同濟大學工程熱力學_模擬試題附答案

1、全國碩士研究生入學統(tǒng)一測試 工程熱力學測試大綱真題及答案I考查目標要求掌握熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換的根本規(guī)律,并能夠應用此規(guī)律對熱力過程和熱力循環(huán) 進行分析和計算.II測試形式和試卷結(jié)構(gòu)一、試卷總分值及測試時間試卷總分值為150分,考13t時間180分鐘.二、做題方式做題方式為閉卷、筆試.允許使用計算器僅僅具備四那么運算和開方運算功能的計算器 但不得使用帶有公式和文本存儲功能的計算器.三、試卷內(nèi)容與題型結(jié)構(gòu)分為概念題和計算題兩大類.概念題包括：名詞解釋、填空題、判斷題、作圖分析題、簡做題.概念題和計算題分值各占50%左右.III考查內(nèi)容1、根本概念：掌握熱力系統(tǒng)、平衡狀態(tài)、狀態(tài)參數(shù)及其數(shù)學特征、理

2、想氣體狀態(tài)方程、 準靜過程及可逆過程的概念并會用系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系對可逆過程的功、熱量進行計算 等.2、熱力學第一定律：熟練掌握能量方程在不同條件下的表達形式,并對非穩(wěn)定流動能量方程有初步熟悉；掌握系統(tǒng)儲存能量、熱力學能、烙的概念；掌握容積變化功、流動功、技 術(shù)功和軸功的概念；能夠正確應用熱力學第一定律對能量轉(zhuǎn)換過程進行分析、計算.3、熱力學第二定律：理解熱力學第二定律的實質(zhì)；掌握卡諾循環(huán)和卡諾定理；掌握嫡的概念和孤立系統(tǒng)嫡增原理,能夠判別熱力過程進行的方向及掌握能量耗散的計算方法；了解可用能的概念及計算方法.4、理想氣體的性質(zhì)及熱力過程 ：熟練掌握理想氣體狀態(tài)方程；理解理想氣體比熱容的概

3、念并熟練掌握利用定值比熱容計算過程中熱量、熱力學能、爛和嫡變化；熟練掌握對四種基本熱力過程及多變過程的分析,計算過程中狀態(tài)參數(shù)的變化及與外界功量和熱量的交換；能夠?qū)崃^程表示在 p-v圖和T-s圖上,并判斷過程的性質(zhì).5、熱力學一般關(guān)系式及實際氣體的性質(zhì)：了解熱力學一般關(guān)系式；掌握范德瓦爾方程包括各項物理意義；掌握比照態(tài)原理,會計算比照參數(shù)并能利用通用壓縮因子圖進行實際氣 體的計算.6、水蒸氣的性質(zhì)及熱力過程：掌握蒸氣的各種術(shù)語及其意義；了解水蒸氣的定壓發(fā)生過程及其在p-v圖和T-s圖上的一點、兩線、三區(qū)、五態(tài)；了解水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)并會應用； 掌握水蒸氣熱力過程的熱量和功量的計算.7、氣體和

4、蒸氣的流動： 掌握一元定嫡穩(wěn)定流動根本方程組；掌握噴管中氣體流速、流量的計算,會進行噴管外形的選擇和尺寸的計算；理解噴管效率并會計算存在摩擦損失時的流速和流量；明確滯止烙、臨界截面、臨界參數(shù)的概念.掌握絕熱滯止、絕熱節(jié)流、流動混合 過程的計算.8、壓氣機：掌握活塞式壓氣機和葉輪式壓氣機的工作原理；掌握不同壓縮過程絕熱、定溫、多變狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律、耗功的計算以及壓氣機耗功的計算；了解多級壓縮、中 間冷卻的壓氣機的工作情況,了解余隙容積對活塞式壓氣機工作的影響.9、熱機裝置、制冷裝置及其循環(huán)：掌握各種裝置循環(huán)的工作流程；掌握將實際循環(huán)理想化為工質(zhì)理想循環(huán)的一般方法,并會對循環(huán)的各個熱力過程進行熱

5、力分析；掌握各種循環(huán)吸熱量、放熱量、循環(huán)凈功、熱效率或制冷系數(shù)的分析計算方法；會分析對循環(huán)能量利用經(jīng)濟性的影響因素并能夠提出提升能量利用率方法和途徑.10、理想混合氣體及濕空氣：掌握理想混合氣體的概念；掌握理想混合氣體的組分、摩 爾質(zhì)量、密度、氣體常數(shù)以及比熱容、熱力學能、始和嫡的計算；明確濕空氣、未飽和濕空 氣、飽和濕空氣的含義；掌握絕對濕度、相對濕度、含濕量的概念；能夠分析、計算濕空氣 的根本熱力過程.IV.題型例如及參考答案一、名詞解釋：20分1、多變過程：2、臨界點：3、滯止烙：4、相對濕度：5、干度：二、是非判斷題：正確地打；錯誤的打“X ,并加以改正.20分1、工質(zhì)從狀態(tài)1變化到狀

