《工程热力学与传热学》试题及答案34078.pdf

工程热力学与传热学期末复习题 第1页 共 12 页 工程热力学与传热学 一、填空题（每题 2 分，计 20 分）1.如果热力系统与外界之间没有任何形式的能量交换，那么这个热力系统一定是(）2.理想气体的比热容只与(）参数有关。3.若组成热力系统的各部分之间没有热量传递，热力系统将处于热平衡状态。此时热力系统内部一定不存在(）。4.若组成热力系统的各部分之间没有相对位移，热力系统将处于力平衡状态。此时热力系统内部一定不存在(）。5.干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为：(）。6.湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于(）。7.再热循环的目的是(）。8.回热循环的主要目的是(）。9.热辐射可以不依靠(），在真空中传播。10.流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与(）的过程无关。二.判断题（每题 1 分，计 20 分）1.孤立系统的热力状态不能发生变化；（）2.孤立系统就是绝热闭口系统；（）3.气体吸热后热力学能一定升高；（）4.只有加热，才能使气体的温度升高；（）5.气体被压缩时一定消耗外功；（）6.封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（）7.流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关；（）8.在闭口热力系中，焓 h 是由热力学能 u 和推动功 pv 两部分组成。（）9.理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。（）10.对于确定的理想气体，其定压比热容与定容比热容之比 cp/cv 的大小与气体的温度无关。（）11.一切可逆热机的热效率均相同；（）12.不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（）13.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（）工程热力学与传热学期末复习题 第2页 共 12 页 14.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变；（）15.不可逆过程的熵变无法计算；（）16.工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（）17.封闭热力系统发生放热过程，系统的熵必然减少。（）18.由理想气体组成的封闭系统吸热后其温度必然增加；（）19.知道了温度和压力，就可确定水蒸气的状态；（）20.水蒸气的定温膨胀过程满足 Q=W；（）三.问答题（每题 5 分，计 20 分）1.说明什么是准平衡过程？什么是可逆过程？指出准平衡过程和可逆过程的关系。2.试指出膨胀功，轴功，技术功，流动功的区别和联系，写出可逆过程中膨胀功，技术功的计算公式。3.写出开口系统稳定流动能量方程式的表达式，说明式中各量的含义。4.什么是饱和湿空气？什么是未饱和湿空气？如何将未饱和湿空气转变为饱和湿空气？四.计算题（每题 10 分，计 40 分）1.2 kg 空气经过定温膨胀的可逆过程，从初态压力为 p1=9.807 bar，t1=300 C 膨胀到终态容积为初态容积的 5 倍。试计算：（1）空气的终态参数；（2）对外界所作的膨胀功和交换的热量；（3）热力学能，焓和熵的变化量。设空气的 cp=1.004 kJ/(kg K)，Rg=0.287 kJ/(kg K)，K=1.4。工程热力学与传热学期末复习题 第3页 共 12 页 2.两质量相同，比热容相同（为常数）的物体 A，B，初温各为 TA与 TB，用它们作高温热源和低温热源，使可逆机在其间工作，直至两物体温度相等为止。试求：（1）平衡时的温度 Tm；（2）可逆机的总功量；（3）如果两物体直接进行热交换至温度相等，求此平衡温度 Tm及两物体的总熵变。3.1 Kmol 的理想气体，从初态 p1=0.5 MPa，T1=340 K 绝热膨胀到原来体积的 2 倍。已知气体的 Cp,m=33.44 kJ/(molK)，Cv,m=25.12 kJ/(molK)，试确定在下述情况下气体的终温，对外所作的功及熵的变化量。（1）可逆绝热过程；（2）气体向真空自由膨胀。4.欲设计一热机，使之能从温度为 973 K 的高温热源吸热 2 000 kJ，并向温度为 303 K 的冷源放热 800 kJ。试确定（1）此循环能否实现？（2）若把此热机当作制冷机用，从冷源吸热 800 kJ，是否可能向热源放热 2 000 kJ？此时，至少需耗多少功？