西工大工热题答案

1、开课学院动力与能源学院课程工程热力学学时 56考试日期2010年1月4日考试时间2 小时考试形式（闭卷）（A）卷考生班级学号姓名1.1最近国际上召开了一个与节能减排密切相关的国际会议，会议名称和召开地点诚信保证本人知晓我校考场规则和违纪处分条例的有关规定，保证遵守考场 规则，诚实做人。本人签字： 编号:西北工业大学考试试题（卷）2009 2010 第 1 学期是什么？解决了什么问题？你的立场是什么？试从热力学的角度解释之。1.2从历史上看，蒸汽机并不是瓦特一人发明的，从巴本的“蒸煮器”到瓦特的蒸汽机，其间持续了 100多年。但人们却更愿意把蒸汽机的发明权授予瓦特而不是其他人，你如何看待这件事？

2、为什么?1.3范德瓦尔方程是如何得到的？它对于实际气体的意义是什么？范德瓦尔采用的方法属于宏观方法还是微观方法?1.4温度是影响热机热效率的最本质的影响因素，所以提高热机热效率的最根本的方法就是努力地、拼命地提高其工质温度，这种方法对吗?1.5 航空发动机目前正在向大推重比、高效率的方向发展，从工程热力学的角度谈谈我国航空发动机如何才能实现超常规的跨越式发展，缩短与国际先进水平的差距,走出具有自己特色的发展之路。1.6热力学是如何描述化学平衡的？与化学动力学相比有何特点?1.7试从水的热力性质谈谈水对人类以及对地球的意义。空气中水蒸汽的含量仅百分之几，它起的作用是什么？是否无关紧要，可以忽略注

3、：1.命题纸上一般不留答题位置，试题请用小四、宋体打印且不出框。2.命题教师和审题教师姓名应在试卷存档时填写。西北工业大学命题专用纸1.8压力和温度有何共性和异性？温度有“温标”，压力有“压标”吗？为什么？1.9热力学能、焓、熵的零点可以任意选取吗？应该如何选取？为什么？。一个热能转换装置，每供给1kW. h的电能就可以获得3kW. h的热能。该装1.10置违反热力学第一定律或热力学第二定律吗？是否可能?二、试通过画图证明如下命题（每题4分，其中画图3分，说明1分，共24分） 2.1工质由液态到气态并不一定要经过两相共存区，但由固态到液态或由固态到气态则必须通过两相共存区。2.2循环功既是技术

4、功，也是体积功，即 Wo=Mp dv = -Nvdp。2.3对于未饱和湿空气有干球温度湿球温度露点温度，即t twb tD 02.4活塞式压气机压比沢越大，其容积效率 （即汽缸有效容积与活塞排量之比）越小。甚至当沢增大到某一值时，会使 =002.5两股未饱和湿空气经绝热混合后有可能会有液态水析出。2.6在一定的最大体积（或比体积）和最小体积的范围内，内燃机定容加热循环即奥 托循环具有最高的热效率，故奥托循环可称为容限循环。试以卡诺循环与奥托循环 相比较，运用P-V图和T-S图分析证明：n t,Ottot,carnot，Wg。 Wo,carnot o三、证明题（共15分）一理想气体循环由下列过程

5、组成：（1）由初温T1开始定容加热过程，定容增压比为几（2）可逆绝热膨胀过程，压力降回初压。（3）定压压缩过 程，体积又回到循环初始值。该循环称为勒诺循环（Lenoir cycle ）。试在p-v图上 和T-S图上画出这个循环，并证明热效率为兀-1循环功为W0=（十十点）0 K 1式中號和Rg分别为该理想气体的定熵指数和气体常数。教务处印制共3页 第4页水40CJ一 / 水25C/ _/.四题图20C相对湿度 50%空气Ps(32C) =0.0047976MPa西北工业大学命题专用纸四、计算题（本题21分）在发电厂内，水从冷凝器带走热量，之后进入冷却塔进行冷却，冷却后的水又 进入冷凝器。如图所

