工程熱力學北交大期末考試試題

1、北京交通大學工程熱力學期末試題填空題(每空1分，共10分)1.當熱力系與外界既沒有能量交換也沒有物質(zhì)交換時，該熱力系為_孤立系_。2.在國際單位制中溫度的單位是_開爾文(K)_。3.根據(jù)穩(wěn)定流動能量方程，風機、水泵的能量方程可簡化為_ws=h2h1 或 wt=h2h1_。4.同樣大小的容器內(nèi)分別儲存了同樣溫度的氫氣和氧氣，若二個容器內(nèi)氣體的壓力相等，則二種氣體質(zhì)量的大小為_小于_。5.已知理想氣體的比熱C隨溫度的升高而增大，當t2>t1時，的大小關系為_。6.已知混合氣體中各組元氣體的質(zhì)量分數(shù)i和摩爾質(zhì)量Mi，則各組元氣體的摩爾分數(shù)i為_。7.由熱力系與外界發(fā)生_熱量_交換而引起的熵變化

2、稱為熵流。8.設有一卡諾熱機工作于600和30熱源之間，則卡諾熱機的效率為_65.29%_。9.在蒸汽動力循環(huán)中，汽輪機排汽壓力的降低受_環(huán)境_溫度的限制。1.與外界既無能量交換也無物質(zhì)交換的熱力系稱為_孤立_熱力系。2.熱力系的儲存能包括_熱力學能、宏觀動能、重力位能_。3. 已知某雙原子氣體的氣體常數(shù)Rg=260J/(kg · k) ， 則其定值比熱容cv=_650_J/(kg·k)。4.已知1kg 理想氣體定壓過程初、終態(tài)的基本狀態(tài)參數(shù)和其比熱容，其熱力學能的變化量可求出為u=_ cp(T2T1)_。5.定值比熱容為cn 的多變過程，初溫為T1,終溫為T2，其熵變量s

3、=_。6.水蒸汽的臨界壓力為_22.12_MPa。7.流體流經(jīng)管道某處的流速與_當?shù)匾羲賍的比值稱為該處流體的馬赫數(shù)。8.汽輪機的排汽壓力越低，循環(huán)熱效率越高，但排汽壓力的降低受到了_環(huán)境溫度_的限制。9.未飽和濕空氣的相對濕度值在_0 與1_之間。1理想氣體多變指數(shù)n=1，系統(tǒng)與外界傳熱量q=_；多變指數(shù)n=±，系統(tǒng)與外界傳熱量q=_。2卡諾循環(huán)包括兩個_過程和兩個_過程3水蒸汽的汽化潛熱在低溫時較_，在高溫時較_，在臨界溫度為_。4在TS圖上，定壓線的斜率是_；定容線的斜率是_5理想氣體音速的計算式：_，馬赫數(shù)的定義式為：_1、功W ; 內(nèi)能U2、定溫變化過程， 定熵變化3、小，

4、 大， 04、對數(shù)曲線，對數(shù)曲線5、 ， 1理想氣體多變過程中，工質(zhì)放熱壓縮升溫的多變指數(shù)的范圍_ 2蒸汽的干度定義為_。 3水蒸汽的汽化潛熱在低溫時較_，在高溫時較_，在臨界溫度為_。4理想氣體的多變比熱公式為_ 5采用Z級冷卻的壓氣機，其最佳壓力比公式為_1、大于0，小于 ; 2、濕蒸汽中含干蒸汽的質(zhì)量/濕蒸汽的總質(zhì)量3、小， 大， 04、5、i = （PZ+1 / P1）1 / Z四、名詞解釋題（本大題共5小題，每小題3分，共15分）1、理想氣體: 理想氣體滿足克拉貝龍狀態(tài)方程的氣體;或者是指由相互間沒有作用力的分子構(gòu)成的氣體,且分子本身是不占據(jù)體積的彈性質(zhì)點.2、水蒸汽的臨界狀態(tài)：當壓

