工程熱力學(xué)期末試題及答案【第五版】【建環(huán)專業(yè)適用】

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3、/list/10 高等教育 HYPERLINK /list/10 HYPERLINK /list/109 工學(xué)（ 卷，150 分鐘）閉一、簡答題(每小題 5 分，共 40 分)1.什么是熱力過程？可逆過程的主要特征是什么？答：熱力系統(tǒng)從一個平衡態(tài)到另一個平衡態(tài)，稱為熱力過程?？赡孢^程的主要特征是驅(qū)動過程進行的勢差無限小，即準(zhǔn)靜過程，且無耗散。2.溫度為500C 的熱源向熱機工質(zhì)放出 500kJ的熱量，設(shè)環(huán)境溫度為30C，試問這部分熱量的火用（yong）值（最大可用能）為多少？3 0+ 2 7 3.1 5 =答：303.95kJEx ,q = 5 0 0 1 -5 0 0 2 7 3. 1 5+

4、3.兩個不同溫度（T ,T ）的恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機，從高溫?zé)嵩?T 吸收熱量Q 向低溫?zé)嵩碩 放出熱12112量 Q ，證明：由高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩础釞C和功源四個子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)熵增。假設(shè)功源2的熵變S =0。DS =0Wiso證明：四個子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)熵增為DS = DS + DS + DS + DS（1 分）isoT1T2RWDS =01 分對熱機循環(huán)子系統(tǒng)：R-QQ2T2DSISO=1+ 0 + 01 分T1根據(jù)卡諾定理及推論：Q2Q1T2T11 分=1-=1-t,CDS =。0 1 分則：iso4.剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A 中存有高壓空氣，B 中保持真空，隔板

5、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)（TPusv）如何變化，并簡述為什么。答：u、T 不變，P 減小，v 增大，s 增大。AB自由膨脹5.試由開口系能量方程一般表達式出發(fā)，證明絕熱節(jié)流過程中，節(jié)流前后工質(zhì)的焓值不變。（絕熱節(jié)流過程可看作穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，宏觀動能和重力位能的變化可忽略不計）答：開口系一般能量方程表達式為第 1頁 共 5頁/view/09bb5d1e581b6bd97f19ea6c.html1/6 4/13/2019工程熱力學(xué)期末試題及答案第五版建環(huán)專業(yè)適用- 百度文庫絕熱節(jié)流過程是穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，因此有如下簡化條件，則上式可以簡化為：根據(jù)質(zhì)量守恒，有代入能量方程，有6

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。在混合氣體的溫度之下，當(dāng) i 組元單獨占有整個混合氣體的容積（中容積）時對容器壁面所形成的壓力，稱為該組元的分壓力；若表為 Pi，則該組元的狀態(tài)方程可寫成：PiV=miRiT 。7.高、低溫?zé)嵩吹臏夭钣螅ㄖZ制冷機的制冷系數(shù)是否就愈大，愈有利？試證明你的結(jié)論。答：否，溫差愈大，卡諾制冷機的制冷系數(shù)愈小，耗功越大。（2 分）T2T -Tq2 T2q2 不變， 。即在同樣q2 下(說明RDT 時，w 、證明：=，當(dāng)RwDT12得到的收益相同)，溫差愈大，需耗費更多的外界有用功量，制冷系數(shù)下降。（3 分）8. 一個控制質(zhì)量

7、由初始狀態(tài) A 分別經(jīng)可逆與不可逆等溫吸熱過程到達狀態(tài) B，若兩過程中熱源溫度均為T 。試證明系統(tǒng)在可逆過程中吸收的熱量多，對外做出的膨脹功也大。r答：經(jīng)歷可逆或不可逆定溫過程后，按題給兩種情況下過程的初、終狀態(tài)相同，因而系統(tǒng)的熵變相同。Ds = s + s由系統(tǒng)的熵方程，對于可逆過程其熵產(chǎn)為零，故熱熵流將大于不可逆過程?？梢?，可逆過程fg的熱量將大于不可逆過程；（3 分）由熱力學(xué)第一定律，q = Du + w，因過程的初、終狀態(tài)相同，熱力學(xué)能變化Du 相同，故可逆與不可逆兩種情況相比，可逆過程的過程功亦較大。（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

8、地畫出理想氣體過點 1 的下述過程，分別指出該過程的過程指數(shù) n 應(yīng)當(dāng)在什么數(shù)值范圍內(nèi) (圖中請標(biāo)明四個基本過程線)：1）壓縮、升溫、吸熱的過程2）膨脹、降溫、吸熱的過程。第 2頁 共 5頁/view/09bb5d1e581b6bd97f19ea6c.html2/6 4/13/2019工程熱力學(xué)期末試題及答案第五版建環(huán)專業(yè)適用- 百度文庫pT11vs(1) n = (1)n = pTn=0n=0n=1n=111(2)(2)n=kn=kvs答： (1) n k(2)1 n k；評分：四條基本線（2 分）兩條曲線（2 分）n 取值（1 分）2.如圖所示 Ts 圖上理想氣體任意可逆過程 12 的熱量

