工程热力学1期末试题+答案

1、132012工程热力学I考题（A）、简答题（共30分）1、图1中循环1-2-3-a-1和循环1-b-3-4-1都是不可逆循环。有人判断循环 1-2-3-a-1的热效率高于循环1-b-3-4-1的热效率，你是否同意他的说法，为什么？（ 10分）2、有一种热机，以水蒸气为工质，循环的高温热源温度为1200 K，低温热源温度为 300 K，循环的热效率 t。现将 循环工质改成理想气体，则循环的热效率 t'与原循环热效率 比较将发生什么样的变化？为什么？（ 10分）3、“水蒸气的朗肯循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出大量热量，有人提出将汽轮机排出的乏汽直接送回锅炉可提高水蒸气循环的热效率。”请据热

2、力学基本定律出发评估这种观点。（10 分）、计算题（共70分）1、一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为200kPa、温度20C,喷嘴内径为0.002m时，射出水流温度 20C，压力100kPa,流速1000m/s，已知在200kPa、320C时，v = 0.001002m/kg，假定可近似认为水的比体积不变，求水泵功率。（10分）2、某太阳能供暖的房屋用5 X8 X）.3m的大块混凝土板作为蓄热材料，该混凝土的密度为2300kg/m3,比热容0.65kJ/（kg K）。若混凝土板在晚上从23C冷却到18C（室内温度），求此过程的熵产。（10分）3、某活塞式内燃机定容加热理想

3、循环（图 2循环1-2-3-4-1 ）,压缩比£=10，压缩冲程图2的起点状态是h=35C、p1=100kPa。加热过程中气体吸热求：（1）循环中各点的温度、压力和循环热效率;环压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的熵产分别为650kJ/kg。假定比热容为定值， 且 Cp =1.004kJ/（kg K）, k0.1kJ/（kg K）和0.12 kJ/（kg K），-求工质经循环后的熵变；（3）若膨胀过程持续到5 （ P5 = p1）,画出循环T-s图，并分析循环热效率提高还是下降。（10+5+5分）4、空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为4.2，初终态温度分别为 30 C和227 C

4、。若空气作理想气体，比热容取定值，气体常数Rg =287 J/（kg K） ； cp=1005J/（kg K）。试计算（1）压气机的绝热效率；（2）压缩过程的熵变和作功能力损失（t。= 20C） （10+5分）。5、利用水蒸气取暖，进入散热器的湿饱和水蒸气温度为100C, x=0.85，流出时为饱和水，散热器内近似压力不变。若为维持室内温度恒定为20C需供热72000kJ/h。求：（1）水蒸气的流量（kg/s）;（ 2）以散热器为系统，求过程的熵变、熵流、熵产及损失，环境大气温度为0 C（ 7+8分）。饱和水和饱和水蒸气表摘录Me P haVO 3"h/kgbOkJ/kghlkJ/k

5、gy小 kJ/kgsO 2 小 kJ/(kg K)s“屉 2 小 kJ/(kg K)00.00061120.00100022206.154-0.052500.512500.6-0.00029.15440.010.00061170.00100018206.0120.002500.532500.50.00009.154150.00087250.00100008147.04821.022509.712488.70.07639.0236150.00170530.0010009477.91062.962528.072465.10.22488.7794250.00316870.0010030243.362

6、104.772546.292441.50.36708.5560350.00562630.0010060525.222146.592564.382417.80.50508.3511700.0311780.001022765.0443293.012626.102333.10.95507.75401000.1013250.001043441.6736419.062675.712256.61.30697.35451100.1432430.001051561.2106461.332691.262229.91.41867.2386卩 MPa%<V m3/kgVv m3/kgVh hj/kgthLh

7、J kJ/kg?1 丿 kJ/kgsO1 ° 丿 kJ/(kg K)2 J kJ/(kg K)0.0016.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.97350.00324.11420.001002845.666101.072544.682443.60.35468.57580.00428.95330.001004134.796121.302553.462432.20.42218.47250.00532.87930.001005328.191137.722560.552422.80.47618.38300.0145.79880.0010

