07140810724081工程熱力學(xué)a卷答案

'☆I(lǐng)III\☆I(lǐng)I!密IIII'☆I(lǐng)III\☆I(lǐng)I!密IIIII'.封III名i姓件IIIII內(nèi)IIIIIIi不OL1號I學(xué)i要IIIIIIi答III級I.題班！I!☆I(lǐng)IIi☆題號一二三四五總分得分閱卷人供建環(huán)、熱動專業(yè)0714081/2、0724081/2/3班使用2010年6月《工程熱力學(xué)》試題（A卷）本套試卷共4頁一、填空題（每題2分，共20分）如果熱力系處于一不平衡一狀態(tài)，則不能在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上表示。當(dāng)設(shè)備中工質(zhì)的壓力低于環(huán)境壓力時(shí)，若測得真空Pv=0.08MPa，環(huán)境壓力Pa=0.1MPa，則工質(zhì)的絕對壓力P=0.02MPa。在國際單位制中壓強(qiáng)的單位是Pa。根據(jù)穩(wěn)定流動能量方程，動力機(jī)的能量方程可簡化為w、=h〔-h2。將相同質(zhì)量的氫氣和氧氣分別儲存到同樣大小的容器內(nèi)，若二個(gè)容器內(nèi)氣體的溫度相等，則兩者壓力的大小為pP。。2T~c在研究可壓縮流體時(shí)，引進(jìn)馬赫數(shù)這個(gè)無因次量，其表達(dá)公式為M=-a在混合氣體的計(jì)算中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)之間需要換算，換算的依據(jù)是質(zhì)量、摩爾數(shù)和分子量之間的關(guān)系。設(shè)有一卡諾機(jī)工作于600。和30。熱源之間，卡諾機(jī)在循環(huán)工作中從高溫?zé)嵩次鼰?000kJ,則向低溫?zé)嵩吹姆艧釣?50kJ。水蒸汽定壓加熱過程水吸熱生成過熱蒸汽必需經(jīng)歷五種狀態(tài)變化，即未飽和水、飽和水、-濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽及過熱蒸汽狀態(tài)。1.假設(shè)工質(zhì)在一可逆過程中體積由0.1m3增加到0.3m3,壓力隨體積的變化為p=0.24-0.4V（式中p的單位為MPa,V的單位為m3）,工質(zhì)在該過程所做的膨脹功W=32H。二、判斷題（每題1分，共10分）1。在亞音速狀態(tài)下的氣體，經(jīng)過漸縮噴管不能獲得超音速氣流（對）。2絕熱閉口系的熵增就是孤立系的熵增（對）3穩(wěn)定狀態(tài)不一定是平衡狀態(tài)（對）4平衡狀態(tài)是指在沒有外界作用的條件下，熱力系宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)（對）5通用氣體常數(shù)對實(shí)際氣體和理想氣體都是一個(gè)不變的常數(shù)（錯(cuò)）6閉口系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)過程后，如果熵減少了，肯定是它向外界散出了熱量。（對）7理想氣體的熱力學(xué)能、焓和熵都僅僅是溫度的單值函數(shù)（錯(cuò)）8理想氣體絕熱節(jié)流后溫度不變（對）。9在。=1時(shí)，干球溫度t濕球溫度tw和露點(diǎn)溫度td不相等（錯(cuò)）10任何動力循環(huán)，循環(huán)凈功w0總等于循環(huán)凈熱量q0,即總有w0=q0（對）三、簡答題（共20分）1、簡述可逆過程與不可逆過程的區(qū)別（5分）可逆過程沿原路反向進(jìn)行使系統(tǒng)恢復(fù)到原狀態(tài)之后，給系統(tǒng)和外界均沒有留下任何影響；不可逆過程沿原路反向進(jìn)行使系統(tǒng)恢復(fù)到原狀態(tài)之后將給外界留下某種不可消除的影響。