6、態(tài)2,不管中間經(jīng)歷了什么過程,其嫡的變化都相等.2、用100 c的熱源非常緩慢地給冰、水混合物加熱,混合物經(jīng)歷的是準靜態(tài)過程.該加熱過 程是可逆過程.3、任何燃氣輪機裝置都可以通過回熱的舉措提升其熱效率.4、沸騰的水總是燙手的.5、壓氣機的絕熱壓縮過程,由于無散熱損失,所以在壓力升高比一定的條件下,所消耗的 功最小.6、空氣的濕球溫度總是低于干球溫度.7、水蒸氣的定壓氣化過程,由于溫度不變,所以內(nèi)能不變.8、處于熱力學平衡狀態(tài)的系統(tǒng)必然是一個均勻系統(tǒng).9、兩杯溫度不同的水,在等壓下進行絕熱混合,其嫡不變.10、一絕熱容器中間有隔板分開,一側(cè)裝有空氣,另一側(cè)為真空,現(xiàn)抽去隔板,由于空氣經(jīng) 歷了絕

7、熱膨脹過程,所以溫度下降.、選擇題：21分1、以下說法正確的選項是 .(a)工質(zhì)對外作出膨脹功,就一定吸熱；(b)吸熱過程一定升溫；(c)要使工質(zhì)升溫,就一定通過加熱的方式實現(xiàn)；(d)工質(zhì)體積膨脹,是使熱變功的的根本途徑.2、某實驗報告稱,溫度為800K、壓力為6Mpa的燃氣進入燃氣輪機,在燃氣輪機內(nèi)絕熱膨脹 后流出燃氣輪機.在燃氣輪機出口測得的數(shù)據(jù)是：P2 = 0.9Mpa , T2 = 450K,那么該過程是. (cp 1.004kJ /kg.K Rg 0.2874kJ /kg.K)(a)可逆的 (b)不可逆的(c)不可能實現(xiàn)的3、某制冷循環(huán)中,工質(zhì)從溫度為73c的冷源吸熱100kJ,并將

8、220kJ的熱量傳遞給溫度為27 c的熱源,那么此循環(huán)為 .(a)可逆循環(huán)(b)不可逆循環(huán)(c)不可能實現(xiàn)4、工質(zhì)經(jīng)歷了一個放熱、升溫、壓力增加的多變過程,該過程多變指數(shù)的范圍是 .(a) 0 n 1(b) 1 n k(c) n k(d) n 05、系統(tǒng)經(jīng)歷了一個不可逆的放熱過程,在該過程中,外界對系統(tǒng)作功150 kJ,系統(tǒng)放熱100kJ,那么系統(tǒng)的嫡的變化.(a) S 0(b) S 0(c)S 0(d)無法判別6、熱力學第一定律和第二定律說明,對于實際熱力過程 .(a)能量守恒,可用能也守恒(b)能量守恒,可用能增加(c)能量守恒,可用能減少(d)能量減少,可用能也減少7、空氣在漸縮形噴管中

9、作一元、定嫡流動,進口狀態(tài)Ti=300K p1=5bar、cf1=100m/s,背壓pb=1bar,那么噴管出口 ./小Pz,、Pz/、Pz一、(a)一(b)(c)一(d)p2 Pb口P1P1三、分析題：(37分)1、試推導理想氣體定壓比熱 CP與定容比熱cv關(guān)系式：Cp cv= Rg. 5分2、燃氣輪機理想簡單循環(huán)的廢氣排氣溫度高達400500C,廢氣排放到大氣中的余熱很為可觀,因此,有人提出下述三種方案,試分析是否有效,為什么1、將燃氣輪機出口的排氣送入另一個透平作功；2、將排氣送入壓氣機升壓后在送入透平作功；3、將排氣送入回熱器,預熱壓氣機前的空氣.10分 3、試根據(jù)以下條件在無其他動力

