工程热力学.docx

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工程热力学

大题

1、在温度为27C的环境中，通过轴流式压气机将1kg氮气由P1=0.1MPa,t1=27C压缩到p2=0.6

MPa,t2=57C至少要消耗多少有用功？

（Cp=1.038kJ/kg.K,R=0.296kJ/kg.K）（02年A）

2、两股压力相同的空气流，一股气流温度t1=400C流量为m1=120kg/h，另一股气流

t2=150C，m2=210kg/h。

两股气流经等压绝热混合为混合气流，已知空气比热容cp=1.004kJ/kg.K，环境温度t0=27C。

试求：

（01年A）

（1）混合气流的温度；

（2）混合过程每小时的熵产；

（3）混合过程每小时的可用能损失。

3、p1=0.1MPa,温度为t1=27的空气进入轴流式压气机被绝热压缩至p2=0.34MPa,t2=

167C。

若空气的定压比热容Cp=1005J/（kgK）,气体常数Rg=287J/（kgK）,环境温度t。

=27C,试求：

（1）压气机耗功及绝热效率；

（2）压缩过程熵产及有效能损失。

4、氧气稳定地流过某绝热装置，过程中不作功。

进口处流量为10kg/s,状态为P1=O.6MPa,

ti=2lC；出口处P2=0.1MPa，分成流量各为5kg/s、温度分别为t2'82C和t2”=-40C的两股气流离开装置。

流动过程中工质的动能和位能变化均可忽略不计。

试分别用热力学第一定律和第二定律证明该流动过程能否实现？

已知氧气Cp=0.917kJ/（kgK）；Rg=0.260kJ/（kgK）・。

（04年A）

5、（10分）汽车轮胎内的压力与轮胎内空气的温度有关。

当轮胎内空气温度为25C时，压

力计读数为210kPa，设轮胎内的体积为0.025m3不变，确定当轮胎内空气温度升至50C时，胎内压力升高多少？

在该温度下要恢复到原来的压力需要放出多少空气？

取空气Rg

=0.287kJ/（kg.K）。

（05年A）

6.空气在喷管中定熵流动，从初压1.4MPa,初温200C膨胀到0.14MPa,质量流量为4.5kg/s。

已知空气的定压比热容Cp=1.004kJ/kg.K,绝热指数k=1.4（临界压力比ncr=0.528）。

设初速为零，试设计喷管，即确定喷管形状和尺寸。

（00）

7.在温度为27C的环境中，通过轴流式压气机将1kg氮气由P1=0.1MPa,t1=27C压缩到p2=0.6

MPa,t2=57C至少要消耗多少有用功？

（Cp=1.038kJ/kg.K,R=0.296kJ/kg.K）（00）

8.两股压力相同的空气流，一股气流温度t1=400C,流量为m1=120kg/h,另一股气流t2=150C，m2=210kg/h。

两股气流经等压绝热混合为混合气流，已知空气比热容Cp=1.004

kJ/kg.K,环境温度t0=27C。

试求：

（1）混合气流的温度；

（2）混合过程每小时的熵产；

（3）混合过程每小时的可用能损失。

（01）

p1=2.6MPa,温度

9.空气在出口截面积A2=10cm2的渐缩喷管内定熵流动。

喷管入口压力

01）

t1=80C（流速c1=0）;喷管出口处背压pB=1.2MPa,已知空气比热容cp=1.004kJ/kg.K,临界压力比为ncr0.528，绝热指数k=1.4，试计算喷管出口处的速度及流量。

