壓氣機前的空氣，是可行的。壓縮后溫度升高，節(jié)能。3、試根據(jù)下列條件在無其他動力源的情況下，設(shè)計出兩種低溫余熱利用裝置的

20、方案，并 比較這兩種方案在各自理想的條件下的余熱利用率。低溫余熱源溫度：t2 150 C ：高溫熱用戶的溫度：300C；環(huán)境溫度：25 C(提示：余熱利用率即為向高溫熱源提供的熱量與低溫熱源放熱量之比。Q12.08W0t 150 c熱利用率=Q1 Q1Q23.82W。2.08W。06172.82W0(2)、熱機:W0t 300CW0Q1 tQ1125 273150 2730.296Q1Q13.378W0制冷機:QW0300300 252732.084Qi 2.084W。熱能利用率Q1Q12.0840.6173.3784、畫出朗肯循環(huán)的T-s圖，并通過圖說明蒸氣初、終參數(shù)對循環(huán)熱效率的影響。（1

21、0 分）提高蒸汽初溫后：Tm1 Tm1, Tm2 Tm2提高蒸汽初壓后：Tm1 TmTm? Tm2由t 1 Tm2可知提高蒸汽初溫后熱效率提高。Tm1由t 1 Tm2可知提高蒸汽初壓后熱效率提高。Tm1降低乏氣壓力后：Tm1TmTm2Tm2此時雖然Tm1降低，但是它對整個加熱過程的平均 加熱溫度影響較小。由t 1 Tm2可知降低乏氣壓力后熱效率提高。Tmi四、計算題：（52分）1、有一儲氣罐，初始時其內(nèi)部為真空，如圖所示，現(xiàn)連接于輸 氣管道進行充氣。已知輸氣管內(nèi)空氣狀態(tài)始終保持穩(wěn)定，p1 3Mpa, Ti 300K, h1= 301.8kJ/kg 。儲氣罐的容積為0.5m3,當儲氣罐內(nèi)氣體的壓

22、力為 2Mpa,時，停止充氣。如忽略充氣過程中氣體的流動動能及重力位能的影響，而且 管路、儲氣罐、閥門都是絕熱的，若該氣體與溫度的變化關(guān)系為u 0.72TkJ/kg ,求充氣后儲氣罐內(nèi)氣體的溫度。（10 分）解：取儲氣罐為開口系統(tǒng)。dm0ddUodqm1qm2qmihi0U 02U 01 U 0 h1 00 qm1dm0qm1dm0h1moUomohiu0h10.72T0 301.8T0 419.17K2、壓力為6Mpa干度為的蒸汽穩(wěn)定流經(jīng)一個直徑為0.02m的絕熱管道，經(jīng)過閥門后絕熱節(jié)流到。如圖所示，若要求節(jié)流前后蒸汽的流速保持不變，則節(jié)流后管道直徑為多少米(12 分)qmVP(Mpa)h&

23、#39; (kJ/kg)h” (kJ/kg),3v (m /kg)v” (m3/kg)6進口處:v1 v1 x1(v1 v1) 0.001319 0.75 (0.03244 0.001319) 0.0247m3/kgh1 h1x1(h1 打)1213.3 0.75 (2783.8 1213.3) 2391.175kJ / kg-_23.14 0.024-423.14 10 m出口處:h1 h1 2391.175kJ /kgX2h2 h22391.175 417.52h2 h22675.1417.521973.6552257.580.874V2v2 x2(v2 v2) 0.00104320.87

24、4 (1.6943 0.0010432)1.481m3 /kgAlcf 1A2cf 2Vi V2AViA2V2A j 1.481 3.14 104Vi0.02471.883 10 2m2d24 1.883 10 23.140.155m3、有一臺可逆熱機，經(jīng)歷了定容吸熱1-2、定嫡膨脹2-3和定溫放熱3-1之后完成了一個循環(huán)。假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，比熱為定值，循環(huán)各點的溫度不、T2、T3已知。(1)試將此循環(huán)定性地表示在p-v圖和T-s圖上。(2)試寫出循環(huán)熱效率計算式。(3)試討論改變哪一點參數(shù)可以提高循環(huán)熱效率用平均溫度法在T-s圖上加以說明。解：(1)吸熱量：q Cvo(T2 T1)因為2-3過程是定嫡膨脹過程，所以有T2Vk又因為1-2過程是定容吸熱過程，所以v2； 3- 1是定溫放熱過程，所以Tl丁3。所以t2vk1k 1k