工程热力学试题参考答案及评分标准2009

工程热力学（机械2007级）试题参考答案2008--2009学年上学期时间120分钟工程热力学课程32学时2学分考试形式：开卷专业年级：机械07级总分100分，占总评成绩70%注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上一、填空（每空2分，总计20分）1、孤立系统2、正向循环逆向循环3、系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零4、热力学能宏观动能重力位能5、热量6、65.29%7、ws=h1－h2或wt=h1－h2二、简答题（20分）1、（4分）解：该过程气体（系统）不做功。从初态变化到终态为非准静态平衡过程，无法在p-v图上表示该热力过程。所以热力学能的变化量等于零。2、（5分）解：因为：wuq+Δ=1-3：131nk−，且313STT1及S则有：0,0uqΔ所以0w边压缩边放热1-2：122121TTSSkn−∞且及，则0,0uqΔ所以有0w边膨胀边放热1-4：1441410nTTSS−−∞且及0,0uqΔ()1401gRwTTn=−−边膨胀边吸热()12g1g21211d111nnRTRpwpvTTnpn−⎡⎤⎛⎞⎢⎥===−=−⎜⎟⎢⎥−−⎝⎠⎢⎥⎣⎦∫1分2分1分1分1分1分1-5：151nk−5151且TT及SS0,0,0uqwΔ边膨胀边吸热边降温3、（5分）4、（6分）（1）（2分）答：不矛盾。实际气体有两个独立的参数。理想气体忽略分子间的作用力，所以只取决于温度。（2）（2分）答：不正确。注意同等的条件。（3）（2分）答：不正确。熵增大的过程不一定为吸热过程，因为熵增大包括熵流和熵产两部分，只有熵流大于0，才是吸热过程；只有熵流等于0的可逆过程，才是可逆绝热过程。三、计算题：（60分）1、（10分）解：由于可逆过程对外界作功最大，故按可逆定温膨胀计算。由活塞的运动规律可知，当活塞两侧的压力差为零时，活塞的速度达到最大值。此时，氧气的压力为0.1MPa，由理想气体状态方程可得活塞移动的距离为5l。证明：取热机、热源、冷源组成闭口绝热系1000kJ2.272kJ/K(273.15167)KsΔ=−=−+热源所以该热机是不可能制成的。568kJ2.027kJ/K(273.157)sΔ==+冷源0sΔ=热机iso2.272kJ/K2.027kJ/K0.245kJ/K0sΔ=−+=−1分1分5分1分1分1分1分1分1分3分查附表可知，氧气的气体常数Rg为260J/(kg.k)所以，拔除销钉后，活塞可能达到的最大速度为112m/s.2、（10分）解：取气罐为系统，则该系统为一开口系统。考虑一股流体流流入罐内，无流出。3、（15分）解：查附表知空气的气体常数为Rg=0.287kJ/(kg·K)，1）取整个气缸为闭口系，因为气缸绝热，所以Q=0；又因为活塞导热而无摩擦，W=0，且平衡时A、B两侧温度相等，即TA2=TB2=T2。由闭口系能量方程得：001212=−+−=+=)TT(cm)TT(cmUUUBVBAVABA即：ΔΔΔ因为，TA1=TB1=T1=300K，于是终态平衡时，两侧的温度均为：T1=T2=300K2)取整个气缸为闭口系，当终态平衡时，两侧压力相等，设为p2，则：22111122111121111111()()()0.15MPa()ABggAABBggABAABBABmmRTRTpVpVpVRTRTVVTpVpVTVV+==++=+=+3）K/J.pplnTVppplnRmSAAAAAgAA91812111112==−=ΔK/J.pplnTVppplnRmSBBBBBgBB35212111112−==−=Δ整个气缸绝热系的熵变：K/J.SSSBA5660=+=ΔΔΔ2f1δdδδ2CViniQEmhcgzW⎛⎞=−+++⎜⎟⎝⎠δ0;δ0,dδdδiCVininQWEmhUmh====忽略动能差和位能差()()221121211122inmumumhmmhmmhmuum−==−−+=积分2分3分1分1分1分3分4分2分1分2分1分1分3分1分2分2分2分4、（15分）解：查附表知氮气的气体常数为Rg=0.297kJ/(kg·K)，摩尔质量为28g/mol。31321610.29710(35273)0.457m/kg0.210gRTvvp××+====×2211(180273)0.20.294(35273)TppMPaT+==×=+558.3145J/(molK)20.786J/(molK)22VmCR==×⋅=⋅-320.786J/(molK)742J/(kgK)2810kg/molVmVCcM⋅===⋅×778.3145J/(molK)29.101J/(molK)22pmCR==×⋅=⋅-329.101J/(molK)1039J/(kgK)2810kg/molpmpCcM⋅===⋅×气体膨胀功：0=w技术功：63112()0.457(0.20.294)101042.9kJ/kgtwvpp−=−=×−××=−比焓变化量：21p()1.039(18035)150.66kJ/kg=phcttqΔ=−=×−=比热力学能变化量：()0.74218035107.59kJ/kgVVucTqΔ=Δ=×−==焓变化量：121000kg150.66kJ/kg=150660kJ=pHmhQΔ=×Δ=×热力学能变化量：121000kg107.59kJ/kg=107590kJ=VUmuQΔ=×Δ=×5、（10分）解：()ccccmQmctt=−()=−cwQQ=∵()cccmmctt−()wwmwmctt=−代入数据解得：32.48mt=℃32.48273ln64.187ln1.23kJ/K18273mmwwTTwwmδ+Δ====××=+∫∫32.48273ln0.80.47ln0.54kJ/K1000273mmccTTccmcccTTcmcdTTQSmcTTTδ+Δ====××=−+∫∫1.230.540.69kJ/KgwcSSSΔ=Δ+Δ=−=1分1分1分1分1分1分1分1分1分2分2分1分1分2分2分2分2分2分