工程热力学试卷.doc

广州大学  2007~2008  学年第 2 学期考试卷

课程  工程热力学  考试形式（开/闭卷，考试/查）
学院  土木  系  建备  专业  2006  班级     班  学号      姓名           
题次
一
二
三
四
五
总分
评卷人
分数
8
12
30
8
42
100

评分

一．填空题(每空1分,共8分)
1、  系统与外界之间没有__ __传递和__ __交换的系统，称为孤立系统。
2、  若已知工质的表压力为0.07MPa，当地大气压力为0.1MPa。则工质的绝对压力为     MPa。
3、  某工质在某过程中内能增加15KJ，对外作功15KJ，则此过程中工质与外界交换热量Q＝      KJ。
4、  露点是对应于湿空气中水蒸气分压力下的     温度。
5、  当湿蒸汽的干度x＝1时， 工质全部为  。
6、  压缩因子z反映   气体与    气体的偏差程度。
二．单项选择题(6小题,每小题2分,共12分)
1、理想气体的焓是       的单值函数.
（A）压力；                  （B）比体积；
    （C）温度；                  （D）热力学能。
2、闭口系统从热源取热5000kJ，系统的熵增加为20 kJ/K，如系统在吸热过程中温度保持为300K，则这一过程是      。
（A）可逆的；                 （B）不可逆的；
（C）不能实现的；             （D）不能确定的。
3、湿空气加热过程的特征是湿空气的      不变。
（A）焓；                     （B）含湿量；
    （C）相对湿度；               （D）温度。
4、用干、湿球温度计和露点仪对湿空气进行测量，得到3个温度：16℃，18℃，29℃，则干球温度t＝_____，湿球温度tw＝____________。
    （A）16℃，18℃；             （B）29℃，16℃；
    （C）29℃，18℃；             （D）16℃，29℃。
5、多变过程是指         。
（A）一切热力过程；            （B）一切可逆过程；
（C）一切不可逆过程；          （D）一切符合的过程。
6、当空气以M<1的亚音速进入喷管而以M>1的超音速流出喷管时，流体速度  ，该喷管为     喷管。
    （A）增大，缩放；              （B）减小，渐扩；
（C）减小，渐缩；              （D）增大，渐缩。

三．简答题(5小题,每小题6分，共30分)
1、理想气体能否进行吸热而降温的过程？试用热力学第一定律解释之。
答：

2、水在某温度条件下的饱和液体的焓为h’、熵为s’，饱和蒸汽的焓为h”、熵为s”，则此温度下，当湿蒸汽的干度为x时，请写出湿蒸汽的焓hx和熵sx的表达式。

3、空气流经喷管，进口流速c1=0，进口压力为p1＝1MPa，出口压力为p2=0.5 MPa，请问应采用什么类型的喷管？（已知压力比β＝0.528）

4、“对刚性容器中的水加热，使其在恒温下蒸发”。请判断该过程是否可逆，说明理由。 
5、试先在p-v图和T-s图上画出以自点1出发的四种基本热力过程的过程曲线的位置，然后在图上画出自点1出发的多变系数n＝1.6的压缩过程，并判断q，w，Δu的正负（工质为空气）。

四．  证明题(8分)
试证明服从范德瓦尔方程的气体绝热自由膨胀时，。 （提示：）

证明：

五．  计算题(共42分)
1、气体经历某一过程，在此过程中从外界吸热300kJ，同时气体的热力学能增加120 kJ，问：（1）此过程与外界交换的功量是多少？（2）经历此过程后，气体的比体积是增大还是减小了？（6分）
解： 
2、某热机循环，工质温度为TH=2000K的热源吸热QH，并向温度为TL=300K的热源放热QL。在下列条件下，试根据孤立系统熵增原理确定该机循环可能实现吗？是否是可逆循环？（1）QH＝1500 J，QL＝800 J；（2）QH＝2000 J，W0＝1800J（6分）
解：

