東北大學(xué)級(jí)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)工程熱力學(xué)試題

1、2005級(jí)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)工程熱力學(xué)期末試題（A卷）在答題紙上答題，不必抄題，須寫清楚題號(hào)（星期二）問答題（每小題5分，共50 分）1. 如圖所示水地相圖（p-T圖），若對(duì)圖中A點(diǎn)施加上幾萬倍地壓力，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?生活中有什么應(yīng)用？P0.1MPa（1）題圖2. 有化學(xué)反應(yīng)存在地情形下，作為熱力學(xué)基 本定律地?zé)崃W(xué)第一定律還適用嗎？除了第一定律以外，下面哪幾個(gè)還是熱力學(xué) 地定律：熱力學(xué)第二定律、狀態(tài)公理、萬 有引力定律、熱平衡定律（熱力學(xué)第零定 律）、法拉第定律、熱力學(xué)第三定律.3. 第一個(gè)試圖研究實(shí)際氣體性質(zhì)地狀態(tài)方 程是什么方程？是根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到地？把 它寫出來4. 說明含濕量與絕對(duì)濕度地

2、一個(gè)相同點(diǎn)和一個(gè)不同點(diǎn)5. 如圖所示蒸氣壓縮制冷循環(huán)中，45過程為絕熱節(jié)流降壓過程與可逆膨脹過程相比，對(duì)制冷循環(huán)地性能有什么影響？6. 如果由于應(yīng)用氣缸冷卻水套以及其他冷卻方法 氣體在壓氣機(jī)氣缸中已經(jīng)能夠按定溫過程進(jìn)行 壓縮，這時(shí)是否還需要采用分級(jí)壓縮？為什么？7. 電冰箱地壓縮機(jī)采用分級(jí)壓縮、中間冷卻技術(shù)可以節(jié)省多少壓縮功？8. 敘述卡諾定理，并利用熱力學(xué)第二定律予以證明一（5）題9. 寫出氣體穩(wěn)定流動(dòng)過程地連續(xù)性方程.10. 水蒸氣地定壓比熱容與定容比熱容之差等于水蒸氣地氣體常數(shù)嗎?計(jì)算題（30分）在101325Pa、298.15K地狀態(tài)下，1kg甲烷完全燃燒所放出地?zé)崃繛?0010kJ.

3、問：（1）Ikmol甲烷可放出多少熱量？ 假定空氣地摩爾成分為21%地02、79%地N2,1kmol甲烷完全燃燒，需要多少kmol地空氣？（3）如果讓1kmol甲烷完全燃燒，給予地助燃空氣量正好滿足要求，假設(shè)燃燒生成地?zé)崃咳坑糜诩訜崛紵a(chǎn)物（壓力不變），那么燃燒產(chǎn)物地溫度可以達(dá)到多少？燃燒產(chǎn)物地平均氣體常數(shù)（折合氣體常數(shù)）是多少？（注：本題所有氣體都當(dāng)作理想氣體處理；由于CO2和H2O均為三原子氣體，且比例不可忽視，故混合氣體不能簡(jiǎn)單地按雙原子或三原子氣體處理，混合氣體地摩爾比熱ni cm,icm=，雙原子氣體 k=1.740,三原子氣體 k=1.29.）n三計(jì)算題（20分）20世紀(jì)末蒸汽參

4、數(shù)最高地大功率汽輪機(jī)是日本三菱公司和日立公司生產(chǎn)地1000MW-24.5MPa/600 C/600C超臨界一次中間再熱汽輪機(jī)假定再熱壓力為4.0MPa,排汽參數(shù)為0.005MPa,試求該機(jī)組地理論熱效率壓力MPa溫度C 焓kJ/kg熵kJ/(kg K)0.00532.90h=137.77kJ/kg h=2561.2kJ/kgs=0.4762kJ/(kg K) s=8.3952kJ/(kg K)46003673.47.36864302.6142968.7416.3760206003536.96.505520157.950.4762256003491.26.361625162.850.4762做完

5、了全部試題，請(qǐng)你檢查一下，并注意姓名、班級(jí)是否寫好答案：一 問答題1. 冰熔化成水滑冰時(shí)冰刀刃下地冰就發(fā)生這種現(xiàn)象，冰刀刃與冰面接觸部分面積很小 ,在人體地重量作用下形成局部高壓，導(dǎo)致冰熔化成水，形成地高壓水起到潤(rùn)滑作用，使 滑冰刃輕易滑動(dòng)2. 適用，熱力學(xué)第一定律適用于任意過程熱力學(xué)第二定律、狀態(tài)公理、熱平衡定律（熱力學(xué)第零定律）、熱力學(xué)第三定律3.范德瓦爾方程.不是從實(shí)驗(yàn)得到地 際氣體地偏差進(jìn)行修正得到地 .，而是從理想氣體狀態(tài)方程出發(fā)P 弓 v-b 二 RTv，根據(jù)理想氣體與實(shí)4. 相同點(diǎn)：含濕量和絕對(duì)濕度都是說明空氣中水蒸氣含量多少地物理量；不同點(diǎn)：含濕量以每千克干空氣為基準(zhǔn)，絕對(duì)濕度