6、示，在大气压为 0.101325M pa情况下，每分钟有10000kg、温度 为40r的水进入冷却塔，离开冷却塔的水温是25C。进入冷却塔的空气温度为20C, 相对湿度为50%离开冷却塔的空气温度为32r，相对湿度为98%试：32C相对湿度98%空气1. 计算进入冷却塔空气流量；2. 计算从冷却塔底部离开冷却塔 的水的质量流量；3. 在湿度图上画出湿空气的过程， 该过程是一个什么过程？ 已知饱和水与饱和蒸汽物性参数 为 Ps(20C) =0.0023385MPa2009 2010学年第一学期工程热力学课程参考答案与评分标准一、试回答下述问题（每题 4 分，共 40 分）1.1 最近国际上召开了

7、一个与节能减排密切相关的国际会议, 会议名称和召开地点是什么（1 分）？解决了什么问题（ 1分）？你的立场是什么（1 分）？试从热力学的角度解释之（ 1 分）。1.2 从历史上看， 蒸汽机并不是瓦特一人发明的，从巴本的蒸煮器”到瓦特的蒸汽机，其间持续了 100 多年。但人们却更愿意把蒸汽机的发明权授予瓦特而不是其他人，你如何看待这件事？（ 1分）为什么？（ 3 分）1.3 范德瓦尔方程是如何得到的？（ 1分）它对于实际气体的意义是什么？（ 1 分）范德瓦尔采用的方法属于宏观方法还是微观方法？（ 2 分）1.4 温度是影响热机热效率的最本质的影响因素， 所以提高热机热效率的最根本的方法就是努力地

8、、拼命地提高其工质温度，这种方法对吗？（ 4 分）1.5 航空发动机目前正在向大推重比、 高效率的方向发展， 从工程热力学的角度谈谈我国航空发动机如何才能实现超常规的跨越式发展，缩短与国际先进水平的差距，走出具有自己特色的发展之路。 （4 分）1.6 热力学是如何描述化学平衡的？（ 2 分）与化学动力学相比有何特点？（ 2分）1.7 试从水的热力性质谈谈水对人类以及对地球的意义。 （2 分）空气中水蒸汽的含量仅百分之几，它起的作用是什么？是否无关紧要，可以忽略? （2 分）1.8 压力和温度有何共性和异性？（ 2 分）温度有“温标”，压力有“压标”吗？为什么?（2分）1.9 热力学能、 焓、熵

9、的零点可以任意选取吗？应该如何选取？（2 分）为什么？ （2分）。1.10 一个热能转换装置，每供给1kW. h的电能就可以获得3kW. h的热能。该装置 违反热力学第一定律或热力学第二定律吗？是否可能？（ 4 分）二、试通过画图证明如下命题 （每题4分，其中画图 3分，说明 1分，共 24分）2.1 工质由液态到气态并不一定要经过两相共存区， 但由固态到液态或由固态到气态 则必须通过两相共存区。22循环功既是技术功，也是体积功，即w0pdv = -vdp。2.3对于未饱和湿空气有干球温度湿球温度露点温度，即t twb tD。2.4活塞式压气机压比兀越大，其容积效率 （即汽缸有效容积与活塞排量

10、之比）越小。甚至当兀增大到某一值时，会使 =0。2.5两股未饱和湿空气经绝热混合后有可能会有液态水析出。2.6在一定的最大体积（或比体积）和最小体积的范围内，内燃机定容加热循环即奥托循环具有最高的热效率，故奥托循环可称为容限循环。试以卡诺循环与奥托循环相比较，运用 p-v 图和 T-S 图分析证明：nt,Ottoicarnot， Wocarnot。三、证明题（共15分）一理想气体循环由下列过程组成：（1）由初温T1开始定容加热过程，定容增压比为 几（2）可逆绝热膨胀过程，压力降回初压。（3）定压压缩过程， 体积又回到循环初始值。该循环称为勒诺循环（Lenoir cycle ）。试在p-v图上和

