工程热力学试卷终极版

1、. 工程热力学考试试卷 All rights reserved. 判断题 1.流动功是系统维持流动所花费的代价，所以流动功不能为0。（×） 2.质量保持不变的系统就是闭口系。（×） 3.处于稳定状态的系统一定处于平衡状态（×） ?q，热量是过程量，所以熵也是过程量。根据熵的定义（×） 4.?dsrev T5.等温过程的膨胀功与与吸收的热量相等。（×） p?vT?s图上，理想气体的等压6.图上，理想气体的等熵线比等温线陡；线比等容线陡。（×） 7.绝热系可以是开口系。（） 8.可以从单一热源中取热并使之完全转换为功。（） 9.定容过程对

2、湿蒸汽进行加热，干度一定增大。（×） 10.可逆循环的热效率一定大于不可逆循环的热效率。（×） ?q?cdT?pdv?w?duq?二式均适用于任何工质，任何过程。11.及（×） v分析、简答题 1.“系统经某一初态经不可逆与可逆两条途径到达同一终态，则经不可逆途径系统的熵变必大于可逆途径的熵变。”，这种说法是否正确，为什么？ 答：不正确。因为熵是状态参数，不论过程是否可逆，只要初终态相同，其熵变均相同，故系统从某一初态经不可逆与可逆两条途径到达同一终态，经不可逆途径系统的熵与可逆途径的熵变相等。 T?s图上把理想气体两状态间热力学能及焓的变化表示出来。2.试在 精

3、选范本. 点作等温线，分别与过通过2答：2p2v及1点的等容线和等压线相交于点；由于理想气体的热力学能和焓是温TT?T?可以得度的单值函数，p222vhh?u,u到 。p2222v等容过程的吸热量与相同温限下到得，可以能的变化相等的热力学u?q?u 。1v2v到得可以化相等，变量与相同温度下的焓的压等过程的吸热sT?hq?h?以，所示热量表程线下方的。面积过图上12pp1s面积12sq?1s面积12s?q，到以得；。从而可1ppp212vvv1s面积12s?h?hq?1s12s?u?uq面积 。；1p1pp221vvv212 vp?sT?图上画出3.某理想气体在图上的两种过程如下图所示，试在的

4、范围，并说明各过程中工质是膨n相应的两个过程，指出过程多变指数 胀还是压缩，吸热还是放热，升温还是降温，降压还是升压。 0n?-? 过程：1-2答：，压缩、放热、降温、降压。 精选范本. 1?n?0 ，膨胀、吸热、升温、降压。1-3过程： 如右图所示的气缸，其内充以空气。已知活.塞与气缸壁之间无摩擦，活塞右侧有一弹簧，pMPa，当地大气压气缸直径0.4mm1.?0。bC?t?27pp?，对气缸缓缓加，初始时刻b11g0.15a.10。若热，直至KMPt?207?Cp?m，空气比热力学能，122?k0.72uTkJ/kg?Q 。求：从初态到终态过程的加热量。 取气缸内的空气为系统闭口系。解： 确

5、定空气初终态体积：TmR)?273287?(2710.?1gm0861?0?.?V3 10.1?p1061TmR0.1?287?(207?273)2g?V?0.09184m3 20p.15?1062弹簧初终态变形量： V?V0.09184?0.0861x?0,x?0.0457m 12?221?A2.0? missed. Q?U?W?5.884?12.96?18.844kJ 根据热力学第一定律：T300KKg5的空气由初态2. p?0.25?MPa，经可逆定温过程到达11p0.15MPa终态?HUW?Q。、。试求此过程的 2 解：可逆等温过程：T?Tu?uh?h ；1211220 ?H?H?H?

6、mh?mh?mu?U?UUmu?0 ； 12121212 精选范本. p0.25?106Q?U?W?W?mRTln?5?0.287?300?ln?219.91kJ1 1g1015?p0.62 missed. ：为终态熵变容，多变过程初、比3.推导理想气体定值热pkn?lnR?s? 。2? gpkn?111?n? PTn多变过程初终态温度关系：解：? 22? PT?11k比定压热容：Rc? gp1k?1n? pTpkpn理想气体熵变：?lnR?Rln?c?s?lnRln? 2222? gpggppk?1Tp?1111?pkppknn?1?ln?RRln?Rln? 222? gggpn1k?k?1

