工程热力学与传热学试题及答案.doc

《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；（）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）kg 空气经过定温膨胀的可逆过程，从初态压力为p1= bar， t 1=300 oC 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c p= kJ/(kg· K)， R g= kJ/(kg· K)， K=。

2.两质量相同，比热容相同（为常数）的物体A， B，初温各为T A与 T B，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T m；（ 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T m及两物体的总熵变。

Kmol 的理想气体，从初态p1= MPa， T1=340 K 绝热膨胀到原来体积的 2 倍。

已知气体的C p,m= kJ/(mol · K)， C v,m=kJ/(mol · K)，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：ww t( p 2 v 2 p 1v 1 ) w s1 c f2 g z ( pv) 。

2（ 2）可逆过程中膨胀功的计算公式：w22pdv ；技术功的计算公式：w tvdp。

113.答：（ 1）开口系统稳定流动的能量方程式为：q h1 c f2 g z w s 。

（ 2）式中各量2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， 1 c f 2 为工质宏观动能的2变化， g z 为工质宏观位能的变化，w s 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 p v p v max p s (T ) ,方法 2 ：保持水蒸气含量 p v 不变，降低湿空气温度T T s ( p v ) 。

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：p 2v 2 9.807 11.961bar.p 1v 15由理想气体状态方程式得；R g T 1 0.287 10 3(273 300) 0.1677 kg / m 3 v 1p 19.807 105v 2 5v 10.8385 m 3 / kg定温过程： T 1T 2573 K（ 2）气体对外所作的功及交换的热量：W T Q T p 1V 1 lnV 29.807 105 (2 0.1677) ln 5 529.4 kJV 1（ 3）过程中热力学能，焓，熵的变化为：U1 20, H 120, S 12mR g lnV 20.923 8 kJ / KV 12. 解：（ 1）取 A ，B 物体及热机为孤立系统，则有：SisoS A S BS E0 ，其中： S E 0 ，因此： S isoS AS BT mdT mcTmdTm cTT 1TBT即：mc ln T mmc ln T m 0 ln T m 2T AT B， T A T B或T m 2 1，所以T mT A T BT A T B（ 2）A 物体为有限热源， 过程中放出热量 Q 1 ，B 物体为有限冷源， 过程中要吸收热量 Q 2 ， 并且： Q 1mc (T A T m ), Q 2 mc(T m T B )，热机为可逆热机时，由能量守恒：W Q 1 Q 2 mc(T 1T m ) mc(T m T B ) mc (T A T B 2T m ) 。

（ 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：mc(T 1 T 'm ) mc (T 'm T A )因此： T m 'T AT B23.解：首先计算比热容比：C p ,m 33.44 1.33CV ,m25.12（1）对可逆绝热过程：终温： T 2V 1) 1340 K1 ) 1.33 1270K 。

T 1((V 22W mc V (T 1T 2 ) nC V ,m (T 1 T 2 )对外所作的功：1 103 mol 25. 12 J /(mol K ) (340 270) K 1 758 J熵的变化量： S 0（2）气体向真空自由膨胀，有W 0 ，又过程绝热，则 Q 0 ，因此由闭口系能量方程QW U ，得 U0。

即终温： T 2 T 1 340 K熵的变化量：T 2 V 2 V 2 V 2 S m(c V lnR g ln ) mR g lnV 1nR lnT 1V 1V 11 103 mol 8.314 J /( mol K ) ln2 5.77 kJ / K4.解：（ 1）方法 1：利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行，Q Q 1 Q 2 2 000 kJ 800 kJ TT 1T 2973 K0.585 kJ / K 0303 K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：S isoS HS L S RQ 1 Q 2 2 000 kJ 800 kJ S W0 0973 K0.585 kJ / K 0T 1T 2303 K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 W min ，根据孤立系统熵增原理，S i iso S HS L S RQ 1 Q 2 800 kJ W net800 kJ S W0 0973 KT 1T 2303 K解得： W min 1 769 kJ 。