3、空气经历一个如图所示的动力循环。已知1-2为定熵过程，2-3为定温过程，3-1为定压过程，且：T1=1500K，T2=300K，p2＝1bar，将比热容当作定值比热容且绝热指数k＝1.4。求（1）p1；（2）循环的热效率η；（3）在T-s图上表示出该循环。（10分）
解：
4、空调系统将温度为5℃，相对湿度为40％的室外空气加热至25℃；然后，向空气流中喷入压力为400kPa的水蒸气，从而将最终的相对湿度又提高至40％。已知：B＝101325Pa。问：（1）如果室外空气进入空调系统时的体积流量为60m3/min，求加热空气所需的热流量；（2）计算喷入水蒸气的流量。（h-d图见附表）（8分）
解：

5、某蒸汽压缩式制冷机，用氨作致冷剂。致冷量为105kJ/h。冷凝器出口氨饱和液的温度为300K，压力为1.06MPa；节流后温度为260K，压力为0.255 MPa。经查表得：h1＝1570kJ/kg，h2＝1770 kJ/kg，h3=450 kJ/kg。试求：
（1）每千克氨的吸热量q2；（2）氨的质量流量；（3）压气机消耗的功率P；（4）冷却水带走的热量Q1；（5）致冷系数ε。（6）相同温度范围内逆向卡诺循环的致冷系数εc。（12分）

学院领导
审批并签名

A / B卷

广州大学  2007~2008  学年第 2 学期考试卷

课程  工程热力学  考试形式（开/闭卷，考试/查）
学院  土木  系  建备  专业  2006  班级    班  学号    姓名参考答案
题次
一
二
三
四
五
总分
评卷人
分数
8
12
30
8
42
100

评分

一．填空题(每空1分,共8分)
1、按照系统与外界之间物质和能量的交换情况，系统可分为开口系统、     系统、绝热系统、_ __系统。
2、露点是对应于湿空气中水蒸气分压力下的    温度。
3、工质在热机中经历一个不可逆循环回到初态，其熵的变化量总是_。
4、单位质量的理想气体被定容加热时，由于温度升高，则压强_ __。
55、湿空气加热过程的特征是湿空气的   不变。
6、对逆卡诺致冷循环，冷热源的温差越大，则致冷系数    。
7.在最高温度与最低温度相同的所有循环中，以 循环的热效率为最高。
二．最佳选择题(6小题,每小题2分,共12分)
1、理想气体在一个带活塞的气缸中膨胀，容器绝热，可以忽略热传递，则气体的温度  。
    （A）减少；                （B）保持不变；
（C）增加；                （D）无法确定。
2、对于水蒸气定压发生过程可分为三个阶段，下列选项中错误的是：___。
    （A）未饱和水的定压预热过程；        （B）未饱和水的定压汽化过程；
    （C）饱和水的定压汽化过程。          （D）水蒸气的定压过热过程。
3、在暖房温度和环境温度一定的条件下，冬天用热泵取暖和用电炉取暖相比，从热力学观点看       。
（A）热泵取暖合理；                （B）电炉取暖合理；
    （C）二者效果一样；                （D）无法确定。
4、以空气为工质所进行的某过程中，加热量的一半转变为功，则该过程的多变指数n为    
    （A）1.8；               （B）1.6；
（C）1.3；               （D）0.6。
5、湿空气在总压力不变，干球温度不变的条件下，如果湿球温度越低，则其含湿量      。
    （A）愈大       （B）愈小    （C）不变   （D）不确定
6、气体流经渐缩喷管而射向真空，则流速        ，流量       。
    （A）增大，减小；              （B）减小，增大；
    （C）减小，不变；              （D）增大，不变。

三．简答题(5小题,每小题6分,共30分)
1、“对刚性容器中的水搅拌，使其在恒温下蒸发”。请判断该过程是否可逆，说明理由。

2、  将p-v图表示的循环，如图所示，表示在T－s图上。图中：2-3，5-1，为定容过程；1-2，4-5为定熵过程；3-4为定压过程。

3、门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行，若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面，感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门降低室内温度的目的，你认为这种想法可行吗？请以门窗紧闭的房间为系统，利用热力学第一定律进行分析。

