XXXX工程熱力學(xué)試題 答案

1、08級能源與動力學(xué)院考試試卷程熱力學(xué)I （A卷）（閉卷，150分鐘）班級姓名學(xué)號成績第4頁共6頁、簡答題（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)從一個平衡態(tài)到另一個平衡態(tài)，稱為熱力過程?？赡孢^程的主要特征是驅(qū) 動過程進行的勢差無限小，即準靜過程，且無耗散。2.溫度為500 C的熱源向熱機工質(zhì)放出 量的火用（yong）500 kJ的熱量，設(shè)環(huán)境溫度為 30C,試問這部分熱 值（最大可用能）為多少？答：Ex,q 500130 273-15303.95kJ500 273.153.兩個不同溫度（ 溫?zé)嵩碩2放出熱量 系統(tǒng)熵增 證明：四個子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)熵增

2、為St2T1,T2 ）的恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機，從高溫?zé)嵩碩1吸收熱量 Q1向低Q2，證明：由高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩?、熱機和功源四個子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立Siso0。假設(shè)功源的熵變SW =0。（1 分）SisoSt1SrSw對熱機循環(huán)子系統(tǒng):Sr0Q1Siso于T1T2根據(jù)卡諾定理及推論:1分t,C 1Q2T11隔板. y 1B 1B中自由膨脹則：SisoA中存有高壓空氣,4.岡性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，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式出發(fā)，證明絕

3、熱節(jié)流過程中，節(jié)流前后工質(zhì)的焓值不變。 （絕熱節(jié)流過程可看作穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，宏觀動能和重力位能的變化可忽略不計）答：開口系一般能量方程表達式為黔二Q1烈+仏+號+刑卜I -絕熱節(jié)流過程是穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，因此有如下簡化條件d7dT 二 Or 0 = 0 叫 =0； AEk =0QEp 二0、則上式可以簡化為：根據(jù)質(zhì)量守恒，有代入能量方程，有6.什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組元單獨占有整個混合氣體的容積（中容積）時對容器壁 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

4、溫?zé)嵩吹臏夭钣螅ㄖZ制冷機的制冷系數(shù)是否就愈大，愈有利？試證明你的結(jié) 論。答：否，溫差愈大，卡諾制冷機的制冷系數(shù)愈小，耗功越大。（2 分）證明：R 亞互，當(dāng)q2不變，T 時，wT1 T2w TR 。即在同樣q2下（說明得到的收益相同），溫差愈大，需耗費更多的外界有用功量，制冷系數(shù)下降。（3 分）08級能源與動力學(xué)院考試試卷8. 一個控制質(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狀態(tài)B，若兩過程中熱源溫度均為Tr。試證明系統(tǒng)在可逆過程中吸收的熱量多，對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)的熵變相同。由系統(tǒng)的熵方程S SfSg

5、，對于可逆過程其熵產(chǎn)為零，故熱熵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）第3頁共6頁u相同，故（2 分）由熱力學(xué)第一定律，q U W，因過程的初、終狀態(tài)相同，熱力學(xué)能變化可逆與不可逆兩種情況相比，可逆過程的過程功亦較大。二、作圖題：（每小題5分，共10分）1.試在所給參數(shù)坐標圖上定性地畫出理想氣體過點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)（圖中請標明四個基本過程線 ）：1）壓縮、升溫、吸熱的過程2）膨脹、降溫、吸熱的過程。08級能源與動力學(xué)院考試試卷第9頁共6頁答:評分: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

6、上理想氣體任意可逆過程 變化量如何表示？若過程 1 - 2是不可逆的，1-2的熱量如何表示？熱力學(xué)能變化量、焓上述各量是否相同？（請寫出簡明的作圖方法。）答：對可逆過程，熱量為面積1-m-k-2-1，熱力學(xué)能變化量為面積1-m-n-2v-1，焓變化量為1-m-g-2 p-1 o對不可逆過程，熱量無法表示，熱力學(xué)能和焓變化量相同T2v 22p7/T=const1m n kgs三、計算題：（共50分）340 m3/min的容積流率吸入空氣，進口處的空0.025 m2,排出的壓縮空氣的參數(shù)為2001.壓氣機在95 kPa、25 C的狀態(tài)下穩(wěn)定地以 氣流速可以忽略不計；壓氣機排口處的截面積為kPa、1

7、20 Co壓氣機的散熱量為 60 kJ/min。已知空氣的氣體常數(shù) Rg=0.287 kJ/（kg.K），比定 熱容Cv=0.717 kJ/（kg.K），求壓氣機所消耗的功率。（16分）解：以壓氣機中空氣為研究對象，其穩(wěn)定工況的能量方程為其中:C2m2A2hh2 h,Q Wsh (h1gzi)m(h2c22?gz2) m 0?C12WshQ (h11gzi)m(h2c22?gz2)m (a)Ml 1000( J/s)60PiVm RgT195 103287 (27325)340而6.2944(kg/s)Ci0m/s0mmRgT2P2A2Cp T6.2944 287 (273 120)141.9

8、9(m/s)200 103 0.025(273 717) (120 25) 95380.0(J/s)將以上數(shù)據(jù)代入式(a),可得壓氣機所消耗的功率為:?141 9925Wsh1000 6.2944 ( 95380.0)6.648 105(J /s)22 kg ,0.07MPaTO67 C qN28 kg0.1 MPa17 C2.在高溫環(huán)境中有一容器，A側(cè)裝有2 kg氮氣，壓力為0.07 MPa , 溫度為67C； B側(cè)裝有8 kg氮氣，壓力為0.1 MPa,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?，F(xiàn)打開閥門，氮氣由B流向A。氮氣可視為理想氣體，已知氣體常數(shù)

9、Rg,N2 = 297 J/(kg K),過程中的平均定容比熱容c = 0.742kJ/( kg K),若壓力平衡時容器中氣體溫度為t2 = 40 C,試求：平衡時終壓力P2；吸熱量Q ;氣體的熵變。(18分)解：容器A和B的容積分別為mA RgTA1FA1mB RgTB1VbVa2 297 340 一 2.8851 0.07 1068 297 290 ccx66.89040.1 106m3m3 (4 分)取A+B中的氣體為系統(tǒng)(CM ),m = mA + mB = 2 +8 =10 kgV = Va + Vb = 2.8851 + 6.8904 = 9.7755 m3 (2 分) 終態(tài)時的氣

10、體壓力08級能源與動力學(xué)院考試試卷100第11頁共6頁F2mRgT210 297 3139.77550.0951 MPa (2 分)按題給，系統(tǒng)不對外作功,Q有UmcvT2 Cv(mATA110 0.742 313 0.742SAmA(c pinTT7F2RgS白fa(1.03心0.297ln鶉)0.3540 kJ/K原在B中的氮氣熵變(2 分)SbT2mB(cpintbRglnFB)(1.039in 273 40273 170.297in 00空)0.10.7538 kJ/KmBTB1 )(2 340 8 290)(5 分)2322.46 2226 96.46 kJ原在A中的氮氣熵變(2分)全部氮氣的熵變SaSb 0.3540 0.7538 0.3998 kJ/K(1 分)3.將100 kg溫度為30C的水與200 kg溫度為80 C的水在絕熱容器中混合，假定容器內(nèi)壁與水之間也是絕熱的,且水的比熱容為定值，取c 4.187 kJ/(kg K)，環(huán)境溫度為17 C。求混合過程導(dǎo)致的可用能損失？ (16分)解：以絕熱熔器內(nèi)水為研究對象，由其能量方程可得m2)cTm1cT1 m2