《工程熱力學》參考試題及答案-試卷5

1、工程熱力學參考試題及答案 5一.選擇題（10分）1 .“不可能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓笔?的表述。BA.熱力學第一定律B.熱力學第二定律的開爾文說法C .熱力學第二定律的克勞休斯說法D .熱力學第三定律2 .郎肯循環(huán)中汽輪機排出的濕蒸汽在凝汽器中的放熱是 過程。DA.壓力、溫度都降低B.定壓但溫度降低C.定溫但壓力降低D.既定壓又定溫3 .某剛性絕熱容器內(nèi)充有水和水蒸氣混合物，它們的溫度與壓力分別相等且不 隨時間變化，則判斷此系統(tǒng)處于 狀態(tài)。CA.均勻B.平衡且均勻C.平衡但且不均勻D,不平衡但均勻4 .下列說法正確的是： 。 CA.氣體吸熱后一定膨脹，內(nèi)能一定增加

2、B.氣體膨脹時一定對外做功C.氣體壓縮時不一定消耗功D.氣體對外做功，內(nèi)能一定減少5,定量理想氣體經(jīng)過任意兩個過程 a-b和a-c,如圖所示。若b、c在同一條等溫線上，則Auab和Mac的關系為 o BA. MabAMacB. Mab=MacC. Uab <iUacD .無法比較2 .判斷題（10分）1 . 一切可逆熱機的熱效率都相等。（X）2 .嫡產(chǎn)大于零的過程必為不可逆過程。（力3 .自發(fā)過程的反過程無法進行。（X）4 .定壓過程熱量6q=cpdT不僅適用于理想氣體，還適用于實際氣體。（05 .絕熱節(jié)流前后，系統(tǒng)始值不變。（力3 .簡答、分析題（30分）1. （7分）在炎熱的夏天，有

3、人試圖用關閉廚房的門窗和打開電冰箱門的辦法使 廚房降溫。請問這種方法有效嗎？為什么？解：使用此種方法降溫，開始時會感覺到?jīng)鏊^一段時間后這種效果逐漸消 失，甚至會感到更熱。現(xiàn)以廚房為一閉口系統(tǒng)進行分析， 廚房可近似為一絕熱系 統(tǒng),即Q=Q由熱力學第一定律得到：Q= U+W所以U=-W W<0所以U>0, 空氣為理想氣體，而理想氣體熱力學能是溫度的單值函數(shù)，故室內(nèi)空氣溫度T上升。2. （8分）將等溫、等壓、等容、等嫡過程表示在 p-v圖和T-s圖上，并將滿足 下列要求的理想氣體多變過程也表示在 p-v圖和T-s圖上。（1）工質升壓、升溫且放熱過程；（2）工質膨脹、降溫且放熱過程。

4、解：具體如下圖所示（1）1-2過程；（2） 1-3過程。3. （7分）某專利申請書提出一種熱機：它從167c的熱源接受熱量，向7c冷源排熱，熱機每接受1000kJ熱量，能發(fā)出0.12kW.h的電力。請問：判定此種熱 機可以實現(xiàn)嗎？并闡述判定依據(jù)。解：（1）從申請是否違反自然界普遍規(guī)律著手：Wet=0.12 X 3600=432kJ<Q=1000kJ即此專利申請熱機并不違反熱力學第一定律。（2）根據(jù)卡諾定理，兩個恒溫熱源之間，卡諾機的熱效率最高：t"1=0.364 :二出2 =0.432TH1000此熱機效率大于可逆熱機效率，所以此熱機是不可能實現(xiàn)的。4. （8分）在lnp-h圖

5、和T-s圖上畫出蒸氣壓縮制冷循環(huán)（如下圖所示）的循環(huán) 曲線圖，并分析制冷工質在各個部件中的熱力過程和狀態(tài)變化。出端機節(jié)流閥AAAN-1蒸發(fā)器、冷性解：lnp-h圖和T-s圖如下所示:制冷劑由低溫、低壓飽和蒸氣變?yōu)楦邷?、高壓此過程中,1-2:絕熱壓縮過程，過熱蒸氣；2-3:定壓放熱過程，飽和液體；4-5:絕熱節(jié)流過程， 狀態(tài)；5-1 :定壓吸熱過程， 低壓飽和氣體。四.計算題(50分)此過程中,此過程中,此過程中,制冷劑由高溫、高壓過熱蒸氣冷卻至高溫高壓制冷劑由高溫高壓飽和液體變?yōu)轱柡蜐裾羝麣庵评鋭┯娠柡偷蜏?、低壓濕蒸汽狀態(tài)變?yōu)榈蜏? .( 15分)閉口系統(tǒng)從狀態(tài)1沿1-2-3途徑到狀態(tài)3,傳遞