4、    在寒冷的阴天，虽然气温尚未达到0℃，但晾在室外的湿衣服会结冰，这是什么原因？

5、右图为蒸气压缩制冷循环的T-s图，试指出进行各热力过程相应设备的名称，并写出制冷量q2和制冷系数ε的计算式。

四．证明题(8分)
试证明服从范得瓦尔方程的气体绝热自由膨胀时，。  （提示：）
证明：
五．计算题(5小题,共42分)
1、系统经一热力过程，放热8kJ，对外做功26kJ.为使其返回原状态，对系统加热6kJ，问需对系统做功多少？（8分）
解：
2、卡诺循环工作于600℃及40℃两个热源之间，设卡诺循环每秒钟从高温热源取热100 kJ。求（1）卡诺循环的热效率；（2）卡诺循环产生的功率；（3）每秒钟排向冷源的热量。（8分）
3、某一刚性绝热容器，有一隔板将容器分为容积相等的两部分，每一部分容积为0.1m3。如容器一边是温度为40℃，压力为0.4MPa的空气，另一边是温度为20℃，压力为0.2MPa的空气。当抽出隔板后，两部分空气均匀混合而达到热力平衡。求混合过程引起的空气熵的变化。（10分）

4、有两股空气，压力均为大气压力B=101325Pa，温度分别为40℃和0℃相对湿度均为40%，它们之间的干空气流量百分比依次为60%和40% 。求混合后的温度和相对湿度。设混合后的压力仍为大气压力。（h-d图见附表）（8分）

5、空气进入一渐缩喷管，进口空气的压力，温度℃，流速m/s，喷管背压，若喷管出口截面积f2=100mm2。求（1）喷管出口的气流速度；（2）喷管出口的质量流量。（8分）

学院领导
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A / B卷
广州大学  2006~2007  学年第 2 学期考试卷
课程  工程热力学  考试形式（开/闭卷，考试/查）
学院  土木  系  建备  专业  2005  班级      班  学号      姓名            
题次
一
二
三
四
五
总分
评卷人
分数
8
12
10
30
40
100

评分

一．  填空题(每空1分,共8分)
1、    相互接触的物体，若它们处于热平衡，则它们的    必相等。
2、    某工质在某过程种内能增加15KJ，对外作功15KJ，则此过程中工质与外界交换热量Q＝      KJ。
3、    某种蒸气经历不可逆吸热过程后，其熵变ΔS   0；过程的熵流Sf〉 0；过程的熵产Sg       0
4、    在喷管中，双原子气体的临界压力比β＝_   ___。
5、    对逆卡诺致冷循环，冷热源的温差越大，则致冷系数      。
6、    当湿蒸汽的干度x＝0时， 工质全部为       。
二．  最佳选择题(6小题,每小题2分,共12分)
1、下列说法正确的是____   __。
    （A）不可逆的热力过程是指工质热力过程逆过程无法恢复到初始状态的过程；
    （B）由于准静态过程都是微小偏离平衡状态的过程，故从本质上说属于可逆过程；
    （C）任何可逆过程都是准静态过程；
    （D）平衡状态是系统的热力状态参数不随时间变化的状态。
2、卡诺循环在 T1 及 T2 两热源间工作，T1 ＝1273 K、T2 ＝293K，从热源 T1 放出每100 kJ热量中有___ ____能够变成循环净功？
    （A）－77 kJ；                    （B）77 kJ；
    （C）23 kJ；                      （D）－23 kJ。
3、适合于_______。
    （A）仅闭口系，可逆过程；       （B）仅稳流系，理想气体；
（C）仅闭口系，理想气体，可逆过程；
（D）闭口系或稳流系，理想气体，可逆过程。
4、某种理想气体，气体常数R＝ 0.277 kJ/(kg·K)，绝热指数k = 1.384，则cv＝__ ___。
    （A）0.116 kJ/(kg·K)；               （B）0.998 kJ/(kg·K)；
（C）0.393 kJ/(kg·K)；               （D）0.721 kJ/(kg·K)。
5、下列偏微分关系中，正确的是    。
        （A）；          （B）；
        （C）；           （D）。
6、湿空气在外界的总压力不变以及干球温度不变的条件下，湿球温度越低，其含湿量     。
    （A）越大；              （B）越小；
（C）不变；              （D）不确定。
三．  判断题(对的划√，错的划×。10小题，每小题1分,共10分)
1、混合气体中质量成分较大的组分，其摩尔成分也一定大。       (_)
2、系统经历一个不可逆过程后，无论如何都不能回到初态。       (__)
3、由于绝热压缩过程不与外界交换热量，故所消耗的技术功较等温过程小。(__)
4、影响压气机容积效率的主要因素只是余隙容积的大小。            (__)
5、已知湿蒸汽的压力和温度就可以确定湿蒸汽的状态。              (_)
6、对比参数表明了工质所处的状态偏离其临界状态的程度。          (_)
7、绝热节流前后工质的焓不变，是一等焓过程。                    (__)
8、湿空气的相对湿度愈大，则其水蒸气分压力也愈大。             (__)
9、过冷温度愈低，蒸汽压缩式致冷循环的致冷系数就愈低。          (__)
10、工质在管道内流动，管道的最小截面即为临界截面。            (__)
四．  简答题(5小题,每小题6分，共30分)
1、试先在p-v图和T-s图上画出以自点1出发的四种基本热力过程的过程曲线的位置，然后在图上画出自点1出发的多变系数n＝1.6的压缩过程，并判断q，w，Δu的正负（工质为空气）。

