2010江蘇大學碩士研究生入學考試工程熱力學(附)

2010江蘇大學碩士研究生入學測試工程熱力學(附答案)一、名詞講解：（20分）1、多變過程：2、臨界點：3、滯止焓：4、相對濕度：5、干度：二、是非判斷題：（正確地打“√”；錯誤的打“×”，并加以改正。）（20分）1、工質從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，不論中間經歷了什么過程，其熵的變化都相等。2、用100℃的熱源特別緩慢地給冰、水混雜物加熱，混雜物經歷的是準靜態(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經過回熱的措施提高其熱效率。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，因此在壓力高升比必然的條件下，所耗資的功最小。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，所之內能不變。8、處于熱力學平衡狀態(tài)的系統(tǒng)必然是一個平均系統(tǒng)。9、兩杯溫度不同樣樣的水，在等壓下進行絕熱混雜，其熵不變。10、一絕熱容器中間有隔板分開，一側裝有空氣，另一側為真空，現(xiàn)抽去隔板，由于空氣經歷了絕熱膨脹過程，因此溫度下降。三、選擇題：（21分）1、以下說法正確的選項是。a）工質對外作出膨脹功，就必然吸熱；b）吸熱過程必然升溫；c）要使工質升溫，就必然經過加熱的方式實現(xiàn)；d）工質體積膨脹，是使熱變功的的根本路子。2、某實驗報告稱，溫度為800K、壓力為6Mpa的燃氣進入燃氣輪機，在燃氣輪機內絕熱膨脹后流出燃氣輪機。在燃氣輪機出口測得的數據是：p2=0.9Mpa，T2=450K，則該過程是。(cp1.004kJ/kg.KRg0.2874kJ/kg.K)（a）可逆的（b）不可以逆的（c）不可以能實現(xiàn)的3、某制冷循環(huán)中，工質從溫度為－73℃的冷源吸熱100kJ，并將220kJ的熱量傳達給溫度為27℃的熱源，則此循環(huán)為。（a）可逆循環(huán)（b）不可以逆循環(huán)（c）不可以能實現(xiàn)4、工質經歷了一個放熱、升溫、壓力增加的多變過程，該過程多變指數的范圍是。（a）0n1（b）1nk（c）nk（d）n05、系統(tǒng)經歷了一個不可以逆的放熱過程，在該過程中，外界對系統(tǒng)作功150kJ，系統(tǒng)放熱100kJ，則系統(tǒng)的熵的變化。（a）S0（b）S0（c）S0（d）無法鑒識6、熱力學第必然律和第二定律表示，對于實質熱力過程。（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作一元、定熵流動，已知入口狀態(tài)背壓pb=1bar，則噴管出口。（a）p2（b）p2（c）p2p1p1p1三、剖析題：（37分）

T1=300K、p1=5bar、cf1=100m/s，（d）p2pb1、試推導理想氣體定壓比熱cp和定容比熱cv關系式：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400～500℃，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，試剖析可否有效，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、試依照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：t2150℃：高溫熱用戶的溫度：300℃；環(huán)境溫度：25℃。（提示：余熱利用率即為向高溫熱源供應的熱量和低溫余熱源放熱量之比。）（12分）4、畫出朗肯循環(huán)的T－s圖，并經過圖說明蒸氣初、終參數對循環(huán)熱效率的影響。（10分）四、計算題：（52分）1、有一儲氣罐，初始時其內部為真空，以以下列圖，現(xiàn)連接于輸氣管h道進行充氣。已知輸氣管內空氣狀態(tài)向來保持牢固，p1=3Mpa，T1＝300K，h1=301.8kJ/kg。儲氣罐的容積為0.5m3，當儲氣罐內氣體的壓力為2Mpa時，停止充氣。如忽略充氣過程中氣體的流動動能及真空重力位能的影響，而且管路、儲氣罐、閥門都是絕熱的，若該氣體和溫度的變化關系為u＝0.72TkJ/kg，求充氣后儲氣罐內氣體的溫度。（10分）2、壓力為6Mpa，干度為0.75的蒸汽牢固流D1D2經一個直徑為0.02m的絕熱管道，經過閥門后絕熱節(jié)流到0.1Mpa。以以下列圖，若要求節(jié)流前后蒸汽的流速保持不變，則節(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、有一臺可逆熱機，經歷了定容吸熱1－2、定熵膨脹2－3和定溫放熱3－1三個過程完成了一個循環(huán)。假設工質是理想氣體，比熱為定值，循環(huán)各點的溫度T1、T2、T3已知。（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）試議論改變哪一點參數可以提高循環(huán)熱效率？用平均溫度法在T-s圖上加以說明。（12分）4、在一臺蒸汽鍋爐中，煙氣定壓放熱，溫度從1500℃降低到250℃，所放出的熱量用以生產水蒸氣。壓力為9.0Mpa，溫度為30℃的鍋爐給水被加熱、汽化、過熱成壓力為9.0Mpa，溫度為450℃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：（1）產生1kg過熱蒸汽需要多少kg煙氣？2）生產1kg過熱蒸汽時，煙氣熵的減小以及過熱蒸汽的熵增各為多少？3）將煙氣和水蒸氣作為孤立系統(tǒng)，求生產1kg過熱蒸汽時，孤立系統(tǒng)熵的增大為多少？設環(huán)境溫度為15℃，求作功能力損失。（18分）附表：未飽和水和過熱蒸汽參數表（部分）p(Mpa)

