工程熱力學(xué)北交大期末考試試題

1、北京交通大學(xué)工程熱力學(xué)期末試題填空題(每空1分，共10分)1.當(dāng)熱力系與外界既沒有能量交換也沒有物質(zhì)交換時(shí)，該熱力系為_孤立系_。2.在國(guó)際單位制中溫度的單位是_開爾文(K)_。3.根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程，風(fēng)機(jī)、水泵的能量方程可簡(jiǎn)化為_ws=h2h1 或 wt=h2h1_。4.同樣大小的容器內(nèi)分別儲(chǔ)存了同樣溫度的氫氣和氧氣，若二個(gè)容器內(nèi)氣體的壓力相等，則二種氣體質(zhì)量的大小為_小于_。5.已知理想氣體的比熱C隨溫度的升高而增大，當(dāng)t2>t1時(shí)，的大小關(guān)系為_。6.已知混合氣體中各組元?dú)怏w的質(zhì)量分?jǐn)?shù)i和摩爾質(zhì)量Mi，則各組元?dú)怏w的摩爾分?jǐn)?shù)i為_。7.由熱力系與外界發(fā)生_熱量_交換而引起的熵變化

2、稱為熵流。8.設(shè)有一卡諾熱機(jī)工作于600和30熱源之間，則卡諾熱機(jī)的效率為_65.29%_。9.在蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，汽輪機(jī)排汽壓力的降低受_環(huán)境_溫度的限制。1.與外界既無(wú)能量交換也無(wú)物質(zhì)交換的熱力系稱為_孤立_熱力系。2.熱力系的儲(chǔ)存能包括_熱力學(xué)能、宏觀動(dòng)能、重力位能_。3. 已知某雙原子氣體的氣體常數(shù)Rg=260J/(kg · k) ， 則其定值比熱容cv=_650_J/(kg·k)。4.已知1kg 理想氣體定壓過程初、終態(tài)的基本狀態(tài)參數(shù)和其比熱容，其熱力學(xué)能的變化量可求出為u=_ cp(T2T1)_。5.定值比熱容為cn 的多變過程，初溫為T1,終溫為T2，其熵變量s

3、=_。6.水蒸汽的臨界壓力為_22.12_MPa。7.流體流經(jīng)管道某處的流速與_當(dāng)?shù)匾羲賍的比值稱為該處流體的馬赫數(shù)。8.汽輪機(jī)的排汽壓力越低，循環(huán)熱效率越高，但排汽壓力的降低受到了_環(huán)境溫度_的限制。9.未飽和濕空氣的相對(duì)濕度值在_0 與1_之間。1理想氣體多變指數(shù)n=1，系統(tǒng)與外界傳熱量q=_；多變指數(shù)n=±，系統(tǒng)與外界傳熱量q=_。2卡諾循環(huán)包括兩個(gè)_過程和兩個(gè)_過程3水蒸汽的汽化潛熱在低溫時(shí)較_，在高溫時(shí)較_，在臨界溫度為_。4在TS圖上，定壓線的斜率是_；定容線的斜率是_5理想氣體音速的計(jì)算式：_，馬赫數(shù)的定義式為：_1、功W ; 內(nèi)能U2、定溫變化過程， 定熵變化3、小，

4、 大， 04、對(duì)數(shù)曲線，對(duì)數(shù)曲線5、 ， 1理想氣體多變過程中，工質(zhì)放熱壓縮升溫的多變指數(shù)的范圍_ 2蒸汽的干度定義為_。 3水蒸汽的汽化潛熱在低溫時(shí)較_，在高溫時(shí)較_，在臨界溫度為_。4理想氣體的多變比熱公式為_ 5采用Z級(jí)冷卻的壓氣機(jī)，其最佳壓力比公式為_1、大于0，小于 ; 2、濕蒸汽中含干蒸汽的質(zhì)量/濕蒸汽的總質(zhì)量3、小， 大， 04、5、i = （PZ+1 / P1）1 / Z四、名詞解釋題（本大題共5小題，每小題3分，共15分）1、理想氣體: 理想氣體滿足克拉貝龍狀態(tài)方程的氣體;或者是指由相互間沒有作用力的分子構(gòu)成的氣體,且分子本身是不占據(jù)體積的彈性質(zhì)點(diǎn).2、水蒸汽的臨界狀態(tài)：當(dāng)壓