为20C。

试求：

（1）此制冷循环的制冷系数；

（2）此装置消耗的功率；

（3）传给环境的热量；

（4）将此制冷循环画在T-s图上。

（01）

11.空气在喷管中定熵流动从初压力1.4MPa,初温200C膨胀到0.14MPa,流经喷管的质量

流量为4.5kg/s。

已知空气的定压比热容Cp=1.004kJ/kg.K,绝热指数k=1.4。

试设计喷管，即

确定喷管形状和尺寸。

（临界压力比ncr=0.528）（01）

12.定压加热燃气轮机装置理想循环如P-V图所示，已知初参数P1=0.1MPa,T1=300K,T3=1200

K,增压比p=6,工质cp=1.004kJ/kg.K,g=1.4。

试：

（1）将循环表示在T-s图上；

（2）计算各点压力及温度；（3）计算循环吸热量q1、放热量q2、功量w及循环热效率ht。

（02）

t2=

t0=

13.p1=0.1MPa,温度为t1=27的空气进入轴流式压气机被绝热压缩至p2=0.34MPa,

167C。

若空气的定压比热容cp=1005J/（kg•K）,气体常数Rg=287J/（kg•K）,环境温度

27C,试求：

（1）压气机耗功及绝热效率；

（2）压缩过程熵产及有效能损失。

（03A）

15.二物体A、B组成绝热系统。

已知二物体的热容量和初温分别为（mc）A=2kJ/K,TA=300K

（mc）B=1kJ/K,TB=600K。

试计算：

（1）

B直接接触经不可逆传热而达到热平衡时的温度Tm及此过程的熵产；

B经可逆过程而达到热平衡时的温度TR及此过程中可能完成的功量。

（03B）

A、

（2）

作出等熵流动特性曲线图中的cf（流速）、c（声速）、A（截面积）曲线（即

cf、c、

A、

16.

（1）

A随压力比n=P/p*变化的关系曲线）。

（2）初压p1=3.0MPa,初温t1=400C的过热水蒸气（h1=3235kJ/kh,v1=0.10m3kg）,可逆地流经渐缩绝热喷管而进入pb=2.0MPa的空间（hb=3145kJ/kg,vb=0.14m印kg），喷管出口截面积A2=2.5cm2。

忽略初速，试确定蒸汽的流量。

（已知过热水蒸气的ncr=0.546,

hcr=3085kJ/kg，vcr=0.16m3/kg）（03B）

17.二物体A、B组成绝热系统。

已知二物体的热容量和初温分别为（mc）A=2kJ/K,TA=300K

（mc）B=1kJ/K,TB=600K.试计算：

（1）A、B直接接触经不可逆传热而达到热平衡时的温度Tm及此过程的熵产；

（2）A、B经可逆过程而达到热平衡时的温度TR及此过程中可能完成的功量。

（03B）

18.某房屋用热泵供热维持其室温为20C。

某日户外温度降到-2C，该房屋散热量为80000

kJ/h，若在此条件下热泵供暖系数为2.5，试确定：

（1）热泵消耗的功率；

（2）装置从室外

冷空气中吸取的热量。

（04A）

19.氧气稳定地流过某绝热装置，过程中不作功。

进口处流量为10kg/s，状态为P1=0.6MPa,

cp=0.917kJ/（kg•K）,Rg=0.260

t1=21C;出口处p2=0.1MPa,分成流量各为5kg/s、温度分别为t2'=82C和t2”=-40C的两股气流离开装置。

流动过程中工质的动能和位能变化均可忽略不计。

试分别用热力学第一定律和第二定律证明该流动过程能否实现？

已知氧气

kJ/（kg•K）。

（04A）

20.

