《工程热力学》期末考试卷及答案

1昆明理工大学2012年《工程热力学》期末考试卷及答案考试科目：工程热力学任课教师：包桂蓉一、填空题（本大题有9小题，每小题2分，共18分）1、相互接触的物体，若他们处于热平衡，则他们的___温度__必相等。2、已知湿蒸汽的干度为0.2，其中干饱和蒸汽的质量为6kg，则饱和液体的质量为24kg。3、工质绝对压力p与大气压力pb及表压力pe或真空度pv的关系：当ppb时，pppeb；当ppb时，pppvb。4、用实际气体在两个恒温热源T1和T2进行一卡诺循环，则其热效率t=121TTT。5、在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关。6、空气的比定容热容cv为718)(KkgJ，气体常数为287)(KkgJ；其比定压热容cp=1005)(KkgJ。7、孤立系统是热力系统与外界无任何能量和__物质__交换的系统。8、熵增加的过程不一定(填一定或不一定)是不可逆过程。9、抽气回热循环改善了朗肯循环，其根本原因在于水蒸汽的平均吸热温度提高了//提高了循环热效率。二、名词解释（本大题有4小题，每小题3分，共12分）1、过热蒸汽：温度高于所处压力对应的饱和温度的蒸汽称为过热水蒸气。//对饱和蒸汽继续定压加热形成过热蒸汽。2、闭口系统：热力系与外界无物质交换的系统。//与外界只有能量交换而无物质交换。3、系统储存能：是指热力学能、宏观动能、和重力位能的总和。//系统中的热力学能、动能和势能。4、热力学第二定律的克劳修斯表述：不可能把热从低温物体转移到高温物体而不引起其他2变化。//热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。三、简答题（本大题有4小题，每小题5分，共20分）1、热力循环按循环效果及进行方向可分为哪两类？其各自的目的是什么？答：按循环进行的方向和产生的效果分：正向循环与逆向循环正循环：将热能转化为机械能。逆循环：消耗功，将热量从低温物体传至高温物体。2、简述蒸汽参数对朗肯循环效率的影响。答：（1）提高初温，可提高热力循环效率和增大膨胀终点的干度，但受金属材料耐热性能的限制。（2）在相同的初温和背压下，提高初压也可使热效率增大。会使乏汽干度降低，设备强度的问题。（3）降低背压可以显著提高循环热效率。受环境温度的限制。//提高初温、初压，降低终温、背压，均可提高循环效率。3、压缩机压缩过程的多变指数n的取值范围是什么？若想减少压缩机所消耗的轴功，压缩过程的多变指数n应增加还是减少？答：kn,1，若想减少压缩机所消耗的轴功，应接近定温过程，压缩过程的多变指数n应减少。//1nk，减少n可减少压缩机消耗的轴功。4、热力学第二定律能否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当？答：热力学第二定律的正确表述应是：热不可能全部变为功而不产生其它影响。所给说法中略去了“其它影响”的条件，因而是不妥当、不正确的。//不妥当，应表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能而不引起其他任何变化。”，少了“而不引起其他任何变化”这一句。四、作图题（本大题有2小题，每小题5分，共10分）1、画出蒸汽压缩制冷循环的T-s图，并说明各过程是在什么设备中完成的？作法一1-2：压气机2-3：冷凝器3-4：节流阀4-1：冷库3作法二过程1-2在压缩机中完成；过程2-3在冷凝器中完成；过程3-4在节流机构中完成；过程4-1在蒸发器中完成。（上面这两幅图及答案都符合要求，都正确）2、试在所给参数坐标图上定性地画出理想气体过点1的下述过程，分别指出该过程的过程指数n应当在什么数值范围内(图中请标明四个基本过程线)：1）压缩、升温、吸热的过程2）膨胀、降温、吸热的过程。pvTs114pv1n=0n=1n=kn(1)(2)Ts1n=0n=1n=kn(1)(2)答：(1)kn；(2)kn1五、计算题（本大题有4小题，，共40分）1、（10分）5g氩气经历一个热力学能不变的过程，初始状态p1=Pa100.65，K6001t，膨胀终了体积VV123，氩气可作为理想气体，且假定热容为定值，求终温、终压及总熵变量。（已知Ar的Rg=0.208KkgkJ）解：氩气Ar可看为理想气体，其热力学能只是温度的单一函数，故等热力学能过程也即等温过程，T2=T1=600K。根据理想气体的状态方程有Pavvpp662112102.031106.0由附表查出Ar的)/(208.0KkgkJRg121212ln)lnln(ppmRgppRTTcmSgpKkJ/1014.16.02.0ln208.0005.03//由于热力学能不变，故温度不变，K60012tt定温：vpvp2211Pavvpp662112102.031106.05)(229.03ln208.0lns12KkgJRgvvKkJsmS10145.1229.0103352、（8分）空气在加热器中吸热后，流入喷管进入绝热膨胀（如图所示）。若已知进入加热器时空气的焓值为kgkJ2801h，流速为smc501，在加热器中吸收的热量为kgkJ360q，在喷管出口处空气的焓值为kgkJ5603h，试求喷管出口处空气的流速。解：22233211chchqhchcq32113222＝105602103602501028023323＝403.1m/s3、（10分）两个不同温度（T1,T2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T1吸收热量Q1向低温热源T2放出热量Q2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增0iSOS。假设功源的熵变△SW=0。证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为对热机循环子系统：根据卡诺定理及推论：则：。//证明：高温热源：TQSh11低温热源：TQSL22热机：TQTQTQdTQdTdQS2211221112isoTTRSSSSSW121200ISOQQSTTR0S22tt,C1111QTQTiso0S6功源：0SwSSSSSwLhiso＝022112211TQTQTQTQ＝04、（12分）某蒸汽动力厂按一级再热理想循环工作，蒸汽初参数为p1=15MPa，t1=600℃，再热压力为pa=1.4MPa，再热温度ta=t1=600℃，背压p2=0.005MPa，功率为150000KW。试求：1）定性画出循环的T-S图；2）循环净功Wnet（考虑水泵功）；3）循环吸热量q1；4）求循环热效率；5）循环汽耗率d；6）每小时所需蒸汽量。蒸汽的有关参数如下：状态点P/MPat/℃h/(KJ/kg)s/[kJ/(kg·K)]1156003582.36.6776b1.42892.86.6776a1.46003694.87.871020.0052401.17.871030.005137.890.4762415152.890.4762解：1）再热循环在T-S图上的表示如图所示。2）循环净功J/kg1968.2137.89-152.89-2401.1-3694.82892.8-3582.3)(3421khhhhhhWaAnet73）循环吸热量kgkJhhhhqAR/37.4231)8.28928.3694()9.1533.3582()()(4114）%5.4637.423122.226311/22.22639.13711.240112322qqkgkJhhqt//465.041.42312.19681qWnet5）kJkgWdnet/1052.19681146）根据：Pqqtm1h/ts/kg...qPqtm274247646503742311500001//skgPdD/751051500004