《工程热力学》课程考试模拟试卷1.doc

工程热力学课程考试模拟试卷 考试时间：120分钟姓名 专业班级 学号 得分 题号一二三四五六七总分分数评阅人一、 判断题（正确的打，错误的打，每题1分，共10分）1. 容器中气体压力不变，则安装在其上面的压力表读数也不会变化。2. 系统由某一初态可逆变化到某一终态，在这确定的两个状态之间所有过程的膨胀功都相等。3. 理想气体绝热自由膨胀过程是等内能过程。4. 理想气体向真空膨胀体积由v1变化到v2，熵的变化为。5. 工质完成一个不可逆循环，其熵的变化量必大于零。6. 如果从同一初态出发到同一终态有两个过程，一个是可逆过程，一个是不可逆过程，那么不可逆过程的s必大于可逆过程的s。7. 知道了温度和压力就可以确定水蒸气的状态。8. 含湿量相同的两种空气，温度高者吸湿能力强。9. 由饱和蒸汽压不同的两个组分形成的理想溶液达到相平衡时，易挥发组分在汽相中的相对含量大于它在液相中的相对含量。10. 温度为绝对零度时，任何物质的熵都是零。二、选择题（每题2分，共20分）1. 若工质经历一可逆过程和一不可逆过程，且初态和终态相同，则两过程中工质与外界交换的热量A：相同 B：不同 C：无法确定2. 下面叙述正确的是：A：自由膨胀为可逆过程B：混合过程是不可逆过程C：准静态过程是不可逆过程3. 气体在某一过程中吸入了100kJ的热量，同时内能增加了150kJ，该过程是A：膨胀过程 B：压缩过程 C：定容过程4. 一绝热刚体容器用隔板分成两部分。一部分盛有高压理想气体，另一部分为真空，抽去隔板后容器内的气体温度将：A：升高 B：不变 C：降低5. 可逆定压稳定流动过程中，系统A：焓不变 B：与外界交换的热量为零 C：技术功为零6. 一热机按某种循环工作，从温度为T1=2000K的高温热源吸收热量1000KJ，向温度为T2=300K的冷源放热1000KJ，则该热机是A：可逆热机 B：不可逆热机 C：不可能热机7. 某理想气体由状态1经过不可逆绝热过程变化到状态2，该过程中工质熵的变化为：A： B： C：8. 压力升高，水的汽化潜热A：升高 B：降低 C：不变9. 湿空气的压力一定时，其中水蒸汽的分压力取决于A：含湿量 B：相对湿度 C：干球温度10. 在298K、101325Pa下有下列反应，Q1，Q2，Q3在这几个热效应中是标准生成焓的为：A：B：C：三、 简答、辩析与证明题（每题5分，共20分）1 指出下列各式的适用条件：a)b)c)d)e)2 如果单级活塞式压气机采用了某种冷却方法可以实现等温压缩，是否还有必要采用多级压缩？为什么？3 简述稀溶液的四个依数性。4 试用赫斯定律证明任意温度下的反应热效应其中为标准热效应。四、 画图说明题（每题5分，共10分）1 在焓湿图上表示出一非饱和湿空气状态的干球温度、湿球温度和露点温度，并作必要的说明。2 在Ts图与lgPh图上对应画出蒸汽压缩式制冷循环，画图分析压缩机的不可逆因素对循环制冷系数的影响。五、 1kg空气，初态P1=1.0MPa, t1=500， 在气缸中可逆定容放热到P2= 0.5MPa，然后可逆绝热压缩到t2=500， 再经可逆定温过程回到初态。求循环功和吸收的热量。(15分)六、 欲设计一热机，使之能从温度为973K的高温热源吸收2000kJ，并向温度为303K的冷源放热800kJ。（1）问此循环能否实现？（2）若把此热机当制冷机用，从冷源吸热800kJ，是否可能向热源放热2000kJ？欲使之从冷源吸热800kJ ，至少要耗多少功？(10分)七、 具有一级回热的水蒸汽动力循环如下图所示。已知h1=3296kJ/kg，h2=2152kJ/kg，h3=151.5kJ/kg，h4=825.5kJ/kg，h5=3032kJ/kg，忽略泵功，试求：（1）回热循环的抽汽系数和热效率。（2）如不采用回热，计算循环热效率。(15分)h5h4h2h1h3工程热力学模拟试卷一一 问答题：（每题4分,共40分） 1q=CpdT+wt适用于什么工质（理想气体，实际气体）？适用于什么过程（可 逆过程，不可逆过程）？并说明理由。2某封闭热力系经历一熵减少的可逆过程，则该热力系能否经一绝热过程回复到原态？为什么？ 