工程热力学试题2006

2006年工程热力学试题（Ａ卷）

一、填空题（共45分）

1．(每空1分，共2分)系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，

那么系统处于

状态。确定简单可压缩系统平衡状态需要且只需要

个

独立状态参数。

3．

（每空1分，共2分）准静态过程是

的过程；可逆

过程是没有

效应的准静态过程。

4．

（每空1分，共３分）一个容器中储有一定量的气体，其绝对压力为250kPa，若大气压

力为0.1MPa，则压力表的读值为

kPa,若容器发生泄漏，压力表的读数降低为

-100kPa，则容器中气体绝对压力为

kPa，此时其压力

（填"高于"或"低于"）

大气压力。

5．

（每空2分，

共４分）

有一充满气体的容器，

容积V4m3，

压力表的读数为p200kPa，

温度为t60℃，若大气压力为100kPa，则容器中气体的质量为

下，则气体的容积为

m3。

200

0

kg；若在标准状态

6．2分）如已知空气的在0~200℃间的平均定压质量比热为cp

（共

0~500℃间的平均定压质量比热为cp

量比热为cp

500

200

500

0

0.933kJ/kgK，

0.973kJ/kgK，则200~500℃间的平均定压质

kJ/kgK。

7．

（每空2分，共4分）一刚性绝热容器，有隔板将它分成A，B两部分，开始时A中盛

有

TA300K,pA0.2MPa,VA0.5m3

的

空

气

；

B

中

盛

有

TB350K,pB0.5MPa,VB0.2m3的空气，则打开隔板后两容器达到平衡时温度为

K，压力为

MPa。

8．

（每空1分，共６分）活塞式压气机由于存在余隙容积，压气机的耗功

，输气

量

，随着压力比的增大，容积效率

（填"增大""不变"或"减小"。

、

）

压气机采用多级压缩中间冷却的重要优点是：1）

（

和（2）

；如果采用３级压缩，初始压力为p1100kPa，最

kPa。

终压力p42.7MPa那么最佳级间压力为

9．

（每空2分，共４分）有一汽轮机工作于400℃及环境温度30℃之间，则该热机可能达到

的最高热效率为

；若热机的热效率为40%，则该热机是

（填可逆或

不可逆）热机。

10．

（每空1分，

共５分）

水蒸气的定压发生过程由

，

和

三个阶段组成。当水在一定压力下由饱和液体变为干饱和水蒸气是所吸收的

热量被称作

，在此阶段水吸收热量，但其

保持不变。

11．

（每空1分，共６分）湿空气中的水蒸气常处于

和

状态。

湿空气的加热过程中，温度升高，含湿量

，相对湿度

。湿空气的冷却过

程中，只要冷源的温度高于湿空气的

温度，则冷却过程中不会产生凝结水，含湿

量

。

12．

（每空0.5分，共2分）绝热节流是一个典型的

过程，节流后工质的压

力

，熵

，但是

不变。

13．每空1分，共４分）蒸气压缩式制冷循环随冷凝压力的降低，其理论耗功

（

量

，单位质量制冷剂的制冷量

，因此制冷系数

；

随蒸发压力降低，制冷系数

（填"增大""不变"或"减小"。

、

）

二、判断正误题（每题1分，共10分）

（1）理想气体比热容是温度的函数，但cpcvR却不随温度变化。

（

）

(2)对气体加热其温度一定升高。

（

）

（3）熵增大的过程必为不可逆过程。

（）

（4）把热量全部变为功是不可能的。

（）

（5）系统工质经历一个可逆定温过程，由于温度没有变化，故该系统工质不能与外界交换

热量。

（）

（6）若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的△S必大于可

逆途径的△S。

（）

(7)能量方程qcVdTpdv适用于理想气体、闭口系统的可逆过程。

（

）

(8)柴油机可以采用较高的压缩比，所以其热效率比汽油机高。）

（

(9)未饱和湿空气的露点温度低于湿球温度，湿球温度低于干球温度。）

（

（10）工质经历一个循环回复到原始状态后，整个循环中从外界得到的净热量大于对外作的

净功。）

（

三、简答题（27分）

1．6分）画出蒸汽动力朗肯循环系统的设备流程图，并在T-s图上画出朗肯循环的热力过

（

程，写出热效率的表达式，并分析可以采取哪些措施提高其热效率。

2．3分）什么是定熵绝热滞止？对于理想气体，滞止温度与滞止压力间的关系如何？

（

3．5分）写出稳态稳定流动系统的能量方程式，并说说每一项的含义。如果是理想气体的

（

稳态稳定流动的可逆过程，则方程可进一步表示成什么形式？

4．8分）在p-v图和T-s图上画出空气n=1.5放热过程1-2和n=1.3的压缩过程，并确定过

（

程

1-2

和

1-3

中

功

和

热

量

的

正

负

号

。

5．5分）将下面T-s图中给出的蒸气压缩式制冷循环对应地表示到lgph图上，并写出

（

制冷系数的表达式。

四、计算题（共18分）

1.（共9分)汽轮机入口水蒸气压力p12MPa,t1350℃，水蒸气在汽轮机中可逆绝热

膨胀到压力p25kPa后排入冷凝器，问膨胀终了的蒸汽处于什么状态？终状态时蒸汽的

h,s等参数值，并求1kg蒸汽在汽轮机中作出的功量为多少kJ？

(附：p2MPa时，ts212.37℃

p2MPa

h/kJ/kg

t300℃

t400℃

3024.0

3248.1

s/kJ/(kg*K)