8、10314.673191.762583.722392.00.64908.14810.0260.06500.00101727.6497251.432608.902357.50.83207.90680.0581.33880.00102993.2409340.552645.312304.81.09127.59280.199.6340.00104321.6943417.522675.142257.61.30287.35890.2120.2400.00106050.88585504.782706.532201.71.53037.12720.5151.8670.00109250.37486640.3527

9、48.592108.21.86106.82142012工程热力学I考题（B）、简答题（共30分）1、图1中循环1-2-3-a-1和循环1-b-3-4-1都是不可逆循环。有人判断循环 1-2-3-a-1的Py /14O图1热效率等于循环 1-b-3-4-1的热效率，你是否同意他的说法，为什么？（ 10分）2、有一种热机，以空气为工质，循环的高温热源温度为1000 K，低温热源温度为 400 K，循环的热效率 t。现将循环 工质改成含大量惰性气体的混合气体， 则循环的热效率 t'与原 循环热效率比较将发生什么样的变化？为什么？（ 10分）3、“水蒸气的朗肯循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出大量

10、热量，有人提出改善蒸汽动力循环经济性的主攻方向是减少乏汽在冷凝器中放热量。”请据热力学基本定律出发评估这种观点。（10分）、计算题（共70分）1、一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为150kPa、温度20C,喷嘴内径为0.002 m时，射出水流温度 20C，压力97kPa,流速1000m/s，已知在150kPa、320C时，v =0.0010018m /kg，假定可近似认为水的比体积不变，求水泵功率。（10分）2、某太阳能供暖的房屋用4 X10 X）.3m的大块混凝土板作为蓄热材料，该混凝土的密度为2300kg/m3,比热容0.65kJ/（kg K）。若混凝土板在晚上从25

11、C冷却到17C（室内温度），求此过程的熵产。（10分）3、某活塞式内燃机定容加热理想循环（图2循环1-2-3-4-1 ）,压缩比 尸8,压缩冲程的图2起点状态是t1=55 C、p1=100kPa。加热过程中气体吸热求：（1）循环中各点的温度、压力和循环热效率;环压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的熵产分别为600kJ/kg。假定比热容为定值， 且 Cp =1.004kJ/（kg K）, k0.1kJ/（kg K）和0.12 kJ/（kg K），-求工质经循环后的熵变；（3）若膨胀过程持续到5 （ P5 = p1）,画出循环T-s图，并分析循环热效率提高还是下降。（10+5+5分）4、空气在轴流

12、压缩机中被绝热压缩，压力比为5.2，初终态温度分别为 27 C和230 C。 若空气作理想气体，比热容取定值 ,气体常数Rg=287J/（kg K） ； cp=1005J/（kg K）。试计 算（1）压气机的绝热效率；（2）压缩过程的熵变和作功能力损失（t。= 20C） （10+5分）。5、利用水蒸气取暖，进入散热器的湿饱和水蒸气温度为100C, x=0.92，流出时为饱和水，散热器内近似压力不变。若为维持室内温度恒定为20C需供热100000kJ/h。求：（1）水蒸气的流量（kg/s）;（ 2）以散热器为系统，求过程的熵变、熵流、熵产及损失，环境大气温度为5 C（ 7+8分）。饱和水和饱和水

13、蒸气表摘录Uc P haVi *V 3v * m /kgh"kJ/kghOkJ/kkJ/kgy kJ/kgs kJ/(kg K)s* kJ/(kg K)00.00061120.00100022206.154-0.052500.512500.6-0.00029.15440.010.00061170.00100018206.0120.002500.532500.50.00009.154150.00087250.00100008147.04821.022509.712488.70.07639.0236150.00170530.0010009477.91062.962528.072465.1

14、0.22488.7794250.00316870.0010030243.362104.772546.292441.50.36708.5560350.00562630.0010060525.222146.592564.382417.80.50508.3511700.0311780.001022765.0443293.012626.102333.10.95507.75401000.1013250.001043441.6736419.062675.712256.61.30697.35451100.1432430.001051561.2106461.332691.262229.91.41867.238