3压气机绝热压缩某种理想气体,初始状态为1，由于不可逆终态为2,试在T-s图上用面积表示出压缩所消耗的技术功。 4水蒸汽由给定的初态p1、t1通过一喷管等熵膨胀到湿蒸汽区，其背压p2为已知，若手头没有焓熵图，只有水蒸汽热力性质表，如何计算确定状态2的各项热力参数x2，t2，h2。5 在环境温度为300K的条件下，150K的热源有否作功能力？若能量Q由400K的恒温热源直接传入150K的恒温热源，引起的作功能力损失是多少？6 当高温空气以高速流过管道中某一障碍物，气流在此障碍物前方附近的速度几乎为零。试问该处气流温度是升高、不变还是下降？为什么？7 渐缩喷管中气流速度能否超过音速?渐放喷管中气流速度能否小于音速?为什么? 8压气机采用什么压缩过程最为经济？为了达到这一目的应该采取什么措施？ 9一动力循环1231的Ts图如右图所示，其中过程12、31皆为可逆过程，23为一有摩擦的绝热过程。T1、T3都等于环境温度T0。试用一块面积或几块面积的代数和表示出该循环中的吸热量Q1，放热量Q2，净功量W和由于摩擦而引起的作功能力损失。 10当相对湿度一定时，湿空气的温度愈高，则含湿量愈大。若含湿量一定时，湿空气的温度愈高，则相对湿度也愈大。这种说法是否正确？为什么？二 计算题（每题15分，共60分）1.一个承受一定重量的活塞下有20的空气0.4kg，占据容积为0.2m2,试问加入20kJ的热量后其温度上升到多少？并做了多少功？若活塞达到最后位置后予以固定，此后再继续加入20kJ的热量，则其压力上升至多少？ （Cp=1.004 kJ/kg.K，R=0.287kJ/kg.K）2. 有两股压力相同的空气流，一股气流温度为t1=400，流量m1=120kg/h；另一股气流为t2=150，流量m2=210kg/h。令两股气流先绝热等压混合。试计算： (1)绝热混合后的气流温度。 (2)空气流经绝热混合过程的熵变化。 (3)该绝热混合过程的可用能损失。 (已知 Cp=1.004 kJ/kg.K，R=0.287kJ/kg.K，T环境=300K)3.压力为5105Pa，温度为环境温度20的空气通过绝热渐缩喷管射向1105Pa的大空间中。测得出口截面上的气流温度为-10，若忽略进口流速，试计算: （1）实际出口流速； （2）可逆情况下的理论出口流速及气温。 （ Cp=1004J/kg.K，cr=0.528） 4.氨蒸汽制冷装置，蒸发器中温度为10。冷凝器中的温度为30。氨压缩机从蒸发器中吸入压力为p1=0.2363 Mpa的饱和氨蒸汽并绝热压缩到t2=75，离开冷凝器时是饱和液氨。设压缩机出口氨蒸汽比焓h2=1887 kJ/kg求： （1）循环制冷系数； （2）节流过程的不可逆损失多少？并在T-s图中用面积表示出来。环境温度t0=25。 氨的饱和热力性质表： 工程热力学 模拟试卷三一、问答题（每题 4分，共40分） 1.等压过程中工质初终两态的焓差等于该过程中所吸收或放出的热量，即QH,这一结论是否只用于理想气体？为什么？ 2.用稳流能量方程分析锅炉,汽轮机,压气机的能量转换特点，得出对其适用的简化能量方程。3闭口系经过一不可逆绝热过程后，是否可通过一个过程使该系统回到原来的状态？为什么？4某绝热气缸内装有完全不可压缩的流体，若流体内部及活塞与气缸之间均无摩擦。试问：气缸中的活塞能否对流体作功？假定用某种方法把流体压力从2bar提高到40bar，流体的内能和焓有没有变化？ 5热力学第二定律是否可表达为“功可以完全变为热，但热不能完全变为功”？这种说法有何不妥？ 6. 简述缩放喷管随背压Pb升高（但仍小于临界压力Pcr）时喷管内气流速度、流量的变化。7. 在压缩比及吸热量 q相同的情况下，活塞式内燃机的定容加热、定压加热、混合加热循环的热效率何者最大？何者最小？为什么？8试在T-s图上表示出水蒸气理想朗肯循环，并以热力学状态参数焓h表达该循环的净功w，吸热量Q1，放热量Q2以及热效率t。 9. 压气机采用什么压缩过程最为经济？为了达到这一目的应该采取什么措施？10.湿空气中的水蒸气处于状态A。试在p-v图及Ts图上标出该湿空气的露点td及等 温加湿达到的饱和点S。 二、计算题（每题15分,共60分）1.