7、npp111，从高温热源向工质传递热，工质的温度为300K4.高温热源的温度为800K）过程中不可逆性使热量的作2500KJ。试求：1）温差传递引起的熵变；量C?27 ）功能力损失了多少？（环境温度为 ）取热源、工质为系统孤立系。解：1500?Q?KkJ热源的熵变化：?/S?.?0625 r800Tr500QKkJ工质的熵变化：/6671?S?. 300T 精选范本. ?S?S?S?0.625?1.667?1.042kJ/K risoI?T?S?300?1.042?312.6kJ 作功能力损失：2）iso0填空题 1、绝对压力高于大气压力时，绝对压力=大气压力+表压力；绝对压力低于 大气压力时

8、，绝对压力=大气压力真空度。 2、热量与膨胀功都是过程量，热量通过温度差而传递热能，膨胀功通过体 积差传递机械能。 3、可逆过程=准静态过程+无耗散效应。 4、外界对系统输入功80kJ，同时系统向外界放热20kJ，则系统热力学能的变化量为-60kJ。 5、理想气体的热力学能和焓只是温度的函数。 判断题 1、容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会变。（×） 2、因为自发过程都有方向性，所以自发过程的反方向过程一定不可进行。（×） T?s图上表示，所以也不能计算过程的熵变量。3、因为不可逆过程不能再（×） 4、流动功是系统维持流动所花费的代价，所以流动功一定是

9、负值。（×） 5、热力系统放热后，系统的熵一定减少。（×） 6、闭口系经历可逆与不可逆两个过程，从同一点出发，达到相同的终点，这两个过程的熵变相等。（） 7、气体膨胀时必须对其加热。（×） 精选范本. 8、实际气体绝热自由膨胀后，其热力学能不变。（） 9、稳定流动系统进出口工质的状态相同。（×） 10、任何可逆循环的热效率都相等。（×） 分析、简答题 理想气体分别经历三1kg1.如右图所示，等温过c-bc-a等压过程，个可逆过程，图上T-s任意可逆过程。在程，以及b-a表示出h?h ba理想气体的焓只是温度的函数，温答： 相度相同，焓就同。 T

10、?Th?h，可以得到 。 bcbc到以得相等，可温度下的焓的变化与于 由等压过程的热量相同 missed. amncaqhh从而可以得到，面积? 。caac，该过程750KJ300K2.闭口系中工质在某一热力过程中从热源（）吸取热量K/5KJ ，分析此过程是否可行，如果可行是否可逆。中工质的熵变为根据闭口系熵变方程：答：s?s?s? gf 精选范本. ?750q/KJK?.s?25K?/s?5KJ ，?f300Trs?s?s?5?2.5?2.5KJ/K?0可以得到， fg因此，此过程可行，但不可逆。 3.试推导理想气体比定压热容与比定容热容的差为气体常数，即c?c?R gvp答：理想气体的cc

11、?du/dTdT/?dhcc。 ，和都只是温度的函数，vvpp?pvdduu?dh?duc?c? vpdTdTpv?RT g?du?RdTug?R?c?c gpvdT4.工程热力学中，定压、定温、可逆绝热和定容是四种典型的热力过程，其多变指数的值分别是多少？ 答：定压过程：n=0；定温过程：n=1；定熵过程：n=k；定容过程：n=。 计算题 1.如右图所示的气缸，其内充以空气。气缸截面积A?100cm2，活塞距底面高度H?10cm。活塞及其上重物的总重量G?195kgp?771mmHg，当地大气压力0st?27?C。若当气缸内气体与外界环境温度0处于热力平衡时，把活塞重物取去100Kg，活塞将

12、突然上升，最后重新达到热力平衡。假定活塞和气缸壁之间无摩擦，气体可以通过气缸壁和外界充 精选范本. 分换热试求活塞上升的距离和气体的换热量。 missed.?J?97V.?195984.72?.00015?0.001pW?p?V?99V? 1222?kJ?m?U?0u?u 12J.99U?W?97.99?0?97Q 根据热力学第一定律 使用期间煤气表的表压力是、煤气表上读得煤气的消耗量是2,70 ）相当于消耗了多1O，温度为45mm17，大气压力为750mmHg。求： 30mmO）其他条件不变，煤气表的表压力降低到少标准m3的煤气；2，此同样读数相当于多少标准m3煤气；3）其他条件不变，但温度

13、为37 时相当于消耗了多少标准m3的煤气？ 由于压力较低，故煤气可作理想气体解：VpTppV?m?V?V ， 00010TTRRTp0gg10?Tp15?9.81.273750?133.32?45?65.?V32?mV?70?3 01?0101325p15T.17?27310?Tp1527381?30?9.133750?.32）2?mV.?V?70?65223 02?0pT.27315101325?1720 精选范本. ，经可逆多变膨胀过程=8M=13003，、封闭气缸中气体初态 =400。已知该气体常数，=0.287KJ/(kg·变化到终态K),=0.4 M 。求：气体在该过程中吸

