2016年動力工程在職研究生熱力學復試

、名詞解釋。（每題5分，共30分）1、平衡狀態(tài)：一個熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終保持不變,則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。2、技術功：技術上可資利用的功，稱之為技術功。膨脹功：又稱"體積功"。機械功的一種。由系統(tǒng)體積變化而由系統(tǒng)對環(huán)境所做的功或環(huán)境對系統(tǒng)所做的功。流動功：流動功是為了推動流體通過控制體界面而傳遞的機械功，它是維持流體正常流動所必須傳遞的能量。3、3、理想氣體和實際氣體:理想氣體：是一種實際上不存在的假想氣體，其分子是些彈性的，不具體積的質點；分子間沒有相互作用力。實際氣體：不符合上述兩點假設的氣態(tài)物質稱為實際氣體。4、壓縮因子：Z=*理想氣體的Z值恒等于1,Z值偏離14、對理想氣體性質的偏離程度。物理意義：Z=焉=3萬=^，因而，壓縮因子Z即為溫度，壓力相同的實際氣體比體積與理想氣體比體積之比。5、濕空氣的含濕量和相對濕度空氣的含濕量：1Kg干空氣所帶有的水蒸氣質量為含濕量，以d表示。相對濕度：濕空氣中水蒸氣分壓力Pv,與同一溫度同樣總壓力的飽和濕空氣中水蒸氣的Pv分壓力Ps（t）的比值，稱為相對濕度，以4表不。則4二一（PsWP）Ps絕對濕度：單位體積（1m3）濕空氣中所含水蒸氣的質量，其符號為Pv,Pv=Mvo6、熱機的絕對效率和相對內部效率；絕對效率陰：及二叫曳，是循環(huán)中凈功量與吸熱量之比。q1相對效率小：加二W產,是循環(huán)中實際功量與理論功之比。Wnct、請判斷每個說法的正誤，并簡單解釋原因（每道題7分，共30分）1、如果從同一初始狀態(tài)到同一終態(tài)有可逆和不可逆兩個過程，則可逆過程的嫡變小于不可

