工程熱力學(xué)期末試題答案

1、全國(guó)考研專業(yè)課高分資料 中北大學(xué) 工程熱力學(xué) 期末題 筆 記：目標(biāo)院校目標(biāo)專業(yè)本科生筆記或者輔導(dǎo)班筆記 講 義：目標(biāo)院校目標(biāo)專業(yè)本科教學(xué)課件 期末題：目標(biāo)院校目標(biāo)專業(yè)本科期末測(cè)試題 2-3套 模擬題：目標(biāo)院校目標(biāo)專業(yè)考研專業(yè)課模擬測(cè)試題 2套 復(fù)習(xí)題：目標(biāo)院校目標(biāo)專業(yè)考研專業(yè)課導(dǎo)師復(fù)習(xí)題 真 題：目標(biāo)院校目標(biāo)專業(yè)歷年考試真題，本項(xiàng)為贈(zèng)送項(xiàng)，未公布的不送 中北大學(xué)工程熱力學(xué)試題（A ）卷（閉卷） 2013-2014學(xué)年第 一學(xué)期 學(xué)號(hào): 姓名: 一、單項(xiàng)選擇題（本大題共15小題，每題只有一個(gè)正確答案，答對(duì)一題得 1分, 共15分） 1、壓力為10 bar的氣體通過(guò)漸縮噴管流入1 bar的環(huán)境中，

2、現(xiàn)將噴管尾部 截去一段，其流速、流量變化為。 A.流速減小，流量不變 B.流速不變，流量增加 C.流速不變，流量不變 D. 流速減小，流量增大 2、某制冷機(jī)在熱源T1= 300K, 及冷源T2= 250K之間工作，其制冷量為 1000 KJ, 消耗功為250 KJ，此制冷機(jī)是 A.可逆的 B. 不可逆的 C.不可能的 D. 可逆或不可逆的 3、系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能為 A. UB. U pV C. U me： / 2 mgz D. U pV me： /2 mgz 4、熵變計(jì)算式 s CpI n( T2/T1) RgIn（p2 / P1）只適用于 A. 切工質(zhì)的可逆過(guò)程B.一切工質(zhì)的不可逆過(guò)程 C.理想

3、氣體的可逆過(guò)程D.理想氣體的一切過(guò)程 5、系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)不可逆絕熱膨脹過(guò)程后，欲使系統(tǒng)回復(fù)到初態(tài)，系統(tǒng)需要進(jìn)行 一個(gè)【】過(guò)程 【】 A. 可逆絕熱壓縮B.不可逆絕熱壓縮 C.邊壓縮邊吸熱D.邊壓縮邊放熱 6 、 混 合 氣 體 的 通 用 氣 體 常 數(shù) ，【 】 【】 A.與混合氣體的成份有關(guān)B.與混合氣體的質(zhì)量有關(guān) C.與混合氣體所處狀態(tài)有關(guān)D.與混合氣體的成份、質(zhì)量及狀態(tài)均無(wú) 關(guān)系 7、貯有空氣的絕熱剛性密閉容器中裝有電熱絲，通電后如取空氣為系統(tǒng)，則 【 0,力 】 0,A U 0, U 0， W=0 W 0 =0 =0， U 0， W 0 ， U=0， W=0 8 、 未飽和 空 氣具有

4、下列 關(guān) 系 【 】 t w t d t d t w. = t d = t w = t w t d 9 、絕 熱節(jié)流 過(guò) 程 是 【 】 過(guò) 程 。 【 】 A. 定壓 B 定溫 C.定熵 D . 節(jié)流前后焓相等 10 、 抽汽式 熱 電循環(huán)的結(jié) 果 是 【】 A. 提高循環(huán)熱效率，提高熱能利用率 B. 提高循環(huán)熱效率，降低熱能利用率 C. 降低循環(huán)熱效率，提高熱能利用率 D. 降低循環(huán)熱效率，降低熱能利用率 11、一個(gè)橡皮氣球在太陽(yáng)下被照曬， 氣球在吸熱過(guò)程中膨脹， 氣球內(nèi)的壓力正比 于 氣 球 的 容 積 ， 則 氣 球 內(nèi) 的 氣 球 進(jìn) 行 的 是 A. 定壓過(guò)程 B. 多變過(guò)程 C.

