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工程热力学试题答案
工程热力学试题答案
北京信息科技大学
2008~2009学年第1学期
《工程热力学》课程期末考试试卷答案
授课系别:
机电工程学院适用班级:
车0601-车0602考试形式:
闭卷
班级:
姓名:
学号:
题号
一
二
三
四
五
六
七
总分
得分
一、判断题(正确√,错误×,每题1分,共15分)
1、闭口系统进行一放热过程,其熵一定减少(×)
2、容器中气体的压力不变,则压力表的读数也绝对不会改变。
(×)
3、对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析,其结果与所取系统的形式无关。
(√)
4、工质经过不可逆过程的熵变必然等于经历可逆过程的熵变。
(×)
5、对于过热水蒸气,干度
。
(×)
6、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。
(√)
7、工质经历一可逆循环,其∮ds=0,而工质经历一不可逆循环,其∮ds>0。
(×)
8、任何动力循环,循环净功w0总等于循环净热量q0,即总有w0=q0。
(√)
9、稳定流动系统进出口工质的状态相同。
(×)
10、不可能从单一热源取热使之完全变为功。
(×)
11、通用气体常数对实际气体和理想气体都是一个不变的常数。
(×)
12、理想气体的热力学能、焓和熵不仅仅是温度的单值函数。
(√)
13、处于平衡状态的热力系,各处应具有均匀一致的温度和压力。
(√)
14、水蒸气在定温过程中
。
(×)
15、理想气体绝热节流后温度不变。
(√)
二、选择题(将正确答案对应的字母填入括弧中,每题1分,共15分)
1、系统在可逆过程中与外界传递的热量,其数值大小取决于(A)。
(A)系统的初、终态;(B)系统所经历的过程;
(C)(A)和(B);(D)系统的熵变。
2、不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后,其结果只能是(A)。
(A)全部水变成水蒸汽(B)部分水变成水蒸汽
(C)部分或全部水变成水蒸汽(D)不能确定
3、工质熵减少的过程(B)
(A)不能进行(B)可以进行
(C)必须伴随自发过程才能进行
4、闭口系统功的计算式W=U1-U2(A)
(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。
5、下面那个过程是可逆过程。
(C)
(A).可以从终态回复到初态的(B).没有摩擦的
(C).没有摩擦的准静态过程(D).没有温差的
6、不可逆循环的熵产必然是(B)。
A、等于零B、大于零C、小于零
7、确定湿蒸汽状态的一组参数是C
(A)p、T;(B)
(C)T,X(D)上述三者之一
8、同一地点,普通锅中的开水与高压锅中的开水(D)
(A)温度相同,压力不同;(B)压力相同,温度不同
(C)压力相同,温度相同;(D)压力不同,温度不同
9、在所列的压力中哪个不是状态参数(B、C)。
A、绝对压力B、分压力C、表压力
10、功损来自于(C)。
A、不等温传热B、物质交换C、运动摩擦
11、不可逆损失来源于(A、B、C)。
A、运动摩擦B、不等温传热C、任何耗散效应
12、干度χ的取值可以是(A、C)。
A、χ=1B、χ>1C、χ<1
13、卡诺热机效率比实际热机效率(C)。
A、小B、二者相等C、大
14、制冷系数ε可以是(A、B、C)。
A、大于1B、等于1C、小于1
15、供热系数ζ可以是(A、B、C)。
A、大于1B、等于1C、小于1
三、简单计算:
(每题10分,共30分)
(一)某容器被一刚性壁分成两部分,在容器的不同部位安装有压力表,如下图所示。
压力表B上的读数为75kPa,压力表C上的读数为0.11MPa。
如果大气压力为97kPa,试确定压力表A上的读数及容器两部分内空气的绝对压力。
(10分)
解:
P1=Pc+Pb=0.11MPa+0.097MPa=0.207MPa
∵P1=PB+P2∴P2=P1-PB=0.207-0.075=0.132MPa
∵P2=PA+Pb∴PA=P2-Pb=0.132-0.097=0.035MPa
(二)系统经一热力过程,放热8kJ,对外作功26kJ。
为使其返回原状态,对系统加热6kJ,问需对系统作功多少?
解:
根据能量方程有
(kJ)
(三)请画出朗肯循环的p-v图、T-s图和h-s图并推导朗肯循环的热效率。
解:
p-v图、T-s图和h-s图如下:
泵功一般很小,占0.8~1%,忽略泵功
所以,朗肯循环的热效率为:
四、证明题:
(10分)
有二物体质量相同,均为m;比热容相同,均为cp(比热容为定值,不随温度变化)。
A物体初温为TA,B物体初温为TB(TA>TB)。
用它们作为热源和冷源,使可逆热机工作于其间,直至二物体温度相等为止。
试证明:
二物体最后达到的平衡温度为
[证明]
可由计算熵增办法证明。
将热源
、冷源
和热机考虑为一个孤立系,因整个过程是可逆的,因此
即
所以
五、综合应用题:
(每题15分,共30分)
(一)某热机在每个循环中从T1=600K的高温热源吸收Q1=419kJ的热量和可逆地向T2=300K的低温热源假设分别排出
(1)Q2=209.5kJ;
(2)Q2=314.25kJ;(3)Q2=104.75kJ热量,请分别利用卡诺定理、孤立系统熵增原理、克劳休斯积分不等式计算证明,在这三种情况中,哪个是不可逆的、哪个是可逆的和哪个是不可能的?
并对不可逆循环计算出其不可逆损失,大气环境温度T0=300K(20分)
1.采用孤立系统熵增原理证明
(1)
,可逆
(2)
,不可逆
(3)
,不可能
(4)
2.采用卡诺定理证明
(1)
可逆
(2)
,不可逆
(3)
,不可能
(4)
3.采用克劳修斯积分计算证明
(1)
,可逆
(2)
不可逆
(3)
,不可能
(4)
(二)已知活塞式内燃机定容加热循环的进气参数为p1=0.1MPa、t1=50℃,压缩比
,加入的热量q1=750kJ/kg。
试求循环的最高温度、最高压力、压升比、循环的净功和理论热效率。
认为工质是空气并按定比热容理想气体计算。
[解]活塞式内燃机定容加热循环的图示见a)、b)图示
,理论热效率由(6-5)式得:
循环净功
最高温度
须先求出
,因
过程是等熵过程,由(3-89)式得
因为
所以
最高压力
须先求出
和
过程是定容过程,因此
即
所以
则
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