逆過程的嫡變。答：錯誤，嫡是狀態(tài)參數(shù)，不管經歷什么樣的過程，不管過程可逆還是不可逆，只要狀態(tài)確定，嫡變的大小也就確定。1到2過程嫡變坐-2=S1-S2,可逆過程的嫡變等于不可逆過程的嫡變。2、水在定壓汽化過程中溫度保持不變，則此過程中的吸熱量等于其對外所做的膨脹功。答：錯誤，水在定壓汽化過程中的吸熱量應等于汽化潛熱和其對外所作的膨脹功之和。3、對于任一現(xiàn)成噴管，無論其形式如何，只要氣體在噴管內部等嫡流動，其流量都將隨著背壓的降低而增大，直至無窮大。答：錯誤，當背壓Pb下降至臨界壓力電時，流量達到最大，若旦再下降，流量保持不變，不可能達到無窮大。4、如果某理想氣體在縮放噴管中等嫡流動，其在噴管入口處的狀態(tài)恒定，而在噴管出口的狀態(tài)沒有限制，則理論上其出口的流速可以達到無窮大。答：錯誤，噴管等嫡流動出口的流速Cf2=2h0-h2=2h1-h2+C1,當噴管入口處的狀態(tài)恒定，噴管出口流速取決于烙降，故流速不可能達到無窮大。5、若氣體可在活塞式壓氣機的氣缸內實現(xiàn)定溫壓縮，則沒必要采用分級壓縮了。答：錯誤，分級壓縮可以降低每一級氣缸的增壓比，從而降低氣缸的余隙容積對吸氣量的影響，提高容積效率，故有必要采用分級壓縮。6、抽氣回熱是提高電廠熱力循環(huán)熱效率的重要手段，同時也提高了單位質量工質的做功能力。答：錯誤，抽氣回熱是提高了循環(huán)的熱效率，但同時降低了單位質量工質的做功能力，耗氣率增加。三、繪圖分析題（共40分）1、請畫出水的相圖，標明關鍵曲線和關鍵點（8分）答：如圖所示，C點為臨界點,%為三相點，T如圖所示，C點為臨界點,%為三相點，TtpA為固氣相平衡曲線,TtpB為固液相平衡曲線,TtpC為液氣相平衡曲線。三相點的平衡壓力Ptp=611.659Pa,三相點的平衡壓力Ttp=273.16K2、活塞式內燃機有三種理想加熱循環(huán)（奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、混合加熱循環(huán)），假設它們所用工質相同，且工質在循環(huán)中的初始狀態(tài)、以及循環(huán)的放熱量和壓縮比都分別相同。請在同一p—v圖上表示三種循環(huán)，進而比較它們熱效率和做功能力大小。如圖，循環(huán)1-2-3V-5-1為奧托循環(huán)，循環(huán)1-2-3p-5-1為狄賽爾循環(huán)，循環(huán)1-2-3-4-5-1為混合加熱循環(huán)。由圖可知，循環(huán)的放熱量相等q2V=q2P=q2m,循環(huán)的凈功Wnct,v>Wnct,m>Wnct,p,根據(jù)邛=1-q2=1-q.+q2—,得n,v>邛,m>n,p,故在題設條件下，奧拓循環(huán)的熱效率最高，混合加熱次之，狄賽爾循環(huán)效率最低。由于面積6-2-3V-5-1>面積Si-2-3-4-5-1>p—v圖和T—S圖，并分析其效率面積&-2-3p—v圖和T—S圖，并分析其效率3、請畫出燃氣輪機定壓加熱理想循環(huán)（布雷頓循環(huán)）的和循環(huán)凈功與循環(huán)增壓比兀的關系。答：燃氣輪機定壓加熱理想循環(huán)的P-V圖和T-S圖如上圖所示，定壓加熱效率Y]t=q,q1不變tqi的情況下，凈功WCt越大，效率”越高。同時定壓加熱的效率"=1-兀為循環(huán)增壓比，故當絕熱指數(shù)k一定時，隨著兀的增兀-k-大，效率Y]t越高。4、請畫出內燃機理想混合加熱循環(huán)的T-S圖，如果內燃機所用工質可視為比熱為定值的理想氣體，請綜合分析說明壓縮比各增壓比，和預漲比p對循環(huán)熱效率的影響。答：內燃機理想混合加熱循環(huán)的T-S圖，如上圖所示。內燃機理想混合加熱循環(huán)的熱效率維=i-k”工：1其中壓縮比￡=V1,定容增壓比&[人一1+k人p-1]V2入=詈',定壓預脹比P=P2V3參見(c)圖，循環(huán)1-2'-3'-4'-5'-1的壓縮比6和循環(huán)1-2'-3'-4'-5'-1的定容增壓比九分別大于原循環(huán)1-2-3-4-5-1的壓縮比和增壓比。隨著壓縮比6和增壓比人的增大，循環(huán)平均吸熱溫度提高(T1m>T1m,T1m>T1m),而循環(huán)的平均放熱溫度不變，故混合加熱的熱效率隨壓縮比壓縮比8和增壓比九的增大而提高。因為定容線比定壓線陡，故加大定壓加熱份額造成循環(huán)平均吸熱溫度增大不如循環(huán)平均放熱溫度增大快，故熱效率隨。的增大而降低。