5、定溫過(guò)程 D. 定容過(guò)程 12、氣 體的 容積比 熱 是 指 【】 A. 容積保持不變的比熱。 B. 物量單位為一立方米時(shí)氣體的比熱。 C. 物量單位為一摩爾容積氣體的比熱。 1000 KJ ，其結(jié)果是 15、熱機(jī)從熱源取熱1000 KJ，對(duì)外作功 A. 違反第一定律 B.違反第二定律 C.違反第一及第二定律 D. 不違反第一及第二定律 D. 物量單位為一標(biāo)準(zhǔn)立方米時(shí)氣體的比熱。 13 、 抽 氣 回 熱 循 環(huán) 改 善 了 朗 肯 循 環(huán) ， 其 根 本原因在于 【 】 A. 每公斤水蒸汽的作功量增加了 B. 排氣的熱能得到了充分利用 C. 水蒸汽的平均吸熱溫度提高了 D. 水蒸汽的放熱溫度

6、降低了 14 、孤立系統(tǒng) 是 指系統(tǒng) 與 外 界 【 】 A. 沒有物質(zhì)交換B. 沒有熱量交換 C.沒有任何能量交換D. 沒有任何能量傳遞與質(zhì)交換 第二部分 非選擇題（共 85 分） 二、判斷題（本大題共10小題，每題1分,共10分,答A表示說(shuō)法正確.答B(yǎng)表 示說(shuō)法不正確 , 本題只需指出正確與錯(cuò)誤 , 不需要修改 ） 16、孤立系統(tǒng)的熵與能量都是守恒的。（） 17、實(shí)際氣體在壓力趨于零的極限狀態(tài)就成為理想氣體。（） 18、容器中氣體的壓力不變則壓力表的讀數(shù)也絕對(duì)不會(huì)改變。（） 19、在 TS 圖上，任意二條可逆絕熱過(guò)程線不能相交。（） 20、 再熱循環(huán)的主要目的是提高汽輪機(jī)尾部排汽干度。（）

7、 21、 任一熱力循環(huán)的熱效率都可用n = 1 q2/q 1 = 1 T2/T i計(jì)之。（） 22、 孤立系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)總熵達(dá)極大值。（） 23、 一桶具有環(huán)境溫度的河水與一杯沸水，前者的可用能大于后者。（） 24、 凡符合熱力學(xué)第一定律的過(guò)程就一定能實(shí)現(xiàn)。（） 25、卡諾循環(huán)的熱效率僅取決于其熱和冷源的溫度，而與工質(zhì)的性質(zhì)無(wú) 關(guān)。（） 三、填空題（本大題共5小題，每空1分,共12分。） 26、混合氣體由N和CO組成，已知N的質(zhì)量成分為，則混合氣體的平均氣體常 數(shù)Rj,eq=，平均摩爾質(zhì)量 Meq=。 （N2的摩爾質(zhì)量為 0.028kg/mol，CO為 0.044 kg/mol） 27、 冬季

8、取暖，若不采取任何其他措施，室內(nèi)溫度 ，室內(nèi)相對(duì)濕 度。（填增大，減少或不變）。 28、濕蒸汽的干度定義為。已知濕 蒸汽的干度為，其中干飽和蒸汽的質(zhì)量為6 kg，則飽和液體的質(zhì)量為 kg。 00 1950 c 800c 29、 氧氣的平均比定壓熱容 Cp 80cc 0.914kJ/（kg.K），Cp 09： c 0.933kJ /（kg.K）， 則 cp 805? 30、范德瓦爾方程式的表達(dá)式為： ，其中常數(shù)a 是對(duì)的修正。常數(shù)b是對(duì)的修正 四、名詞解釋（本大題共4小題，每題4分,共16分。） 31、干飽和蒸汽、濕飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽一 32、熱容的定義和單位 33、濕空氣的露點(diǎn) 34、控制質(zhì)量