2、證明：同種工質(zhì)在參數(shù)坐標(biāo)圖上（比如P-V圖）的兩條絕熱線不可能相交。（提示：若相交則違反熱力學(xué)第二定律）（5分）證；假設(shè)AB和設(shè)D兩條可逆絕熱線可能相交，其交點(diǎn)為1,設(shè)另一條等洶線分切」j_條絕熱線交：￥杯3,如圖5-2,令一磕依1-2-3-1.世彳「熱力循環(huán)，汁循環(huán)中1-2,2T和3-1三5源W成,攜2-3過程中一單一熱源吸熱外，匚余—過樸均絕熱，這樣就川使循環(huán)發(fā)動口機(jī)一仃從單一的熱源吸熱，'、部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能M：不礦起任何其他變化,顯然是與熱力學(xué)第二定律相矛盾的,從I們正明兩條可逆絕熱線不可能相交=蒸氣動力循環(huán)過程的簡化1->2汽輪機(jī)?膨脹rj區(qū)輪機(jī)2->3蒸氣動力循環(huán)過程的簡化1->2汽輪機(jī)?膨脹rj區(qū)輪機(jī)2->3凝汽器8）放熱爐早4水泵.3t4給水泵?ffi縮.發(fā)電機(jī)4t1鍋爐Q）吸熱朗肯循環(huán)凝汽器3構(gòu)成朗肯循環(huán)的四個(gè)過程：2汽輪機(jī)中定墉膨脹過程；3冷凝器中定壓放熱凝結(jié)過程；4水泵中的定炳壓縮過程；1鍋爐中的定壓吸熱汽化過程。朗肯循環(huán)的熱效率WnetWr—Wp（Al—/l2）—（/Z4—/l3）———彷加一Zu從溫度關(guān)系上看：通常濕空氣中的水蒸氣很少，即水蒸氣的分壓力Pv很低，這個(gè)分壓力P所對的飽和溫度t（P）也很低，而實(shí)際水蒸氣（也是濕空氣）所處的溫度較高，總有t>t（P），vsvsv所以濕空氣中的水蒸汽往往處于過熱狀態(tài)。從壓力關(guān)系上看：由于濕空氣中水蒸氣很少，水蒸氣的分壓力Pv很低，而水蒸氣實(shí)際所處溫度t所對的水蒸氣飽和壓力Psv（t）較高。一般總有Pv<Pst（t），也就是說，濕空氣中的水蒸汽往往處于未飽和狀態(tài)。4、膨脹功、流動功、軸功和技術(shù)功有何區(qū)別和聯(lián)系？（5分）答：膨脹功是系統(tǒng)由于體積變化對外所作的功；軸功是指工質(zhì)流經(jīng)熱力設(shè)備（開口系統(tǒng)）時(shí)，熱力設(shè)備與外界交換的機(jī)械功，由于這個(gè)機(jī)械工通常是通過轉(zhuǎn)動的軸輸入、輸出，所以工程上習(xí)慣成為軸功：而技術(shù)功不僅包括軸功，還包括工質(zhì)在流動過程中機(jī)械能（宏觀動能和勢能）的變化；流動功乂稱為推進(jìn)功，1kg工質(zhì)的流動功等于其壓力和比容的乘積，它是工質(zhì)在流動中向前方傳遞的功，只有在工質(zhì)的流動過程中才出現(xiàn)。對于有工質(zhì)組成的簡單可壓縮系統(tǒng)，工質(zhì)在穩(wěn)定流動過程中所作的膨脹功包括三部分，一部分消耗于維持工質(zhì)進(jìn)出開口系統(tǒng)時(shí)的流動功的代數(shù)和，一部分用于增加工質(zhì)的宏觀動能和勢能，最后一部分是作為熱力設(shè)備的軸功。對于穩(wěn)定流動，工質(zhì)的技術(shù)功等于膨脹功與流動功差值的代數(shù)和。如果工質(zhì)進(jìn)、出熱力設(shè)備的宏觀動能和勢能變化很小，可忽略不計(jì)，則技術(shù)功等于軸功。四、作圖題（10分）五、計(jì)算題（40分）1.m=1.5kg空氣按可逆定溫過程由初態(tài)T1=328K,P1=0.25x106Pa變化到終態(tài)P2=0.15x106Pa，空氣的Rr=0.287KJ/（kg?k），試求此定溫過程的Q、W,AU,AHO（8分）.Q=mRTln土=1.5x0.287x328xln0.25X106=72.1KJ