15、6卩 MPa叽VW"S/kgh "Lkg讥YkJ/kg's 'kJ/(kg K)s ' kJ/(kg K)0.0016.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.97350.00324.11420.001002845.666101.072544.682443.60.35468.57580.00428.95330.001004134.796121.302553.462432.20.42218.47250.00532.87930.001005328.191137.722560.552422.80.4761

16、8.38300.0145.79880.001010314.673191.762583.722392.00.64908.14810.0260.06500.00101727.6497251.432608.902357.50.83207.90680.0581.33880.00102993.2409340.552645.312304.81.09127.59280.199.6340.00104321.6943417.522675.142257.61.30287.35890.2120.2400.00106050.88585504.782706.532201.71.53037.12720.5151.8670

17、.00109250.37486640.352748.592108.21.86106.82142012工程热力学I考题（A）参考题解、简答题（共30 分）有人判断循环 1-2-3-a-1的1、图1中循环1-2-3-a-1和循环1-b-3-4-1都是不可逆循环。热效率高于循环1-b-3-4-1的热效率，你是否同意他的说法,为什么？（ 5分）答题要点：无法判断。因过程3-a-1和1-b-3均为不可逆,所以无法比较两个循环各自的qi 和 q2。2、有一种热机，以水蒸气为工质，循环的高温热源温度 为1200 K，低温热源温度为 300 K，循环的热效率t。现将循环工质改成理想气体，则循环的热效率t

18、9;与原循环热效率比较将发生什么样的变化？为什么？ （ 5分）答题要点：t二t，据卡诺定理相同高温热源和低温热源间可逆循环热效率相同，与 采用的工质性质无关。3、“水蒸气的朗肯循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出大量热量，有人提出将汽轮机排出 的乏汽直接送回锅炉可提高水蒸气循环的热效率。”请据热力学基本定律出发评估这种观点。（10 分）答题要点：将汽轮机排出的乏汽直接送回锅炉在热力学理论上没有向冷源放热，只从热源吸热而将其转变为功的热机违反热力学第二定律；从工程上看，乏汽压力远低于锅炉压力而压缩乏汽不仅压缩设备耗功巨大而且生产困难，无法实现。、计算题（共70分）1、一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水

19、流切割材料，供水压力为200kPa、温度20C,喷嘴内径为0.002m时，射出水流温度 20C，压力100kPa,流速1000m/s，已知在200kPa、320C时，v = 0.001002m/kg，假定可近似认为水的比体积不变，求水泵功率。（10分）1 000m/s4 0. 00 1 0(f2m /kg能量方程2据题意，q=0、b=t2、5=u2、Z2= Z|，所以IL 2=_(1000m/s)I00kpa 0.001002m 3/kg-200kPa 0.001002m 3/kgIL 2 1000二-500.0kJ/kgP =qmWs - -3.135kg/s 500.0kJ/kg=-156

20、7.2kW2、某太阳能供暖的房屋用5 X8 X).3m的大块混凝土板作为蓄热材料，该混凝土的密度为2300kg/m3,比热容0.65kJ/(kg K)。若混凝土板在晚上从23C冷却到18C(室内温度)，求此过程的熵产。(10分)解混凝土板的质量m 二：V 二 2300kg/m3 5m 8m 0.3m = 27600kg混凝土板的释热量=27600kg 0.65kJ/(kg K) (23 C -18 C)二 89700kJ混凝土的熵变2 cdTT2=mi T =mmein1 TT1=27600kg 0.65kJ/(kg K) in (273 18)K305.63kJ/K(273 23)K环境介质

21、的熵变S2 3=308.25T0(273 18)K：Sis。二 S , S 2 3 05. 63k J/K 30 8. 25kJ/K 2. 62k J/K3、某活塞式内燃机定容加热理想循环(图 2循环1-2-3-4-1 ),压缩比 尸10，压缩冲程 的起点状态是t1=35 C、p1=100kPa。加热过程中气体吸热650kJ/kg。假定比热容为定值，且Cp=1.004kJ/ ( kg K) , k=1.4，求：(1)循环中各点的温度、压力和循环热效率；(2)若循环压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的熵产分别为0.1kJ/(kg K)和0.12 kJ/(kg K)，求工质经循环后的熵变;(3)若