9、 五、簡(jiǎn)答題（本大題共3小題，每題4分,共12分。） 35、定壓、定溫、絕熱和定容四種典型的熱力過(guò)程，其多變指數(shù)的值分別是多少? 36、簡(jiǎn)述蒸汽參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)效率的影響。 37、準(zhǔn)平衡過(guò)程與可逆過(guò)程有何共同處？有何區(qū)別？有何聯(lián)系？ 6 3 4 - 六、計(jì)算題（本大題共4小題，共35分。） 38、某蒸汽動(dòng)力廠按一級(jí)抽汽回?zé)幔ɑ旌鲜剑├硐胙h(huán)工作，如圖所示，已知新 蒸汽參數(shù)pi=，ti=420C,汽輪機(jī)排汽壓力p2=，抽汽壓力Pa=，忽略泵功。試求: （1）定性畫出循環(huán)的T-s圖； （2）抽汽系數(shù)a; （3）循環(huán)吸熱量qi，放熱量q2及輸出凈功3 net ; （4）循環(huán)熱效率；（15分） p (M

10、Pa) t (0C) h (kJ/kg) s kJ/ Ps (MPa) h， (kJ/kg) h (kJ/kg) s， kJ/ s kJ/ 4 420 1 39、一閉口系從狀態(tài)1沿1-2-3途徑到狀態(tài)3,傳遞給外界的熱量為，而系統(tǒng)對(duì) 外作功為30kJ，如圖所示。 （1）若沿1-4-3途徑變化時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外作功15kJ，求過(guò)程中系統(tǒng)與外界傳遞的 熱量。 （2） 若系統(tǒng)從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達(dá)狀態(tài)1,外界對(duì)系統(tǒng)作功6kJ，求該過(guò) 程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量。 （3） 若U2=175kJ,U3=，求過(guò)程2-3傳遞的熱量及狀態(tài)1的熱力學(xué)能。（7分） 40、m=2.26kg理想氣體的氣體常數(shù) R=430J

11、/，比熱比k =。初溫=477K,經(jīng)可 逆定容過(guò)程后終溫T2=591&求QA U W A S（ 7分） 41、空氣可逆絕熱流過(guò)一噴管，入口壓力 p1=，溫度t1=800C，出口壓力p2=，此 噴管是什么外型的噴管？入口空氣流速忽略不計(jì)，比熱容和比熱比取定值，分別 為Cp=(kg K), k =, R=287J/。求噴管出口空氣的溫度、流速、馬赫數(shù)。(7 分) 參考答案 第一部分選擇題（共15分） 第二部分 非選擇題（共85分） 、單項(xiàng)選擇題（每題只有一個(gè)正確答案，答對(duì)一題得1分，共15分） 1、C 2、 B 3、 C 4、 C 5、 C 6、D 7、 C 8、 A 9、 D 10、 A 11、

12、B 12 、D 13 、C 14 、D 15 、B 二、判斷題（本大題共10小題，每題1分,共10分,答A表示說(shuō)法正 確.答B(yǎng)表示說(shuō)法不正確，本題只需指出正確與錯(cuò)誤，不需要修改） 16、B 17 、A 18、B 19、A 20、A 21、B 22 、A 23、B 24、B 25、A 三、填空題（本大題共5小題，每空1分,共11分。） 26、x 10-3kg/mol 27、增大 減少 28、 飽和蒸汽的質(zhì)量占整個(gè)濕蒸汽質(zhì)量的比值24 29、 30、 （p -a2 ）（Vm b） RT 對(duì)氣體分子間的引力對(duì)氣體分子體積 Vm 四、名詞解釋（本大題共4小題，每題4分,共16分。） 31、干度為1的濕

