哈工大05年工程热力学考题及答案.doc

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哈工大 2004 年 秋 季学期

工程热力学 试 题

一.是非题 (10分)

1.系统的平衡状态是指系统在无外界影响的条件下,不考虑外力场作用,宏观热力性质 不随时间而变化的状态。( )

2.不管过程是否可逆,开口绝热稳流系统的技术功总是等于初、终态的焓差。 ( )

3.工质经历一可逆循环,其∮d s =0,而工质经历一不可逆循环,其∮d s >0。( ) 4.理想气体在绝热容器中作自由膨胀,则气体温度与压力的表达式为k

k p p T T 1

1212-⎪⎪⎭

⎝⎛=

( )

5.对一渐放型喷管,当进口流速为超音速时,可做扩压管使用。 ( ) 6.对于过热水蒸气,干度1>x ( ) 7.在研究热力系统能量平衡时,存在下列关系式:sur sys E E += 恒量, △S s y s +△S s u r = 恒量。( )

8.对于渐缩喷管,若气流的初参数一定,那么随着背压的降低,流量将增大,但最多 增大到临界流量。( )

9.膨胀功、流动功和技术功都是与过程路径有关的过程量 ( ) 10.在管道内定熵流动过程中,各点的滞止参数都相同。( )

二.选择题 (10分)

1.湿蒸汽经定温膨胀过程后其内能变化_________ (A )△U = 0 (B )△U >0

(C )△U <0 (D )△U <0或△U >0 2.压气机压缩气体所耗理论轴功为_________

(A )

pdv 1

2

⎰ (B )d pv ()1

2

⎰ (C )pdu 1

2

⎰+p 1v 1-p 2v 2

第 页 (共 页)

草 纸

(草纸内不得答题)

3.多级(共Z级)压气机压力比的分配原则应是_________ (A)βi = (P Z+1 +P1)/ Z (B)βi = (P Z+1 / P1)1 / Z

(C)βi = P Z+1/P1 (D)βi =(P Z+1 / P1)/ Z 4.工质熵减少的过程_________

(A)不能进行(B)可以进行

(C)必须伴随自发过程才能进行

5.闭口系统功的计算式W = U1-U2_________

(A)适用于可逆与不可逆的绝热过程。

(B)只适用于绝热自由膨胀过程。

(C)只适用于理想气体的绝热过程。

(D)只适用于可逆绝热过程。

三.填空题(10分)

1.理想气体多变指数n=1,系统与外界传热量q=_________;多变指数n=±∞,系统与外界传热量q=_________。

2.卡诺循环包括两个_________过程和两个_________过程

3.水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________,在高温时较__________,

在临界温度为__________。

4.在T—S图上,定压线的斜率是_________;定容线的斜率是_________

5.理想气体音速的计算式:_________,马赫数的定义式为:_________

四、名词解释(每题2分,共8分)

1.孤立系统

2.焓

3.热力学第二定律及数学表达式

5.相对湿度第页(共页)

草纸

(草纸内不得答题)

五 简答题(8分)

1. 闭口系统从温度为300K 的热源中取热500kJ ,系统熵增加20kJ /K ,问这一过程

能否实现,为什么

2. 已知房间内湿空气的t 、wet t 温度,试用H —d 图定性的确定湿空气状态。

六.计算题(共54分)

1.空气的初态为p 1=150kPa ,t 1=27℃,今压缩2kg 空气,使其容积为原来的

4

1

。若分别进 行可逆定温压缩和可逆绝热压缩,求这两种情况下的终态参数,过程热量、功量以及内能的变化,

并画出p -v 图,比较两种压缩过程功量的大小。(空气:p c =1.004kJ/(kgK),R=0.287kJ/(kgK))(20分)

2. 某热机在T 1 = 1800 K 和T 2 = 450K 的热源间进行卡诺循环,若工质从热源吸热1000KJ ,试计算:(A )循环的最大功?(B )如果工质在吸热过程中与高温热源的温差为100K ,在过程中与低温热源的温差为50K ,则该热量中能转变为多少功?热效率是多少?(C )如果循环过程中,不仅存在传热温差,并由于摩擦使循环功减小10KJ ,则热机的热效率是多少?(14分)

