华南理工大学《工程热力学》模拟试题及答案

华南理工大学《工程热力学》模拟试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分。每题只有一个正确答案，将正确选项字母填入括号内）1.理想气体在定压过程中吸收热量Q，若其比热容比为k，则对外做功W与Q的比值为（）A.1/k  B.(k−1)/k  C.k/(k−1)  D.1/(k−1)答案：B2.某闭口系统经历一绝热过程，外界对其做功100kJ，则系统内能变化为（）A.−100kJ  B.0  C.100kJ  D.无法确定答案：C3.水蒸气在汽轮机内绝热膨胀，若忽略动能、位能变化，其技术功等于（）A.焓降  B.内能降  C.熵降  D.温度降答案：A4.对于理想气体，下列参数中仅与温度有关的是（）A.焓  B.熵  C.比容  D.压力答案：A5.卡诺热机效率η与高低温热源温度T_H、T_L的关系为（）A.1−T_L/T_H  B.T_L/T_H  C.1−T_H/T_L  D.T_H/(T_H−T_L)答案：A6.湿空气相对湿度φ=50%，若总压不变，温度升高，则φ将（）A.增大  B.减小  C.不变  D.先增后减答案：B7.某蒸汽压缩制冷循环中，蒸发温度降低而冷凝温度不变，则制冷系数COP将（）A.增大  B.减小  C.不变  D.先增后减答案：B8.理想气体绝热节流前后（）A.焓不变，熵增  B.焓增，熵不变  C.焓降，熵增  D.焓不变，熵降答案：A9.若某循环的熵产ΔS_gen=0，则该循环（）A.可逆  B.不可逆  C.不可能实现  D.绝热答案：A10.在Ts图上，理想气体定容过程线比定压过程线（）A.更陡  B.更平缓  C.重合  D.无法比较答案：A二、多项选择题（每题3分，共15分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）11.下列措施可提高朗肯循环热效率的是（）A.提高初压  B.降低背压  C.提高初温  D.增加再热级数  E.提高冷凝器冷却水量答案：ABCD12.理想气体在多变过程中满足pV^n=常数，当n取下列哪些值时，系统对外做功为正且温度降低（）A.n=0  B.n=1  C.n=k  D.1<n<k  E.n>k答案：DE13.关于水蒸气定压加热过程，下列说法正确的是（）A.饱和水变为干饱和蒸汽时温度不变  B.过热阶段熵随温度升高而增大  C.干度x在湿蒸汽区恒大于1  D.汽化潜热随压力升高而减小  E.临界点汽化潜热为零答案：ABDE14.空气流经绝热喷管，若入口速度可忽略，则出口参数变化趋势为（）A.焓降  B.温度降  C.压力降  D.速度升  E.熵增答案：ABCD15.下列关于逆卡诺循环的说法正确的是（）A.可用于制冷也可用于热泵  B.供热COP与制冷COP满足COP_H=COP_R+1  C.性能系数与工质性质无关  D.温跨越大COP越高  E.实际循环COP一定低于逆卡诺COP答案：ABCE三、填空题（每空2分，共20分）16.理想气体状态方程中的气体常数R与通用气体常数R_u的关系为R=________。答案：R_u/M17.某理想气体k=1.4，定压比热容c_p=1.005kJ/(kg·K)，则定容比热容c_v=________kJ/(kg·K)。答案：0.71818.水在150°C时的饱和压力为________MPa（保留三位小数）。答案：0.47619.某闭口系统经历一循环，对外做功200kJ，向低温热源放热300kJ，则从高温热源吸热为________kJ。答案：50020.湿空气干球温度30°C，露点温度20°C，则其含湿量约为________g/kg干空气（标准大气压）。答案：14.721.理想气体绝热指数k=1.4，则其体积膨胀系数β与温度关系为β=________。