工程熱力學(xué)參考答案

1、寧波工程學(xué)院 20112012學(xué)年第 二 學(xué)期工程熱力學(xué)課程期終考試卷（A）題號-一-二二三四五總分復(fù)核人應(yīng)得分1510153030100實(shí)得分評卷人成型、機(jī)電、制造專業(yè)適用，考試時(shí)間：120分鐘填空題（每格1分，共15 分）1. 卡諾循環(huán)由兩個(gè) 可逆定溫過程和兩個(gè) 可逆絕熱過程組成2. 邁耶公式CP-Cv=Rg適用于理想氣體，是否定比熱容不限。3. 絕熱過程P二常數(shù)，k=Cp/Cv，適用于理想氣體，定比熱容4. 絕熱系是與外界無_熱量交換的熱力系。5. 熱力系在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終保持不變，這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。6. 穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)能量方程式 Z=dh - vdp的適用條件

2、是：穩(wěn)定流動(dòng)。7. 同一理想氣體從同一初態(tài)分別經(jīng)過定溫壓縮，絕熱壓縮和多變壓縮“門” k到達(dá)同一終壓力，耗功最大的為 絕熱壓縮過程，而耗功最小的為 定溫壓縮過程。8. 卡諾機(jī)A工作在927C和T的兩個(gè)熱源間，卡諾機(jī) B工作在T和27C的兩個(gè)熱源間。當(dāng)此兩個(gè)熱機(jī)的熱效率相等時(shí)，T熱源的溫度T= 600K21©"-09. 如圖所示的容器，被一剛性壁分成兩部分，環(huán)境壓力為0.1MPa,壓力表B的讀數(shù)為40kPa,真空計(jì)C的讀數(shù)為30kPa，則容器兩部分內(nèi)氣體絕對壓力P1 =_0.14MPa， P2 =_0.07MPa。10. 活塞式壓氣機(jī)由于存在余隙容積，壓縮耗功不變，產(chǎn)氣量 減

3、小，隨比壓增大，容積效率 減小。（填“增加”、“不變”或“減小”）二、選擇題（每題1分，共10分）1. 準(zhǔn)靜態(tài)過程，系統(tǒng)經(jīng)過的所有狀態(tài)都接近于DA、初態(tài) B 、環(huán)境狀態(tài) C、鄰近狀態(tài) D、平衡狀態(tài)2. 有一機(jī)器可從單一熱源吸收 1000KJ熱量，并輸出1200KJ功，這臺(tái)機(jī)器DA、違反第一定律E、違反第二定律C一個(gè)都不違反 D兩個(gè)都違反3. 若已知工質(zhì)的絕對壓力 P=0.08MPa大氣壓力P=0.1MPa則測得壓差 AA、真空度為0.02MPa B、表壓力0.02 MPaC、真空度0.18MPa D、表壓力0.18 MPa4. 氣體在某一過程中吸入了100kJ的熱量，同時(shí)內(nèi)能增加了150kJ，

4、該過程是BB、壓縮過程C、定容過程經(jīng)過不可逆絕熱過程變化到狀態(tài)2,該過程中工質(zhì)熵的變2 dT 2 dv:-sCvRA、膨脹過程5. 某理想氣體由狀態(tài) 化為：CA、 s = 06. 可逆壓縮時(shí)壓氣機(jī)的耗功為BP：C適用于A、k7. Pv二常數(shù)A、一切絕熱過程A2、d d PvDB2、-彳 vdpC、任何氣體可逆絕熱過程8. 貯有空氣的絕熱剛性密閉容器中， 則過程中的能量關(guān)系有 C, U>0 , V>0 , U>0 , W=0、理想氣體絕熱過程D 、理想氣體可逆絕熱過程 安裝有電加熱絲，通電后，如取空氣為系統(tǒng),A、Q>0C、Q>0B、0=0 , U>0 , W&

5、lt;0D、0=0 , U=0 , V=01 T舟v9. 一個(gè)橡皮氣球在太陽下被照曬，氣球在吸熱過程中膨脹，氣球內(nèi)的壓力正比于氣球的容積。則氣球內(nèi)的氣體進(jìn)行的是BA、定壓過程B、多變過程C、定溫過程 D、定容過程10. 以下措施，不能提高蒸汽朗肯循環(huán)的熱效率。CA、提咼新汽溫度 B、提咼新汽壓力C、提高乏汽壓力 D、降低乏汽壓力三、判斷與分析題（每題1.5分，判斷正確得0.5分，分析1分，共15分）1. 提高新蒸汽的溫度、壓力和降低乏汽壓力理論上都可以提高郎肯循環(huán)熱效率。O說明理由：在相同的初壓和背壓下，提高新蒸汽溫度，增加了循環(huán)的高溫加熱段， 使循環(huán)溫差增大，能提高熱效率。在相同的初溫和背壓

