工程热力学试卷与答案

一、就就是非判断:就就是在（）内画“十”号，非在（）内画“一”号，每题1分,

共10分

1、热力系就就是指所有参与热力过程得物体群（）o

2、绝热闭口系得炳增就就就是孤立系得嫡增（）o

3、状态方程就就是描述状态参数之间关系得方程（）。

4、平衡状态就就是指在没有外界作用得条件下，热力系宏观性质不随时间

变化得状态（）。

5、通用气体常数对实际气体和理想气体都就就是一个不变得常数（）。

6、工质经过不可逆过程得隔变必然等于经历可逆过程得燧变（）。

7、理想气体得热力学能、蛤和嫡都仅仅就就是温度得单值函数（）。

8、理想气体绝热节流后温度不变（）。

9、在中二1时，干球温度t湿球温度t、v和露点温度td不相等（）o

10、任何动力循环，循环净功”总等于循环净热量%,即总有叫二qo

（）。

二、选择填空:每题1分，共10分

1、绝热系与外界没有（）交换。

A、热量B、物质C、功

2、在所列得压力中哪个不就就是状态参数（）。

A、绝对压力B、分压力C、表压力

3、功损来自^（）o

A、不等温特热B、物质交换C，运动摩擦

4、不可逆损失来源于（）。

A、运动摩擦B、不等温传热C，任何耗散效应

5、千度x得取值可以就就是（）。

A、/=1B>/>1C>y<1

6、渐缩喷管出口气体得流速就就是（）。

A、M<\B、M>1C、M=\

7、不可逆循环得炳产必然就就是（）。

A、等于零B、大于零C、小于零

8、卡诺热机效率比实际热机效率（）o

A、小B、二者相等C、大

9、制冷系数E可以就就是（）。

A、大于1B、等于1C、小于1

io、供热系数r可以就就是（）。

A、大于1B、等于1C、小于1

三、指出下列各对概念之间主要得区别每题2分，共10分

1、理想气体与实际气体

2、定容比热与容积比热

3、可逆过程与不可逆过程

4、靖流与靖产

5、饱和湿蒸气与饱和湿空气

四、某容器被一刚性壁分成两部分，在容器得不同部位安装有压力表，如下图所示。

压力表B上得读数为75kPa,压力表C上得读数为0、llMPa。如果大气压

力为97kPa,试确定压力表A上得读数及容器两部分内空气得绝对压力。（10分）

五、某热机在每个循环中从T尸600K得高温热源吸收Qi=419kJ得热量和可

逆地向丁2-300K得低温热源假设分别排出（1）Q2-2O9、5kj;（2）Q2=314、

25kJ;（3）Q2=104.75kJ热量，请用两种方法计算证明，在这三种情况中，哪个

就就是不可逆得、哪个就就是可逆得和哪个就就是不可能得?并对不可逆循环计

算出其不可逆损失,大气环境温度To=300K（20分）

六、温度为300K天然气（甲烷）绝热节流后压力由4MPa降为2MPa,试求（1）

节流造成天然气比嫡得增加AS。）节流造成天然气燧产S&；⑶如果天然气由上述

参数经过膨胀透平进行可逆绝热膨胀，压力也降为2MPa,那么每kg天然气将能

作出多少功？（4）将节流过程和可逆绝热膨胀过程分别画在T—S图和P-V图上。

天然气（甲烷）视为定比热理想气体,Z=1、3,Rg=518、3J/（kg•K）（10

分）

七、如图所示，一次抽汽回热循环，蒸汽初压力尺=球例,初温匕二60此，抽汽压力

A=0晒4=1吗并已知各点值如下：2旃心的'-1917BW/M7

a3

v2-OWmO3rn/切（相/L榭%-00010Kfn/M1

，■,，

%=26封/期,锅炉总加热量Q・2的试求：（1）锅炉内水得质量流量;⑵

两台水泵总耗功率;⑶汽轮机作功率；（4）冷凝器放热；⑸循环热效率。（25分）

八、蒸汽动力循环中,蒸汽轮机排气压力与就就是否越低越好？降低与有哪些限

制?（5分

2007年秋季学期工程热力学答案（A卷）

、

1、（-）;2、（+）;3、（一）;4、（+）;5、（一）;6、（+）;7、（-）;8、（+）;

