河南城建学院期末考试考查试题 工程热力学试卷答案

1．可逆过程一定是准静态过程；
对，因为一个可逆过程，首先应该是准平衡过程。

2．工质经一不可逆循环后其熵一定增加；
错，工质经一不可逆循环后其熵是不变的。

3．第二类永动机违反了热力学第一和第二定律；
错，第二类永动机并不违背热力学第一定律。

4．节流过程是一个等焓过程；
错，节流过程中，流体在孔口附近产生严重的扰动及涡流，处于不稳定状态，因而不能确定各截面的焓值，所以，尽管节流前后焓不变，但不能把节流过程理解为等焓过程。

5．制冷系数是大于1的数；
错，制冷系数是指制冷循环中制冷量与消耗功的比值，可能大于1，也可能小于1。

6．压缩机的余隙容积对压缩机压缩每公斤工质的理论功没有影响；
对，有余隙容积后，如生产增压比相同、质量相同的同种压缩气体，理论上所消耗的功与无余隙容积时相同。

7．熵减少的过程是可以发生的；
对，只对于孤立系统，熵必定增加或不变，但是对于其他非孤立系统，不一定熵增。

8．孤立热力系熵减少的过程是无法实现的；
对，根据熵增原理，孤立系统熵必定增加或不变。

9．热量不可能从低温热源传向高温热源；
错，根据热力学第二定律，热不可能自发的从低温物体转向高温物体。

10．当蒸汽的温度高于饱和温度时，称该蒸汽为过热蒸汽；
错，当蒸汽温度高于对应压力下的饱和温度时，该蒸汽为过热蒸汽。

二．名二、名词解释：（15分，每题3分）
1. 混合气体的分压力；
答：在与混合气体温度相同的情况下，每一种组成气体都独自占据体积V时，组成气体的压力成为分压力。

2. “焓”；
答：在有关热工计算中时常有U出现，为了简化公式和简化计算，把它定义为焓，用符号H表示。

pV+
3. 第二类永动机；
答：从环境大气或海水吸收热量不断转化为机械功，这种单一热源下做功的动力机械称为第二类永动机。

4. 孤立热力系；
答：任何一个热力系（闭口系、开口系、绝热系、非绝热系），总可以将它连同与其相互作用的一切物体组成一个复合系统，该复合系统不再与外界有任何形式的能量交换和质量交换，我们称该复合系统为孤立系统。

5. 理想气体；
答：理想气体是一种实际上不存在的假想气体，其分子是些弹性的、不具体积的质点，分子间相互没有作用力。

三．（15分）
空气由初态压力为0.1MPa，温度20℃，经2级压缩机压缩后，压力提高到2MPa。

若空气进入各级气缸的温度相同，且各级压缩过程的多变指数均为1.2，求最佳的中间压力为多少？并求生产1kg质量的压缩空气所消耗的理论功？求各级气缸的排气温度为多少？
解：最佳中间压力MPa
p
p
p447
.0
2
1.0
2
1
2
=
⨯
=
=；
理论比功：()
KJ
p
p
p
p
T
R
n
n
w
n
n
n
n
g
c
21
.
286
2
1.0
447
.0
2
20
15
.
273
10
06
.
287
1
2.1
2.1
2
1
2.1
1
2.1
3
1
2
3
1
1
2
1
=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
-
⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
⨯
+
⨯
⨯
⨯
-
=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
-
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
+
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
-
=
-
-
-
-
多变过程：
n
n p p T T T T 1121223-'⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛==
吸气温度21'=T T
两级排气温度K p p T T T n
n 25.3761.0447.015.2932
.112.1112123=⎪⎭⎫
⎝⎛⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛==-- 四、有一绝热刚性容器，有隔板将它分成A 、B 两部分。

开始时，A 中盛有T A =300K ，P A =0.1MPa ，V A =0.5m 3的空气；B 中盛有T B =350K ，P B =0.5MPa ，
V B =0.2m 3
的空气，求打开隔板后两容器达到平衡时的温度和压力。

（设空气比热为定比热）
解：W U Q
+∆=
因为
Q=0 W=0 所以 0=∆U 0)()(=-+-=∆T C m T C m B V B A V A T T U
T
V P m A
A
A
A
R
= T
V P m B
B
B
B
R =
所以
K
T 3323002.05.03505.01.02
.05.05.01.0350300=⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=P V V a B
A mRT P 214.02.05.02.05.05.01.0=+⨯+⨯=+=
五．（20分）
有一郎肯蒸汽动力循环，蒸汽进汽轮机初始状态的压力为：3MPa ，蒸汽的过热度为：300℃；汽轮机蒸汽出口状态的压力为：0.02MPa ，冷凝器出来的冷凝水的焓值为137.7 kJ/kg ，不计水泵耗功，求每1公斤蒸汽：（1）在吸热时吸入的热量；（2）输出的功；（3）向外界放出的热量；（4）该蒸汽动力循环的热效率；
解：已知1p ＝3MPa ，2p ＝0.02MPa ，
3h ＝137.7 kJ/kg ，61T T -＝300K 由《水蒸气热力性质图表》查得：
4h ＝140.62 kJ/kg ，1h ＝3535 kJ/kg ，2h ＝2415 kJ/kg
新蒸汽从热源吸热量：
411h h q -== 3535－140.62 = 3394.38kJ/kg
乏气在冷凝器中的放热量：
kg KJ h h q /3.22777.1372415322=-=-=
不计水泵耗功，输出功率：
kg KJ h h w /11202415353521=-=-=
循环的热效率：
33.038
.3941120
1===q w η
六．（15分）
已知一热机的高温热源温度为1000℃，低温热源温度为100℃，工质与高温热源间的传热温差为100℃，与低温热源间的传热温差为50℃，热机效率等于卡诺热机的效率，环境温度为27℃，当热机从高温热源吸入1000KJ 的热量时，求： 1．热机的热效率，
2．由于高温热源传热温差而引起的做功能力损失和由于低温热源传 热温差而引起的做功能力损失，
3．由于传热温差而引起的总的做功能力损失。

解：可知,15.1173100100015.2731K T =-+=
K T 15.4235010015.2732=++= 热机的热效率：64.011
2
=-
=T T η KJ
w KJ Q KJ Q 640,360,100021===
以环境作为低温热源，由于高温热源传热温差引起的做功能力损失：
()KJ
T Q T Q T W 10.20273100010002739001000
27273221101=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⨯+=⎪
⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=∆ 由于低温热源传热温差引起的做功能力损失：
()KJ
T Q T Q T W 22.34273150360273100360
27273222
202=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⨯+=⎪
⎪⎭⎫ ⎝⎛-'=∆ 总做功能力损失：
KJ W W W 32.5421=∆+∆=∆。