《工程热力学》试卷(B卷) -答案及评分标准

《工程热力学》试卷（B卷）一、单项选择题（每题1分，共10分）1．下列热力过程，除了哪个对任何一种热能动力装置都是共同的（C ）A、吸热B、膨胀做功C、冷凝D、排热2．准静态过程，系统经过的所有状态都接近于（C ）A、初始状态B、环境状态C、平衡状态D、邻近状态3．若已知工质的绝对压力P=0.18Mpa，环境压力Pa = 0.28Mpa，则测得的压差为（A ）。

A、真空Pv=0.1MpaB、表压力Pe=0.1MpaC、真空Pv=0.46MpaD、表压力Pe=0.46Mpa4．某封闭容器内的气体从热源吸收了100KJ的热量，同时内能增加了120KJ，则（A ）。

A、此过程为压缩过程，外界对气体压缩做功为20KJB、此过程为膨胀过程，气体对外界膨胀做功为20KJC、此过程为膨胀过程，气体对外界膨胀做功为220KJD、此过程为压缩过程，外界对气体压缩做功为220KJ5．下列哪个过程为非自发过程（A ）.A、热转换为功B、热量由高温物体向低温物体传递C、流体组分的自由混合D、气体的膨胀6．理想气体的可逆定温过程中（C ）。

A、q=0B、h=0C、△u=0D、W=07．下面关于可逆定温过程、可逆定压过程和可逆定容过程中，多变指数描述正确的是（B ）。

A、∞、1、0B、1、0、∞C、0、1、∞D、∞、0、18、pv k=常数，其中k=C p/C v，请问该方程适用于（D ）A、一切热力过程都适用B、理想气体的绝热过程C、任何气体的可逆绝热过程D、理想气体的可逆绝热过程9、q=△h+ωt方程（A ）A、可用于开口系稳定流B、只能用于可逆过程C、只能用于不可逆过程D、不能用于闭口系10、湿饱和蒸汽经定温膨胀过程后，其内能变化为_______；经定压膨胀过程后，其内能变化为________。

（ A ）A、定温膨胀：△u>0；定压膨胀：△u>0B、定温膨胀：△u>0；定压膨胀：△u<0C、定温膨胀：△u<0；定压膨胀：△u>0D、定温膨胀：△u<0；定压膨胀：△u<0二、判断题（正确的，在题后括号内画“√”，错误画“×”，每题2分，共10 分）1. 逆卡诺循环的热效率只能小于1，决不能等于1。

（×）2. 热力学第一定律适用于任意的热力过程，不管过程是否可逆。

（√）3. 膨胀功、流动功和技术功都是与过程有关的过程量。

（×）4. 理想气体任意两个状态参数确定后，气体的状态也就一定确定了。

（×）5. 对理想气体加热，其温度反而降低，这种情况是可能发生的。

（√）三、简答题（共4小题，共30分）1、请谈谈你对准平衡过程以及可逆过程的理解，并说明两者之间的区别和联系？（7分）答：如果在热力过程中系统所经历的每一个状态都无限第接近平衡态，这个过程称为准平衡过程；当完成了某一过程后，如果有可能使工质沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相互作用中所涉及的外界亦恢复原来状态，而不留下任何改变，则这一过程就称为可逆过程。

不同点：（1）形式不同：准平衡过程不排除摩擦能量损失的存在，并且可逆zd过程不产生任何能量消耗。

也就是说，可逆过程是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程是一个可逆过程。

（2）形态不同：一般地说，一个过程进行时，如果使外界条件改变一无穷小的量，这个过程就可以反专向进行(其结果是系统和外界能同时回到初态)则这个过程就叫可逆过程(准静态、无摩擦的过程)。

（3）结果不同：不可逆过程是其结果不能完全被消除的过程。

例如：摩擦生热，有限温差热传导，专气体自由膨胀等。

注意：可逆过程都是平衡过程，但平衡过程不一定是可逆过程。

解析：评分点：总分6分，准确回答准平衡过程和可逆过程的概念各1.5分，准确的说明两者的区别和联系各1.5分。

2、如图所示，刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A中存有高压气体，B 中保持真空。

若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数温度（T）、压力（P）、内能（u）和熵（S）分别是如何变化的，并阐述为什么？（8分）答：u、T不变，P减小，s增大。

取高压空气为热力系统，为绝热闭口系统，Q=0，高压空气向真空膨胀为自由膨胀过程，W=0 。

根据闭口系统能量方程Q=ΔU+W，所以ΔU=0，理想气体U=f(T)，因此ΔT=0，气体膨胀P减小，v增加。

评分点：正确给出T、P、u、s 每个热力过程给1分。

正确的解释其原因给4分。

总共8分。

3、请尝试在P-V图和T-S图上画出水蒸气定压加热过程，并指出一点、两线、三区和五态分别指的是什么？（7分）（1）曲线AC为饱和水线（水受热膨胀大于压力升高受压）；（2）曲线BC为干饱和蒸汽线（蒸汽受热膨胀小于压力升高压缩影响）；（3）C位临界点饱和水线和干饱和蒸汽线的交界点处。

一点，临界点C；二线、饱和水线、饱和蒸汽线；三区、末饱和水区、汽液两相共存区、过热蒸汽区；五态：末饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽。

