02年工程热力学试卷.

工程热力学试卷(2002

一、简答题(每题5分,共25分

1. 在p-v 图及T-s 图上画出空气的n =1.2的膨胀过程1-2和n =1.6的压缩过程1-3,并确定过程1-2和1-3中功和热量的正负号及初终态热力学能的大小。

2.分别以服从(g p v b R T −=的气体(b 为物性常数和服从2(g a p v b R T v ⎛

⎞−−=⎜⎟⎝⎠

的气体(其中a 、b 为物性常数为工质,在两个恒温热源T 1和T 2之间进行卡诺循环,试比较哪个循环的热效率大一些,为什么?

3.气流的初压力为0.15MPa ,温度为300℃,流速为20m/s ,喷管的背压为0.1MPa ,为获得最大出口流速,应选择什么形式的喷管,为什么?

4.空气在气缸内经历不可逆过程,内能减少15kJ ,对外作功10kJ ,试分析空气的熵变有哪几种可能性?为什么?

5.提高活塞式内燃机实际循环热效率ηt 的热力学措施有哪些?其热力学依据是什么?

二、计算题(共75分

1. 人体热量的消耗率通常为356kJ/h ,在作激烈运动时则达628kJ/h 。在热天皮肤经由汗的蒸发来散热,若汗的蒸发在定压且与皮肤相同温度(27℃下进行,问运动时多余热量需每小时蒸发多少汗才能排出?(5分

已知:t =26℃:h '=108.95 kJ/kg 、h "=2548.6 kJ/kg ;t =28℃:h '=117.31 kJ/kg 、h "=2552.3 kJ/kg

2. 容积V =0.5m 3的空气初压p 1=0.3MPa ,初温t 1=150℃,经不可逆膨胀过程

到终态p 2=0.08MPa , t 2=20℃。求过程中热力学能、焓及熵的变化量。空气作为

理想气体,其比热容可取定值,气体常数g R =287J/(kg·K; p c =1005 J/(kg·K。(5分

3. 刚性容器内有2kg ,35℃、2MPa 的氮气,向容器内注入适量的氧气,使容器内压力达3MPa 。若过程中温度维持不变,求加入氧气的质量和过程熵变。已知:氧气和氮气比热容取定值,氧气气体常数g R =260J/(kg·K、p c =917J/(kg·K;氮气气体

常数g R =297J/(kg·K;p c =1038J/(kg·K。(10分

4. 利用热水取暖,进入取暖器的热水温度为90℃,流出时温度为50℃,若室内温度维持25℃,为维持室内温度恒定需供热72000kJ/h 。求(1热水流量(kg/s;(2

以水为系统,求过程的熵流、熵产及作功能力损失;(3若采用电加热器,加热器的功率多少?加热过程作功能力损失多少?假定空气作理想气体,比热容取定值,气体常数g R =287J/(kg·K、p c =1005J/(kg·K;水的焓值近似为 h =4.187·t kJ/kg ;环境

大气温度为0℃。(15分

5. 活塞压缩机每分钟转速360转,从环境吸进21℃的空气14m 3将之压缩到0.909 MPa 输出。设压缩过程为可逆多变过程,多变指数为1.3,压缩机容积效率ηv =0.95。求:(1 所需输入压缩机的理论功率;(2 余隙容积比及活塞排量。(3若改用两级压缩,中间冷却,中间压力比应取多少?需输入压缩机的理论功率是多少?空气作理想气体,比热容取定值; g R =287J/(kg·K、p c =1005J/(kg·K,环境大气压p b =0.101 MPa 。(15分

6. 某蒸汽循环按基本朗肯循环运行,自过热器来的新蒸汽p 1=17MPa 、t

1=550℃,进入汽轮机可逆膨胀作功,然后排入维持在5kPa 的冷凝器。若忽略水泵功,求:(1画出循环的T-s 图;(21kg 工质在锅炉及过热器中的吸热量;(3蒸汽在汽轮机内作的功;(4循环效率;(5若新蒸汽参数及冷凝器压力不变,但汽轮机的相对内部效率为0.92,再求循环热效率。已知: p =17MPa 、t =550℃: h =3426.8kJ/kg ;v =0.0199213m 3/kg ; s =6.4416kJ/(kg·K p =5kPa : t s =32.9℃;h '=13

7.72kJ/kg ; h "=2560.55kJ/kg ;s '=0.4761kJ/(kg·K; s"=

8.3930kJ/(kg·K。(15分

7. 湿空气干球温度40℃,含湿量d =0.04kg/kg 干空气,若环境压力为p b

=0.1MPa ,求:

(1水蒸汽的分压力p v ;(2相对湿度ϕ;(3露点温度t d ;(4湿空气的焓h 。(10分已知压力为0.1MPa 时饱和湿空气表如下:

干球温度

t /℃

35 36 37 38 39 40 45 50 55 饱和分压力p s / kPa

5.622 5.940

6.274 6.624 6.991

7.3759.58212.335 15.741