《工程热力学与传热学》试题及答案

1、工程热力学与传热学一、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（）。5. 干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为：（）。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（）。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

2、决于系统进出口状态，而与（）的过程无关。二. 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；（）&在闭口热力系中，焓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。（）10. 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

3、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，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（）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，则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变；（）15. 不可逆过程的熵变无法计算；（）16. 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（）17. 封闭热力系统发生放热过程，系统的熵必然减少。（）18. 由理想气体组成的封闭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

4、气的状态；（）20. 水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（）三. 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？四计算题（每题10分，计40分）1.2kg空气经过定温膨胀的可逆过程，从初态压力为P=9.807bar,t1=300°C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；

5、（2）对外界所作的膨胀功和交换的热量;（3）热力学能，焓和熵的变化量。设空气的c=1.004kj/（kg）,R=0.287kj/（kgK）,pgK=1.4。2两质量相同，比热容相同（为常数）的物体A,B,初温各为T与T,用它们作高温热AB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T；m（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T及两物体的总熵m变。3.1Kmol的理想气体，从初态p1=0.5MPa,'=340K绝热膨胀到原来体积的2倍。已知气体的C=33.44kj/（molK）,C=25.12kj/（molK），

6、试确定在下述情况下气体p,mv,m的终温，对外所作的功及熵的变化量。（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973K的高温热源吸热2000kJ,并向温度为303K的冷源放热800kJ。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800kJ,是否可能向热源放热2000kJ?此时，至少需耗多少功？工程热力学与传热学期末复习题第8页共12页、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15错错错错对610对对错错错11-15错错对错错1620错错错错错三问答题

7、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。膨胀功，技术功，流动功的联系为：w=

8、w+(pvpv)=w+Ac2+gAz+A(pv)。t2211s2f(2)可逆过程中膨胀功的计算公式：w二J2pdv；技术功的计算公式：w二-J2vdp。t3. 答：(1)开口系统稳定流动的能量方程式为：q=AhHAc2+gAz+w。(2)式中各量2fs含义：q为工质与外界交换的热量，Ah为工质进出口焓的变化，1Ac2为工质宏观动能的2f变化，gAz为工质宏观位能的变化，w系统对外所作轴功。s4.答：(1)饱和湿空气：是由干空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

9、压力p=p=p(T),vvmaxs方法2：保持水蒸气含量p不变，降低湿空气温度T=T(p)。vsv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:v1p=p2=9.807x=1.961bar.21v5RTg1p由理想气体状态方程式得；=0.1677kg/m30.287x103x(273+300)9.807x105v=5v=0.8385m3/kg21定温过程：T二T二573K122)气体对外所作的功及交换的热量VW=Q=pVIn2=9.807x105x(2x0.1677)xln5=529.4kJTT11V11-21-21-2gV12.解：1)取A，B物体及

10、热机为孤立系统，则有：AS=AS+AS+AS=0，isoABE其中：AS：E=0，因此：AS=AS+AS=mef6+meJTm=isoABTTTT1B即：TmeIn-rTT2m+meInm=0,In叶=0rtTTTTTTABAB3)过程中热力学能，焓，熵的变化为：=0,AHAU0=0,AS=mRInV2=0.9238kJ/K或二i，所以TTAB(2)A物体为有限热源，过程中放出热量Q1，B物体为有限冷源，过程中要吸收热量Q2，并且：Q=me(T-T),Q=me(T-T)，1Am2mB热机为可逆热机时，由能量守恒：W=Q-Q=me(T-T)-me(T-T)=me(T+T-2T)。121mmBAB

11、m(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：me(T一T')=me(T'一T)1mmAT+T因此：T'=Bm2C33.443.解：首先计算比热容比：丫二pm=.=1.33C25.12V,m1)对可逆绝热过程：V1终温：T=T()k_i=340K=270K。21V22W=mc(T-T)=nC(T-T)对外所作的功：V12V,m12=1x103molx25.12J/(mol-K)x(340-270)K=1758J熵的变化量：AS二0（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+AU，得AU二0。即终温：T=T=3

12、40K21熵的变化量：TVVVAS=m(cln2+Rln2)=mRln2=nRln2vTgVgVV1111=1x103molx8.314J/(mol-K)xln2=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，f5QQQ2000kJ800kJf=1+2=+=0.585kJ/K<0TTT973K303K12所以此循环能实现，且为不可逆循环。或方法2：利用孤立系统熵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：QQ-2000kJ800kJ=1+2+0+0=+=0.585kJ/K>0TT973K303K12孤立系统的熵是增加的，所以此循环可以实现