答案：1/T22.朗肯循环中，若汽轮机相对内效率为0.85，则实际出口干度比理想出口干度________（填“高”或“低”）。答案：高23.蒸汽压缩制冷循环中，若蒸发温度为−10°C，冷凝温度为40°C，则逆卡诺COP_R=________（保留两位小数）。答案：5.0624.理想气体在定温过程中，技术功与膨胀功的比值为________。答案：125.根据吉布斯方程，dh=Tds+________dp。答案：v四、简答题（共25分）26.（6分）封闭气缸内0.5kg空气，初态p_1=0.2MPa、T_1=300K，经可逆绝热压缩至p_2=1.0MPa。求终温T_2及过程功W。已知c_v=0.718kJ/(kg·K)，k=1.4。答案：T_2=T_1(p_2/p_1)^((k−1)/k)=300×(5)^(0.286)=474.2KW=−ΔU=−mc_v(T_2−T_1)=−0.5×0.718×(474.2−300)=−62.6kJ（外界对系统做功62.6kJ）27.（5分）说明在Ts图上如何利用面积表示理想气体任意可逆过程的技术功。答案：技术功w_t=−∫vdp。由吉布斯方程dh=Tds+vdp，可得−vdp=Tds−dh，故w_t=∫(Tds−dh)=∫Tds−(h_2−h_1)。在Ts图上，∫Tds即为过程线与s轴围成的面积，因此技术功等于该面积减去焓差。对于理想气体定温过程，h不变，技术功即等于Ts图下面积。28.（6分）简述提高燃气轮机循环比功的两条措施并说明理由。答案：1.提高涡轮前温度：增大循环温比，提高单位质量工质做功能力；2.采用中间冷却压缩：降低压缩过程耗功，使相同涡轮功下净功增大。29.（8分）某蒸汽动力厂采用一次再热+一次回热，试在Ts图上定性画出循环并说明再热与回热对效率的影响机理。答案：图略。再热使膨胀终态干度提高，减少汽轮机湿汽损失，同时提高平均吸热温度；回热利用抽汽预热给水，减少锅炉内低温吸热段，两者均提高循环平均吸热温度，从而提高热效率。五、计算与分析题（共70分）30.（15分）某理想气体循环由以下可逆过程组成：1→2定温压缩，2→3定压加热，3→4定温膨胀，4→1定压放热。已知T_1=T_2=300K，T_3=T_4=900K，p_1=100kPa，p_2=500kPa，工质为空气，R=0.287kJ/(kg·K)，c_p=1.005kJ/(kg·K)。(1)在pv图与Ts图上画出循环；(2)求循环热效率；(3)与同温限卡诺循环效率比较并解释差异。答案：(1)图略。(2)q_in=c_p(T_3−T_2)+RT_3ln(p_3/p_4)p_3=p_2=500kPa，p_4=p_1=100kPaq_in=1.005×(900−300)+0.287×900×ln5=603+416.4=1019.4kJ/kgq_out=c_p(T_4−T_1)+RT_1ln(p_2/p_1)=603+0.287×300×ln5=603+138.3=741.3kJ/kgη=1−q_out/q_in=1−741.3/1019.4=27.3%(3)卡诺效率η_Carnot=1−300/900=66.7%差异原因：本循环存在定压加热/放热，吸热与放热过程存在温差，不可逆程度大于卡诺循环，故效率低。31.（15分）一台氨蒸气压缩制冷机，蒸发温度−20°C，冷凝温度40°C，压缩机绝热效率0.80，氨质量流量0.1kg/s。查表得：h_1=1427kJ/kg（蒸发器出口饱和蒸汽）h_2s=1740kJ/kg（等熵压缩终了）h_3=390kJ/kg（冷凝器出口饱和液）求：(1)制冷量Q_L；(2)压缩机实际功耗W_c；(3)制冷系数COP；(4)若采用过冷至35°C，h_3′=375kJ/kg，求新COP并说明过冷作用。