9、（・）;10、（十）。

--、

1、A;2、B、C;3、C;4、A、B、C;5、A、C;6、A、C;7、B；8、A、B、C;9、

A、B、C;10、Ao

1、可逆过程沿原路反向进行使系统恢复到原状态之后，给系统和外界均没有留

下任何影响;不可逆过程沿原路反向进行使系统恢复到原状态之后将给外界留下

某种不可消除得澎响。

2、二者差异在体积和作用力上，理想气体分子本身无体积，分子间无作用力，而

实际气体恰恰相反。

3、二者计量得基础单位相同，容积比热就就是以单位体积（容积m）来计算;而定

容比热就就是以单位质量（kg）来计算，而且比容就就是不变得。

4、二者差别在于起因不同。墙流来自热力系与外界间得相互作用（热量交换、质

量交换）引起得嫡得变化量；嫡产来自热力系内部不可逆因素（内摩擦、内热流

等）所造成得炳得产生量。

5、二者差别有二，其一,湿蒸气就就是一种化学成分H2。构成得，而饱和湿空气

就就是空气和水蒸气多种化学成分构成得;其二，饱和湿蒸气就就是饱和液体（水）

和干饱和蒸汽得混合物，其中水和蒸汽都就就是饱和得;饱和湿空气虽就就是干空

气和水蒸气得混合物，其中水蒸气就就是饱和得，但空气远未达到饱和。

四、

解:P1=Pc+Pb=O、11MPa+0、097MPa=0x2O7MPa

•.-PI=PB+P2/.p2=p(_pB=Os207-0、()75二()、132MPa

••,P2=PA+Pb...PA=P2-P|,=O132-0、097=0、035MPa

五、

1、采用孤立系统燧增原理证明

⑴、*彳n600300，可逆

Q产4+A舁甯=33不可逆

(人・逢0咤＜0

(3)木玉石网300,不可能

T1=7^(^=300x03492=10€76fc7

2、采用卡诺定理证明

9-条”

.G.2095nu

%=1-五=1-~^5_=03=%

(1)Q419可逆

务・1-蹙・1-窄・1皿5・025

(2)G419，不可逆

.0.104.75.……

通=1------=1-----------=1—OL25=0_75>i^

⑶0419，不可能

(4)L=\MJ6kJ

3、采用克劳修斯积分计算证明

0+追=理+理=。

⑴4号600300，可逆

⑵"彖翳要―＜。

,不叩逆

0徇419-1M75

—+---=---d-------->U

(3)五4600300，不可能

(4)

六、

(1)甲烷视为定比热理想气体，绝热节流过程温度不变，因而其比嫡得增加为

As=一/崂=-5M3xln>0_3593”/(1晒

(T)&=£/+»6vjiy=0・%=As=0_3593Jt77(te•⑷

1J-1

*含=—x5183x300x=996址〃K

5嚼)13

⑶

TP

(4)图

七、

解:先求出抽气量a

4点蛤值:

%=与+w与-^)=191_76+0_0010103X^X106-IOXIO^XWT3

由回热器能量方程Q-a)--幻=叫-/),可得

g=VA=64035-192-26=0165

%-42906-192^6

(1)锅炉内得水质流量

&=，+%(玛-TJi)=64035400010925x(6x10*-O^xlO^xlO-3=M636kflkg

ft2,767X105

=91_9fe/j

'-'Qi=，■(%-海)%-4=3657-64636

(2)水泵耗功

r

4=痴也心)=Q_Q)q.(4-*J)=a-O.165)x91_9x(19226-191.70=383«W

4=%总-％)=919x(64636-64035)=5523邮

5=>+)=38J6+55232=590684^

(3)汽轮机功率

叫二=(九一+Q-a)(%「月)=(3657-2900+Q-0165)x(2906_227日=1277UJ71

%=91,9X12771=l-174x105WK

(4)冷凝器放热量

A=夕.他一%)=Q-Q..(为一%)=0-0.165)x91.9x(2276-191J26)=1.595X105A^

(5)循环热效率

l^xlO5

=424%

2.767X105

八、蒸汽动力循环中蒸汽轮机得排气压力P2并不就就是越低越好。从汽轮机自

身膨胀作功这个局部来看，在初态不变得前提下,112越低，蒸汽在汽轮机中膨张做

功越多，当然有利。但就就是从装置全局分析，并非1〉2越低越好。因为，Pzl,必然

要求凝汽器真空度T,f凝汽器换热面积T,f冷却水量T,-＞冷却管径T,-＞冷

却水泵耗功］二〉导致制造成本、初投资和运行费用增加。综合考虑这些因素P21

未必带来整体装置经济性f,这就就是一个经济性限制。还有蒸汽轮机排汽为饱

和湿蒸气，排汽压力P2L,取决于排气温度t21，这个t2总要比冷却水温高，才能

有效冷却放热，而冷却水温度只能维持在0-35℃,必须在零度以上。综合这些因

素之后，排汽温度t2大约为30℃左右。所以P2大约为0、05Mpa左右，这就就是

P2I得传热学限制。还有个限制就就就是如果P?太低了，则会造成,导致汽轮

机低压缸末级蒸汽湿度过大，不利于汽机安全运行。

-、单选题（40分，每题2分）

1、比热就就是过程量，定压比热B

A、表示比体积一定时比内能随温度得变化率B、就就是温度与压力得状态函数

C、与系统质量成正比D、也就就是过程量

2、对闭口系任意微元过程，若系统得靖变等于零，则一C.

A、该过程可逆B、该过程不可逆C、无法判定过程得可逆与否

D、必为吸热过程

3、概括性卡诺循环热机得效率可以表示为__A。

门一叱，B「「「一

AT]Q\D、

aT2wnel

（下标“1”表示高温，“2”表示低温，“net”表示循环）

4、理想气体多变过程得比热为D

D、

5、在压缩比相同、吸热量相同时，定容加热循环（Otto）、定压加热循环（Diesei）和混合加

热循环得效率（〃八，、％,、%”）大小依次为一B

、、

A、7P>%”>%vB7V>%”>%,C/>J],v>Tllm

D、J],v>7P>

6、对于闭口系绝热过程，错误得表述就就是D

A、嫡变等于燧产B、过程功得大小等于内能差C、嫡变必大于零D、

必为等病过程

7、准平衡过程就就是指「B=彳导过程。

A、弛豫时间很长B、不平衡势差无限小C、温差无限小

D、压差无限小

8、理想气体得比内能和比玲一C-。

A、就就是温度与压力得函数B、就就是压

力得函数

C、在初终态压力不可，温度相同时得变化值相同D、在初终态压力相同，温度

不相同时得变化值相同

9、bq=di，+pdv适用9C=。

A、定压过程B、准平衡过程C、无耗散得准平衡过程D、

理想气体得任意过程

10、湿空气B。

A、可当作纯物质来处理B、中得干空气与水

蒸汽均可视为理想气体

C.中得干空气与水蒸汽得技态由分体积定律确定D,中得干空气必须视为混合

物

11、在理想气体压容图上.等焰线C—。

A、得斜率为k4B、比等温线平缓C、比等温线陡D、得斜

V

率为—

V

12、间系经历一不可逆循环，作循环功5KJ,则_—D_。

A、烯变小于零B、循环热小于5KJC、靖变大于零D、

循环热等于5KJ

13、空气得平均分子量为28、97,定压比热^=1004J/（kg、K）,其定容比热为__A

、

_________l/（kgK）o

717B、0、717C、1006D、2036

14、、热量(EQA。

A、就就是过程量B、就就是状态量C、恒为正

D、恒为负

15、相同初终态参数条件下，不可逆过程得B。

A、埔变一定大于可逆过程得嫡变B、蛤差一定等于可逆

过程得蛤差

C、场变一定小于可逆过程得病变D、烙差一定小于可逆过

程得玲差

16、Ikg理想气体在一容器内作绝热自由膨胀，体现扩大了两倍，螭差为A_«

A、人52B、RCn2C、c"/J+R/〃2D、

2

17、湿空气得相对湿度S=100%时，表明空气中B。

A、只有水蒸气B、得水蒸气处于饱和状态

C、得水蒸气得绝对含量很高D、得干空气处于饱和状态

18、湿空气得状态可以由A确定。

A、3个强度参数B、总压与干球温度C、总压与相对湿度D、

比蛤和湿球温度

19、摄氏温标B。

A、就就是经脸温标B、就就是由热力学温标导出得温标

C、有两个基准点D、在水得冰点与沸点无量测误差

20、与理想气体比较，实际气体得最大两个特点就就是A。

A、分子占有体积和分子间有作用力B、分子占有体积和压缩

因子等1

C、压缩因子等于1和分子间有作用力D、以上选择都不时

二、作图题(1()分，每题5分)

