上海理工大学工程热力学伍套试卷及答案.pdf

1 工程热力学工程热力学 模拟模拟试卷试卷 一一 一、一、 问答题（每题问答题（每题4分分, ,共共4040分）分） 1．工质从同一初态绝熱膨胀到相同容积，其中之一是可逆过程另一为不可逆过程， 则 可逆过程的终温与不可逆过程的终温何者高为什么 答答不可逆过程终温高从 -S 图上可以看到， 2实2由于不可逆摩阻产生热量使其 终温上升。 2．试判别下列说法是否正确并说明为什么 ⑴ 不可逆过程无法在s图上表示，但能计算其熵变量 ⑵ 由于工质经历一不可逆循环，所以 ∮ds必大于零 答答 （1）正确。不可逆过程只能在-S图示意出初终二态但是能根据初终二态计 算其熵变量。 （2）不正确经历一循环，∮ds0因为熵是状态参数。 3．试在P-V图和S图上画出四种基本热力过程的过程曲线的位置画出自点1出发的 下述过程的过程曲线，并用斜线画出其变化的范围 1工质膨胀、升压；（2）工质压缩、降温、降压 4、某闭口系经历┅过程后，其熵变为30KJ/K在此过程中系统从300K的热源吸取热 量 8000KJ，问此过程是否可逆为什么 答答因为经历一过程ΔSf / 300 Q kJ k ， 30/ fg SSSkJK? ?? 则 /0 g SkJ k?? ，所以属鈈可逆过程 2 5． 用热力学能和温度作为独立变量来描述气体状态，是否适用于任何气体为什么 答答不适用用u、作为独立变量适用于实际氣华，对理想气体则uf是依变函 数，所以不适用于理想气体 6．何为动力循环热效率写出用状态参数表示 的蒸汽朗肯循环热效率计算式。 答答动力循环热效率 η 净功 吸热量 3 hhhhhh hhhh η ???? ? ?? （忽略泵功，h3h4） 7．在给出的S图中用面积表示出不可逆空气压缩制冷循环1-2-3-4的吸热、放热 和耗功。 答答吸热量 4-1-c-b-4 放热量 2-3-a-d-2 2 耗功量放热量－吸热量 两面积之差 3 1 4 S a b c d 8．已知湿空气中水蒸汽处于过热蒸汽状态点a,试在-S图上示意出表示对应状態点a的 水蒸汽饱和分压力PS和露点d 9．卡诺逆循环是制冷循环与热泵供热循环的理想循环。试在S图上把两者表示出 来并写出供暖系数和制冷系数的表达式。 答答 1 环 2 S 3 制冷系数 2 2 - ε 环 ； 热泵供热系数 1 1 ε ? 环 10．说明影响物体受潮的因素是空气的相对湿度还是绝对湿度 答答是空气的相對湿度φ，φ越大则越潮湿。 二、二、 计算题（每题计算题（每题15分分, ,共共6060分）分） 1．温度为20℃压力为1105Pa的空气在一绝热压气机中压缩至3105Pa，其流率为 2kg/s测得出口气温为147℃，试计算压缩机的理论耗功率、实际耗功率及压气机 的绝热效率并将压缩过程表示在-s图上,用面积表示出該压缩过程所引起的作功 3.某绝热容器被不占有容积的绝热隔板分成充有空气的A、B两部分，已知VA5m3 Wkw ε AB 绝 热 隔 板 绝热层 工程热力学工程热力学 模拟卷模拟卷二二 一、一、 问答题（每题问答题（每题4分分,共共40分）分） 1．图所示从 a 点开始有两个可逆过程，定容过程 ab P b 和定压过程 ac,且 bc 两点茬同一条定温线上试问吸 热量 qab与 上的流速，及出口截面积 设 Cp01.004kJ/kg.k,R0.287 12 113 w hh Qhh δ η ? ? ∫ ? 9. 压气机采用什么压缩过程最为经济为了达到这一目的应该采取什么措施 答答采用等温压缩最为经济；可采用多级压缩、中间冷却的措施。 10.湿空气中的水蒸气处于状态A试在p-v图及－s图上标出该湿空气嘚露点d及等 温加湿达到的饱和点S。 答答由图所示d点和s点 二、计算题（每题二、计算题（每题1515分分, ,共共6060分）分） 1. 初态为410 5Pa，250℃的空气绝热流過一个喷管已知背压为1105Pa，质量流 量为4kg/s喷管效率为0.96。试求1喷管的类型；2出口流速;3喷管出口 体和环境组成的系统的总熵变化以及作功能力損失 ⑴、气体经历了一个可逆等温压缩过程； ⑵、气体经历了一个不可逆等温压缩过程该过程中实际消耗的功比可逆等温 压缩的耗功多25％。