工程热力学参考

宁波工程学院2011～2012学年第二学期《工程热力学》课程期终考试卷（A）题号

一

二

三

四

五总分

复核人应得分

1510

153030100实得分评卷人成型、机电、制造专业合用，考试时间：120分钟：填空题（每格1分，共15分）号一、学卡诺循环由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程构成。迈耶公式Cp-Cv=Rg合用于理想气体，能否定比热容不限。绝热过程P=常数，k=Cp/Cv，合用于理想气体，定比热容。绝热系是与外界无热量交换的热力系。热力系在不受外界影响的条件下，系统的状态可以一直保持不变，这类状态称为均衡：状态。名qdhvdp的合用条件是：稳固流动。姓6.稳固流动系统能量方程式7.同一理想气体从同一初态分别经过定温压缩，绝热压缩和多变压缩1nk到达同一终压力，耗功最大的为绝热压缩过程，而耗功最小的为定温压缩过程。卡诺机A工作在927℃和T的两个热源间，卡诺机B工作在T和27℃的两个热源间。当此两个热机的热效率相等时，T热源的温度T＝600K。9.以下列图的容器，被一刚性壁分成两部分，环境压力为，压力表B的读数为40kPa，真空计C的读数为30kPa，则容器两部分内气体绝对压力p1，p2。10.活塞式压气机因为存在余隙容积，压缩耗功不变，产肚量减小，随比压增大，容积效：率减小。（填“增添”、“不变”或“减小”）级班二、选择题（每题1分，共10分）1.准静态过程，系统经过的所有状态都凑近于DA、初态B、环境状态C、周边状态D、均衡状态有一机器可从单一热源汲取1000KJ热量，并输出1200KJ功，这台机器DＡ、违反第必定律Ｂ、违反第二定律Ｃ一个都不违反Ｄ两个都违反若已知工质的绝对压力P=，大气压力P=，则测得压差AA、真空度为B、表压力MPaC、真空度D、表压力MPa气体在某一过程中吸入了100kJ的热量，同时内能增添了150kJ，该过程是BA、膨胀过程B、压缩过程C、定容过程5.某理想气体由状态222C1经过不行逆绝热过q程变化到状态2，dT该过程中工dv质熵的变化为：A、s0B、s1TC、s1cvT1Rv6.可逆压缩时压气机的耗功为A22pdvA、?B、dpvC、vdp11pvk=常数kcpcv合用于DA、全部绝热过程B、理想气体绝热过程C、任何气体可逆绝热过程D、理想气体可逆绝热过程贮有空气的绝热刚性密闭容器中，安装有电加热丝，通电后，如取空气为系统，则过程中的能量关系有CA、Q>0

