工程熱力學試卷

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一、分析說明題：1、水汽化過程的P-V與T-S圖上：1點、2線、3區(qū)、5態(tài)，分別指的是什么？答：1點：臨界點2線：上界線（干飽和蒸汽線）、下界線（飽和水線）3區(qū)：過冷區(qū)（液相區(qū)或未飽和區(qū)）、濕蒸汽區(qū)（汽液兩相區(qū)）、過熱蒸汽區(qū)（氣相區(qū)）5態(tài)：未飽和水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽2、什么樣的的氣體可以看成是理想氣體？答：分子之間的平均距離相當大，分子的體積與氣體的總體積相比可以忽略。分子之間沒有相互的作用力。 分子之間的相互碰撞及分子與器壁之間的碰撞均為彈性碰撞。3、畫圖分析蒸汽初溫及初壓的變化對郎肯循環(huán)的影響。 蒸汽初溫的影響：保持p1、p2不變，將t1提

2、高，則有：，不變且乏汽干度：蒸汽初壓的影響：保持t1、 p2不變，提高p1，則有：，不變但是乏汽干度：4、什么叫逆向循環(huán)或制冷循環(huán)？逆向循環(huán)的經(jīng)濟性用什么衡量？其表達式是什么？答：在循環(huán)中消耗機械能，把熱量從低溫熱源傳向高溫熱源的循環(huán)稱為逆向循環(huán)或制冷循環(huán)?；蛘咴赑-V圖和T-S圖上以順時針方向進行的循環(huán)。逆向循環(huán)的經(jīng)濟性評價指標有：制冷系數(shù)；=q2/Wnet；熱泵系數(shù)：=q1/Wnet5、簡述絕對壓強、相對壓強及真空度之間的關系。答：當絕對壓強大于當?shù)卮髿鈮簳r：相對壓強（表壓強）=絕對壓強-當?shù)卮髿鈮?或 當絕對壓強小于當?shù)卮髿鈮簳r：真空度=當?shù)卮髿鈮?絕對壓強 或 6、絕熱剛性容器中間用隔

3、板分開，兩側(cè)分別有1kg N2和O2，其p1、T1相同。若將隔板抽出，則混合前后的溫度和熵有什么變化，為什么？答: 因為是剛性絕熱容器，所以系統(tǒng)與外界之間既沒有熱量交換也沒有功量交換。系統(tǒng)內(nèi)部的隔板抽出后，溫度保持不變。絕熱過程系統(tǒng)熵流為零，系統(tǒng)內(nèi)部為不可逆變化，熵產(chǎn)大于零，因此總熵變大于零。7、表壓力或真空度能否作為狀態(tài)參數(shù)進行熱力計算？若工質(zhì)的壓力不變，問測量其壓力的壓力表或真空計的讀數(shù)是否可能變化？ 答：表壓力或真空度不能作為狀態(tài)參數(shù)進行熱力計算，因為表壓力或真空度只是一個相對壓力。若工質(zhì)的壓力不變，測量其壓力的壓力表或真空計的讀數(shù)可能變化，因為測量所處的環(huán)境壓力可能發(fā)生變化。8、試比較

4、如圖所示的過程1-2與過程1-a-2中下列各量的大?。?W12與W1a2； (2) DU12 與 DU1a2； (3) Q12與Q1a2（1）W1a2的大小等于面積1bca1，W12的大小等于面積1bc21，因此W1a2大。(2)1-a-2與1-2的初、終狀態(tài)完全相同，熱力學能是狀態(tài)參數(shù)，只與過程的初、終狀態(tài)有關，因此DU12 與 DU1a2；一樣大。（3）因為Q= DU + W，DU12 =DU1a2，W1a2大于W12，所以 Q1a2大。9、畫圖分析蒸汽初溫及初壓的變化對郎肯循環(huán)的影響。蒸汽初溫的影響：保持p1、p2不變，將t1提高，則有：，不變且乏汽干度：蒸汽初壓的影響：保持t1、 p2

