工程热力学期中考试习题解答

1、工程热力学期中考试,习题讲解,1,简答题,两个质量和比热,cm,相同，温度分,别为,T,A,和,T,B,的固体进行热交换，请推导,说明达到热平衡的过程是一个不可逆过,程,2,简答题,1,解,T,A,m,传热,孤立系,T,B,m,如果此系统熵增大于零，则过程不可逆,3,简答题,1,解,直接传热，则平衡温度,T,A,T,B,T,m,2,T,m,T,m,T,s,iso,s,A,s,B,c,m,ln,ln,c,m,ln,0,T,B,T,A,T,B,T,A,所以过程不可逆,4,2,m,简答题,1,解,一般错误：认为热源温度恒定,Q,Q,s,iso,0,T,A,T,B,5,简答题,有人说，根据卡诺定理，一

2、切不可逆,机的效率必小于可逆机的效率。是否正,确？请说明理由,6,简答题,解,要注意是否同,温限,或同,等效温限,这样,才能比较,7,简答题,写出熵和焓的定义式，理想气体定容,过程焓的变化,解,T,h,u,pv,h,v,u,v,p,或,h,v,c,p,T,8,ds,q,rev,简答题,某系统处于某一状态，该系统的,Exergy,指的是什么,Exergy,指的是系统从当前任意状态,可逆,地变化到与,指定环境,相平衡的,状态时，理论上所能做出的,最大有,用功,或,消耗的最小有用功,9,简答题,某系统处于某一状态，该系统的,Exergy,指的是什么,做出的最大有用功，如,E,x,H,E,x,U,E,

3、x,Q,E,x,Q,消耗的最小有用功，如冷量,0,10,简答题,膨胀功、流动功、轴功和技术功之间,有何区别？有何联系,对流动工质，微分形式能量方程,q,du,w,du,pdv,q,dh,w,t,du,d,pv,w,t,dh,vdp,1,2,q,dh,dc,gdz,w,s,2,11,简答题,膨胀功、流动功、轴功和技术功之间,有何区别？有何联系,所以,w,w,t,d,pv,1,2,w,t,dc,gdz,w,s,2,12,简答题,理想气体经历绝热节流过程，节流前,后的状态参数压力、温度、比容、内能,焓、熵如何变化,解,p,h,T,u,v,s,13,简答题,7,系统经历了一不可逆过程，已知终态熵,小于

4、初态熵，能否判断该过程一定放出热,量，为什么,解：如果你认为系统是闭口系，由,S,S,f,S,g,0,S,g,0,则有,S,f,0,必定放热,14,简答题,7,系统经历了一不可逆过程，已知终态熵,小于初态熵，能否判断该过程一定放出热,量，为什么,解：如果认为系统是开口系，据题意有,dS,c,v,Q,T,r,i,s,m,s,m,in,out,dS,g,0,仍有,dS,c,v,m,0,out,s,m,in,dS,g,假设,绝,热,只,要,s,15,简答题,三块相同的金属块被加热到温度,T,A,第一块迅速被冷却到环境温度,T,0,其熵,变为；第二块在环境中缓慢冷却到,T,0,其熵变为；第三块先与温度

5、为,T,B,T,A,T,B,T,0,的热源接触，达到平衡后再被冷却,到环境温度,T,0,其熵变为；试说明这三,个过程、和的大小关系,16,简答题,解,熵是状态量，熵变与过程无关,S,A,S,B,S,C,17,简答题,某人声称使用新式热力循环和高技术,开发出一种新型节能冷柜，在,30,室温下,制冷温度为,40,时，制冷系数仍可以达到,4,请你判断一下是否可能实现,18,简答题,解,二、也可以用孤立系熵增原理来判断,一、过程可逆时,T,r,max,3.33,4,T,0,T,r,所以，不可能,19,简答题,10,10,由于绝热压缩过程不向外散热，故绝,热压缩过程所消耗的压缩轴功最少,20,简答题,1

6、0,10,解,p,2,T,2,n,2,s,p,1,1,可以看出绝热压缩耗功最大,21,v,简答题,10,10,解,也可以具体求等温、多边、绝热压缩过,程的,技术功表达式,比较一下大小,p,1,22,作图题,1,解,p,2,T,3,T,p,3,v,1,2,1,v,s,23,作图题,T,3,v,p,作错的图,2,1,s,dT,T,ds,c,n,24,等压线和等容线在,T-s,上的,斜率都应为正,作图题,3,p,v,T,作错的图,2,1,s,dT,T,ds,c,n,25,等压线和等容线在,T-s,上都应该是,凹曲线,作图题,正循环,T,1,同温限正卡诺循环效率,r,1,T,3,p,T,3,2,3,p

7、,2,s,s,p,p,1,p,4,4,1,v,s,26,作图题,逆循环,T,4,同温限逆卡诺循环效率,r,T,2,T,4,p,T,3,2,3,p,s,s,2,p,p,1,4,4,1,p,v,s,27,计算题,1,某绝热容器中盛有压力为,8MPa,的氧气,由于该容器漏气，容器内的氧气的压力,降为,2.0MPa,求漏掉的氧气的质量占原,有氧气质量的百分之几,10,分,28,计算题,1,解,方法一,选,容器为对象，开口系,容器绝热,缓慢漏气，在整个过程中容器内气,体始终满足,气体比容,k,pv,Const,k,1,k,k,V,Tv,Const,Tp,Const,这个过程上课时曾经推导过,29,计算题

