西安交通大学工程热力学考研考点精编(含历年真题解析)

《西安交通大学工程热力学考研考点精编（含真题解析）》⑤流经汽轮机的损失为：*（1-0.84）=218.368（kJ/kg)六、（15分）压力为2MPa，温度为560K的空气进入渐缩喷管射向背压为1.2MPa的空间，喷管出口的截面面积为66cm²，求喷管出口处的压力、出口流速和流量，此时选择渐缩喷管是否合理。空气的【考查重点】第八章，气体和蒸气的流动，渐缩管的特性。【答案解析】假定出口压力为1.2MPa。渐缩过程，没有能量交换，故定熵。可求出口温度为。求得T=485K。由能量方程=388.07m/s。当地声速可根据理想气体状态方程求得，441.4m/s。即出口压力即为1.2MPa。流量的计算：v=0.12m³/kg。ρ=8.6kg/m³。故质量流量为：=22kg/s。合理性分析依据概念即可。七、（15分）一刚性容器的体积为3.2m³，内装压力为0.4MPa的湿蒸汽，湿蒸汽的干度为0.8.容器中的水蒸气被环境大气冷却后温度降低到与环境相等的温度，环境温度为30℃。试确定（1）初态时水蒸气的；（2）刚性容器内湿水蒸气的质量和初态时的热力学能；（3）终态时水蒸气的；饱和水和饱和水蒸气表P:MPat:℃h:kJ/kgv:m³/kgs:kJ/(kg*K)PT0.0042430.00.00100432.9290125.662555.90.43658.45370.4143.60.0010840.46242604.702738.51.77646.8966【考查重点】：第六章，蒸汽的热力性质。【答案解析】：（1）干度已知，则可求由第一问知，水蒸气的密度。故而总质量，水蒸气的质量。热力学能=18702.7kJ在湿蒸汽区，温度，压力对应。即可知。下面只要计算出干度即可。质量守恒定律可知，总质量不变且体积不变，则密度不变，即比容不变。设干度为则。可得。进一步计算可得：八、（20分）压力=2MPa,温度为的空气在两级涡轮机中定熵膨胀后得到低温空气，空气在中间冷却器冷却放热，空气在冷却器出口处压力为，温度在第二级涡轮机出口处压P4=0.14MPa,试求：（1）将空气的热力过程画在P—v及T—s图上（2）第一级和第二级涡轮机出口处空气的温度T2和T4；（3）每级涡轮所做的功；（4）中间冷却器放出的热量;【考查重点】：第十章热力装置及其循环，第三章，理想气体的性质与过程【答案解析】：（1）（2）由于，涡轮机内的过程均为定熵过程，所以满足过程式。对于空气k=1.3.且过程2-3为定压过程。带入计算可得（3）1-2,3-4均为绝热过程，故可求得（4）中间冷却器的放热量=316.2kJ/kg。

考试科目：工程热力学科目编号：805（注：所有答案必须写在专用答题纸上，写在本试题纸上和其他草稿纸上一律无效）一、简答题或简答计算题（共80分）1.准平衡过程与可逆过程有什么异同？实现条件有什么异同？【考查重点】这是第一章状态参数的考点，可逆过程的条件和平衡态的条件每年都会轮换着考查，但每年都只会考查其中一个，都是以填空的形式考查，考查频率非常高，几乎是每年必考内容，考生在准备时一定要弄透，且区分开。【答案解析】平衡态是指在没有外界作用的情况下，系统宏观性质不随时间变化的状态。可逆过程定义：如果系统完成某一热力过程再沿原路径逆向进行时，能使系统和环境都返回原来状态而不留下任何变化的过程就是可逆过程。可逆过程实现的条件是准平衡过程+不可逆耗散为零。系统处于平衡态的条件是力平衡+热平衡2.