湖南大學(xué)工程熱力學(xué)試題及答案3

一、名詞解釋題（每題3分，共15分）孤立系統(tǒng)：當(dāng)熱力系統(tǒng)與環(huán)境之間既無能量交換又無物質(zhì)交換時(shí)，改系統(tǒng)被稱為熱力系統(tǒng)。含濕量： 1kg干空氣所含有的水蒸氣的質(zhì)量。比熱容： 單位質(zhì)量工質(zhì)吸熱使之溫度升高（或降低）1K所需的熱量。技術(shù)功：技術(shù)上可資利用的功Wt=1/2Ac2+gd+Wi。理想氣體：理想氣體是一種抽象的概念，其主要假設(shè)是：氣體分子是不占有體積的彈性質(zhì)點(diǎn)；分子之間無作用力。一切實(shí)際氣體當(dāng)其壓力趨向零，比體積趨向無窮大及溫度很高時(shí)都可作為理想氣體。二、判斷題（下列各題，你認(rèn)為正確的，請?jiān)陬}干的括號(hào)內(nèi)打“7”，錯(cuò)的打“X”，每題1分，共10分）氣體常數(shù)與氣體的種類及所處的狀態(tài)無關(guān)。????????????（X）經(jīng)不可逆循環(huán)，系統(tǒng)無法完全恢復(fù)原態(tài)。?????????????（X）絕熱過程因吸熱或放熱為零，所以必為等熵過程。??????????（X）TOC\o"1-5"\h\z活塞式壓氣機(jī)應(yīng)采用散熱措施，使壓縮過程接近定溫過程。??????（7 ）熱泵裝置循環(huán)的制熱系數(shù)備越大，其制熱量也越大。 （X）不可逆過程中系統(tǒng)的熵只能增大不能減小?????????????（X）在p-v圖上定熵線的斜率比定溫線的斜率大。???????????（7）卡諾循環(huán)是理想循環(huán)，一切循環(huán)的熱效率都比卡諾循環(huán)的熱效率低。??（X）只有處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)才可用狀態(tài)參數(shù)p、v、T來描述。 （7）可逆多變過程中，技術(shù)功Wt與膨脹功W之間存在關(guān)系W=kWo （X）三、選擇題（每小題2分，共20分）如工質(zhì)為水，其壓力越高，其汽化潛熱（A）。A降低；B不變；C增加；D無法確定系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)不可逆絕熱膨脹過程后，欲使系統(tǒng)回復(fù)到初態(tài)，系統(tǒng)需要進(jìn)行（：D）。A可逆絕熱壓縮過程；B不可逆絕熱壓縮過程；C邊壓縮邊吸熱過程；D邊壓縮邊放熱過程若活塞式內(nèi)燃機(jī)三種理想循環(huán)的壓縮比相同，則熱效率（D）。A.定容加熱〉混合加熱〉定壓加熱； B.定容加熱<混合加熱<定壓加熱；C.定容加熱=混合加熱=定壓加熱； D.無法確定理想氣體可逆吸熱過程，下列哪個(gè)參數(shù)一定增加：（B）。A.熱力學(xué)能； B.熵； C.壓力；D.溫度若空氣進(jìn)行可逆定壓加熱過程，則：（C）。A.空氣作功量大于其熱力學(xué)能增量；B.空氣作功量等于其熱力學(xué)能增量；C.空氣作功量小于其熱力學(xué)能增量；D.無法確定pdv+cvdT=0適用條件為：（C）。A.理想氣體可逆過程；B.理想氣體絕熱過程；C.理想氣體定熵過程；D.任何工質(zhì)絕熱過程。某種氣體流經(jīng)某不可逆穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流裝置，過程中系統(tǒng)對外做功10kJ，吸熱15kJ，則此過程中該裝置的熵：（B）。A.增大； B.不變；C.減??；D不能確定