5、力高于確定的臨界壓力時(shí)，定壓下的蒸氣發(fā)生過程不再經(jīng)歷預(yù)熱、氣化和過熱三個(gè)階段，而是在溫度為臨界溫度時(shí)連續(xù)地從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，這種由臨界壓力和臨界溫度確定的狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。過熱度：過熱蒸氣的溫度與同壓下的飽和溫度之差稱為過熱度，單位為開爾文或攝氏度3、濕空氣的絕對(duì)濕度：濕空氣中水蒸氣的密度，符號(hào)V4、濕空氣的相對(duì)濕度：濕空氣中水蒸氣的密度V與其相應(yīng)溫度下的最大密度S之比5.熵產(chǎn)：不可逆過程中，不可逆因素引起的熵的變化稱為熵產(chǎn)。6.穩(wěn)定流動(dòng)：是指流體流經(jīng)管道中任意點(diǎn)的熱力狀態(tài)參數(shù)及流速等均不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)過程。7.濕空氣的焓：濕空氣的焓值等于干空氣的焓值與水蒸氣的焓值之和。8.控制質(zhì)量:閉口

6、系內(nèi)包含的物質(zhì)量是恒定的，這種作為研究對(duì)象的恒量物質(zhì)稱為控制質(zhì)量。9.熱量的無(wú)效能:熱源提供的熱量，在環(huán)境為冷源的卡諾循環(huán)中，不能轉(zhuǎn)換為功的部分。10.水蒸汽的飽和狀態(tài):汽化和液化速率相等，成為一種汽液相變的動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。11. 濕空氣的含濕量:一定體積的濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與其中所含干空氣質(zhì)量的比值?；驖窨諝庵校?kg干空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量。孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間不發(fā)生任何能量傳遞和物質(zhì)交換的系統(tǒng)。焓：為簡(jiǎn)化計(jì)算，將流動(dòng)工質(zhì)傳遞的總能量中，取決于工質(zhì)的熱力狀態(tài)的那部分能量，寫在一起，引入一新的物理量，稱為焓。熱力學(xué)第二定律：克勞修斯(Clausius)說(shuō)法：不可能把熱量從低溫物體

7、傳到高溫物體而不引起其他變化。開爾文一浦朗克(KelvinPlank)說(shuō)法：不可能制造只從一個(gè)熱源取熱使之完全變成機(jī)械能而不引起其他變化的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。相對(duì)濕度：濕空氣的絕對(duì)濕度與同溫度下飽和空氣的飽和絕對(duì)濕度的比值，稱為相對(duì)濕度。卡諾定理：1所有工作于同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與采用哪種工質(zhì)無(wú)關(guān)。2在同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)。理想氣體：氣體分子本身所具有的體積與其所活動(dòng)的空間相比非常小，分子本身的體積可以忽略，而分子間平均距離很大，分子間相互吸引力小到可以忽略不計(jì)時(shí)，這種狀態(tài)的氣體便基本符合理想氣體模型。水蒸氣的汽化潛熱：將1k

8、g飽和液體轉(zhuǎn)變成同溫度的干飽和蒸汽所需的熱量。五、簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題5分，共25分）1.何謂水蒸汽參數(shù)座標(biāo)圖中的一個(gè)點(diǎn)、兩條線、三個(gè)區(qū)域和五種狀態(tài)？一點(diǎn):臨界狀態(tài)點(diǎn),其在水蒸汽參數(shù)座標(biāo)圖中的位置隨工質(zhì)而異;二線:飽和蒸氣線(上界線):不同壓力下飽和蒸氣狀態(tài)的連線.飽和液線(下界線):不同壓力下飽和液狀態(tài)的連線。上、下界線合在一起又稱為飽和線。三區(qū)：未飽和液區(qū)（過冷液區(qū)），濕蒸氣區(qū)，過熱蒸氣區(qū)五態(tài)：未飽和液（過冷液），飽和液，濕飽和蒸汽，（干）飽和蒸汽，過熱蒸汽2.卡諾循環(huán)熱效率表達(dá)式說(shuō)明了哪三個(gè)重要問題？a.提高熱源溫度TH和降低冷源溫度TL是提高兩恒溫?zé)嵩撮g可逆循環(huán)熱效率的根本途

