工程热力学期末试题及答案_6.docx
工程热力学期末试题及答案工程热力学期末试卷建筑环境与设备工程专业适用闭卷，150分钟班级姓名学号成绩一、简答题(每题5分，共40分)1.什么是热力经过？可逆经过的主要特征是什么？答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力经过。可逆经过的主要特征是驱动经过进行的势差无限小，即准静经过，且无耗散。2.温度为500°C的热源向热机工质放出500kJ的热量，设环境温度为30°C，试问这部分热量的火用yong值最大可用能为多少？答：=?+-?=15.27350015.273301500,qxE303.95kJ3.两个不同温度T1,T2的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T1吸收热量Q1向低温热源T2放出热量Q2，证实：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增。假设功源的熵变SW=0。证实：四个子系统构成的孤立系统熵增为1分对热机循环子系统：1分1分根据卡诺定理及推论：14.刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A中存有高压空气，B中保持真空，如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数T、P、u、s、v怎样变化，并简述为什么。答：u、T不变，P减小，v增大，s增大。自由膨胀12isoTTRSSSSS?=?+?+?+?W121200ISOQQSTT-?=+R0S?=iso0S?=5.试由开口系能量方程一般表达式出发，证实绝热节流经过中，节流前后工质的焓值不变。绝热节流经过可看作稳态稳流经过，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计答：开口系一般能量方程表达式为绝热节流经过是稳态稳流经过，因而有如下简化条件，则上式能够简化为：根据质量守恒，有代入能量方程，有6.什么是理想混合气体中某组元的分压力？试按分压力给出第i组元的状态方程。答：在混合气体的温度之下，当i组元单独占有整个混合气体的容积中容积时对容器壁面所构成的压力，称为该组元的分压力；若表为Pi，则该组元的状态方程可写成：PiV=miRiT。7.高、低温热源的温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数能否就愈大，愈有利？试证实你的结论。答：否，温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数愈小，耗功越大。2分证实：TTwqTTTR?=-=22212，当2q不变，T?时，w、R。即在同样2q下(讲明得到的收益一样)，温差愈大，需消耗更多的外界有用功量，制冷系数下降。3分8.一个控制质量由初始状态A分别经可逆与不可逆等温吸热经过到达状态B，若两经过中热源温度均为rT。试证实系统在可逆经过中吸收的热量多，对外做出的膨胀功也大。答：经历可逆或不可逆定温经过后，按题给两种情况下经过的初、终状态一样，因此系统的熵变一样。由系统的熵方程gfsss+=?，对于可逆经过其熵产为零，故热熵流将大于不可逆经过。可见，可逆经过的热量将大于不可逆经过；3分由热力学第一定律，wuq+?=，因经过的初、终状态一样，热力学能变化?u一样，故可逆与不可逆两种情况相比，可逆经过的经过功亦较大。2分二、作图题：每题5分，共10分1.试在所给参数坐标图上定性地画出理想气体过点1的下述经过，分别指出该经过的经过指数n应当在什么数值范围内(图中请标明四个基本经过线)：1压缩、升温、吸热的经过2膨胀、降温、吸热的经过。pvTspvTs答：(1)kn>；(2)kn2.如下图Ts图上理想气体任意可逆经过12的热量怎样表示？热力学能变化量、焓变化量怎样表示？若经过12是不可逆的，上述各量能否一样？(请写出简明的作图方法。)答：对可逆经过，热量为面积1-m-k-2-1，热力学能变化量为面积1-m-n-2v-1，焓变化量为1-m-g-2p-1。对不可逆经过，热量无法表示，热力学能和焓变化量一样TsT三、计算题：共50分1.压气机在95kPa、25的状态下稳定地以340m3/min的容积流率吸入空气，进口处的空气流速能够忽略不计；压气机排口处的截面积为0.025m2，排出的压缩空气的参数为200kPa、120。压气机的散热量为60kJ/min。已知空气的气体常数Rg=0.287kJ/(kg.K)，比定热容cV=0.717kJ/(kg.K)，求压气机所消耗的功率。16分解：以压气机中空气为研究对象，其稳定工况的能量方程为0)2()2(22221211=+-+-?mgzchmgzchWQsh即?+-+=mgzchmgzchQWsh)2()2(22221211a其中：)/(10006010603sJQ-=?-=?)/(2944.660340)25273(2871095311skgTRVpmg=?+?=?mzsmc0/01=?)/(0.95380)25120()717273()/(99.141025.010200)120273(2872944.6123222222sJTchhhsmApTmRAmcpg=-?+=?=-=?=?+?=?将以上数据代入式a，可得压气机所消耗的功率为：)/(10648.6)299.1410.95380(2944.6100052sJWsh?-=-?+-=?2.在高温环境中有一容器，A侧装有2kg氮气，压力为0.07MPa，温度为67；B侧装有8kg氮气，压力为0.1MPa，温度为17，。A和B的壁面均为透热壁面，它们之间用管道和阀门相连，见附图。现打开阀门，氮气由B流向A。氮气可视为理想气体，已知气体常数Rg,N2=297J/(kg·K)，经过中的平均定容比热容cv=0.742kJ/(kg·K)，若压力平衡时容器中气体温度为t2=40，试求：平衡时终压力P2；吸热量Q；气体的熵变。18分解：容器A和B的容积分别为361A1AgAAm8851.21007.03402972=?=PTRmV361B1BgBBm8904.6101.02902978=?=PTRmV4分取A+B中的气体为系统CM，m=mA+mB=2+8=10kgV=VA+VB=2.8851+6.8904=9.7755m32分终态时的气体压力MPa0951.07755.9313297102g2=?=VTmRP2分按题给，系统不对外作功，有kJ46.96222646.2322)29083402(742.0313742.010)(B1BA1Av2v=-=?+?-?=+-=?=TmTmcTmcUQ5分原在A中的氮气熵变2分kJ/K3540.0)07.00951.0297ln.06727340273039ln.1(2)PPlnRTTlnc(mSA2gA2pAA-=-+?=-=?原在B中的氮气熵变2分kJ/K7538.0)1.00951.0297ln.01727340273039ln.1(2)PPlnRTTlnc(mSB2gB2pBB=-+?=-=?全部氮气的熵变kJ/K3998.07538.03540.0SSSBA=+-=?+?=?1分3.将100kg温度为30的水与200kg温度为80的水在绝热容器中混合，假定容器内壁与水之间也是绝热的，且水的比热容为定值，取K)kJ/(kg187.4?=c，环境温度为17。求混合经过导致的可用N28kg0.1MPa17N22kg0.07MPa67能损失？16分解：以绝热熔器内水为研究对象，由其能量方程可得cTmmcTmcTm)(212211+=+可得KmmTmTmT33.336200100353200303100212211=+?+?=+=水的混合经过的熵变为gfSSS+=?由于绝热0=fS)/(186.335333.336ln187.420030333.336ln187.4100lnln2211KkJTTcmTTcmSSg=?+?=+=?=混合经过的做功能力的损失为)(94.923186.32900kJSTIg=?=
