《工程热力学》课程考试模拟试卷1

工程热力学工程热力学 课程考试模拟试卷课程考试模拟试卷 考试时间 120 分钟 姓名姓名 专业班级专业班级 学号学号 得分得分 一 一 判断题 正确的打判断题 正确的打 错误的打 错误的打 每题 每题 1 1 分 共分 共 1010 分 分 1 容器中气体压力不变 则安装在其上面的压力表读数也不会变化 2 系统由某一初态可逆变化到某一终态 在这确定的两个状态之间 所有过程的膨胀功都相等 3 理想气体绝热自由膨胀过程是等内能过程 4 理想气体向真空膨胀体积由v1变化到v2 熵的变化为 1 2 ln v v Rs 5 工质完成一个不可逆循环 其熵的变化量必大于零 6 如果从同一初态出发到同一终态有两个过程 一个是可逆过程 一个是不可逆过程 那么不可逆过程的 s 必大于可逆过程的 s 7 知道了温度和压力就可以确定水蒸气的状态 8 含湿量相同的两种空气 温度高者吸湿能力强 9 由饱和蒸汽压不同的两个组分形成的理想溶液达到相平衡时 易 挥发组分在汽相中的相对含量大于它在液相中的相对含量 10 温度为绝对零度时 任何物质的熵都是零 二 选择题 每题二 选择题 每题 2 2 分 共分 共 2020 分 分 1 若工质经历一可逆过程和一不可逆过程 且初态和终态相同 则 两过程中工质与外界交换的热量 A 相同 B 不同 C 无法确定 2 下面叙述正确的是 A 自由膨胀为可逆过程 B 混合过程是不可逆过程 题号一二三四五六七总分 分数 评阅人 C 准静态过程是不可逆过程 3 气体在某一过程中吸入了 100kJ 的热量 同时内能增加了 150kJ 该过程是 A 膨胀过程 B 压缩过程 C 定容过程 4 一绝热刚体容器用隔板分成两部分 一部分盛有高压理想气体 另一部分为真空 抽去隔板后容器内的气体温度将 A 升高 B 不变 C 降低 5 可逆定压稳定流动过程中 系统 A 焓不变 B 与外界交换的热量为零 C 技术功为零 6 一热机按某种循环工作 从温度为 T1 2000K 的高温热源吸收热 量 1000KJ 向温度为 T2 300K 的冷源放热 1000KJ 则该热机是 A 可逆热机 B 不可逆热机 C 不可能热机 7 某理想气体由状态 1 经过不可逆绝热过程变化到状态 2 该过程 中工质熵的变化为 A B C 0 s 2 1 T q s 2 1 2 1 v dv R T dT cs v 8 压力升高 水的汽化潜热 A 升高 B 降低 C 不变 9 湿空气的压力一定时 其中水蒸汽的分压力取决于 A 含湿量 B 相对湿度 C 干球温度 10 在 298K 101325Pa 下有下列反应 Q1 Q2 Q3在这几个热效应 中是标准生成焓的为 A 122 COO 2 1 COQ B 22O g HO2HQ C 3222 OHO 2 1 HQg 三 三 简答 辩析与证明题 每题简答 辩析与证明题 每题 5 5 分 共分 共 2020 分 分 1指出下列各式的适用条件 a wduq b pdvduq c 2 1 vdphq d hws e 21 TTcw v 2如果单级活塞式压气机采用了某种冷却方法可以实现等温压缩 是否还有必要采用多级压缩 为什么 3简述稀溶液的四个依数性 4试用赫斯定律证明任意温度下的反应热效应 T PR Pmiipmiipp dTCnCnQQ 298 0 其中为标准热效应 0 p Q 四 四 画图说明题 每题画图说明题 每题 5 5 分 共分 共 1010 分 分 1 在焓 湿图上表示出一非饱和湿空气状态的干球温度 湿球温 度和露点温度 并作必要的说明 2 在T s图与 lgP h图上对应画出蒸汽压缩式制冷循环 画图 分析压缩机的不可逆因素对循环制冷系数的影响 五 1kg 空气 初态 P1 1 0MPa t1 500 在气缸中可逆定容放热 