初态为4105Pa，250的空气绝热流过一个喷管。已知背压为1105Pa，质量流量为4kg/s，喷管效率为0.96。试求：(1)喷管的类型；(2)出口流速;(3)喷管出口截面积。(空气Cp= 1004 Jkg.K, Rg0.287 kJ/kg.K, K=1.4，临界压比cr=0.528)2.1kg空气由P11105Pa，T1400K定温压缩到终态，P2=10105Pa，过程中气缸壁和T0300K的环境换热。在下述两种情况下，计算气体的熵变、环境的熵变、气体和环境组成的系统的总熵变化以及作功能力损失： 、气体经历了一个可逆等温压缩过程； 、气体经历了一个不可逆等温压缩过程，该过程中实际消耗的功比可逆等温压缩的耗功多25。（已知空气的Rg0.287 kJ/kg.K）。3.有人声称设计了一整套热设备，可将65的热水的20变成100的高温水，其余80的热水由于将热量传给温度为15的大气，最终水温也降到15。你认为这种方案在热力学原理上能不能实现？为什么？若能实现，那么65热水变成100的高温水的极限比率为多少？（水的Cp=4.18kJ/kg.k）4.某氨蒸汽压缩制冷系统，已知进压缩机时为饱和干蒸汽，其焓值h1=1570KJ/kg，经绝热压缩后h2=1725kJ/kg，经冷凝器放热为饱和液体，其焓值h3=450kJ/kg，制冷量为1.5105kJ/h。试求:（1）.氨的循环流量,（2）.制冷系数,（3）.冷却水流量（已知冷却水经氨冷凝器后温度升高10，水的定压比热CP=4.18KJ/kg.k）（4）.将过程表示在lgp-h图。 工程热力学模拟试卷四一、问答题（每题 4分，共40分） 1.PdV和-VdP各表示什么功量？若系统的过程方程式为PVn=C,则上述两者之间存在什么定量关系？2.亚音速空气流流过渐缩喷管，如果初压、背压和喷管尺寸均无变化，只是提高了初温，试问喷管出口的气流速度有无变化？为什么？3.水蒸气的定温过程中，加入的热量是否等于膨胀功？而定容过程中的加热量是否等于其热力学能的增量？为什么？4.图示由三直线构成的循环需几个恒温热源？试与同温限下的卡诺循环热效率作比较.。5.熵增大的过程必为不可逆过程，熵增大的过程必为吸热过程。这两种提法是否正确？为什么？6过热蒸汽的温度一定高于湿蒸汽的温度，对吗？为什么？7.若含湿量一定时，湿空气的温度愈高，则相对湿度也愈大。这种说法是否正确？为什么？8.空气在绝热管道内流动，若已知截面a处和截面b处空气的压力和温度，能否判断气体是由a流向b，还是由b流向a？为什么？9.工质经历不可逆循环后，是否,为什么？10.活塞式压气机采用多级压缩、中间冷却的优点是什么？试在 Ts图上示意画出二级压缩中间冷却压气机的过程曲线。 二、计算题（每题15分，共60分）1某燃气轮机装置如图所示，已知压气机进口处空气的焓值h1=290kJ/kg，经压缩后，空气升温使焓值增为h2=580kJ/kg，在截面2处空气和燃料的混合物以C2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使每公斤空气吸入热量q=670kJ/kg，燃烧后燃气进入喷管绝热膨胀到状态3，h3=800kJ/kg烟气，流速增加到C3此燃气推动转轮回转作功，最后离开燃气轮机的速度C4=100m/s。求： 若空气流量为100kg/s,则压气机消耗的功率为多少？ 若燃料的发热值q=43960kJ/kg，燃料的耗量为多少？ 燃气在喷管出口处的速度C3是多少？ 燃气轮机的功率为多少？（假设在叶轮中无压降） 燃气轮机装置的总功率为多少？ 2. 0.5kg空气初态P1=5105Pa, T1=340K, 在闭口系统中进行绝热自由膨胀，其容积变为原来的3倍。试：(1)在T-s图上示意出该过程；(2)求P2，T2，W，DU，DH，和DS。(空气Cp= 1004 Jkg.K, Cv= 717 Jkg.K, R= 287Jkg.K) 3. 初态为4105Pa，250的空气绝热流过一个喷管。已知背压为1105Pa，质量流量为4kg/s，喷管效率为0.96。试求：(1)喷管的类型；(2) 出口流速；(3) 喷管出口截面积。(空气Cp= 1004 Jkg.K,K=1.4，临界压比cr=0.528)4. 