22、膨胀过程持续到 5 (P5 = p1),环热效率提高还是下降。(10+5+5分)解(1)各点的温度和压力RgTiPi287 J/(kg K) (35 273.15) K100 103 Pa3=0.884 4m /kg图2画出循环T-s图，并分析循V23°884 4 m 脸二 0.088 44 m10/kgP4P2 = p1T2Rg循环热效率vL二口 '：=0.1 MPa 101.4=2.512 MPa空,.512 106 Pa O.088 44 m3/kg ms287 J/(kg K)3v3 = v2 = 0.088 44 m /kgT3 二T2二T2774.05 KCvCp

23、 /K650 kJ/kg=1 679.52 K1.005 kJ/(kg K)/1.4= 287 J/(kg K) 1 679.52 K =5.450 MPa30.088 44 m /kgV3<V4P4V4T4RgV2二 P31 15.45 MPa 丄 14匕丿110丿0.217 106 Pa 0.884 4 m3/kg287 J/(kg K)= 0.217 MPa二 668.60 K668.60 K -308.15 K=1 0.6021 679.52 K -774.05 Kt -1(2)据熵的特性状态参数，循环后恢复原值 s = 0。(3)循环T-s图如右，由于循环吸热量不变，放热量减少

24、，故s45循环热效率提高。4、空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为4.2，初终态温度分别为 30 C和227 C。若空气作理想气体，比热容取定值，气体常数Rg=287J/（kg K） ； cP=1005J/（kg K）。试计算（1）压气机的绝热效率；（2）压缩过程的熵变和作功能力损失（t0 = 20C） （10+5分）。解：（1）据题意，=(273 30)K =303K、T?= (273227)K =500K、理=4.2SCsP2(. _1力Pl丿T2,s -TT2'-T1=T(n 1''X = 30 3K= 1=0.780（2）考虑到熵是状态参数，而过程1-2 s熵

25、变为零及4(.124 1=.4 4 56. T2K<2s-2'在同一条等压线上，故T2'心s?=心S2s + 心sv=Cp In ss1，2s二 1.005kJ/(kg K) In 囂=0.091kJ/(kg K)因过程绝热，sf =0所以由熵方程得Sg =冷2'3 =$2'= 0.091kJ/(kg K)I 二Toq =(273 20) K 0.091 kJ/(kg K) =26.66 kJ/kg5、利用水蒸气取暖，进入散热器的湿饱和水蒸气温度为100C, x=0.85，流出时为饱和水，散热器内近似压力不变。若为维持室内温度恒定为20C需供热72000k

26、J/h。求：（1）水蒸气的流量（kg/s）;（ 2）以散热器为系统，求过程的熵变、熵流、熵产及损失，环境大气温度为0 C（ 7+8分）。饱和水和饱和水蒸气表摘录« CV P MPaIm /kgVL/kgh hkghOkJ/kgY kJ/kgQLkgK)s'° kJ/(kg K)00.00061120.00100022206.154-0.052500.512500.6-0.00029.15440.010.00061170.00100018206.0120.002500.532500.50.00009.154150.00087250.00100008147.04821.

27、022509.712488.70.07639.0236150.00170530.0010009477.91062.962528.072465.10.22488.7794250.00316870.0010030243.362104.772546.292441.50.36708.5560350.00562630.0010060525.222146.592564.382417.80.50508.3511700.0311780.001022765.0443293.012626.102333.10.95507.75401000.1013250.001043441.6736419.062675.71225

28、6.61.30697.35451100.1432430.001051561.2106461.332691.262229.91.41867.2386p )rMPatc£v Im3/kgV m3/kgh hj/kgh 'OkJ/kgy1 J 1 kJ/kgsO o 1 kJ/(kg K)s“2 J kJ/(kg K)0.0016.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.97350.00324.11420.001002845.666101.072544.682443.60.35468.57580.00428.95330.00100

29、4134.796121.302553.462432.20.42218.47250.00532.87930.001005328.191137.722560.552422.80.47618.38300.0145.79880.001010314.673191.762583.722392.00.64908.14810.0260.06500.00101727.6497251.432608.902357.50.83207.90680.0581.33880.00102993.2409340.552645.312304.81.09127.59280.199.6340.00104321.6943417.5226