5、請畫出活塞式內燃機定壓加熱理想循環(huán)（狄塞爾循環(huán)）的p—v圖和T—S圖，并分析說明壓縮比預漲比p對循環(huán)熱效率的影響。定壓加熱理想循環(huán)的P-V圖和T-S圖如上圖所示。k熱效率n=1-長鼠：1）,因而定壓加熱理想循環(huán)熱效率隨壓縮比的增大而提高，隨預脹比的增大而降低。6、請針對理想氣體畫出活塞式壓氣機絕熱壓縮，定溫壓縮和實際多變壓縮（多變指數(shù)位于1和絕熱指數(shù)k之間）三種可逆熱力過程的p-v圖和T—S圖，并比較它們所消耗的功，壓縮后的溫度和壓縮后的比體積的大小。（或者是比較三種壓氣過程的經濟性和安全性）。答：壓氣機絕熱壓縮1-2s,頂溫壓縮1-2T,實際多變壓縮1-2n的過程如上圖所示。由圖可以看出，Wc,s>Wc,n>Wc,T；T2,s>T2,n>T2,T；、2,s>V2,n>Y2T故絕熱壓縮所消耗的功最多，定溫壓縮最小，實際多變壓縮介于兩者之間。同時，絕熱壓縮后氣體的溫度和比體積均最大，最小的是定溫壓縮。7、利用T-s圖比較內燃機三種理想加熱（定容，定壓和混合）循環(huán)的熱效率的大小，假設他們所用工質為相同的理想氣體，且其在循環(huán)中的初始狀態(tài)，最高壓力和最高溫度都分別相同。四少一I3."i出時時內積布環(huán)比較這個比較實際上是熱力強度和機械強度相同情況下的比較。上圖中1-2-3-4-1為定容加熱理想循環(huán)；1-2'-3'-3-4-1位混合加熱理想循環(huán)；1-2''-3-4-1為定壓加熱理想循環(huán)。在所給的條件下，三種循環(huán)的最高壓力和最高溫度重合在點3,壓縮的初始狀態(tài)都重合在點1.從T-s圖上可以看出，三種循環(huán)排出的熱量q2都相同，都等于面積14651,而所吸收的熱量q1則不同。面積2''3652''>面積2'3'3652'>面積23652,即：qpq1mqiv所以所循環(huán)的熱效率1p1m1v從循環(huán)的平均吸熱溫度和平局放熱溫度來比較同樣可得出上述結果。因此在進氣狀態(tài)相同、循環(huán)的最高壓力和最高溫度相同的條件下，定壓加熱理想循環(huán)的熱效率最高，混合加熱理想循環(huán)次之，而定容加熱理想循環(huán)最低。因此在內燃機的熱強度和機械強度受到限制的情況下。采用定壓加熱循環(huán)可獲得較高的熱效率，這是符合實際情況的。事實上，柴油機的熱效率通常高于汽油機的熱效率。8、利用T-s圖比較內燃機三種理想加熱（定容，定壓和混合）循環(huán)的熱效率的大小，假設他們所用工質為相同的理想氣體，且其在循環(huán)中的初始狀態(tài)，吸熱量和最高溫度都分別相同。答：

如圖，循環(huán)1-2-3-4-5-1為混合加熱理想循環(huán)；循環(huán)1-2p-3p-4p-1為定壓加熱理想循環(huán);循環(huán)1-2v-3v-4v-1為定容加熱理想循環(huán)；吸熱量q2,m=q2,p=q2,v，由圖可知放熱量q2,v>q2,m>q2,p,由維=1-q1,在題設條件下，定容加熱理想熱循環(huán)效率最高，混合加熱理想循環(huán)次之，定壓加熱理想效率最低。四、計算題四、1、某系統(tǒng)輸送ti=27C,表壓力pgi=120kPa的空氣15m3/s,問應選擇標準狀態(tài)下風量為每小時多少立方米的鼓風機？（已知大氣壓Pb=0.1MPa）T1=（27+273.15）K=300.15K,p1=pg1+pb=0.12MPa+0.1MPa=0.22MPaqv=15m3/s標準狀態(tài)下：T°=273.15,pb=0.1MPa。由pXqv=qmRgT得：巴#=色—TiTo標準狀態(tài)下的空氣的體積流量qv=X詈xqv=霹詈x*X15m3/spbI2U.IMLa300.15K故qv=30.031m3/s=1.08乂105m3/h答：應該選擇標準狀態(tài)下風量為每小時1.08X105m3/h2、用空壓機給一個體積為的貯氣罐充氣。已知罐內原來裝有、空氣（空氣的氣體常數(shù)）。如果當貯氣罐內的空氣參數(shù)達到時停止充氣，問罐內充進去多少千克的空氣？解：T1=27+273.5=300.15K,T2=77+273.5=350.15K,由公式m=里?m=RgT'.m2-m1==（詈-P1）,帶入數(shù)據(jù)解得？m=76.292kgRgT2T1答：罐內充進去76.292千克的空氣。3、蒸汽以qm3、蒸汽以qm=900t/h的流量流經汽輪機,且在汽輪機進、出口處的始值分別為hi=3450kJ/kg和h2=2250kJ/kg。若汽輪機與外界的換熱量可忽略不計，試估算該汽輪機的功率。2250KJ