到 P2 0 5MPa 然后可逆绝热压缩到 t2 500 再经可逆定温过 程回到初态 求循环功和吸收的热量 15 分 六 欲设计一热机 使之能从温度为 973K 的高温热源吸收 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 从冷源吸热 800kJ 是否可能向热源放热 2000kJ 欲使之从冷源吸热 800kJ 至少要耗多少功 10 分 七 具有一级回热的水蒸汽动力循环如下图所示 已知 h1 3296kJ kg h2 2152kJ kg h3 151 5kJ kg h4 825 5kJ kg h 5 3032kJ kg 忽略泵功 试求 1 回热循环的抽汽系数和热效 率 2 如不采用回热 计算循环热效率 15 分 h5 h4 h2 h1 h3 工程热力学工程热力学 模拟试卷一模拟试卷一 一 一 问答题 每题问答题 每题 4 4 分分 共共 4040 分 分 1 q CpdT wt 适用于什么工质 理想气体 实际气体 适用于什么过 程 可 逆过程 不可逆过程 并说明理由 2 某封闭热力系经历一熵减少的可逆过程 则该热力系能否经一绝热过程 回复到原态 为什么 3 压气机绝热压缩某种理想气体 初始状态为 1 由于不可逆终态为 2 试在 T s 图上用面积表示出压缩所消耗的技术功 4 水蒸汽由给定的初态 p1 t1 通过一喷管等熵膨胀到湿蒸汽区 其背压 p2 为已知 若手头没有焓熵图 只有水蒸汽热力性质表 如何计算确定状态 2 的各 项热力参数 x2 t2 h2 5 在环境温度为 300K 的条件下 150K 的热源有否作功能力 若能量 Q 由 400K 的恒温热源直接传入 150K 的恒温热源 引起的作功能力损失是多少 6 当高温空气以高速流过管道中某一障碍物 气流在此障碍物前方附近的 速度几乎为零 试问该处气流温度是升高 不变还是下降 为什么 7 渐缩喷管中气流速度能否超过音速 渐放喷管中气流速度能否小于音速 为什么 8 压气机采用什么压缩过程最为经济 为了达到这一目的应该采取什么措 施 9 一动力循环 1 2 3 1 的 T s 图如右图所示 其中过程 1 2 3 1 皆 为可逆过程 2 3 为一有摩擦的绝热过程 T1 T3 都等于环境温度 T0 试用一 块面积或几块面积的代数和表示出该循环中的吸热量 Q1 放热量 Q2 净功量 W 和由于摩擦而引起的作功能力损失 10 当相对湿度一定时 湿空气的温度愈高 则含湿量愈大 若含湿量一定时 湿空气的温度愈高 则相对湿度也愈大 这种说法是否正确 为什么 二 二 计算题 每题计算题 每题 1515 分 共分 共 6060 分 分 1 一个承受一定重量的活塞下有 20 的空气 0 4kg 占据容积为 0 2m2 试问 加入 20kJ 的热量后其温度上升到多少 并做了多少功 若活塞达到最后位置后予 以固定 此后再继续加入 20kJ 的热量 则其压力上升至多少 Cp 1 004 kJ kg K R 0 287kJ kg K 2 有两股压力相同的空气流 一股气流温度为 t1 400 流量 m1 120kg h 另一 股气流为 t2 150 流量 m2 210kg h 令两股气流先绝热等压混合 试计算 1 绝热混合后的气流温度 2 空气流经绝热混合过程的熵变化 3 该绝热混合过程的可用能损失 已知 Cp 1 004 kJ kg K R 0 287kJ kg K T 环境 300K 3 压力为 5 105Pa 温度为环境温度 20 的空气通过绝热渐缩喷管射向 1 105Pa 的大空间中 测得出口截面上的气流温度为 10 若忽略进口流速 试 计算 1 实际出口流速 2 可逆情况下的理论出口流速及气温 Cp 1004J kg K cr 0 528 4 氨蒸汽制冷装置 