9、如何表示？熱力學(xué)能變化量、焓變化量如何表示？若過程12 是不可逆的，上述各量是否相同？(請寫出簡明的作圖方法。)答：對可逆過程，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 -1，焓變化量為1-m-g-2 -1。vp對不可逆過程，熱量無法表示，熱力學(xué)能和焓變化量相同TT22v22pT=const11smnkgs第 3頁 共 5頁/view/09bb5d1e581b6bd97f19ea6c.html3/6 4/13/2019工程熱力學(xué)期末試題及答案第五版建環(huán)專業(yè)適用- 百度文庫三、計算題：（共 50 分）1.壓氣機在95kPa、25的狀態(tài)下穩(wěn)定地以 340m3/min 的

10、容積流率吸入空氣，進口處的空氣流速可以忽略不計；壓氣機排口處的截面積為 0.025m2，排出的壓縮空氣的參數(shù)為 200kPa、120。壓氣機的散熱量為60kJ/min。已知空氣的氣體常數(shù) Rg=0.287kJ/(kg.K)，比定熱容c =0.717kJ/(kg.K)，求壓氣機所消耗的功V率。（16 分）解：以壓氣機中空氣為研究對象，其穩(wěn)定工況的能量方程為22ccQ-W sh + (h1+1+ gz1)m- (h2+2+ gz2)m = 022即c122c22W = Q+ (h + gz )m- (h + gz )msh（a）1122260103其中：Q = -= -1000(J / s)60p

11、 V951033401= 6.2944(kg / s)m =R T 287 (273+ 25) 60g1c 0m / s1Dz = 0mmmRT6.2944287(273+120)g2=141.99(m/ s)c =2=20010 0.0253Ap A2222Dh = h - h = c DT = (273+ 717)(120-25) = 95380.0(J / s)21p將以上數(shù)據(jù)代入式（a），可得壓氣機所消耗的功率為：141.9925Wsh = -1000+ 6 2944 (-953800 -2 ) = -6 64810 (J / s)2.在高溫環(huán)境中有一容器，A 側(cè)裝有2kg氮氣，壓力為

12、0.07MPa，溫度為67； B 側(cè)裝有8kg氮氣，壓力為 0.1MPa，溫度為 17，。A 和B 的壁面均為透熱壁面，它們之間用管道和閥門相連，見附圖。現(xiàn)打開閥門，氮氣由B 流向A。氮氣可視為理想氣體，已知氣體常數(shù)Rg,N2=297J/(kgK)，過程中的平均定容比熱容c =0.742kJ/(kKg)，若壓力平衡時容器中氣體溫度為 t =2kg0.07MPa670.1MPa17v240，試求：平衡時終壓力 P ；吸熱量Q ；氣體的熵變。（18 分）2解：容器A 和B 的容積分別為m R T2 297 3400.07 106AgA1= 2.8851m 3V =APA1m R T8 297 29

13、00.1106BgB13V =B= 6.8904m （4 分）PB1取A+B 中的氣體為系統(tǒng)（CM），第 4頁 共 5頁/view/09bb5d1e581b6bd97f19ea6c.html4/6 4/13/2019工程熱力學(xué)期末試題及答案第五版建環(huán)專業(yè)適用- 百度文庫m=m +m =2+8=10kgABV=V +V =2.8851+6.8904=9.7755m3（2 分）AB終態(tài)時的氣體壓力mR T2 10 297 313gP =2= 0.0951M Pa（2 分）V9.7755按題給，系統(tǒng)不對外作功，有Q = DU = mc T - c (m T + m T )v2vAA1B B1=10

14、0.742 313 - 0.742 (2 340 + 8 290) （5 分）= 2322.46 - 2226 = 96.46kJ原在 A 中的氮氣熵變（2 分）TP2 ) = 2 (1.039ln 273 + 400.09510.07DS = m (c ln 2 - R ln- 0.297ln- 0.297ln) = -0.3540kJ/KAApgTAP273 + 67A原在 B 中的氮氣熵變（2 分）TP2 ) = 2 (1.039ln 273+ 400.0951DS = m (c ln 2 - R ln) = 0.7538kJ/KBBpgTBPB273 +170.1全部氮氣的熵變DS =

15、 DS + DS = -0.3540+ 0.7538= 0.3998kJ/K （1 分）AB3.將100kg溫度為30的水與200kg溫度為80的水在絕熱容器中混合，假定容器內(nèi)壁與水之間也是絕熱的，且水的比熱容為定值，取c = 4.187kJ/(kgK)，環(huán)境溫度為 17。求混合過程導(dǎo)致的可用能損失？（16 分）解：以絕熱熔器內(nèi)水為研究對象，由其能量方程可得m cT + m cT = (m + m )cT112212可得mT + m T100303+ 200353= 336.33K100+ 200T = 1 122=m1+ m2水的混合過程的熵變?yōu)镈S = S + Sgf由于絕熱S = 0fTTS= DS = m c ln + m