6.7679

7.1285

p25kPa时h137.77kJ/kg,

h2561.2kJ/kg

s8.3952kJ/kgK）

s0.4763kJ/kgK,

2．（共9分）一空气喷管，其进口压力为2.0MPa,温度为350℃，要求流量为5kg/s，背压

为0.6MPa，问应选择什么形状的喷管？求喷管出口截面空气的流速及出口截面积。若为渐

缩渐扩喷管，则还须求出喉部截面的尺寸和流速。

工程热力学试题

（本试题的答案必须全部写在答题纸上，写在试题及草稿纸上无效）

一、是非题（每题2分，共20分；正确的打，错误的打×。

）

1、系统从同一始态出发，分别经历可逆过程和不可逆过程到达同一终态，则两个过程该系

统的熵变相同。）

（

2、循环功越大，热效率越高。）

（

3、对于由单相物质组成的系统而言，均匀必平衡，平衡必均匀。）

（

4、系统经历不可逆过程后，熵一定增大。）

（

5、湿空气相对湿度越高，含湿量越大。）

（

6、理想气体绝热节流前后温度不变。）

（

7、系统吸热，熵一定增大；系统放热，熵一定减小。）

（

8、对于具有活塞的封闭系统，气体膨胀时一定对外做功。）

（

9、可逆过程必是准静态过程，准静态过程不一定是可逆过程。）

（

10、对于实际气体，由焓和温度可以确定其状态。）

（

二、填空题（每题5分，共50分）

1、某气体的分子量为44，则该气体的气体常数为

。

2、某甲烷与氮的混合气，两组分的体积百分含量分别为70％和

30％，则该混气的平均分子量为

。

3、300k对应的华氏温度为

。

4、卡诺循环热机，从200℃热源吸热，向30℃冷源放热，若吸热率是10kw，则输出功率

为

。

5、自动升降机每分钟把50kg的砖块升高12m，则升降机的功率为

。

6、1.6MPa、30℃的氦气经节流阀后压力降至100kpa，若节流前后速度相等，则节流前管径

与节流后管径的比值为

。

7、某双原子理想气体的定压比热为14.32kJ/(kg.K)，则其定容比热可近似认为等

于

。

8、容积2m3的空气由0.2MPa、40℃被可逆压缩到1MPa、0.6m3，则该过程的多变指数

为

。

9、空气可逆绝热地流经某收缩喷管，若进口压力为2MPa，出口压力为0.5MPa，则喷管出

口截面马赫数为

。

10、某空调的输入功率为1.5kw，需向环境介质输出热量5.1kw，则空调的制冷系数

为

。

三、计算题（每题20分，共80分，要求写出详细的解答步骤）

1、某刚性容器V＝0.028m3，原装有p1=0.1MPa、t1＝21℃的空气，现将其连接到稳定气源

管道上充气，气源气体参数

p=0.7MPa、

t＝21℃、h＝295kJ/kg。当容器中气体压力达到0.2MPa时阀门关闭。求充气前容器内气体

质量和充气后容器中气体可能达到的最高温度。

（设气体遵循pV=mRgT、u=0.72T）

2、100kg温度为0℃的冰，在20℃的环境中融化为水后升温至20℃，已知冰的融解热为

335kJ/kg，水的比热容Cw＝4.187kJ/(kg.K)。求：

（1）冰融化为20℃水的熵变；

（2）包括相关环境在内的孤立系的熵变。

3、压力为0.425MPa，质量3kg的某种理想气体按可逆多变过程膨胀到原有体积的三倍，压

