工程热力学与传热学试题及答案.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 1 5 错错错错对 6 10 对对错错错 11 15 错错对错错 16 20 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)(2f s 1 1 2 2 tpv z g c w v p v p w w。（2）可逆过程中膨胀功的 计算公式：21dv p w；技术 功的 计算公式：21tdp v w。3.答：（1）开口 系统 稳 定 流动 的 能 量 方 程 式为：s2f21w z g c h q。（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，z g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)(s max v vT p p p,方法 2：保持 水蒸 气 含量vp不变，降低 湿空 气 温度)(v sp T T。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：.bar 961.151807.9121 2 vvp p 由 理想气 体状态 方 程 式得；kg/m 5 838.0 5m/kg 7 167.010 807.9)300 273(10 287.031 235311 g1 v vpT Rv 工程热力学与传热学期末复习题 第 5页 共 12 页 定温过程：K 5732 1 T T（2）气体对外所作的功及交换的热量：kJ 4.529 5 ln)1677.0 2(10 807.9 ln5121 1 T T VVV p Q W（3）过程中热力学能，焓，熵的变化为：K/kJ 8 923.0 ln,0,012g 2 1 2 1 2 1 VVmR S H U 2.解：（1）取 A，B 物体及热机为孤立系统，则有：0E B A iso S S S S，其中：0E S，因此：m1mB0d dB A isoTTTTTTmcTTc m S S S 即：0 ln 0 ln lnB A2mBmAm T TTTTmcTTmc，或 1B A2m T TT，所以 B A mT T T（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：)(),(B m 2 m A 1T T mc Q T T mc Q，热机为可逆热机时，由能量守恒：)2()()(m B A B m m 1 2 1T T T mc T T mc T T mc Q Q W。（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：)()(Amm 1T T mc T T mc 因此：2B A mT TT 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：K 270)21(K 340)(1 33.1 1211 2 VVT T。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：J 758 1 K)270 340()K mol/(J 12.25 mol 10 1)()(32 1 m,V 2 1 V T T nC T T mc W 熵的变化量：0 S（2）气体向真空自由膨胀，有0 W，又过程绝热，则0 Q，因此由闭口系能量方程U W Q，得0 U。即终温：K 3401 2 T T 熵的变化量：K/kJ 77.5 2 ln)K mol/(J 314.8 mol 10 1ln ln)ln ln(31212g12g12 VVnRVVmRVVRTTc m SV 4.解：（1）方法 1：利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行，0 K/kJ 585.0K 303kJ 800K 973kJ 000 22211 TQTQTQ 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：0 K/kJ 585.0K 303kJ 800K 973kJ 000 20 02211W R L H iso TQTQS S S S S 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，0K 303kJ 800K 973kJ 8000 0net2211W R L H iso WTQTQS S S S Si 解得：kJ 769 1min W。
