2019年湖北武汉科技大学工程热力学考研真题及答案.pdf

2 0 1 9 年 湖 北 武 汉 科 技 大 学 工 程 热 力 学 考 研 真 题 及 答 案一、名 词 解 释（共 3 小 题，每 小 题 6 分，共 1 8 分）1、（6 分）压 缩 因 子2、（6 分）露 点3、（6 分）含 湿 量二、填 空 题（共 2 小 题，每 空 1 分，共 3 2 分）1、（1 2 分）分 析 下 图 中 的 四 个 区 域，填 写“正”或“负”。区 域：d W 为 _ _ _ _，d Wt为 _ _ _ _，d Q 为 _ _ _ _。区 域：d W 为 _ _ _ _，d Wt为 _ _ _ _，d Q 为 _ _ _ _。区 域：d W 为 _ _ _ _，d Wt为 _ _ _ _，d Q 为 _ _ _ _。区 域：d W 为 _ _ _ _，d Wt为 _ _ _ _，d Q 为 _ _ _ _。2、（2 0 分）分 析 下 列 各 循 环，填 写“0”、“1”或“2”。斯 特 林 循 环 由 _ _ 个 等 压 过 程、_ _ 个 等 容 过 程、_ _ 个 等 温 过 程、_ _ 个 等 熵 过 程 组 成。卡 诺 循 环 由 _ _ 个 等 压 过 程、_ _ 个 等 容 过 程、_ _ 个 等 温 过 程、_ _ 个 等 熵 过 程 组 成。狄 塞 尔 循 环 由 _ _ 个 等 压 过 程、_ _ 个 等 容 过 程、_ _ 个 等 温 过 程、_ _ 个 等 熵 过 程 组 成。奥 托 循 环 由 _ _ 个 等 压 过 程、_ _ 个 等 容 过 程、_ _ 个 等 温 过 程、_ _ 个 等 熵 过 程 组 成。布 雷 顿 循 环 由 _ _ 个 等 压 过 程、_ _ 个 等 容 过 程、_ _ 个 等 温 过 程、_ _ 个 等 熵 过 程 组 成。三、计 算 题（共 5 小 题，每 小 题 2 0 分，共 1 0 0 分）1、（2 0 分）某 房 间，冬 季 通 过 墙 壁 和 窗 子 向 外 散 热 5 1 07J/h，房 内 有 8 只 5 0 W 电 灯 照 明，其 他 家 电 耗 电 约 2 5 0 0 W，为 维 持 房 内 温 度 不 变，房 主 购 买 供 暖 系 数 为 6 的 热 泵，求 热 泵 的 最小 功 率。2、（2 0 分）将 1 5 0 k g 温 度 为 3 0 C 的 水 与 2 5 0 k g 温 度 为 7 0 C 的 水 在 绝 热 容 器 中 混 合，求 混合 前 后 水 的 熵 变 及 火 用 损 失。设 水 的 比 热 容 为 定 值，cw=4.1 8 7 k J/(k g K)，环 境 温 度 t0=2 0 C。3、（2 0 分）滞 止 压 力 为 0.6 M P a、滞 止 温 度 为 3 6 0 K 的 空 气 可 逆 绝 热 流 经 收 缩 喷 管，在 截 面 积为 2.5 1 0-3m2处 气 流 马 赫 数 为 0.5。若 喷 管 背 压 力 为 0.2 5 M P a，试 求 喷 管 出 口 截 面 积。空 气可 当 双 原 子 气 体 处 理，=1.4，临 界 压 力 比 vc r=0.5 2 8。4、（2 0 分）某 压 水 堆 二 回 路 循 环 采 用 一 次 抽 汽 加 热 给 水，循 环 抽 象 简 化 为 下 图 所 示，若 新蒸 汽 为 饱 和 蒸 汽 且 p1=7 M P a，抽 气 压 力 p4=0.7 M P a，凝 汽 器 维 持 p2=0.0 0 7 M P a，忽 略 水 泵 功，试 求（1）抽 气 量；（2）循 环 热 效 率；（3）耗 气 率 d。pM P as k J/(k g K)s k J/(k g K)h k J/k gh k J/k g7 3.1 2 1 0 5.8 1 2 91 2 6 6.902 7 7 1.720.7 1.9 9 2 5 6.7 0 7 9 6 9 7.3 22 7 6 3.290.0 071.1 9 2 1 7.4 7 8 9 3 7 6.7 52 6 5 9.555、（2 0 分）V=0.5 m3的 刚 性 容 器 中 装 有 p1=0.3 M P a、T1=3 0 0 K 的 C O2。N2气 在 输 气 管 道 中 流 动，参 数 保 持 pL=0.9 M P a、TL=4 5 0 K。如 下 图 所 示，打 开 阀 门 充 入 N2，直 到 容 器 中 混 合 物 压 力 达 到p2=0.6 M P a 时 关 闭 阀 门。充 气 过 程 绝 热，求 容 器 内 混 合 物 终 温 T2和 质 量 m2。