1、定性地画出具有回热得燃气轮机装置示意图。并在图上定性地画出各个不同得热

力过程，并说明这些过程各在哪个部件内完成得，其特点就就是什么？

2、在Ms图上表示每公斤理想气体由状态1等烯可逆膨胀到状态2时膨胀功得大小。并说

明为什么。

叫2=1_U2=%一%=q、\=阴影面积

三、简述题（20分，每题10分）

1、简述热量得定义。在热力系统中有绝热闭口系得定义，在开口系统中，由于有流体得进

出，就不可能有绝热开口系,该说法对否？分析之。

答:热量就就是过程量，就就是体系与体系之间或体系与环境之间通过温差传递得无序能

量。开口系也可以就就走绝热得，因为流体进出带进和带出得就就能流体得玲与动势能。

2、在循环最高温度与最低温度一定得条件下，说明Brayton循环（布雷顿定压加热循环）得循

环功和增压比之间得关系,热效率和增压比之间得关系，并给出最佳热效率和极限热波率

得定义。

答:Brayton循环得热效率仅随增压比得升高而升高，当增温比一定时增压比存在一最大值,

此时得热效率称为极限热效率。当增压比从最小（等于1）变到最大时,循环功并非单调增,

而就就是在增压比最小与最大值间存在一最佳增压匕此时循环功最大。最佳增压比对应

热效率称最佳热效率。

四、计算题（30分，每题15分）

1、欲设计一热机，使之能从973K得高温热源吸热2000kJ,并向温度为303K得冷源放热

800kjo⑴此循环能否实现？⑵若把此热机当制冷机用，从冷源吸热800kJ,能否向热源放

热2000kJ?若使之从冷源吸热800kJ,至少消耗多少功，并向热源放热多少？o

解：

QQ2=2000800

(1)7f+7f-973-363二一0.5848//左＜0可实现

200()

+—=0.5848V/A:>0

V73"303

不可行

（3）可逆循环耗功最少

瞪专+汇缴翁。Q=—2568.980

W=Q+Q?=-2568.98+800=-1768.98〃

2、某燃气轮机装置循其为Brayton循环，即定压加热循环。燃烧室出口温度为f3=800℃,

压气机进口为环境大气压/产0、1MPa，环境温度r,=20°C,压气机出口压力夕2=0、8MP

ao循环功率为800KW,取空气得Cp=1004J/(kg-K),X=K4,试求空气得最小质量流量。

k-\

(XT04

解：T1=T\h=293.15x814=531.03K

IP"

T4=^-7；=293.15/531.03X1073.15=592.43AT

wliel=cp(T^-T4-T2+7；)=KX)4x(1073.15-592.43-531.03+293.15)=243.82V/Kg

qm=Pjhvne,=800/243.82=3.28^/s

工程热力学I（A卷）

（闭卷J50分钟）

班级姓名学号

成绩__________________

一、简答题（每小题5分，共40分）

1、什么就就是热力过程？可逆过程得主要特征就就是叶么？

答:热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力过程。可逆过程得主要特征就就是

驱动过程进行得势差无限小，即准静过程，且无耗散，

2、温度为500°C得热源向热机工质放出500kJ得热量，设环境温度为30°C,试问这部

分热量得火用（yon©值（流大可用能）为多少？

30+273.15、

答：=500x二303、95kJ

500+273.15,

3、两个不同温度（7],4）得恒温热源间工作得可逆热机，从高温热源T\吸收热量（?i向低温

热源△放出热量Q%证明:由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成得孤立系统

炳增o假设功源得病爻*Sir-=0o

证明：四个子系统构成得孤立系统燧增为

（1分）

对热机循环子系统：1分

1分

根据卡诺定理及推论:

