工程热力学1期末试题 答案(1)全解

1、 2012工程热力学I考题（A）一、简答题（共30分）1、图1中循环1-2-3-/1和循环l-b-34-l都是不可逆循环。有人判断循环1-2-3-/1的热效率高于循坏1-3-4-1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1200K,低温热源温度为300K,循坏的热效率久。现将循环工质改成理想气体，则循坏的热效率r与原循环热效率比较将发生什么样的变化？为什么？（10分）图13、“水蒸气的朗骨循环中乏汽在冷凝器中凝结释放出人量热量，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

2、分）二-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0.002111时，射出水流温度20C,压力1OOkPa,流速1000m/s,己知在200kPa.20C时，v=0.001002m3/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5x8x0.3111的人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/（kgK）o若混凝土板在晚上从23C冷却到18C（室内温度），求此过程的爛产。（10分）压缩比=10,压缩冲程某活塞式内燃机定容加热理想循环（图2循坏1234

3、J）,的起点状态是f】=35C、门=100kPa。加热过程中气体吸热650kJ/kgo假定比热容为定值，且cp=1.004kJ/（kg-K）,k=14,求：（1）循环中各点的温度、压力和循坏热效率；（2）若循环压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的矯产分别为O.lkJ/（kgK）和0.12kJ/（kgK）,求工质经循环后的嫡变；（3）若膨胀过程持续到5（/；5=P1）,画出循环卩$图，并分析循坏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30C和227C。若空气作理想气体，比热容取定值，气体常数心=287J/（kgK）;cp=1005J

4、/（kgK）。试计算（1）压气机的绝热效率；（2）压缩过程的爛变和作功能力损失（/o=2OC）（1（K5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/ho求：（1）水蒸气的流量（kg/s）；（2）以散热器为系统，求过程的爛变、矯流、矯产及损失，坏境人气温度为0C（7+8分）。饱和水和饱和水蒸气表摘录Wc心%/V/)kJkg$”kJkgK)00.00061120.00100022206.154-0.052500.512500.6-0.00029.15440.010.00061

5、170.00100018206.0120.002500.532500.50.00009.154150.00087250.00100008147.04821.022509.712488.70.07639.0236150.00170530.0010009477.91062.962528.072465.10.22488.7794250.00316S70.0010030243.362104.772546.292441.50.36708.5560350.00562630.0010060525.222146.592564.382417.80.50508.3511700.0311780.001022765.

6、0443293.012626.102333.10.95507.75401000.1013250.001043441.6736419.062675.712256.61.30697.35451100.1432430.001051561.2106461.332691.262229.91.41867.2386皿WcWL%f%$)kJ(kgK)*hikg他0.0016.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.97350.00324.11420.001002845.666101.072544.682443.60.35468.575S0.00428.953

7、30.001004134.796121.302553.462432.20.4221847250.00532.87930.001005328.191137.722560.552422.80.47618.38300.0145.798S0.001010314.673191.762583.722392.00.64908.14810.0260.06500.00101727.6497251.432608.902357.50.83207.906S0.05S1.338S0.00102993.2409340.552645.312304.81.09127.592S0.199.6340.00104321.69434

8、17.522675.142257.61.302S7.35890.2120.2400.00106050.8S585504.782706.532201.71.53037.12720.5151.8670.00109250.37486640352748.592108.21.86106.82142012工程热力学I考题（B）一、简答题（共30分）1、图1中循环1-2-3-/1和循环l-b-34-l都是不可逆循环。有人判断循环1-2-3-/1的热效率等于循坏J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1000K,低温热源温度为400K,循坏的热效率现

9、将循坏工质改成含大屋惰性气体的混合气体，则循坏的热效率久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人量热量，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。”请据热力学基本定律出发评估这种观点。（10分）二、计算題（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0.002m时，射出水流温度20C,压力97kPa,流速i000m/s,已知在150kPa、20C时，:=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

10、能供暖的房屋用4x10 x0.3m的人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/（kgK）o若混凝土板在晚上从25C冷却到17C（室内温度），求此过程的爛产。（10分）3、某活塞式内燃机定容加热理想循坏（图2循坏1-2-3-4-1）,压缩比8,压缩冲程的起点状态是6=55C、门=100kPa。加热过程中气体吸热600kJ/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、压力和循坏热效率；（2）若循环压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的矯产分别为O.lkJ/（kgK）和0.12kJ/（kgK）,求工质经循

11、环后的嫡变；（3）若膨胀过程持续到5（力=门），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5.2,初终态温度分别为27C和230C。若空气作理想气体，比热容取定值，气体常数心=287J/(kgK)；cp=1005J/(kg-K)o试计算(1)压气机的绝热效率；(2)压缩过程的爛变和作功能力损失(/o=2OC)(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/ho求：(1)水蒸气的流量(kg/s)；(2