10、源的情況下,設計出兩種低溫余熱利用裝置的方案,并比較這兩種方案在各自理想的條件下的余熱利用率.低溫余熱源溫度：t2 150C ：高溫熱用戶的溫度：300C；環(huán)境溫度：25 Co提示：余熱利用率即為向高溫熱源提供的熱量與低溫余熱源放熱量之比.12分4、畫出朗肯循環(huán)的T s圖,并通過圖說明蒸氣初、終參數(shù)對循環(huán)熱效率的影響.10分四、計算題：52分1、有一儲氣罐,初始時其內(nèi)部為真空,如下圖,現(xiàn)連接于輸氣管 道進行充氣.輸氣管內(nèi)空氣狀態(tài)始終保持穩(wěn)定,P1=3 Mpa, T1= 300 K, h1=301.8 kJ/kg.儲氣罐的容積為0.5m3,當儲氣罐內(nèi)氣體的 壓力為2Mpa時,停止充氣.如忽略充氣

11、過程中氣體的流動動能及重 力位能的影響,而且管路、儲氣罐、閥門都是絕熱的,假設該氣體與 溫度的變化關(guān)系為u=0.72T kJ/kg,求充氣后儲氣罐內(nèi)氣體的溫度.10 分2、壓力為6 Mpa,干度為0.75的蒸汽穩(wěn)定 流經(jīng)一個直徑為0.02 m的絕熱管道,經(jīng)過閥 門后絕熱節(jié)流到0.1 Mpa.如下圖,假設要求節(jié)流前后蒸汽的流速保持不變,那么節(jié)流后管道直徑應為多少米12分p(Mpa)h' (kJ/kg)h (kJ/kg)v' (m3/kg)v(m3/kg)0.1417.522675.10.00104321.694361213.32783.80.00131900.032443、有一臺

12、可逆熱機,經(jīng)歷了定容吸熱1 2、定嫡膨脹23和定溫放熱31三個過程完成了一個循環(huán).假設工質(zhì)是理想氣體,比熱為定值,循環(huán)各點的溫度 Ti、丁2、T3.1試將此循環(huán)定性地表示在p-v圖和T-s圖上.2試寫出以各點溫度表示的循環(huán)熱效率計算式.3試討論改變哪一點參數(shù)可以提升循環(huán)熱效率用平均溫度法在T-圜上加以說明.12 分4、在一臺蒸汽鍋爐中,煙氣定壓放熱,溫度從 1500c降低到250C,所放出的熱量用以生 產(chǎn)水蒸氣.壓力為9.0Mpa,溫度為30 c的鍋爐給水被加熱、汽化、過熱成壓力為9.0Mpa, 溫度為450 c的過熱蒸汽.將煙氣近似為空氣,取比熱為定值,且Cp=1.079kJ/kg?K.試求

13、： 1產(chǎn)生1kg過熱蒸汽需要多少 kg煙氣2生產(chǎn)1kg過熱蒸汽時,煙氣嫡的減小以及過熱蒸汽的嫡增各為多少3將煙氣與水蒸氣作為孤立系統(tǒng),求生產(chǎn)1kg過熱蒸汽時,孤立系統(tǒng)嫡的增大為多少設環(huán)境溫度為15C,求作功水平損失.18分附表：未飽和水和過熱蒸汽參數(shù)表局部P (Mpa)t (C)h (kJ/kg)s (kJ/kg?K)9.030133.860.43389.04503256.06.4835參考答案、名詞解釋；20分1、多變過程：一切有規(guī)律的熱力過程的總稱.2、臨界點：當壓力增加至某一壓力時,飽和水的狀態(tài)和干飽和蒸汽的狀態(tài)重合,成為 為汽、水不分的狀態(tài),為臨界點.3、滯止崎：絕熱滯止時氣體的始為滯

14、止崎.它等于絕熱流動中任一位置氣體的焰與流 動動能之和.4、相對濕度：未飽和濕空氣的絕對濕度與同溫度下飽和濕空氣的絕對濕度的比值.表 示了濕空氣中水蒸汽含量的飽和程度.5、干度：濕飽和蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量成分.、是非判斷題：正確地打；錯誤的打“X ,并加以改正.20分1、工質(zhì)從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2,不管中間經(jīng)歷了什么過程,其嫡的變化都相等. 對.嫡是狀態(tài)參數(shù).2、用100 c的熱源非常緩慢的給冰、水混合物加熱,混合物經(jīng)歷的是準靜態(tài)過程.該 加熱過程是可逆過程.錯.溫差傳熱.3、任何燃氣輪機裝置都可以通過回熱的舉措提升其熱效率.錯.回熱的條件是氣輪機出口溫度高于壓氣機出口燃燒室進口溫度.4、沸騰

