工程热力学试卷

一、分析说明题：1、水汽化过程的P-V与T-S图上：1点、2线、3区、5态，分别指的是什么？答：1点：临界点2线：上界线（干饱和蒸汽线）、下界线（饱和水线）3区：过冷区（液相区或未饱和区）、湿蒸汽区（汽液两相区）、过热蒸汽区（气相区）5态：未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽2、什么样的的气体可以看成是理想气体？答：①分子之间的平均距离相当大，分子的体积与气体的总体积相比可以忽略。②分子之间没有相互的作用力。③分子之间的相互碰撞及分子与器壁之间的碰撞均为弹性碰撞。3、画图分析蒸汽初温及初压的变化对郎肯循环的影响。①蒸汽初温的影响：保持p1、p2不变，将t1提高，2t1T1T则有：1T，2T不变t且乏汽干度：2'2xx②蒸汽初压的影响：保持t1、p2不变，提高p1，2t1T1T则有：1T，2T不变t但是乏汽干度：2'2xx4、什么叫逆向循环或制冷循环？逆向循环的经济性用什么衡量？其表达式是什么？答：在循环中消耗机械能，把热量从低温热源传向高温热源的循环称为逆向循环或制冷循环。或者在P-V图和T-S图上以顺时针方向进行的循环。逆向循环的经济性评价指标有：制冷系数；ε=q2/Wnet；热泵系数：ε′=q1/Wnet5、简述绝对压强、相对压强及真空度之间的关系。答：①当绝对压强大于当地大气压时：相对压强（表压强）=绝对压强-当地大气压或当地绝表PPP②当绝对压强小于当地大气压时：真空度=当地大气压-绝对压强或绝当地真空PPP6、绝热刚性容器中间用隔板分开，两侧分别有1kgN2和O2，其p1、T1相同。若将隔板抽出，则混合前后的温度和熵有什么变化，为什么？答:①因为是刚性绝热容器，所以系统与外界之间既没有热量交换也没有功量交换。②系统内部的隔板抽出后，温度保持不变。③绝热过程系统熵流为零，系统内部为不可逆变化，熵产大于零，因此总熵变大于零。7、表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：①表压力或真空度不能作为状态参数进行热力计算，因为表压力或真空度只是一个相对压力。②若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。8、试比较如图所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的大小：⑴W12与W1a2；(2)U12与U1a2；(3)Q12与Q1a2（1）W1a2的大小等于面积1bca1，W12的大小等于面积1bc21，因此W1a2大。(2)1-a-2与1-2的初、终状态完全相同，热力学能是状态参数，只与过程的初、终状态有关，因此U12与U1a2；一样大。（3）因为Q=U+W，U12=U1a2，W1a2大于W12，所以Q1a2大。9、画图分析蒸汽初温及初压的变化对郎肯循环的影响。①蒸汽初温的影响：保持p1、p2不变，将t1提高，2t1T1T则有：1T，2T不变t且乏汽干度：2'2xx②蒸汽初压的影响：保持t1、p2不变，提高p1，2t1T1T则有：1T，2T不变t但是乏汽干度：2'2xx10、画出蒸汽朗肯循环所需的设备示意图及热力循环的T-s、P-V图。11、在T-s图上用图形面积表示Δh解：过a做等压线，并取:Tb=Tc考虑ca过程等压abhhamnca面积12、什么叫正向循环？正向循环的经济性用什么衡量？其表达式是什么？答：①正向循环是指：热能转化为机械能的循环，是动力循环。②正向循环是指：从高温热源吸热向低温热源放热，并向外界输出功的循环。③正向循环在P-V和T-S图上按顺时针方向进行的循环。其经济性评价指标用热效率衡量：其表达式为：1211QQQWnettqhw0twvdppacqhhhamnca面积cbcbTThh13、提高蒸汽动力循环热效率的途径有哪些？答：①提高蒸汽的初温②提高蒸汽的初压③降低乏汽压力、④采用再热循环、⑤采用回热循环、14、为什么孤立系统的熵值只能增大、或者不变，绝对不能减小？答：根据闭口系统熵方程：gfdSdSdS对于孤立系统，因为与外界没有任何能量交换，得出：0fdS所以有：gisodSdS而0gdS因此：0isodS即孤立系统的熵值只能增大、或者不变，绝对不能减小。15、如果某种工质的状态方程式遵循TRpvg，这种物质的比热容一定是常数吗？这种物质的比热容仅是温度的函数吗？答：不一定，比如理想气体遵循此方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。这种物质的比热容不一定仅是温度的函数。由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到：gRTuTvpTuTwTuTwuTqcddddddddddd)d(dd由此可以看出，如果工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。16、两喷管工作的背压均为0.1MPa，进口截面的压力均为1MPa，进口流速忽略不计。1）若两喷管最小截面相等，问两喷管的流量、出口截面的流速和压力是否相同？2）假如截取一段，出口截面的流量、流速和压力将怎样变化？答：因为对于渐缩管：Pcr=vcrP1＞Pb,所以取：P2=Pcr而对于缩放管则取：P2=Pb1）若两喷管的最小截面面积相等，两喷管的流量相等，渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速，渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力。2)若截取一段，渐缩喷管最小截面面积大于缩放喷管最小截面面积，则渐缩喷管的流量大于缩放喷管的流量，渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速，渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力。