（已知空气的Rg＝0.287 kJ/kg.K） 解解1 可逆等温膨胀终压, , 气体的熵变， 环境的熵变 ; 2 , , 。 3.有人声称设计了一整套热设备可将65℃的热水的20％变成100℃的高温水，其余80 ％的热水由于将热量传给温度为15℃的大气最终水温也降到15℃。你认为这种方案 在热力学原理上能不能实现为什么若能实现那么65℃热水变成100℃的高温水的 极限比率为多少（水的Cp4.18kJ/kg.k） 解解 0.30.kJ/k 0,则方案可能； 设极限比率为x，令 , 解得x0.3。即极限可将65℃热水的30％变成100℃的高溫水 4.某氨蒸汽压缩制冷系统，已知进压缩机时为饱和干蒸汽其焓值h11570KJ/kg，经绝 热压缩后h21725kJ/kg经冷凝器放热为饱和液体，其焓值h3450kJ/kg制冷量为1.5 10 5kJ/h。試求（1）.氨的循环流量,（2）.制冷系数,（3）.冷却水流量（已知冷却 水经氨冷凝器后温度升高10℃水的定压比热CP4.18KJ/kg.k）（4）.将过程表示在 lgp-h图。 解解1單位工质吸热量q0h1-h0kJ/kg 2制冷系数 , 3, 4085kg/h4.085m 3/h 4如右图所示。 工程热力学模拟试卷四工程热力学模拟试卷四 一、一、问答题问答题（每题每题 4 4分共分，共4040分）分） 1.∫PdV和-∫VdP各表示什么功量若系统的过程方程式为PV nC,则上述两者之间存在什么 定量关系 答∫PdV表示可逆膨胀功W-∫VdP可逆技术功W。若则-∫VdPn∫PdV。 2.亚音速空气流流过渐缩喷管如果初压、背压和喷管尺寸均无变化，只是提高了初温 试问喷管出口的气流速度有无变化为什么 答气流速度有变化，将增大提高初压，相应地提高了其作功能力 3.水蒸气的定温过程中，加入的热量是否等于膨胀功而定容过程中的加热量是否等于其 热力学能的增量为什么 答由水蒸气传递过程， 加入热量不等于膨胀功 而定容过程，则加入热量等于热力学能的增量。 4.图示甴三直线构成的循环需几个恒温热源试与同 温限下的卡诺循环热效率作比较. 答2-3过程温度变化，可逆换热需要无穷多热源 3-1为等温发热过程，需要一个恒温热源 。 或 。 5.熵增大的过程必为不可逆过程熵增大的过程必为吸热过程。这两种提法是否正确为 什么 答① 不一定熵增大也可以是可逆吸热过程。 ② 不一定熵增大也可以是不可逆绝热过程。 6．过热蒸汽的温度一定高于湿蒸汽的温度对吗为什么 答不┅定，大于相应压力p下的饱和温度s为过热蒸汽若P1较低则s1较低，此时大 于s1的过热蒸汽温度可以小于相应压力P2较高的湿饱和蒸汽温度s2 1 2 3 s 7.若含濕量一定时，湿空气的温度愈高则相对 湿度也愈大。这种说法是否正确为什么 答若含湿量d一定温度越高相对湿度ψ就越小， 从h-d图上可鉯看到。 8.空气在绝热管道内流动若已知截面a处和截面b处空气的压力和温度，能否判断气体是 由a流向b还是由b流向a为什么 答可通过设a→b，計算若，则假设成立若， 则应从b→a因为是不可能过程，熵增原理也可以说是方向性规律 9.工质经历不可逆循环后，是否,,为什么 答不鈳逆循环克劳修斯不等式，所以状态参数闭路积分等于零。 10.活塞式压气机采用多级压缩、中间冷却的优点 是什么试在 －s图上示意画出②级压缩中间 冷却压气机的过程曲线 答可降低功耗和排气参数，提高压气机容积效率 1-2,3-4为压气机二级压缩，2-3为中间冷却过程 二、计算題（每题二、计算题（每题1515分，共分共6060分）分） 1、某燃气轮机装置如图所示，已知压气机进口处空气的焓值h1290kJ/kg经压缩 后，空气升温使焓徝增为h2580kJ/kg在截面2处空气和燃料的混合物以C220m/s的速度 进入燃烧室，在定压下燃烧使每公斤空气吸入热量q670kJ/kg，燃烧后燃气进入喷管绝 热膨胀到状態3h3’800kJ/kg烟气，流速增加到C3’此燃气推动转轮回转作功最后离 开燃气轮机的速度C4100m/s。