12、)以散热器为系统，求过程的爛变、爛流、矯产及损失，坏境人气温度为5C(7+8分)。饱和水和饱和水蒸气表摘录wc叽V僦叫力叫$00.00061120.00100022206.154-0.052500.512500.6-0.00029.15440.010.00061170.00100018206.0120.002500.532500.50.00009.154150.00087250.00100008147.04821.022509.712488.70.07639.0236150.00170530.0010009477.91062.962528.072465.10.22488.7794250.003

13、16S70.0010030243.362104.772546.292441.50.36708.5560350.00562630.0010060525.222146.592564.382417.80.50508.3511700.0311780.001022765.0443293.012626.102333.10.95507.75401000.1013250.001043441.6736419.062675.712256.61.30697.35451100.1432430.001051561.2106461.332691.262229.91.41867.2386皿Mewf叽心$）kJ（kgK）*h

14、ikg他0.0016.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.97350.00324.11420.001002845.666101.072544.682443.60.35468.575S0.00428.95330.001004134.796121.302553.462432.20.42218.47250.00532.87930.001005328.191137.722560.552422.80.47618.38300.0145.798S0.001010314.673191.762583.722392.00.64908.14810.0260.0

15、6500.00101727.6497251.432608.902357.50.83207.906S0.05S1.338S0.00102993.2409340.552645.312304.81.09127.592S0.199.6340.00104321.6943417.522675.142257.61.302S7.35890.2120.2400.00106050.8S585504.782706.532201.71.53037.12720.5151.8670.00109250.37486640352748.592108.21.86106.82142012工程热力学I考题（A）参考题解一、简答题（共

16、30分）1、图1中循环1-2-3-/1和循环l-b-34-l都是不可逆循环。有人判断循环1-2-3-/1的热效率高于循坏l-b-34-l的热效率，你是否同意他的说法，为p什么？（5分）2|3答题要点：无法判断。因过程3-1和l-b-3均为不可逆,所以无法比较两个循坏各自的屮和。2、有一种热机，以水蒸气为工质，循坏的高温热源温度为1200K,低温热源温度为300K,循环的热效率现将循环工质改成理想气体，则循环的热效率与原循坏热效率比较将发生什么样的变化？为什么？（5分）答题要点：几=久，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、“水蒸气的朗肓循环中乏汽在冷凝

17、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人而且生产困难，无法实现。二、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1OOkPa,流速lOOOnis,己知在200kPa、20C时，v=0.001002m3/kg,

18、假定可近似认为水的比体积不变，求水泵功率。（10分）qvcAlOOOni/sx(0.002m)2解Cl,n=vv4x0.001002nr/kg=；=3.33kg/s能量方程一=0据题意，q=0、人=心、坷=均、=如所以r叫=一守+(/厶冬一卩“)=-(lms)+100kPax0.001002m3/kg-200kPax0.001002m3/kg2x1000=-500.0kJ/kgp=qj片=_3.135kg/sx500.0kJ/kg=1567.2kW2、某太阳能供暖的房屋用5x8x0.3111的犬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/(kgK)o若混凝土

19、板在晚上从23C冷却到18C(室内温度)，求此过程的爛产。(10分)解混凝土板的质量m=pV=2300kg/m3x5mx8mx0.3m=27600kg混凝土板的释热屋Q=mcAT=27600kgx0.65kJ/(kg-K)x(23C-18C)=89700kJ混凝土的爛变S=m型=加型-=melii三1TT7；=27600kgx065kJ/(kgK)xIn(273+18)K=_30563kJ/K(273+23)K环境介质的爛变仑=*9700kJ=308.25kJ/K-Tq(273+18)KS-=ASg=+AS.=30563kJ/K+30&25kJ/K=2.62kJ/KX3、某活塞式内燃机定容加热

20、理想循环（图2循坏1-2-31）,圧缩比=10,压缩冲程的起点状态是6=35C、门=100kPa。加热过程中气体吸热650kJ/kgo假定比热容为定值，且c“=1.004kJ/（kg-K）,k=1.4,求：（1）循坏中各点的温度、压力和循坏热效率；（2）若循坏压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的爛产分别为O.lkJZ（kg-K）和012k巩kgK）,求工质经循坏后的爛变；（3）若膨胀过程持续到5（方=p）画出循坏卩$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Pl287J/(kg-K)x(35+273.15)K川3,=乙亠=0.8844m3/kglOOxlO3P