30、75.142257.61.30287.35890.2120.2400.00106050.88585504.782706.532201.71.53037.12720.5151.8670.00109250.37486640.352748.592108.21.86106.8214解：(1)h 二h' N(h”-h') =419.06kJ/kg0.85 (2675.71 -419.06)kJ/kg =2337.2kJ/kgB =h' =419.06kJ/kgqQ72000kJ/hqm37.5kg/h =0.0104kg/sh1 -h2(2337.2 -419.06)kJ/kg(

31、2)s, =s'=1.3069kJ/(kg K)S = s' Xi (s" s')=1.3069kJ/(kg K) 0.85 3545 -1.3069)kJ/(kg K) =6.4474kJ/(kg K)：s=S2 -q =1.3069kJ/(kg K) -6.4474kJ/(kg K) - -5.1405kJ/(kg K)qQTr72000kJ/h3600s/h (20 273)K一0.068kJ/(K s)Sg =qm s-Sf=0.0104kg/s (-5.1405)kJ/(kg K) -(-0.068)kJ/(K s) =0.0145kJ/(K s)I

32、 =T0Sg =273K 0.0145kJ/(K s) =3.96kW15vv2012工程热力学I考题（B）、简答题（共30分）1、图1中循环1-2-3-a-1和循环1-b-3-4-1都是不可逆循环。有人判断循环 1-2-3-a-1的热效率等于循环1-b-3-4-1的热效率，你是否同意他的说法，为什么？（ 10分）答题要点：无法判断。因过程3-a-1和1-b-3均为不可逆，所以无法比较两个循环各自的Wnet及循环1-2-3-a-1的q1和循环 1-b-3-4-1 q2。2、有一种热机，以空气为工质，循环的高温热源温度为p /14oV图11000 K，低温热源温度为400 K，循环的热效率 t。

33、现将循环工质改成含大量惰性气体的混合气体，则循环的热效率t'与原循环热效率比较将发生什么样的变化？为什么？（ 10分）答题要点：t，据卡诺定理相冋高温热源和低温热源间可逆循环热效率相冋,采用的工质性质无关。3、“水蒸气的朗肯循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出大量热量，有人提出改善蒸汽动力循环经济性的主攻方向是减少乏汽在冷凝器中放热量。观点。（10分）答题要点：乏汽在冷凝器中放热数量虽然巨大，冷凝器中放热量虽在一定程度上可以提高循环的经济性,攻方向有很大的局限性。”请据热力学基本定律出发评估这种但其含的可用能比例很低，减少乏汽在但从热力学第二定律观点看作为主、计算题（共70分）1、一种切割工

34、具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为150kPa、温度20C,喷嘴内径为0.002 m时，射出水流温度 20C，压力97kPa,流速1000m/s，已知在150kPa、320C时，v =0.0010018m /kg，假定可近似认为水的比体积不变，求水泵功率。（10分）qV Cf A 1 0 0 0 m够塔 qm V -（o.。勺纟史）4 0. 0010018m /kg30kg/s能量方程21/2 fq+ hl 十导+ gz _ h2 十<2丿I2Cf 22gz2 -ws= 0据题意，q=0、z2二 z、b=t2、v“v2，所以 s= u2c；2(p2v2 - PlVi)2(10

35、00m/s)2IL 2 10003397kPa 0.0010018m /kg -150kPa 0.0010018m /kg=-499.9kJ/kgP =qmWs - -3.130kg/s 499.9kJ/kg - -1564.8kW2、某太阳能供暖的房屋用4 X10 X).3m的大块混凝土板作为蓄热材料，该混凝土的密度为2300kg/m3，比热容0.65kJ/(kg K)。若混凝土板在晚上从25C冷却到17C(室内温度)，求此过程的熵产。(10分)解混凝土板的质量3m = -V = 2300kg/m 4m 10m 0.3m = 27600kg混凝土板的释热量Q = mcT=27600kg 0.