答案：(1)Q_L=ṁ(h_1−h_4)=0.1×(1427−390)=103.7kW(2)h_2=h_1+(h_2s−h_1)/η_c=1427+(1740−1427)/0.8=1818.3kJ/kgW_c=ṁ(h_2−h_1)=0.1×(1818.3−1427)=39.1kW(3)COP=Q_L/W_c=103.7/39.1=2.65(4)新Q_L′=0.1×(1427−375)=105.2kW，W_c不变COP′=105.2/39.1=2.69过冷使节流后干度降低，单位质量制冷量增大，COP提高。32.（20分）某回热式燃气轮机循环如图，压比π=8，涡轮前温度1200K，环境温度300K，压缩机绝热效率0.85，涡轮绝热效率0.88，回热度σ=0.75，工质取空气，c_p=1.005kJ/(kg·K)，k=1.4。(1)求压缩机出口温度T_2；(2)求涡轮出口温度T_4；(3)求回热器出口空气温度T_5；(4)求循环净功w_net；(5)求循环热效率η。答案：(1)T_2s=T_1π^((k−1)/k)=300×8^0.286=543.4KT_2=T_1+(T_2s−T_1)/η_c=300+(543.4−300)/0.85=586.4K(2)T_4s=T_3/π^((k−1)/k)=1200/8^0.286=662.5KT_4=T_3−η_t(T_3−T_4s)=1200−0.88×(1200−662.5)=727.0K(3)σ=(T_5−T_2)/(T_4−T_2)⇒T_5=T_2+σ(T_4−T_2)=586.4+0.75×(727.0−586.4)=691.9K(4)w_c=c_p(T_2−T_1)=1.005×286.4=287.8kJ/kgw_t=c_p(T_3−T_4)=1.005×473.0=475.4kJ/kgw_net=w_t−w_c=187.6kJ/kg(5)q_in=c_p(T_3−T_5)=1.005×(1200−691.9)=510.6kJ/kgη=w_net/q_in=187.6/510.6=36.7%33.（20分）某火力发电厂采用再热回热朗肯循环，初参数16MPa、600°C，再热至600°C，背压8kPa，共两级抽汽回热，加热器均为混合式，抽汽压力4MPa、0.4MPa。汽轮机相对内效率0.88。查水蒸气表得：状态1（16MPa、600°C）：h_1=3578kJ/kg，s_1=6.639kJ/(kg·K)状态b（4MPa、s=s_1）：h_b=3156kJ/kg状态2s（8kPa、s=s_1）：h_2s=2080kJ/kg，x_2s=0.804状态3（8kPa饱和液）：h_3=173.9kJ/kg再热后状态r（0.4MPa、600°C）：h_r=3672kJ/kg，s_r=8.027kJ/(kg·K)状态c（0.4MPa、s=s_r）：h_c=2460kJ/kg状态d（8kPa、s=s_r）：h_d=2580kJ/kg，x_d=0.996忽略泵功，求：(1)汽轮机实际出口干度x_2；(2)各级抽汽系数α_1、α_2；(3)循环热效率η；(4)与同参数无再热无回热循环比较，说明效率变化趋势。答案：(1)高压段实际焓降η_t=(h_1−h_b′)/(h_1−h_b)⇒h_b′=h_1−0.88×(3578−3156)=3207kJ/kg低压段实际出口h_2′=h_r−0.88×(3672−2580)=2711kJ/kgx_2′=(2711−173.9)/(2576.9−173.9)=0.978(2)能量平衡：高压加热器：α_1h_b′+(1−α_1)h_6=h_7 设h_7=1087kJ/kg（4MPa饱和液）h_6=604.7kJ/kg（0.4MPa饱和液）解得α_1=(1087−604.7)/(3207−604.7)=0.185低压加热器：α_2h_c′+(1−α_1−α_2)h_3=(1−α_1)h_6h_c′=2460kJ/kg