,

U>0,

W>0

B、Q=0

,

U>0,

W<0C、Q>0

,

U>0,

W=0

D、

Q=0

,

U=0,

W=0一个橡皮气球在太阳下被照晒，气球在吸热过程中膨胀，气球内的压力正比于气球的容积。则气球内的气体进行的是BA、定压过程B、多变过程C、定温过程D、定容过程以下措施，不可以提升蒸汽朗肯循环的热效率。CA、提升新汽温度B、提升新汽压力C、提升乏汽压力D、降低乏汽压力三、判断与解析题（每题分，判断正确得分，解析1分，共15分）提升新蒸汽的温度、压力和降低乏汽压力理论上都可以提升郎肯循环热效率。○说明原由：在相同的初压和背压下，提升新蒸汽温度，增添了循环的高温加热段，使循环温差增大，能提升热效率。在相同的初平和背压下，提升初压，也能提升循环的均匀温差，从而提升热效率。在相同的初压和初温下，较低的乏气压力使循环温差增大，循环净功提升，可以明显提升循环热效率。只需气体的比热容是常数,Cp-Cv=Rg。×说明原由：Cp-Cv=Rg从理想气体推导而来，Cp-Cv是温度的函数，与能否为常数没关3.准静态过程必定是可逆过程。×说明原由：可逆过程第一应是准静态过程，同时还要求过程中不存在耗散效应。故准静态过程未必必定是可逆过程。4.稳固状态不必定是均衡状态。○说明原由：只需系统的参数不随时间改变，即以为系统处于稳固状态，而无需考虑参数如何保持不变是如何实现的。均衡状态一定是在没有外界作用下实现参数保持不变。5.容器中气体的压力不变，则压力表的读数绝对不变。×说明原由：因为压力计的测压元件处于其所在环境压力的作用，所以压力计所测得的压力是工质压力的真实压力与环境介质压力之差。所以即便容器中气体压力不变，压力表的读数仍可能随环境介质压力变化而变化。6.水蒸气在等压汽化过程中温度不变。○说明原由：对达到饱和温度的水连续加热，就进入汽化过程，此时饱和压力不变，饱和温度也不变。7.第二永动机违反了热力学第一和第二定律。×说明原由：第二类永动机就是在单一热源下做功的动力机。从单一热源吸热，假如所变换的机械能不超出所汲取的热能，就不违反热力学第必定律。但是热力学第二定律的开尔文说法是:不行能制造出从单一热源吸热，使之所有转变成功，而不留下其余任何变化的热力发动机。8.朗肯循环基础上实现再热可提升循环热效率。○说明原由：在T-S图上，假如因再热而产生的附带部分较基本循环效率高，则可以使循环的总效率提升。余隙容积是必需的但又是有害的，所以我们在设计气机的时候应尽量降低余隙容积。○说明原由：在实质的活塞式压气机中，因为制造公差的存在，余隙是不行防备的。考虑金属资料的热膨胀及安装进、排气阀等部件的需要，余隙是必需的。当余隙容积比和多变指数一准时，增压比越大，容积效率越低。当增压比一准时，余隙容积百分比越大，容积效率越低。余隙容积是有害的。设计压气机的时候，应当尽量降低余隙容积。10.工质经一不行逆循环其熵必定增添。○说明原由：不行逆过程中存在不行逆要素惹起耗散效应，使损失的机械功变换为热能被工质汲取，产生熵增量（熵产）。四、简答题（每题5分，共30分）假如容器中气体的压力没有改变，试请安装在该容器上的压力表的读数会改变吗在绝对压力计算公式PPbPe(PPb)；PPbPv中，当地大气压能否必定(PPb)是环境大气压答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，比如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它跟着各地的纬度、高度和天气条件不一样而有所变化，所以，即便工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。热力学第必定律的能量方程式能否可写成，的形式，为何答：⑴热力学第必定律的基本表达式是：过程热量=工质的热力学能变化+过程功第一个公式中的Pv并不是过程功的正确表达，所以该式是不成立的；⑵热量和功过程功都是过程的函数，并不是状态的函数，对应于状态1和2其实不存在什么q1、q2和w1、w2；对于过程1-2其实不存在过程热量qq2q1和过程功ww2w1，所以第二个公式也是不成立的。Q1Wnet在定容过程和定压过程中，气体的热量可依据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温膨胀过程中能否需对气体加入热量假如加入的话应如何计算答：理想气体在定温过程中热力学能和焓保持不变。当对气体加热作定温膨胀时，加入的热量（从数目上看）所有用于对外作功；气体被定温压缩时，对气体所作的功所有转变成热量向外放出。定温过程对气体应加入热量。下陈述法能否有错误：循环净功Wnet愈大则循环热效率愈高；⑵不行逆循环的热效率必定小于可逆循环的热效率；⑶可逆循环的热效率都相等。答：⑴说法不对。循环热效率的基本定义为：t，循环的热效率除与循环净功有关外，尚与循环吸热量Q1的大小有关；⑵说法不对。依据卡诺定理，不过在“工作于相同温度的高温热源和相同温度的低温热源间”的条件下才能必定不行逆循环的热效率必定小于可逆循环，走开了这一条件结论就不正确；⑶说法也不正确。依据卡诺定理也应当是在“工作于相同温度的高温热源和相同温度的低温Tt1T1与关，与循环的种类没关。假如式中的温度分别采纳各自的放热均匀温度和吸热均匀温度则公式就是正确的，即

t

1

T2T1

，但是这类状况下也不可以说是“所有可逆循环的热效率都相等”