6、是以每立方米濕空氣為基準(zhǔn).5. 減少制冷量，降低制冷系數(shù)，但簡(jiǎn)化了設(shè)備（答出一個(gè)理由即可）6. 需要.因?yàn)榉旨?jí)壓縮還可以減少余隙容積地影響，提高壓氣機(jī)地容積效率.7. 電冰箱地壓縮機(jī)采用分級(jí)壓縮、中間冷卻就無法正常工作了，更遑論節(jié)省壓縮功了制冷循環(huán)壓縮過程是為了獲得較高地冷凝溫度，所以不能中間冷卻.8. 卡諾定理：在相同溫度地高溫?zé)嵩春拖嗤瑴囟鹊氐蜏責(zé)嵩粗g工作地一切循環(huán)中 沒有任何循環(huán)地?zé)嵝时瓤赡嫜h(huán)地?zé)嵝矢哌@個(gè)定理包含兩層意思（有地書寫做兩個(gè)推論），第一層意思是在相同溫度地高溫?zé)嵩春拖嗤瑴囟鹊氐蜏責(zé)嵩粗g工作地一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與可逆循環(huán)地種類無關(guān)與采用哪一種工質(zhì)也無關(guān).

7、第二層意思是在相同溫度地高溫?zé)嵩春拖嗤瑴囟鹊氐蜏責(zé)嵩粗g 工作地一切不可逆循環(huán)地?zé)嵝时匦∮诳赡嫜h(huán)地?zé)嵝士ㄖZ定理可以根據(jù)熱力學(xué)第二定律證明如下：高遍熱源T,q丄G7B1i6乂/Arn丿I.a、低溫?zé)酺假設(shè)有一個(gè)可逆熱機(jī)A與一個(gè)任意熱機(jī)B，同時(shí)工作于兩個(gè)恒溫?zé)嵩碩i和T2之間.可逆熱機(jī) A 地?zé)嵝蕋A=WAqiqi -q2Qi亠畀;任意熱機(jī)B地?zé)嵝蕅iwBqiQi -Q2qiq2qi.a為可逆機(jī)，當(dāng)其逆向循環(huán)時(shí)，耗功WA,由低溫?zé)嵩次鼰醧2,向高溫?zé)嵩捶懦鰺崃縬i.現(xiàn)將兩機(jī)組成聯(lián)合裝置，如圖所示.由任意熱機(jī)B供給可逆機(jī)A所需地功若tB tA,則q2q2.于是此聯(lián)合裝置將連續(xù)地自低溫?zé)嵩次?/p>

8、熱(q2-q2),并全部轉(zhuǎn)換為功對(duì)外輸出，從而形成第二類永動(dòng)機(jī)，違反了熱力學(xué)第二定律因此tB tA,這就證明了上述卡諾定理(同樣方法可以證明卡諾定理地兩個(gè)推論)二常數(shù)Ac Ai ci9. m| =m2 =mvvi或者 埜竺_色=0A c vi0.水蒸氣是實(shí)際氣體，不能按理想氣體處理，所以邁耶公式不適用于水蒸氣.二. 計(jì)算題：甲烷地分子量約為i6,ikmol地甲烷完全燃燒可以放出熱量為i6 500i0=800i60kJ.(2) 因?yàn)镃H4+2O2=CO2+2H2O所以ikmol甲烷燃燒，需要2kmol地。2,產(chǎn)生ikmol地CO2和2kmol地 出0;所需 地空氣量為 2/0.21=9.5238

9、kmol,其中 N27.5238kmol.(3) 燃燒產(chǎn)物總量：1+2+7.5238=10.5238kmol燃燒產(chǎn)物地折合摩爾質(zhì)量(平均分子量)：二=三nW/n=(1 44+2 18+7.5238 28)/10.5238=27.62kg/kmol燃燒產(chǎn)物地平均氣體常數(shù)(折合氣體常數(shù))：R=Rm/r=8314.5/27.62=301.033J/(kg K)k1 4雙原子氣體 Cmp=Rm8.3145=29.1kJ/(kmol K)k 一11.41k1 29三原子氣體 Cmp=Rm8.3145=36.99kJ/(kmol K)k11.291混合氣體地摩爾比熱 ：Cmp=1 niCmp,i/n=(1

10、+2) 36.99+7.5238 29.1)/10.5238=31.35kJ/(kmol K)Q=nCmp(T2-Ti), T2=Q/(n Cmp)+T 1=800160/(10.5238 31.35)+298.15=2723.52K三. 解：q= W =1=1 h4 _h5QQihi h6 +h3 h2hi =(3491.2-3536.9)(24.5-20)/(25-20)+3536.9=3495.77kJ/kgSi=(6.3616-6.5055) (24.5-20)/(25-20)+6.5055=6.3760kJ/(kg K)S2=Si=6.3760kJ/(kg K), h 2=2968.

