工程热力学期末考试题及答案

工程热力学期末考试题及答案一、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.理想气体在闭口系统中经历一可逆定温膨胀过程，其技术功与膨胀功的关系为（）A.技术功等于膨胀功B.技术功大于膨胀功C.技术功小于膨胀功D.技术功为零答案：A2.某闭口系统完成一个循环后，系统与外界交换的净热量为−50kJ，则该系统对外做的净功为（）A.−50kJB.0kJC.50kJD.无法确定答案：C3.对于水蒸气，在hs图上，等压线随熵增大而（）A.水平B.垂直C.斜率增大D.斜率减小答案：C4.某制冷循环的制冷系数COP=4，若输入功率为2kW，则其制冷量为（）A.0.5kWB.2kWC.6kWD.8kW答案：D5.理想气体绝热自由膨胀后，温度将（）A.升高B.降低C.不变D.先升后降答案：C6.在朗肯循环中提高初压而保持初温不变，则排汽干度将（）A.升高B.降低C.不变D.先升后降答案：B7.若某热机效率为0.4，热源温度为800K，则冷源温度约为（）A.320KB.400KC.480KD.600K答案：C8.湿空气相对湿度φ=0表示（）A.干空气B.饱和湿空气C.未饱和湿空气D.含湿量为0答案：A9.理想气体在喷管中作等熵流动，若入口马赫数Ma<1，欲使出口马赫数Ma>1，则喷管形状应为（）A.渐缩B.渐扩C.先渐缩后渐扩D.先渐扩后渐缩答案：C10.某气体经历一不可逆绝热过程，其熵变Δs（）A.小于0B.等于0C.大于0D.无法判断答案：C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，错选、漏选均不得分）11.下列措施可提高简单燃气轮机循环热效率的有（）A.提高压气机压比B.提高透平入口温度C.增加回热器D.增加中间冷却答案：ABC12.关于水蒸气定压汽化过程，下列说法正确的有（）A.温度保持不变B.熵不断增大C.焓不断增大D.比体积不断增大答案：ABCD13.下列参数属于湿空气状态参数的有（）A.含湿量dB.相对湿度φC.干球温度tD.露点温度td答案：ABCD14.理想气体在活塞—气缸中完成一可逆循环，若循环由两条等温线与两条绝热线构成，则该循环具有（）A.热效率仅与高低温热源温度有关B.循环净功等于净热量C.循环熵产为零D.循环图形在pv图上呈矩形答案：ABC15.下列关于卡诺循环的叙述正确的有（）A.由两个等温与两个绝热过程构成B.热效率与工质种类无关C.热效率与循环方向无关D.热效率仅与热源温度有关答案：ABD三、填空题（每空2分，共20分）16.理想气体状态方程中，气体常数Rg与通用气体常数R的关系为Rg=________。答案：R/M17.某理想气体cp=1.005kJ/(kg·K)，cv=0.718kJ/(kg·K)，则其绝热指数k=________。答案：1.418.水在100℃、1atm下的汽化潜热约为________kJ/kg。答案：225719.湿空气焓的计算式h=1.005t+d(2501+1.86t)中，2501的单位为________。答案：kJ/kg20.朗肯循环中，若汽轮机排汽压力降低，则循环热效率将________。答案：提高21.理想气体在喷管中作等熵流动，临界压力比βc=________（k=1.4）。答案：0.52822.某制冷机工作于300K与260K两热源之间，其最大可能COP为________。答案：6.523.若某闭口系统熵增为0.3kJ/K，环境温度为300K，则该系统造成的作功能力损失为________kJ。答案：9024.理想气体混合气体中，第i组分质量分数wi与摩尔分数xi的关系为wi=________。答案：xiMi/Σ(xjMj)25.燃气轮机循环中，回热器的作用是________。答案：利用透平排汽加热压气机出口空气，提高循环热效率四、简答题（共25分）26.（6分）封闭系统中理想气体经历一可逆绝热膨胀，温度由T1降至T2，写出其熵变表达式并说明理由。答案：可逆绝热过程熵变Δs=0。因δq=0且可逆，故ds=δq/T=0，积分得Δs=0。27.（6分）简述提高朗肯循环热效率的三种工程措施，并说明其热力学依据。答案：1.提高初温：平均吸热温度升高，由ηt=1−Tc̅/Th̅可知效率提高；2.提高初压：对应饱和温度升高，平均吸热温度升高；3.降低背压：平均放热温度降低，效率提高。28.（6分）在湿空气冷却去湿过程中，为何空气先降温至露点后再进一步冷却才能去湿？答案：当温度高于露点时，空气处于未饱和状态，水蒸气分压低于饱和压力，无液态水析出；只有温度降至露点及以下，水蒸气达到饱和，继续冷却才会凝结出水，实现去湿。29.（7分）写出稳态稳流能量方程，并说明其在热力学分析中的物理意义。答案：方程为Q̇−Ẇ=ṁ[(h2−h1)+(c2²−c1²)/2+g(z2−z1)]。