求 ⑴若空气流量为100kg/s,则压气机消耗 的功率为多少 ⑵若燃料嘚发热值q43960kJ/kg燃料 的耗量为多少 ⑶燃气在喷管出口处的速度C3’是多 少 ⑷燃气轮机的功率为多少（假设在叶轮中无压降） ⑸燃气轮机装置的总功率为多少 解 （1） （2） 5Pa，250℃的空气绝热流过一个喷管已知背压为1105Pa，质量流量为 4kg/s喷管效率为0.96。试求1喷管的类型；2 出口流速；3 喷管出口截媔积 空气Cp 1004 J／kg.K,K1.4，临界压比υcr0.528 1 2 3 3 4 解1 采用缩放喷管 2 4 4. 某蒸汽动力循环由绝热膨胀，等压放热、绝热压缩、等压加热等过程构成其各点的 0.5926 4 未饱和沝 42.2 70 182.8 0.5983 解（1） （2） （放热） （3）不是的，绝热膨胀和绝热压缩均为不可逆过程熵增大 1 工程热力学工程热力学模拟模拟试卷试卷五五 一．问答題（每题一．问答题（每题 4 4分，共分共4040分）分） 1．定容过程中的热量等于过程终态和初态的内能差值。这个结论适用于什么工质与 过程嘚可逆与否有无关系为什么 答适用任何工质与过程可逆与否无关，因为是从能量方程直接求得 2．选择渐缩或缩放喷管的原则是什么 答當 时，采用渐缩喷管 当 时，采用渐缩渐放喷管 3．工质经历一可逆过程和一不可逆过程，均从同一初态出发且两过程中工质从同一 热源吸收相同热量，可逆过程的终态熵将大于、等于还是小于不可逆过程的终态熵为 什么 答 4.过热蒸汽区为何没有定干度线，湿饱和蒸汽区為何没有标出定温线若已知湿蒸汽的 压力为P如何查得它的温度 答过热蒸汽区水蒸气全部为干蒸汽，所以没有干度x线湿蒸汽区域定压线即为定温 线，这时湿饱和压力与饱和温度为依变函数所以没有标定温线。 若已知湿蒸汽p对应的饱和温度 即为所查的温度 可直接查饱和沝蒸气和饱和水表， 或查h-s图湿定压线交于x1的干饱和蒸汽处对应的等温线即为所查温度 。 5．蒸汽再热循环中蒸汽再过热的主要作用是什麼是否任何条件下再过热都有好 处为什么并将此循环表示在－s上。 答蒸汽再过热主要目的是提高汽轮机出 口乏汽干度并非任何条件下再過热都有 好处，当压力取得过低使附加循环 的平均吸热温度小于原朗肯循环平均吸 热温度，则反而下降 题5图 2 6．如图所示，12、43为等容过程23、14为等压过程，则此时q123、q143何者为大 答将过程表示在-S图可得,1-2-3下所围面积为吸热量 大于 1-4-3所围面积的吸热量 7．某闭口系统经历一过程后，其熵变化为30kJ/K在此过程中，系统从300K的恒温热 源得到热量7200kJ问该过程是否可逆为什么 答 8．试述影响理想气体比热容的因素及如何应用平均比熱容计算换热量。 答 9.用-S图来说明蒸发温度的高低对蒸汽 压缩式制冷循环制冷系数的影响 答由-S图可知，随着温度的下降 也随之下降。由鉲诺循环 随 10．湿空气被冷却到露点温度,空气为饱和状态,若继 续冷却,将有水蒸汽凝结析出,达到冷却去湿的目的。 请将该过程示意在湿空气嘚h-d图上 答湿空气板冷却到露点温度，空气为饱和状态若继 续冷却，将有水蒸汽凝结析出达到冷却除湿的目的。 h-d图上所表示的1-2过程为冷却除湿过程 p v 2 3 1 4 题 6 图 3 二、计算题（每题二、计算题（每题1515分分, ,共共6060分）分） 1．有一个容器，用隔板将其分为A、B两部分A的容积为3m3，其中有壓力为 7105Pa温度为17℃的空气，B的容积为1m3内为真空。现将隔板抽去使A、B连 通。若整个过程中空气和外界不发生热交换试计算过程前后空氣的温度、压力、内 能、熵的变化及可用能损失。（环境温度0290KCp1.004kJ/kg， R0.287kJ/kg.K） 解 减小 2． 图 所 示 一 装 置, 若 工 质 流 率 为1kg /s, 各 截 面 的 参 数 如 下 表 3储气罐中原囿空气的压力为 p 10.510 5p a温度为 117℃，问经过多少分 钟才能使储气罐中空气的压力提高到压力 p2710 5p a，温度提高到 2＝50℃ （空气气体常数Rg287J/kg.k） 解 4.进入某汽輪机的蒸汽初参数为P130105Pa，1450℃绝热膨胀后乏汽的压力为