蒸发器中温度为 10 冷凝器中的温度为 30 氨压 缩机从蒸发器中吸入压力为 p1 0 2363 Mpa 的饱和氨蒸汽并绝热压缩到 t2 75 离开冷凝器时是饱和液氨 设压缩机出口氨蒸汽比焓 h2 1887 kJ kg 求 1 循环制冷系数 2 节流过程的不可逆损失多少 并在 T s 图中用面积表示出来 环境温度 t0 25 氨的饱和热力性质表 工程热力学工程热力学 模拟试卷三模拟试卷三 一 问答题 每题每题 4 分 共分 共 40 分 分 1 等压过程中工质初终两态的焓差等于该过程中所吸收或放出的热量 即Q H 这一结论是否只用于理想气体 为什么 2 用稳流能量方程分析锅炉 汽轮机 压气机的能量转换特点 得出对其适用的简化 能量方程 3 闭口系经过一不可逆绝热过程后 是否可通过一个过程使该系统回到原来的状 态 为什么 4 某绝热气缸内装有完全不可压缩的流体 若流体内部及活塞与气缸之间均无摩 擦 试问 气缸中的活塞能否对流体作功 假定用某种方法把流体压力从2bar 提高到40bar 流体的内能和焓有没有变化 5 热力学第二定律是否可表达为 功可以完全变为热 但热不能完全变为功 这种说法有何不妥 6 简述缩放喷管随背压 Pb升高 但仍小于临界压力 Pcr 时喷管内气流速度 流 量的变化 7 在压缩比 及吸热量 q 相同的情况下 活塞式内燃机的定容加热 定压加热 混合加热循环的热效率何者最大 何者最小 为什么 8 试在 T s 图上表示出水蒸气理想朗肯循环 并以热力学状态参数焓 h 表达该循 环的净功 w 吸热量 Q1 放热量 Q2以及热效率 t 9 压气机采用什么压缩过程最为经济 为了达到这一目的应该采取什么措施 10 湿空气中的水蒸气处于状态 A 试在 p v 图 及 T s 图上标出该湿空气的露点 td及等 温加湿 达到的饱和点 S 二 计算题 每题二 计算题 每题 15 分分 共共 60 分 分 1 初态为4 105Pa 250 的空气绝热流过一个喷管 已知背压为1 105Pa 质量流 量为4kg s 喷管效率为0 96 试求 1 喷管的类型 2 出口流速 3 喷管出口 截面积 空气Cp 1004 J kg K Rg 0 287 kJ kg K K 1 4 临界压比 cr 0 528 p v T s A A 2 1kg 空气由 P1 1 105Pa T1 400K 定温压缩到终态 P2 10 105Pa 过程中 气缸壁和 T0 300K 的环境换热 在下述两种情况下 计算气体的熵变 环境的熵 变 气体和环境组成的系统的总熵变化以及作功能力损失 气体经历了一个可逆等温压缩过程 气体经历了一个不可逆等温压缩过程 该过程中实际消耗的功比可逆等温 压缩的耗功多 25 已知空气的 Rg 0 287 kJ kg K 3 有人声称设计了一整套热设备 可将 65 的热水的 20 变成 100 的高温水 其 余 80 的热水由于将热量传给温度为 15 的大气 最终水温也降到 15 你认为 这种方案在热力学原理上能不能实现 为什么 若能实现 那么 65 热水变成 100 的高温水的极限比率为多少 水的 Cp 4 18kJ kg k 4 某氨蒸汽压缩制冷系统 已知进压缩机时为饱和干蒸汽 其焓值 h1 1570KJ kg 经绝热压缩后 h2 1725kJ kg 经冷凝器放热为饱和液体 其焓值 h3 450kJ kg 制冷 量为 1 5 105kJ h 试求 1 氨的循环流量 2 制冷系数 3 冷却水流量 已知冷却水经氨冷凝器后 温度升高 10 水的定压比热 CP 4 18KJ kg k 4 将过程表示在 lgp h 图 工程热力学工程热力学 模拟试卷四模拟试卷四 一 问答题一 问答题 每题每题 4分 共分 共40分 分 1 PdV和 VdP各表示什么功量 若系统的过程方程式为PVn