工程热力学试卷-A卷答案

课程名称：工程热力学

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一、判断题（对划“√”、错划“×”）（每小题1分，共10分）

1、压力计测量的是工质的真实压力（或称绝对压力）。（×）

2、实现准平衡过程的条件是驱动过程进行的势差无限小。（√）

3、理想气体的焓是温度的单值函数，理想气体的熵也只单值地取决于温度。（×）

4、已知湿蒸汽的温度和压力，则可确定湿蒸汽的状态。（×）

5、闭口系统工质对外做功，热力学能一定减少。（√）

6、工质进行不可逆循环后其熵必定增加。（×）

7、有摩擦耗散的过程总会有熵产，造成做功能力损失，其做功能力损失与熵产成正比。（环境温度一定）（√）

8、气流由亚声速连续加速到超声速时应使用缩放喷管。（√）

9、空气的相对湿度越小，人感觉到空气就越潮湿。（×）

10、卡诺循环的热效率仅取决于冷源温度和热源温度，与工质性质无关。（√）

二、选择题（单选，每小题2分，共10分）

1、已知理想气体可逆过程中膨胀功等于技术功，则此过程的特性为( B )

A. 定压

B. 定温

C. 定容

D. 绝热

2、某卡诺动力循环工作在温度为1000℃的高温热源和温度为500℃的低温热源之间，则

其热效率为( A )

A. 0.393

B. 0.5

C. 0.593

D. 0.61

3、空气初始压力为0.1MPa，采用带有中间冷却器的两级活塞式压气机压缩到5MPa，各

级最佳增压比应为( B )

A. 5

B. 7.07

C. 2.5

D. 3.68

4、空气流经渐缩喷管，进口滞止压力p 0=0.511 MPa ，喷管背压p b =0.1MPa ，这时喷管出口截面的压力p 2为 ( C ) A. 0.1 MPa B. 0.528 MPa C. 0.27 MPa D. 0.14 MPa

5、绝热节流前后工质状态参数的变化为 ( D )

A. 焓不变、压力不变、熵增大

B. 焓增大、压力下降、熵增大

C. 焓不变、压力下降、熵不变

D. 焓不变、压力下降、熵增大

三、简答题（共30分）

1. （7分）闭口系进行一个过程后，如果熵增加了，是否能肯定它从外界吸收了热量？如果熵减少了，是否能肯定它向外界放出了热量？为什么？

答：如熵增加，不能肯定吸热。因为g fQ S S S ∆=+，0g S ≥，0fQ S S ∆-≥，fQ S 可为正，亦可为负。（4’）

如熵减少，可以肯定放热。因为fQ S 一定为负，才能使0S ∆<。（3’）

2、（7分）已知湿空气的温度t 、压力p 以及水蒸气分压力v p ,如何判断湿空气是否饱和，如何确定含湿量d ？（写出求解方法及必要的公式）

答：由温度t 查饱和水蒸气热力性质表到s p ，若v s p p =为饱和湿空气，v s p p <为未饱和湿空气。（4’）

kg

0.622

kg v v

p d DA p p =-（3’）

3、（8分）利用逆卡诺循环从热力学角度分析冬季采用热泵供暖，为什么在寒冷的北方比在南方经济性要差。

答：逆卡诺循环热泵供暖系数0

'H

H T T T ε=-，冬季北方气温较低，如-20℃，南方冬季气

温在5℃，则可比较出：

'=

+278H H

H H T T T T ε=

--南方（5273）， '=

-+253

H H

H H T T T T ε=

--北方（20273）， 如此，''εε>南方北方，即北方比在南方经济性要差。

4、（8分）画出蒸汽压缩制冷循环的P-h 图和T-s 图，并写出用状态参数表示制冷量、压缩机耗功、制冷系数的表达式。

答：14C q h h =-

21w h h =- （2’）

14

21

h h h h ε-=

- （2’）

四、计算题（共50分）

1．（15分）温度为 1427℃的恒温热源，向维持温度为500K 的工质传热100kJ 。试求热源放出热量的热量火用 及传热过程引起的作功能力的损失。环境温度为 300K 。 解：

013001110082.35kJ 1427273XQ

T E Q T ⎛⎫⎛⎫=-=-⨯= ⎪ ⎪+⎝⎭⎝⎭

（7’）

()0211

130********.20.05942.3kJ 5001700iso Q Q I T S T T ⎛⎫⎛⎫=∆=-=-=-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭

（8’）

2．（20分）活塞式内燃机定容加热理想循环，空气进气压力p 1=0.1MPa ，温度t 1=37℃, 压缩比ε=9，循环的最高温度为2000K 。工质为空气，可视为理想气体，比热容取定值，试求：（1）将循环画在T-s 图上；（2）循环升压比λ；（3）膨胀过程终了时的压力和温度； （4）循环热效率和循环功。（空气 c p =1.005kJ/(kg •K), R g =0.287kJ/(kg •K) ）。 解： 1)

（4’）

2) p 1=0.1MPa ，T 1=37+273=310K

13

16

1

287/()3100.89/0.110g R T J kg K K v m kg p Pa

*⨯=

=

=⨯ 31

20.89

0.099/9

v v m kg ε

=

=

= 1

10.4121123109746.5K v T T T v κκε--⎛⎫===⨯= ⎪

⎝⎭

222

746.5287

2.164MPa 0.099

g T R p v ⨯=

=

=

T 3=2000K ，32v v =，

332

2000287

5.8MPa 0.099

g T R p v ⨯=

=

=

32 5.8 2.682.164

p p λ=

==

（6’）

3) 1.4

34334115.80.2677MPa 9v p p p v κ

κ

ε⎛⎫⎛⎫⎛⎫

===⨯= ⎪ ⎪ ⎪

⎝⎭⎝⎭⎝⎭

64440.2677100.89

830K 287

g p v T R ⨯⨯===

（4’）