3.已知气体燃烧产物的c p =1.089kJ/kg ·K 和k =1.36,并以流量m =45kg/s 流经一喷管,进口p 1=1bar 、

T 1=1100K 、c 1=1800m/s 。喷管出口气体的压力p 2=0.343bar ,喷管的流量系数c d =0.96;喷管效率为 =0.88。求合适的喉部截面积、喷管出口的截面积和出口温度。(空气:p c =1.004kJ/(kgK),

R=0.287kJ/(kgK))(20分)

(计算题均答在下一页) 第 页 (共 页)

试题:

2005工程热力学 试题答案

一.是非题 (10分)

1、√

2、√

3、×

4、×

5、√

6、×

7、×

8、√

9、× 10、√

二.选择题 (10分) 1、B 2、C 3、B 4、 B 5、A

三.填空题 (10分)

1、功W ; 内能U

2、定温变化过程, 定熵变化

3、小, 大, 0

4、对数曲线,对数曲线

5、

a ==, c

M a

=

四、名词解释(每题2分,共8分) 1、孤立系统:系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统。

2、焓:为简化计算,将流动工质传递的总能量中,取决于工质的热力状态的那部分能量,写在一起,引入一新的物理量,称为焓。

3、热力学第二定律:克劳修斯(Clausius)说法:不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。开尔文一浦朗克(Kelvin —Plank)说法:不可能制造只从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。

4、相对湿度:湿空气的绝对湿度v ρ与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s ρ的比值,称为相对湿度ϕ。

五 简答题(8分)

1、答:能实现

对于可逆过程的熵有:q

ds T

δ=

,则系统从热源取热时

的可能达到的最小熵增为:500 1.67/300kJ

ds kJ k K

=

,20/ 1.67/s kJ k kJ k ∆=>,因此该过程是可以实现的。

2、答:在h —d 图上,沿温度值为wet t 的温度线,与相对

湿度线100%ϕ=交于一点a ,从a 点沿等焓线与温度值为

t 的温度线交于一点b ,b 点几位室内空气状态参数。如右

图所示。

六.计算题(共54分) 1.解:1、定温压缩过程时:

据理想气体状态方程:pV mRT = 可

知初状态下体积:

3

13

20.287(27273)114815010

mRT V m p -⨯⨯+=

==⨯ 据:

1122

12

p V p V T T =

,定温过程,即21T T =,且3211

2874

V V m ==, 因此有

1

2112

44150600V p p p kPa V =

==⨯= 即定温压缩终态参数为:2300T K =,32287V m =,

2600p kPa =

等温过程,内能变化为零,即:0U kJ ∆= 压缩功:12150

ln

20.287300ln 238.7600

p W mRT kJ p ==⨯⨯⨯=- 据热力学第一定律:Q U W =∆+

该过程放出热量:238.7Q W kJ ==-

2、可逆绝热压缩过程:

同样可知:3211

2874

V V m ==

据绝热过程方程式:1122k k

p v p v =

1.41212

()15041044.7k v

p p kPa v ==⨯=

据:

1

2112

()k k

T v T v -=,可

11.4

1

11.

4212

()(27273)4445.8k k

v T T K v --==+⨯=

即可逆绝热压缩终态参数为:32287V m =,21044.7p kPa =,

2445.8T K =

因为该过程为可逆绝热压缩,因此:0Q =kJ 内

21()(1.0040.287)(445.8300)104.5v U c T T kJ ∆=-=-⨯-= 过程的压缩功为:104.5W U kJ =-∆=- 2.解:(A )按照卡诺循环时,热效率为:

211450

1175%1800

T W Q T η=

=-=-= 能够达到的最大的功为:

1100075%750W Q kJ η==⨯=

(B )工质在吸热过程中与高温热源的温差为100K ,在过程中与低温热源的温差为50K 的情况下:

21145050

1170.6%1800100

T W Q T η+=

=-=-=- 转变的功为:

1100070.6%706W Q kJ η==⨯=

3.答案:喉部截面积321.0=c f m 2,喷管出口的截面积

20.438f =m 2

,出口截面处气体的温度为828.67K

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