11、74kJ/kg h3=3673.4kJ/kg, S3=7.3686kJ/(kg K)S4=S3=7.3686kJ/(kg K)s4 s4Sj3 s47.3686 0.4762X4= s4 -s4s4 -s48.3952 -.4762=0.8704h4=X4(h4”- h4)+ h4=0.8704(2561.2-137.77)+137.77=2247.12kJ/kgh5=h/=137.77kJ/kgS6=S5=S4 =0.4762kJ/(kg K)h6=(162.85-157.95)(24.5-20)/(25-20)+157.95=162.36kJ/kg2247.12 137.77=47.76%

12、3495.77 -162.363673.4 -2968.742005級(jí)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)工程熱力學(xué)期末試題B卷問答題（每題4分,共六十分）1. 工質(zhì)地基本狀態(tài)參數(shù)都是什么？2. 氣體地壓力絲毫沒有改變，安裝在充滿氣體地剛性容器上地壓力表地讀數(shù)能不能發(fā)生 變化？（3）題圖3. 如圖所示，壓氣機(jī)將氣流地 壓力提高，高壓氣流順通道 流到左邊，推動(dòng)氣輪機(jī)旋轉(zhuǎn) 作功，作完功地氣體又進(jìn)入 壓氣機(jī)氣輪機(jī)拖動(dòng)壓氣機(jī) 旋轉(zhuǎn)，還通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng) 一個(gè)小發(fā)電機(jī)發(fā)電這個(gè)設(shè) 計(jì)完滿嗎？4什么是理想氣體？5. 從微觀角度定性分析，熱力學(xué)能（內(nèi)能）為什么只是溫度地函數(shù)？6. 在T-s圖上如何表示絕熱過程地技術(shù)功wt，s？7

13、. 現(xiàn)代攝氏溫標(biāo)是如何定義地？8. 卡諾循環(huán)由幾個(gè)什么樣地過程組成？9. 把范德瓦爾方程寫成關(guān)于v地多項(xiàng)式形式.10. 水地三相點(diǎn) 3/kg、206.154m3/kg 和 m3/kg 哪個(gè)是固相（冰）比體積（比容）？哪個(gè)是液相（水）比體積（比容）？哪個(gè)是氣相（水蒸氣）比體積（比容）？11. 工作壓力在 0.01MPa表壓以下、0.10.3MPa表壓、0.3MPa表壓以上，各是什么機(jī)械（壓氣機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)）？12. 為什么要采用蒸汽-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)？13. 為什么要采用熱電聯(lián)合生產(chǎn)（熱電合供循環(huán)）？14. 什么叫第二類永動(dòng)機(jī)15. 理想氣體高速進(jìn)入一個(gè)無出口地絕熱容器，容器內(nèi)氣體地溫度會(huì)如何變

14、化？二. 計(jì)算題（15分）已知：壓力容器裝滿了水，水凈重1噸,環(huán)境溫度 30C，大氣壓力 0.10Mpa,水地壓力12.0Mpa,溫度300C，壓力容器地體積多大？假如容器破裂，容器內(nèi)物質(zhì)最終體積有多大？三. 推導(dǎo)題（10分）已知：第一和第二 ds方程式:ds 詩dT dv、:T pdp，試證明邁耶公式.四. 計(jì)算題（15分）空氣由O.IMpa、300K被絕熱壓縮至原來地 1/10,然后定容加熱使壓力提高 1倍,問：熱 力學(xué)能（內(nèi)能）地總變化是多少？最終溫度是多少？總地作功量是多少？水和水蒸氣地部分熱力性質(zhì)p-MPaT- Cv-m 3/kgh-kJ/kgs-kJ/(kg K)0.00428.9

15、8v=0.0010040v=34.803h=121.41h=2554.1s=0.4224s=8.47470.004531.034v=0.0010046v=31.142h=129.98h=2557.8s=0.4507s=8.43270.1099.63v=0.0010434v=1.6946h=417.51h=2675.7s=1.3027s=7.36082.0212.37v=0.0011766v=0.09953h=908.6h=2797.4s=2.4468s=6.33732.04000.15123248.17.128512.03000.00143621399.33.340712.0324.64v=0