6、下，提高初壓，也能提高循環(huán)的平均溫差， 從而提高熱效率。 在相同的初壓和初溫下，較低的乏氣壓力使循環(huán)溫差增大，循環(huán)凈功提高，可以 顯著提高循環(huán)熱效率。2. 只要?dú)怏w的比熱容是常數(shù),Cp-Cv=Rg0 X說明理由：Cp-Cv=Rg從理想氣體推導(dǎo)而來，Cp-Cv是溫度的函數(shù)，與是否為常數(shù) 無關(guān)3. 準(zhǔn)靜態(tài)過程一定是可逆過程。X說明理由：可逆過程首先應(yīng)是準(zhǔn)靜態(tài)過程，同時(shí)還要求過程中不存在耗散效應(yīng)。 故準(zhǔn)靜態(tài)過程未必一定是可逆過程。4. 穩(wěn)定狀態(tài)不一定是平衡狀態(tài)。O說明理由：只要系統(tǒng)的參數(shù)不隨時(shí)間改變，即認(rèn)為系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，而無需考 慮參數(shù)如何保持不變是如何實(shí)現(xiàn)的。平衡狀態(tài)必須是在沒有外界作用下實(shí)現(xiàn)

7、參數(shù) 保持不變。5. 容器中氣體的壓力不變，則壓力表的讀數(shù)絕對不變。X說明理由：由于壓力計(jì)的測壓元件處于其所在環(huán)境壓力的作用，因此壓力計(jì)所測 得的壓力是工質(zhì)壓力的真實(shí)壓力與環(huán)境介質(zhì)壓力之差。因此即使容器中氣體壓力 不變，壓力表的讀數(shù)仍可能隨環(huán)境介質(zhì)壓力變化而變化。6. 水蒸氣在等壓汽化過程中溫度不變。O說明理由：對達(dá)到飽和溫度的水繼續(xù)加熱， 就進(jìn)入汽化過程，此時(shí)飽和壓力不變， 飽和溫度也不變。7. 第二永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第一和第二定律。X說明理由：第二類永動(dòng)機(jī)就是在單一熱源下做功的動(dòng)力機(jī)。從單一熱源吸熱，如 果所轉(zhuǎn)換的機(jī)械能不超過所吸收的熱能，就不違反熱力學(xué)第一定律。但是熱力學(xué) 第二定律的幵爾

8、文說法是:不可能制造出從單一熱源吸熱，使之全部轉(zhuǎn)化為功，而 不留下其他任何變化的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。8. 朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)再熱可提高循環(huán)熱效率。O說明理由：在T-S圖上，如果因再熱而產(chǎn)生的附加部分較基本循環(huán)效率高，則能 夠使循環(huán)的總效率提高。9. 余隙容積是必需的但又是有害的，所以我們在設(shè)計(jì)氣機(jī)的時(shí)候應(yīng)盡量降低余隙 容積。O說明理由：在實(shí)際的活塞式壓氣機(jī)中， 因?yàn)橹圃旃畹拇嬖?，余隙是不可避免的?考慮金屬材料的熱膨脹及安裝進(jìn)、排氣閥等零件的需要，余隙是必需的。當(dāng)余隙 容積比和多變指數(shù)一定時(shí)，增壓比越大，容積效率越低。當(dāng)增壓比一定時(shí)，余隙 容積百分比越大，容積效率越低。余隙容積是有害的。設(shè)計(jì)壓氣機(jī)的

9、時(shí)候，應(yīng)該 盡量降低余隙容積。10. 工質(zhì)經(jīng)一不可逆循環(huán)其熵一定增加。O說明理由：不可逆過程中存在不可逆因素引起耗散效應(yīng)，使損失的機(jī)械功轉(zhuǎn)換為 熱能被工質(zhì)吸收，產(chǎn)生熵增量（熵產(chǎn)）。四、簡答題（每題5分，共30分）1. 倘使容器中氣體的壓 力沒有改變，試問安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會(huì)改變嗎？在絕對壓p為計(jì)算公式（P . pb）； p=pbpv （p：pb）中,當(dāng)?shù)卮髿鈮?是否必定是 環(huán)境大氣壓？答：可能會(huì)的。因?yàn)閴毫Ρ砩系淖x數(shù)為表壓力，是工質(zhì)真實(shí)壓力與環(huán)境介質(zhì)壓力 之差。環(huán)境介質(zhì)壓力，譬如大氣壓力，是地面以上空氣柱的重量所造成的，它隨 著各地的緯度、高度和氣候條件不同而有所變化，因此，即使工質(zhì)

10、的絕對壓力不 變，表壓力和真空度仍有可能變化。2. 熱力學(xué)第一定律的能量方程式是否可寫成qu Pv，q2=（U2 -ui） （W2 - wi）的形式，為什么？答：熱力學(xué)第一定律的基本表達(dá)式是：過程熱量二工質(zhì)的熱力學(xué)能變化 +過程功第一個(gè)公式中的Pv并非過程功的正確表達(dá)，因此該式是不成立的；熱量和功過程功都是過程的函數(shù)，并非狀態(tài)的函數(shù)，對應(yīng)于狀態(tài)1和2并不存在什么q1、q2和w1、w2;對于過程q社22并不存在過程熱量宀和過程功，因此第二個(gè)公式也是不成立的。3. 在定容過程和定壓過程中， 氣體的熱量可根據(jù)過程中氣體的比熱容乘以溫差來 計(jì)算。定溫過程氣體的溫度不變，在定溫膨脹過程中是否需對氣體加入