8、,1,解,方法一,选,容器为对象，开口系,V,一些错误,认为是定温过程,直接假设泄漏到,外部的气体也是绝热,膨胀，虽然计算结果,对。但这种假设是没,有根据的,30,计算题,1,解,方法一,选,容器为对象，开口系,容器绝热,缓慢漏气，在整个过程中容器内气,体始终满足,1,k,k,1,2,V,pv,Const,v,p,v,2,p,1,v,1,V,m,1,v,2,V,m,2,0.3166,B,卷,卷,B,68.34,1,k,m,2,m,1,1,v,1,2,v,1,p,2,p,m,2,m,1,0.3715,A,卷,62.85,A,卷,31,计算题,1,解,方法二,m,A,V,A,m,0,V,0,c,d

9、u,dT,pdv,0,w,0,v,pv,k,R,T,c,R,1,k,1,v,g,1,g,即,Tv,Const,1,dT,dv,k,k,0,或,pv,Const,pV,Const,k,1,T,v,32,选,最后残留在容器内的气体,为对象，为闭口系,容器绝,热，缓慢漏气，所以,气体,是绝热膨胀过程。对可写,出,计算题,1,解,方法二,m,A,V,A,1,m,A,m,0,1,v,1,v,2,A,气体终态,v,2,V,2,62.85,m,A,V,0,A,m,卷,A,33,pv,Const,k,v,p,1,2,m,0,V,0,泄漏比例,v,2,p,1,68.34,B,卷,A,气体初态,v,1,V,1,m

10、,V,m,A,0,0,选,最后残留在容器内的气体,为对象，为闭口系,容器绝,热，缓慢漏气，所以,气体,是绝热膨胀过程。对可写,出,1,k,计算题,设,有,一,恒,温,T,2,的,低,温,余,热,源,和,一,恒,温,为,T,1,T,1,T,2,的高温热用户，已知环境的温度为,T,0,而,且,T,0,T,2,求,15,分,1,在不消耗其它动力的条件下，试设计出理想情况,下，利用低温热源的热向高温热用户提供热量,Q,1,而不违反热力学定律的一种方案,2,试推导出你设计的这种方案的热量利用率。热量,利用率的定义为,Q,1,与低温余热源放出热量的比值,3,说明在理想情况下各种方案的热量利用率均相同,34

11、,计算题,方案一,T,1,Q,1,T,2,Q,2,W,Q,0,T,0,Q,0,Q,Q,1,2,T,1,T,2,T,0,T,2,T,1,T,0,35,计算题,方案二,T,1,Q,1,T,2,Q,2,1,Q,2,2,W,Q,Q,1,2,T,1,T,2,T,0,T,2,T,1,T,0,Q,0,T,0,36,计算题,方案三,T,1,Q,1,0,Q,1,2,W,T,2,Q,0,T,0,Q,2,当然还有其他方案,Q,Q,1,2,T,1,T,2,T,0,T,2,T,1,T,0,37,计算题,证明同效率,T,1,Q,1,方案,理想情况,过程可逆,证,对,任意可逆过程,没有作功能力,损失,又与外界没有功的交换,

12、过程前后,系统,Ex,不变,Q,2,又,E,x,Q,0,0,所以,E,x,Q,1,E,x,Q,2,T,2,T,0,即,1,T,1,T,0,Q,1,1,Q,2,T,2,Q,2,T,2,T,1,T,0,所以,Q,T,1,T,2,T,0,38,Q,0,T,0,计算题,某正循环可逆热机，在温度为,30,的,环境和,4000kg,的,0,的冰间工作，最后,0,的冰变为,30,的水，试求可逆机能对,外作的净功为多少？已知冰的溶解热为,333kJ/kg,冰在溶解过程中温度不变,水的比热,c=4.1868kJ/kg.K,10,分,39,计算题,解,o,T,0,30,C,Q,0,方法一,系统,可逆时,S,iso

13、,0,W,W,max,Q,0,m,T,0,S,iso,S,T,0,S,ice,mc,w,ln,0,T,0,T,i,T,i,Q,2,m,mc,w,6,T,2.007,10,kJ,冰4000kg,W,max,Q,Q,0,2,6,Q,0,10,kJ,6,冰4000kg,1.834,5,10,kJ,冰,2000,kg,1.004,10,kJ,1.715,5,冰4000kg,kJ,冰,2000,kg,9.172,10,4,8.651,10,kJ,冰,2000,kg,W,Q,2,T,i,0,C,T,w,o,30,C,o,40,计算题,解,方法二,用冷量,Exergy,求解,o,T,0,30,C,可逆过程,W,W,max,E,x,Q,2,Q,0,W,Q,2,T,i,0,C,T,w,o,30,C,o,T,0,T,T,0,0,E,x,Q,2,1,m,1,Q,2,T,i,T,T,i,也可以直接用,E,x,Q,2,T,0,S,Q,2,T,0,1,m,T,0,S,2,water,Q,2