5、力高于確定的臨界壓力時，定壓下的蒸氣發(fā)生過程不再經(jīng)歷預熱、氣化和過熱三個階段，而是在溫度為臨界溫度時連續(xù)地從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，這種由臨界壓力和臨界溫度確定的狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。過熱度：過熱蒸氣的溫度與同壓下的飽和溫度之差稱為過熱度，單位為開爾文或攝氏度3、濕空氣的絕對濕度：濕空氣中水蒸氣的密度，符號V4、濕空氣的相對濕度：濕空氣中水蒸氣的密度V與其相應溫度下的最大密度S之比5.熵產(chǎn)：不可逆過程中，不可逆因素引起的熵的變化稱為熵產(chǎn)。6.穩(wěn)定流動：是指流體流經(jīng)管道中任意點的熱力狀態(tài)參數(shù)及流速等均不隨時間而變化的流動過程。7.濕空氣的焓：濕空氣的焓值等于干空氣的焓值與水蒸氣的焓值之和。8.控制質(zhì)量:閉口

6、系內(nèi)包含的物質(zhì)量是恒定的，這種作為研究對象的恒量物質(zhì)稱為控制質(zhì)量。9.熱量的無效能:熱源提供的熱量，在環(huán)境為冷源的卡諾循環(huán)中，不能轉(zhuǎn)換為功的部分。10.水蒸汽的飽和狀態(tài):汽化和液化速率相等，成為一種汽液相變的動態(tài)平衡的狀態(tài)。11. 濕空氣的含濕量:一定體積的濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與其中所含干空氣質(zhì)量的比值。或濕空氣中，每1kg干空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量。孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間不發(fā)生任何能量傳遞和物質(zhì)交換的系統(tǒng)。焓：為簡化計算，將流動工質(zhì)傳遞的總能量中，取決于工質(zhì)的熱力狀態(tài)的那部分能量，寫在一起，引入一新的物理量，稱為焓。熱力學第二定律：克勞修斯(Clausius)說法：不可能把熱量從低溫物體

7、傳到高溫物體而不引起其他變化。開爾文一浦朗克(KelvinPlank)說法：不可能制造只從一個熱源取熱使之完全變成機械能而不引起其他變化的循環(huán)發(fā)動機。相對濕度：濕空氣的絕對濕度與同溫度下飽和空氣的飽和絕對濕度的比值，稱為相對濕度?？ㄖZ定理：1所有工作于同溫熱源與同溫冷源之間的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與采用哪種工質(zhì)無關。2在同溫熱源與同溫冷源之間的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)。理想氣體：氣體分子本身所具有的體積與其所活動的空間相比非常小，分子本身的體積可以忽略，而分子間平均距離很大，分子間相互吸引力小到可以忽略不計時，這種狀態(tài)的氣體便基本符合理想氣體模型。水蒸氣的汽化潛熱：將1k

8、g飽和液體轉(zhuǎn)變成同溫度的干飽和蒸汽所需的熱量。五、簡答題（本大題共5小題，每小題5分，共25分）1.何謂水蒸汽參數(shù)座標圖中的一個點、兩條線、三個區(qū)域和五種狀態(tài)？一點:臨界狀態(tài)點,其在水蒸汽參數(shù)座標圖中的位置隨工質(zhì)而異;二線:飽和蒸氣線(上界線):不同壓力下飽和蒸氣狀態(tài)的連線.飽和液線(下界線):不同壓力下飽和液狀態(tài)的連線。上、下界線合在一起又稱為飽和線。三區(qū)：未飽和液區(qū)（過冷液區(qū)），濕蒸氣區(qū)，過熱蒸氣區(qū)五態(tài)：未飽和液（過冷液），飽和液，濕飽和蒸汽，（干）飽和蒸汽，過熱蒸汽2.卡諾循環(huán)熱效率表達式說明了哪三個重要問題？a.提高熱源溫度TH和降低冷源溫度TL是提高兩恒溫熱源間可逆循環(huán)熱效率的根本途

