2008熱工學(xué)考試(標(biāo)準(zhǔn)答案-僅供參考)12.16

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08/09學(xué)年《熱工學(xué)》期末考試

班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：

時(shí)間：100分鐘考試形式：開卷得分：

填空題（每空1分，合計(jì)30分）：

理想氣體在一熱力過(guò)程中，其熱力學(xué)能增加50J，同時(shí)外界對(duì)系統(tǒng)做功為100J。則該熱力系統(tǒng)傳給外界的熱量為-50J。

熵增加的過(guò)程不一定（填一定或不一定）是不可逆過(guò)程。

已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.1Mpa，壓力容器中被測(cè)工質(zhì)的壓力為0.05MPa，，此時(shí)該工質(zhì)壓力的測(cè)量應(yīng)選用真空計(jì)（真空計(jì)或壓力表）測(cè)壓計(jì)。

卡諾循環(huán)熱機(jī)，從200℃熱源吸熱，向30℃冷源放熱，若吸熱功率是10kW，則輸出功率為8.5kW。

某雙原子理想氣體的定壓比熱為14.32kJ/(kg·K)，則其定容比熱可近似認(rèn)為等于10.23kJ/(kg·K)。

水蒸汽的汽化潛熱在低溫時(shí)較大，在高溫時(shí)較小，在臨界溫度為零。

卡諾循環(huán)分別由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成。

在熱傳導(dǎo)過(guò)程中，熱流密度指向溫度降低（升高或降低）的方向，因此與該處溫度梯度方向相反。

理想氣體在一剛性絕熱容器中自由膨脹，則該氣體做功為零，其溫度將不變。

在蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，提高汽輪機(jī)入口蒸汽的壓力將使循環(huán)熱效率增大；而提高出口蒸汽的壓力將使循環(huán)熱效率減小。

同一理想氣體從同一初態(tài)分別經(jīng)定溫壓縮、絕熱壓縮和多變壓縮(1<n<k)到達(dá)同一終壓力，耗功最大的為絕熱壓縮過(guò)程。

某種氣體經(jīng)歷不可逆吸熱過(guò)程后，其熵變?chǔ)>0；過(guò)程的熵流Sf>0；過(guò)程的熵產(chǎn)Sg>0。

理想氣體多變指數(shù)n=0，系統(tǒng)與外界傳熱量q=h2-h1；多變指數(shù)n=±∞，系統(tǒng)與外界傳熱量q=u2-u1。

某蒸汽動(dòng)力廠，鍋爐的蒸汽產(chǎn)量D=180×103kg/h，輸出功率P=55000kW，全廠耗煤G=19.5t/h，煤的發(fā)熱值為QH=30×103kJ/kg。蒸汽在鍋爐中的吸熱量q=2680kJ/kg。則該動(dòng)力廠的熱效率為41.04%，鍋爐的效率為82.5%。

在三種基本傳熱方式中，必須依靠宏觀運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的傳遞方式是熱對(duì)流，通過(guò)微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)傳遞熱量的方式稱為熱傳導(dǎo)，在真空中亦可實(shí)現(xiàn)的傳熱方式是熱輻射。

在p-v圖上，n=0.6的氣體膨脹過(guò)程線位于定壓線和定溫線之間，該過(guò)程與外界的換熱情況為吸熱。

判斷正誤（每題1分，合計(jì)10分）：

氣體邊膨脹邊放熱是可能的。（√）

由理想氣體組成的封閉系統(tǒng)吸熱后其溫度必定增加。（×）

比熱是過(guò)程量，適用于一切氣體，它的大小和過(guò)程有關(guān)。（×）

物體等溫面之間距離越小，表示該處溫度變化越劇烈。（√）

自然界的過(guò)程都是朝著熵增的方向進(jìn)行的，因此熵減小的過(guò)程不可能實(shí)現(xiàn)。（×）

在一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的前提下，平板內(nèi)部溫度分布將呈線性關(guān)系。（×）