1分

则：。1分

4、刚性绝热容器中间用隔板分为两部分,A中存有高压空气,B中保持其空,如右图所示。

若将隔板抽去，试分析容器中空气得状态参数（厂P、u、s、V）如何变化，并简述为什么。

答:u、T不变，P减小，V增大,s增大。

5、试由开口系能量方程一般表达式出发，证明绝热节流过程中,节流前后工质得蛤值不变。

（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能得变化可忽略不计）

答：开口系一般能量方程表达式为

器=0-巾#+（人1+?+的

rh1一尼+3+即2）抗2

绝热节流过程就就是稳态稳流过程，因此有如下简化条件

dE/dr=0;0=0；L=0；皿=0,△入二0

则上式可以简化为：

rfiIh!\—欣2h>2

根据质量守恒，有dr--^2-0

代入能量方程，有“二八2

6、什么就就是理想混合气体中某纽元得分压力？试按分压力给出第/组元得状态方程。

答:在混合气体得温度之下，当/组元单独占有整个混合气体得容积（中容积）时对容器壁面所

形成得压力，称为该组元得分压力;若表为心则该组元得状态方程可写成:P,V=m,R,

To

7、高、低温热源得温差愈大，卡诺制冷机得制冷系数就就是否就愈大，愈有利？试证明您

得结论。

答:否，温差愈大，卡诺制冷机得制冷系数愈小，耗功越大。（2分）

证明:“占比=焉当％不变'△"时"。即在同样%下，说明

得到得收益相同），温差愈大,需耗费更多得外界有用功量，制冷系数下降。（3分）

8、一个控制质量由初始状态A分别经可逆与不可逆等温吸热过程到达状态B,若两过程中

热源温度均为7；。试证明系统在可逆过程中吸收得热量多，对外做出得膨胀功也大。

答:经历可逆或不可逆定温过程后，按题给两种情况下过程得初、终状态相同，因而系统得燧变

相同。由系统得嫡方程As=x+,对于可逆过程其燧产为零，故热嫡流将大于不可逆过程。

可见，可逆过程得热量将大于不可逆过程;（3分）

由热力学第一定律，夕=&，+卬，因过程得初、终状态相同，热力学能变化〃相同，故可

逆与不可逆两种情况相比,可逆过程得过程功亦狡大。（2分）

二、作图题：（每小题5分，共1（）分）

I.试在所给参数坐标图上定性地画出理想气体过点1得下述过程，分别指出该过程得过程

指数〃应当在什么数值范围内（图中请标明四个基本过程线）:

1）压缩、升温、吸热得过程

2）膨胀、降温、吸热得过程。

答：（1）n>k；⑵1<〃<Z

评分:四条基本线（2分）两条曲线（2分）n取值（1分）

2、如图所示T—s图上理想气体任意可逆过程1—2得热量如何表示?热力学能变化量、

蛤变化量如何表示?若过程1-2就就是不可逆得，上述各量就就是否相同？（请写出简明得作

图方法。）

答：对可逆过程，热量为面积11,热力学能变化量为面积1-m-n-2V-1,蛤变化量为1-

m-g-ZpT。

对不可逆过程，热量无法表示，热力学能和蛤变化量相同

三、计算题：（共50分）

1、压气机在95kPa、25℃得状态下稳定地以34：）n?/min得容积流率吸入空气,

进口处得空气流速可以忽略不计;压气机排口处得截面积为0、025m2,排出得压缩空气得参

数为200kPa、120"Co压气机得散热量为60kj/min。已知空气得气体常数Rg=0、

287kj/（kg、K）,比定热容cv=0、717kj/（kg、K）,求压气机所消托得功率。（16分）

解：

以压气机中空气为研究对象，其稳定工况得能量方程为

••C'〜•C.*•

Q-W.M+(九+-^-+gZ1)〃L(〃2+-^-+gz2)m=0

即

22

♦•c•c•

Wsh=Q+(/?|++gZ])m-(h2+-1-+gz2)in(a)

-60xin3

其中:Q=-l^~-=-|000(J/5)

60

V95x10-340

；=A==6.2944(攵g/s)

RJ]287x(273+25)而

C|X0/77/S

Az=

m_6.2944x287x(273+120)

=141.99(〃〃s)

200xl03x0.025

P2\〃2人

励=%-%=Cp\T=（273+717）x（120-25）=95380.0（7/s）

将以上数据代入式（a），可得压气机所消耗得功率为：

•141992，

卬附=-1000+6.2944X(-95380.0------------)=-6.648x105(J/5)

2、在高温环境中有一容器，A侧装有2kg氮气,压力为0、07MPa,温度为67'C;B

侧装有8kg氮气,压力为0、1MPa,温度为17℃,。A和B得壁面均为透热壁面，她们之间

用管道和阀门相连，见附图。现打开阀门,氮气由B流向A。氮气可视为理想气体，已知气体常

数穴g,N2=297J/（kg•K）,过程中得平均定容比热容人=0、742kJ/（kg-K）,

若压力平衡时容器中气体温度为攵=40℃,试求乂1）平衡时终压力&；⑵吸热量Q;⑶气体得病

变。（18分）

解:⑴容器A和B得容积分别为

，小勺人_2x297x3403

vA——"-1m

PAI0.07X106

人"加8x297x290.3〃八、

1VZ=-----——=------------=6r.8o9f0V4Anr（4分）

R6

PBI0.1xlO

取A+B中得气体为系统（CM）,

m=/77A+〃?B=2+8=10kg

V=匕+=2、8851+6、8904=9、7755m3(2分)