13、蒸汽為干飽和蒸汽；（1分） 蒸汽和水的混合物稱為濕飽和蒸汽；（1分） 溫度高于蒸汽壓力下所對(duì)應(yīng)的飽和溫度的蒸汽，稱為過(guò)熱蒸汽。（2分） 32、物體溫度升高1K（或1 所需熱量稱為熱容，以C表示。（2 分） 單位有J/、J/和J/ 。 （2分） 33、在保持濕空氣中水蒸氣分壓力 pv不變的條件下，降低濕空氣溫度 而使其達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度，稱為露點(diǎn)。（4分） 34、 一個(gè)熱力系統(tǒng)如果和外界只有能量交換而無(wú)物質(zhì)交換，則該系統(tǒng)稱為閉口系統(tǒng)。 閉口系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)量保持恒定不變，閉口系統(tǒng)又叫做控制質(zhì)量。（4分） 五、簡(jiǎn)答題（本大題共3小題，每題4分,共12分。） 35、定壓n=0,定容n=x,定溫n=

14、1,定熵n =k（4分） 36、（1）提高初溫，可提高熱力循環(huán)效率和增大膨脹終點(diǎn)的干度，但受金屬材料耐 熱性能的限制。（2分） （2）在相同的初溫和背壓下，提高初壓也可使熱效率增大。會(huì)使乏汽干度降低， 設(shè)備強(qiáng)度的問(wèn)題。（1分） （3） 降低背壓可以顯著提高循環(huán)熱效率。受環(huán)境溫度的限制。（1分） 37、它們共同處都是在無(wú)限小勢(shì)差作用下，非常緩慢地進(jìn)行，由無(wú)限接近平衡狀態(tài) 的狀態(tài)組成的過(guò)程。（2分） 它們的區(qū)別在于準(zhǔn)平衡過(guò)程不排斥摩擦能量損耗現(xiàn)象的存在，可逆過(guò)程不會(huì)產(chǎn) 生任何能量的損耗。（1分） 一個(gè)可逆過(guò)程一定是一個(gè)準(zhǔn)平衡過(guò)程，沒有摩擦的準(zhǔn)平衡過(guò)程就是可逆過(guò)程。 （1分） 六、計(jì)算題（本大題共4

15、小題，共36分。） 38、（1）圖略。（可參照教材p329圖10-14）（2分） （2）抽汽系數(shù) 2047普 0173 （2 分） （3） q1 h1 h6 3261.4 604.72656.7kJ / kg （2 分） X2 S2 S2 s s S1S2 ni S?S2 0.814 （2 分） h2 h2 X2（h2 h2） 2124.0kJ/kg （2 分） q2 （1 ）（h2 ha） （1 0.173）（2124.0163.4）1621.4kJ/kg （2 分） net q1 q22656.7 1621.41035.3kJ/kg （2 分） （4） qr 賽 39.0%（2 分） 39

16、、對(duì)途徑1-2-3，由閉口系能量方程得 U123 U3 U, Q123 W123（ 47.5） 3077.5kJ （1 分） （1）對(duì)途徑1-4-3，由閉口系能量方程得 （2 分） Q143U 143 W43U123 W43 77.5 1562.5kJ （系統(tǒng)對(duì)外放熱） （2）對(duì)途徑3-1，可得到 Q31 U31 W3177.5 （6）71.5kJ （ 1 分） （3）對(duì)途徑2-3，有 3 W232 PdV 0（ 1 分） 則 Q23 U23 W2387.5 17587.5kJ （ 1 分） U1 U3 U12387.5 （ 77.5）185kJ （ 1 分） 40、 c 1 Rg 43012

17、29J /（kg.K）（ 1 分） 11.35 1 W 0（ 1 分） Umo/（T2 T1） 2.26 1.229 （591 477） 317kJ（ 2 分） Q U 317 kJ （ 1 分） T591 S mC/Ln 22.26 1.229 Ln0.595kJ / K （ 2 分） T1477 41、 P20.15 0.214 0.528 為縮放型噴管。（1 分） P10.7 k 11.4 1 T2 T1（P2）k 1073 （0.15） 1.4691K （2 分） p/0.7 cf2 . 2cP（T1 T2）2 1004 （1073 691） 876m/s（2 分） Ma 亞j61.6