t(℃)

h(kJ/kg)

s(kJ/kg?K)9.0

30

133.86

0.43389.04503256.06.4835參照答案一、名詞講解;（20分）1、多變過程：所有有規(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、滯止焓：絕熱滯止時氣體的焓為滯止焓。它等于絕熱流動中任一地址氣體的焓和流動動能之和。4、相對濕度：未飽和濕空氣的絕對濕度和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量成分。二、是非判斷題：（正確地打“√”；錯誤的打“×”，并加以改正。）（20分）1、工質從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，不論中間經歷了什么過程，其熵的變化都相等。對。熵是狀態(tài)參數。2、用100℃的熱源特別緩慢的給冰、水混雜物加熱，混雜物經歷的是準靜態(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經過回熱的措施提高其熱效率。錯?；責岬臈l件是氣輪機出口溫度高于壓氣機出口（燃燒室入口）溫度。4、沸騰的水總是燙手的。錯。沸騰時的溫度和壓力有關，壓力越低，溫度越低，因此，沸騰不用然燙手。5、壓氣機的絕熱壓縮過程，由于無散熱損失，因此在壓力高升比必然的條件下，所耗資的功最小。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，所之內能不變。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)必然是一個平均系統(tǒng)。錯。平衡狀態(tài)不用然是平均狀態(tài)，比方飽和蒸汽。9、兩杯不同樣樣溫度的水，在等壓下進行絕熱混雜，其熵不變。錯。絕熱混雜過程是不可以逆過程，熵增加。10、絕熱容器中間有隔板分開，一側裝有空氣，另一側為真空，現(xiàn)抽去隔板，由于空氣經歷了絕熱膨脹過程，因此溫度下降。錯。內能不變，溫度不變。三、選擇題：（21分）1、判斷后選擇的正確答案是（d）。（a）、工質對外作出膨脹功，就必然吸熱；（b）、吸熱過程必然升溫；c）、要使工質升溫，就必然經過加熱的方式實現(xiàn)；d）、工質體積膨脹，是使熱變功的的根本路子。2、某實驗報告稱，溫度為800K，壓力為6Mpa的燃氣進入燃氣輪機，在燃氣輪機內絕熱膨脹后流出燃氣輪機。在燃氣輪機出口測得的數據是，p2=0.9Mpa，T2=450K，試剖析，該過程是(c)。（cp041./.28740./.)JkgKkRkJkgK（a）可逆的：（b）不可以逆的：（c）不可以能實現(xiàn)的。3、某制冷循環(huán)中，工質從溫度為－73℃的冷源吸熱100kJ，并將熱量220KJ傳給溫度為27℃的熱源，則此循環(huán)為：(b)。（a）可逆循環(huán)（b）不可以逆循環(huán)（c）不可以能實現(xiàn)4、工質經歷了一個放熱，升溫，壓力增加的多變過程，其多變指數變化的范圍是（b）。a、0n1；b、1nk；c、nk；d、n05、系統(tǒng)經歷了一個不可以逆的放熱過程，過程中，外界對系統(tǒng)作功150kJ，系統(tǒng)放熱100kJ，則系統(tǒng)的熵的變化（d）。a、S0；b、S0；c、S0；d、無法鑒識6、熱力學第必然律和第二定律表示，對于實質熱力過程（c）。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；7、空氣在漸縮形噴管中作一元、背壓pb=1bar，則噴管出口p2；p2a、b、p1p1