按 定 值 比 热 容 计算，cV,N 2=7 5 1 J/(k g K)，cP,N 2=1 0 4 8 J/(k g K)，cV,C O 2=6 5 7 J/(k g K)，cP,C O 2=8 4 6 J/(k g K)。答 案一、名 词 解 释（共 3 小 题，每 小 题 6 分，共 1 8 分）1、（6 分）压 缩 因 子答：压 缩 因 子 Z=p v/(RgT)。Z 值 偏 离 1 的 大 小，反 映 了 实 际 气 体 对 理 想 气 体 性 质 偏 离 的 程 度。2、（6 分）露 点答：露 点 td是 在 一 定 pv下（指 不 与 水 或 湿 物 料 相 接 触 的 情 况），未 饱 和 湿 空 气 冷 却 达 到 饱 和湿 空 气，即 将 结 出 露 珠 时 的 温 度。3、（6 分）含 湿 量答：含 湿 量 d 为 1 k g 干 空 气 所 带 有 的 水 蒸 气 质 量。二、填 空 题（共 2 小 题，每 空 1 分，共 3 2 分）1、（1 2 分）分 析 下 图 中 的 四 个 区 域，填 写“正”或“负”。区 域：d W 为 _ _ _ _，d Wt为 _ _ _ _，d Q 为 _ _ _ _。区 域：d W 为 _ _ _ _，d Wt为 _ _ _ _，d Q 为 _ _ _ _。区 域：d W 为 _ _ _ _，d Wt为 _ _ _ _，d Q 为 _ _ _ _。区 域：d W 为 _ _ _ _，d Wt为 _ _ _ _，d Q 为 _ _ _ _。答：正、正、正；正、正、负；负、负、负；正、负、正；2、（2 0 分）分 析 下 列 各 循 环，填 写“0”、“1”或“2”。斯 特 林 循 环 由 _ _ 个 等 压 过 程、_ _ 个 等 容 过 程、_ _ 个 等 温 过 程、_ _ 个 等 熵 过 程 组 成。卡 诺 循 环 由 _ _ 个 等 压 过 程、_ _ 个 等 容 过 程、_ _ 个 等 温 过 程、_ _ 个 等 熵 过 程 组 成。狄 塞 尔 循 环 由 _ _ 个 等 压 过 程、_ _ 个 等 容 过 程、_ _ 个 等 温 过 程、_ _ 个 等 熵 过 程 组 成。奥 托 循 环 由 _ _ 个 等 压 过 程、_ _ 个 等 容 过 程、_ _ 个 等 温 过 程、_ _ 个 等 熵 过 程 组 成。布 雷 顿 循 环 由 _ _ 个 等 压 过 程、_ _ 个 等 容 过 程、_ _ 个 等 温 过 程、_ _ 个 等 熵 过 程 组 成。答：0、2、2、0；0、0、2、2；1、1、0、2；0、2、0、2；2、0、0、2；三、计 算 题（共 5 小 题，每 小 题 2 0 分，共 1 0 0 分）1、（2 0 分）某 房 间，冬 季 通 过 墙 壁 和 窗 子 向 外 散 热 5 1 07J/h，房 内 有 8 只 5 0 W 电 灯 照 明，其 他 家 电 耗 电 约 2 5 0 0 W，为 维 持 房 内 温 度 不 变，房 主 购 买 供 暖 系 数 为 6 的 热 泵，求 热 泵 的 最小 功 率。解：75 1050 8 250036001831.5 W6P 2、（2 0 分）将 1 5 0 k g 温 度 为 3 0 C 的 水 与 2 5 0 k g 温 度 为 7 0 C 的 水 在 绝 热 容 器 中 混 合，求 混合 前 后 水 的 熵 变 及 火 用 损 失。设 水 的 比 热 容 为 定 值，cw=4.1 8 7 k J/(k g K)，环 境 温 度 t0=2 0 C。解：1 1 2 21 2150 273 30 250 273 70=328 K150 250m T m TTm m 合3g W 1 21 2328 328l n l n 4.187 10 150 l n 250 l n 2985J/K273 30 273 70T TS c m mT T 合 合 50 g273+20 2985=8.746 10 J I T S 2、（2 0 分）滞 止 压 力 为 0.6 M P a、滞 止 温 度 为 3 6 0 K 的 空 气 可 逆 绝 热 流 经 收 缩 喷 管，在 截 面 积为 2.5 1 0-3m2处 气 流 马 赫 数 为 0.5。若 喷 管 背 压 力 为 0.2 5 M P a，试 求 喷 管 出 口 截 面 积。空 气可 当 双 原 子 气 体 处 理，=1.4，临 界 压 力 比 vc r=0.5 2 8。