南航工程熱力學(xué)試題答案

1、工程熱力學(xué) I （ A 卷）（閉卷，150分鐘）班級(jí)姓名學(xué)號(hào)成績(jī)一、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共40分）1. 什么是熱力過(guò)程可逆過(guò)程的主要特征是什么答：熱力系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)到另一個(gè)平衡態(tài)，稱(chēng)為熱力過(guò)程。可逆過(guò)程的主要特征是驅(qū)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行的勢(shì) 差無(wú)限小，即準(zhǔn)靜過(guò)程，且無(wú)耗散。2. 溫度為500C的熱源向熱機(jī)工質(zhì)放岀 500 kJ的熱量，設(shè)環(huán)境溫度為 30 C,試問(wèn)這部分熱量的火用 （yong）值（最大可用能）為多少答: Ex,q 50030 273.15500273.15（1 分）SisoST1ST2SRSW對(duì)熱機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)：SR0分1分根據(jù)卡諾定理及推論：1分1則：S t 0C分9|S0Q2Q11T2

2、T14.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中保持隔板真空，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)（T、A器 BP、U、S、V）如何變化，并簡(jiǎn)述為什么。3. 兩個(gè)不同溫度（,T2）的恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機(jī)，從高溫?zé)嵩碩1吸收熱量Q向低溫?zé)嵩碩2放岀熱量Q，證明：由高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩?、熱機(jī)和功源四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)熵增。假設(shè)功源的熵變厶SS=0。0證明：四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)熵增為自由膨脹答：u、T不變，P減小，V增大，s增大。5. 試由開(kāi)口系能量方程一般表達(dá)式岀發(fā)，證明絕熱節(jié)流過(guò)程中，節(jié)流前后工質(zhì)的焓值不變。（絕熱節(jié)流過(guò)程可看作穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過(guò)程，宏觀(guān)動(dòng)能和重

3、力位能的變化可忽略不計(jì)）答：開(kāi)口系一般能量方程表達(dá)式為絕熱節(jié)流過(guò)程是穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過(guò)程，因此有如下簡(jiǎn)化條件dE/dr - 0;1 C - 0;，帶僉AEK =xO則上式可以簡(jiǎn)化為：根據(jù)質(zhì)量守恒，有-T- - % 代入能量方程，有6. 什么是理想混合氣體中某組元的分壓力試按分壓力給岀第i組元的狀態(tài)方程。答：在混合氣體的溫度之下，當(dāng)i組元單獨(dú)占有整個(gè)混合氣體的容積（中容積）時(shí)對(duì)容器壁面所形成的壓力，稱(chēng)為該組元的分壓力；若表為P，則該組元的狀態(tài)方程可寫(xiě)成：RV = mRT。7. 高、低溫?zé)嵩吹臏夭钣螅ㄖZ制冷機(jī)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(jī)的制冷系數(shù)愈小，耗功越

4、大。（2分）T 時(shí)，wR 。即在同樣q2下（說(shuō)明得證明：RT2空互，當(dāng)q2不變,Ti T2 w T到的收益相同），溫差愈大，需耗費(fèi)更多的外界有用功量，制冷系數(shù)下降。（8. 一個(gè)控制質(zhì)量由初始狀態(tài)A分別經(jīng)可逆與不可逆等溫吸熱過(guò)程到達(dá)狀態(tài)3分）B，若兩過(guò)程中熱源溫度均為T(mén)r。試證明系統(tǒng)在可逆過(guò)程中吸收的熱量多，對(duì)外做岀的膨脹功也大。答：經(jīng)歷可逆或不可逆定溫過(guò)程后，按題給兩種情況下過(guò)程的初、終狀態(tài)相同，因而系統(tǒng)的熵變相同由系統(tǒng)的熵方程 s SfSg，對(duì)于可逆過(guò)程其熵產(chǎn)為零，故熱熵流將大于不可逆過(guò)程。可見(jiàn)，可逆過(guò)程的熱量將大于不可逆過(guò)程；（3分）由熱力學(xué)第一定律，q u w，因過(guò)程的初、終狀態(tài)相同，熱

