工程熱力學(xué)試卷1

工程熱力學(xué)試卷[1]一、問(wèn)答題（每題5分，共25分）在p-v圖及T-圖上畫(huà)出空氣的n=1.2的膨脹過(guò)程1-2和n=1.6的壓縮過(guò)程1-3，并確定過(guò)程1-2和1-3中功和熱量的正負(fù)號(hào)及初終態(tài)熱力學(xué)能的大小若分別以某種服從p（v-b）=RgT的氣體（其中b為物性常數(shù)）和理想氣體為工質(zhì)在兩個(gè)恒溫?zé)嵩春椭g進(jìn)行卡諾循環(huán)，試比較哪個(gè)循環(huán)的熱效率大一些，為什么。下面的說(shuō)法是否正確，為什么？“若從某一初態(tài)經(jīng)不可逆與可逆兩條途徑到達(dá)同一終態(tài)，則不可逆途徑的AS'必大于可逆途徑AS”空氣在氣缸內(nèi)經(jīng)歷不可逆過(guò)程，內(nèi)能減少12kJ,對(duì)外作功10kJ,試分析空氣的熵變有哪幾種可能性？為什么？提高活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)熱效率的熱力學(xué)措施有哪些？其熱力學(xué)依據(jù)是什么？二、計(jì)算題（共75分）人體熱量的消耗率通常為356kJ/h,在作激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)則達(dá)628kJ/h。在熱天皮膚經(jīng)由汗的蒸發(fā)來(lái)散熱,若汗的蒸發(fā)在定壓且與皮膚相同溫度（27°C）下進(jìn)行，問(wèn)運(yùn)動(dòng)時(shí)多余熱量需每小時(shí)蒸發(fā)多少汗才能排出？（10分）已知：t=26C：h'=108.95kj/kg、h\；t=28C：h'=117.31kj/kg、h\容積V=0.5m3的空氣初壓=0.3MPa,初溫=150C，經(jīng)膨脹過(guò)程到終態(tài)=0.08MPa,=20°C，求過(guò)程中熱力學(xué)能，焓及熵的變化量?？諝庾鳛槔硐霘怏w，其比熱容可取定值，氣體常數(shù)=287J/(kg?K)；=1005J/(kg?K)。(10分)剛性容器內(nèi)有2kg,35C,2MPa的氮?dú)?，向容器?nèi)注入適量的氧氣，使容器內(nèi)壓力達(dá)3MPa，若過(guò)程中溫度維持不變，求加入氧氣的質(zhì)量。氧氣比熱容取定值，氣體常數(shù)=260J/(kg?K)、=917J/(kg?K)；氮?dú)獗葻崛萑《ㄖ?，氣體常數(shù)=297J/(kg?K)；=1038J/(kg?K)。(10分)利用熱水取暖，進(jìn)入取暖器的熱水溫度為90C，流出時(shí)溫度為50C，若室內(nèi)溫度維持25C，為維持室內(nèi)溫度恒定需供熱36000kJ/h，求(1)熱水流量(kg/)；(2)以水為系統(tǒng)，求過(guò)程的熵流、熵產(chǎn)及作功能力損失；(3)若采用電加熱器，加熱器的功率多少？作功能力損失多少？已知，水的焓值近似為；環(huán)境大氣溫度為0C。假定空氣作理想氣體，比熱容取定值，氣體常數(shù)=287J/(kg?K)、=1005J/（kg?K）°（15分）活塞壓縮機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)速360轉(zhuǎn)，從環(huán)境吸進(jìn)21°C的空氣14將之壓縮到0.52MPa輸出。設(shè)壓縮過(guò)程為可逆多變過(guò)程，多變指數(shù)為1.3,壓縮機(jī)容積效率nV=0.95。求：（1）所需輸入壓縮機(jī)的功率；（2）余隙容積比及活塞排量?？諝庾骼硐霘怏w,比熱容取定值；空氣氣體常數(shù)=287J/（kg?K）、=1005J/（kg?K）、環(huán)境大氣壓pb=0.1013MPa°（15分）輸送管送來(lái)的空氣，進(jìn)入出口面積=10cm2的噴管。進(jìn)口處空氣壓力=1.5MPa，溫度=80°C，進(jìn)口流速可忽略；噴管出口截面外背壓pb=0.6MPa,設(shè)空氣比熱容取定值，=1.004J/（kg?K）,=1.4。（1）設(shè)計(jì)噴管（形狀、截面積）；（2）計(jì)算噴管出口截面上空氣的速度及流量。