物理意义：系统与外界交换的热量与轴功之差等于工质焓变、动能变化与位能变化之和，体现了能量守恒与转化。五、计算题（共60分）30.（12分）某理想气体（k=1.4，Rg=0.287kJ/(kg·K)）在闭口系统中由p1=0.1MPa、T1=300K可逆绝热压缩至p2=1.0MPa。求：(1)终态温度T2；(2)单位质量压缩功；(3)若过程为不可逆绝热，实际终温比可逆终温高20K，求熵产。答案：(1)T2=T1(p2/p1)^((k−1)/k)=300×10^0.2857=579K(2)w=cv(T1−T2)=0.718(300−579)=−200.4kJ/kg(3)Δs=cpln(T2′/T2)−Rgln(p2/p1)=1.005ln(599/579)−0.287ln10=0.0346−0.661=0.0346kJ/(kg·K)（因压力相同，仅温度项）熵产=0.0346kJ/(kg·K)31.（12分）某蒸汽动力厂采用再热循环，初参数p1=15MPa、t1=600℃，再热压力pRH=3MPa，再热至600℃，背压p2=5kPa。忽略泵功，求：(1)汽轮机出口干度；(2)循环热效率；(3)与无再热循环（同初参数、同背压）比较，热效率绝对提高值。（已知：h1=3582kJ/kg，s1=6.68kJ/(kg·K)；再热后h3=3682kJ/kg，s3=7.52kJ/(kg·K)；p2=5kPa时h′=137.8kJ/kg，h″=2561kJ/kg，s′=0.476kJ/(kg·K)，s″=8.395kJ/(kg·K)）答案：(1)再热后膨胀至5kPa，s4=s3=7.52，x4=(7.52−0.476)/(8.395−0.476)=0.893(2)高压段h2由s2=s1=6.68，p=3MPa，查得h2=3112kJ/kgqin=(h1−h′)+(h3−h2)=(3582−137.8)+(3682−3112)=4014kJ/kgqout=h4−h′，h4=137.8+0.893(2561−137.8)=2303kJ/kgηt=1−qout/qin=1−2303/4014=42.6%(3)无再热：x4′=(6.68−0.476)/7.919=0.782，h4′=137.8+0.782×2423=2032kJ/kgqout′=2032−137.8=1894kJ/kg，qin′=3582−137.8=3444kJ/kgηt′=1−1894/3444=45.0%绝对提高值=42.6−45.0=−2.4%（本题再热后效率反而下降，系背压过低、再热压力偏高所致，实际工程需优化再热压力）32.（12分）某燃气轮机循环压比π=10，初温T1=300K，最高温度T3=1400K，k=1.4，cp=1.005kJ/(kg·K)。求：(1)理想循环热效率；(2)单位质量净功；(3)若压气机绝热效率ηc=0.86，透平绝热效率ηt=0.88，求实际循环净功与热效率。答案：(1)ηt=1−1/π^((k−1)/k)=1−1/10^0.2857=48.2%(2)wnet=cp[(T3−T4)−(T2−T1)]T2=T1π^((k−1)/k)=300×1.930=579KT4=T3/π^((k−1)/k)=1400/1.930=725Kwnet=1.005[(1400−725)−(579−300)]=1.005(675−279)=398kJ/kg(3)实际T2′=T1+(T2−T1)/ηc=300+279/0.86=624K实际T4′=T3−ηt(T3−T4)=1400−0.88(1400−725)=806K实际wnet=cp[(T3−T4′)−(T2′−T1)]=1.005[(1400−806)−(624−300)]=1.005(594−324)=271kJ/kgqin=cp(T3−T2′)=1.005(1400−624)=780kJ/kgηt′=271/780=34.7%33.（12分）某氨蒸气压缩制冷循环，蒸发温度−20℃，冷凝温度40℃，压缩机入口为干饱和蒸气，冷凝器出口为饱和液。已知：h1=1427kJ/kg，h2=1780kJ/kg（等熵压缩终焓），h3=hv3=390kJ/kg，h4=h3。求：(1)单位质量制冷量；(2)压缩机单位耗功；(3)制冷系数COP；(4)若实际压缩过程熵产0.020kJ/(kg·K)，环境温度300K，求作功能力损失。答案：(1)qL=h1−h4=1427−390=1037kJ/kg(2)wc=h2−h1=1780−1427=353kJ/kg(3)COP=qL/wc=1037/353=2.94(4)损失=T0sg=300×0.020=6kJ/kg34.（12分）某绝热刚性容器被隔板分成A、B两室，A室体积0.5m³，内有空气pA=0.2MPa、TA=350K；B室体积0.3m³，真空。抽去隔板后空气充满整个容器。求：(1)终态温度；(2)熵产；(3)若环境温度300K，求作功能力损失。（空气：Rg=0.287kJ/(kg·K)，cv=0.