5、力學(xué)能變化u相同，故可逆與不可逆兩種情況相比，可逆過(guò)程的過(guò)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)圖上定性地畫(huà)岀理想氣體過(guò)點(diǎn)1的下述過(guò)程，分別指岀該過(guò)程的過(guò)程指數(shù)n應(yīng)當(dāng)在什么數(shù)值范圍內(nèi)（圖中請(qǐng)標(biāo)明四個(gè)基本過(guò)程線(xiàn)）：1）壓縮、升溫、吸熱的過(guò)程2）膨脹、降溫、吸熱的過(guò)程。答：（1）n k ；（2）1 n k評(píng)分：四條基本線(xiàn)（2分）兩條曲線(xiàn)（2分）n取值（1分）2. 如圖所示T- S圖上理想氣體任意可逆過(guò)程1-2的熱量如何表示熱力學(xué)能變化量、焓變化量如何表示若過(guò)程1-2是不可逆的，上述各量是否相同（請(qǐng)寫(xiě)岀簡(jiǎn)明的作圖方法。）答：對(duì)可逆過(guò)程，熱量為面積1-m-k-2

6、-1 ，熱力學(xué)能變化量為面積1-m-n-2 v-1，焓變化量為1-m-g-2 p-1對(duì)不可逆過(guò)程，熱量無(wú)法表示，熱力學(xué)能和焓變化量相同三、計(jì)算題：（共50 分）1. 壓氣機(jī)在95 kPa、25 C的狀態(tài)下穩(wěn)定地以340 mVmin的容積流率吸入空氣，進(jìn)口處的空氣流速可以忽略不計(jì)；壓氣機(jī)排口處的截面積為m2,排岀的壓縮空氣的參數(shù)為200 kPa、120 C。壓氣機(jī)的散熱量為60 kJ/min。已知空氣的氣體常數(shù)Rg= kJ/，比定熱容 5= kJ/，求壓氣機(jī)所消耗的功率。（16分）解：以壓氣機(jī)中空氣為研究對(duì)象，其穩(wěn)定工況的能量方程為 即w sh q(mgz (h22C2gz?) m(a)其中：Q

7、60 103601000（J/s）將以上數(shù)據(jù)代入式（a）,可得壓氣機(jī)所消耗的功率為:2. 在高溫環(huán)境中有一容器，A側(cè)裝有2 kg氮?dú)?，壓力?MPa,溫度為67C； B側(cè)裝有8 kg氮?dú)?，壓力?MPa，溫度為17C,。A和B 的壁面均為透熱壁面，它們之間用管道和閥門(mén)相連，見(jiàn)附圖?，F(xiàn)打開(kāi)閥門(mén)，氮?dú)庥葿流向A。氮?dú)饪梢暈槔硐霘怏w，已知?dú)怏w常數(shù) R,n2 = 297J/（kg K），過(guò)程中的平均定容比熱容Cv= kJ/（ kg K），若壓力平衡時(shí)容器中氣體溫度為t2 = 40 C，試求：平衡時(shí)終壓力P2；吸熱量Q ;氣體的熵變。（18分）N28 kgMPa17 C解：容器 A和B的容積分別為mB

8、RgTB1PB1CM，mA + m = 2 +8 =10 kgVA + X = + = 9.7755 mVb8 297 2900.1 10636.8904 m3（4分）取A+B中的氣體為系統(tǒng)（m=V=終態(tài)時(shí)的氣體壓力（2分）P2mRgT210 297 313按題給，系統(tǒng)不對(duì)外作功,QV有U mcvT2 Cv（m）ATA110 0.742 3130.7429.77550.0951 MPa （2 分）2322.46 2226 96.46mBTB1 ）（2 340 8 290）kJ（5分）原在A中的氮?dú)忪刈儯?分） 原在B中的氮?dú)忪刈儯?分） 全部氮?dú)獾撵刈僑 SaSb0.3540 0.7538 0.3998 kJ/K （1 分）3. 將100 kg溫度為30 C的水與200 kg溫度為80 C的水在絕熱容器中混合，假定容