與比熵的單位相同的參數(shù)是（B）A比熱力學(xué)能；B比熱容；C比焓；D比容工質(zhì)進(jìn)行了一個(gè)放熱，降溫，壓力上升的多變過程，則多變指數(shù)n滿足：（A）。A.0<n<1； B.1<n<k； C.n>k D不能確定10.某制冷機(jī)在熱源T=350K及冷源T=260K之間工作，其制冷量為945kJ，消耗功為12200kJ，此制冷機(jī)是（ C）。A.可逆的； B.不可逆的；C.不可能的； D.可逆或不可逆的四、簡答題（每小題5分，共10分）1.理想氣體的3個(gè)熱力過程如圖1所示，試將3種熱力過程定性的畫在p-v圖上；分析3個(gè)過程多變指數(shù)的范圍，并分析每個(gè)過程的功量、熱量及熱力學(xué)能變化的正負(fù)號(hào)。sv解：q—q=sv解：q—q=w—w 〉0故：w〉w234 214 234 214 234 214五、計(jì)算題（共45分）1.（12分）設(shè)氣缸中1kg空氣（可作理想氣體處理）經(jīng)歷一可逆多變過程從初態(tài)tl=27°C、pl=0.1Mpa壓縮到終態(tài)p2=lMPa,其多變指數(shù)n=1.3。設(shè)空氣的比熱容為定值。求過程的膨脹功、技術(shù)功、熱量和內(nèi)能變化量、熵變、焓變。在p-v圖上畫出該過程，并表示出膨脹功、技術(shù)功。（該氣體的氣體常數(shù)Rg=0.287kJ/（kg?K）、絕熱指數(shù)k=1.4）n-1nIn-1nIP1丿1n-1 ,(iAn二(273+27)*I10.1丿1.-311.3二510.4KIp1丿W二m* R(T-T)二1*1*0.287*(300-510.4)=-201.3KJn-1g1 2 1.3-1W=nW=1.3*(-201.3)=-261.69KJtAU二me(T-T)二1*0.717*(510.4-300)二150.8568KJv21Q=AU+W二150.8568+(-210.3)二-59.4432KJAH=me(T-T)=1*1.005*(510.4-300)=211.452KJp2 1/TA(p[A[510.4A11]AAS=mIeln-Rln=1*I1.005ln-0.287ln=-0.127KJ/K1pT\L丿1g(P1丿丿(300丿(0.1[丿2. （12分）容積相等的透熱容器A和絕熱容器B通過一閥門相連。初始時(shí)，與環(huán)境換熱的容器A中有3MPa,25C的空氣1kg。打開聯(lián)結(jié)兩容器的閥門，空氣由A緩慢的進(jìn)入B,直至兩側(cè)壓力相等時(shí)重新關(guān)閉閥門。設(shè)空氣的比熱容為定值，Rg=287J/（kg?K）,k=1.4，環(huán)境溫度為25C。試求：（1）穩(wěn)定后兩容器中的氣體質(zhì)量、溫度與壓力；（2）過程中與環(huán)境的換熱量。解：A中進(jìn)行的是定溫過程，所以TA1=TA2=TA取B容器為開口系統(tǒng)，則開口系統(tǒng)能量方程dU-hm=0,求積分得UB2-hAmB2=0inin B2AB2即mB2evTB即mB2evTB2-mB2epTA=0,即鼻二⑴"4*(273+25)=417.2KB2A因兩側(cè)壓力相等，PA2=PB2即mTm=-A1b2=0.5833kgA2T+TAB2mRT(m-m)RTA2—A2gB2VV

ABm-m=0.4167kgA1 A2mB2-A=mRTA2gAmRTA2gAV

A（2）取整個(gè)裝置為閉口系統(tǒng)，p2=pA2=pB2mmRT/pA1gAA1RTm—=atp=1.750MPam A1A1Q=AU=AU+AU=U-U+Uo-U,=m.,eT-meT+m^cT_=35.64kJABA2A1B2B1A2vAA1vAB2vB23.（13分）兩個(gè)質(zhì)量均為2kg、比熱為0.46kJ/kg?K的物體，物體A初溫為200K,物體B初溫為800K,用它們作可逆熱機(jī)的有限熱源和有限冷源，熱機(jī)工作到兩物體溫度相等為止。

求兩物體熱平衡時(shí)的溫度；求熱機(jī)輸出的最大功量；如果兩物體直接接觸進(jìn)行熱交換至溫度相等時(shí)，求平衡溫度及兩物體總熵變化量解：1)取a、b物體及可逆熱機(jī)、功源為孤立系統(tǒng)，貝y：氐Siso=ASA+ASB+ASW+AS可逆熱機(jī)功源△Sw=0；對于可逆熱機(jī)，有△S可逆熱機(jī)=0；平衡時(shí)溫度為Tm,△SA=mcln(Tm/TA),△S=mcln(Tm/T)。貝V： △S+AS=mcln(Tm/T)+mcln(Tm/T)=0 ①B B A B A B解式①可得：T='T-T='200-800=400KA物體為有限熱源，過程中放出的熱量IQ1I,IQ1l=mc(TA-Tm)；B物體為有限冷源，過程中吸收熱量Q2，Q2=mc(Tm-TB)，熱機(jī)為可逆熱機(jī)時(shí)，其做功量最大，可得：Wmax=IQ1l-Q2=mc(TA-Tm)-mc(Tm-TB)=mc(TA+TB-2Tm)=2X0.46X(200+800-2X400)=184kJ如果兩物體直接接觸進(jìn)行熱交換至熱平衡時(shí)，平衡溫度由能量平衡方程式求得，即：mC(TA-Tmx)=mC(Tmx-TB) ②解式②可得Tmx=(TA+TB)/2=(200+800)/2=500K兩物體組成系統(tǒng)的熵變化量△S為：△S=ASa+ASB=mcln(T/TA)+mcln(T/TB)AB mxA mxB=mcln[T2mx/(TATB)]=2X0.46Xln[(500)2/(200X800)]=0.411kJ/K(8分)試證明剛性及絕熱容器的放氣過程中容器內(nèi)理想氣體的狀態(tài)參數(shù)服從：Tp予=常數(shù)。證明：取容器為控制體，開口系統(tǒng)能量方程8Q=dE+h8m=dU+h8m=d(mu)一hdmcvoutout outout=udm+mdu—hdm=cTdm+mcdT—cTdm=0v v pvp貝9medT=(c—c)Tdm=(k—1)cTdmn =(k—