试用系统的状态参数及其变化表达可逆过程的膨胀功，技术功和吸热量，并将可逆过程的膨胀功和技术工表示在p-V图上，将可逆过程的吸热量表示在T-s图上。【考查重点】这是第一章物理量变化的考点，在以往考试中，此部分考点多以填空题的形式出现，有时会考查状态参数的分类及各类中的内容，此部分为常考点，在考生复习时应牢牢把握。【答案解析】膨胀功的表示为热力系统体积变化所完成的膨胀功或压缩功统称为体积变化功，因为热能和机械能的相互转化总是与工质体积变化有关，所以体积变化功是热变功的源泉，热只有通过体积变化功才能转化为机械能，虽然在后续的热力分析过程中有时候并没有提及体积变化功，但是其中部分机械能最终来源还是体积变化功。体积变化功的微分表示如下：3.试写出闭口系能量方程及稳定流动开口系的能量方程。写出将稳定流动能量方程应用于锅炉和汽轮机时的简化形式。【考查重点】这是第二章热力学第二定律的考点，一般情况下都会以相类似的形式考查热力学第一定律的相关内容。一般都会考查开口系的能量方程及应用于压气机，汽轮机的设备时的简化形式。考生在复习时，一定要分开并准确记忆。【答案解析】稳定流动的能量方程式为：绝热节流：开口系的能量方程式为：稳定流动实现条件：首先进出系统的工质流量相等且不随时间而变；其次系统进出口工质的状态不随时间而变；最终系统与外界交换的功和热量等所有能量不随时间而变。因而稳定流动的能量方程式为：绝热节流：假设工质流动是稳定的，忽略进出口动能和位能变化，又不对外做功，以及工质散热损失，其能量方程如下换热器：假设工质流动是稳定的，忽略进出口动能和位能变化，以及工质散热损失，其能量方程如下4.试分析定容积开口系统内理想气体在压力不变的条件下加热升温时系统内气体的总热力学能的变化情况（按定值比热容考虑）。【考查重点】这是直接考查热力学第一定律的不同形式，属于考查基础知识的题目，只需要把课本当中的基础知识记牢就可以。【答案解析】热力学能的变化零有理想气体状态方程可知：按照题意可简化为：又把上式代入可知热力学能变化为零5.对刚性密闭容器中的汽水混合物加热，是否最终将全部转化为蒸汽，为什么？【考查重点】本题是对蒸发温度与蒸发压力之间关系的考查，可能会有一些考生对本题感觉无从下手，认真分析，细心寻找突破口。即可解出来。【答案解析】不一定对刚性密闭容器中的汽水混合物加热，不一定最终将全部转化为蒸汽。有可能变为液体或超临界液体，或者蒸汽6.热力学第二定律的实质是什么？试写出其两种数学表达式。【考查重点】这是对热力学第二定律的直接考查，考查了考生对于热力学第二定律知识的掌握程度。属于基础知识的考查，难度很低，属于送分题。只是可能在复习时不太注意热力学第二定律的数学表达式的形式，因此在复习时一定要保证知识的全面性。【答案解析】热力学第二定律实质是热力过程的方向性热力学第二定律的数学表达式：热力学第二定律实质是热力过程的方向性，条件和限度或力学第二定律的实质是热力过程方向性。因为力学第二定律就是对热力过程方向性的描述，因此任何与方向性有关的式子都可以看成热力学第二定律的数学表达式。在这里稍微总结一下，热力学第二定律的数学表达式共有以下几种：7.系统由同一初态分别经可逆和不可逆过程达到同一终态，比较两个过程系统熵变的大小，环境的熵变又如何？【考查重点】【答案解析】系统由同一初态分别经可逆和不可逆过程达到同一终态，两个过程系统熵变的大小相同。环境熵变不同，主要是不可逆因素引起的。8.已知，则可知。请将该式子补充完整。【考查重点】这是对实际状态方程的考查，前几年这部分要求，近几年这部分逐渐不考了，考生只需要理解即可。【答案解析】9.已知气体的温度，压力及临界参数，如何通过压缩因子图确定状态？