终态时得气体压力

iftRT10x297x313

g2=0.0951MPa(2分)

9.7755

⑵按题给，系统不对外作功，有

W

Q=MJ=meJ2-cv(/nATAI+BTB1)

=1()x0.742x313-0.742x(2x34O+8x290)(5分)

=2322.46-2226=96.46kJ

⑶原在A中得氮气烯变(2分)

ASA=mA(cpln_RJna)=2x(1.0391n加一°.29而喘

原在B中得氨气病变（2分）

73+40951

ASB=mB(cpln-Rgln^-)=2x(1.0391n^-0.2971n°°)=0.7538kJ/K

TfjP|j273+170.1

全部氮气得嫡变

AS=ASA+ASB=-0.3540+0.7538=0.3998kJ/K（1分）

3、将100kg温度为30℃得水与200kg温度为30℃得水在绝热容器中混合，假定

容器内壁与水之间也就就是绝热得，且水得比热容为定值，取c=4.187kJ/（kg-K），环境温度

为173求混合过程导致得可用能损失?（16分）

解:以绝热燥器内水为研究对象，由其能量方程可得

c

c7]+m2cT2=+）n2）

可得

,明7；+的4100x303+200x353

1=—―-----—------------------------=336.33K

叫+niy100+200

水得混合过程得病变为

A5=S/+Sg

由于绝热»=0

TT

S"=A5=w?1idn—+w?cln—

&71~T2

=100x4.l87In33633+200x4.1871n=3.186（5K）

303353

混合过程得做功能力得损失为

/=/凡=290x3.186=923.94（V）

工程热力学（机械2005级）试题参考答案

2007-2008学年上学期时间120分钟

工程热力学课程32学时二学分考试形式：开卷

专业年级：机械05级总分100分，占总评成绩70%>

一、填空（每空2分，总计20分）

1、基本热力学状态参数有乂压力）、（温度卜（体积）。

2、理想气体得热力学能就就是温度得岂里⑥函数。

3、热力平衡得充要条件就就是：（系统内部及系统与外界之间各种不平衡得热力

势差为零）。

4、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致得腐增量，叫做（嫡产）。

5、卡诺循环由（两个可逆定温和两个可逆绝热）热力学过程组成。

6、6增原理指出了热力过程进行得（方向）、（限度）、（条件）。

二、简答题（20分）

1、（5分）如图1,某种理想气体有两任意过程a—力和，-c,已知6,c在同一

可逆绝热线上，试问:办和△%哪个大？

解:（方法一）

过6、c分别作等温线，因为故

即根而二%一%>&爆=Uc-Ua

（方法二）考虑过程"C

4=△"+w=u(,-uh+\v

q=0vc>vhw>0

%>>&%

2、(5分)某理想气体经历4个过程，如图2所示。

(1)将各过程画在p-v图上，并说明作图过程；

(2)指出过程加热或放热，膨胀或压缩。

解：因为：q=A"+卬

1—3:1<n}_3<k,且[>7；及SjVSi则有：«。Aw>0,e/<0所以vv<0

边压缩边放热

1—2:k<%_2<8且TjT；及S,vS1,则A〃<0,q<()

/

Pid)

所以有位>0边膨胀边放热

1-4：0>>-co且式>7；及S4>S]

R

Aw>0,q>0vv=-^(7；-7；)>0边膨胀边吸热

n—\

1-5:1〈人$<攵且丁5<「及Ss>S]

A«<0,q>0,w>0边膨胀边吸热边降温

3、（6分）某循环在700K得热源及400K得冷源之间工作，如图3所示。

（1）用克劳修斯积分不等式判别循环就就是热机循环还就就是制冷循环,可逆还

就就是不可逆？（3分）

（2）用卡诺定理判别循环就就是热机循环还就就是制冷循环，可逆还就就是不可

逆？（.3分）

解:

|e,|=I吸M+1。21=1OOOOkJ+4000kJ=!4000kJ

方法1:

设为热机循环

$些二旦上二出处L"妈=]OkJ/K＞。不可能

JTrTriTr2700K400K

设为制冷循环:

14000kJ4000kJ

=-10kJ/K

700K400K

符合克氏不等式,所以就就是不可逆制冷循环

方法2:

设为热机循环

7,=1_4001<=04286^=10000kJ=07126

c1

Th700Ke,14000kJ

不可能

设为制冷循环

T_400K40001J

=1.33。==04

-

To-T700K-400K啧lOOOOkJ

£v4=＞可能但不可逆，所以就就是不可逆制冷循环

4、（4分）请问一下几种说法正确吗？为什么？

⑴嫡增大得过程必为不可逆过程;

答：不正确。靖增大得过程不一定为不可逆过程，因为靖增大包括炳流和嫡产两

部分，如果嫡流大于（）,而炳产为（）得可逆过程，上仍然就就是增大得。

⑵靖产工＞0得过程必为不可逆过程。

答:正确。嫡产就就是由于热力过程中得不可逆因素导致得，因此当嫡产臬＞0,则

此过程必定为不可逆过程。

三、计算题：（60分）

1、（15分）如图4所示，气缸内充以空气，活塞及负载205kg,缸壁充分导热，活塞

得初始高度为10cm,活塞得横截面积为100cm2,气缸内得空气初始温度

为27°C,初始压力为771mmmHg°若取走90kg负载，待平衡后，求:

⑴活塞上升得高度;（7分）

（2）气体在过程中作得功，已知｛〃｝刈小=0.687｝K。（8分）

解:缸内气体为热力系-闭口系。突然取走90kg负载，气体失去平衡,振荡后最终建

立新得平衡。虽不计摩擦，但由于非准静态，故过程不可逆。但可以应用第一定律

解析式。由于缸壁充分导热，所以缸内得气体在热力变化过程中得温度就就是不

变得。

首先计算状态1和状态2得基本参数,

DCS

6=月产-^=771x133.32+—x98100=0.3039MPa

A10()

\z=AX/?=100X10X10-6=10-3/??3

-6_45

V2=Ax(/z4-A/z)=(/?+A//)x100x10=(10+A/zJxlO/?z

F205-9()

己=旦+二=771x133.32+^----x98100=0.2156MPa

bA100

(1)求活塞上升得高度:

过程中质量不变，且等于叫=辔7=加2=普"

RgL"

A/?=4.1cm

(2)气体在过程中作得功

根据热力学第一定律，。=AC/+W,以及△(7=&-.=乃％-町对

由于e=町，卜小〃心={7}&且T|=T3,=0

由于不计摩擦气体所做得功，W分为两部分:

叱位克服大气所做得功;也位活塞位能得增加量

则W2=AEp=ni^h=(205—90)x9.81x4.1x1(产=46.25J

=^/1XA/2=771X133.32X100X10-4X4.1X10~2=42.14J

=>W=W；+%=46.25+42.14=88.47

fi22

或者，W=p2AAH=O.2156xlOPaxlOOxlO^mx4.1xlO_m=88.4J

2、(10分)100kg空气从0、lMPa,l00°C变化到0、5MPa,l000°Co按照以下

三种不同得方法求热力学能得变化量蛤得变化量.12、过程热量

(4和Q〃)

⑴按定值比热容求;(3分)

(2)按平均比热直线关系式求;(3分)

(3)按平均比热表求(4分)

解:空气、压力不太高，作理想气体处理，对于理想气体得任何一种过程，下列各

式都成立：

⑴按定值比热容

Gm=|/?=|x8.3145J/(mol-K)=20.786J/(mol'K)

=.黑黑篇=718J/(kg.K)

77

Cpm=-/?=-x8.3l45J/(molK)=29.10U/(mol•K)

C,_29.101J/(molK)

pn1005J/(kgK)

-AF"28.9x103kg/mol

Aw=C、2=718J/(kgK)x(IOOO-IOO)K=646.2kJ/kg=qv

AA=cp\T=1005J/(kgK)x(1000-100)K=904.5kJ/kg=qp

△q2=xA//=100kgx646.2kJ/kg=64620kJ=(7v

AH12=/„xA/?=l(X)kgx904.5kJ/kg=90450kJ=Q/?

(2)按平均比热直线关系式

4

cv|；；=0.7088+0.93x1O-(100+1000)=0.811