2、与理想气体方程pv=RT相对照，范得瓦尔方程中，和b的引入各代表什么意义？

3、门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行，若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面，感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门降低室内温度的目的，你认为这种想法可行吗？请以门窗紧闭的房间为系统，利用热力学第一定律进行分析。
4、已知湿空气的温度t和相对湿度φ。试说明根据已知条件计算求解该湿空气露点的方法。
5、气体在喷管中流动，欲使超音速气流加速应采用什么形式的喷管？为什么？
答： 
五．  计算题(4小题,共40分)
1、有一绝热刚性容器，有隔板将它分成A、B两部分，开始时，A中盛有的空气，B中盛有，的空气。求打开隔板后两容器达到平衡时的温度和压力。（8分）

2、绝热封闭容器中装有空气0.8kg，初温T1=300K，现通过叶轮搅拌由外界输入功30kJ，终态变为2。求容器中空气的熵变化及熵流和熵产。已知：cp = 1.005kJ /(kg·K)，cv =0.718kJ/(kg·K)。（10分）

3、某蒸汽压缩式制冷机，用氨作致冷剂。致冷量为105kJ/h。冷凝器出口氨饱和液的温度为300K，压力为1.06MPa；节流后温度为260K，压力为0.255 MPa。经查表得：h1＝1570kJ/kg，h2＝1770 kJ/kg，h3=450 kJ/kg。试求：
（1）每千克氨的吸热量；（2）氨的质量流量；（3）压气机消耗的功率；（4）冷却水带走的热量；（5）致冷系数；（6）相同温度范围内逆向卡诺循环的致冷系数。（12分）
解：

4、空调系统将温度为5℃，相对湿度为40％的室外空气加热至25℃；然后，在保持空气温度不变的同时，向空气流中喷入压力为400kPa的水蒸气，从而将最终的相对湿度又提高至40％。已知：B＝101325Pa。问：（1）如果室外空气进入空调系统时的体积流量为60m3/min，求加热空气所需的热流量，（2）计算喷入水蒸气的流量。（10分）（h-d图见附表）
解：
学院领导
审批并签名

A / B卷
广州大学  2006~2007  学年第 2 学期考试卷
课程  工程热力学  考试形式（开/闭卷，考试/查）
学院  土木  系  建备  专业  2005  班级    班  学号    姓名参考答案
题次
一
二
三
四
五
总分
评卷人
分数
8
12
10
30
40
100