（15分）容積為0.2m3鋼瓶?jī)?nèi)盛有氧氣，初始狀態(tài)時(shí)pe1=9.9MPa，=17C。由于氣焊用去部分氧氣，壓力降至9.0MPa。假定氧氣與外界無(wú)熱量交換，試計(jì)算用去多少氧氣？瓶?jī)?nèi)剩余氧氣的溫度為多少度？若瓶?jī)?nèi)氧氣從周圍環(huán)境吸熱，其溫度又恢復(fù)17°C，問(wèn)此時(shí)瓶?jī)?nèi)的壓力為多少？pb=0.1MPa；氧氣比熱容取定值，=260J/(kg?K)、⑴計(jì)算循環(huán)最高壓力及最高溫度；⑵求循環(huán)熱效率和凈功量；⑶分析提高循環(huán)熱效率的熱力學(xué)措施。⑷若上述條件不變，但吸熱和放熱過(guò)程均不可逆，過(guò)程熵產(chǎn)分別為0.15kJ/(kg?K)和0.1kJ/(kg?K)，求工質(zhì)循環(huán)的熵變。(20分)某蒸汽循環(huán)按基本朗肯循環(huán)運(yùn)行,自過(guò)熱器來(lái)的新蒸汽pl=17MPa,tl=550C，進(jìn)入汽輪機(jī)可逆膨脹作功，然后排入維持在5kPa的冷凝器。若忽略水泵功，求：(l)lkg工質(zhì)在鍋爐及過(guò)熱器中的吸熱量；(2)蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)作的功；(3)循環(huán)效率。(15分)已知：p=17MPa,t=550C:h=3426.8kJ/kg；v=0.0199213m/kg；=6.4416kJ/(kg?K)p=5kPa：t=32.9C；h'=137.72kj/kg；h\；'=0.4761kj/(kg?K)；3=917J/(kg?K)。(10分)濕空氣干球溫度40C，含濕量d=40g/kg干空氣，若環(huán)境壓力為pb=0.1MPa，求：(1)水蒸氣的分壓力；(2)相對(duì)濕度；(3)露點(diǎn)溫度;(4)濕空氣的焓h。(10分)已知壓力為0.1MPa時(shí)飽和濕空氣表如下：干球溫度t°C353637383940455055\K)飽和分壓力pkPa5.6225.9406.2746.6246.9917.3759.58212.33515.741飽和含濕量dg/kg干空氣37.0539.2841.6444.1246.7549.5265.9287.52116.19用活塞式壓氣機(jī)將直立放置的氣缸活塞系統(tǒng)，活塞及其上重物總質(zhì)量為10kg，活塞面積A為20cm，初態(tài)時(shí)氣缸內(nèi)空氣溫度t二20C，容積V=140cm，突然取走6kg重物，系統(tǒng)急速膨脹。試求：(1)重新達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)氣缸內(nèi)空氣的溫度；(2)過(guò)程作功能力損失。假定系統(tǒng)與外界無(wú)熱量交換，活塞與氣缸之間無(wú)摩擦。已知大氣壓力為0.1MPa；空氣作理想氣體，比熱容取定值，=287J/(kg?K)；=1005J/(kg?K)；=20C。(15分)32=1kg/,5MPa、7°C的氧氣加壓到1.25MPa,(1)若采用一級(jí)壓縮，壓氣機(jī)的余容比。=0.004，壓縮過(guò)程的多變指數(shù)n=1.25,求壓氣機(jī)的容積效率nV和消耗功率P(kW)；(2)若采用二級(jí)壓縮，中間冷卻，每級(jí)缸的余容比相等，即。L=oH=0.004,多變指數(shù)也相等，nL=nH=1.25，再求壓氣機(jī)的容積效率nV和消耗功率P(kW)。已知氧氣可作理想氣體，比熱取定值，=260J/(kg?K)。(15分)4.10kg水起初與300K的大氣處于熱平衡狀態(tài)，用熱泵在水與大氣之間工作使水定壓冷卻到285K，求所需最小功是多少？水定壓比熱容取4.187kJ/(kg?K)。(15分)活塞式內(nèi)燃機(jī)的定容加熱循環(huán)其初始狀態(tài)為p=0.1MPa,t=37°C,壓縮比￡=12,循環(huán)中對(duì)工質(zhì)加入熱量為700kJ/kg。工質(zhì)可視為空氣，比熱容取定值，氣體常數(shù)=287J/(kg?K)；=1004J/(kg?K)。