36、65kJ/(kg K) (25 C-17 C) =143520kJ混凝土的熵变r2 gt2CdT二 mm1 T1 T二 mcln二 27600kg 0.65kJ/(kg K) In(273 17)K(273 25)K-488.19kJ/K环境介质的熵变Q 143520kJT0(273 17)K二 494.90kJ/KSg0s°S1S4 88. 19kJ/K 49 4. 90kJ/K6. 7 1k J/ K3、某活塞式内燃机定容加热理想循环(图2循环1-2-3-4-1 ),压缩比£=8,压缩冲程的起点状态是t1=55 C、p1=100kPa。加热过程中气体吸热600kJ/kg

37、。假定比热容为定值，且Cp=1.004kJ/ (kg K), k=1.4，求：(1)循环中各点的温度、压力和循环热效率；(2)若循环压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的熵产分别为经循环后的熵变；(3)若膨胀过程持续到 5 ( P5 = pi),画出循环T-s图，并分析循环热效率提高还是下降。(10+5+5分)解(1)各点的温度和压力RgT1P10.1kJ/(kg K)和 0.12 kJ/(kg K)，求工质图23= 0.941 8m /kg100 103 Pa30.941 8 m /kg8= 0.117 7 m3/kgp2I 也 =p代瓷=0.1 MPa 汉 81.4 =1.838 MPalV

38、2丿T2 空 J838 1 06 Pa 0.1177m3/kg = 753.74 kRg287 J/(kg K)3v3 = v2 =0.117 7 m /kgqCV'753.74 KCp / -600 kJ/kg1 589.56 K1.005 kJ/(kg K)/1.4287 % K) 1 5896 K =3.876 MPa0.117 7 m3/kg循环热效率P4P4V4T4RgP3V2丄 <3.876 MPa 80.211 MPa0.211 106 Pa 0.941 8 m3/kg287 J/(kg K)T3 I= 692.04 K692.04 K -328.15 K1 589

39、.56 K -753.74 K11或t 二11 二1177 二。565g氐8(2) 据熵的特性状态参数，循环后恢复原值 s = 0。(3) 循环T-s图如右，由于循环吸热量不变，放热量减少，故循环热效率提高。=0.565287 J/(kg K) (55273.15) K4、空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为5.2，初终态温度分别为 27 C和230 C。若空气作理想气体，比热容取定值，气体常数Rg =287 J/（kg K） ； cp=1005 J/（kg K）。试计算（1）压气机的绝热效率；（2）压缩过程的熵变和作功能力损失（t0 = 20C） （10+5分）。解：(1)据题意，=(27

40、3 27)K =300K、Tz(273 230)K =503K、理=5.2P2(. -1力Pl丿=T(兀1'忙=30 0 K 味护'1)4 4 8 0. TK <CsTzs480.5K -300K0.889 503K 300KT2'- T（2）考虑到熵是状态参数，而过程1-2s熵变为零及2s-2'在同一条等压线上，故T2' 心 S2=心 S2s + 心 qs2=Cpln SS1，2s= 1.005kJ/(kg K) l50| = 0.046kJ/(kg K)因过程绝热，sf =0所以由熵方程得Sg = 冷2，-Sf 二$2'= 0.046k

41、J/(kg K)I 二=(273 20) K 0.046 kJ/(kg K) =13.48 kJ/kg5、利用水蒸气取暖，进入散热器的湿饱和水蒸气温度为100C, x=0.92，流出时为饱和水，散热器内近似压力不变。若为维持室内温度恒定为20C需供热100000kJ/h。求：（1）水蒸气的流量（kg/s）;（ 2）以散热器为系统，求过程的熵变、熵流、熵产及损失，环境大气温度为5 C（ 7+8分）。饱和水和饱和水蒸气表摘录« CV P MPaI 3/kVL/kgh hkghOkJ/kgY kJ/kgQLkgK)s'° kJ/(kg K)00.00061120.00100022206.154-0.052500.512500.6-0.00029.15440.010.00061170.00100018206.0120.002500.532500.50.00009.154150.00087250.00100008147.04821.022509.712488.70.07639.0236150.00170530.0010009477.91062.962528.072465.10.22488.7794250.00316870.0010030243.362104.772546.292441.50.36