0.1MPa的环境中。

其中一个装有压如果由于意外的原因发生爆炸,问

p=1MPa时：

v'=0.0011274m3/kg,

两个材质相同的容器，容积均为1m3，处于压力为力为1MPa的干饱和蒸汽，另一个盛有1MPa的饱和水。

哪一个容器爆炸引起的危害性大些？

为什么？

（已知

v"=0.19430m3/kg,u'=761.4kJ/kg;u"=2583kJ/kg）（04B）

21.（10分）汽车轮胎内的压力与轮胎内空气的温度有关。

当轮胎内空气温度为25C时，压

力计读数为210kPa,设轮胎内的体积为0.025m3不变，确定当轮胎内空气温度升至50C时，

胎内压力升高多少？

在该温度下要恢复到原来的压力需要放出多少空气？

取空气Rg

=0.287kJ/（kg.K）。

（05A）

21.（16分）空气在喷管中定熵流动，初速为零，初温20C,从初压1.4MPa,膨胀到0.14MPa,

质量流量为4.5kg/s。

已知空气的定压比热容cp=1.004kJ/（kg.K），比热容比g=1.4（临界压力

画出定熵流动特性曲线；设计喷管（即确定喷管形状和尺寸）

比ncr=0.528）。

试：

（1）

23.（8分）

（1）将蒸汽压缩制冷循环表示在

（2）一逆卡诺制冷机的制冷量为为20C。

试求：

（1）此制冷循环的制冷系数；

⑷将此制冷循环画在T-s图上。

24.（14分）

（1）作出定熵流动特性图中的c（流速）、a（声速）、A（截面积）曲线（即

比p/p*变化的关系曲线）。

⑵空气在喷管中定熵流动从初压力1.4MPa,初温200C膨胀到0.14MPa,

流量为4.5kg/s。

已知空气的定压比热容cp=1.004kJ/kg.K,绝热指数k=1.4

=0.528）。

试设计喷管,即确定喷管形状和尺寸。

T-s图上。

250000kJ/h，冷藏室的温度保持在-20C,

（2）此装置消耗的功率;（3）

周围环境的温度传给环境的热量；

c、a、A随压力

流经喷管的质量

临界压力比ncr

（2）

25.（8分）

在温度为27C的环境中，通过轴流式压气机将1kg氮气由p1=0.1MPa,t1=27C压缩到p2=0.6

MPa,t2=57C至少要消耗多少有用功（cp=1.038kJ/kg.K,R=0.296kJ/kg.K）（96）

26.（15分）渐缩喷管出口截面积A2=0.5cm2，空气在喷管内定熵流动，已知进口参数为

p2，出口⑵计算空气流经喷管的出口温度T2,比容v2,速度c2以及通过喷管（97）

p1=3bar,t1=127C,c1=0,出口处背压pB=1.56bar。

已知空气比热容cp=1.004kJ/kg.K,绝热指数k=1.4,ncr=0.528,R=0.287kJ/kg.K。

试确定：

⑴喷管出口截面上空气压力处空气的流动状态；的空气流量（kg/h）。

28.

1kg空气由环境状态p1=100kPa,t1=20C,不可逆绝热压缩到p2=800

0.9。

试求压气机所消耗的技术功和该过程的可用能损失，并表

轴流式压气机把kPa,该压气机的绝热效率为示在T-s图上。

（设空气cp=1.004kJ/kg•K,R=0.287kJ/kg-K）（98）

29.一逆卡诺制冷机的制冷量为250000kJ/h,冷藏室的温度保持在-20C,周围环境的温度为20C。

试求：

（1）此制冷循环的制冷系数；

（2）此装置消耗的功率；（3）传给环境的热量；⑷将此制冷循环画在T-s图上。

30.