15、的水總是燙手的.錯.沸騰時的溫度與壓力有關(guān),壓力越低,溫度越低,因此,沸騰不一定燙手.5、壓氣機的絕熱壓縮過程,由于無散熱損失,所以在壓力升高比一定的條件下,所消 耗的功最小.錯.等溫壓縮最省功.6、空氣的濕球溫度總是低于干球溫度.錯.對于飽和濕空氣濕球溫度等于干球溫度.7、水蒸氣的定壓氣化過程,由于溫度不變,所以內(nèi)能不變.錯.水蒸汽不是理想氣體.8、處于熱力學平衡狀態(tài)的系統(tǒng)必然是一個均勻系統(tǒng). 錯.平衡狀態(tài)不一定是均勻狀態(tài),例如飽和蒸汽.9、兩杯不同溫度的水,在等壓下進行絕熱混合,其嫡不變.錯.絕熱混合過程是不可逆過程,嫡增加.10、絕熱容器中間有隔板分開,一側(cè)裝有空氣,另一側(cè)為真空,現(xiàn)抽去

16、隔板,由于空氣 經(jīng)歷了絕熱膨脹過程,所以溫度下降.錯.內(nèi)能不變,溫度不變.三、選擇題：(21分)1、判斷后選擇的正確答案是(d) .(a)、工質(zhì)對外作出膨脹功,就一定吸熱；(b)、吸熱過程一定升溫；(c)、要使工質(zhì)升溫,就一定通過加熱的方式實現(xiàn)； (d)、工質(zhì)體積膨脹,是使熱變功的的根本途徑.2、某實驗報告稱,溫度為 800K,壓力為6Mpa的燃氣進入燃氣輪機,在燃氣輪機內(nèi)絕 熱膨脹后流出燃氣輪機.在燃氣輪機出口測得的數(shù)據(jù)是,P2 = 0.9Mpa, T2 = 450K,試分析,該過程是(c).(cp 1.004kJ/kg.K R 0.2874kJ / kg.K)(a)可逆的：(b)不可逆的：

17、(c)不可能實現(xiàn)的.3、某制冷循環(huán)中,工質(zhì)從溫度為73 c的冷源吸熱100kJ,并將熱量220KJ傳給溫度為27c的熱源,那么此循環(huán)為：(b).(a)可逆循環(huán)(b)不可逆循環(huán)(c)不可能實現(xiàn)4、工質(zhì)經(jīng)歷了一個放熱,升溫,壓力增加的多變過程,其多變指數(shù)變化的范圍是 (b).a、 0 n 1 ； b、1 n k ；c、n k ； d、n 05、系統(tǒng)經(jīng)歷了一個不可逆的放熱過程,過程中,外界對系統(tǒng)作功150kJ,系統(tǒng)放熱100kJ,那么系統(tǒng)的嫡的變化 (d).a、 S 0;b、S 0;c、S 0; d、無法判別6、熱力學第一定律和第二定律說明,對于實際熱力過程 9.a、能量守恒,可用能也守恒；b、能量

18、守恒,可用能增加；c、能量守恒,可用能減少；d、能量減少,可用能也減少.7、空氣在漸縮形噴管中作一元、定嫡流動,進口狀態(tài) Ti=300K、p1=5bar、cf1=100m/s,背壓 pb=1bar, 那么噴管出口(a).p2._p2a> -; b> -; c、d、p2 Pb.PiPiPi三、分析題：(37分)5分1、試推導理想氣體定壓比熱CP與定容比熱cv關(guān)系式：Cp cv= RgdhIl牛：Q CpoP dTduC而c pocVoRg 或CpocvoRg2、燃氣輪機理想簡單循環(huán)的排氣溫度高達400500C,這局部排氣放到大氣中的余熱很為客觀,有人提出下述三種方案,試分析是否有效,

19、為什么?(1)、將燃氣輪機出口的排氣送入另一個透平作功；(2)、將排氣送入壓氣機升壓后在送入透平作功；(3)、將排氣送入回熱器,預熱壓氣機前的空氣.(10分)解：(1)、雖然燃氣輪機理想簡單循環(huán)的排氣溫度高達 400500 C ,但壓力已接近大氣壓力, 無膨脹空間,所以不可能將燃氣輪機出口的排氣送入另一個透平作功.(2)、將排氣送入壓氣機升壓后在送入透平作功,不可能,由于壓縮機消耗功與透平作 功抵消.熱機循環(huán)目的是熱變功,無吸熱過程,不可能實現(xiàn)熱機循環(huán).(3)、將排氣送入回熱器,預熱壓氣機前的空氣,是可行的.壓縮后溫度升高,節(jié)能.3、試根據(jù)以下條件在無其他動力源的情況下,設計出兩種低溫余熱利用