9、徑與方法;b.TL=0和TH是不可能的,故熱機(jī)熱效率恒小于100%;c.當(dāng)TH=TL時(shí),C=0,說(shuō)明單一熱源熱機(jī)是造不成的.3.平衡狀態(tài)與穩(wěn)定態(tài)有什么聯(lián)系與區(qū)別? 平衡態(tài)是指熱力系的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)。穩(wěn)定態(tài)是指熱力系的狀態(tài)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)。平衡必然穩(wěn)定，穩(wěn)定未必平衡。4.能量方程q=u+w和q=CvT+的適用條件有何不同? 前者：閉口系、任意工質(zhì)、任意過程；后者：閉口系、理想氣體、可逆過程。5.夏天，自行車在被太陽(yáng)曬得很熱的馬路上行駛時(shí)，為什么容易引起輪胎爆破? 輪胎內(nèi)氣體壓力為P=為常數(shù)，當(dāng)T升高時(shí)P隨之升高，容易引起爆破。6.不可逆過程熵的變化如何計(jì)算? 可以選擇相同初、終狀

10、態(tài)間可逆過程熵的變化來(lái)計(jì)算。7.準(zhǔn)平衡過程與可逆過程有何共同處?有何區(qū)別?有何聯(lián)系?它們共同處都是在無(wú)限小勢(shì)差作用下，非常緩慢地進(jìn)行，由無(wú)限接近平衡狀態(tài)的狀態(tài)組成的過程。它們的區(qū)別在于準(zhǔn)平衡過程不排斥摩擦能量損耗現(xiàn)象的存在，可逆過程不會(huì)產(chǎn)生任何能量的損耗。一個(gè)可逆過程一定是一個(gè)準(zhǔn)平衡過程，沒有摩擦的準(zhǔn)平衡過程就是可逆過程。8.理想氣體狀態(tài)方程有哪些常見形式?方程中的常數(shù)項(xiàng)與物性是否有關(guān)?1kg 氣體:pv=RrT mkg 氣體:pV=mRrT1mol 氣體：pVm=RT nmol 氣體：pV=nRTRr 是氣體常數(shù)與物性有關(guān)，R 是摩爾氣體常數(shù)與物性無(wú)關(guān)。9.干飽和蒸汽與濕飽和蒸汽的狀態(tài)參數(shù)各

11、有何特點(diǎn)?干飽和蒸汽：x=1,p=ps t=ts v=v,h=h s=s濕飽和蒸汽：0<x<1,p=ps t=ts v<v<v, h<h<h, s<s<s10.何謂汽流在噴管中的臨界狀態(tài)?何謂臨界壓力比?理想氣體的臨界壓力比與哪些因素有關(guān)?流速為當(dāng)?shù)匾羲?Ma=1)時(shí)的狀態(tài)稱為流體的臨界狀態(tài)。流體臨界狀態(tài)的壓力(臨界壓力)與其滯止壓力的比值，稱為臨界壓力比。理想氣體的臨界壓力比只與氣體的物性有關(guān)(或比熱比k有關(guān))1. 閉口系統(tǒng)從溫度為300K的熱源中取熱500kJ，系統(tǒng)熵增加20kJK，問這一過程能否實(shí)現(xiàn)，為什么？1、答：能實(shí)現(xiàn) 對(duì)于可逆過程的熵

12、有：，則系統(tǒng)從熱源取熱時(shí)的可能達(dá)到的最小熵增為：，因此該過程是可以實(shí)現(xiàn)的。六、計(jì)算題(第1、2題每小題6分，第3、4題每小題8分，共28分)1.m=1.5kg空氣按可逆定溫過程由初態(tài)T1=328K,P1=0.25×106Pa變化到終態(tài)P2=0.15×106Pa，空氣的Rr=0.287KJ/(kg·k)，試求此定溫過程的Q、W、U、H。Q=mRrTln=1.5×0.287×328×lnW=mRrTln=Q=72.1KJU=mCv(T2T1)=0H=mCp(T2T1)=02. 某燃?xì)廨啓C(jī)排氣1.20kg/s，溫度為T1=576K,定壓排入

13、溫度T0=283K的環(huán)境；設(shè)排氣的Cp=1.021KJ/(kg·k)。試求每小時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)的排氣熱量中的有效能和無(wú)效能。每小時(shí)排氣的放熱量Qp:Qp=mCp(T0T1)=3600×1.2×1.021×(283576)=1292341KJ/h此熱量中的有效能Qa:Qa=3600×1.2×1.021×(283576)283ln=405345.2KJ/h此熱量中的無(wú)效能Qu:Qu=QpQa=1292341(405345.2)=886995.8KJ/h3. 一容積為0.2m3的儲(chǔ)氣罐，內(nèi)裝氮?dú)?，其初壓力p1=0.5MPa，溫度t1=3