d、能量減少，可用能也減少。定熵流動，已知入口狀態(tài)T1=300K、p1=5bar、cf1=100m/s，(a)。；c、p2d、p2pb。p1三、剖析題：（37分）1、試推導理想氣體定壓比熱cp和定容比熱cv關系式：cp－cv=Rg（5分）解：cpodhcvodudTdTcpocvoRg或cpocvoRg2、燃氣輪機理想簡單循環(huán)的排氣溫度高達400～500℃，這部分排氣放到大氣中的余熱很為客觀，有人提出下述三種方案，試剖析可否有效，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）解：（1）、誠然燃氣輪機理想簡單循環(huán)的排氣溫度高達400～500℃，但壓力已湊近大氣壓力，無膨脹空間，因此不可以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，不可以能，由于壓縮機耗資功和透平作功抵消。熱機循環(huán)目的是熱變功，無吸熱過程，不可以能實現(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。壓縮后溫度高升，節(jié)能。3、試依照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：t2150℃：高溫熱用戶的溫度：300℃；環(huán)境溫度：25℃（提示：余熱利用率即為向高溫熱源供應的熱量和低溫熱源放熱量之比。）（12分）解：t150℃（1）、制冷機：Q2Q21502732.82制冷機W0300150Q1t300℃Q22.82W0Q13.82W0,W0熱機：Q1熱機,25273W0Q1Q110.48Q1tQ2t30027325℃Q12.08W0Q1Q13.82W02.08W00.617熱利用率＝Q22.82W0t150℃(2)、熱機：Q125273熱機W0Q1tQ110.296Q1150273Q2t25℃Q13.378W0W0,Q2制冷機：制冷機Q1300273Q1,W03002.084t300℃25Q12.084W0熱能利用率Q12.084Q10.6173.3784、畫出朗肯循環(huán)的T-s圖，并經過圖說明蒸氣初、終參數對循環(huán)熱效率的影響。（10分）2、壓力為6Mpa，干度為0.75的蒸汽牢固流經一個直徑為0.02m的絕熱管道，經過閥門后絕熱節(jié)流到0.1Mpa。以以下列圖，若要求節(jié)流前后蒸汽的流速保持不變，則節(jié)流后管道直徑為多少米？（12分）p(Mpa)h′(kJ/kg)h″(kJ/kg)33v′(m/kg)v″(m/kg)0.1417.522675.10.00104321.694361213.32783.80.00131900.03244D1D2Acf解：牢固流動：qmCv入口處：v1v1x1(v1v1)0.0013190.75(0.032440.001319)0.0247m3/kgh1h1x1(h1h1)1213.30.75(2783.81213.3)2391.175kJ/kgA1d23.140.0223.14104244m出口處：h1h12391.175kJ/kgx2h2h22391.175417.521973.655h2h22675.1417.520.8742257.58v2v2x2(v2v2)0.00104320.874(1.69430.0010432)1.481m3/kgA1cf1A2cf2A1A2v1v2v1v2AvA11.4813.141041.883102m222v0.02471d24A241.8831020.155m3.143、有一臺可逆熱機，經歷了定容吸熱1-2、定熵膨脹2-3和定溫放熱3-1此后完成了一個循環(huán)。假設工質是理想氣體，比熱為定值，循環(huán)各點的溫度T、T、T已知。123（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）試議論改變哪一點參數可以提高循環(huán)熱效率？用平均溫度法在T-s圖上加以說明。解：（1）PT22”213133”vs（2）吸熱量：q1cv0(T2T1)由于2-3過程是定熵膨脹過程，因此有T2v2k1T3v3k1又由于1－2過程是定容吸熱過程，因此v1v2；3－1是定溫放熱過程，因此T1T3。1因此Tvk1Tvk1Tvk1Tvk1vTk12112332113v3T2放熱量：qRTlnvRgT1TcTlnT1ln112g1v3k1T2v01T2T1TlnTq2cv0T1ln2T21T因此熱效率t1111q1cv0(T2T1)T1T2（3）以以下列圖，經過提高狀態(tài)點2的參數可以提高循環(huán)熱效率。從由平均溫度表示的熱效率公式：t1Tm2可以看出：提高狀態(tài)點2的參數后，平均Tm1放熱溫度Tm2不變，而平均吸熱溫度Tm1高升，因此循環(huán)熱效率t提高。4、