11、熱量？如 果加入的話應(yīng)如何計(jì)算？答：理想氣體在定溫過程中熱力學(xué)能和焓保持不變。當(dāng)對氣體加熱作定溫膨脹時(shí)，加入的熱量（從數(shù)量上看）全部用于對外作功；氣體被定溫壓縮時(shí)，對氣體所作 的功全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃肯蛲夥懦觥６剡^程對氣體應(yīng)加入熱量。4. 下述說法是否有錯(cuò)誤：循環(huán)凈功wet愈大則循環(huán)熱效率愈高； 不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率；可逆循環(huán)的熱效率都相等。答：說法不對。循環(huán)熱效率的基本定義為:，循環(huán)的熱效率除與循環(huán)凈功有關(guān)外，尚與循環(huán)吸熱量 Q1的大小有關(guān)；說法不對。根據(jù)卡諾定理，只是在“工作于同樣溫度的高溫?zé)嵩春屯瑯訙囟鹊牡蜏責(zé)嵩撮g”的條件下才能肯定不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)，離

12、幵了 這一條件結(jié)論就不正確；說法也不正確。根據(jù)卡諾定理也應(yīng)當(dāng)是在“工作于同樣溫度的高溫?zé)嵩春屯瑯訙囟鹊牡蜏責(zé)嵩撮g”的條件下才能肯定所有可逆循環(huán)的熱效率都相等，Ti而且與工質(zhì)的性質(zhì)與關(guān)卡與循環(huán)的種類無關(guān)。如果式中的溫度分別采用各自的放熱平均溫度和吸熱平均溫度則公式就是正確的，即，不過這種情況下也不能說是“所有可逆循環(huán)的熱效率都相等”，只能說所有可逆循環(huán)的熱效率表達(dá) 方式相同。5. 如果單級活塞式壓氣機(jī)采用了某種冷卻方法可以實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，是否還有必要 采用多級壓縮？為什么?答:多級壓縮的目的之一，是為了使壓縮過程盡量接近于定溫壓縮，從而減少功耗。目的之二，是減小壓縮比，。因此，在采用了某種冷卻方法

13、可以實(shí)現(xiàn)等溫壓縮時(shí)，還要根據(jù)總壓縮比和裝置情況, 6試畫出朗肯循環(huán)的T-s圖，并指明 由哪些過程組成的，以及這些過程都是 備內(nèi)完成的。它與蒸汽卡諾循環(huán)有什么 答：1 2:汽輪機(jī)中絕熱膨脹2 3:冷凝器中定壓冷凝3 4:給水泵中絕熱壓縮確定是否采用多級壓縮。該循環(huán)是4 1:鍋爐和過熱器中定壓加熱與卡諾循環(huán)的不同：凝結(jié)過程：朗肯循環(huán)中乏汽的凝結(jié)是完全的，完全液化成水。而卡諾循環(huán)中乏汽 的凝結(jié)不完全，仍有部分蒸汽存在。換熱過程：朗肯循環(huán)為定壓過程，而卡諾循環(huán)為定溫過程。壓縮時(shí)工質(zhì)狀態(tài)：朗肯循環(huán)中為水，而卡諾循環(huán)中為水和蒸汽的混合物。 溫限：朗肯循環(huán)可利用過熱蒸汽，而卡諾循環(huán)局限于飽和區(qū)。五、綜合計(jì)算

14、題(每題10分，共30分)1. 空氣初態(tài)為pi =0.1MPat i=20C，經(jīng)過二級活塞式壓氣機(jī)后，壓力提高到4.9MPa, 假定各級壓縮過程的多變指數(shù)n=1.3。試求：(1)以耗功最小為前提的各級壓比；(2) 生產(chǎn)1kg壓縮空氣理論上消耗的功；(3)各級氣缸的出口溫度；(4)若采用單級壓縮，壓氣機(jī)消耗的功及出口溫度。(Rg=0.287kJ/kg K)答：欲使耗功最小，應(yīng)使各級壓比相等。各級壓比應(yīng)為：根據(jù)狀態(tài)方程式求出初態(tài)下的比容(3) 各級氣缸的出口溫度；(4) 若采用單級壓縮，壓氣機(jī)消耗的功及出口溫度。2. 1kg空氣，初態(tài) R=1.0MPa,=5000， 在氣缸中可逆定容放熱到 R二0.5MPa, 然后可逆絕熱壓縮到12=5000，再經(jīng)可逆定溫過程回到初態(tài)。求循環(huán)功和吸收的 熱量。答：查表，R=287J/(kg?K)，cv=717 J/(kg?K),cp=1004 J/(kg?K), 薩1.4T1 =T3=500+273.15=773.15K狀態(tài)1：對于定容放熱定容過程的過程功W1-2為零, 過程熱量對于絕熱壓縮過程功過程熱量q2-3=0循環(huán)功循環(huán)熱量3. 在高溫環(huán)境中有一容器，A側(cè)裝有2 kg氮?dú)?，壓力?.07 MPa溫度為6