17、①在p-v图上确定T增大方向，做一条等压线②在p-v图上确定s增大方向做一条等温线③在T-s图上确定v增大方向做一条等温线④在T-s图上确定p增大方向14=0q=wTTquwu414100vvwqss4114414141,vvppTTvvTT因为：所以14=0TTquwuqw414100ssqwvv做一条等温线18、如图所示，1－2为理想气体的可逆绝热过程，试在T－s图上用面积表示出膨胀功w的大小。解：过1、2点分别作定容线，再过1点做定温线与过2点的定容线相交于1ˊ点。过程1-2为可逆绝热：q=0'1221()()vvwquucTTcTT，而过程1ˊ-2为定容过程，w=0uq，其大小为面积m1ˊ2nm因此1-2的膨胀功大小为面积m1ˊ2nmT12s1v2vnm119、证明：卡诺循环的热效率总是小于1，不可能等于1。证明：①卡诺循环的热效率：121TTc,其中T2小于T1，且均大于0，因此卡诺循环的热效率总是小于1。414100tssqwpp14=0tTTqhwhqw②只有当1T或02T时，卡诺循环的热效率等于1，这是不可能的，因此卡诺循环的热效率不可能等于1。20、据p-v图，将理想气体可逆过程画在T-s图上，比较⊿u12与⊿u13，⊿h12与⊿h13，⊿s12与⊿s13，∣q12∣与∣q13∣的大小，并简要说明理由。vp12o3s解：对于理想气体u=CVΔT,h=CPΔT其中CV、CP是常数因为T2＞T3所以u12＞⊿u13，⊿h12＞⊿h13，因为S2=S3所以Δs12=Δs13，T-S图为示热图，从图中可以看出q12=面积S123ba1，q13=面积S13ba1所以∣q12∣＞∣q13∣21、在多变过程中，膨胀功、技术功、热量的正负在p-v图和T-s图上如何判断，简要说明。wpdvqTdstwvdp22、将满足空气下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上。①空气升压、升温又放热②空气膨胀、升温又吸热③n=1.3的压缩过程，并判断的正负q、w、△u。①1-2:q﹤0、w﹤0、△u﹥0②1-3:q﹥0、w﹥0、△u﹥0③1-4:q﹥0、w﹤0、△u﹥0二、计算题1、若某种气体的状态方程为pv=RgT，现取质量1kg的该种气体分别作两次循环，如图循环1-2-3-1和循环4-5-6-4所示，设过程1-2和过程4-5中温度不变都等于Ta，过程2-3和5-6中压力不变，过程3-1和4-6中体积不变。又设状态3和状态6温度相等，都等于Tb。试证明两个循环中1kg气体对外界所作的循环净功相同。解：循环1231和循环4564中过程1-2和4-5都是等温过程，，据理想气体状态方程，根据已知条件，可得：2、1kg理想气体KkgKJRg/287.0，由初态KTPap400,1051被等温压缩到终态KTP400,10262，试计算：①经历一可逆过程；②经历一不可逆过程，实际耗功比理论多耗20%，环境温度为300K，求两种情况下气体的熵变、环境熵变、过程熵产及有效能的损失。①可逆过程KJPPmRSgsys/8.660ln12KJSSsyssurr/8.6600gSI=0②不可逆过程：熵为状态参数，只取决于状态，因此，KJPPmRSgsys/8.660ln12KJPPTmRWWgre2.317ln2.12.121等温过程：0U因此，KJWQ2.317（系统放热）KKJTQSsurr/0573.10（环境吸热为正）KJSSSSsurrsysisog/5.396KJSTIg0.11903、已知A、B、C，3个热源的温度分别为500K、400K、300K，有一可逆热机在这3个热源之间工作。若可逆热机从热源A吸入3000的热量，输出净功400。试求：可逆热机与热源B、C所交换的热量，并指明方向。如图所示热机的方向，设A、B、C及无限大空间组成孤立系统；则有：0CCBBAAisoOCBATQTQTQSWQQQ50030004003004003000BCCBQQQQ计算得出：KJQKJQCB6003200因此，QB与假设方向相同，而QC则相反。22、容积为36.0mV的压缩空气瓶内装有表压力MPape9.91，温度271t℃的压缩空气，打开空气瓶上的阀门用以启动柴油机，假定留在瓶内的空气参数满足Cpvk（k=1.4），问①瓶中的压力降低到MPap72时，用去多少空气？这时瓶中空气的温度是多少？①过了一段时间后，瓶中的空气从外界吸收热量，温度又恢复到室温300K，这时瓶上压力表的读数是多少？设空气的比热容为定值，MPaPkkgJRb1.0,).(287。①bePPP11＝9.9＋0.1＝10.0MPa因为留在瓶内的空气参数满足Cpvk，所以有：KPPTTKK9.270)107)(27273()(4.114.11121268.693002876.0100.1061111TRVPmgKgkgTRVPmg02.549.2702876.010762222用去空气的量：kgmmm66.1502.5468.6921②定容过程：32vv所以有：2233TPTPMPaTTPP75.79.27030072323所以瓶上压力表读数为：MPaPPb65.71.075.734、容积为0.15m3的储气罐内有氧气，初态温度t1=38℃，压力p1=0.55MPa，罐上装有压力控制阀，对罐内氧气加热，当压力超过0.7MPa时，阀门打开维持罐内压力为0.7MPa，继续对罐内氧气加热，问：当罐中氧气温度为285℃时，对罐内共加入多少热量？Rg=260J/(kg·K)；cV=657J/(kg·K)；cp=917J/(kg·K)（8分）解：QV：因1到2为定容过程，过程中m不变Qp：2到3过程中气体压力不变，但质量改变对罐内共加入热量：5、体积为312mV的空气，由MPap2.01，401t℃被可逆的压缩到MPap12,325.0mV。已知空