21、av=.=O.8844mVkg=o()8844w10p2=pt比=必於=0.1MPaX10=2.512MPa=2.512x2际0.08844mg=774.05287J/(kg-K)v3=v2=0.08844m/kg3傀十79.52KP3287J/(kgK)xl679.52K0.08844m/kg=5.450MPa1.005kJ/(kgK)/1.4=p3(、V2K=卩3U=5.45MPaxf0丿kvl工丿110丿Pa=Ps=0.217MPa0.217x10-Pax0.8844nr/kg=66860K287J/(kgK)循环热效率=1_668.60K-308.15K=06021679.52K-77

22、4.05K（2）据爛的特性一一状态参数，循环后恢复原值4$=0。（3）循环图如右，由于循坏吸热量不变，放热量减少,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30C和227C。若空气作理想气体，比热容取定值，气体常数心=287J/（kgK）；cp=1005J/（kg-K）a试计算（1）压气机的绝热效率；（2）压缩过程的爛变和作功能力损失（/o=2OC）（10+5分）。解：（1）据题意，7；=（273+30）K=303K、7；.=（273+227）K=500K、龙=4.2T、=1上=7；（龙广-必=303Kx4.2（14_1V14=456.7KC7；人i1（

23、2）考虑到爛是状态参数，而过程变为零及2厂2,在同一条等压线上，故T500K%,=+A522.=C/,lii=1.005kJ/(kg-K)xhi麻=009lkJ/(kg-K)因过程绝热，Sf=0所以由爛方程得5g=A512,-5f=A5ir=0.091kJ/(kgK)/=7；论=(273+20)Kx0.091kJ/(kgK)=26.66kJ/kg5、利用水蒸气取暖，进入散热器的湿饱和水蒸气温度为10CTC,兀=085,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/ho求：（1）水蒸气的流量（kg/s）;（2）以散热器为系统，求过程的爛变、烧流、炳产及损

24、失，环境人气温度为0C（7+8分）。饱和水和饱和水蒸气表摘录wc叽g入丹眄$1)kJ也旳$00.00061120.00100022206.154-0.052500.512500.6-0.00029.15440.010.00061170.00100018206.0120.002500.532500.50.00009.154150.00087250.00100008147.04821.022509.712488.70.07639.0236150.00170530.0010009477.91062.962528.072465.10.22488.7794250.00316S70.0010030243.

25、362104.772546.292441.50.36708.5560350.00562630.0010060525.222146.592564.382417.80.505083511700.0311780.001022765.0443293.012626.102333.10.95507.75401000.1013250.001043441.6736419.062675.712256.61.30697.35451100.1432430.001051561.2106461.332691.262229.91.41867.2386皿WcW什f%几如$)kJ(kgK)kJikg他0.0016.94910

26、.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.97350.00324.11420.001002845.666101.072544.682443.60.35468.575S0.00428.95330.001004134.796121.302553.462432.20.42218.47250.00532.87930.001005328.191137.722560.552422.80.47618.38300.0145.798S0.001010314.673191.762583.722392.00.64908.14810.0260.06500.00101727.64

27、97251.432608.902357.50.83207.906S0.05S1.338S0.00102993.2409340.552645.312304.81.09127.59280.199.6340.00104321.6943417.522675.142257.61.30287.35890.2120.2400.00106050.8S585504.782706.532201.71.53037.12720.5151.8670.00109250.37486640352748.592108.21.86106.8214解：（1）=IV+禺(护一川)=419.06kJ/kg+0.85x(2675.71-

28、419.06)kJ/kg=2337.2kJ/kg心=n=41906kJ/kg72000kJ/h(2337.2-419.06)kJ/kg=37.5kg/h=0.0104kg/s(2)s2=5*=13069kJ/(kgK)=5，+X1(5，5，)=1.3069kJ/(kgK)+0.85x(7.3545一1.3069)kJ/(kgK)=6.4474kJ/(kgK)715=5.-5；=1.3069kJ/(kgK)一6.4474kJ/(kgK)=-5.1405kJ/(kgK)%Tr72000kJ/h3600s,hx(20+273)K=-0.068kJ/(Ks)=00104kg/sx(51405)kJ/(

29、kgK)(0068)kJ/(Ks)=00145kJ/(Ks)Z=7；S=273Kx0.0145kJ/(Ks)=396kW 2012工程热力学I考题（B）一、简答题（共30分）1、图1中循环1-2-3-a-l和循环1-M-4-1都是不可逆循环。有人判断循环1-2-3-a-l的热效率等于循坏1G-34J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-/1和l-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-/1的屮和循环1-/?-3-4-1t/zo2、有一种热机，以空气为工质，循环的高温热源温度为1000K,低温热源温度为400K,循环的热效率乙