16、.0015267v=0.01425h=1492.6h=2684.8s=3.4986s=5.4930答案:1 .工質(zhì)地基本狀態(tài)參數(shù)是壓力p、溫度T和比體積（比容積）v;2. 可以發(fā)生改變.壓力表上地讀數(shù)是表壓力，它還受大氣壓力地影響，大氣壓力改變，它 也會(huì)變3. 沒有能量輸入，只有能量輸出，這是一個(gè)第一類永動(dòng)機(jī)，違反能量守恒定律（熱力學(xué)第 一定律），不可能成功4. 所謂理想氣體，是一種假想地實(shí)際上不存在地氣體，其分子是一些彈性地、不占體積 地質(zhì)點(diǎn)，分子間無相互作用力5. 理想氣體地分子間無作用力，不存在內(nèi)位能，熱力學(xué)能只包括取決于溫度地內(nèi)動(dòng)能，因此與比體積無關(guān)：理想氣體地?zé)崃W(xué)能是溫度地單值函數(shù)

17、，u=f（T）.6. 根據(jù)p-v圖可以知道，由過程線、起訖點(diǎn)地兩條等壓線和比體積等于零地線圍成地區(qū)v=0vv=0P2域就代表了技術(shù)功7. 攝氏溫標(biāo)：原屬于經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，后經(jīng)國際計(jì)量會(huì)議重新規(guī)定為：t=T - 273.15 （C）這里t用來表示攝氏溫度（單位為C），以示與熱力學(xué)溫度（T）地區(qū)別.&卡諾循環(huán)由兩個(gè)定溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成，且均為可逆過程如圖所示,工作于高溫?zé)嵩碩i和低溫?zé)嵩碩2之間地卡諾循環(huán) abcda中，過程aHb為可逆定溫吸熱膨脹過 程，過程b -c為可逆絕熱膨脹過程,過程c -為可逆定溫放熱過程，過程d -a為可逆絕 熱壓縮過程329. pv -（pb+RT）v +av-ab=

18、03310. 206.154m /kg是氣相（水蒸氣）比體積（比容），0.00010021m/kg是液相（水） 比體積（比容）,m3/kg是固相（冰）比體積（比容）.11. 工作壓力在0.01MPa表壓以下是通風(fēng)機(jī),0.10.3MPa表壓之間是鼓風(fēng)機(jī),0.3MPa 表壓以上壓氣機(jī).12. 蒸汽-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)是以燃?xì)鉃楦邷毓べ|(zhì)、蒸汽為低溫工質(zhì)，由燃?xì)廨啓C(jī)地排氣作為蒸汽輪機(jī)裝置循環(huán)中加熱源地聯(lián)合循環(huán).目前，燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)中燃?xì)廨啓C(jī)地進(jìn)氣溫度雖高達(dá)10001300 C，但排氣溫度在400650 C范圍內(nèi)，故其循環(huán)熱效率較低 而蒸汽動(dòng)力循環(huán)地上限溫度不高，極少超過600 C，放熱溫度約為30 C，缺

19、很理想.若將燃?xì)廨啓C(jī)地排氣作為蒸汽動(dòng)力循環(huán)地加熱源，則可充分利用燃?xì)馀懦龅啬芰?，使?lián)合循環(huán)地?zé)嵝视休^大地提高.13. 熱電聯(lián)產(chǎn)可以使高溫（高品位）地?zé)崮苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)使低溫（低品位）地?zé)崮苤苯佑糜谏a(chǎn)和/或生活，達(dá)到了最充分地利用熱能，進(jìn)而節(jié)約能源地目標(biāo).14. 第二類永動(dòng)機(jī)就是從單一熱源吸熱，使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其他任何變化地?zé)崃Πl(fā)動(dòng)機(jī).它是不可能制造成功地.15. 絕熱滯止.氣體溫度會(huì)升高.二.容器破裂后，由于壓力下降到 300C水對(duì)應(yīng)地飽和壓力以下，部分水會(huì)發(fā)生閃蒸汽化，吸收 大量地?zé)崾顾疁亟档酱髿鈮毫?duì)應(yīng)地飽和溫度壓力容器地體積等于熱水地體積：3V=mv=1000 0.0014362=1.4362m水溫降到大氣壓力對(duì)應(yīng)地飽和溫度所放出地?zé)崃浚篞=m（h1-h2）=1000 （1399.3-417.51）= 981790kJ大氣壓力下水地汽化潛熱：r=h ”-h 2675.7-417.51=2258.19kJ/kg閃蒸汽化地水量：mf=Q/r=981790/