14、收的热量Q气体比热容。=0.716 KJ/(kg·K) 解：根据理想气体状态方程，可得?TR151300?10?273.0.287?31gkg?0.05644m/V3 110?p861?TR15273.4000.287?10?32g?0.48299m/kgV?3 20p.4?1062?ln(8?10/0.4?10ln)p/p66多变指数n?.395?1 21?05644./00.ln48299v/vln12多变过程的热量 missed. 4、将质量为0.5kg 温度为1200的碳钢，放入盛有4kg温度为20水的绝热容器中，直至碳钢与水达到热平衡。求此过程中不可逆传热引起的 熵产。碳钢

15、和水的比热容分别为：=0.47 KJ/(kg·K),=4.187 KJ/(kg·K)。 : 解：热平衡时水和碳钢的温度?tc?t?tt?mmc wwmccmcwmcT?mcTT? wcwccwmmc?mcwccw?15273?.20?.?472731200?.15?4?4187.?.050?309.48K 0.5?0.47?4?4.187 精选范本. ?TcdTmQTT水的熵变：lnc?S?m?mm ?mwwwwTTTTTwww48309.K908KJ/?4.187ln?0.?4? 15?273.20?TcdTmQTT碳钢熵变： lnm?S?c?mm ?mccccTTTTT

16、ccc48309.K/?0.367KJ.?05?0.47?ln? 15.1200?273 : 水和碳钢组成孤立系统，孤立系统的熵变即为熵产 K541KJ/?9080.367?0.?S?S?S?S?0. cgisow 填空题）差而传递热能，温度 过程 ）量，热量（ 、1 热量与膨胀功都是（ ）差传递机械能。体积膨胀功通过（ ；过程） 某蒸汽经历不可逆放热过程后，过程的熵变（ 小于0 2、 ( 的熵产大于0 )。 ）可逆绝热（或定熵） （可逆定温 ）和两个（ 、3 卡诺循环是由两个 过程组成的。 判断题热力系统的边界可以是固定的，也可以是移动的；可以是实际存在 、1 ）的，也可以是假想的。 （ )

17、 开口系不可能是绝热系。 2、(× (×)、3 闭口绝热系的熵不可能减少。，则热力学能的变化 、41热力系从状态经历不可逆过程到状态2 精选范本. =c ×) (-v ) (×5、 热力系统放热后，系统的熵一定减少。图上表示，所以也不能计算过程的熵T-s、 因为不可逆过程不可能在6 ) (×变量。 ）、7 理想气体热力学能仅仅是温度的函数。 （ 8、 ） 实际气体绝热自由膨胀后，其热力学能不变。 （ ×) 9、 (循环的热效率越高，所得到的循环净功也越大。 ) (× 10、任何可逆循环的热效率都相等。 分析、简答题两点在同、

18、cb开始有两个可逆过程：定容过程a-b和定压过程a-c，从点a a-ca-b、哪个大？并在和一条绝热线上，问T-s图上表示过程 。、及 missed 精选范本. ，可逆绝热膨胀到原来的理想气体从初态、 1kmol=500M=340k1、倍。设气体容积的2cc，试确定·33.4 KJ/(kg·K)，K)=25.12 KJ/(kgvp 气体的终态温度，对外所做的功及熵的变化量。c433.33.1解：p?k? 12c25.vk?11.33?1v?135340?.?T24K?T1 ?122v?2Q?U?W 可逆绝热 Q=0 ?5143.57KJ?135340?.24W?U?cT?T

19、?25.12 2v1因为是可逆绝热膨胀过程，是一个定熵过程，所以熵的变化量为0. 填空题 1、 理想气体多变过程中，工质放热压缩升温过程的多变指数是（ 1<n<k ），工质吸热压缩过程n的范围是（ n>k ）。 2、 外界对闭口系统输入功80KJ，同时系统向外界放热20KJ，则系统热力学能的变化量为（ 60KJ ）。 3、 有一卡诺机工作与600读得热源和30的冷源之间，它的热效率为（ 65.28 ）。 判断题 1、因为自发过程都有方向性，所以自发过程的反方向过程一定不可进行。 (×) 2、稳定流动系统与外界交换的功和热量相等，并且不随时间而变。 (×)

20、3、闭口系进行一放热过程，其熵一定减少。 (×) 精选范本. 4、膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量。 (×) 5、流动功是系统维持流动所花费的代价，流动功可以为0. （ ） qcdTpdv?wdu?q?及、6?二式均适用于任何工质、任何过程。 v(×) 分析题、简答题 如右图所示，刚性绝热容器中用隔板分成 1、为真空。B两部分，A中有一定量的理想气体，、T将隔板抽掉，分析容器中气体的状态参数（ ）如何变化，并分析为什么。、v、uh、sp W?UQ? : 答：热力学第一定律，；闭口系统质量不变，故u=0容器刚性绝热，Q=0, W=0,故U=0 u不