30、。现将循坏工质改成含人量惰性气体的混合气体，则循坏的热效率几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：久，据卡诺定理相同高温热源和低温热源间町逆循坏热效率相同，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人量热量，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。”请据热力学基本定律出发评估这种观点。（10分）答题要点：乏汽在冷凝器中放热数量虽然巨人，但其含的可用能比例很低，减少乏汽在冷凝器中放热屋虽在一定程度上可以提高循坏的经济性，但从热力学第二定律观点看作为主攻方向有很大的局限性。二、计算题（共70分）1、一种切割工具利用

31、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0.002m时，射出水流温度20C,压力97kPa,流速lOOOnVs,已知在150kPa、20C时，v=0.001001811?/kg,假定可近似认为水的比体积不变，求水泵功率。（10分）解q能量方程2+g$-wz=0据题思，q=0、乙=Zp勺=t=、片q冬，以Wj=w-叫=一+(p2v2-p1v1)=_(1000ms)*9?kpa%o.ooiooi/kg-150kPax0.0010018m3/kg2x1000=-499.9kJ/kgP=qm巴=-3.130kg/sx499.9kJ/kg=-1564.8kW2、某太阳

32、能供暖的房屋用4xl0 x0.3m的人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/(kgK)o若混凝土板在晚上从25C冷却到17C(室内温度)，求此过程的爛产。(10分)解混凝土板的质量m=pV=2300kg/m3x4mxl0mx0.3m=27600kg混凝土板的释热屋Q=tncAT=27600kgx0.65kJ/(kgK)x(25C-17C)=143520kJ混凝土的爛变S产讷迥四三1Ji7Ji7=27600kgx065kJ/(kgK)xIn(273+17)K=_488J9kj/K(273+25)K坏境介质的爛变143520kJ(273+17)K=494.

33、90kJ/KS岂=+AS.=一48&19kJ/K+494.90kJ/K=6.71kJ/K3、某活塞式内燃机定容加热理想循环(图2循坏1-2-3-4J),压缩比=8,压缩冲程的起点状态是Zi=55C、pi=100kPa。加热过程中气体吸热600kJ/kga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T_-=0.211x103x0.9418mg=692()4K287J/(kg-K)压缩过程和膨胀过程均不可逆，两过程的爛产分别为O.lkJ/（kgK）和0.12kJ/（kgK）,求工质经循环后的爛变：（3）若膨胀过程持续

34、到5（必=从），画出循环卩s图，并分析循环热效率提高还是卞降。（10+5+5分）解（1）各点的温度和压力=竺JgK）G+273K=09418m5lOOxlO3Pa=0.9418n?/kg=0ii77m3/kgp2=几上=pxsK=0.1NIPax814=1.838MPa2$_1.838x1(/PaxO.1177m/kg阳Y287J/(kg-K)v3=0.1177in/kg一=753.74K+CpM600kJ/kg1.005kJ/(kgK)/14=1589.56KP3287J/(kgK)xl589.56K0.1177m3/kg=3.876MPaPa=A=p3-十丄l弋丿10丿=3.876MPax

35、8l4=0.211MPa循环热效率=69204K-32815K=0.565/7；-7；1589.56K-753.74K或7=1-厶=1-r=O5658o（2）据矯的特性一一状态参数，循环后恢复原值4s=0。（3）循环厂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。4、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27C和230C。若空气作理想气体，比热容取定值，气体常数心=287J/(kgK)；cp=1005J/(kg-K)a试计算(1)压气机的绝热效率；(2)压缩过程的爛变和作功能力损失(/=20C)(10+5分)。解：(1)据题意，7；=(273+27)K=3

36、00K、人,=(273+230)K=503K、龙=5.2PlJ(2)考虑到嫡是状态参数，而过程1厶爛变为零及2厂2,在同一条等压线上，故,几=Cn1117；/=1.005kJ/(kgK)xln503K480.5.7K=0.046kJ/(kgK)因过程绝热，=0所以由爛方程得=%=%=0046kJ/(kgK)Z=7；5g=(273+20)Kx0.046kJ/(kg-K)=13.48kJ/kg5、利用水蒸气取暖，进入散热器的湿饱和水蒸气温度为10CTC,兀=092,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lOOOOOkJ/ho求：(1)水蒸气的流量(kg/s);(2

37、)以散热器为系统，求过程的爛变、爛流、矯产及损失，环境人气温度为5C(7+8分)。饱和水和饱和水蒸气表摘录wc叽叫入$00.00061120.00100022206.154-0.052500.512500.6-0.00029.15440.010.00061170.00100018206.0120.002500.532500.50.00009.154150.00087250.00100008147.04821.022509.712488.70.07639.0236150.00170530.0010009477.91062.962528.072465.10.22488.7794250.00316S70.0010030243.362104.772546.292441.50.36708.556