工程热力学试卷1

一、分析说明题：1、水汽化过程的P-V 与T-S 图上：1点、2线、3区、5态，分别指的是什么？答：1点：临界点2线：上界线（干饱和蒸汽线）、下界线（饱和水线）3区：过冷区（液相区或未饱和区）、湿蒸汽区（汽液两相区）、过热蒸汽区（气相区）5态：未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽 2、什么样的的气体可以看成是理想气体？答：①分子之间的平均距离相当大，分子的体积与气体的总体积相比可以忽略。

②分子之间没有相互的作用力。

③分子之间的相互碰撞及分子与器壁之间的碰撞均为弹性碰撞。

3、画图分析蒸汽初温及初压的变化对郎肯循环的影响。

①蒸汽初温的影响：保持p 1、p 2不变，将t 1提高，2t 1T 1T η=-则有：1T ↑，2T 不变⇒t η↑ 且乏汽干度：2'2x x >②蒸汽初压的影响：保持t 1、 p 2不变，提高p 1，2t 1T 1T η=-则有：1T ↑，2T 不变⇒t η↑ 但是乏汽干度：2'2x x <4、什么叫逆向循环或制冷循环？逆向循环的经济性用什么衡量？其表达式是什么？答：在循环中消耗机械能，把热量从低温热源传向高温热源的循环称为逆向循环或制冷循环。

或者在P-V 图和T-S 图上以顺时针方向进行的循环。

逆向循环的经济性评价指标有：制冷系数；ε=q 2/W net ；热泵系数：ε′=q 1/W net5、简述绝对压强、相对压强及真空度之间的关系。

答：①当绝对压强大于当地大气压时：相对压强（表压强）=绝对压强-当地大气压 或 当地绝表P P P -=②当绝对压强小于当地大气压时：真空度=当地大气压-绝对压强 或 绝当地真空P P P -=6、绝热刚性容器中间用隔板分开，两侧分别有1kg N 2和O 2，其p 1、T 1相同。

若将隔板抽出，则混合前后的温度和熵有什么变化，为什么？答: ①因为是刚性绝热容器，所以系统与外界之间既没有热量交换也没有功量交换。

②系统内部的隔板抽出后，温度保持不变。

③绝热过程系统熵流为零，系统内部为不可逆变化，熵产大于零，因此总熵变大于零。

7、表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：①表压力或真空度不能作为状态参数进行热力计算，因为表压力或真空度只是一个相对压力。

②若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。

8、试比较如图所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的大小：⑴ W 12与W 1a2； (2) ∆U 12 与 ∆U 1a2； (3) Q 12与Q 1a2（1）W 1a2的大小等于面积1bca1，W 12的大小等于面积1bc21，因此W 1a2大。

(2)1-a-2与1-2的初、终状态完全相同，热力学能是状态参数，只与过程的初、终状态有关，因此∆U 12 与 ∆U 1a2；一样大。

（3）因为Q = ∆U + W ，∆U 12 =∆U 1a2，W 1a2大于W 12，所以 Q 1a2大。

9、画图分析蒸汽初温及初压的变化对郎肯循环的影响。

①蒸汽初温的影响：保持p 1、p 2不变，将t 1提高，2t 1T 1T η=-则有：1T ↑，2T 不变⇒t η↑ 且乏汽干度：2'2x x >②蒸汽初压的影响：保持t 1、 p 2不变，提高p 1，2t 1T 1T η=-则有：1T ↑，2T 不变⇒t η↑ 但是乏汽干度：2'2x x <10、画出蒸汽朗肯循环所需的设备示意图及热力循环的T-s 、P-V 图。

11、在T-s 图上用图形面积表示Δh解：过a 做等压线，并取:Tb=Tc考虑ca 过程等压a b h h amnca -=面积tq h w =∆+0t w vdp =-=⎰p a c q h h h amnca =∆=-=面积c b c bT T h h ==12、什么叫正向循环？正向循环的经济性用什么衡量？其表达式是什么？ 答：①正向循环是指：热能转化为机械能的循环，是动力循环。

②正向循环是指：从高温热源吸热向低温热源放热，并向外界输出功的循环。

③正向循环在P-V 和T-S 图上按顺时针方向进行的循环。

其经济性评价指标用热效率η衡量：其表达式为：1211Q Q Q W net-==η 13、提高蒸汽动力循环热效率的途径有哪些？答：①提高蒸汽的初温 ②提高蒸汽的初压 ③降低乏汽压力、 ④采用再热循环、 ⑤采用回热循环、 14、为什么孤立系统的熵值只能增大、或者不变，绝对不能减小？答：根据闭口系统熵方程：g f dS dS dS +=对于孤立系统，因为与外界没有任何能量交换，得出：0=f dS 所以有：g iso dS dS = 而 0≥g dS因此：0≥iso dS 即孤立系统的熵值只能增大、或者不变，绝对不能减小。

15、如果某种工质的状态方程式遵循T R pv g =，这种物质的比热容一定是常数吗？这种物质的比热容仅是温度的函数吗？答：不一定，比如理想气体遵循此方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。

这种物质的比热容不一定仅是温度的函数。

由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到：g R TuT v p T u T w T u T w u T q c +∆=+∆=+∆=+∆==d d d d d d d d d d d )d(d d 由此可以看出，如果工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。