9、徑與方法;b.TL=0和TH是不可能的,故熱機熱效率恒小于100%;c.當TH=TL時,C=0,說明單一熱源熱機是造不成的.3.平衡狀態(tài)與穩(wěn)定態(tài)有什么聯(lián)系與區(qū)別? 平衡態(tài)是指熱力系的宏觀性質(zhì)不隨時間變化的狀態(tài)。穩(wěn)定態(tài)是指熱力系的狀態(tài)不隨時間而變化的狀態(tài)。平衡必然穩(wěn)定，穩(wěn)定未必平衡。4.能量方程q=u+w和q=CvT+的適用條件有何不同? 前者：閉口系、任意工質(zhì)、任意過程；后者：閉口系、理想氣體、可逆過程。5.夏天，自行車在被太陽曬得很熱的馬路上行駛時，為什么容易引起輪胎爆破? 輪胎內(nèi)氣體壓力為P=為常數(shù)，當T升高時P隨之升高，容易引起爆破。6.不可逆過程熵的變化如何計算? 可以選擇相同初、終狀

10、態(tài)間可逆過程熵的變化來計算。7.準平衡過程與可逆過程有何共同處?有何區(qū)別?有何聯(lián)系?它們共同處都是在無限小勢差作用下，非常緩慢地進行，由無限接近平衡狀態(tài)的狀態(tài)組成的過程。它們的區(qū)別在于準平衡過程不排斥摩擦能量損耗現(xiàn)象的存在，可逆過程不會產(chǎn)生任何能量的損耗。一個可逆過程一定是一個準平衡過程，沒有摩擦的準平衡過程就是可逆過程。8.理想氣體狀態(tài)方程有哪些常見形式?方程中的常數(shù)項與物性是否有關?1kg 氣體:pv=RrT mkg 氣體:pV=mRrT1mol 氣體：pVm=RT nmol 氣體：pV=nRTRr 是氣體常數(shù)與物性有關，R 是摩爾氣體常數(shù)與物性無關。9.干飽和蒸汽與濕飽和蒸汽的狀態(tài)參數(shù)各

11、有何特點?干飽和蒸汽：x=1,p=ps t=ts v=v,h=h s=s濕飽和蒸汽：0<x<1,p=ps t=ts v<v<v, h<h<h, s<s<s10.何謂汽流在噴管中的臨界狀態(tài)?何謂臨界壓力比?理想氣體的臨界壓力比與哪些因素有關?流速為當?shù)匾羲?Ma=1)時的狀態(tài)稱為流體的臨界狀態(tài)。流體臨界狀態(tài)的壓力(臨界壓力)與其滯止壓力的比值，稱為臨界壓力比。理想氣體的臨界壓力比只與氣體的物性有關(或比熱比k有關)1. 閉口系統(tǒng)從溫度為300K的熱源中取熱500kJ，系統(tǒng)熵增加20kJK，問這一過程能否實現(xiàn)，為什么？1、答：能實現(xiàn) 對于可逆過程的熵

12、有：，則系統(tǒng)從熱源取熱時的可能達到的最小熵增為：，因此該過程是可以實現(xiàn)的。六、計算題(第1、2題每小題6分，第3、4題每小題8分，共28分)1.m=1.5kg空氣按可逆定溫過程由初態(tài)T1=328K,P1=0.25×106Pa變化到終態(tài)P2=0.15×106Pa，空氣的Rr=0.287KJ/(kg·k)，試求此定溫過程的Q、W、U、H。Q=mRrTln=1.5×0.287×328×lnW=mRrTln=Q=72.1KJU=mCv(T2T1)=0H=mCp(T2T1)=02. 某燃氣輪機排氣1.20kg/s，溫度為T1=576K,定壓排入

13、溫度T0=283K的環(huán)境；設排氣的Cp=1.021KJ/(kg·k)。試求每小時燃氣輪機的排氣熱量中的有效能和無效能。每小時排氣的放熱量Qp:Qp=mCp(T0T1)=3600×1.2×1.021×(283576)=1292341KJ/h此熱量中的有效能Qa:Qa=3600×1.2×1.021×(283576)283ln=405345.2KJ/h此熱量中的無效能Qu:Qu=QpQa=1292341(405345.2)=886995.8KJ/h3. 一容積為0.2m3的儲氣罐，內(nèi)裝氮氣，其初壓力p1=0.5MPa，溫度t1=3

