工程熱力學(xué)B試題12131

工程熱力學(xué)B試題12131?一、選擇題（每題2分，共20分）1.熱力學(xué)第零定律主要涉及的是（）A.熱現(xiàn)象B.溫度的定義C.能量守恒D.熵增原理答案：B解析：熱力學(xué)第零定律為溫度的概念提供了基礎(chǔ)，它指出如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處于熱平衡。所以主要涉及溫度的定義，選B。

2.理想氣體經(jīng)歷一個(gè)定溫過(guò)程，其內(nèi)能變化（）A.大于零B.小于零C.等于零D.不確定答案：C解析：理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，定溫過(guò)程溫度不變，所以內(nèi)能變化等于零，選C。

3.工質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)可逆絕熱過(guò)程，其熵（）A.增大B.減小C.不變D.不確定答案：C解析：可逆絕熱過(guò)程是等熵過(guò)程，熵不變，選C。

4.卡諾循環(huán)的效率只與（）有關(guān)A.工質(zhì)性質(zhì)B.熱源溫度C.冷源溫度D.熱源和冷源溫度答案：D解析：卡諾循環(huán)效率公式為$\eta_{c}=1\frac{T_{2}}{T_{1}}$，其中$T_{1}$為熱源溫度，$T_{2}$為冷源溫度，所以只與熱源和冷源溫度有關(guān)，選D。

5.實(shí)際氣體在（）情況下可近似看作理想氣體A.高溫高壓B.高溫低壓C.低溫高壓D.低溫低壓答案：B解析：在高溫低壓下，實(shí)際氣體分子間距離較大，分子間作用力較小，可近似看作理想氣體，選B。

6.下列哪個(gè)參數(shù)不是狀態(tài)參數(shù)（）A.壓力B.比容C.功D.溫度答案：C解析：壓力、比容、溫度都是描述系統(tǒng)狀態(tài)的參數(shù)，功是過(guò)程量，不是狀態(tài)參數(shù)，選C。

7.穩(wěn)定流動(dòng)能量方程中，不包括以下哪項(xiàng)能量（）A.內(nèi)能B.動(dòng)能C.位能D.化學(xué)能答案：D解析：穩(wěn)定流動(dòng)能量方程一般形式為$q=\Deltah+\Delta\frac{c^{2}}{2}+g\Deltaz+w_{t}$，涉及內(nèi)能、動(dòng)能、位能等，不包括化學(xué)能，選D。

8.多變過(guò)程中，當(dāng)多變指數(shù)$n=k$（絕熱指數(shù)）時(shí)，該過(guò)程為（）A.定溫過(guò)程B.定壓過(guò)程C.定容過(guò)程D.絕熱過(guò)程答案：D解析：在多變過(guò)程中，當(dāng)$n=k$時(shí)，過(guò)程方程為$pv^{k}=const$，是絕熱過(guò)程，選D。

9.濕空氣的含濕量是指（）A.1kg干空氣所含的水蒸氣質(zhì)量B.1m3濕空氣所含的水蒸氣質(zhì)量C.1kg濕空氣所含的水蒸氣質(zhì)量D.與干空氣的質(zhì)量比答案：A解析：濕空氣含濕量定義為1kg干空氣所含的水蒸氣質(zhì)量，選A。

10.水蒸氣的汽化潛熱隨壓力升高而（）A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小答案：B解析：隨著壓力升高，水蒸氣的汽化潛熱減小，選B。

二、填空題（每題2分，共20分）1.熱力學(xué)能是指工質(zhì)內(nèi)部所具有的______、______和______的總和。答案：分子動(dòng)能、分子勢(shì)能、內(nèi)位能解析：熱力學(xué)能是工質(zhì)內(nèi)部各種能量的總和，包括分子動(dòng)能、分子勢(shì)能以及內(nèi)位能等。

2.閉口系統(tǒng)能量方程為______。答案：$Q=\DeltaU+W$解析：閉口系統(tǒng)與外界沒有物質(zhì)交換，能量方程為加入系統(tǒng)的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加與對(duì)外做功之和。

