《工程热力学与传热学》试题及答案

1、共享知识分享快乐工程热力学与传热学、填空题（每题2分，计20分）1 .如果热力系统与外界之间没有任何形式的能量交换，那么这个热力系统一定是（）2 .理想气体的比热容只与（）参数有关。3 .若组成热力系统的各部分之间没有热量传递，热力系统将处于热平衡状态。此时热力系统内部一定不存在（）。4 .若组成热力系统的各部分之间没有相对位移，热力系统将处于力平衡状态°此时热力系统内部一定不存在（）。 f-* j j y - f 、-x- -I r r-r-，-x-r-<* r/6 .湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于（）。7 .再热循环的目的是（）。8 .回热循环的主要目的是（）。

2、9 .热辐射可以不依靠（），在真空中传播。10 .流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与（）的过程无关。2 .判断题（每题1分，计20分）1 .孤立系统的热力状态不能发生变化；（）2 .孤立系统就是绝热闭口系统；（）3 .气体吸热后热力学能一定升高；（）4 .只有加热，才能使气体的温度升高；（）5 .气体被压缩时一定消耗外功；（）6 .封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（）7 .流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关；（）8 .在闭口热力系中，焰h是由热力学能u和推动功pv两部分组成。（）9 .理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。（）1

3、0 .对于确定的理想气体，其定压比热容与定容比热容之比cp/cv的大小与气体的温度无关。（）11 . 一切可逆热机的热效率均相同；（）12 .不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（）13 .如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的嫡变等于可逆过程的焙变；（）14 .如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熠变 大于可逆过程的嫡变；（）15 .不可逆过程的炳变无法计算；（）16 .工质被加热燃一定增大，工质放热燃一定减小；（）17 .封闭热力系统发生放热过程，系统的炳必然减少。（）18 .由理想气体组成的封闭

4、系统吸热后其温度必然增加；（）19 .知道了温度和压力，就可确定水蒸气的状态；（）20 .水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（）3 .问答题（每题5分，计20分）1 .说明什么是准平衡过程？什么是可逆过程？指出准平衡过程和可逆过程的关系。2 .试指出膨胀功，轴功，技术功，流动功的区别和联系，写出可逆过程中膨胀功，技术功的计算 公式。3 .写出开口系统稳定流动能量方程式的表达式，说明式中各量的含义。4 .什么是饱和湿空气？什么是未饱和湿空气？如何将未饱和湿空气转变为饱和湿空 气？4 .计算题（每题1。分，计40分）1.2 kg空气经过定温膨胀的可逆过程，从初态压力为P 1=9.807 bar ,

5、11=300 oC膨胀到终态容积为初态容积的5倍。试计算：（1 ）空气的终态参数；（2）对外界所作的膨胀功和交换 的热量；（3）热力学能，的和量的变化量。设空气的CP=1.004 kJ/ （kg -K） ,R=0.287 kJ/ （kg -K）, K=1.4。2.两质量相同，比热容相同（为常数）的物体 AB,初温各为Ta与Tb,用它们作高温热源和低温热源，使可逆机在其间工作，直至两物体温度相等为止。试求：(1)平衡时的温度Tm ；(2)可逆机的总功量；(3 )如果两物体直接进行热交换至温度相等，求此平衡温度Tm及两物体的总嫌变。3.1 Kmol的理想气体，从初态p=0.5 MPa Ti=340

6、 K绝热膨胀到原来体积的2倍。已知气体的 Cp.m=33.44kJ/ (mol - K) , Cv,m= 25.12 kJ/ (mol K)，试确定在下述情况下气体 的终温，对外所作的功及嫡的变化量。(1 )可逆绝热过程；(2 )气体向真空自由膨胀。4.欲设计一热机，使之能从温度为973 K的高温热源吸热2 000 kJ，并向温度为303 K的冷源放热800 kJ。试确定(1 )此循环能否实现？ ( 2)若把此热机当作制冷机用，从冷源吸 热800 kJ，是否可能向热源放热2 000 kJ ?此时，至少需耗多少功？页眉内容一、填空题1孤立系统2温度3温度差4压力差5过热蒸汽6含湿量7增加蒸汽干度

