西工大工热题 答案

诚信保证

本人知晓我校考场规则和违纪处分条例的有关规定，保证遵守考场规则，诚实做人。本人签字：

编号：

西北工业大学考试试题（卷）Array 2009 －2010 第1 学期

开课学院动力与能源学院课程工程热力学学时56

2. 命题教师和审题教师姓名应在试卷存档时填写。共3 页第1页

32℃相对湿度98%空气

水40℃

20℃相对湿度

50%空气

水25℃

2009－2010学年第一学期《工程热力学》课程

参考答案与评分标准

一、试回答下述问题（每题4分，共40分）

1.1 最近国际上召开了一个与节能减排密切相关的国际会议,会议名称和召开地点是

什么（1分）？解决了什么问题（1分）？你的立场是什么（1分）？试从热力学的角

度解释之（1分）。

1.2 从历史上看，蒸汽机并不是瓦特一人发明的，从巴本的“蒸煮器”到瓦特的蒸汽机，其间持续了100多年。但人们却更愿意把蒸汽机的发明权授予瓦特而不是其他人，你如何看待这件事？（1分）为什么？（3分）

1.3范德瓦尔方程是如何得到的？（1分）它对于实际气体的意义是什么？（1分）范

德瓦尔采用的方法属于宏观方法还是微观方法？（2分）

1.4 温度是影响热机热效率的最本质的影响因素，所以提高热机热效率的最根本的方

法就是努力地、拼命地提高其工质温度，这种方法对吗？（4分）

1.5 航空发动机目前正在向大推重比、高效率的方向发展，从工程热力学的角度谈谈

我国航空发动机如何才能实现超常规的跨越式发展，缩短与国际先进水平的差距，走

出具有自己特色的发展之路。（4分）

1.6热力学是如何描述化学平衡的？（2分）与化学动力学相比有何特点？（2分）

1.7 试从水的热力性质谈谈水对人类以及对地球的意义。（2分）空气中水蒸汽的含量仅百分之几，它起的作用是什么？是否无关紧要，可以忽略? （2分）

1.8 压力和温度有何共性和异性？（2分）温度有“温标”，压力有“压标”吗？为

什么?（2分）

1.9 热力学能、焓、熵的零点可以任意选取吗？应该如何选取？（2分）为什么？（2分）。

1.10 一个热能转换装置，每供给1kW﹒h的电能就可以获得3kW﹒h的热能。该装置

违反热力学第一定律或热力学第二定律吗？是否可能？（4分）

二、试通过画图证明如下命题(每题4分，其中画图3分，说明1分，共24分)

2.1 工质由液态到气态并不一定要经过两相共存区，但由固态到液态或由固态到气态

则必须通过两相共存区。

2.2循环功既是技术功，也是体积功，即0d d w p v v p ==-⎰⎰ 。

2.3对于未饱和湿空气有干球温度＞湿球温度＞露点温度，即 t ＞wb t ＞D t 。 2.4活塞式压气机压比π越大，其容积效率V η（即汽缸有效容积与活塞排量之比）越小。甚至当π增大到某一值时，会使V η=0。

2.5两股未饱和湿空气经绝热混合后有可能会有液态水析出。

2.6在一定的最大体积（或比体积）和最小体积的范围内，内燃机定容加热循环即奥托循环具有最高的热效率，故奥托循环可称为容限循环。试以卡诺循环与奥托循环相比较，运用p-v 图和T-s 图分析证明：Otto ,t η≥t,Carnot η，O tto ,0w ≥Carnot ,0w 。

三、证明题（共15分）一理想气体循环由下列过程组成：（1）由初温1T 开始定容加热过程，定容增压比为л。（2）可逆绝热膨胀过程，压力降回初压。（3）定压压缩过程，体积又回到循环初始值。该循环称为勒诺循环（Lenoir cycle ）。试在p-v 图上和T-s 图上画出这个循环，并证明 ：

热效率为 1

t (1)

11

κκπηπ-=--

循环功为 1

g 1

0(1)1

R T w κπκκπκ=

+---

式中κ和g R 分别为该理想气体的定熵指数和气体常数。 证明：p-v 图（2.5分）和T-s 图（2.5分）见图。

2

21

11

p T T T p π==（1分）

， 1

11332112

()p T T T T p κκκκκπππ---==⋅=（1

分）

循环吸热量 112211()(1)V V q q c T T c T π==-=-（2分）

循环p-v 图和T-s 图

循环放热量 1

231311()(1)p p q q c T T c T κπ==-=-（2分）

则热效率为 1

1

12t 11(1)(1)

111(1)1

p V c T q q c T κ

κ

πκπηππ--=-

=-=-

--（2分） 11

g 1

01211(1)(1)(1)1

V p R T w q q c T c T πππκκπκ=-=---=+---（2分）

四、计算题（本题21分）

在发电厂内，水从冷凝器带走热量，之后进入冷却塔进行冷却，冷却后的水又进入冷凝器。如图所示，在大气压为0.101325Mpa 情况下，每分钟有10000kg 、温度为40℃的水进入冷却塔，离开冷却塔的水温是25℃。进入冷却塔的空气温度为20℃的水进入冷却塔，离开冷却塔的温度为32℃。试： 1.计算进入冷却塔空气流量；

2.计算从冷却塔底部离开冷却塔的水的质量流量；

3.在湿度图上画出湿空气的过程，该过程是一个什么过程？

已知饱和水与饱和蒸汽物性参数为

s (20C)p 。=0.0023385M P a ， s (32C)p 。=0.0047976M P a

解：取冷却塔为热力系，设进口为1，

出口为2，空气流为a ，水流为w ，对该开口系列能量平衡：

a11w1w1a22w2w2m m m m q h q h q h q h +=+ （1）

（1分） 干空气质量守恒a1a2a m m m q q q == （2）（1分） 水分质量守恒

a11w1a22w2m m m m q d q q d q +=+ （3）

（1分） 湿空气物性

1s 111s 1()

0.622

()

p T d p p T ϕϕ=- （4）（1分）

11111.005(2501 1.86)h t d t =++ （5）

（1分） 2s 222s 2()

0.622

()

p T d p p T ϕϕ=- （6）（1分） 22221.005(2501 1.86)h t d t =++ （7）

（1分） 水的物性 w1w14.186h t = （8） w2w24.186h t = （9）（1分）

查饱和水与饱和蒸汽物性表s 1s ()(20C)p T p =。=0.0023385Mpa ，s 2s ()(32C)p T p =。=0.0047976Mpa

四题图

32℃相对湿度98%空气

20℃相对湿度

50%空气

水25℃

水40℃