容器被分隔成A、B兩室,如附圖所示。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?氣壓表2讀數(shù)為，氣壓表1讀數(shù)為。求氣壓表3的讀數(shù)。(10分)用一臺(tái)水泵將井水從6m深的井里泵到比地面高30m的水塔中，水流量為25m3/ho水泵消耗功率為12kW。冬天井水的溫度為3.5C。為防止結(jié)冰，要求進(jìn)入水塔的水溫不低于4C。整個(gè)系統(tǒng)及管道均包有一定厚度的保溫材料，問(wèn)是否有必要在管道中設(shè)置加熱器？如有必要的話，需加入多少熱量？設(shè)管道中水進(jìn)出口的動(dòng)能差可忽略不計(jì)；水的比熱取定值cp=4.187kJ/(kg?K),水的焓差；水的密度取1000kg/m3o(10分)在p-v圖及T-圖上畫(huà)出下列過(guò)程：(1)（2），；（3）。（15分）4.100kg溫度為0°C的冰，在大氣環(huán)境中融化為0°C的水，已知冰的溶解熱為335kJ/kg，設(shè)環(huán)境溫度T0=293K，求冰化為水的熵變，過(guò)程中的熵流和熵產(chǎn)及作功能力損失。（15分）進(jìn)入出口截面積A22=10cm的漸縮噴管的空氣初參數(shù)為=2某106Pa，=27°C，初速度很小，可以忽略不計(jì)。求空氣經(jīng)噴管射出時(shí)的速度、流量以及出口截面處空氣的狀態(tài)參數(shù)、。設(shè)噴管背壓力為1MPa?？諝馊《▔罕葻崛荩?1.005kJ/（kg?K）,k=1.4。（15分）某活塞式內(nèi)燃機(jī)定容加熱理想循環(huán)，壓縮比=10，氣體在壓縮沖程的起點(diǎn)狀態(tài)是=100kPa、=35C。加熱過(guò)程中氣體吸熱650kJ/kg。假定比熱容為定值，且=1.005kJ/（kg?K）,K=1.4,求：（1）循環(huán)中各點(diǎn)的溫度、壓力和比體積；（2）循環(huán)熱效率；（3）若膨脹過(guò)程持續(xù)到5,畫(huà)出循環(huán)T-圖，并分析循環(huán)熱效率提高還是下降。（20分）空氣在軸流壓縮機(jī)中被絕熱壓縮，壓力比為4.2，初終態(tài)溫度分別為27°C和200°C。若空氣作理想氣體，比熱容取定值，氣體常數(shù)=287J/（kg?K）；=1005J/（kg?K）試計(jì)算壓氣機(jī)的絕熱效率及壓縮過(guò)程的熵變和作功能力損失（=20°C）。（15分）一填充題（填入數(shù)據(jù)、文字或符號(hào)）（每題4分,共20分）1） 已知某種理想氣體在30C時(shí)cp=1.005kJ/（kg?K）,cV=0.718kJ/（kg?K）該氣體在100C時(shí)的氣體常數(shù)Rg=kJ/（kg?K）。2） 某種蒸汽經(jīng)歷不可逆吸熱過(guò)程后，其熵變AS____0；過(guò)程的熵流Sf 0；過(guò)程的熵產(chǎn)Sg 0。3） 某工質(zhì)在過(guò)程中內(nèi)能增加15kJ，對(duì)外界作功15kJ，則此過(guò)程中工質(zhì)與外界交換熱量Q= kJ。4） 有一不可逆熱機(jī)在高溫?zé)嵩碩H=1000K和低溫?zé)嵩碩L=300K之間工作。若循環(huán)中此不可逆熱機(jī)在絕熱壓縮過(guò)程中熵變0.1kJ/K;絕熱膨脹過(guò)程中熵變0.8kJ/K;高溫?zé)嵩挫刈?1.5kJ/K;低溫?zé)嵩挫刈?.5kJ/K,取高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩春蜔釞C(jī)為系統(tǒng)，則完成循環(huán)后此系統(tǒng)的熵變AS系5）若密閉容器中液態(tài)水的溫度t=100°C，則容器中壓力p 1atm。二簡(jiǎn)答題（每題7分,共21分）1） 活塞式內(nèi)燃機(jī)定壓加熱理想循環(huán)熱效率nt隨壓縮比下降，增大還是減??？為什么？2） 壓縮空氣制冷循環(huán)的制冷系數(shù)和制冷量與循環(huán)的壓比有什么關(guān)系？3）濕空氣的吸濕能力是否必定隨空氣溫度升高而升高？為什么？