《工程热力学与传热学》试题及答案 下载本文

《工程热力学与传热学》

一、填空题(每题2分,计20分)

1.如果热力系统与外界之间没有任何形式的能量交换,那么这个热力系统一定是( ) 2.理想气体的比热容只与( ) 参数有关。

3.若组成热力系统的各部分之间没有热量传递,热力系统将处于热平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ) 。

4.若组成热力系统的各部分之间没有相对位移,热力系统将处于力平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ) 。

5.干饱和蒸汽被定熵压缩,将变为:( ) 。

6.湿空气压力一定时,其中水蒸气的分压力取决于( ) 。 7. 再热循环的目的是( ) 。 8. 回热循环的主要目的是( ) 。

9.热辐射可以不依靠( ) ,在真空中传播。

10. 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态,而与( ) 的过程无关。

二. 判断题(每题1分,计20分)

1.孤立系统的热力状态不能发生变化;( ) 2.孤立系统就是绝热闭口系统;( ) 3.气体吸热后热力学能一定升高;( ) 4.只有加热,才能使气体的温度升高;( ) 5.气体被压缩时一定消耗外功;( )

6.封闭热力系内发生可逆定容过程,系统一定不对外作容积变化功;( ) 7.流动功的改变量仅取决于系统进出口状态,而与工质经历的过程无关;( ) 8.在闭口热力系中,焓h是由热力学能u和推动功pv两部分组成。( ) 9.理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。( )

10.对于确定的理想气体,其定压比热容与定容比热容之比cp/cv的大小与气体的温度无关。( )

11.一切可逆热机的热效率均相同;( )

12.不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率;( )

13.如果从同一状态到同一终态有两条途径:一为可逆过程,一为不可逆过程,则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变;( )

《工程热力学与传热学》期末复习题 第1页 共12页

14.如果从同一状态到同一终态有两条途径:一为可逆过程,一为不可逆过程,则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变;( )

15.不可逆过程的熵变无法计算;( )

16.工质被加热熵一定增大,工质放热熵一定减小;( ) 17.封闭热力系统发生放热过程,系统的熵必然减少。( ) 18.由理想气体组成的封闭系统吸热后其温度必然增加;( ) 19.知道了温度和压力,就可确定水蒸气的状态;( ) 20.水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W;( )

三. 问答题(每题5分,计20分)

1. 说明什么是准平衡过程?什么是可逆过程?指出准平衡过程和可逆过程的关系。

2. 试指出膨胀功,轴功,技术功,流动功的区别和联系,写出可逆过程中膨胀功,技术

功的计算公式。

3. 写出开口系统稳定流动能量方程式的表达式,说明式中各量的含义。

4. 什么是饱和湿空气?什么是未饱和湿空气?如何将未饱和湿空气转变为饱和湿空

气?

四 . 计算题(每题10分,计40分) 1.2 kg空气经过定温膨胀的可逆过程,从初态压力为 p1=9.807 bar,t1=300 oC膨胀到终态容积为初态容积的5倍。试计算:(1)空气的终态参数;(2)对外界所作的膨胀功和交换的热量;(3)热力学能,焓和熵的变化量。设空气的cp=1.004 kJ/(kg·K),Rg=0.287 kJ/(kg·K),K=1.4。

《工程热力学与传热学》期末复习题 第2页 共12页

2.两质量相同,比热容相同(为常数)的物体A,B,初温各为TA与TB,用它们作高温热源和低温热源,使可逆机在其间工作,直至两物体温度相等为止。 试求:(1)平衡时的温度Tm;

(2)可逆机的总功量;

(3)如果两物体直接进行热交换至温度相等,求此平衡温度Tm及两物体的总熵变。

3.1 Kmol的理想气体,从初态p1=0.5 MPa,T1=340 K绝热膨胀到原来体积的2倍。已知气

体的Cp,m= 33.44 kJ/(mol·K),Cv,m= 25.12 kJ/(mol·K),试确定在下述情况下气体的终温,对外所作的功及熵的变化量。(1)可逆绝热过程;(2)气体向真空自由膨胀。

4.欲设计一热机,使之能从温度为973 K的高温热源吸热2 000 kJ,并向温度为303 K的

冷源放热800 kJ。试确定(1)此循环能否实现?(2)若把此热机当作制冷机用,从冷源吸热800 kJ,是否可能向热源放热2 000 kJ?此时,至少需耗多少功?