5、不變，提高p1，則有：，不變但是乏汽干度：10、畫出蒸汽朗肯循環(huán)所需的設備示意圖及熱力循環(huán)的T-s、P-V圖。 11、在T-s圖上用圖形面積表示h 解：過a做等壓線，并取:Tb=Tc考慮ca過程等壓12、什么叫正向循環(huán)？正向循環(huán)的經(jīng)濟性用什么衡量？其表達式是什么？答：正向循環(huán)是指：熱能轉(zhuǎn)化為機械能的循環(huán)，是動力循環(huán)。正向循環(huán)是指：從高溫熱源吸熱向低溫熱源放熱，并向外界輸出功的循環(huán)。正向循環(huán)在P-V和T-S圖上按順時針方向進行的循環(huán)。其經(jīng)濟性評價指標用熱效率衡量：其表達式為：13、提高蒸汽動力循環(huán)熱效率的途徑有哪些？答：提高蒸汽的初溫 提高蒸汽的初壓降低乏汽壓力、 采用再熱循環(huán)、 采用回熱循環(huán)、

6、14、為什么孤立系統(tǒng)的熵值只能增大、或者不變，絕對不能減??？答：根據(jù)閉口系統(tǒng)熵方程：對于孤立系統(tǒng)，因為與外界沒有任何能量交換，得出：所以有： 而 因此：即孤立系統(tǒng)的熵值只能增大、或者不變，絕對不能減小。15、如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式遵循，這種物質(zhì)的比熱容一定是常數(shù)嗎？這種物質(zhì)的比熱容僅是溫度的函數(shù)嗎？答：不一定，比如理想氣體遵循此方程，但是比熱容不是常數(shù)，是溫度的單值函數(shù)。這種物質(zhì)的比熱容不一定僅是溫度的函數(shù)。由比熱容的定義，并考慮到工質(zhì)的物態(tài)方程可得到：由此可以看出，如果工質(zhì)的內(nèi)能不僅僅是溫度的函數(shù)時，則此工質(zhì)的比熱容也就不僅僅是溫度的函數(shù)了。16、兩噴管工作的背壓均為0.1MPa，進口截面

7、的壓力均為1MPa，進口流速忽略不計。1）若兩噴管最小截面相等，問兩噴管的流量、出口截面的流速和壓力是否相同？2）假如截取一段，出口截面的流量、流速和壓力將怎樣變化？答：因為對于漸縮管：Pcr=vcrP1Pb,所以?。篜2=Pcr 而對于縮放管則?。篜2= Pb1）若兩噴管的最小截面面積相等，兩噴管的流量相等，漸縮噴管出口截面流速小于縮放噴管出口截面流速，漸縮噴管出口截面壓力大于縮放噴管出口截面壓力。2) 若截取一段，漸縮噴管最小截面面積大于縮放噴管最小截面面積，則漸縮噴管的流量大于縮放噴管的流量，漸縮噴管出口截面流速小于縮放噴管出口截面流速，漸縮噴管出口截面壓力大于縮放噴管出口截面壓力。17

8、、在p-v 圖上確定 T 增大方向， 做一條等壓線在p-v 圖上確定 s 增大方向 做一條等溫線在T-s 圖上確定 v 增大方向做一條等溫線在T-s 圖上確定 p 增大方向做一條等溫線18、如圖所示，12為理想氣體的可逆絕熱過程，試在圖上用面積表示出膨脹功的大小。解：過1、2點分別作定容線，再過1點做定溫線與過2點的定容線相交于1點。過程1-2為可逆絕熱：q=0 ，而過程1-2為定容過程，w=0 ，其大小為面積m12nm因此1-2的膨脹功大小為面積m12nm 19、證明：卡諾循環(huán)的熱效率總是小于1，不可能等于1。證明：卡諾循環(huán)的熱效率：, 其中T2小于T1，且均大于0，因此卡諾循環(huán)的熱效率總是

9、小于1。只有當或時，卡諾循環(huán)的熱效率等于1，這是不可能的，因此卡諾循環(huán)的熱效率不可能等于1。20、據(jù)p-v圖，將理想氣體可逆過程畫在T-s圖上，比較u12與u13，h12與h13，s12與s13，q12與q13的大小，并簡要說明理由。解：對于理想氣體 u=CVT, h=CPT 其中CV、CP是常數(shù)因為T2T3所以u12u13，h12h13，因為S2=S3 所以s12=s13，T-S圖為示熱圖，從圖中可以看出q12= 面積S123ba1 ， q13=面積S13ba1所以q12q13 21、在多變過程中，膨脹功、技術(shù)功、熱量的正負在p-v圖和T-s圖上如何判斷，簡要說明。 22、將滿足空氣下列要求