简述步骤。【考查重点】本题考查的是如何使用压缩因子图，这部分近几年不要求了，【答案解析】首先求对比压力；其次通过压缩因子图求压缩因子；最后通过状态方程求比体积。10.在压焓图上画出并说明，为什么实际蒸汽压缩制冷循环常在冷凝器采用过冷措施。【考查重点】这是对如何条制冷系统性能的考查，属于这部分较高难度的考查，考生在复习时应该相应的进行准备。【答案解析】具体压焓图课本上有，这里就不画了。通过过冷在不改变压缩功的情况下增加制冷量，从而提高制冷系数。11.若t℃的湿空气由干空气和干饱和蒸汽组成，有人说露点温度是否正确？为什么？【考查重点】本题考查的知识点是最后一章中关于湿空气相关性质的知识点。这一部分每年基本上都会涉及一道大题，有时候难度不大，有时候难度很大。特别是有些考生有时候会忽略最后一章，在这种情况下看好最后一章意义重大。【答案解析】不对，此时12.试在p-V和T-s图上画出内燃机理想混合加热循环，燃气轮机装置的布雷顿循环。试假定各点的状态参数均已知，使用各点的状态参数表示循环的吸热量，放热量，热效率。并提出两种提高燃气轮机装置循环热效率的措施，简述理由。【考查重点】这题是直接考查气体动力循环中的混合加热理想循环，此部分知识点每年必考，不是在简答题中就是在计算题中考查，分值都比较大。考生在复习时一点要牢牢记忆。【答案解析】其理想循环的图如下图所示：循环吸热量：循环放热量：循环净功量：循环热效率：从上面几个公式可以看出：布雷顿循环的热效率随着循环增压比（）增大而提高。为了获得最大净功，又存在最佳循环增压比（）。因此在选择燃气轮机增压比时，循环效率和净功量必须同时兼顾。13.绝热节流过程与开口系统中的可逆绝热膨胀各有什么特点，状态参数如何变化？【考查重点】这是对热力过程特点的直接考查，难度太小，近几年这类型的题目逐渐不出现了。【答案解析】可逆绝热膨胀是可逆过程，商不变，压力下降，温度降低，焓减少14.在温度不变的情况下，对湿空气加入一定的干空气，试问湿空气的绝对湿度，相对湿度含湿量如何变化？【考查重点】本题考查的知识点是最后一章中关于湿空气相关性质的知识点。这一部分每年基本上都会涉及一道大题，有时候难度不大，有时候难度很大。特别是有些考生有时候会忽略最后一章，在这种情况下看好最后一章意义重大。【答案解析】湿空气的绝对湿度降低，相对湿度含湿量不变。分压力即各组元在混合物温度下单独占据混合物所占体积时所产生的压力。相对湿度是指湿空气中水蒸汽的分压力，与同一温度，同样总压力的饱和湿空气中水蒸汽分压力的比值，称为相对湿度，以表示。其计算式如下：在分析时一定要看清本题的条件温度保持不变，d表示的是每千克干空气的含湿量，所以d降低。而分压力由其定义可以看出其应该保持不变。最后之与温度有关温度不变，其保持不变。所以其保持不变。15.我们知道卡诺循环的效率高，为什么蒸汽动力循环利用了水蒸汽在两相区等压等温的特点，而不采用卡诺循环？【考查重点】这题是直接考查蒸汽动力循环中的混合加热理想循环，此部分知识点每年必考，不是在简答题中就是在计算题中考查，分值都比较大。考生在复习时一点要牢牢记忆。【答案解析】因为实现蒸汽膨胀做功的难以制造，也难以运行。16.有人想设计一台制冷机，它从温度为283K的低温热源吸取1000kJ的热量，排给温度为300K的环境，只需要消耗100kJ的功，你认为这台制冷机能否实现，为什么？【考查重点】这道题考查的是混合理想气体和热力学能的计算公式，属于最后一章和第二章之间的结合。这种结合方式是最近几年的出题特点，考生在准备考试时一定要注意各章之间的联系，多练各章之间综合的题目。