3.理想氣體狀態(tài)方程為______。答案：$pv=RT$解析：這是理想氣體的基本狀態(tài)方程，描述了壓力、比容和溫度之間的關(guān)系。

4.定壓比熱$c_{p}$與定容比熱$c_{v}$的關(guān)系為______。答案：$c_{p}c_{v}=R$解析：對(duì)于理想氣體，定壓比熱與定容比熱之差等于氣體常數(shù)。

5.熵增原理可表述為：孤立系統(tǒng)的熵______。答案：只能增大或保持不變，絕不減小解析：這是熵增原理的基本表述，孤立系統(tǒng)沒有與外界的物質(zhì)和能量交換，其熵具有這樣的變化特性。

6.朗肯循環(huán)由______、______、______和______四個(gè)過(guò)程組成。答案：定壓加熱、絕熱膨脹、定壓放熱、絕熱壓縮解析：朗肯循環(huán)是蒸汽動(dòng)力裝置的基本循環(huán)，由這四個(gè)典型過(guò)程構(gòu)成。

7.濕空氣的相對(duì)濕度$\varphi$定義為______與______之比。答案：水蒸氣的實(shí)際分壓力、同溫度下水蒸氣的飽和分壓力解析：相對(duì)濕度反映了濕空氣中水蒸氣含量接近飽和的程度。

8.噴管是使流體流速______，壓力______的管道。答案：增加、降低解析：噴管的作用就是通過(guò)改變管道形狀，使流體加速，壓力降低。

9.氣體節(jié)流前后，其焓值______。答案：不變解析：節(jié)流過(guò)程是絕熱節(jié)流，與外界沒有熱量交換，焓值不變。

10.熱泵循環(huán)的目的是將熱量從______環(huán)境傳向______環(huán)境。答案：低溫、高溫解析：熱泵循環(huán)通過(guò)消耗一定的功，實(shí)現(xiàn)將低溫環(huán)境的熱量傳遞到高溫環(huán)境。

三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)。答案：熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn)。它表明熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，功也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔灰欢康臒嵯r(shí)必定產(chǎn)生相應(yīng)量的功，消耗一定量的功時(shí)必出現(xiàn)與之對(duì)應(yīng)的一定量的熱。也就是說(shuō)，在任何涉及熱現(xiàn)象的過(guò)程中，能量不會(huì)憑空產(chǎn)生或消失，只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，其總量保持不變。

2.什么是可逆過(guò)程？可逆過(guò)程有什么特點(diǎn)？答案：可逆過(guò)程是指如果系統(tǒng)完成某一熱力過(guò)程后，再沿原路逆行而能使系統(tǒng)和外界都返回原來(lái)狀態(tài)，而不留下任何變化的過(guò)程。其特點(diǎn)包括：過(guò)程進(jìn)行得無(wú)限緩慢，系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界之間在任何時(shí)刻都無(wú)限接近于平衡狀態(tài)。沒有摩擦、磁滯、電阻等耗散效應(yīng)，不存在能量的耗散。在相同的初、終態(tài)之間，可逆過(guò)程系統(tǒng)對(duì)外界做最大功，外界對(duì)系統(tǒng)做最小功。

3.說(shuō)明水蒸氣定壓發(fā)生過(guò)程中五個(gè)階段的狀態(tài)及參數(shù)變化特點(diǎn)。答案：水蒸氣定壓發(fā)生過(guò)程包括以下五個(gè)階段：未飽和水預(yù)熱階段：水處于液態(tài)，溫度升高，比容略有增大，壓力不變。飽和水加熱階段：水開始汽化，溫度保持飽和溫度不變，比容逐漸增大，壓力不變，汽化潛熱開始增加。濕飽和蒸汽加熱階段：處于濕蒸汽狀態(tài)，溫度不變，干度增加，比容繼續(xù)增大，壓力不變，汽化潛熱繼續(xù)增加。干飽和蒸汽加熱階段：成為干飽和蒸汽，溫度不變，比容增大，壓力不變，汽化潛熱達(dá)到最大值。過(guò)熱蒸汽加熱階段：蒸汽溫度升高，比容增大，壓力不變。