10、的多變過程表示在p-v圖和T-s圖上?？諝馍龎?、升溫又放熱 空氣膨脹、升溫又吸熱 n=1.3的壓縮過程，并判斷的正負q、w、u。1-2: q0、w0、u01-3: q0、w0、u01-4: q0、w0、u0二、計算題1、若某種氣體的狀態(tài)方程為pv=Rg T，現(xiàn)取質(zhì)量1kg 的該種氣體分別作兩次循環(huán)，如圖循環(huán)1-2-3-1 和循環(huán)4-5-6- 4 所示，設過程1-2 和過程4-5 中溫度不變都等于Ta，過程2-3 和5-6中壓力不變，過程3-1和4-6 中體積不變。又設狀態(tài)3 和狀態(tài)6 溫度相等，都等于Tb。試證明兩個循環(huán)中1kg 氣體對外界所作的循環(huán)凈功相同。解： 循環(huán)1231 和循環(huán)4564

11、 中過程1-2 和4-5 都是等溫過程， ，據(jù)理想氣體狀態(tài)方程， 根據(jù)已知條件，可得： 2、1kg理想氣體，由初態(tài)被等溫壓縮到終態(tài)，試計算：經(jīng)歷一可逆過程；經(jīng)歷一不可逆過程，實際耗功比理論多耗20%，環(huán)境溫度為300K，求兩種情況下氣體的熵變、環(huán)境熵變、過程熵產(chǎn)及有效能的損失?？赡孢^程 I=0不可逆過程：熵為狀態(tài)參數(shù)，只取決于狀態(tài)，因此，等溫過程：因此，（系統(tǒng)放熱）（環(huán)境吸熱為正） 3、已知A、B、C，3個熱源的溫度分別為500K、400K、300K，有一可逆熱機在這3個熱源之間工作。若可逆熱機從熱源A吸入3000的熱量，輸出凈功400。試求：可逆熱機與熱源B、C所交換的熱量，并指明方向。如圖

12、所示熱機的方向，設A、B、C及無限大空間組成孤立系統(tǒng)；則有： 計算得出： 因此，QB與假設方向相同，而QC則相反。22、容積為的壓縮空氣瓶內(nèi)裝有表壓力，溫度的壓縮空氣，打開空氣瓶上的閥門用以啟動柴油機，假定留在瓶內(nèi)的空氣參數(shù)滿足（k=1.4），問瓶中的壓力降低到時，用去多少空氣？這時瓶中空氣的溫度是多少？ 過了一段時間后，瓶中的空氣從外界吸收熱量，溫度又恢復到室溫300K，這時瓶上壓力表的讀數(shù)是多少？設空氣的比熱容為定值，。 9.90.110.0 因為留在瓶內(nèi)的空氣參數(shù)滿足，所以有： Kg 用去空氣的量： 定容過程： 所以有： 所以瓶上壓力表讀數(shù)為： 4、容積為0.15 m3的儲氣罐內(nèi)有氧氣，

13、初態(tài)溫度t1=38 ，壓力p1= 0.55 MPa，罐上裝有壓力控制閥，對罐內(nèi)氧氣加熱，當壓力超過0.7 MPa時，閥門打開維持罐內(nèi)壓力為0.7 MPa，繼續(xù)對罐內(nèi)氧氣加熱，問：當罐中氧氣溫度為285 時，對罐內(nèi)共加入多少熱量？Rg=260 J /(kgK)；cV = 657 J/(kgK)；cp= 917 J/(kgK)（8分）解：QV：因1到2為定容過程，過程中m不變 Qp：2到3過程中氣體壓力不變，但質(zhì)量改變 對罐內(nèi)共加入熱量：5、體積為的空氣，由，被可逆的壓縮到,。已知空氣的氣體常數(shù)，空氣的比熱容可以取定值。求：過程的多變指數(shù) 氣體的熵變 壓縮功以及氣體在過程中所放出的熱量。解：多變指

14、數(shù)：由得： 氣體熵變： 可逆壓縮功：熱量：6、剛性絕熱容器用隔板分成兩部分，VB =3 VA。A 側(cè)有1 kg 空氣，P1=1 MPa，T1=330 K，B側(cè)為真空。抽去隔板，系統(tǒng)恢復平衡后，求過程作功能力損失。（T0 = 293 K，P0 = 0.1Mpa，Rg=287 J /(kgK)）解： 7、證明：利用孤立系統(tǒng)熵增原理證明下述循環(huán)發(fā)動機是不可能制成的：它從167 的熱源吸熱1 000 kJ向7 的冷源放熱568 kJ，輸出循環(huán)凈功432 kJ。 證明：取熱機、熱源、冷源組成閉口絕熱系 因為孤立系統(tǒng)的熵只能增大或者不變，絕對不能減小，所以該熱機是不可能制成的8、如圖所示，某循環(huán)在700

