XXXX工程熱力學試題

1、工程熱力學I（A卷）（閉卷，150分鐘）1. 班級姓名學號成績一、簡答題（每小題5分，共40分）什么是熱力過程？可逆過程的主要特征是什么？答：熱力系統(tǒng)從一個平衡態(tài)到另一個平衡態(tài)，稱為熱力過程。可逆過程的主要特征是驅動過程進行的勢差無限小，即準靜過程，且無耗散。溫度為500C的熱源向熱機工質(zhì)放出500kJ的熱量，設環(huán)境溫度為30°C,試問這部分熱量的火用（yong）值（最大可用能）為多少?答:Exa500入,q130刀3”5500273.15303.95kJ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吸收熱量Q1向低溫熱源T2放出熱量Q2,證明：由高溫熱源、低溫

2、熱源、熱機和功源四個子系統(tǒng)構成的孤立系統(tǒng)痼增S囪0。假設功源的痼變Sw=0。證明：四個子系統(tǒng)構成的孤立系統(tǒng)痼增為（1分）SisoST1St2SrSw對熱機循環(huán)子系統(tǒng)：SR01分Siso001分TiT2根據(jù)卡諾定理及推論：2. 1分1Q21丁2tt,C1Qi1Ti則：S囪0。1分隔板自由膨脹岡少性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，保持真空，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、P、u、s、v）如何變化，并簡述為什么。答：u、T不變，P減小，v增大，s增大。3. 試由開口系能量方程一般表達式出發(fā)，證明絕熱節(jié)流過程中，節(jié)流前后工質(zhì)的粉值不變。（絕熱節(jié)流過程可看作穩(wěn)態(tài)

3、穩(wěn)流過程，宏觀動能和重力位能的變化可忽略不計）答：開口系一般能量方程表達式為絕熱節(jié)流過程是穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，因此有如下簡化條件dE/d乞二0,入=0；偵=0油&=0則上式可以簡化為：4. 根據(jù)質(zhì)量守恒，有代入能量方程，有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。5. 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？試證明你的結論。答：否，溫差愈大，卡諾制冷機的制冷系數(shù)愈小，耗

4、功越大。（2分）證明：RT2也上，當q2不變，T時，w、R。即在同樣q2下T1T2wT（說明得到的收益相同），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）一個控制質(zhì)量由初始狀態(tài)A分別經(jīng)可逆與不可逆等溫吸熱過程到達狀態(tài)B,若兩過程中熱源溫度均為Tr。試證明系統(tǒng)在可逆過程中吸收的熱量多，對外做出的膨脹功也大。1. 答：經(jīng)歷可逆或不可逆定溫過程后，按題給兩種情況下過程的初、終狀態(tài)相同，因而系統(tǒng)的痼變相同。由系統(tǒng)的痼方程SSfSg,對于可逆過程其痼產(chǎn)為零，故熱痼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，quw,因過程的初、終狀態(tài)相同，熱力學能變化

5、u相同，故可逆與不可逆兩種情況相比，可逆過程的過程功亦較大。（2分）二、作圖題：（每小題5分，共10分）試在所給參數(shù)坐標圖上定性地畫出理想氣體過點1的下述過程，分別指出該過程的過程指數(shù)n應當在什么數(shù)值范圍內(nèi)（圖中請標明四個基本過程線）：1）壓縮、升溫、吸熱的過程2）膨脹、降溫、吸熱的過程。p“TvS答：（I）nk；（2）1nk評分：四條基本線（2分）兩條曲線（2分）n取值（1分）如圖所示T-s圖上理想氣體任意可逆過程變化量如何表示？若過程12是不可逆的，1-2的熱量如何表示？熱力學能變化量、粉上述各量是否相同？（請寫出簡明的作圖方法。答：對可逆過程，熱量為面積1-m-k-2-1,熱力學能變化量

6、為面積1-m-n-2v-1,粉變化量為1-m-g-2p-1o對不可逆過程，熱量無法表示，熱力學能和粉變化量相同三、計算題：（共50分）340m3/min的容積流率吸入空氣，進口處的空0.025m2,排出的壓縮空氣的參數(shù)為2001.壓氣機在95kPa、25C的狀態(tài)下穩(wěn)定地以氣流速可以忽略不計；壓氣機排口處的截面積為kPa、120C。壓氣機的散熱量為60kJ/min。已知空氣的氣體常數(shù)Rg=0.287kJ/（kg.K）,比定熱容cv=0.717kJ/（kg.K），求壓氣機所消耗的功率。（16分）解：以壓氣機中空氣為研究對象，其穩(wěn)定工況的能量方程為99-29CiQWsh(h1=gz1)m(h22?C

7、2-gz2)m099-29CiWshQ(h1gz1)m(h222?C2、？，、一gz2)m(a)2其中：Q60103601000(J/s)PiV市6.2944(kg/s)95103340287(27325)"60G0m/sz0mC2m2A2mRgT2P2A26.2944287(273120)2001030.025141.99(m/s)解：容器A和B的容積分別為mARgTA1FA1VaVbmBRPB122973400.0710682972900.11062.8851m36.8904m3(4分)hh2h|CpT(273717)(12025)95380.0(J/s)將以上數(shù)據(jù)代入式(a),

8、可得壓氣機所消耗的功率為:Wsh10006.2944(95380.0141.99)6.648105(J/s)22.在高溫環(huán)境中有一容器，A側裝有2kg氮氣,壓力為0.07MPa,溫度為67C；B側裝有8kg氮氣，壓力為0.1MPa，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A0氮氣可視為理想氣體，已知氣體常數(shù)Rg,N2=297J/(kgK),過程中的平均定容比熱容Cv=0.742kJ/(kgK)，若壓力平衡時容器中氣體溫度為t2=40C，試求：平衡時終壓力P2；吸熱量Q;氣體的痼變。(18分)取A+B中的氣體為系統(tǒng)(CM),m=mA+m

9、B=2+8=10kgV=Va+Vb=2.8851+6.8904=9.7755m3(2分)終態(tài)時的氣體壓力mRgT2F2102973139.77550.0951MPa(2分)按題給，系統(tǒng)不對外作功,Q有UmCvT2Cv(mATA1100.7423130.742mBTB1)(23402322.46222696.46kJ8290)(5分)原在A中的氮氣痼變（2分）sa,IT2mA(CplnRg礙(1.039*一009510.297ln.5)0.3540kJ/K0.07原在B中的氮氣痼變(2分)Sb，.T2mB(CplnTBRglnP2)PB27340(1.039ln273170.09510.297ln)0.7538kJ/K0.1全部氮氣的痼變SaSB0.35400.75380.3998kJ/K(1分)3.將100kg溫度為30C的水與200kg溫度為80容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c4.187kJ/（kgK）,環(huán)境溫度為17C。求混合過程導致的可用能損失？（16分）解：以絕熱熔器內(nèi)水為研究對象，由其能量方程可得m1CT1m2CT2（m可得m2)cT100