18、6（2 分） C2V1.4 287 691 中北大學(xué)工程熱力學(xué) 試題（A ）卷（閉卷） 2012-2013學(xué)年第 一學(xué)期 學(xué)號(hào)： 姓名： 一、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共40分） 1. 什么是熱力過(guò)程？可逆過(guò)程的主要特征是什么？ 答：熱力系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)到另一個(gè)平衡態(tài)，稱為熱力過(guò)程?？赡孢^(guò)程的主要特征是驅(qū) 動(dòng)過(guò)程進(jìn)行的勢(shì)差無(wú)限小，即準(zhǔn)靜過(guò)程，且無(wú)耗散。 2. 溫度為500C的熱源向熱機(jī)工質(zhì)放出 500 kJ的熱量，設(shè)環(huán)境溫度為30 C,試問(wèn)這部 分熱量的火用（yong）值（最大可用能）為多少？ 答: Ex,q 500 1 30 2735 500 273.15 3. 兩個(gè)不同溫度（Ti,T2）的恒溫?zé)?/p>

19、源間工作的可逆熱機(jī)，從高溫?zé)嵩碩i吸收熱量Q向低溫 熱源T2放出熱量02,證明：由高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩?、熱機(jī)和功源四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系 統(tǒng)熵增。假設(shè)功源的熵變 Sw=0。 證明：四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)熵增為 （1 分）Siso St1 ST2 SrSw 對(duì)熱機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)： SR 10 分 S_Q1 Siso T1 Q2 T2 0 0 1分 根據(jù)卡諾定理及推論： 1分1 tt,C1 Q2 Q1 1T2 T1 B中 自由膨脹 則：Sis。0。1 分 4. 岡冊(cè)絕熱容器中間用隔板分為兩部分， A中存有高壓空氣, 保持真空，如右圖所示。若將隔板抽去，試分析容器中空氣的狀態(tài) 參數(shù)（T、P、u、s、v）

20、如何變化，并簡(jiǎn)述為什么。 答：u、T不變，P減小，v增大，s增大。 5. 試由開口系能量方程一般表達(dá)式出發(fā)，證明絕熱節(jié)流過(guò)程中， 節(jié)流前后工質(zhì)的焓值不變。 （絕熱節(jié)流過(guò)程可看作穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過(guò)程，宏觀動(dòng)能和重力位能的變化可忽略不計(jì)） 答：開口系一般能量方程表達(dá)式為 絕熱節(jié)流過(guò)程是穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過(guò)程，因此有如下簡(jiǎn)化條件 則上式可以簡(jiǎn)化為： 根據(jù)質(zhì)量守恒，有 代入能量方程，有 6. 什么是理想混合氣體中某組元的分壓力？試按分壓力給出第i組元的狀態(tài)方程。 答：在混合氣體的溫度之下，當(dāng)i組元單獨(dú)占有整個(gè)混合氣體的容積（中容積）時(shí)對(duì)容器壁 面所形成的壓力，稱為該組元的分壓力；若表為P，則該組元的狀態(tài)方程可寫成：PV

21、= mRT。 7. 高、低溫?zé)嵩吹臏夭钣?，卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)是否就愈大，愈有利？試證明你的結(jié) 論。 答：否，溫差愈大，卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)愈小，耗功越大。（2 分） 證明：R 二2一 31 衛(wèi)當(dāng)q2不變，T 時(shí)，w 、 R 。即在同樣q2下 T1 T2w T， （說(shuō)明得到的收益相同），溫差愈大，需耗費(fèi)更多的外界有用功量，制冷系數(shù)下降。（3分） 8. 一個(gè)控制質(zhì)量由初始狀態(tài) A分別經(jīng)可逆與不可逆等溫吸熱過(guò)程到達(dá)狀態(tài)B,若兩過(guò)程中 熱源溫度均為Tr。試證明系統(tǒng)在可逆過(guò)程中吸收的熱量多，對(duì)外做出的膨脹功也大。 答：經(jīng)歷可逆或不可逆定溫過(guò)程后，按題給兩種情況下過(guò)程的初、終狀態(tài)相同，因而系統(tǒng)的 熵變