21、变。 不变。h理想气体热力系能和焓只与温度有关，故T和根据理想气体状态方程：增大；体积增大质量不变，故v自由膨胀后， p降低。增大，故T，T不变，vpv=根据孤孤立系统，抽掉隔板的过程为不可逆过程，取气体为系统- 只能增大。立系统熵增原理，s 计算题 容器与A刚性绝热，容积为1,如右图所示，容器1、温度为管道用阀门相连，管道内空气的压力位4Mpa。容器初始状态为真空，打开30、比焓为305.3kj/kg 精选范本. 内达阀门为其充气，使压力达到4Mpa时截止，若空气Au=0.72T；求容器 。到平衡后的温度及充入的气体质量m 非稳定开口系统。A为系统-答：取 忽略进出口的动能差及位能差。，Q=

22、0容器刚性绝热，=0;流入系统的能量：hm；系统的能量增加：0 ；流出系统的能量： iiU? ；Umh: 根据能量守恒，可得?0 ii 可得： 整理，mmm?0?umh?m?mu， 故 ， 由于初态为真空；2i1i1i221故uh? 2iK.03424T305.3/0.72代入数据： ? 21?4?10pV6kg充入气体的质量：8732.m? 03.287?TR4242g ，经可逆多变膨胀过程=8M、封闭气缸中气体初态，=13002 。已知该气体常数变化到终态·K),，=0.4 M=400=0.287KJ/(kg =0.716 试确定气体在该过程中吸收的热量及过程功。气体比热容为常数

23、， KJ/(kg·K)。 解：根据理想气体状态方程，可得?TR15287?10?1300?273.0.31gkgm/?0.05644V?3 1108?p61?TR15273?10.4000.287?32g?0.V?48299m/kg3 20.p4?1062?10?.4ln/8?100lnp/p66 多变指数: n395?1.? 21?ln(0.48299/0/lnvv.05644)12 精选范本. missed. 20水温度为3、将质量为0.5kg 温度为1200的碳钢，放入盛有4kg的绝热容器中，直至碳钢与水达到热平衡。求此过程中不可逆传热引起的 碳钢和水的比热容分别为：=0.47

24、 KJ/(kg·。K),=4.187 KJ/(kg·熵产。K) :解：热平衡时水和碳钢的温度 ? ttc?m?mc?tt wwcwcmcmTmcT?mc?T wwcwccmcmc?mwccw?15.?4?4.187?273470.5?0.?201200?273.15K?309.48? 187.?4.05?0.47?4 ?mcdTTQTT?mc?S?lnmm?mww水的熵变： wwTTTTTWWw309.48?4?4.187?ln?0.908KJ/K 20?273.15 碳钢熵变： 水和碳钢组成孤立系统，孤立系统的熵变即为熵产: 填空题 1、 闭口系统经过某一热力过程1a2，

25、吸收量50J的热量，热力学能增加了84J，此过程对外做功（-34J）；如果系统又经另一路径2b1返回，2b1过程中热力学能的变化为（ -84J ）。 精选范本. 2、 工质是实现（ 热能 ）和（ 机械能 ）相互转换的媒介物质。 可逆过程=（3、 准静态过程 + 无耗散效应 ）。 判断题 1、流动功是系统维持流动所花费的代价，所以流动功不能为0。（×） 2、质量保持不变的系统就是闭口系。（×） 3、稳定的系统一定处于平衡状态。（×） 4、等温过程的膨胀功与吸收的热量相等。（×） 5、容器中气体的压力不变，则压力表的读数可能会变。（） 6、因为自发过程都有方

26、向性，所以自发过程的反方向过程一定不可进行。（×） 7、不违反热力学第一定律的过程均可进行。（×） 8、闭口绝热系的熵不可能减少。（） 9、循环的热效率越高，所得到的循环净功也越大。（×） 10、气体膨胀时必须对其加热。（×） 计算、证明题 、20的空气经压气、如右图所示，0.1Mpa1导入换热器中排走部分热量，机绝热压缩后，、20。喷管出口0.1Mpa再进入喷管膨胀到 。，气体流速截面积=300m/sA=0.0324 ，试计算换热器中空气散失的热量。710kw已知压气机的耗功率为 稳定开口系统为系统取解：CV- 精选范本. 系统流量： ?APcpq0.1?10?300?0.032462f2q?11.56kg/s v? m20?T287?273RTRggmissed. 2、0.5kmol