吉林大学本科课程考试试卷(中期挑战)

βc
对于渐缩喷管，其最大膨胀能力为：
pb p1
=
0.528
=
βc ，
P2=0.528P1=0.135 MPa 而 pb＝0.1MPa 因此 P2> P1 则气流出喷管后自由膨胀，出口截面速度等于临界流速 316.94m/s。
4. A piston-cylinder device initially contains 0.4m3 of air at 100kPa and 80℃. The air is now compressed to 0.1m3 in such a way that the temperature inside the cylinder remains constant.
Carnot engine and (b) the amount of heat rejected to the sink per cycle.
Solution The heat supplied to a Carnot heat engine is given. The thermal efficiency and the
m pT
p kT 0−T T kT 0−T
积分可得： T2
=
T1
kT1 + (k − T1 )
p1
T0
T0 p2
2. 冬天用热泵向室内供热，室外温度 7，为维持 17 的室温，需要供热量 480×103kJ/h，某公
司称使用它们的热泵设备只需要耗功 18×103kJ/h，试从理论上说明是否可行？驱动热泵
因此 ∆S& g
= − Q&0 T0
+ Q& H TH
= 0.5kJ/(h ⋅ K)
因此理论上是可行的。
要使驱动热泵的功率最小，则热泵应该是可逆的，即 ∆Sg＝0
∆S& g
= − Q&0 T0
+ Q& H TH
=0
因此得出
W＝16.6×103kJ/h
3. 在压缩空气输气管道上接有一个渐缩型喷管,由阀门来调节喷管前空气的压力,已知喷管前 空气温度为t1=27℃，喷管外环境压力pb＝0.1MPa，求当压力p1分别为 0.15 MPa，0.1984
= C ln V2 V1
=
p1V1
ln
V2 V1
W = (100kPa)(0.4m3 ) ln 0.1 = −55.45kJ 0.4
5. A Carnot heat engine receives 500kJ of heat per cycle from a high-temperature source at 652 ℃ and rejects heat to a low-temperature sink at 30 ℃. Determine (a) the thermal efficiency of this
Determine the work done during this process.
Solution For an ideal gas at constant temperature T0 pV = mRgT0 = C
Where C is a constant.
∫ ∫ W
=
2
pdV
1
=C
2 dV 1V
2k k −1
RgT1[1
−
(
p2 p1
)
k
−1 k
]
==
256.89m
/
s
p1＝0.1984 MPa，
pb p1
=
0.528 =
βc
因此气体在喷管内实现完全膨胀：p2＝pb＝0.1MPa
出口截面的流速： c f 2 =
2k k +1
RgT1
==
316.94m
/
s
p1＝0.25 MPa
pb p1
=
0.4 <
MPa，0.25 MPa时，喷管出口截面上的空气压力和流速。假设 c p = 1.004kJ/(kg ⋅ K) ，
Rg = 0.287kJ/(kg ⋅ K) ，k＝1.4。
解：p1＝0.15 MPa，
由于
pb p1
= 0.667
>
βc
因此气体在喷管内实现完全膨胀：p2＝pb＝0.1MPa
出口截面的流速： c f 2 =
（A） 0.66 （B） 0.34
（C）0.49
（D） 0.32
10.确定湿蒸汽状态的条件是：
（ C）
（A）P 和 T
（B） P 或者 T （C）P 和 v （D）P 或者 v