【答案解析】17.将的空气冷却到80℃，求单位质量空气放出的热量中有效能为多少？【考查重点】这题考查的是第五章热力学第二定律中火用部分的知识。对于这一部分知识，很多考生会感觉到无从下手，课本上的讲解也看不懂，只能看懂定义和一些简单的应用。其实这就够了，本身火用这部分考查的内容都是十分简单。只要记住定义和定义的数学式子就够了。【答案解析】52.26kJ/kg火用的定义为：在给定的情况下，一定形式的能量中，理论上最大可能转化为有用功的那部分能量称为火用。而热量火用即系统传递热量在给定环境中，用可逆的方式所能做出的最大的有用功。其应用公式如下：把式中已知代入可得：单位质量空气放出的热量中有效能为52.26kJ/kg18.常温常压下一混合气体由氮气，氧气和二氧化碳组成，其摩尔分数分别为50%，20%和30%。试计算该混合气体的气体常数和摩尔质量。【考查重点】本题是对最后一章理想气体混合物的分压定律和分体积定律等内容的考查，也属于基本内容的考查，主要考查考生对最后一章知识的掌握情况和基本计算能力。有些考生可能会应为本题考查的内容是最后一章的内容，而没认真复习从而白白丢掉这几分。因此为了考高分，一定要全部都看，不要轻易放弃某一点。【答案解析】本题考查的主要是下面几个公式：把题中所给的已知条件代入即可得到答案结果33.6g/mol，247.519.实验室需要压力位6MPa的空气，应采用一级压缩还是两级压缩？若采用两级压缩，最佳中间压力为多少？设大气压力为0.1MPa，大气温度为20℃，。采用中间冷却器将压缩空气冷却到初温，压缩终了空气温度又是多少？设压缩机润滑油的允许温度为不超过180℃。【考查重点】本题涉及的知识点是第七章压气机的中关于多级压缩级间冷却中最佳中间压力的求解。本章知识点大多本题这种方式考查，有时候会和气体动力循环或蒸汽动力循环联合考查大体。因此本章知识也属于常考内容，需要特别注意。【答案解析】采用两级压缩，最佳中间压力为0.7746MPa，压缩终了空气温度为168.5℃。20.如图所示循环p-V图上1-2-3-1称为A循环，循环称为B循环，A，B循环工质均为同种理想气体，试比较两循环的热效率。（提示，可以将两个循环画在T-s图上）【考查重点】本题考查的是各种物理量及其变化如何在相应的图上表达。这种题型在复习时一定要有针对性的进行联系。【答案解析】从品均吸热温度上可以看出循环A的效率低于循环B的。二、计算题（70分）1.（20分）含氮气0.2kg，二氧化碳0.3kg的烟气和0.5kg的空气（烟气与空气同温同压，分别为1000K和1MPa），混合后进入燃气轮机，经绝热膨胀到0.1MPa，燃气轮机相对内效率为0.8.（已知设混合后绝热指数为1.4）。试求：（1）燃气轮机的对外做功量；（2）系统总的熵增；（3）系统做功能力损失。【考查重点】这是考查的燃气动力装置的题目。近几年对蒸汽和空气动力装置的考查力度加大，每年都会涉及几道题目，但是个部分有各部分的特点。蒸汽动力装置一般考提高循环热力性能的题，空气动力装置一般和压气机一起考【答案解析】燃气轮机的理想出口温度：燃气轮机的实际出口温度：燃气轮机的对外做功量；系统总的熵增△S=㏑㏑=0.1717kJ/K系统做功能力损失2.（20分）一渐缩喷管经一可调阀门与一空气罐相连，气罐中的参数恒定为，喷关外大气压为100kPa，温度喷管出口截面积为68。空气的，。试求：（1）阀门全部开启时，求流经喷管的空气流量是多少？（2）关小阀门，使得空气经过阀门后压力将为150kPa，求流经喷管的空气流量是多少？以及因节流引起的做功能力