评分

一．  填空题(每空1分,共8分)
1、系统与外界之间没有任何   和    交换的系统，称为孤立系统。
2、方程式 q=Δh+wt适用于_ __气体，__ __过程。
3、在最高温度与最低温度相同的所有循环中，以 循环的热效率为最高。
4、   是判断热力系是否达到热平衡的依据。
55、湿空气加热过程的特征是湿空气的    不变。
6、在喷管中，双原子气体的临界压力比为__。
二．  最佳选择题(6小题,每小题2分,共12分)
1、下列参数中属于过程量的是___ ___。
    （A）温度；    （B）熵；    （C）热量；    （D）焓。
2、理想气体在一个带活塞的气缸中膨胀，容器绝热，可以忽略热传递，则气体的温度     。
    （A）减少；                （B）保持不变；
（C）增加；                （D）无法确定。
3、对于水蒸气定压发生过程可分为三个阶段，下列选项中错误的是：_____。
    （A）未饱和水的定压预热过程；        （B）未饱和水的定压汽化过程；
    （C）饱和水的定压汽化过程。          （D）水蒸气的定压过热过程。
4、在暖房温度和环境温度一定的条件下，冬天用热泵取暖和用电炉取暖相比，从热力学观点看         。
（A）热泵取暖合理；                （B）电炉取暖合理；
    （C）二者效果一样；                （D）无法确定。
5、对比态状态方程的形式是       。
    （A）F(pr,Tr,z)=0；              （B）
    （C）；                 （D）F(pr,Tr,vr)=0。
6、以空气为工质所进行的某过程中，加热量的一半转变为功，则该过程的多变指数n为     
    （A）1.8；               （B）1.6；
（C）1.3；               （D）0.6。

三．  判断题(10小题,每小题1分,共10分)
1、理想气体绝热节流后温度下降。                               (__)
2、可逆过程一定是准静态过程                                   (__)                                        
3、理想气体的与状态无关。                               (__)
4、关系式是正确的。                                (__)
5、孤立系统的熵可以变大，可以不变，但决不会减少。             (__)
6、内能(U)是状态量。                                          (__)
7、对比参数表明了工质所处的状态偏离其临界状态的程度。         (_)
8、通用气体常数与气体种类无关。                                (__)
9、温度相同的空气和氧气，其音速也相同。                       (__)
10、热泵的工作循环为正向循环。                                (__)

四．  简答题(5小题,每小题6分,共30分)
1、  “对刚性容器中的水搅拌，使其在恒温下蒸发”。请判断该过程是否可逆，说明理由。   

2、  对未饱和空气，湿球温度、干球温度及露点温度三者哪个大？哪个小？对于饱和空气，三者的大小将如何？

3、  右图为蒸气压缩制冷循环的T-s图，试指出进行各热力过程相应设备的名称，并写出制冷量q2和制冷系数ε的计算式。
答：
4、  为什么工质流经渐缩喷管时，其出口速度不能超过当地音速？

答：
五．  计算题(4小题,每小题10分,共40分)
1、具有1kg空气的闭口系统，其初态容积为V1，终态容积为V2（V2＝10 V1），当初态和终态温度均为T时，当分别经过（a）可逆定温膨胀；（b）向真空自由膨胀时，求该闭口系统对外所作的功和熵变。
解：
2、某一动力循环工作于温度为1000K及300K的热源与冷源之间，循环过程为1-2-3-1。其中1-2为定压吸热过程，2-3为可逆绝热膨胀过程，3-1为定温放热过程。点1的参数是，点2的参数是。如循环中是1kg的空气，其cp=1.01 kJ/（kg·K）。求循环热效率及净功。
解：
3、有两股空气，压力均为大气压力B=101325Pa，温度分别为40℃和0℃相对湿度均为40%，它们之间的干空气流量百分比依次为60%和40% 。求混合后的温度和相对湿度。设混合后的压力仍为大气压力。（h-d图见附表）

解：
4、空气进入一渐缩喷管，进口空气的压力，温度℃，流速m/s，喷管背压，若喷管出口截面积f2=100mm2。求（1）喷管出口的气流速度；（2）喷管出口的质量流量。