工程热力学2008(答案1)

注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 第 1 页 共 10 页 南昌大学南昌大学 2008 年攻读硕士学位研究生入学考试试题年攻读硕士学位研究生入学考试试题 报考专业 报考专业 考试科目 考试科目 工程热力学工程热力学 A 一 一 判断题 每题判断题 每题 2 2 分 共分 共 2020 分 正确的打分 正确的打 错误的打 错误的打 1 因为不可逆过程不可能在 T S 图上表示 所以也不能计算过程的熵变量 2 用压力表可以直接读出绝对压力值 3 封闭系统中发生放热过程 系统熵必减少 4 理想气体的 CP CV值与气体的温度有关 则它们的差值也与温度有关 5 热力系没有通过边界与外界交换能量 系统的热力状态也可能发生变化 6 任意循环的热效率都可用计算 2 1 1 t q q 7 定压过程的热量只适用于理想气体而不适用于实际气体 pp qc dT 8 湿空气的含湿量愈大 其中水蒸气的分压力也愈大 9 熵增加的过程即为不可逆过程 10 工质经任何一种循环 其熵变为零 二 二 名词解释 每题名词解释 每题 5 5 分 共分 共 2525 分 分 1 可逆过程 系统可经原途径返回原来状态而在外界不留下任何变化的过程 不存在耗散效 应的准平衡过程即为可逆过程 2 孤立系熵增原理 孤立系统中熵可以增加 不可逆过程时 或保持不变 进行可逆过程时 但决 不能减小 熵增原理阐明了过程进行的方向 熵增原理指出了热过程进行的限 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 第 2 页 共 10 页 度 熵增原理揭示了热过程进行的条件 3 热力学温标 单位开尔文 开尔文 K K 将水的三相点温度作为单一基准点 并规定为 273 16K 温度单位 K 是水的三相点温度的 1 273 16 4 露点温度 湿空气中水蒸气压力pv 所对应的饱和温度 td ts pv 5 推动功 在开口系统中工质流动而传递的功量 三 三 简答及作图题 每题简答及作图题 每题 5 5 分 共分 共 3030 分 分 1 试通过 T S 图分析 在下述条件下 比较活塞式内燃机定压加热理想循环 混合加热理想循环及定容加热理想循环的热效率的大小 初态相同 压缩比相同 循环吸热量相同初态相同 压缩比相同 循环吸热量相同 2 分 分 111vmp qqq 或 pmvTTT222 pmv qqq 222 tvtmtp pmvTTT111 答 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 第 3 页 共 10 页 3 分 分 2 压气机已经实现等温压缩 是否还有必要进行分级压缩 中间冷却 为什 么 答 需要 2 分 虽然实现等温压缩后耗功最小 但若压比过大 v 仍很 小 分级后有助于提高 v 3 分 3 已知理想气体的比定容热容 CV a bT 其中 a b 为常数 试导出其热力 学能 焓 熵的计算式 答 2 1 2 1 2 1 T 22 2121 T T 22 p2121 T T 222 21 T 111 1 b u dT a TT TT 1 2 b h dT a TT TT 1 2 VTVdT s ln aln b TT ln 2 TVTV v pvgg v g vgg cabt ccRaRbt c cR cRR 分 分 分 分 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 第 4 页 共 10 页 4 质量分数为 28 的氧气和 72 的氮气混合 求这种混合气体的折合气体常 数和折合摩尔质量 已知 氧气 32g mol 氮气 28g mol 解 8 3148 314 0 280 72287J kg K 3 3228 8 314 M 28 97 g mol 2 287 gg ii g RR w R R 分 分 5 试画出水蒸气的 P V 图 并在图上标示出 临界点 饱和水线 干 饱和蒸汽线 过冷水区 过热水蒸气区 湿蒸气区 答 V P 每错 1 个扣 1 分 最多扣 5 分 6 试将满足以下要求的多变过程在 p v 图和 T s 图上表示出来 先标出四个 基本热力过程 画出满足要求的一个过程即可 工工质质压压缩缩 降降温温且且降降压压 答 答 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 第 5 页 共 10 页 1 P v 1 T S 每图 2 5 分 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 第 6 页 共 10 页 四 四 计算题 每题计算题 每题 1515 分 共分 共 7575 分 分 1 如图 竖直放置的气缸内充以空气 