20、裝置的方案,并 比擬這兩種方案在各自理想的條件下的余熱利用率.低溫余熱源溫度：t2 150 C ：高溫熱用戶的溫度：300C；環(huán)境溫度:25 C12 分解:Wo(1)、制冷機:Q2150 273W03001502.82Q2熱機:WoQi2.82W0Q1 t Q12.08Wo3.82W025 273300 2730.48Q1t 150 ct Q1熱利用率=Q1Q1Q23.82W.2.08W00 6172.82W0(提示：余熱利用率即為向高溫熱源提供的熱量與低溫熱源放熱量之比.熱機t 25 cW0(2)、熱機:Q2,制冷機t 300CW0Q1 t Q1 125 273150 2730.296Q1Q

21、13.378W0制冷機:QW0300 273 2.084300 25Qi 2.084Wo熱能利用率見Q12.0840.6173.3784、畫出朗肯循環(huán)的T-s圖,并通過圖說明蒸氣初、終參數(shù)對循環(huán)熱效率的影響.10 分提升蒸汽初溫后：Tm1 Tm1, Tm2 Tm2提升蒸汽初壓后：Tm1 Tm1, Tm21./s由t 1 Tm2可知提升蒸汽初溫后熱效率提升.Tm1由t 1 Tm2可知提升蒸汽初壓后熱效率提升.Tm11此時雖然Tm1降低,但是它對整個加熱過程的平均 加熱溫度影響較小.由t 1 Tm2可知降低乏氣壓力后熱效率提升.Tml四、計算題：52分1、有一儲氣罐,初始時其內(nèi)部為真空,如下圖,現(xiàn)

22、連接于輸氣管道進行充氣.輸氣管內(nèi)空氣狀態(tài)始終保持穩(wěn)定,hp1 3Mpa, T 300K, h1= 301.8kJ/kg .儲氣罐的容積LJ為0.5m3,當儲氣罐內(nèi)氣體的壓力為 2Mpa,時,停止充氣. 個如忽略充氣過程中氣體的流動動能及重力位能的影響,而且古直程管路、儲氣罐、閥門都是絕熱的,假設該氣體與溫度的變化關(guān)八系為u 0.72TkJ/kg ,求充氣后儲氣罐內(nèi)氣體的溫度.解：取儲與 dm0 d dUodU 02U0T02、壓力為10 分福為開口系統(tǒng).qm1 qm20 qm1dm0qm1h 0U01 U0 h1 0 qm1dm0h1m0U0 m.%h10.72T0 301.8419.17K6

23、Mpa,干度為0.75的蒸汽穩(wěn)定流經(jīng)一個直徑為0.02m的絕熱管道,經(jīng)過閥門后徑為多少米?絕熱節(jié)流到0.1Mpa.如下圖,假設要求節(jié)流前后蒸汽的流速保持不變,那么節(jié)流后管道直解：穩(wěn)定流動:qmp(Mpa)h' (kJ/kg)h (kJ/kg)v' (m3/kg)v" (m3/kg)0.1417.522675.10.00104321.694361213.32783.80.00131900.03244(12 分)進口處:v1 v1 x1(v1 v1) 0,001319 0.75 (0.03244 0.001319) 0,0247m3/kgh1 h1x1(h1 打)1213

24、.3 0.75 (2783.8 1213.3) 2391.175kJ / kg-_23.14 0.024-423.14 10 m出口處:h1 h1 2391.175kJ /kgX2h2 h22391.175 417.52h2 h22675.1417,521973.6552257.580.874v2v2 x2(v2 v2) 0,00104320.874 (1.6943 0.0010432)1.481m3 /kgAicf 1A2cf 2v1丫2Av1A2V2A j 1.481 3.14 104v10.02471.883 10 2m2d24 1,883 10 23.140.155m3、有一臺可逆熱機,經(jīng)歷了定容吸熱1-2、定嫡膨脹2-3和定溫放熱3-1之后完成了一個循環(huán).假設工質(zhì)是理想氣體,比熱為定值,循環(huán)各點的溫度 、T2、T3.(1)試將此循環(huán)定性地表示在p-v圖和T-s圖上.(2)試寫出循環(huán)熱效率計算式.(3)試討論改變哪一點參數(shù)可以提升循環(huán)熱效率用平均溫度法在T-s圖上加以說明.解：(1)吸熱量：q1 cv0 (T2 T1)T1 50T11nT2所以熱效率Cv0(T2 T1)T11n T21T2T1(3)如下圖,通過提升狀態(tài)點2的參數(shù)可以提升循環(huán)熱效率.由于2-3過程是定嫡膨脹過程,所以有T2v； 1