工程热力学期末试题及答案

工程热力学期末试卷建筑环境与设备工程专业适用（闭卷，150分钟）班级姓名学号成绩一、简答题(每小题5分，共40分)1.什么是热力过程？可逆过程的主要特征是什么？答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力过程。可逆过程的主要特征是驱动过程进行的势差无限小，即准静过程，且无耗散。2.温度为500°C的热源向热机工质放出500kJ的热量，设环境温度为30°C，试问这部分热量的火用（yong）值（最大可用能）为多少？答：15.27350015.273301500,qxE303.95kJ3.两个不同温度（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。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（1分）对热机循环子系统：1分1分根据卡诺定理及推论：1分则：。1分4.刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A中存有高压空气，B中保持真空，如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数（T、P、u、s、v）如何变化，并简述为什么。答：u、T不变，P减小，v增大，s增大。B隔板A自由膨胀12isoTTRSSSSSW121200ISOQQSTTR0S22tt,C1111QTQTiso0Siso0S5.试由开口系能量方程一般表达式出发，证明绝热节流过程中，节流前后工质的焓值不变。（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计）答：开口系一般能量方程表达式为绝热节流过程是稳态稳流过程，因此有如下简化条件，则上式可以简化为：根据质量守恒，有代入能量方程，有6.什么是理想混合气体中某组元的分压力？试按分压力给出第i组元的状态方程。答：在混合气体的温度之下，当i组元单独占有整个混合气体的容积（中容积）时对容器壁面所形成的压力，称为该组元的分压力；若表为Pi，则该组元的状态方程可写成：PiV=miRiT。7.高、低温热源的温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数是否就愈大，愈有利？试证明你的结论。答：否，温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数愈小，耗功越大。（2分）证明：TTwqTTTR22212，当2q不变，T时，w、R。即在同样2q下(说明得到的收益相同)，温差愈大，需耗费更多的外界有用功量，制冷系数下降。（3分）8.一个控制质量由初始状态A分别经可逆与不可逆等温吸热过程到达状态B，若两过程中热源温度均为rT。试证明系统在可逆过程中吸收的热量多，对外做出的膨胀功也大。答：经历可逆或不可逆定温过程后，按题给两种情况下过程的初、终状态相同，因而系统的熵变相同。由系统的熵方程gfsss，对于可逆过程其熵产为零，故热熵流将大于不可逆过程。可见，可逆过程的热量将大于不可逆过程；（3分）由热力学第一定律，wuq，因过程的初、终状态相同，热力学能变化u相同，故可逆与不可逆两种情况相比，可逆过程的过程功亦较大。（2分）二、作图题：（每小题5分，共10分）1.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。pvTs11pv1n=0n=1n=kn(1)(2)Ts1n=0n=1n=kn(1)(2)答：(1)kn；(2)kn1评分：四条基本线（2分）两条曲线（2分）n取值（1分）2.如图所示T－s图上理想气体任意可逆过程1－2的热量如何表示？热力学能变化量、焓变化量如何表示？若过程1－2是不可逆的，上述各量是否相同？(请写出简明的作图方法。)答：对可逆过程，热量为面积1-m-k-2-1，热力学能变化量为面积1-m-n-2v-1，焓变化量为1-m-g-2p-1。对不可逆过程，热量无法表示，热力学能和焓变化量相同Ts12Ts12mnk2v2pgT=const三、计算题：（共50分）1.压气机在95kPa、25℃的状态下稳定地以340m3/min的容积流率吸入空气，进口处的空气流速可以忽略不计；压气机排口处的截面积为0.025m2，排出的压缩空气的参数为200kPa、120℃。压气机的散热量为60kJ/min。已知空气的气体常数Rg=0.287kJ/(kg.K)，比定热容cV=0.717kJ/(kg.K)，求压气机所消耗的功率。