中南大学2021年《工程热力学》期末试题及答案

1、PAGE 工程热力学填空（每空2分，总计20分）1、基本热力学状态参数有：（压力）、（温度 ）、（体积）。2、根据系统与外界有无质量交换可将系统分为：（开口系统 ）、（闭口系统 ）。3、热力平衡的充要条件是：（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零 ）。4、理想气体是实际气体在（高温）、（低压）时的抽象。5、热力学第一定律的两种表达式分别是：（Q=U+W）、（Q=H+Wt）。简答题（20分）实现机械能和热能相互转化的工质要求具备哪些性质，什么最适合做工质？理想气体的假设是什么?（5分）答：2分实现机械能和热能相互转化的工质要求具备：膨胀性,热容量,流动性；稳定性，安全性,对环境友善价

2、廉，易大量获取；1分气体最适合做工质；2分理想气体的假设：分子是些弹性的、不具体积的质点，分子间互相没有作用力。图1如图1所示的电加热装置，容器中盛有空气，并设有电阻丝，试问取什么为系统，系统与外界交换的是热量；取什么为系统，系统与外界交换的是电功；取什么为系统，系统与外界没有任何能量交换。（5分）1分答：取容器内的空气为系统，系统与外界交换的是热量；2分取容器内的空气和电热丝为系统，系统与外界交换的是电功；2分取绝热容器和电热丝、电源为系统，系统与外界没有任何能量交换。 如图2所示，在两恒温热源1000K、300K之间工作的热机作出的循环静功为。热机从高温热源吸热量为，向冷源放热为。分别采用

3、卡若定理和克劳修斯积分来分析下面的热机是否能实现? （10分）(1) 若2000kJ, =800kJ, =1200kJ，则该热机能否实现？ (2) 若2000kJ, =500kJ, =1500kJ，则该热机能否实现？ 5分答：方法一、采用卡诺定理图2（1）卡诺热机的效率为： 实际的工作效率为： 所以，即该热机可能实现。5分（2） 实际的工作效率为： 所以，即该热机不可能实现。方法二、采用克劳修斯积分（1） , 符合克劳修斯积分不等式，该热机可能实现。（2）, 违背克劳修斯积分不等式，该热机不可能实现。三、计算题：（60分）气缸中密封有空气，初态为，,，缓慢胀到。（1）过程中持不变；（2）过程中

4、气体先循膨胀到，再维持压力不变，膨胀到。分别求出两过程中气体作出的膨胀功。(10分)解：（1）由气体的膨胀功定义可得，1分1分1分1分1分(2) 根据题意，此时气体的膨胀功可写为，1分1分1分2分2、1kmol 氮气由p1=1MPa，T1=400K 变化到p2=0.4MPa，T2=900K，求：熵变量S。（1）摩尔热容可近似为定值；（2）藉助气体热力表计算。（10分）解：（1）摩尔热容近似为定值1分氮为双原子气体 摩尔熵变量：1分1分1分熵变量：1分（2）热容为变值时1分1分1分2分3、1mol 理想气体，从状态1经定压过程达状态2，再经定容过程达状态3，另一途径为经1-3直接到达3（见图3）

5、，1-3 为直线。已知=0.1MPa，=300K，= 3，= 2，试证明：图3(10分)证明：（1）由热力学第一定律，因 23 为定容过程，W23=0，（a）（b）两式相加得而 2分在p-v 图上，过程线下面积代表过程功，显见W1-3W1-2或所以W1-3W1-21分因此，（2）12 为定压过程，则有 所以，23 为定容过程，则有2分 所以，1分4分4、1.5kmol某种单原子理想气体 ，由, 可逆绝热膨胀到1atm，然后在此状态的温度下定温可逆压缩回到。（按定值摩尔热容分析）（1）画出各过程的图及图；（2）计算整个过程的， 及。（15分）解：2分1分1分从而有1分 1分1分等温过程热量=膨胀功=技术功1分1分2分 1分 kJ1分1分 1分 5、某理想气体经历4个过程，如T-s图（图4）1）将各过程画在p-v图上，并说明作图过程；2）指出过程加热或放热，膨胀或压缩，升温或降温。（15分）解： 因为：1-3：，且