rP0.15x10623.⑵nt=1—Q=1—Q1341.25419=1—0.75=0.25<nt，不可逆⑶nt=1—Q2=1—Q1104.75419=1—0.25=0.75>nt，不可能⑷L:=104.76kJ可逆t采用克勞修斯積分計(jì)算證明(1)n=1—Q2=1—2°9^=0.5=n'Q1419tcPW=mRTlnf=Q=72.1KJrP2U=mC(T2-T1)=0H=mCp(T2-T1)=02某熱機(jī)在每個(gè)循環(huán)中從T=600K的高溫?zé)嵩次誕=419kJ的熱量和可逆地向T=300K的低溫112熱源假設(shè)分別排出（1）Q2=209.5kJ;（2）Q「314.25kJ;（3）Q2=104.75kJ熱量，請用兩種方法4+T14+T14+T1L=￡=T2￡=T2父=T2419—209.5+=600300419—314.25+600300419—104.750，可逆+=—0.3492kJ/K<0，不可逆600104.76kJ>0,不可能300逆循環(huán)計(jì)算出其不可逆損失，大氣環(huán)境溫度T0=300K（12分）1.采用孤立系統(tǒng)熵增原理證明°—419209.5+=600300—419314.25+=600300—419104.75+?6003000，可逆<逆循環(huán)計(jì)算出其不可逆損失，大氣環(huán)境溫度T0=300K（12分）1.采用孤立系統(tǒng)熵增原理證明°—419209.5+=600300—419314.25+=600300—419104.75+?6003000，可逆<0,不可能0.3492kJ/K冬=T2=w+T1W+Q=T1(1)(2)(3)卡諾機(jī)的熱效率;若卡諾機(jī)每分鐘從高溫?zé)嵩次?000kJ熱量，此卡諾機(jī)凈輸出功率為多少kW?求每分鐘向低溫?zé)嵩磁懦龅臒崃?。?分）(1)(2)(3)1T120+273727%T800+273.HWnQ0.727X10001212(W)606060=Q(1—n)=1000x(1—0.727)=273kJL=T0(△S)孤=300x0.3492=104.76kJ2.采用卡諾定理證明T&=1—f=1T1300=0.56004如圖所示的汽缸，其內(nèi)充以空氣。汽缸截面積為100cm2活塞距離底面高度H=10cm，活塞以及其上重物的總質(zhì)量為195kg。當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫?02kPa，環(huán)境溫度27。。當(dāng)汽缸內(nèi)的氣體與外界處于熱平衡時(shí)，把重物拿去100kg,活塞突然上升，最后重新達(dá)到熱力平衡。假定活塞和汽缸壁之間無摩擦，氣體可以通過汽缸壁與外界充分換熱，空氣視為理想氣體，試求活塞上升的距離和氣體的換熱量。

(195-100)kgx9.8m/s2

=102Ma+—100x10-4m2=192.3kPaT=300K由理想氣體狀態(tài)方程pV=mRgT及T廣T2，可得解（1）確定空氣的初始狀態(tài)參數(shù)活塞上升距離2.931x10-5Pa1.923x10-5Pa=1.524x10-3m3H=(V—V)/A=(1.524x10-3—10-3)m3/(100x10-4m2)=102x103P+=102x103P+100x10-4m2=293.1kPaV=AH=100x10-4m2x10x10-2m=10-3m3T=（273+27）K=300K（2）定拿去重物后，空氣的終止?fàn)顟B(tài)參數(shù)由于活塞無摩擦，又能充分與外界進(jìn)行熱交換，故當(dāng)重新達(dá)到平衡時(shí)，汽