22、相同。由系統(tǒng)的熵方程S Sf Sg，對(duì)于可逆過(guò)程其熵產(chǎn)為零，故熱熵流將大于不可 逆過(guò)程。可見，可逆過(guò)程的熱量將大于不可逆過(guò)程；（3分） 由熱力學(xué)第一定律，q U w，因過(guò)程的初、終狀態(tài)相同，熱力學(xué)能變化U相同，故 可逆與不可逆兩種情況相比，可逆過(guò)程的過(guò)程功亦較大。（2分） 二、作圖題： （每小題5分，共10分） 1.試在所給參數(shù)坐標(biāo)圖上定性地畫出理想氣體過(guò)點(diǎn)1的下述過(guò)程，分別指出該過(guò)程的過(guò)程 指數(shù)n應(yīng)當(dāng)在什么數(shù)值范圍內(nèi)（圖中請(qǐng)標(biāo)明四個(gè)基本過(guò)程線 ）： 1）壓縮、升溫、吸熱的過(guò)程 2）膨脹、降溫、吸熱的過(guò)程。 vs 答： n k； Ink 評(píng)分：四條基本線（2分）兩條曲線（2分）n取值（1分）

23、2.如圖所示T- s圖上理想氣體任意可逆過(guò)程 1 - 2的熱量如何表示？熱力學(xué)能變化量、焓 變化量如何表示？若過(guò)程 1 -2是不可逆的，上述各量是否相同？（請(qǐng)寫出簡(jiǎn)明的作圖方法。） 答：對(duì)可逆過(guò)程，熱量為面積1-m-k-2-1 ，熱力學(xué)能變化量為面積1-m-n-2 v-1，焓變化量為 1-m-g-2 p-1。 對(duì)不可逆過(guò)程，熱量無(wú)法表示，熱力學(xué)能和焓變化量相同 三、計(jì)算題：（共50分） 1.壓氣機(jī)在95 kPa、25 C的狀態(tài)下穩(wěn)定地以 340 m3/min的容積流率吸入空氣，進(jìn)口處的 2 空氣流速可以忽略不計(jì)；壓氣機(jī)排口處的截面積為m ,排出的壓縮空氣的參數(shù)為200 kPa、 120 C。壓

24、氣機(jī)的散熱量為 60 kJ/min。已知空氣的氣體常數(shù) Rg= kJ/，比定熱容cv= kJ/ , 求壓氣機(jī)所消耗的功率。（16分） 解： 以壓氣機(jī)中空氣為研究對(duì)象，其穩(wěn)定工況的能量方程為 c22? gz2)m 0 ? ? 2 ? Ci Q Wsh (h -gzjm (h2 2 2 ? Ci gz-)m (h2 2 2 C2 gz2)m (a) 其中：Q 60 103 60 1000( J/s) ? 95 103340 287 (273 25)60 6.2944( kg / s) G 0m/s z 0m C2 ? m 2A2 hh2h| ? mRgT2 P2 A2 Cp T 62944 287

25、 (273 120)141.99(m/s) 200 103 0.025 (273 717) (120 25) 95380.0(J/s) 將以上數(shù)據(jù)代入式（a）,可得壓氣機(jī)所消耗的功率為: Wsh 141.992 1000 62944 ( 95380. T-) 5 6.648 10 (J /s) 2.在高溫環(huán)境中有一容器，A側(cè)裝有2 kg氮?dú)? 壓力為MPa, 溫度為67C； B側(cè)裝有8 kg氮?dú)?，壓力?MPa, 溫度為17C,。 N2 2 kg A和B的壁面均為透熱壁面，它們之間用管道和閥門相連，見附 8 kg MPa 圖?，F(xiàn)打開閥門，氮?dú)庥葿流向A。氮?dú)饪梢暈槔硐霘怏w, 已知 氣體常數(shù) Az = 297 J/（kg K），過(guò)程中的平均定容比熱容 Cv = kJ/( kg -K），若壓力平 衡時(shí)容器中氣體溫度為 t2 = 40C，試求：平衡時(shí)終壓力 P2；吸熱量Q ； 氣體的熵變。 (18 分) 解：容器A和B的容積分別為 終態(tài)時(shí)的氣體壓力 mA RgTA1 12 297 340 Pa1 0.07 106 mB RgTB1 8 297 290 PB1 0.