工程熱力學(xué)習(xí)題集（全）

本文格式為Word版，下載可任意編輯——工程熱力學(xué)習(xí)題集（全）工程熱力學(xué)Ⅰ

一、簡(jiǎn)答題(每題5分，共40分)

1.什么是熱力過(guò)程？可逆過(guò)程的主要特征是什么？

答：熱力系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)到另一個(gè)平衡態(tài)，稱(chēng)為熱力過(guò)程?？赡孢^(guò)程的主要特征是驅(qū)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行的勢(shì)差無(wú)限小，即準(zhǔn)靜過(guò)程，且無(wú)耗散。2.溫度為500°C的熱源向熱機(jī)工質(zhì)放出500kJ的熱量，設(shè)環(huán)境溫度為30°C，試問(wèn)這部分熱量的火用（yong）值（最大可用能）為多少？答：Ex,q?500??1???30?273.15???303.95kJ

500?273.15?3.兩個(gè)不同溫度（T1,T2）的恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機(jī)，從高溫?zé)嵩碩1吸收熱量Q1向低溫?zé)嵩碩2放出熱量Q2，證明：由高溫?zé)嵩础⒌蜏責(zé)嵩?、熱機(jī)和功源四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)熵增。假設(shè)功源的熵變△SW=0。證明：四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)熵增為?Siso?0（1分）?Siso??ST??ST??SR??SW12對(duì)熱機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)：?01分SR?

??SISO?1?2?0?01分

T1T2根據(jù)卡諾定理及推論：

QT1分?t??t,C?1?2?1?2則：?Siso?0。1分Q1T14.剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，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(jiǎn)述為什么。答：u、T不變，P減小，v增大，s增大。

5.試由開(kāi)口系能量方程一般表達(dá)式出發(fā)，證明絕熱節(jié)流過(guò)程中，節(jié)流前后工質(zhì)的焓值不變。（絕熱節(jié)流過(guò)程可看作穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過(guò)程，宏觀動(dòng)能和重力位能的變化可忽略不計(jì)）

答：開(kāi)口系一般能量方程表達(dá)式為

絕熱節(jié)流過(guò)程是穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過(guò)程，因此有如下簡(jiǎn)化條件

，

則上式可以簡(jiǎn)化為：

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根據(jù)質(zhì)量守恒，有代入能量方程，有

6.什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(dāng)i組元單獨(dú)占有整個(gè)混合氣體的容積（中容積）時(shí)對(duì)容器壁面所形成的壓力，稱(chēng)為該組元的分壓力；若表為Pi，則該組元的狀態(tài)方程可寫(xiě)成：PiV=miRiT。

7.高、低溫?zé)嵩吹臏夭钣?，卡諾制冷機(jī)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(jī)的制冷系數(shù)愈小，耗功越大。（2分）

證明：?R?T2qT?2?2，當(dāng)q2不變，?T?時(shí)，w?、?R?。即在同樣q2下(說(shuō)明得到的收益一致)，

T1?T2w?T溫差愈大，需花費(fèi)更多的外界有用功量，制冷系數(shù)下降。（3分）

8.一個(gè)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(guò)程到達(dá)狀態(tài)B，若兩過(guò)程中熱源溫度均為T(mén)r。試證明系統(tǒng)在可逆過(guò)程中吸收的熱量多，對(duì)外做出的膨脹功也大。

答：經(jīng)歷可逆或不可逆定溫過(guò)程后，按題給兩種狀況下過(guò)程的初、終狀態(tài)一致，因而系統(tǒng)的熵變一致。由系統(tǒng)的熵方程?s?sf?sg，對(duì)于可逆過(guò)程其熵產(chǎn)為零，故熱熵流將大于不可逆過(guò)程?？梢?jiàn)，可逆過(guò)程的熱量將大于不可逆過(guò)程；（3分）

由熱力學(xué)第一定律，q??u?w，因過(guò)程的初、終狀態(tài)一致，熱力學(xué)能變化?u一致，故可逆與不可逆兩種狀況相比，可逆過(guò)程的過(guò)程功亦較大。（2分）二、作圖題：（每題5分，共10分）

1.試在所給參數(shù)坐標(biāo)圖上定性地畫(huà)出理想氣體過(guò)點(diǎn)1的下述過(guò)程，分別指出該過(guò)程的過(guò)程指數(shù)n應(yīng)當(dāng)在什么數(shù)值范

圍內(nèi)(圖中請(qǐng)標(biāo)明四個(gè)基本過(guò)程線)：1）壓縮、升溫、吸熱的過(guò)程2）膨脹、降溫、吸熱的過(guò)程。

pT11vs

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p(1)n???Tn=01n=1(2)n=k(1)n???n=01n=1(2)n=kv答：(1)n?k；(2)1?n?k

s

評(píng)分：四條基本線（2分）兩條曲線（2分）n取值（1分）

2.如下圖T－s圖上理想氣體任意可逆過(guò)程1－2的熱量如何表示？熱力學(xué)能變化量、焓變化量如何表示？若過(guò)程1－2是不可逆的，上述各量是否一致？(請(qǐng)寫(xiě)出簡(jiǎn)明的作圖方法。)

答：對(duì)可逆過(guò)程，熱量為面積1-m-k-2-1，熱力學(xué)能變化量為面積1-m-n-2v-1，焓變化量為1-m-g-2p-1。對(duì)不可逆過(guò)程，熱量無(wú)法表示，熱力學(xué)能和焓變化量一致

T2T2v22pT=const11smnkgs

三、計(jì)算題：（共50分）

1.壓氣機(jī)在95kPa、25℃的狀態(tài)下穩(wěn)定地以340m3/min的容積流率吸入空氣，進(jìn)口處的空氣流速可以忽略不計(jì)；壓氣機(jī)排口處的截面積為0.025m2，排出的壓縮空氣的參數(shù)為200kPa、120℃。壓氣機(jī)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(jī)所消耗的功率。（16分）解：

以壓氣機(jī)中空氣為研究對(duì)象，其穩(wěn)定工況的能量方程為

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