工程热力学试卷试题及答案

工程热力学试卷试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项的字母填入括号内）1.对于闭口系统，下列哪一项不是状态参数（）A.温度B.压力C.热量D.比容答案：C2.理想气体在可逆绝热过程中，若比热容为常数，则过程方程为（）A.pv^n=常数，n=1B.pv^k=常数，k=c_p/c_vC.pv=常数D.p/T=常数答案：B3.水蒸气在湿蒸汽区的干度x=0.8，其比焓h可表示为（）A.h=xh″+(1−x)h′B.h=h′+xh″C.h=h″−xh′D.h=(h′+h″)/2答案：A4.卡诺热机效率仅取决于（）A.工质种类B.高温热源与低温热源温度C.循环净功D.循环最高压力答案：B5.空气在喷管中作等熵膨胀，若入口马赫数Ma<1，欲使出口Ma>1，应选用（）A.渐缩喷管B.渐扩喷管C.缩放喷管D.直管答案：C6.对于理想气体，下列关系恒成立的是（）A.(∂u/∂v)_T=0B.(∂h/∂p)_T=0C.(∂s/∂T)_v=c_v/TD.以上都对答案：D7.再热朗肯循环中，再热的主要目的是（）A.提高平均吸热温度B.降低排汽干度C.减少汽轮机耗功D.提高冷凝器真空答案：A8.若某制冷循环的COP为4，则其排向高温热源的热量与输入功之比为（）A.3B.4C.5D.6答案：C9.理想气体绝热自由膨胀后，下列参数一定增加的是（）A.温度B.压力C.比熵D.比容答案：C10.在湿空气焓湿图上，沿等含湿量线冷却至饱和，此时温度称为（）A.干球温度B.湿球温度C.露点温度D.绝热饱和温度答案：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，多选、少选、错选均不得分）11.下列措施可提高简单燃气轮机循环比功的有（）A.提高压气机增压比B.提高透平入口温度C.增加回热D.采用间冷答案：B、D12.水蒸气定压汽化过程中，下列参数不断增加的有（）A.比容B.比焓C.比熵D.温度答案：A、B、C13.理想气体在闭口系统中经历不可逆绝热过程，则（）A.系统熵增加B.环境熵增加C.系统熵不变D.总熵增加答案：A、D14.关于逆卡诺循环，下列说法正确的有（）A.可用于制冷B.可用于供热C.性能系数与工质无关D.性能系数与温差成反比答案：A、B、C15.湿空气下列参数中，与干空气质量无关的有（）A.含湿量B.相对湿度C.露点温度D.湿球温度答案：B、C、D三、填空题（每空2分，共20分）16.理想气体状态方程pv=RgT中，Rg的单位是________，其值与气体________有关。答案：J/(kg·K)，种类17.水在0.1MPa下的饱和温度为99.63°C，此时饱和液焓h′=417.5kJ/kg，饱和汽焓h″=2675.5kJ/kg，则汽化潜热r=________kJ/kg。答案：225818.某理想气体c_p=1.005kJ/(kg·K)，c_v=0.718kJ/(kg·K)，则气体常数Rg=________kJ/(kg·K)。答案：0.28719.卡诺热机高温热源温度为827°C，低温热源温度为27°C，则理论效率为________%。答案：72.720.空气在喷管中等熵流动，若入口参数p1=0.5MPa、T1=800K，出口压力p2=0.2MPa，则出口温度T2=________K。（k=1.4）答案：62621.某蒸汽动力厂采用一级抽汽回热，抽汽份额α=0.2，回热器为混合式，忽略泵功，则进入冷凝器的蒸汽份额为________。答案：0.822.理想气体可逆绝热压缩，若压缩比为8，k=1.4，则出口与入口压力比为________。答案：18.3823.湿空气干球温度30°C，相对湿度50%，查表得饱和水蒸气压力ps=4.247kPa，则水蒸气分压力pv=________kPa。答案：2.12324.某制冷机性能系数COP=3.5，输入功率2kW，则制冷量为________kW。答案：725.单位质量理想气体在定容过程中温度升高100K，若c_v=0.8kJ/(kg·K)，则吸热量为________kJ/kg。答案：80四、简答题（共25分）26.（6分）封闭系统经历一不可逆过程，系统对外放热400kJ，外界对系统做功200kJ，系统内能变化ΔU=？并说明符号意义。答案：由能量方程Q=ΔU+W，取系统放热Q=−400kJ，外界对系统做功W=−200kJ，则ΔU=Q−W=−400−(−200)=−200kJ。负号表示系统内能减少200kJ。27.（6分）写出稳态稳流能量方程，并说明各项物理意义。答案：方程为ṁ(h1+V1^2/2+gz1)+Q̇=ṁ(h2+V2^2/2+gz2)+Ẇ_s其中ṁ为质量流量，h为比焓，V^2/2为比动能，gz为比位能，Q̇为热功率，Ẇ_s为轴功率。方程表示流入控制体的能量加热量等于流出能量加轴功。28.（6分）何谓“干度”？湿蒸汽干度x=0与x=1分别代表什么状态？答案：干度x为湿蒸汽中饱和蒸汽质量占总质量的比例。x=0表示饱和液，x=1表示饱和汽。