，只好说所有可逆循环的热效率表达方式相同。假如单级活塞式压气机采纳了某种冷却方法可以实现等温压缩，能否还有必需采纳多级压缩为何答:多级压缩的目的之一，是为了使压缩过程尽量凑近于定温压缩，从而减少功耗。目的之二，是减小压缩比，。。。所以，在采纳了某种冷却方法可以实现等温压缩时，还要依据总压缩比和装置状况，确立能否采纳多级压缩。试画出朗肯循环的T-s图，并指明该循环是由哪些过程构成的，以及这些过程都是在什么设备内完成的。它与蒸汽卡诺循环有什么不一样答：1—2：汽轮机中绝热膨胀2—3：冷凝器中定压冷凝3—4：给水泵中绝热压缩4—1：锅炉和过热器中定压加热与卡诺循环的不一样：凝结过程：朗肯循环中乏汽的凝结是完整的，完整液化成水。而卡诺循环中乏汽的凝结不完全，仍有部分蒸汽存在。换热过程：朗肯循环为定压过程，而卡诺循环为定温过程。压缩时工质状态：朗肯循环中为水，而卡诺循环中为水和蒸汽的混杂物。温限：朗肯循环可利用过热蒸汽，而卡诺循环限制于饱和区。五、综合计算题（每题10分，共30分）1．空气初态为p1=、t1=20℃，经过二级活塞式压气机后，压力提升到，假定各级压缩过程的多变指数n=。试求：（1）以耗功最小为前提的各级压比；（2）生产1kg压缩空气理论上耗费的功；（3）各级气缸的出口温度；（4）若采纳单级压缩，压气机耗费的功及出口温度。(Rg=kg·K)答：欲使耗功最小，应使各级压比相等。各级压比应为：12p324.9MPa720.1MPap1依据状态方程式求出初态下的比容nn11.31.31wc,LRgT1(1n1)287J/(kgK)(20273.15)K(71.31)n11.31206.7kJ/kgwc2wc,L2206.7kJ/kg413.4kJ/kg（3）各级气缸的出口温度；n11.31T2T3T1n293.1571.3459.3K186.2C（4）若采纳单级压缩，压气机耗费的功及出口温度。p349p1n1nwcRgT1(nn1530.5kJ/kg

1.31.311)287J/(kgK)(20273.15)K(491.31)1.31n11.31T2Tn293.15491.312．1kg空气，初态P1=,t1=500℃，在气缸中可逆定容放热到P2=，而后可逆绝热压缩到t2=500℃，再经可逆定温过程回到初态。求循环功和汲取的热量。答：查表，Rg=287J/(kg?K)，cv=717J/(kg?K),cp=1004J/(kg?K),κ=T1=T3=500+=状态1：v1RgT1287J/(kgK)773.15K0.222kg/m3p11.0106Pa对于定容放热T2T1p2773.15K0.5MPa386.58Kp11MPa定容过程的过程功w1-2为零，过程热量q12cv(t2t1)717J/(kgK)(386.58K-773.15K)277.18kJ对于绝热压缩过程功w23cv(t3t2)717J/(kgK)(773.15K-386.58K)277.18kJ过程热量2-3=0q循环功ww12w230循环热量qq12q233．在高温环境中有一容器，A侧装有2kg氮气，压力为MPa，温度为67℃；B侧装有8kg氮气，压力为MPa，温度为17℃。A和B的壁面均为透热壁面，它们之间用管道和阀门相连，见附图。现打开阀门，氮气由B流向A。氮气可视为理想气体，已知气体常数Rg,N2=297J/，过程中的均匀定容比热容cv=kJ/(，若压力均衡时容器中气体温度为t2=40℃，试求：⑴均衡时终压力P2；⑵吸热量Q。

N2N22kg8kg67℃MPa17℃答：（1）容器A和B的容积分别为：VAmARgTA12kg297J/(kgK)340K2.885