C 则上述两者之间 存在什么定量关系 2 亚音速空气流流过渐缩喷管 如果初压 背压和喷管尺寸均无变化 只是提高了 初温 试问喷管出口的气流速度有无变化 为什么 3 水蒸气的定温过程中 加入的热量是否等于膨胀功 而定容过程中的加热量是否 等于其热力学能的增量 为什么 4 图示由三直线构成的循环需几个恒温热源 试与同温限下 的卡诺循环热效率作比较 5 熵增大的过程必为不可逆过程 熵增大的过程必为吸热过 程 这两种提法是否正确 为什么 6 过热蒸汽的温度一定高于湿蒸汽的温度 对吗 为什么 7 若含湿量一定时 湿空气的温度愈高 则相对湿度也愈大 这种说法是否正确 为什么 8 空气在绝热管道内流动 若已知截面a处和截面b处空气的压力和温度 能否判断 气体是由a流向b 还是由b流向a 为什么 9 工质经历不可逆循环后 是否 为什么 10 活塞式压气机采用多级压缩 中间冷却的优点是什么 试在 T s图上示意画 出二级压缩中间 冷却压气机的过程曲线 二 计算题 每题二 计算题 每题15分 共分 共60分 分 1 某燃气轮机装置如图所示 已知压气机进口处空气的焓值h1 290kJ kg 经压缩 后 空气升温使焓值增为h2 580kJ kg 在截面2处空气和燃料的混合物以C2 20m s 1 2 3 T s 的速度进入燃烧室 在定压下燃烧 使每公斤空气吸入热量q 670kJ kg 燃烧后燃 气进入喷管绝热膨胀到状态3 h3 800kJ kg烟气 流速增加到C3 此燃气推动转 轮回转作功 最后离开燃气轮机的速度C4 100m s 求 若空气流量为100kg s 则压气机消耗的功 率为多少 若燃料的发热值q 43960kJ kg 燃料的耗 量为多少 燃气在喷管出口处的速度C3 是多少 燃气轮机的功率为多少 假设在叶轮中 无压降 燃气轮机装置的总功率为多少 2 0 5kg空气初态P1 5 105Pa T1 340K 在闭口系统中进行绝热自由膨胀 其容积 变为原来的3倍 试 1 在T s图上示意出该过程 2 求P2 T2 W U H 和 S 空气Cp 1004 J kg K Cv 717 J kg K R 287J kg K 3 初态为4 105Pa 250 的空气绝热流过一个喷管 已知背压为1 105Pa 质量 流量为4kg s 喷管效率为0 96 试求 1 喷管的类型 2 出口流速 3 喷管出 口截面积 空气Cp 1004 J kg K K 1 4 临界压比 cr 0 528 1 2 3 3 4 4 某蒸汽动力循环由绝热膨胀 等压放热 绝热压缩 等压加热等过程构成 其 各点的状态和参数列于附表 试求 1 在T s图上画出该循环并标上状态点编 号 2 计算各项功量 热量及循环效率 3 说明该循环是否理想朗肯循环 为什么 点状态 t p 105Pa h kJ kg s kJ kg K 1过热蒸汽 500 70 3408 9 6 7934 2 湿蒸汽 41 5 0 08 2297 8 7 3415 3 饱和水 41 5 0 08 173 9 0 5926 4未饱和水 42 2 70 182 8 0 5983 工程热力学工程热力学 模拟试卷模拟试卷 五五 一 一 问答题 每题问答题 每题4 4分分 共共4040分 分 1 图所示从 a 点开始有两个可逆过程 定容过程 ab P b 和定压过程 ac 且 bc 两点在同一条定温线上 试问吸 热量 qab与 qac哪个大 uab 与 uac sab与 sac哪 V T 个大 a P c V 2 容积功 流动功 技术功有何差别 有何联系 3 分别写出理想气体等容过程温度和压力的关系式和可逆绝热过程温度和比容的关 系式 过程方程式 4 试在 h s 图上示意出蒸汽的绝热节流过程曲线 并说明焓 h 压力 p 温度 t 熵 s 经绝热节流后的变化趋势 