7、8提高进入锅炉的给水温度9中间介质10工质经历二、判断题1 - 5错错错错对6- 10对对错错错11 - 15错错对错错16- 20错错错错错三问答题1、答：（1 ）准平衡过程：是假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近平衡态的过 程，（2）可逆过程：是指如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路逆行，恢复到原来的状态，外 界也随之回复到原来的状态的过程。（3）准平衡过程和可逆过程的关系： 准平衡过程着眼于系统内的平衡，可逆过程着眼于系统和外界的总平衡。一个准平衡过程不一 定是可逆过程，但一个可逆过程一定是一个准平衡过程。可逆过程是无耗散的准平衡过程。2.答：（1 ）膨胀功：是由于工质体积的变化

8、对外所做的功；技术功：是指工程技术上可以直接利用 的功，包括宏观动能，宏观位能，轴功；流动功：推动工质流动而做的功称为流动功。1膨胀功，技术功，流动功的联系为：w=Wt> （P2V2-PM）=Ws -cP-g.lz ： /. rpv）。22（2）可逆过程中膨胀功的计算公式：皿=1 pdv ；技术功的计算公式：Wt = - ,dp 0（1）开口系统稳7E流动的能量方程式为：q =Ah+Ac f + gAz + Ws。（2）式中各量q为工质与外界交换的热量，h为工质进出口烙的变 化，光2为工质宏观动能的 2fgz为工质宏观位能的变化，Ws系统对外所作轴功。4.答：（1 ）饱和湿空气：是由干空

9、气和干饱和水蒸气组成的空气。（2）不饱和湿空气：是由干空气和过热水蒸气组成的空气。（3 ）将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种：方法1 ：湿空气温度T 一定时，增加水蒸气分压力Pv = Pvmax = Ps（T）,方法2：保持水蒸气含量pv不变，降低湿空气温度T-Ts （Pv）。四计算题1 .解：（1 ）取空气为热力系统，对可逆定温过程1-2，由参数间的相互关系得:PA P1=9.807 1 =1.961 bar.V15由理想气体状态方程式得;330.287 10(273300) n l /”商 9.807 汉 1。5=。.1677 kg/m3V2 =5v<| = 0.8385 m

10、 /kg定温过程：T2=573K(2)气体对外所作的功及交换的热量：Wt 二 Qt=PiViI 门导=9.807 1 05 (2 0.1677) In 5 = 529.4 kJ(3 )过程中热力学能，烂，蜡的变化为：.Ui 2 =0, H 1 2 =0A： Si 2 二 m& In 冷=0.9238kJ/K- Vi2.解：(i )取A，B物体及热机为孤立系统，则有:A Sis 0 二乙 Sa*Sb*Se =0，其中： ：SA0，LdT T 小因此：A Sis ° 二Za Sa Za Sb 二 me me0ti T-TbTTTT2即：me In -mcln m =0, In=0

11、 Ta Tb TaTb或亘=1 ,所以Tm =£TaTbTaTb(2) A物体为有限热源，过程中放出热量Qi ,B物体为有限冷源，过程中要吸收热量Q2并且：Qi=mc(TA-Tm), Q2=mc(Tm-TB)，热机为可逆热机时，由能量守恒：W = Qi - Q2- mc(Ti- Tm) - mc(Tm-TB) = itic(Ta Ta - 2Tm)。(3)两物体直接进行能量交换直至温度相等时，可列出能量守恒方程： iime Ti -T m)二 mc(TTa),Ta +Tb因此：Tm= B23.解：首先计算比热容比：Y =Cp_二双4 = 33Cv,m25.i2对可逆绝热过程：Vi终温

12、：T2 二(一八4 = 340K(±)k334 =270K。V22对外所作的 功：W = mcv( r 'T2) = nCv,m( r T2)3=1 10 mol 25.12 J/(moi K) (340 -270) K = 1 758 J嫡的变化量：=S = 0(2)气体向真空自由膨胀，有 W =0，又过程绝热，则 Q = 0，因此由闭口系能量方程 Q = W = U，得 U =0。即终温：TATA340 K炳的变化量：T2V2V2V2.S = m(cv In Rg In ) = mRg In nRin -Ti寸,ViVi-0.585 kJ/K : 0=1 103 mol 8.314 J/(mol K) In 2=5.77kJ/K4.解：(1)方法1:利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行,Q Qi Q 22 000 kJ 800 kJT2 973 K 303 K所以此循环能实现，且为不可逆循环。或方法2：利用孤立系统牖增原理来判断循环是否可行，孤立系统由高温热源，低温热源，热机及功源组 成，因此：»»»»» Qi Q2- 2 000 kJ 800 kJ Siso M Sh Sl Sr ： sw-000.585 kJ/K 0T1 T2973 K 303