卡諾循環(huán)的熱效率永遠(yuǎn)小于1。（√）

對(duì)于過(guò)熱水蒸氣，干度。（×）

膨脹功、流動(dòng)功和技術(shù)功都是與過(guò)程的路徑有關(guān)的過(guò)程量。（×）

在水的定壓加熱過(guò)程中，飽和水向干飽和蒸汽的轉(zhuǎn)變階段，由于溫度為定值，因此其熱力學(xué)能和焓值均保持不變。（×）

名詞解釋（每題3分，合計(jì)15分）

卡諾定理

第一種表述：在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩撮g工作的一切可逆熱機(jī)具有相同的熱效率，與工質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。

第二種表述：在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩撮g工作的任何不可逆熱機(jī)的熱效率，都小于可逆熱機(jī)的熱效率。

本題回答上述兩者之一均可。

孤立系統(tǒng)

與外界既無(wú)能量（功、熱量）交換又無(wú)物質(zhì)交換的系統(tǒng)。

流動(dòng)功

對(duì)于開口系統(tǒng)而言，當(dāng)工質(zhì)流過(guò)熱工設(shè)備時(shí)，推動(dòng)其流動(dòng)而作的功稱為流動(dòng)功。

溫度梯度

在同一時(shí)刻，溫度場(chǎng)中溫度相同的點(diǎn)所連成的線或面稱為等溫線或等溫面，而等溫面法線方向的溫度變化率稱為溫度梯度。

(2)若由珍珠巖混凝土保溫層代替紅磚層，則根據(jù)可得：

如圖所示，T-s圖上給出了兩個(gè)熱力循環(huán)：1-2-5-6-1為卡諾循環(huán)，1-2-3-4-1為不可逆循環(huán)。其中2-3為不可逆絕熱膨脹過(guò)程，4-1為不可逆絕熱壓縮過(guò)程。求：

兩循環(huán)的凈功；

兩循環(huán)的熱效率。（本題6分）

解：

對(duì)于循環(huán)1-2-5-6-1：

凈功W1=(2000-300)×(5.6-1.2)=7480kJ/kg

熱效率η1=7480/[(5.6-1.2)×2000]=85%

對(duì)于循環(huán)1-2-3-4-1：

凈功W1=7480+0.5×(1.2-0.8)×1700+0.5×(6.6-5.6)×1700=8670kJ/kg

熱效率η2=8670/[(6.6-0.8)×300+8670]=83.3%

柴油機(jī)氣缸中的燃?xì)?，膨脹過(guò)程開始時(shí)的狀態(tài)為p1=8MPa，t1=1300℃，過(guò)程終了時(shí)的狀態(tài)為p2=0.4MPa，t2=400℃，假定燃?xì)饩哂锌諝庑再|(zhì)，且過(guò)程可逆，試按平均比熱容計(jì)算燃?xì)獗褥氐淖兓?，并判斷過(guò)程是吸熱還是放熱。（本題6分）

已知：[kJ/(kg·K)]，[kJ/(kg·K)]

解：

∵△s<0，∴過(guò)程放熱。

一定量的空氣（=1.4），經(jīng)過(guò)下列四個(gè)可逆過(guò)程組成的循環(huán)，填充下表所缺數(shù)據(jù)，并完成：

計(jì)算循環(huán)功及熱效率。

分析各個(gè)過(guò)程性質(zhì)，并將該循環(huán)定性地表示在p-v和T-s圖上。（本題7分）

過(guò)程

Q/kJ

△U/kJ

W/kJ

1-2

2100

1500

600

2-3

0

-1200

1200

3-4

-900

-900

0

4-1

0

600

-600

解：

(1)循環(huán)功W=600+1200-600=1200kJ；

吸熱量Q1=2100kJ；

熱效率η=W/Q1=57.2%

(2)對(duì)于空氣工質(zhì)，=1.4；

1-2過(guò)程：△H=k·△U=2100kJ；根據(jù)熱力學(xué)第一定律Q=△H+Wt，∴Wt=0；