6、給外界的熱量為47.5kJ , 而系統(tǒng)對外做功為30kJ ,如圖所示。試求：(1)若沿1-4-3途徑變化時，系統(tǒng)對外做功15kJ,求過程中系統(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狀態(tài)1,外界對系統(tǒng)做功6kJ,求 該過程中系統(tǒng)與外界傳遞的熱量；(3)若U=175kJ, U=87.5kJ,球求過程2-3傳遞的熱量及狀態(tài)1的熱力學臺匕 目匕。解：對途徑1-2-3 ,由閉口系統(tǒng)能量方程得： U23=U-Ui=Q23-W23=-47.5-30=-77.5kJ(1)對途徑1-4-3 ,由閉口系能量方程得：Q143=AUi43+V43=A UI23+ W43=-77.5+15=-62.

7、5kJ(2)對途徑3-1可得：Q3i=A U31+V3/=-AU123+ W31=77.5+ (-6) 71.5kJ(3)途徑2-3為等容過程，所以W3=0貝U Q23=A U23+W3=U3-U2=87.5-175=-87.5kJUi=U3-AUi23=87.5- (-77.5 ) =165kJ2 . (20分)0.5kmol某種單原子理想氣體，由25C , 2m可逆絕熱膨脹到0.1Mpa,然后在此狀態(tài)的溫度下等溫可逆壓縮回到2n3。定容摩爾比熱容取定值，且Cvm =12.5604J/(mol K),定嫡指數(shù) 父=1.67,摩爾氣體常數(shù) R = 8.314J /(mol K)。(1)畫出各過

8、程的p-v圖和T-s圖；(2)計算整個過程的 Q, W AUI, H及S。解：(1)(2)先求各狀態(tài)的參數(shù):_ nRT1500mol 8.314J/(mol K) (273 25)KP = V12 m3=0.62MPaP任01 wT2 =1( 2) , =298K ( 尸67 =144.26KP0.6211' -2m3 (062)167 =5.906m30.1T3 =T2 =144.26K,V3-2m3= 0.3MPanRT3 500mol 8.314J/(mol K) 144.26K2m3理想氣體等溫過程系統(tǒng)傳遞熱量等于容積變化功，且絕熱過程傳遞熱量為零。八八 八 八V32Q =Q1

9、 2 Q2 3 =Q2 3 =W2 3 =nRT ln 二二500mol 8.314 J /(mol K) 144.26K ln = -649.4kJ一 一 一 一V25.906即系統(tǒng)完成1-2-3過程后，向外放熱。W =WG 叫2 =(Ui -U2)四與=nCvm(T1 -丁2)叫尊= 500mol 12.5604J/(mol K) (298-144.26)K 10 (-649.4)kJ =316.12kJ由熱力學第一定律得：Uy =Qi3 -WG = -649.4kJ -316.62kJ =-965.52kJ:H =nCpm(T3 T) = ：U：(PV)=-965.52kJ (0.3 -

10、0.62) 103 kPa 2m3 = -1065.52kJ- T _ V144.26Sj3 = nCvmln 3 Rln 3 = 500mol 12.5604J /(mol K) ln =4.56kJ / KT V12983. （15分）儲氣罐原有氣體m0,U0 ,輸氣管內(nèi)氣體狀態(tài)不變，且輸氣管內(nèi)氣體燃值為h,經(jīng)E時間向儲氣罐充氣后，關閉充氣閥。此時儲氣罐中氣體質量為求:儲氣罐中氣體內(nèi)能u解:取儲氣罐為系統(tǒng)，此系統(tǒng)為一開口系，由開口系統(tǒng)能量方程式得出:= dEcv、：Wnet (h c2 /2 gz)oumout - (h c2 /2 gz)in - min忽略氣體動位能變化，并且此儲氣罐為一絕熱系統(tǒng)，沒有做功部件，無離開儲氣 罐的氣體，所以熱力學第一定律開口系統(tǒng)表達式可簡化為：dEcv h6min =o ,進一步簡化為：dUcv = h6mmmumoU0dUcV經(jīng)E時間充氣，積分上式得到:m=m h minm0h為常數(shù)，mu - mouo = h(