三計(jì)算和作圖題1）某氣體工質(zhì)經(jīng)歷可逆等溫吸熱過(guò)程1-2，可逆多變膨脹過(guò)程2-3（K〉n〉1）,可逆等溫放熱過(guò)程3-4,等熵壓縮過(guò)程4-1畫(huà)出該循環(huán)的p-v圖和T-圖。（14分）2）汽油機(jī)定容加熱理想循環(huán)進(jìn)氣參數(shù)為=20°C,=0.09MPa,=1某10-3m3,若循環(huán)壓縮比=10,定容增壓比=1.6,假設(shè)工質(zhì)是空氣，Rg=287J/（kg?K）,比熱可取定值，cp=1.005kJ/（kg?K）,（1）畫(huà)出循環(huán)p-v圖及T-圖；（2）求循環(huán)的最高溫度和最高壓力；（3）計(jì)算循環(huán)的吸熱量、循環(huán)凈功及循環(huán)的熱效率。（15分）3） 進(jìn)入漸縮噴管的空氣的參數(shù)為=0.5MPa,=327°C,cf1=150m/。若噴管的背壓pb=270kPa,出口截面積=3.0cm2，求空氣在管內(nèi)作定熵流動(dòng)時(shí)，噴管出口截面上氣流的溫度；流速cf2及噴管的質(zhì)量流量。已知空氣可作理想氣體，比熱取定值，Rg=287J/(kg?K),cp=1.005kJ/(kg?K)°(15分)用質(zhì)量流量為=360kg/h,tql=500°C,pql=0.1MPa的廢氣資源定壓加熱11=27°C,pl=0.1MPa，流量qm=720kg/h的未飽和水，若廢氣的終溫為37C,過(guò)程中廢氣壓降可忽略不計(jì)，求：(1)水的終態(tài)溫度12；(2)以廢氣為系統(tǒng),過(guò)程的熵流和熵產(chǎn)；(3)過(guò)程作功能力損失(環(huán)境溫度為27C)已知水的比熱cw=4.187kJ/(kg?K);廢氣可作理想氣體處理，比熱容取定值，Rg=287J/(kg?K),cp=1.01kJ/(kg?K)°(15分)一簡(jiǎn)答題(共3題,每題5分,共15分)試舉例說(shuō)明熱力學(xué)原理對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)和日常生活的指導(dǎo)作用。試問(wèn)：狀態(tài)方程為p(v-b)=RgT的氣體，當(dāng)b為正值時(shí)，經(jīng)絕熱節(jié)流后溫度是否降低？為什么？(提示焦—湯系數(shù))有人提出一循環(huán)1-3-2-1，其中1-3是可逆定溫吸熱過(guò)程、3-2是可逆絕熱過(guò)程、2-1為不可逆絕熱過(guò)程，如圖所示，圖中1，2，3分別為三個(gè)平衡狀態(tài)點(diǎn)。試問(wèn)此循環(huán)能否實(shí)現(xiàn)，為什么？二計(jì)算題(85分)某循環(huán)中，1-2為可逆等熵過(guò)程；2-3為可逆過(guò)程；3-4為可逆等熵；4-1為可逆定容過(guò)程。各過(guò)程部分參數(shù)如下表所示，填補(bǔ)表內(nèi)空白并畫(huà)出其p-v圖和T-圖。（15分）過(guò)程QkJAUkJWkJl--20470.72—3574.3164.73--404--1-209.60燃?xì)廨啓C(jī)定壓加熱理想循環(huán)的空氣進(jìn)氣壓力=0.095MPa,溫度=37°C，循環(huán)壓比n=5。若循環(huán)的最高溫度為1200K,1）畫(huà)出循環(huán)的p-v圖和T-圖；2）求循環(huán)各點(diǎn)的溫度和壓力及循環(huán)熱效率。已知：空氣的比熱容為cV=0.718kJ/（kg?K）,cp=1.005kJ/（kg?K）；若壓氣機(jī)的絕熱效率為0.90、燃?xì)廨啓C(jī)的相對(duì)內(nèi)效率為0.92，其它條件不變，求循環(huán)熱效率。（20分空氣初態(tài)為=0.1MPa、=20C，經(jīng)過(guò)三級(jí)活塞式壓氣機(jī)后，壓力提高到12.5MPa，假定各級(jí)壓縮過(guò)程的多變指數(shù)n=1.3。試求：（1）以耗功最小為前提的各級(jí)壓比；（2）生產(chǎn)1kg壓縮空氣理論上消耗的功；（3）各級(jí)氣缸的出口溫度；（4）若采用單級(jí)壓縮，壓氣機(jī)消耗的功及出口溫度。已知：Rg