气缸截面积为 100cm2 初始时活塞底 面距气缸底部的距离为 10cm 活塞及负载为 195kg 缸壁充分导热 取走 100kg 负载 缸内气体膨胀 最后达到新的平衡状态 若活塞与气缸的摩 擦可忽略不计 求 1 负载取走后 活塞向上移动的距离是多少 2 气体在在膨胀过程中从环境吸收的热量 已知环境压力 Pb 771mmHg 环境温度 t0 27 气体的热力学能只是温度的函 数 2 100Acm 10Lcm 解 1 首先计算状态 1 及 2 的参数 因为 5 分 并且过程中质量不变 所以 5 1 1 4 195 771 133 329 812 941 10 Pa 100 10 b F pp A 633 1 100 10 1010 mVA L 5 2 2 4 95 771 133 329 811 960 10 Pa 100 10 b F pp A 21 TT 1 122 12 g 1g2 pVp V mm R TR T 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 第 7 页 共 10 页 5 分 2 由热力学第一定律 由于 并且热力学能是温度的单值函数 故有 因此 0U 2 54 1 960 10100 100 05 98 e QWFLp A L J 5 分 2 若容器 A 为刚性绝热 容积为 1 m3 初态为真空 打开阀门充气 使压 力 p2 4MPa 时截止 若空气 u 0 72T 求容器 A 内达平衡后温度 T2 及充 入气体量 m 已知充气管中空气的参数为 充气过程中 参数维持不变 忽4 30 305 3 iii pMPa tC hkJ kg 略流体流入的动能和位能差 1 21 2 53 1 1 54 2 2 941 1010 0 10 05 1 960 10100 10 p VA LLV p pV LLm p A QUW 21 TT 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 第 8 页 共 10 页 解 取容器 A 为控制容积 该过程为非稳定流动过程 因为容器绝热 且忽略动能和位能差 则有 流入 hi m 流出 0 热力学能增量 u m 所以 hi m u m 即 u hi 5 分 因为 u 0 72T 所以 T2 305 3 0 72 424 0K 5 分 5 分 6 g 4 101 32 87kg 287 424 0 pV m R T 3 0 5 kmol 某种单原子理想气体 由 25 5 可逆绝热膨胀到 1atm 然 3 2m 后在此状态的温度下定温可逆压缩回到 3 2m 1 画出各过程的 p v 图及 T s 图 2 计算整个过程的 Q 解 1 5 分 2 先求各状态参数 5 1 1 1 nRT0 5 8314 3 27325 p6 19393 106 11atm V2 1 1 67 1 1 67 2 21 1 1 298144 26 6 11 p TTK p 1 1 1 67 3 1 21 2 6 11 25 906 1 p VVm p 5 分 3 3231 3 144 262 0 5 8314 3 144 26 299855 2 TTKVVm pPa 等温过程 热量 膨胀功 技术功 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名或考生编号等 否则以舞弊处理 第 9 页 共 10 页 5 分 3 1 22 32 32 3 2 ln 2 0 5 8 3143 144 26 ln649 4 5 906 T V QQQQWnRT V kJ 放热 4 欲设计一热机 使之能从温度 973K 的高温热源吸热 2000kJ 并向温度为 303K 的冷源放热 800KJ 1 问此循环能否实现 2 若把此热机当制冷机用 欲使之从冷源吸热 800 KJ 至少需耗多少功 解 1 利用孤立系熵增原理 判断循环是否可行 孤立系由冷源 热源及热机组成 isoH LE 2000800 SSSS00 585kJ K0 973303 故该循环能够实现 7 分 2 假设至少需要耗功为 W 根据孤立系熵增原理 孤立系总熵变为 0 即 12 isoH LE 12 22 12 QQ SSSS0 TT QWQ800 W800 0 TT973303 W1769KJ 8 分 5 100kg 温度为 0 冰 在 20 20 大气环境中融化为 0 的水 已知冰的融解 热为 335kJ kg 求冰化为水的熵变 过程中的熵流和熵产以及火用损失 解 解 100kg 冰融解所需热量 Q 100kg 335kJ kg 3 35 104 kJ 设想在冰与环境间有一中间热源 中间热源与冰接触侧的温度 T T ice 273K 它们之间是无温差传热 取冰为热力系 进行的是内可逆过程 因而冰的熵 注 考生请在答题纸上答题 不得在本试题纸上答题和写本人姓名