Kg解：qm=900t/h=250kg/s,根據(jù)穩(wěn)定流動方程：q=h2-h1+2?cjr+2250KJ

Kg由題意可知，2?C2=0,g?Z=0,q=0,故汽輪機的功Ws=h2-h1=34崇1200KJ250kg1200KJ汽輪機的功率Ppm.ws=—?▽=300000KJ/s。答：該汽輪機的功率為300000KJ/S4、某閉口系統(tǒng)在一熱力過程中，從Th=1000K的恒溫熱源吸收了1000kJ的熱量，同時對外界做了600kJ的膨脹功，并向大氣散出一部分熱量。已知經過此過程后，工質的內能增加了100kJ,嫡增加了0.4kJ/K。設大氣為T0=300K的恒溫熱源，請通過計算說明此過程是否可逆？若不可逆，則此過程的嫡增是多少，此過程導致的做功能力損失是多少？解：由熱力學第一定律Q=?u+w,故1000KJ-Q2=100KJ+600KJ,Q2=300KJ。將高溫熱源，低溫熱源以及熱機作為孤立系統(tǒng)，？Siso=?Sh+?Sl+?Se,式中？Sh和？Sl分別為高溫熱源TH和低溫熱源T0的嫡度。高溫熱源放熱？SH=-Q1=-100器=-1KJ/KTH1000k低溫熱源放熱？Sl=Q2=等=1KJ/KTl300k則？Siso=?Se=0.4KJ/K>0,所以此過程不可逆，而且對于孤立系統(tǒng)來說，？Siso=?Sg=0.4KJ/K,那么，此過程導致的做功能力損失。I=T.Sg=300K?0.受=120KJrk答：此過程不可逆，彳功能力損失為120KJ。5.某理想熱能動力裝置以可逆的朗肯循環(huán)方式工作，已知在熱機進出口處工質的始值分別為hi=3440kJ/kg,h2=2160kJ/kg。從熱機流出的工質首先進入低溫熱源放熱，工質放熱后，其始值變?yōu)閔3=180kJ/kg,然后通過水泵打入高溫熱源，并在其中加熱，經過加熱后的工質再進入熱機做功，如果泵的耗功可以忽略，請：（1）在T-s圖上表示此循環(huán)；（2）求蒸汽輪機的對外做功量W0（kJ/kg）和循環(huán)熱效率nto解：

1280KJ/kg,吸熱量q1280KJ/kg,吸熱量qi=hi-h3=3260KJ/Kg。循環(huán)的熱效率為邛=竺=翳=0.393。q13260蒸汽輪機對外做功w0=h1-h2=答：蒸汽輪機的^?外做功量為1280kJ/kg,和循環(huán)熱效率刀t為0.393。6、一臺以流量為qm=0.20kg/s的HFC134a為制冷劑的中型制冷裝置在溫度為25c的環(huán)境工作，其中壓縮機內進行的壓縮過程可視為可逆絕熱，已知：制冷劑進入壓縮機時處于干飽和蒸汽狀態(tài)，溫度為ti=20C,在壓縮機出口為過熱蒸汽，溫度為t2=78C,而在冷凝器出口則為t3=38.9C的飽和液體，若制冷劑在上述三個位置處的烙值分別為hi=386.2kJ/kg,h2=432.2kJ/kg,h3=254.8kJ/kg。請：①畫出此循環(huán)的T-s圖；②求此制冷裝置的制冷系數(shù)、制冷量和壓縮機耗功率。解:解:此循環(huán)的T-S圖如上圖所示此循環(huán)的制冷量Qc=qm.qc=qm.h1-h4,由于3-4過程為節(jié)流過程，0.2kg仁432.2kJkg0.2kg仁432.2kJkg386.2kJ—kg—=9.2kJ/s,循環(huán)制冷系數(shù)￡=Qc_26.28WC9F254.8KJ0.2kgkgkgh3=h4=\g—，故Qc=s386.2kJ.254.8kJ=26.28kJ，壓縮機的耗功W0=qm?kgkg2.857五、綜述題1、請用朗