空气在喷管中定熵流动从初压力1.4MPa,初温200C膨胀到0.14MPa,流经喷管的质量流量为4.5kg/s。

已知空气的定压比热容cp=1.004kJ/kg.K，绝热指数k=1.4（临界压力比ncr=0.528）。

试设计喷管,即确定喷管形状和尺寸。

判断题：

1.热力系统经历不可逆过程，其熵必定增加。

2.热力系统经历吸热过程，其熵必定增加。

3.热力系统经历放热过程，其熵必定减少。

4.经不可逆过程后，就无法使系统回复到原来的状态。

5.系统经历绝热过程，其熵必定不变。

（）（00A、

6.系统经历可逆过程，其熵必定不变。

（）（00A、

7.功可以全部转换为热，而热通过热机只能部分转换为功。

8.工质放热，其熵可能增大，可能不变，也可能减小。

）（98、00A、01B年）（98、00A、01B年）

（98、00A、01B年）

（

01B年）

01B年）

（

）

98、00A、01B年）

9.可逆定容过程中系统与外界交换的热量等于过程终态和初态的内能差，

统与外界交换的热量等于过程终态和初态的焓差。

（）（01年A）

10.处于非平衡状态的系统，其p，v，T是不可能确定的（

的（）。

（04年A）

11.不可逆过程必然导致出现熵产（），系统熵增加（

12.热量、功量、熵产均是过程量（）。

（04年A）

13.封闭系统的熵增加则一定是吸了热（年A）

14.平衡状态是不随时间改变的均匀状态（参数来描写（

）。

（04年B）

）（01年A）

（01年A）

可逆定压过程中系

）；U，V，m也是不可能确定

）。

（04年A）

），熵减少则一定是放了热（

）。

（04

）。

只有处于平衡状态的系统才可用状态

15.有熵产的过程必然不可逆（），熵不变的过程必然可逆（）。

（04年B）

16.系统分别经历可逆及不可逆过程从同一初态到同一终态，则其S-定相同（），对外

交换的热量和功量也一定相同（）。

（04年B）

17.某人声称发明了一种制冷机，在环境温度为22C时可使冷藏室温度维持在0C,且此制

冷机的制冷系数为13.5，这可能吗？

（

18.处于非平衡状态的系统，其各强度量是不可能确定的（

的（）。

（05年A）

）。

（04年B）

），各尺度量也是不可能确定

19.任意过程只要知道其始末状态即可确定过程与外界的热、功量交换（

能的变化（）。

（05年A）

20.系统分别经某可逆和不可逆过程从同一初态到同一终态，则其

交换的热量和功量也一定相同（）。

（05年A）

）及系统热力学

DS一定相同（）,对外

21.系统经历不可逆过程，必然导致系统熵的增加（）,出现熵产（）。

（05年B）

22.系统熵增加的过程必然是不可逆过程（），有熵产的过程必然是不可逆过程（）。

（05

年B）

23.无论在什么过程（可逆与不可逆）中，理想气体热力学能的变化都可以用来计算（），

焓的变化都可以用来计算（）。

（05A）由于数学符号粘贴不上，需要的话可以发给你

24.闭系中发生吸热过程，系统熵一定增加。

（）（97年）

25.热力学关系式du=Tds-pdv表明状态参数之间的关系与过程可逆与否无关。

26.节流过程是等焓过程。

27.热力系处于平衡状态，

（）（97年）

（）（97年）其内部各种参数都必然保持均匀一致。

）（97年）

名词解释，简答题：

1.平衡状态（96）

2.熵产和熵流（96）

3.

96）

饱和湿空气及其特性

4.工程热力学的研究内容和研究方法（97）

5.准平衡过程和可逆过程及其差异（97）

6.理想气体的热力性质特点（97）

7.熵产和熵流（97）

8.饱和湿空气及其特性（97）

9.写出表压力pg和真空度pv与绝对压力P和大气压力pb的关系式（98）

10.试用内能函数和熵函数写出孤立系的热力学第一定律和第二定律表达式

11.试述单元两相系的相平衡条件（98）

12.提高动力循环热效率的基本途径是什么？

提高蒸汽动力循环热效率通常采取哪些措施？

提高燃气轮机动力循环热效率通常采取哪些措施？

（98）

13.

定压、定温过程，

（98）

在初温相同、吸热量相同的条件下，理想气体分别经历可逆的定容、试在T-S图上比较各过程中气体熵变化的大小和吸热平均温度的高低。

14.熵产和熵流（99）

15.饱和湿空气及其特性（99）

16.试述理想气体的热力性质特点（00A）

17.试述饱和湿空气及其特性（00A）

18.

（00A）

写出热力学第一定律基本表达式和开系稳定流动能量方程

19.试比较在下列条件下，理想气体分别以定温、定压、定容方式被加热（过程加热量

相同）时，熵变化量DSTDSpDSV的大小，并在T-S图上表示出来：

⑴初温相同；

（2）终温相同（00A）

20.蒸汽压缩制冷循环中使用的制冷剂应具有哪些热力学性质？

（00A）

21.提高动力循环热效率的基本途径是什么？

提高蒸汽动力循环热效率通常采取哪些措施？

提高燃气轮机动力循环热效率通常采取哪些措施？

（00A）

22.工程热力学的研究内容和研究方法：

（01B）

23•熵流和熵产：

（01B）

24.饱和湿空气及其特性：

（01B）

25.单元两相系的相平衡条件：

（01B）

26.工程热力学的主要研究内容（02）

27.热量和功量的异同（02）

28.准平衡过程和可逆过程及其差异（02）

29.作出定熵流动特性图中的cf（流速）、C（声速）、A（截面积）曲线（即cf、C、A随压力

比p/p*变化的关系曲线），并回答：

（1）若喷管进口处气流流速高于当地声速，应选择什么形状的喷管？

（2）若扩压管进口处气流流速低于当地声速，应选择什么形状的扩压管？

（02）

30.在初态相同和过程吸热量相同的条件下，理想气体分别经历可逆的定温、定压、定容过

程，试在T-s图上比较各过程终温的高低、终压的大小、终熵的大小和平均吸热温度的高低。

（02）

31.