15、K的熱源及400 K的冷源之間工作，試判別循環(huán)是熱機循環(huán)還是制冷循環(huán)，可逆還是不可逆?（用兩種不同的方法求解）解：根據(jù)熱力學第一定律 ，所以方法1: (a)設為熱機循環(huán)違反克勞修斯積分不等式，不可能 (b)改設為逆向的制冷循環(huán)符合克勞修斯積分不等式，所以是不可逆的制冷循環(huán)方法2: 將高低溫熱源、循環(huán)裝置以及外界 看成是孤立系統(tǒng)。(a)設為熱機循環(huán)違背了孤立系統(tǒng)熵增原理，不可能(b)改設為逆向的制冷循環(huán)滿足孤立系統(tǒng)熵增原理，所以是不可逆的制冷循環(huán)方法3 ： (a)設為熱機循環(huán)不可能(b)設為制冷循環(huán)可能，但不可逆9、利用逆向卡諾機作為熱泵向房間供熱，設室外溫度為-5，室內(nèi)溫度保持20。要求每小時

16、向室內(nèi)供熱2.5105kJ，問：每小時從室外吸收多少的熱量；此循環(huán)的供熱系數(shù)；熱泵由電動機驅(qū)動，如電動機的效率為95%，電動機的功率為多大？ =11.72 10、某可逆熱機工作溫度為150的高溫熱源和溫度為10的低溫熱源之間，試求：熱機的熱效率為多少？當熱機輸出的功為2.7kJ時，從高溫熱源吸收的熱量及從低溫熱源放出的熱量各為多少？如將該熱機逆向作為熱泵運行在兩熱源之間，熱泵的性能系數(shù)是多少？當工質(zhì)從溫度為10的低溫熱源吸收4.5kJ/s的熱量時，要求輸入的功率為多少？解：熱機的熱效率為：因為：,所以從高溫熱原吸收的熱量為 ：,向低溫熱源放出的熱量為：熱泵系數(shù)：又因為： , 11、某熱機在溫度

17、分別為600和40的兩個恒溫熱源之間工作，并用該熱機帶動一個制冷機，制冷機在溫度分別為40和-18的兩個恒溫熱源之間工作，當600的熱源提供給熱機2100kJ 的熱量時，用熱機帶動制冷機聯(lián)合運行并有370 kJ的功輸出。如熱機的熱效率為可逆機的40%，制冷機的制冷系數(shù)為可逆制冷機的40%，求40熱源共得到多少熱量？解：熱機向外輸出功：故制冷機得到的功為：又制冷機從-18熱源吸熱量：所以制冷機向40熱源放熱：熱機向40熱源放熱：40熱源共得到的熱量為：12、1 kg P= 0.1 MPa，t1= 20的水定壓加熱到90 ，若熱源R溫度Tr恒為500 K，環(huán)境溫度T0=293 K，求：（1）水的熵

18、變;（2）分別以水和熱源R為系統(tǒng)求此加熱過程的熵流和熵產(chǎn)。解：（1）定壓加熱 （2）取水為系統(tǒng)閉口系取熱源R為系統(tǒng)閉口系，有 13、如圖所示，為一煙氣余熱回收方案，設煙氣的比容 求：煙氣流經(jīng)換熱器傳給熱機工質(zhì)的熱量；熱機排給大氣的最小熱量Q2；熱機輸出的最大功W。 解：（1）根據(jù)穩(wěn)定流動方程，煙氣放熱： （2）Q2取最小時，此過程可逆，取煙氣、工質(zhì)和低溫熱源為系統(tǒng)，此系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，孤立系統(tǒng)的可逆過程熵不變（3）熱機輸出的最大功：14、兩質(zhì)量m相同、比熱容c相同的物體，初溫分別為TA和TB，用它們作為高溫熱源和低溫熱源，使可逆機在其間工作，直至兩物體溫度相等為止。試求：平衡時的溫度 可逆機的總