16、两喷管工作的背压均为0.1MPa ，进口截面的压力均为1MPa ，进口流速忽略不计。

1）若两喷管最小截面相等，问两喷管的流量、出口截面的流速和压力是否相同？ 2）假如截取一段，出口截面的流量、流速和压力将怎样变化？答：因为对于渐缩管：P cr =v cr P 1＞P b ,所以取：P 2=P cr 而对于缩放管则取：P 2= P b1）若两喷管的最小截面面积相等，两喷管的流量相等，渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速，渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力。

2) 若截取一段，渐缩喷管最小截面面积大于缩放喷管最小截面面积，则渐缩喷管的流量大于缩放喷管的流量，渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速，渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力。

17、①在p-v 图上确定 T 增大方向， 做一条等压线4114414141,v v p p T T v v T T ==>>因为：所以②在p-v 图上确定 s 增大方向做一条等温线 ③在T-s 图上确定 v 增大方向做一条等温线④在T-s 图上确定 p 增大方向做一条等温线18、如图所示，1－2为理想气体的可逆绝热过程，试在T －s 图上用面积表示出膨胀功w 的大小。

1nm解：过1、2点分别作定容线，再过1点做定温线与过2点的定容线相交于1ˊ点。

过程1-2为可逆绝热：q=0 '1221()()v v w q u u c T T c T T =-∆=-∆=-=-， 而过程1ˊ-2为定容过程，w=0 u q -∆=-，其大小为面积m 1ˊ2nm 因此1-2的膨胀功大小为面积m 1ˊ2nm414100t s s q w p p >⇒>⇒>⇒<14=0q=wT T q u wu ==∆+∆414100v v w q s s >⇒>⇒>⇒>14=0T T q u w u q w==∆+∆=414100s s q w v v >⇒>⇒>>14=0t T T q h w h q w==∆+∆=19、证明：卡诺循环的热效率总是小于1，不可能等于1。

证明：①卡诺循环的热效率：121T T c -=η, 其中T 2小于T 1，且均大于0，因此卡诺循环的热效率总是小于1。

②只有当∞→1T 或02→T 时，卡诺循环的热效率等于1，这是不可能的，因此卡诺循环的热效率不可能等于1。

20、据p-v 图，将理想气体可逆过程画在T-s 图上，比较⊿u 12与⊿u 13，⊿h 12与⊿h 13，⊿s 12与⊿s 13，∣q 12∣与∣q 13∣的大小，并简要说明理由。

解：对于理想气体 u=C V ΔT, h=C P ΔT 其中C V 、C P 是常数因为T 2＞T 3所以u 12＞⊿u 13，⊿h 12＞⊿h 13， 因为S 2=S 3 所以Δs 12=Δs 13， T-S 图为示热图，从图中可以看出q 12= 面积S 123ba1 ， q 13=面积S 13ba1 所以∣q 12∣＞∣q 13∣21、在多变过程中，膨胀功、技术功、热量的正负在p-v 图和T-s 图上如何判断，简要说明。

w pdv=⎰q Tds=⎰t w vdp=-⎰22、将满足空气下列要求的多变过程表示在p-v 图和T-s 图上。

①空气升压、升温又放热 ②空气膨胀、升温又吸热 ③n=1.3的压缩过程，并判断的正负q 、w 、△u 。

①1-2: q ﹤0、w ﹤0、△u ﹥0②1-3: q ﹥0、w ﹥0、△u ﹥0③1-4: q ﹥0、w ﹤0、△u ﹥0二、计算题 1、若某种气体的状态方程为pv=R g T ，现取质量1kg 的该种气体分别作两次循环，如图循环1-2-3-1 和循环4-5-6- 4 所示，设过程1-2 和过程4-5 中温度不变都等于T a ，过程2-3 和5-6中压力不变，过程3-1和4-6 中体积不变。

又设状态3 和状态6 温度相等，都等于T b 。

试证明两个循环中1kg 气体对外界所作的循环净功相同。

解： 循环1231 和循环4564 中过程1-2 和4-5都是等温过程， ，据理想气体状态方程，根据已知条件，可得：2、1kg 理想气体K kg KJ R g ⋅=/287.0，由初态K T Pa p 400,1051==被等温压缩到终态K T P 400,10262==，试计算：①经历一可逆过程；②经历一不可逆过程，实际耗功比理论多耗20%，环境温度为300K ，求两种情况下气体的熵变、环境熵变、过程熵产及有效能的损失。

①可逆过程K J P P mR S g sys /8.660ln12-=-=∆ K J S S sys surr /8.660=∆-=∆ 0=∆g S I=0②不可逆过程：熵为状态参数，只取决于状态，因此，K J P P mR S g sys /8.660ln12-=-=∆ KJ P P T mR W W g re 2.317ln2.12.121-=== 等温过程：0=∆U 因此，KJ W Q 2.317-==（系统放热）K KJ T QS surr /0573.10==∆（环境吸热为正）K J S S S S surr sys iso g /5.396=∆+∆=∆=∆ KJ S T I g 0.1190=∆⋅=3、已知A 、B 、C ，3个热源的温度分别为500K 、400K 、300K ，有一可逆热机在这3个热源之间工作。