11、T-s 图上画出这个循环，并证明：热效率为1叫瓷（兀瓷一1）RgTi1循环功为w0 =（兀 1 KJ!鸟K 1式中瓷和Rg分别为该理想气体的定熵指数和气体常数。证明：P-V图（2.5分）和T-s图（2.5T分）见图。丁2叫：千（1分）,循环P-V图和T-s图T3 =T2（p3）下订兀广或P2分）循环吸热量 q =qi2 =C/（T2 -T,）=CvT,P-1）（2 分）则热效率为1循环放热量q2=q31=cp(T3-T,)=cpT,(兀瓷-1) (2 分)丄1叫/-生/-订伍匸1)-1)(2分) qCvE伍-1)1R T1Wq = q1 Ch = Cvh(兀一1)CpT1(兀瓷一1)=(兀+

12、瓷一1 kj!勺(2 分)瓷-1兀-1RgT1四、计算题（本题21分）在发电厂内，水从冷凝器带走热量，之后进入冷却塔进行冷却，冷却后的水又进入冷 凝器。如图所示，在大气压为 0.101325Mpa情况下，每分钟有10000kg、温度为40C 的水进入冷却塔，离开冷却塔的水温是25C。进入冷却塔的空气温度为20C的水进入 冷却塔，离开冷却塔的温度为32C。1. 计算进入冷却塔空气流量；2. 计算从冷却塔底部离开冷却塔的水的质量流量；3. 在湿度图上画出湿空气的过程，该过程是一个什么过程？已矢口饱和水与饱和蒸汽物性参数为试:32C相对湿度98%空气水40C【/2(20 C) =0.0023385M

13、Pa,Ps(32C) =0.0047976MPa解：取冷却塔为热力系，设进口为 出口为2,空气流为a,水流为W, 该开口系列能量平衡：qma1h1 qmw1hw qma2h2 +qmw2hw2干空气质量守恒qma1 = qma2 = qma 水分质量守恒qma1d* qmw1湿空气物性 qma2dqw21P s(T1)P-1 Ps(T1)h1.005t1 +4(2501+1.86t1) d2 =0.622 弩(T2)P - 2Ps(T2)h2 =1.00% +d2 (2501 +1.86t2)水的物性hw1 =4.186tw1查饱和水与饱和蒸汽物性表 ps(T1)di =0.6221,对(1)

14、(1 分)(2)(1 分)(3)(1 分)(4)(1 分)(5)(1 分)(6)(1 分)水25C四题图k 20C相对湿度150%空气(7) ( 1 分)(8) hw2 =4.186tw2(9) (1 分)Ps(20C) =0.0023385Mpa， ps(T2 ps(32C) =0.0047976Mpa0.5x0.0023385代入(4)(6)得心.622 飞101325 _0.5.00233850.98x0.004797610000(104.5-167.2)=0.0072614 kg/kgDA 1 分)d2 =0.622 X=0.0302662 kg/kgDA ( 1 分)0.101325

15、-0.98x0.0047976代入(5)( 7)得m =1.00 +42501+1.86t1)=1.005 X 20+0.0072614 X (2501 + 1.86 X 20)=38.531kJ/kgDA(1 分)h1.005t2 +d2(2501 +1.8&2)=1-005 X 32+0.0302662 X (2501+1.86 X 32)=109.657kJ/kgDA(1 分)代入(8) (9)得 hwj =4.186tw1=4.18 X 40=167.2kJ/kg, hw 4.186tw2 =4.18 X 25=104.5kJ/kg1. (2)代入(3)得 qmw2 =qma(d1 dj + qmw1上式与(2) 一并代入(1)得= 38.531 -109.657 -( 0.0072614-0.0302662)104.5(1 分)q =qm