14、7。若對氮氣加熱，其壓力、溫度都升高。儲氣罐上裝有壓力控制閥，當壓力超過0.8MPa時，閥門便自動打開，放走部分氮氣，即罐中維持最大壓力為0.8MPa，問當儲氣罐中氮氣溫度為287時，對罐內(nèi)氮氣共加入多少熱量？設氮氣比熱容為定值。(218.0kJ)二、計算題（共70分）1、一種切割工具利用從噴嘴射出的高速水流切割材料，供水壓力為200kPa、溫度20，噴嘴內(nèi)徑為0.002m時，射出水流溫度20，壓力100kPa，流速1000m/s，已知在200kPa、20時，假定可近似認為水的比體積不變，求水泵功率。（10分）2、某太陽能供暖的房屋用5×8×0.3m的大塊混凝土板作為蓄熱材

15、料，該混凝土的密度為2300kg/m3，比熱容0.65kJ/(kg·K)。若混凝土板在晚上從23冷卻到18（室內(nèi)溫度），圖2求此過程的熵產(chǎn)。（10分）3、某活塞式內(nèi)燃機定容加熱理想循環(huán)（圖2循環(huán)1-2-3-4-1），壓縮比 =10，壓縮沖程的起點狀態(tài)是t1=35 、p1=100kPa。加熱過程中氣體吸熱650kJ/kg。假定比熱容為定值，且cp =1.004kJ/（kg·K）， =1.4，求：（1）循環(huán)中各點的溫度、壓力和循環(huán)熱效率；（2）若循環(huán)壓縮過程和膨脹過程均不可逆，兩過程的熵產(chǎn)分別為0.1kJ/(kg·K)和0.12 kJ/(kg·K)，求工質(zhì)經(jīng)

16、循環(huán)后的熵變； （3） 若膨脹過程持續(xù)到5（p5 = p1），畫出循環(huán)T-s圖，并分析循環(huán)熱效率提高還是下降。（10+5+5分）4、空氣在軸流壓縮機中被絕熱壓縮，壓力比為4.2，初終態(tài)溫度分別為30和227。若空氣作理想氣體，比熱容取定值, 氣體常數(shù)=287； =1005。試計算（1）壓氣機的絕熱效率；（2）壓縮過程的熵變和作功能力損失（t0 = 20）（10+5分）。5、利用水蒸氣取暖，進入散熱器的濕飽和水蒸氣溫度為100，流出時為飽和水，散熱器內(nèi)近似壓力不變。若為維持室內(nèi)溫度恒定為20需供熱72000kJ/h。求：（1）水蒸氣的流量()；（2）以散熱器為系統(tǒng)，求過程的熵變、熵流、熵產(chǎn)及損失

17、，環(huán)境大氣溫度為0（7+8分）。飽和水和飽和水蒸氣表摘錄00.015152535701001100.00061120.00061170.00087250.00170530.00316870.00562630.0311780.1013250.1432430.001000220.001000180.001000080.001000940.001003020.001006050.001022760.001043440.00105156206.154206.012147.04877.91043.36225.2225.04431.67361.2106-0.050.0021.0262.96104.7714

18、6.59293.01419.06461.332500.512500.532509.712528.072546.292564.382626.102675.712691.262500.62500.52488.72465.12441.52417.82333.12256.62229.9-0.00020.00000.07630.22480.36700.50500.95501.30691.41869.15449.15419.02368.77948.55608.35117.75407.35457.23860.0010.0030.0040.0050.010.020.050.10.20.56.949124.114228.953332.879345.798860.065081.338899.634120.240151.8670.00100010.00100280.00100410.00100530.00101030.00101720.00102990.00104320.00106050.0010925129.18545.66634.79628.19114.6737.64973.24091.69430.885850.3748629.21101.07121.30137.72191.76251.43340.55417.52504.78640.3