14、7。若對(duì)氮?dú)饧訜幔鋲毫?、溫度都升高。?chǔ)氣罐上裝有壓力控制閥，當(dāng)壓力超過0.8MPa時(shí)，閥門便自動(dòng)打開，放走部分氮?dú)?，即罐中維持最大壓力為0.8MPa，問當(dāng)儲(chǔ)氣罐中氮?dú)鉁囟葹?87時(shí)，對(duì)罐內(nèi)氮?dú)夤布尤攵嗌贌崃?？設(shè)氮?dú)獗葻崛轂槎ㄖ怠?218.0kJ)二、計(jì)算題（共70分）1、一種切割工具利用從噴嘴射出的高速水流切割材料，供水壓力為200kPa、溫度20，噴嘴內(nèi)徑為0.002m時(shí)，射出水流溫度20，壓力100kPa，流速1000m/s，已知在200kPa、20時(shí)，假定可近似認(rèn)為水的比體積不變，求水泵功率。（10分）2、某太陽(yáng)能供暖的房屋用5×8×0.3m的大塊混凝土板作為蓄熱材

15、料，該混凝土的密度為2300kg/m3，比熱容0.65kJ/(kg·K)。若混凝土板在晚上從23冷卻到18（室內(nèi)溫度），圖2求此過程的熵產(chǎn)。（10分）3、某活塞式內(nèi)燃機(jī)定容加熱理想循環(huán)（圖2循環(huán)1-2-3-4-1），壓縮比 =10，壓縮沖程的起點(diǎn)狀態(tài)是t1=35 、p1=100kPa。加熱過程中氣體吸熱650kJ/kg。假定比熱容為定值，且cp =1.004kJ/（kg·K）， =1.4，求：（1）循環(huán)中各點(diǎn)的溫度、壓力和循環(huán)熱效率；（2）若循環(huán)壓縮過程和膨脹過程均不可逆，兩過程的熵產(chǎn)分別為0.1kJ/(kg·K)和0.12 kJ/(kg·K)，求工質(zhì)經(jīng)

16、循環(huán)后的熵變； （3） 若膨脹過程持續(xù)到5（p5 = p1），畫出循環(huán)T-s圖，并分析循環(huán)熱效率提高還是下降。（10+5+5分）4、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30和227。若空氣作理想氣體，比熱容取定值, 氣體常數(shù)=287； =1005。試計(jì)算（1）壓氣機(jī)的絕熱效率；（2）壓縮過程的熵變和作功能力損失（t0 = 20）（10+5分）。5、利用水蒸氣取暖，進(jìn)入散熱器的濕飽和水蒸氣溫度為100，流出時(shí)為飽和水，散熱器內(nèi)近似壓力不變。若為維持室內(nèi)溫度恒定為20需供熱72000kJ/h。求：（1）水蒸氣的流量()；（2）以散熱器為系統(tǒng)，求過程的熵變、熵流、熵產(chǎn)及損失

17、，環(huán)境大氣溫度為0（7+8分）。飽和水和飽和水蒸氣表摘錄00.015152535701001100.00061120.00061170.00087250.00170530.00316870.00562630.0311780.1013250.1432430.001000220.001000180.001000080.001000940.001003020.001006050.001022760.001043440.00105156206.154206.012147.04877.91043.36225.2225.04431.67361.2106-0.050.0021.0262.96104.7714

18、6.59293.01419.06461.332500.512500.532509.712528.072546.292564.382626.102675.712691.262500.62500.52488.72465.12441.52417.82333.12256.62229.9-0.00020.00000.07630.22480.36700.50500.95501.30691.41869.15449.15419.02368.77948.55608.35117.75407.35457.23860.0010.0030.0040.0050.010.020.050.10.20.56.949124.114228.953332.879345.798860.065081.338899.634120.240151.8670.00100010.00100280.00100410.00100530.00101030.00101720.00102990.00104320.00106050.0010925129.18545.66634.79628.19114.6737.64973.24091.69430.885850.3748629.21101.07121.30137.72191.76251.43340.55417.52504.78640.3