5 下列说法是否正确 为什么 1 如果从某一初态到某一终态 有两条路径 一为可逆 一为不可逆 那么 不可逆途径的 S 必大于可逆途径的 S 2 因为熵只增不减 所以熵减少的过程是不可能实现的 6 h Cp T 是普遍适用于所有工质实施的定压过程 而水蒸气在定压汽化时 T 0 所以水蒸气汽化时的焓变量 h 0 这一推论错在哪里 7 试在 T S 图上用面积表示出理想气体分别在下列不同压缩过程时压气机的耗功 量 a 经可逆绝热压缩 b 经可逆多变压缩 n 1 3 c 经可逆等温压缩 8 燃气轮机循环中的压缩过程 若采用定温压缩过程可减少压缩所耗的功 因此增 加了循环净功 但在没有回热的情况不 循环效率反而降低 为什么 9 试绘出水蒸气再热循环的 T S 图 并写出忽略泵功用状态参数表示的热效率 t 计算式 10 什么叫含湿量 相对湿度越大含湿量越高 这种说法对吗 二 二 计算题 每题计算题 每题 1515 分分 共共 6060 分 分 1 1 一个循环包括以下四个过程求下表中各空白项 过程热量 q KJ 功量 W KJ 内能变化 u KJ 1 210970 2 30149 1 4 950 0 4 10 2 三个假设的热功当量机循环 将下表的空白填上 对循环进行分类 确定 是可的 不可逆的或不可能的 填入类型一类 已知在各种情况下热源温度为 773K 冷源温度 303K 过 程 吸热量 KJ 放热量 KJ 功 KJ 效率 类型28700058000 38700060 8 2 氮气稳定的流过无运动的绝热装置 在进口处流量为 1kg s 状态为 p1 6 105Pa t1 21 出口处氮气均分成 两股 状态分别为 p2 1 105Pa t2 82 p2 1 105Pa t2 40 如图所示 流动过程中工质的动能和 位能变化均可忽略不计 试用热力学第一定律和第二定律证明该稳定流动过程能否 实现 氮气为理想气体 Cp 1 043kJ kg k R 0 297kJ kg k P2 t2 0 5kg s P1 t1 1kg s P2 t2 0 5kg s 3 空气经喷管作定熵运动 已知进口截面上空气参数为p1 7 105Pa t1 947 出 口处压力p2为5 105Pa 质量流量qm 0 5kg s 试选择喷管外形 计算出口截面上的 流速 及出口截面积 设Cp0 1 004kJ kg k R 0 287 kJ kg k k 1 4 Vcr 0 528 4 压缩制冷设备用氨作为制冷剂 氨在蒸发器中的温度 为 15 其冷凝温度为 30 进入压缩机时为干饱和蒸 汽 从冷凝器出来进入节流阀时的状态为饱和氨液 要求 制冷量为 167200kJ h 试计算单位制冷量 q2 单位耗功量 wo 循环制冷剂质量流量 m 压缩机所需理论总功率 Ni 循环制冷系数 并在 lgp h 图上表示出该循环 已知各点焓值 h1 1660kJ kg h2 1885kJ kg h3 562kJ kg 工程热力学工程热力学 模拟试卷三答案模拟试卷三答案 一 问答题 每题每题 4 分 共分 共 40 分 分 1 Q H 适用于任何工质 因为从能量方程导出 与工质性质无关 2 2 1 2 fs QHm cmg zW T 2 3 4 1 S 锅炉 则 Ws 0 忽略动 位能的变化 Q H 汽轮机 忽略动 位能的变化 且近似认为绝热 Ws H 压气机 忽略动 位能的变化 Wc Q H 3 能 因为不可逆绝热引起熵增 可通过一熵减的放热过程回到原来状态 4 1 0 0 uW 2 但压力上升到 40bar q0 0 0 wu 则 hupupp 5 闭口系统理想气体等温膨胀 Q W 热量可全部变为功 应该说 热不能连续 不断地变为功而不留下其他任何变化 单热源热机是不可能制造出来的 6 随 Pb 气流速度 Cf 流量不变 