A、B串联工作。

A热机在800C下得到热量，并对温度为T的热源放热；B

T的热源吸收A热机排出的热量，并向25C的冷源放热。

在下述情况下计算

（1）二热机输出功相等；

（2）二热机

效率相等。

（02）

32.在T-s图上讨论未饱和空气变化到饱和空气的几种途径及饱和空气的特性

33.简述工程热力学的研究内容和研究方法。

（03A）

34.简述熵产和熵流。

（03A）

35.简述理想气体热力性质的特点。

36.“若X为系统的任一状态参数，法是否正确？

为什么？

（03A）

37.作出等熵流动特性曲线图中的

（03A）

则对于任意可逆或不可逆循环均满足/

Cf（流速）、c（声速）、A

压力比P/p*变化的关系曲线）。

（03A）

38.试据热力学第一定律和第二定律写出基本热力学关系式，

39.试写出湿空气绝对湿度、相对湿度、含湿量和比焓的定义，

40.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

尺度量、强度量和比参数（03B）可逆过程（03B）熵增原理（03B）绝对湿度和相对湿度（03B）分压力和分压定律（03B）简述工程热力学的研究内容和研究方法。

简述准平衡过程和可逆过程及其差异。

简述孤立体系熵增原理。

（04A）提高蒸汽动力循环热效率的措施有哪些？

写出稳定流动能量方程式，并说明各项含义。

工程热力学的研究内容是什么？

（04B）

（04A）

（04A）

（04A）

（04A）

简述准平衡过程、可逆过程、不可逆过程、不可能过程。

简述孤立体系熵增原理。

（04B）

（02）

dX=0。

”这种说

截面积）曲线（即

cf、c、

并说明u（s,V）是特性函数。

并简述饱和空气的性质。

（03A）

（03A）

二卡诺热机热机从温度为温度T：

53.提高燃气轮机动力循环热效率的措施有哪些？

（04B）

54.写出稳定流动能量方程式，并说明各项含义。

（04B

55.一房屋在冬季10月至12月用2kW的电阻加热器供热，每天使用10小时。

若改用COP

0.50元/kWh。

（05A）

为2.4的热泵供热，能节约多少钱？

设电价为

56.某人声称发明了一种制冷机，

在0C,这可能吗？

为什么？

57.简述饱和湿空气及其性质。

58.理想气体经一绝热节流过程，

59.某人声称发明了一种制冷机，

在0C,这可能吗？

为什么？

60.简述饱和湿空气及其性质。

。

（98）

9.热力学第一定律的基本表达式

程式。

（99）

10.用态函数f（T,v）和g（T,p）表达的简单可压缩均匀体系的基本热力学关系式：

df

=；dg=

11.孤立系统热力状态自发变化总是朝

衡时具有

12.孤立系统热力状态自发变化总是朝

衡时具有

;开系稳定流动能量方

。

（99）

_方向进行，当系统达到平

值。

（99）

值。

（99）

方向进行，当系统达到平

v=

6•理想气体的质量定压比热容

温度的升高而。

（98）

7•制冷循环可通过消

。

（97）

5.已知简单可压缩均匀系的态函数g（T,P）的全微dg=（?

g/?

T）pdT+（?

g/?

p）Tdp，贝Us=

;并说明g（T,p）是特性函数。

（97）

Cp和定容比热容Cv为的单值函数，其比值k=Cp/Cv随

耗或来实现；制冷装置可分为

—等几种类型。

（98）

&由温度为T的热源取出热量Q,其可用能为;由环境取出热量Q,其可用能为

13.已知简单可压缩系的态函数g（T,P）的全微分，则s=

14.热力学第一定律的基本表达式

方程式

15.由温度为T的热源取出热量Q,其可用能为

；开系稳定流动能量

。

（01）

;由环境取出热量Q,其可用能

。

（01）

16.按照定熵流动关系，亚声速气流进入渐扩的绝热流道，其流速将，压力将;

超声速气流进入渐缩的绝热流道，其流速将___，压力将o（01）

17.制冷循环可通过消耗或来实现；制冷装置可分为

等几种类型。

（01）

17.工质在动力循环中；工质在制冷循环中。

（02）

18.2000kJ的热量从温度为800K的热源散失到温度为300K的环境中，有效能损失为

;若在该热源与环境之间设置一卡诺热机，则该卡诺热机的热效率为

o（02）

19.经一不可逆过程后，若工质的熵减少，则外界的熵

的熵增加，则外界的熵

（选填：

增/减/不变/不定）

20.工程热力学主要研究

21.稳定流动能量方程式：

22.定温-定容系统的平衡判据：

孤立系统的平衡判据：

23.经一不可逆循环，工质的熵

24.理想气体的热力学能和焓都只是

度。

（03）

25.制冷循环可通过消耗_

等几种类型。

（03）

26.理想气体的内能、焓是的函数，经绝热节流，其温度

o经一不可逆过程后，若工质

o经一不可逆循环后，工质的熵，而外界的熵

（02）其研究方法是

o（03）

;定温-定压系统的平衡判据：

o（03）

o（03）

，外界的熵o（03）

的函数。

经绝热节流，理想气体的温

来实现；常用的制冷装置有

o（04）

27.某制冷系统蒸发器内的真空度为284mmHg（毫米汞柱），若当地大气压力为742mmHg,

则蒸发器内的绝对压力为MPa（汞的密度为13596kg/m3）o（04）

28.

等四个过程

动力装置或制冷装置中，工质经历

构成的循环，对外发生热和功的交换。

（04）

29.

MPa。

假定大气压力为101kPa,

在海平面30米以下的潜水者受到的压力为

海水密度为1.03kg/m3o（04）

30•容积为20m3的圆柱形容器内原