4.簡(jiǎn)述提高朗肯循環(huán)效率的途徑。答案：提高朗肯循環(huán)效率的途徑主要有：提高蒸汽初參數(shù)：提高蒸汽的初壓力和初溫度，可使循環(huán)平均吸熱溫度升高，從而提高循環(huán)效率。降低蒸汽終參數(shù)：降低乏汽壓力，可使循環(huán)平均放熱溫度降低，提高循環(huán)效率，但受限于環(huán)境溫度和設(shè)備制造等因素。采用再熱循環(huán)：在汽輪機(jī)中間抽出部分蒸汽進(jìn)行再熱，提高蒸汽的平均吸熱溫度，進(jìn)而提高循環(huán)效率。采用回?zé)嵫h(huán)：利用汽輪機(jī)抽汽加熱給水，提高給水溫度，使進(jìn)入鍋爐的水的焓值提高，減少了工質(zhì)在鍋爐中的吸熱量，提高了循環(huán)效率。

四、計(jì)算題（每題20分，共40分）1.一剛性絕熱容器，容積為0.5m3，內(nèi)裝0.1MPa、20℃的空氣，容器上有一小閥門，打開閥門后，有少量空氣緩慢流出，當(dāng)容器內(nèi)空氣壓力降至0.05MPa時(shí)關(guān)閉閥門。設(shè)空氣為理想氣體，$c_{v}=0.718kJ/(kg\cdotK)$，$R=0.287kJ/(kg\cdotK)$，求容器內(nèi)剩余空氣的質(zhì)量和溫度。解：首先根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程$pV=mRT$，初始狀態(tài)下：$p_{1}=0.1MPa=100kPa$，$V=0.5m3$，$T_{1}=20+273=293K$，$R=0.287kJ/(kg\cdotK)$則初始空氣質(zhì)量$m_{1}=\frac{p_{1}V}{RT_{1}}=\frac{100\times0.5}{0.287\times293}\approx0.589kg$

對(duì)于絕熱剛性容器，$Q=0$，$W=0$，根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程$Q=\DeltaU+W$可得$\DeltaU=0$，即$m_{2}u_{2}m_{1}u_{1}=0$，又因?yàn)?u=c_{v}T$，所以$m_{2}c_{v}T_{2}m_{1}c_{v}T_{1}=0$，即$m_{2}T_{2}=m_{1}T_{1}$

當(dāng)壓力降至$p_{2}=0.05MPa=50kPa$時(shí)，設(shè)此時(shí)溫度為$T_{2}$，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程$p_{2}V=m_{2}RT_{2}$由$m_{2}T_{2}=m_{1}T_{1}$可得$m_{2}=\frac{m_{1}T_{1}}{T_{2}}$，代入$p_{2}V=m_{2}RT_{2}$中得：$p_{2}V=\frac{m_{1}T_{1}}{T_{2}}RT_{2}$$50\times0.5=0.589\times293$$T_{2}=\frac{0.589\times293\times0.287}{50\times0.5}\approx196K=77℃$$m_{2}=\frac{p_{2}V}{RT_{2}}=\frac{50\times0.5}{0.287\times196}\approx0.443kg$

答：容器內(nèi)剩余空氣的質(zhì)量為$0.443kg$，溫度為$77℃$。

2.一蒸汽動(dòng)力裝置采用朗肯循環(huán)，蒸汽初壓力為$10MPa$，初溫度為$500℃$，乏汽壓力為$0.005MPa$。已知汽輪機(jī)入口蒸汽焓$h_{1}=3375.1kJ/kg$，汽輪機(jī)出口蒸汽焓$h_{2}=2247.6kJ/kg$，鍋爐入口水焓$h_{3}=191.8kJ/kg$，鍋爐出口蒸汽焓$h_{4}=h_{1}$。求：（1）循環(huán)吸熱量$q_{1}$；（2）循環(huán)放熱量$q_{2}$；（3）循環(huán)凈功$w_{net}$；（4）循環(huán)效率$\eta_{t}$。解：（1）循環(huán)吸熱量$q_{1}=h_{1}h_{3}=3375.1191.8=3183.3kJ/kg$（2）循環(huán)放熱量$q_{2}=h_{2}h_{3}=2247.6191.8=2055.8kJ/kg$（3）循環(huán)凈功$w_{ne