19、功量解：由熱源、冷源、工質(zhì)組成的孤立系統(tǒng)進行可逆循環(huán)： 所以有： ， ， 15、如圖所示的兩室，由絕熱且與汽缸間無摩擦的活塞隔開，開始時，兩室的體積均為0.1，分別儲有空氣和氫氣，壓力各為0.9807Pa，溫度各為15，若對空氣側(cè)加熱，直到兩室的氣體壓力升至1.9614 Pa，求空氣的終溫以及外界加入的熱量。已知空氣的,。解：由于活塞和氫氣側(cè)氣缸均是絕熱的，所以氫氣在過程中沒有從外界吸入熱量，可看可逆絕熱過程，所以氫氣的終溫為：根據(jù)狀態(tài)方程可得到終態(tài)時氫氣的體積：所以，空氣終態(tài)的體積為：故空氣的終溫為：把空氣和氧氣作為熱力學系統(tǒng)，根據(jù)熱力學第一定律可得到外界加入的熱量為：16、一逆卡諾制冷循環(huán)

20、，制冷系數(shù)，問高溫熱源與低溫熱源的溫度之比是多少？如果輸入的功率是6kw，問制冷量是多少？如果將其用做熱泵，求供熱系數(shù)以及所提供的熱量。解：因為制冷系數(shù)為： 制冷量： 供熱系數(shù)：供熱量： 17、空氣在某壓氣機中被壓縮，壓縮前空氣的參數(shù)為P1=0.3MPa，v1=1.5m3/kg；壓縮后為P2=0.8MPa，v2=0.75m3/kg，忽略工質(zhì)本身的宏觀動能和宏觀位能。如果在壓縮過程中每千克空氣的熱力學能增加150kJ，同時向外界放熱50kJ，壓氣機每分鐘壓縮空氣10kg,試求： 壓縮過程中對每千克空氣所做的壓縮功。 生產(chǎn)1千克壓縮空氣所需要的軸功。帶動此壓氣機所需的功率至少為多少？解：=-50-

21、150= -200KJ 所以壓縮過程中對每千克空氣所做的壓縮功為200KJ 所以：= -200+（0.31.5-0.80.75）103= -350Kj18、一閉口系統(tǒng)從狀態(tài)a沿圖中路徑acb變化到b，吸熱100kJ，對外作功40kJ，問：系統(tǒng)從a經(jīng)d到b，若對外作功20kJ，則系統(tǒng)與外界交換的熱量是多少？系統(tǒng)由b經(jīng)曲線所示的過程返回a，若外界對系統(tǒng)作功30kJ，則系統(tǒng)與外界交換的熱量是多少？ 設Ua=0、Ud=40kJ，那么ad、db過程的吸熱量各為多少？,， ； ； ； 19、若使活塞式內(nèi)燃機按卡諾循環(huán)運行，并設其溫度界限與下圖所示混合循環(huán)相同，試從工程實踐角度比較兩個循環(huán)，已知： p1 =

22、 0.17 MPa，T1 = 333 K，p4 = 10.3 MPa，T4 =1 985 K，v2 = 0.038 7 m3/kg從工程實用角度出發(fā)：1）pa= 87.9 MPa，壓力太高；2）pb=0.019 9 MPa，壓力太低，真空狀態(tài)難以維持；3）體積變化太大4）活塞從移動距離太長，摩擦損耗太大，雖然每循環(huán)理論wnet增大，但實際收效甚少。20、已知柴油機混合加熱理想循環(huán)p1=0.17 MPa、t1=60，壓縮比=14.5，氣缸中氣體最大壓力10.3 MPa，循環(huán)加熱量q1 = 900 kJ/kg。設工質(zhì)為空氣，比熱容為定值并取cp=1004 J/(kgK)，cV =718 J/(kg

23、K)，=1.4；環(huán)境溫度t0= 20，壓力p0=0.1 MPa。試分析該循環(huán)并求循環(huán)熱效率。 解：由已知條件 p1=0.17 kPa、T1=333.15 K，可以求得:點1： 點21-2是定熵過程點3：點4：點5：或者：21、某熱力循環(huán)由四個過程組成，已知數(shù)據(jù)如下表。（1）試填充表中所缺的數(shù)據(jù)；（2）判斷該循環(huán)是熱機循環(huán)還是制冷循環(huán)；（3）計算此循環(huán)的經(jīng)濟性指標。過程Q （kJ）W（kJ）U（kJ）1201390230-895340-2050410解：過程Q（kJ）W（kJ）U（kJ）12139001390230395-39534-10000-1000410-55（1）由可得12，23，34過程的相關量（3分）。 ，即，得kJ。（3分）對循環(huán)12341 ，即，得kJ或由求得。（3分）（2）由kJ知該循環(huán)為熱機循環(huán)（3分）（3）熱機效率為（2分） 22、煤氣表上讀得煤氣消耗量是68.37 m3，使用期間煤氣表的平均表壓力是44 mmH2O，平均溫度為17 ，