《工程热力学与传热学》期末复习题 第3页 共12页

一、填空题

1孤立系统 2温度 3温度差4压力差 5过热蒸汽6 含湿量7增加蒸汽干度8提高进入锅炉的给水温度9中间介质 10工质经历

二、判断题

1-5错错错错对 6-10对对错错错 11-15错错对错错 16-20错错错错错

三. 问答题1、答:(1)准平衡过程:是假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近平衡态的过程,(2)可逆过程:是指如果系统完成了某一过程之后,再沿着原路逆行,恢复到原来的状态,外界也随之回复到原来的状态的过程。(3)准平衡过程和可逆过程的关系:准平衡过程着眼于系统内的平衡,可逆过程着眼于系统和外界的总平衡。一个准平衡过程不一定是可逆过程,但一个可逆过程一定是一个准平衡过程。可逆过程是无耗散的准平衡过程。

2.答:(1)膨胀功:是由于工质体积的变化对外所做的功;技术功:是指工程技术上可以直接利用的功,包括宏观动能,宏观位能,轴功;流动功:推动工质流动而做的功称为流动功。

1膨胀功,技术功,流动功的联系为:w?wt?(p2v2?p1v1)?ws??cf2?g?z??(pv)。

2(2)可逆过程中膨胀功的计算公式:w??pdv;技术功的计算公式:wt???vdp。

1122

1(2)式中各量?cf2?g?z?ws。

212含义:q为工质与外界交换的热量,?h为工质进出口焓的变化,?cf为工质宏观动能的

23.答:(1)开口系统稳定流动的能量方程式为:q??h?变化,g?z为工质宏观位能的变化,ws系统对外所作轴功。

4.答:(1)饱和湿空气:是由干空气和干饱和水蒸气组成的空气。(2)不饱和湿空气:是由干空气和过热水蒸气组成的空气。(3)将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种:

方法1:湿空气温度T一定时,增加水蒸气分压力 pv?pvmax?ps(T), 方法2:保持水蒸气含量pv不变,降低湿空气温度T?Ts(pv)。

四 . 计算题

1.解:(1)取空气为热力系统,对可逆定温过程1-2,由参数间的相互关系得:

p2?p1v21?9.807??1.961bar. v150.287?103?(273?300)3??0.1677kg/m9.807?105

由理想气体状态方程式得;

v1?RgT1p1v2?5v1?0.8385m3/kg《工程热力学与传热学》期末复习题 第4页 共12页

定温过程:T1?T2?573K

(2)气体对外所作的功及交换的热量:

WT?QT?p1V1lnV2V1?9.807?105?(2?0.1677)?ln5?529.4kJ

(3)过程中热力学能,焓,熵的变化为:

?U1?2?0,?H1?2?0,?S1?2?mRglnV2?0.9238kJ/K V12.解:(1)取A,B物体及热机为孤立系统, 则有:?Siso??SA??SB??SE?0, 其中:?SE?0,

因此:?Siso??SA??SB?mc?TmT1TmdTdT?mc??0

TBTTT2即: mcln?mcln?0,lnm?0

TATBTATB2或 Tm?1,所以 Tm?TATB

TATBTmTm(2)A物体为有限热源,过程中放出热量Q1,B物体为有限冷源,过程中要吸收热量Q2,并且:Q1?mc(TA?Tm),Q2?mc(Tm?TB), 热机为可逆热机时,由能量守恒:

W?Q1?Q2?mc(T1?Tm)?mc(Tm?TB)?mc(TA?TB?2Tm)。

(3)两物体直接进行能量交换直至温度相等时,可列出能量守恒方程: mc(T1?T'm)?mc(T'm?TA) 因此: Tm?'TA?TB2

3.解:首先计算比热容比:??(1)对可逆绝热过程: 终温:T2?T1(Cp,mCV,m?33.44?1.33 25.121)??1?340K?()1.33?1?270K。 V22V1《工程热力学与传热学》期末复习题 第5页 共12页

对外所作的功:

W?mcV(T1?T2)?nCV,m(T1?T2)?1?10mol?25.12J/(mol?K)?(340?270)K?1758J3

熵的变化量:?S?0

(2)气体向真空自由膨胀,有W?0,又过程绝热,则Q?0,因此由闭口系能量方程Q?W??U,得?U?0。 即终温:T2?T1?340K 熵的变化量:

?S?m(cVlnT2T1?RglnV2V1)?mRglnV2V1?nRlnV2V1

?1?103mol?8.314J/(mol?K)?ln2?5.77kJ/K

4.解:(1)方法1:利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行,

??QT?Q1T1?Q2T2?2000kJ?800kJ???0.585kJ/K?0

973K303K所以此循环能实现,且为不可逆循环。

或方法2:利用孤立系统熵增原理来判断循环是否可行,孤立系统由高温热源,低温热源,热机及功源组成,因此:

?Siso??SH??SL??SR??SW?Q1T1?Q2T2?0?0??2000kJ800kJ??0.585kJ/K?0973K303K 孤立系统的熵是增加的,所以此循环可以实现。

(2)若将此热机当作制冷机使用,使其逆行,显然不可能进行。也可借助与上述方法的任一种重新判断。

若使制冷机能从冷源吸热800 kJ,假设至少耗功Wmin,根据孤立系统熵增原理,

?Siiso??SH??SL??SR??SW?解得:Wmin?1769kJ。

Q1T1?Q2T2?0?0?800kJ?Wnet973K??800kJ?0

303K《工程热力学与传热学》期末复习题 第6页 共12页