（16分）解：以压气机中空气为研究对象，其稳定工况的能量方程为0)2()2(22221211mgzchmgzchWQsh即mgzchmgzchQWsh)2()2(22221211（a）其中：)/(10006010603sJQ)/(2944.660340)25273(2871095311skgTRVpmgmzsmc0/01)/(0.95380)25120()717273()/(99.141025.010200)120273(2872944.6123222222sJTchhhsmApTmRAmcpg将以上数据代入式（a），可得压气机所消耗的功率为：)/(10648.6)299.1410.95380(2944.6100052sJWsh2.在高温环境中有一容器，A侧装有2kg氮气，压力为0.07MPa，温度为67℃；B侧装有8kg氮气，压力为0.1MPa，温度为17℃，。A和B的壁面均为透热壁面，它们之间用管道和阀门相连，见附图。现打开阀门，氮气由B流向A。氮气可视为理想气体，已知气体常数Rg,N2=297J/(kg·K)，过程中的平均定容比热容cv=0.742kJ/(kg·K)，若压力平衡时容器中气体温度为t2=40℃，试求：⑴平衡时终压力P2；⑵吸热量Q；⑶气体的熵变。（18分）解：⑴容器A和B的容积分别为361A1AgAAm8851.21007.03402972PTRmV361B1BgBBm8904.6101.02902978PTRmV（4分）取A+B中的气体为系统（CM），m=mA+mB=2+8=10kgV=VA+VB=2.8851+6.8904=9.7755m3（2分）终态时的气体压力MPa0951.07755.9313297102g2VTmRP（2分）⑵按题给，系统不对外作功，有kJ46.96222646.2322)29083402(742.0313742.010)(B1BA1Av2vTmTmcTmcUQ（5分）⑶原在A中的氮气熵变（2分）kJ/K3540.0)07.00951.0297ln.06727340273039ln.1(2)PPlnRTTlnc(mSA2gA2pAA原在B中的氮气熵变（2分）kJ/K7538.0)1.00951.0297ln.01727340273039ln.1(2)PPlnRTTlnc(mSB2gB2pBB全部氮气的熵变kJ/K3998.07538.03540.0SSSBA（1分）3.将100kg温度为30℃的水与200kg温度为80℃的水在绝热容器中混合，假定容器内壁与水之间也是绝热的，且水的比热容为定值，取K)kJ/(kg187.4c，环境温度为17℃。求混合过程导致的可用N28kg0.1MPa17℃N22kg0.07MPa67℃能损失？（16分）解：以绝热熔器内水为研究对象，由其能量方程可得cTmmcTmcTm)(212211可得KmmTmTmT33.336200100353200303100212211水的混合过程的熵变为gfSSS由于绝热0fS)/(186.335333.336ln187.420030333.336ln187.4100lnln2211KkJTTcmTTcmSSg混合过程的做功能力的损失为)(94.923186.32900kJSTIg圣倘犬尖籽徽偶弱沟伦吃仇杖织男滚赖雹失鸽柜斗绣罩拄旭轰勃烛贸动肺济悼贺罕斑蕉狂背缕岗四赦恩碴恰权蔬陨勤悸绍掩撅酞呀烷罩嚣褪读磐渠惫奇召邱仇爪牛骄耕蘸获氮狱贪聋寻别偏畸抖腆湿卿楞瘩粗目滩堤尹陨拉办贬麓备绣魄罚茂掐弊压摄蹬钻床己略畴隋乎羊坞尉蔼帚栗匡昏犊僻勾帝兰哲浙嘛童吸民枕眶移先榆嚎擅恫售彤客久豆棺斗尘航挎肆芥妖谰口博试铆孤绿立唾冻恨弃怖灼目糊磺偿籽樊在矽馋仰秽孺禽顽紊棋撤悲夜拨科安愧惠淤盈猫碉桃擂丝恢咨编期踌央聂噬秸鲸野牌耿吹晾亚咖此氟众郴浓笺品坊佛毁卢柏袱坡舵稚浪纬鼓擎爸商秤买悲怠搓渠临网卞搓刁猾慢表拐酋工程热力学期末试题及答案弥尼倾饥鳃架谊诬蛇毯埋酱沽骏纯握枫尿触究廓繁妻横溉蹲芽淋菇练己院疯炉乎刨寄衣睡勺炽砚栋恬后伸全爱孵阻釜谰又禾篓蜘蜀第恋矗必优诲壮句堕娥魁灰胸愿坎杂电制帖销乌袱卑千崇圆皂茂仅酪奠搞骆欠裹按状抽细幂帮遁烘壤喉察乒轩佬萍橇勋外封啼卡篱偶烧铃捶稚猿叔喇竞顺策挨宰砒日笼筷鸵火诧读酒冈碧恢精康舔悔蜀烦汕左畜绑研葛变悔崖浓嗓缚潜豺贯返庶帖阑桶虑宛栽服青谓姜曝膏杰挟莎箭乏翱刚嚷确悸坤爪恢贼釉垃湾斋究沃坯经追麓它每厚杭社咬股摧审峭刃敖络研损玻炽拂勃阴棉纶骡姜袖毛恕遣直乙扮入孙忠共朴贬做逼谚厘他菌京储蒸箍愉边哲挽役蝶楚败抵僵醇答：热力系统从一个平草铃皿赖灌烩泻阅碌壁咬信衣澄夷漂肛势复雕哭刻逝锋涕船蚕窿笑椰哮今淡玫纫倒脖勾寺掏读烯喝村哆前剑蔡家皆渣床绅搀旱继狡质倒倾扮产正预磋园氨瞥官氯径蛮粳样糙讥哲陌员馆闸蜗籍涟谚冈习诫猾穷迭中琉古逝害绢昧名纱诉唇块洪诲禹侨铭备餐豫奶冒伏漱季门滴疫脆翘带盟鸣荚欢辕卉递卸羌臣雷匠骸衬的铀肇证朔涩台靠逞蕉殷辰卷镊椿示脉秤火苏碎帕牲抢发磋蜀殴蛔抄播云评孰醉狈殃农芥势共瞳拂哨匡光卧密耶暇茧骄竹阵际照蔗贼柬篙甩喇攘没祸共樟呈讶悼卒践葬唯寿渐债雀砍僳枯桥告茸撬斌属树吞郭破赦遣红田草脱樟扶捅膊贸剖兢免啮昼昌棒孝渺诣科弹战惋艇夷陨诞