29.（7分）说明燃气轮机循环采用回热后，为何能提高热效率，并用Ts图示意。答案：回热利用透平排气预热压气机出口空气，使平均吸热温度升高、平均放热温度降低，根据η=1−T_L_avg/T_H_avg，热效率提高。Ts图上，回热使吸热线左移，放热线右移，循环包围面积增大。五、计算题（共70分）30.（12分）1kg空气在闭口系统中由p1=0.1MPa、T1=300K经可逆绝热压缩到p2=1.0MPa，k=1.4，Rg=0.287kJ/(kg·K)。求：(1)终态温度T2；(2)压缩功w；(3)技术功w_t。答案：(1)T2=T1(p2/p1)^((k−1)/k)=300×10^(0.2857)=579.2K(2)w=c_v(T1−T2)=0.718(300−579.2)=−200.5kJ/kg（负号表示外界对系统做功）(3)w_t=kw=1.4×(−200.5)=−280.7kJ/kg31.（14分）某蒸汽朗肯循环，新汽参数p1=10MPa、t1=550°C，凝汽器压力p2=5kPa，汽轮机相对内效率η_T=0.85，忽略泵功。查表得：h1=3500kJ/kg，s1=6.755kJ/(kg·K)；p2=5kPa时，s′=0.476kJ/(kg·K)，s″=8.395kJ/(kg·K)，h′=137.8kJ/kg，h″=2561.5kJ/kg。求：(1)理想排汽干度x2s；(2)理想汽轮机比功w_s；(3)实际排汽干度x2；(4)实际汽轮机比功w_a；(5)循环热效率η。答案：(1)s1=s2s=6.755=0.476+x2s(8.395−0.476)⇒x2s=0.804(2)h2s=137.8+0.804(2561.5−137.8)=2086.5kJ/kgw_s=h1−h2s=3500−2086.5=1413.5kJ/kg(3)η_T=(h1−h2a)/(h1−h2s)⇒h2a=h1−η_Tw_s=3500−0.85×1413.5=2298.5kJ/kgx2=(2298.5−137.8)/2423.7=0.893(4)w_a=h1−h2a=1201.5kJ/kg(5)吸热量q1=h1−h′=3500−137.8=3362.2kJ/kgη=w_a/q1=1201.5/3362.2=35.7%32.（12分）某理想气体动力循环由下列过程组成：1→2等熵压缩，2→3定压吸热，3→4等熵膨胀，4→1定压放热。已知T1=300K，T3=1800K，k=1.4。求：(1)循环热效率η；(2)同温限卡诺循环效率η_C，并比较。答案：(1)定压加热循环（布雷顿）η=1−1/r_p^((k−1)/k)，需先求r_p：T2/T1=(r_p)^((k−1)/k)，T3/T4=(r_p)^((k−1)/k)T4=T3(T1/T2)，又因T2=T1(r_p)^((k−1)/k)，联立得η=1−T1/T2=1−T1/T1(r_p)^((k−1)/k)=1−1/(r_p)^((k−1)/k)但T3/T1=(T3/T2)(T2/T1)=(T3/T2)(r_p)^((k−1)/k)T3/T2=1800/T2，T2=√(T1T3)=√(300×1800)=734.8Kη=1−300/734.8=59.2%(2)η_C=1−T_L/T_H=1−300/1800=83.3%η<η_C，符合热力学第二定律。33.（12分）某氨蒸气压缩制冷循环，蒸发温度−20°C，冷凝温度40°C，查表得：h1=1427kJ/kg（蒸发器出口饱和汽），h2s=1680kJ/kg（等熵压缩终了），h3=371kJ/kg（冷凝器出口饱和液），压缩机绝热效率η_c=0.8。求：(1)单位质量制冷量q_L；(2)单位质量压缩功w_c；(3)性能系数COP；(4)若制冷量需求100kW，求氨质量流量。答案：(1)q_L=h1−h4=h1−h3=1427−371=1056kJ/kg(2)w_c=(h2s−h1)/η_c=(1680−1427)/0.8=316.3kJ/kg(3)COP=q_L/w_c=1056/316.3=3.34(4)ṁ=Q_L/q_L=100/1056=0.0947kg/s=340.9kg/h34.（10分）某刚性绝热容器被隔板分成A、B两室，A室装有1kg空气，300K，0.1MPa；B室为真空。抽去隔板后空气自由膨胀充满整个容器。求：(1)终态温度T2；(2)熵产ΔS_gen；(3)该过程是否可逆？说明理由。答案：(1)理想气体自由膨胀，Q=0，W=0，ΔU=0，故T2=T1=300K(2)ΔS_gen=mRgln(v2/v1)，v2=2v1，ΔS_gen=1×0.287×ln2=0.199kJ/K(3)不可逆，因ΔS_gen>0，且过程无压力平衡做功，存在有限压差膨胀。35.（10分）某空气调节系统需将室外35°C、相对湿度60%的空气处理到送风状态20°C、相对湿度50%，风量2kg干空气/s。查焓湿图得：室外h1=90.5kJ/kg干空气，d1=21.5g/kg干空气；送风h2=38.5kJ/kg干空气，d2=7.3g/