力和温度分别下降到0.1MPa和27℃。膨胀过程中做功339.75kJ，吸热70.50kJ，求该气体

的定压比热Cp和定容比热Cv。

4、某两级空气压缩机的进气参数为100kPa、300K，每级压比为5，绝热效率为0.82，从级

间冷凝器排出的气体温度为330K。若空气的比热容可取定值，求每级压气机的排气温度和

生产1kg压缩空气消耗的功。

工程热力学试题

一、从供选择的答案中，选出一个正确答案，将其编号填入

内。（每题1分，共10

分）

1.开口系统是指

的热力系统。

A）具有活动边界；

B）与外界有功量交换；

C）与外界有热量交换；

D）与外界有物质交换

2.系统中工质的真实压力是指

。

A）Pg；

B）Pb；

C）Pv；

D）Pb＋Pg或Pb－Pv；

3.在p—v图上，

所包围的面积代表单位质量的工质完成一个循环时与外界交换的净

功量。

A）任意循环；

B）可逆循环；C）正向循环；D）逆向循环

4.

的焓是温度的单值函数。

A）水蒸汽；

B）所有气体；C）理想气体；D）湿空气

5.公式q＝u＋w适用于闭口系中

。

A）理想气体的可逆过程；

B）实际气体的任意过程；

C）任何工质的任意过程；

D）任何工质的可逆过程

6.热熵流的计算式适用于

。

A）理想气体任意过程；

B）理想气体可逆过程；

C）任何工质任意过程；

D）任何工质可逆过程

7.在两恒温热库之间工作的可逆热机，热效率高低取决于

。

A）热力循环包围的面积大小；

B）高温热库温度；

C）低温热库温度；

D）高温热库及低温热库温度

8.工质完成一个不可逆循环后，其熵变化

。

A）增加；

B）减少；

C）为零；

D）可能增加、减少或为零

9.在相同的温度变化区间内，理想气体经历一个定容过程时，其热力学能变化量比经

历一个定压过程时

。

A）大；

B）大小相等；

C）小；

10.空气流在定熵滞止后，其温度

。

A）降低；

B）不变化；

C）升高；

D）大或小不确定

D）可能升高或保持不变

二、简答题（每题5分，共40分）

1.闭口系内的工质完成一个热力循环，循环包括以下四个过程：1—2、2—3、3—4、

4—1。求下表中未知的项。

过

1—2

2—3

3—4

程

Q（kJ）

41.9

－104.75

251.4

W（kJ）

147.105

U（kJ）

41.9

4—1

－62.85

－83.36

2.2kg某种气体在25MPa压力下从T1定压加热至T2，气体的初终态分别为V1

＝0.03m3，V2＝0.035m3，加入气体的热量为700kJ，求过程中气体热力学能的变化

量。

3.如图所示，有一理想气体热力循环1—2—3，试在P—v图上画出相应的循环

4.温度为500°C的热库向热机工质放出500kJ的热量，设环境温度为30°C，试问

这部

分热量的火用值为多少？

5.将满足下列要求的多变过程表示在P—v、T—s图上。设：工质为空气，过程中工质

升温且n＝1.3。

6.P*＝2.5MPa，T*＝293K的压缩空气流经一渐缩喷管，喷管出口处背压PB＝1.0

MPa，试求喷管出口截面上空气的流速。（cr＝0.528）。