二、简答题（每小题 5 分，共计 25 分） 1.焓是否可以认为是系统工质所拥有的能量？说明理由。 答： 焓表示随工质的移动而转移的能量中取决于工质热力状态的那部分能量，它不能被认为 是工质所拥有的能量，工质所拥的能量只能是热力学能和外部储能。对流动系统，焓有确切 的意义。对闭口静止系统，焓没有确切的表现形式，只是作为一个状态参数存在，此时焓可 以看成是确定的一个热力函数，是为计算方便，其单位是能量单位。
h0dmin = h0dm = d (mu) = mdu + udm
即
dm m
=
du h0 − u
，空气为理想气体： u
=
cvT , h0
=
c pT
因此 dm = dT ，又理想气体状态方程的微分方程中（刚性容器），dV＝0 m kT0 − T
dm = dp − dT 因此有 dp = dT + dT = kT0 dT
（C）对刚性容器中的空气缓慢加热，使其温度从 20℃升到 30℃；
（D）使用与容器中工质温度相同的热源，使其工质在恒温下蒸发。
2.下列哪个量不是状态参数？
（ A）
（A）功 （B） 焓 （C） 熵 （D）热力学能
3.稳定流动能量方程式的应用中，下列哪个装置进、出口的动能、位能变化不能同时取为零？
（ C）
吉林大学本科课程考试试卷（中期挑战）
考试课程与试卷类型：《工程热力学 B》
学年学期：2007-2008-1
考试时间：2007-11-30
上课教室：
姓名： 学号： 班级：
一、选择题（每小题 1 分，共计 10 分）
1.下列哪个过程一定是可逆过程？
（D）
（A）向容器内的水加热，使其在恒温下蒸发；
（B）对刚性容器中的水做功，使其在恒温下蒸发；
答：因为有 cn
=
n−k n −1
； qn
=
cn (T2
− T1) ； wn
=
Rg n−
1
(T1
− T2 )
由题设可知： wn = 1 从而得出 n ＝2 - k qn 2
说明该过程为吸热膨胀升温降压过程，过程线如下所示：
v
p
T
p
T s
v
s
5. p − V 图和 p − v 图有何区别 答： p − V 图为示功图， p − v 图为状态图。 p − v 图中要求过程中系统内工质质量保持不
1.δq = cdT 和 q = c(T2 − T1) 有什么区别，都适用于什么工况。
答：δq = cdT 针对微元过程， q = c(T2 − T1) 是针对有限过程， δq = cdT 能判断每一个
瞬间过程是否与外界交换热量。 3.热力学第一定律和第二定律分析问题时有什么特点？ 答：对系统做热力学第一定律的能量分析时，只要研究热力系统的状态及其变化，以及系统 与外界交换的能量，而不必研究外界热源及功源的状态及其变化，甚至系统与热源之间能量 传递的可逆与否也不需要考虑。但是在对系统做热力学第二定律分析时就必须研究系统与外 界环境的性质，以及它们之间相互作用所产生的变化，必须考虑系统与外界组成的孤立系统 的性质及其变化。 4.以空气为工质进行的某过程，加热量的一半变为功量，过程的多变指数 n 为多少？在 p-v 和 T-s 图上画出该过程线的大致位置（比热容为常数）。
即 p1 = p1' p2 p2'
p 1
1’
2 2’
证明：由题设可知，1-2，1’-2’的熵变量 ∆s12＝∆s1'2'
即
cv0
ln
T2 T1
=
cv
0
ln
T2' T1'
又， T1
=
(
p1
k −1
)k
，
T2
=
(
p2
k −1
)k
T1' p1'
T2' pຫໍສະໝຸດ 'v因此： p1 = p1'
p2 p2'
四、计算题（以下 5 题选做 3 题，双语班同学必须做一道英文题。每小题 10 分，共计 30 分）
（D）Tmp >Tmc >Tmv
8.喷管实验中，流量计的读数随真空罐的真空度的变化关系是： （C）
（A）真空度增大，读数增大
（B） 真空度增大，读数减小
（C）不一定
（D） 真空度增大，读数不变
9.蒸汽机中所用新蒸汽的温度为 280℃，排出的乏汽温度为 90℃，若按照卡诺循环计算，它
的热效率为： （ B ）
7.活塞式内燃机中，当压缩比ε 相同，放热量相同，定容加热过程的平均加热温度Tmv ，定
压加热过程的平均加热温度Tmp ，先定容后定压的混合加热过程的平均加热温度Tmc ，三者
之间的关系为： ( A )
（A）Tmv > Tmc >Tmp
（B） Tmv > Tmp >Tmc
（C）Tmc >Tmv >Tmp
最小耗功多少？
解：热泵耗功Hp，从大气吸热Qo，向建筑传热QH，要使热泵从理论上可行，则需环境、热泵、建筑物的