工程热力学与传热学期末复习题 第4页 共 12 页 一、填空题 1 孤立系统 2 温度 3 温度差 4 压力差 5 过热蒸汽 6 含湿量 7 增加蒸汽干度 8 提高进入锅炉的给水温度 9 中间介质 10 工质经历 二、判断题 15 错错错错对 610 对对错错错 1115 错错对错错 1620 错错错错错 三.问答题 1、答：（1）准平衡过程：是假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近平衡态的过程，（2）可逆过程：是指如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路逆行，恢复到原来的状态，外界也随之回复到原来的状态的过程。（3）准平衡过程和可逆过程的关系：准平衡过程着眼于系统内的平衡，可逆过程着眼于系统和外界的总平衡。一个准平衡过程不一定是可逆过程，但一个可逆过程一定是一个准平衡过程。可逆过程是无耗散的准平衡过程。2.答：（1）膨胀功：是由于工质体积的变化对外所做的功；技术功：是指工程技术上可以直接利用的功，包括宏观动能，宏观位能，轴功；流动功：推动工质流动而做的功称为流动功。膨胀功，技术功，流动功的联系为：)(21)(2fs1122tpvzgcwvpvpww。（2）可逆过程中膨胀功的计算公式：21dvpw；技术功的计算公式：21tdpvw。3.答：（1）开口系统稳定流动的能量方程式为：s2f21wzgchq。（2）式中各量含义：q为工质与外界交换的热量，h为工质进出口焓的变化，2f21c为工质宏观动能的变化，zg为工质宏观位能的变化，sw系统对外所作轴功。4.答：（1）饱和湿空气：是由干空气和干饱和水蒸气组成的空气。（2）不饱和湿空气：是由干空气和过热水蒸气组成的空气。（3）将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种：方法 1：湿空气温度T一定时，增加水蒸气分压力)(smaxvvTppp,方法 2：保持水蒸气含量vp不变，降低湿空气温度)(vspTT。四.计算题 1.解：（1）取空气为热力系统，对可逆定温过程 1-2，由参数间的相互关系得：.bar961.151807.91212vvpp 由理想气体状态方程式得；kg/m5838.05m/kg7167.010807.9)300273(10287.031235311g1vvpTRv 工程热力学与传热学期末复习题 第5页 共 12 页 定温过程：K57321TT（2）气体对外所作的功及交换的热量：kJ4.5295ln)1677.02(10807.9ln51211TTVVVpQW（3）过程中热力学能，焓，熵的变化为：K/kJ8923.0ln,0,012g212121VVmRSHU 2.解：（1）取 A，B 物体及热机为孤立系统，则有：0EBAisoSSSS，其中：0ES，因此：m1mB0ddBAisoTTTTTTmcTTcmSSS 即：0ln0lnlnBA2mBmAmTTTTTmcTTmc，或 1BA2mTTT，所以 BAmTTT （2）A 物体为有限热源，过程中放出热量1Q，B 物体为有限冷源，过程中要吸收热量2Q，并且：)(),(Bm2mA1TTmcQTTmcQ，热机为可逆热机时，由能量守恒：)2()()(mBABmm121TTTmcTTmcTTmcQQW。（3）两物体直接进行能量交换直至温度相等时，可列出能量守恒方程：)()(Amm1TTmcTTmc 因此：2BAmTTT 3.解：首先计算比热容比：33.112.2544.33m,Vm,CCp（1）对可逆绝热过程：终温：K270)21(K340)(133.112112VVTT。工程热力学与传热学期末复习题 第6页 共 12 页 对外所作的功：J7581K)270340()Kmol/(J12.25mol101)()(321m,V21VTTnCTTmcW 熵的变化量：0S （2）气体向真空自由膨胀，有0W，又过程绝热，则0Q，因此由闭口系能量方程UWQ，得0U。即终温：K34012TT 熵的变化量：K/kJ77.52ln)Kmol/(J314.8mol101lnln)lnln(31212g12g12VVnRVVmRVVRTTcmSV 4.解：（1）方法 1：利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行，0K/kJ585.0K303kJ800K973kJ00022211TQTQTQ 所以此循环能实现，且为不可逆循环。或方法 2：利用孤立系统熵增原理来判断循环是否可行，孤立系统由高温热源，低温热源，热机及功源组成，因此：0K/kJ585.0K303kJ800K973kJ0002002211WRLHisoTQTQSSSSS 孤立系统的熵是增加的，所以此循环可以实现。（2）若将此热机当作制冷机使用，使其逆行，显然不可能进行。也可借助与上述方法的任一种重新判断。若使制冷机能从冷源吸热 800 kJ，假设至少耗功 Wmin，根据孤立系统熵增原理，0K303kJ800K973kJ80000net2211WRLHisoWTQTQSSSSSi 解得：kJ7691minW。工程热力学与传热学期末复习题 第7页 共 12 页