热力学答案(A卷).doc

江苏科技大学09年工程热力学期末考试试题答案与评分标准 （a） 一、判断正误：（10小题，每题2分，共20分）1. 错 2. 错 3. 错 4. 错 5. 错6. 对 7. 对 8. 错 9. 错 10. 错三、简答理解题：（4小题，每题5分，共20分）1.可逆过程是否一定要回到工质原状态?保证热力过程可逆需要哪两个重要条件?(4分)答：可逆过程并非一定要回到原状态。保证热力过程可逆需满足：（1）消除了热力学不平衡势差；（2）忽略摩阻效应2. 试阐述热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述?(4分)答：开尔文描述：热不能自发地、不负代价地从低温物体传至高温物体 克劳修斯表述：不可能制造出从单一热源吸热，使之完全转变为功而不留下其他任何变化的热力发动机。3. 工程热力学主要的研究内容是什么?(4分)答：工程热力学包含三部分内容：工质的热力性质，热力过程，热力循环。热能向机械能的转化所需满足热力学第二定律4. 简谈你对技术功概念的理解?(4分)答：技术功只能针对开口系统，在开口系统下，工质通过热力状态的变化对外输出技术功。技术功一般包含三项：轴功，进出口动能差，进出口势能差。5.试在T-s图上表示简单蒸汽动力循环（朗肯循环）,并指出热力过程所对应的设备。答： T s 朗肯循环主要设备包括：锅炉，汽轮机，冷凝器，水泵6.你对实际气体的热力性质和热力过程有了哪些认识? 实际气体与理想气体有哪些区别? (可以从实际气体的内能变化、焓变化、定压加热过程、定温压缩过程等角度阐述)(5分)答：实际气体不能再用理想气体状态方程描述，需考虑分子本身的体积以及相互作用力。与理想气体相比，实际气体的内能和焓变化不再只与温度有关。在定压加热过程中，实际工质会发生从液态到湿蒸汽态再到过热气体的相变；在定温压缩过程中，当实际气体温度高于临界温度时，无论加多大的压力，都不可能使工质液化，而低于临界温度下，实际气体会随着压强的增大，从气相变为液相。三、做图题：（2小题，每题5分，共10分）：1.试在p-v图, T-s图上表示布雷顿循环, 并指出其主要热力过程主要热力过程包括：1-2 定熵压缩过程 2-3 定压吸热过程 3-4 定熵膨胀过程 4-5 定压放热过程2. 试在p-v图,T-s图上表示卡诺循环, 并指出其主要热力过程主要热力过程包括：1-2 定温吸热过程 2-3 定熵膨胀过程 3-4定熵压缩过程 4-5定温放热过程四. 简单计算证明题（5小题，每题5分，共25分）1. 试用孤立系统熵增原理证明二热源热机的效率小于等于1 (T1/T2) (高温热源温度为T2,低温热源温度为T1）解: 由孤立系统熵增原理 （1） 系统的总熵是： -2分 （2） 工质经过循环后，从热源A吸收热量Q1, 向低温环境热源放热Q2, 工质本身确回到了原状态,因而(1)式化为: -2分 由于Q1=W+ Q2 即可由(2)式推得： -1分2.压力表测得储气罐中氧气的表压为3 MPa, 温度为20, 储气罐体积为1 m3, 问:(1)氧气的气体常数是多少?(2)储气罐内的氧气质量是多少？（已知氧气的摩尔质量M=3210-3kg/mol, 通用气体常数为RM=8.314J/(molK)）解：氧气的分子量为32g/mol, 其气体常数为： 罐中氧气的质量为： 3. 1kg空气从p1=1 MPa, T1=900K, 定熵绝热膨胀到p1=0.1MPa, 设比容为定值,绝热指数为1.4,定压比热cp=1.004(kJ/kgK),气体常数Rg=0.287kJ/(kgK),试求: (1)膨胀终态温度是多少? (2)如果此过程发生在封闭气缸中,容积变化功是多少?;(3) 如果此过程发生在开口系统中,技术功是多少?解：(1)由理想气体定熵过程方程 (2)容积变化功为： (3)技术功为： 4. 某蒸汽动力厂锅炉以40T/h蒸汽供入汽轮机, 进口焓为3441 kJ/kg,出口焓为2248 kJ/kg,汽轮机对环境散热量为6.81105 kJ/h,进口处蒸汽速度为70m/s, 出口处蒸汽速度为140m/s , 试求汽轮机功率?解：先根据已知条件求得质量流量 由稳定流动开口系统能量方程： 汽轮机功率为： 5.已测得喷管某一截面的压力为0.5MPa, 温度为800K,流速为600m/s, 若空气按理想气体定压比热容计,试求滞止温度和滞止压强。空气的比热容，k=1.4，解：滞止温度为： 滞止压强为： 四.计算题：（40分）1. 某热机工作于和两个热源之间，吸热量，环境温度为285K， 若高温热源传热存在50K温差，试求这时循环作功量、孤立系熵增和作功能力损失。（10分）利用其它方法，只要计算结果正确，方法合理，可得全分。wq1800 K750 Kq1q2285 K解：建立如图的模型，由于是理想热机。 孤立系熵增只能由高温热源传热存在50K温差而产生： -2分 孤立系熵增即为上述大小 -2分 所以循环作功量：-3分作功能力损失：-3分2. 空气等熵流经一缩放喷管，进口截面上的压力和温度分别是0.58Mpa、440K，出口截面上的压力。已知喷管进口截面面积为2.610-3m2，空气的质量流量为1.5kg/s，试求喷管喉部面积及出口截面的面积和出口流速。空气的比热容，k=1.4，。（10分） 解：（共10分）利用其它方法，只要计算结果正确，方法合理，可得全分。根据题意知道，进口参数为，。出口截面上的压力。喷管进口截面A1面积2.610-3m2，空气的质量流量Q为1.5kg/s。 -3分 喷管喉部面积 -3分 -2分出口流速：出口截面的面积 -2分 3. 内燃机混合加热理想循环，已知， ，压缩比，定容增压比，定压预胀比，工质视为空气，比热为定值。，试计算：（1）画出循环T-s图；（2）循环各状态点的压力，温度和比体积；（3）计算