解：2 2P 0f 0g2 M a 1 0.5 1.4 1M a=1 1 1.052 2c T Tc Tc T R T 0360342.86 K1.05 1.05TT f P 0287 1.4=2=2 360 342.86=185.56m/s1.4 1c c T T 1.411.4 16 50010.6 10 5.058 10 P a1.05Tp pT g 35287 342.860.1945 m/kg5.058 10R Tvp 3fm2.5 10 185.56=2.385kg/s0.1945A cqv 6 5c r 0 5c r b 2 c r6 5b0.528 0.528 0.6 10 3.168 10 P a3.168 10 P a0.25 10 2.5 10 P ap pp p p pp 11.4 12 1.42 00=360 0.528=299.95KpT Tp f 2 P 0 2287 1.4=2=2 360 299.95=347.33m/s1.4 1c c T T g 2 32 52287 299.950.2717m/kg3.168 10R Tvp 3 2 m 22f 22.385 0.2717=1.8657 10 m347.33q vAc 3、（2 0 分）某 压 水 堆 二 回 路 循 环 采 用 一 次 抽 汽 加 热 给 水，循 环 抽 象 简 化 为 下 图 所 示，若 新蒸 汽 为 饱 和 蒸 汽 且 p1=7 M P a，抽 气 压 力 p4=0.7 M P a，凝 汽 器 维 持 p2=0.0 0 7 M P a，忽 略 水 泵 功，试 求（1）抽 气 量；（2）循 环 热 效 率；（3）耗 气 率 d。pM P as k J/(k g K)s k J/(k g K)h k J/k gh k J/k g7 3.1 2 1 0 5.8 1 2 91 2 6 6.902 7 7 1.720.7 1.9 9 2 5 6.7 0 7 9 6 9 7.3 22 7 6 3.290.0 071.1 9 2 1 7.4 7 8 9 3 7 6.7 52 6 5 9.55解：4 4 45.8129 1.99250.8102 697.32 2763.29 697.32 2371.17 kJ/kg6.7079 1.9925x h x 2 2 25.8129 1.19210.7350 376.75 2659.55 376.75 2054.61kJ/kg7.4789 1.1921x h x 5 34 5 5 34 3697.32 376.751 0.16072371.17 376.75h hh h h hh h H 1 5=2771.72 697.32=2074.40kJ/kg q h h L 2 31=1 0.1607 2054.61 376.75=1408.23kJ/kg q h h n e t H L2 0 7 4.4 0 1 4 0 8.2 3 6 6 6.1 7 k J/k g w q q n e tH666.17=0.3212074.40wq 3n e t1 11.501 10 kg/kJ666.17dw 3、（2 0 分）V=0.5 m3的 刚 性 容 器 中 装 有 p1=0.3 M P a、T1=3 0 0 K 的 C O2。N2气 在 输 气 管 道 中 流 动，参 数 保 持 pL=0.9 M P a、TL=4 5 0 K。如 下 图 所 示，打 开 阀 门 充 入 N2，直 到 容 器 中 混 合 物 压 力 达 到p2=0.6 M P a 时 关 闭 阀 门。充 气 过 程 绝 热，求 容 器 内 混 合 物 终 温 T2和 质 量 m2。按 定 值 比 热 容 计算，cV,N 2=7 5 1 J/(k g K)，cP,N 2=1 0 4 8 J/(k g K)，cV,C O 2=6 5 7 J/(k g K)，cP,C O 2=8 4 6 J/(k g K)。解：g,N 2 P,N 2 V,N 21048 751=297J/(kg K)R c c g,C O 2 P,C O 2 V,C O 2846 657=189J/(kg K)R c c 61C O 2g,C O 2 10.3 10 0.52.6455 kg189 300p VmR T 根 据 开 口 系 能 量 方 程 和 分 压 定 律 分 别 得 到 方 程（1）和（2）C O 2 V,C O 2 2 1 N 2 V,N 2 2 N 2 P,N 2 LC O 2 g,C O 2 2 N 2 g,N 2 220 12m c T T m c T m c Tm R T m R TpV V 代 入 数 字，仅 以 mN 2和 T2为 未 知 量