工程热力学20套试题

工程热力学试卷(01)

一、问答题（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. 若分别以某种服从p (v -b)=R g T 的气体（其中b 为物性常数）和理想气体为工质在两个恒温热源和之间进行卡诺循环，试比较哪个循环的热效率大一些，为什么？

3. 下面的说法是否正确，为什么？ “若从某一初态经不可逆与可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的ΔS'必大于可逆途径ΔS ”

4. 空气在气缸内经历不可逆过程,内能减少12kJ,对外作功10kJ,试分析空气的熵变有哪几种可能性？为什么？

5. 提高活塞式内燃机循环热效率

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？（10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=0.3MPa,

初温

=150℃,

经膨胀过程到终态

=0.08MPa,

=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

=287J/(kg·K)；

=1005 J/(kg·K)

。（10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。氧气比热容取定值, 气体常数

=260J/(kg·K)、

=917J/(kg·K)；氮气比热容取定值, 气体常数

=297J/(kg·K) ；

=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36000kJ/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？作功能力损失多少？已知，水的焓值近似为

；环境大气温度为0℃。假定空气作理想气体，比热容取定值，气体常数

=287J/(kg·K)、

=1005J/(kg·K)。（15分）

5. 活塞压缩机每分钟转速360转，从环境吸进21℃的空气14

将之压缩到0.52 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) 所需输入压缩机的功率；(2) 余隙容积比及活塞排量。空气作理想气体,比热容取定值；空气气体常数

=287J/(kg·K)、

=1005J/(kg·K)、环境大气压p b =0.1013

MPa 。（15分）

6.

输送管送来的空气，进入出口面积

=10cm 2

的喷管。进口处空气压力

=1.5

MPa

，温度=80℃，进口流速可忽略；喷管出口截面外背压 p b =0.6MPa ，设空气比热容取定值，

=1.004J/(kg·K)，=1.4。（1）设计喷管（形状、截面积）；（2）计算

喷管出口截面上空气的速度及流量。（15分）

工程热力学试卷（02）

1. 容积为0.2m3钢瓶内盛有氧气，初始状态时p

e1

=9.9MPa ，=17℃。由于气焊用去部分氧气，压力降至9.0MPa。假定氧气与外界无热量交换，试计算用去多少氧气？瓶内剩余氧气的温度为多少度？若瓶内氧气从周围环境吸热，其温度又恢复17℃，问

此时瓶内的压力为多少？p

b =0.1MPa；氧气比热容取定值，

=260J/（kg·K）、

=917J/（kg·K）。(10分)

2. 湿空气干球温度40℃，含湿量d=40g/kg干空气，若环境压力为p

b

=0.1MPa，求：(1)水蒸气的分压力；(2)相对湿度 ；(3)露点温度；(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℃353637383940455055

饱和分压力p s kPa 5.622 5.940 6.274 6.624 6.9917.3759.58212.33515.741饱和含湿量d g/kg干空气37.0539.2841.6444.1246.7549.5265.9287.52116.19

3. 直立放置的气缸活塞系统，活塞及其上重物总质量为10kg，活塞面积A为20cm2，

初态时气缸内空气温度t=20℃,容积V=140cm3，突然取走6kg重物，系统急速膨胀。

试求：(1)重新达到平衡状态时气缸内空气的温度；(2)过程作功能力损失。假定系统

与外界无热量交换，活塞与气缸之间无摩擦。已知大气压力为0.1MPa；空气作理想

气体，比热容取定值，

=287J/(kg·K)；=1005J/(kg·K)

；=20℃。(15分)

4. 10kg水起初与300K的大气处于热平衡状态，用热泵在水与大气之间工作使水定

压冷却到285K，求所需最小功是多少？水定压比热容取4.187kJ/(kg·K)。(15分)

5. 活塞式内燃机的定容加热循环其初始状态为p=0.1MPa，t=37℃，压缩比ε=12，

循环中对工质加入热量为700kJ/kg。工质可视为空气，比热容取定值，气体常数

=287J/(kg·K)；=1004J/(kg·K)。

⑴计算循环最高压力及最高温度；

⑵求循环热效率和净功量；

⑶分析提高循环热效率的热力学措施。

⑷若上述条件不变，但吸热和放热过程均不可逆，过程熵产分别为0.15 kJ/(kg·K)

和0.1kJ/(kg·K)，求工质循环的熵变。(20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)1kg工质在锅

炉及过热器中的吸热量；(2)蒸汽在汽轮机内作的功；(3)循环效率。（15分）

已知：p=17MPa，t=550℃: h=3426.8kJ/kg；v=0.0199213m3/kg；s=6.4416kJ/(kg·K)

p=5kPa：t s=32.9℃；h'=137.72kJ/kg；h"=2560.55kJ/kg；s'=0.4761kJ/(kg·K)；

s"=8.3930kJ/(kg·K)

7. 用活塞式压气机将=1kg/s，5MPa、7℃的氧气加压到1.25MPa，（1）若采用一

级压缩，压气机的余容比σ=0.004，压缩过程的多变指数n=1.25，求压气机的容积效

率η

V

和消耗功率P（kW）；(2)若采用二级压缩，中间冷却，每级缸的余容比相等，即

σ

L

=σ

H

=0.004，多变指数也相等，n

L

=n

H

=1.25，再求压气机的容积效率η

V

和消耗功率

P(kW)。已知氧气可作理想气体，比热取定值，

=260J/(kg·K)。(15分)