评分点：总分7分，完整的绘制图形各1分，准确无误的回答一点、两线、三区和五态的内容各1分。

4、请画出简化朗肯循环的T-S图，并说明各过程都是在什么设备中完成的以及陈述其对应的热力过程？(8分)解析：如图所示，其简化的T-S图，其中：（a）过程1-2，在设备汽轮机内完成，绝热膨胀；（b）过程2-3，在设备凝汽器内完成，定温放热或定压放热；（c）过程3-4，在设备给水泵内完成，绝热压缩；（d）过程4-1，在设备锅炉内完成，定压吸热。

评分点：正确画出朗肯循环的T-s图，给4分；正确回答每个热力过程给1分，总共8分。

四、计算题（共3小题，共25分）1、一热机在每个循环中从327℃的高温热源吸收Q1=419KJ的热量和可逆第向27℃的低温热源排热，假设按（1）Q2=209.5KJ；（2）Q3=314.25KJ（3）Q4=104.75KJ三个数值排热，通过分析计算的方法，说明在这三种情况中，哪个是不可逆的，哪个是可逆的，哪个是不可能的？（注：假设热力学温度为273K）（8分）解：1.采用孤立系统熵增原理证明（1分）121212121212419209.5()=++0,600300419314.25(2)()=++0.34920,600300419209.5(3)()=++0,600300Q QST TQ QST TQ QST T--∆==--∆==>--∆=<孤孤孤（1）可逆不可逆不可能（2×3分）2.采用卡诺定律证明21300110.5600tcTTη=-=-=212121209.5(1)110.5419314.25(2)110.25,419104.75(3)110.75,419t tct tct tcQQQQQQηηηηηη=-=-===-=-=<=-=-=>可逆不可逆不可能评分点：正确写出具体的应用原理给1分，正确的计算每种情况中给2分，总共8分。

2、气缸中密封有空气，初态为p1=0.2MPa，V1=0.4m3，缓慢膨胀到V2=1m3。

（1）过程中pV保持不变；（2）过程中气体先沿{p}MPa = 0.4-0.6{V}m3膨胀到Vm =0.6 m3，再维持压力不变膨胀到V2 =1m3。

分别求出两过程中气体作出的膨胀功。

（8分）解：根据膨胀功计算公式：2121W pdV-=⎰。

（1）已知pV是定值222121113632113141ln0.2100.4ln0.47.3310pV dVW pdV dV pVV VV mp V Pa mV mJ-=====⨯⨯⨯=⨯⎰⎰⎰（2）已知系统经历了两个过程，因此在计算过程中，将两过程分别讨论计算。

应用积分的方法开展计算。

2212112661226112664(0.40.6)10(0.40.60.6)10[0.4()0.3()0.04()]10 =[0.4(0.60.4)0.3(0.360.16)0.04(10.6)]10=[0.080.060.016]10=3.610a aaaa a a W pdV pdV pdVV dV dVV V V V V V J-==+=-⨯+-⨯⨯=⨯--⨯-+⨯-⨯⨯--⨯-+⨯-⨯-+⨯⨯⎰⎰⎰⎰⎰评分点：正确写出具体的应用原理给1分，正确的计算每种情况中给2分，总共8分。

3、空气在压气机中被压缩，压缩前空气的参数是p 1 = 0.1MPa 、v 1=0.845m 3/kg ；压缩后的参数是p 2 = 0.8MPa 、v 1=0.175m3/kg 。

设在压缩过程中1kg 空气的热力学能增加140.0kJ ，同时向外放出热量50kJ 。

压气机每分钟产生压缩空气10kg 。

试求：（1）压缩过程中对1kg 空气作的功；（2）每产生1kg 压缩空气所需的功（技术功）； （3）带动此压气机要用多大功率的电动机？（9分）解：（1）已知50/q kJ kg =-，140.0/u kJ kg ∆=，由闭口系能量方程q u w =∆+得50140.0190/w q u kJ kJ kJ kg =-∆=--=即压缩过程中压气机对1kg 气体作功190.0kJ 。

（2）因为压气机是开口热力系，压气机耗功c tw w =-（技术功）。

由稳定流动开口系能量方程tq h w =∆+，得22113333()()50/140/(0.8100.175/0.1100.845/)245.5/t w q h q u pv q u p v p v kJ kg kJ kg kPa m kg kPa m kg kJ kg=-∆=-∆-∆=-∆--=---⨯⨯-⨯⨯=- 即每生产1公斤压缩空气所需技术功245.5kJ 。

（3）压气机每分钟生产压缩空气10kg ，故带动压气机的电机率为110/min 245.5/=/245.5/40.96m t N q w kg kJ kg kg s kJ kg kW ==⨯⨯=0.14评分点：正确写出具体的应用原理给2分，正确的计算每种情况中给2分，总共9分。

五、论述题（共3题，25分）1、何为理想气体的体积变化功、膨胀功、轴功、推动功、技术功？他们之间有什么联系？（5分） 答：（1）体积变化功，又称为膨胀功，其定义为：系统体积变化所完成的膨胀功或压缩功。

① 当过程可逆时，21=W pdV⎰；② 膨胀功是简单可压缩系热变功的源泉； ③ 膨胀功往往对应闭口系统所求的功。

（2）轴功是开口系统和外界间通过进、出界面以外的边界（一般为机器轴）所传递的功，用Ws 表示。

动力装置如压缩机、汞等所作之功，一般在热力学要和体积功区别开来。

① 轴功是开口系统所求的功；② 当工质进出口间的动、位能差被忽略时，Wt=Ws ，所以此时开口系统所求的功也是技术功。

（3）流动功：工质在流动时，总是从后面获得推动功，而对前面作出推动功，进出系统的推动功之差称为流动功（也是系统为维持工质流动所需的功）。