XXXX工程熱力學試題答案

1、XXXX工程熱力學試題答案（閉卷，150分鐘）班級姓名學號成績一、簡答題（每小題5分，共40分）1.什么是熱力過程？可逆過程的要緊特點是什么？答：熱力系統(tǒng)從一個平穩(wěn)態(tài)到另一個平穩(wěn)態(tài)，稱為熱力過程?？赡孢^ 程的要緊特點是驅(qū)動過程進行的勢差無限小，即準靜過程，且無耗散。2,溫度為500 C的熱源向熱機工質(zhì)放出500 kJ的熱量，設環(huán)境溫度 為30 C,試咨詢這部分熱量的火用（yong）值（最大可用能）為多少？答：Ex q 500 1 30 273,15303.95kJ500 273,153.兩個不同溫度（T1,T2）的恒溫熱源間工作的可逆熱機，從高溫熱源 T1吸取煙！ 01向低溫熱源T2放出熱量Q

2、2,證明：由高溫熱源、低溫熱 源、熱機和功源四個子系統(tǒng)構成的孤立系統(tǒng)嫡增。假設功源的嫡變 4SW =0。證明：四個子系統(tǒng)構成的孤立系統(tǒng)嫡增為（1 分）SisoST1 St2 SrSw對熱機循環(huán)子系統(tǒng)SR 0Siso黃生0 01 分 T1T按照卡諾定理及推論：隔板4.剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中 上A符B IJ存有高壓空氣，B中保持真空，如右圖所示。若將 自由膨脹 隔板抽去，試分析容器中空氣的狀態(tài)參數(shù)（T、P、u、s、v）如何變化，并簡述什么原因。答：u、T不變，P減小，v增大，s增大。1前后 力位一樣表達式動身，證明絕熱節(jié)流過程中，節(jié)流組熱節(jié)流過程可看作穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，宏觀動能和重答：

3、開口系一樣能量方程表達式為dJ? / Ci而二+（心絕熱節(jié)流過程是穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，因此有如下簡化條件dE/dr:0; 0 二。，必0上" =0，心耳=。則上式能夠簡化為:按照質(zhì)量守恒，有代入能量方程，有h I 占卜26 .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。答：在混合氣體的溫度之下，當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、低溫熱源的溫差愈大，卡諾制冷機的制冷系數(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

4、的制冷系數(shù)愈小，耗功越大。（2分）證明：R三當q2不變，T 時，w、 R 。即在同T1T2 w T樣q2下（講明得到的收益相同），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. 一個操縱質(zhì)量由初始狀態(tài)A分別經(jīng)可逆與不可逆等溫吸熱過程到達 狀態(tài)B,若兩過程中熱源溫度均為試證明系統(tǒng)在可逆過程中吸取的熱量 多，對外做出的膨脹功也大。答：經(jīng)歷可逆或不可逆定溫過程后，按題給兩種情形下過程的初、終 狀態(tài)相同，因而系統(tǒng)的嫡變相同。由系統(tǒng)的嫡方程S Sf Sg ,關于可逆過程其嫡產(chǎn)為零，故熱嫡流將大于不可逆過程?？梢姡赡孢^程的熱量將大 于不可逆過程；（3分）由熱力學第一定律，q u w,因

5、過程的初、終狀態(tài)相同，熱力學能 變化 U相同，故可逆與不可逆兩種情形相比，可逆過程的過程功亦較大。（2分）財所給參臀照上定性地畫班里想氣體過點指出通過程的過 過程線）：1）壓縮T數(shù)n應當在什么數(shù)值器疇內(nèi)（圖幫12）影脹、降溫、匕 日仁1土住 n=1 久僚J程。(2) A n=kv答：(1) n k；(2) 1 n1n=1（1）的下述過程，分別 1n=k評分：四條差不多線（2分）兩條曲線（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程1-2的熱量如何表示?熱力學能變化量、始變化量如何表示？若過程1-2是不可逆的，上述各量司2v 熱力22p化量|肺nssm n k g sA:量相變

6、 含 口 不 匕匕 Gm對不可逆過程，熱量無法表示，熱力學以壓氣機中空氣為研究對象,其穩(wěn)固工況的能量方程為是否本印時？（請寫出簡明的作圖方法。）Tf21-m-答：對可逆過程4量為面積1-m-k-2-1n-2v-1,始變彳匕登為 1mg-2p-1 01三、運算題：（共50分）1.壓氣機在95 kPa、25 C的狀態(tài)下穩(wěn)固地以340 m3/min的容積流率 吸入空氣，進口處的空氣流速能夠忽略不計；壓氣機排口處的截面積為0.025 m2,排出的壓縮空氣的參數(shù)為 200 kPa、120 C。壓氣機的散熱量為6 0 kJ/min。已知空氣的氣體常數(shù) Rg=0.287 kJ/（kg.K）,比定熱容cV=0

7、.717 k J/（kg.K）,求壓氣機所消耗的功率。（16分）解：Q Wsh即(h12C12gzi)m(h2Y gz2)m2Wsh Q其中：(hi2C160gz1)m 103(將2P 2?C2、gz2)m2(a)60?m1000(J/s)Pi V95 103C1 0m/sz 0m°2 FRgT1287 (273 25)340 6.2944(kg/s)mRgT26.2944 287 (273 120)P2A200 103 0.025141.99(m/s)將以上數(shù)網(wǎng)人式273 a71,7）可12好峰麗3800他皤為:2?141.992Wsh1000 6.2944 ( 95380.0)6

8、.64822.在高溫環(huán)境中有一容器，A側(cè)裝有2 kg氮 氣，壓力為0.07 MPa,溫度為67C； B側(cè)裝有 8 kg氮氣，壓力為0.1 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 門相連，見附圖?，F(xiàn)打開閥門，氮氣由B流向A。_ 5105(J /s)氮氣可視為理想氣體，已知氣體常數(shù) Rg,N2 = 297 J/（kg K）,過程中的平 均定容比熱容cv = 0.742 kJ/（ kg K）,若壓力平穩(wěn)時容器中氣體溫度為t 2 = 40C,試求：平穩(wěn)時終壓力 P2;吸熱量Q ;氣體的嫡變。（18 分）解：容器A和B的容積分別為VaVbmA RgTA1mB RgTB1P

9、b12 297 3400.07 1068 297 2900.1 1062.8851 m36.8904 m3 (4 分)取A+B中的氣體為系統(tǒng)（CM）,m = mA + mB = 2 +8 =10 kgV = VA + VB = 2.8851 + 6.8904 = 9.7755 m3 (2 分)終態(tài)時的氣體壓力mRgT210 297 3139.77550.0951 MPa (2 分)事哮題給）系統(tǒng)不對外作功,、有Q U mCvT2 6地人丁人1 mBTB1）10 0.742 313 0.742 （2 340 8 290） （5 分）唧A徵更魂J（ 2分）T2P2、SA mA(Cpln T- Rg

10、ln P")原在B中的氮氣嫡變(2 (1.0391nl73譚2分)一 0 09510.297ln ;)0.3540 kJ/K0.07T2Sb mB(Cpln - RglnTb全部氮氣的嫡變P2Pb273 402 (1.039ln 273 170.09510.297ln ) 0.7538 kJ/K0.1SSASB 0.3540 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 4.187 kJ/(kg K),環(huán)境溫度為17 C。求混合過程導致的可用能缺失？( 6分)解：以絕熱熔器內(nèi)水為研究對象，由其能量方程可得m1cT1 m2cT2