因为 Pb 仍小于临界压力 则压力差减 小 使 Cf 而流量则由 Pcr处确定了最大流量 随后将维持不变 7 在压缩比 及吸热量 q 相同的情况下 pp 从图可看到 前者最高 1 T 2 T 最低 最大 题 7 图 题 8 图 8 114 Qm hh 223 Qm hh 忽略泵功 1243 114 t w hhhh Qhh A 12 113 t w hh Qhh A 9 采用等温压缩最为经济 可采用多级压缩 中间冷却的措施 10 由图所示露点 td 点和饱和点 s 点 二 计算题 每题二 计算题 每题 15 分分 共共 60 分 分 1 解 由 选用缩放管 实际速度 代入流速公式解得 2 1 可逆等温膨胀终压 气体的熵变 环境的熵变 2 3 解 0 0823 0 5353 0 4789 0 029kJ k 0 则方案可能 设极限比率为 x 令 解得 x 0 3 即极限可将 65 热水的 30 变成 100 的高温水 4 解 1 单位工质吸热量 q0 h1 h3 1570 450 1120kJ kg 2 制冷系数 3 4 如右 图所示 工程热力学工程热力学 模拟试卷四答案模拟试卷四答案 一 问答题一 问答题 每题每题 4分 共分 共40分 分 1 PdV表示可逆膨胀功W VdP可逆技术功Wt 若 则 VdP n PdV 2 气流速度有变化 将增大 提高初压 相应地提高了其作功能力 3 由 水蒸气传递过程 加入热量不等于膨胀功 而 定容过程 则 加入热量等于热力学能的增量 4 2 3过程温度变化 可逆换热需要无穷多热源 3 1为等温放热过程 需要一个恒温热源 或 5 不一定 熵增大也可以是可逆吸热过程 不一定 熵增大也可以是不可逆 绝热过程 6 不一定 t大于相应压力p下的饱和温度ts为过热蒸汽 若P1较低则ts1较低 此时 大于ts1的过热蒸汽温度可以小于相应压力P2较高的湿饱和蒸汽温度ts2 7 若含湿量d一定 温度越高相对湿度 就越小 从h d图上可以看到 题7图 题10图 8 可通过设a b 计算 若 则假设成立 若 则应从b a 因为是不可能过程 熵增原理也可以说是方向性规律 1 2 3 T s 9 不可逆循环 克劳修斯不等式 所以 状态参数闭路积分等于 零 10 可降低功耗和排气温度 提高压气机容积效率 1 2 3 4为压气机二级压缩 2 3 为中间冷却过程 二 计算题 每题二 计算题 每题15分 共分 共60分 分 1 解 1 2 3 4 5 题1图 题3图 2 解 看理想气体 或 3 解 1 采用缩放喷管 2 4 4 解 1 2 放热 3 不是的 因为膨胀过程1 2 S2 S1 压缩过程3 4 S4 S3 均为不可逆绝 热熵增过程 工程热力学工程热力学 模拟试卷模拟试卷 五五 二 问答题 每题问答题 每题4 4分分 共共4040分 分 1 将相应过程表示在T S图可得 abacvp qqCC abacabac uuss 题 1 图 题 4 图 2 W膨胀 W流动功 W技术功 W流动功 Ek Ep Wi W流动功 Wt 技术功 W膨胀为闭口系统与外界的功交换 W技术功为动能变化 位能变化及轴功 内部功 之和 也称工程上可资利用 的功 W流动功是系统维持工质流动所需的功 3 等容过程 1211 1222 pppTp C TTTpT 即或 可逆绝热过程 可由 把代入得到 k pC RT p 1 11 22 k T T 4 绝热节流 h 0 则 h1 h2 h 不变 p t s 5 1 初终二态相同 则 S不可逆 S可逆 2 上述孤立系条件下才成立 对熵减少的过程可通过放热手段来实现 6 h Cp T 适用于单相工质 水蒸气气化为相变过程 所以 h Cp T 7 a 为 c 2s 2T a c 可逆绝热耗功 b 为 c 1 2n 2T a c 可逆多变压缩