某蒸汽动力循环由绝热膨胀，等压放热、绝热压缩、等压加热等过程构成，其各点的状态和参数列于附表。试求：（1）在Ts图上画出该循环并标上状态点编号；(2 ) 计算各项功量、热量及循环效率； （3） 说明该循环是否理想朗肯循环，为什么？ 点状态 t p 105Pa h kJ/kg s kJ/kg.K 1过热蒸汽 500 70 3408.9 6.7934 2 湿蒸汽 41.5 0.08 2297.8 7.3415 3 饱和水 41.5 0.08 173.9 0.5926 4未饱和水 42.2 70 182.8 0.5983 工程热力学 模拟试卷 五一、 问答题：（每题4分,共40分）1 图所示从a点开始有两个可逆过程，定容过程ab P b和定压过程ac,且bc两点在同一条定温线上，试问吸热量qab与qac哪个大？uab,与 uac, sab与sac哪 V T个大？ a P c V 2.容积功、流动功、技术功有何差别？有何联系？ 3.分别写出理想气体等容过程温度和压力的关系式和可逆绝热过程温度和比容的关系式（过程方程式）。 4.试在h-s图上示意出蒸汽的绝热节流过程曲线，并说明焓h，压力p，温度t，熵s，经绝热节流后的变化趋势。 5.下列说法是否正确。为什么？（1）如果从某一初态到某一终态，有两条路径，一为可逆，一为不可逆。那么，不可逆途径的S必大于可逆途径的S。（2）因为熵只增不减，所以熵减少的过程是不可能实现的。6.h=CpT是普遍适用于所有工质实施的定压过程，而水蒸气在定压汽化时,T=0，所以水蒸气汽化时的焓变量h=0。这一推论错在哪里？ 7试在T-S图上用面积表示出理想气体分别在下列不同压缩过程时压气机的耗功量：a)经可逆绝热压缩; b)经可逆多变压缩(n=1.3); c)经可逆等温压缩。 8.燃气轮机循环中的压缩过程，若采用定温压缩过程可减少压缩所耗的功，因此增加了循环净功，但在没有回热的情况不，循环效率反而降低，为什么？ 9.试绘出水蒸气再热循环的T-S图，并写出忽略泵功用状态参数表示的热效率t计算式。 10.什么叫含湿量？相对湿度越大含湿量越高，这种说法对吗？ 二、 计算题（每题15分,共60分）1. (1)一个循环包括以下四个过程求下表中各空白项。过程热量q(KJ)功量W(KJ)内能变化u（KJ）1-2109702-301491-495004-10（2）三个假设的热功当量机循环，将下表的空白填上。对循环进行分类，确定是可的，不可逆的或不可能的，填入类型一类，已知在各种情况下热源温度为773K，冷源温度303K过程吸热量(KJ)放热量(KJ)功(KJ)效率(%)类型187000609002870005800038700060.8 2氮气稳定的流过无运动的绝热装置。在进口处流量为1kg/s，状态为p1=6105Pa, t1=21；出口处氮气均分成 两股，状态分别为p2=1105Pa, t2=82，p2”=1105Pa, t2”=40，如图所示。流动过程中工质的动能和位能变化均可忽略不计。试用热力学第一定律和第二定律证明该稳定流动过程能否实现？氮气为理想气体。Cp=1.043kJ/kg.k, R=0.297kJ/kg.k. P2,t2 0.5kg/s P1,t1 1kg/s P2”,t2”0.5kg/s 3.空气经喷管作定熵运动，已知进口截面上空气参数为p1=7105Pa,t1=947，出口处压力p2为5105Pa。质量流量qm=0.5kg/s,试选择喷管外形，计算出口截面上的流速，及出口截面积。设Cp0=1.004kJ/(kg.k),R=0.287 kJ/(kg.k),k=1.4。Vcr=0.528T 2 3 4 1 S4. 压缩制冷设备用氨作为制冷剂,氨在蒸发器中的温度为-15,其冷凝温度为+30,进入压缩机时为干饱和蒸汽, 从冷凝器出来进入节流阀时的状态为饱和氨液,要求制冷量为167200kJ/h,试计算单位制冷量q2，单位耗功量wo，循环制冷剂质量流量m，压缩机所需理论总功率Ni , , 循环制冷系数。并在lgph图上表示出该循环。已知各点焓值 h1=1660kJ/kg, h2=1885kJ/kg, h3=562kJ/kg。 工程热力学 模拟试卷三答案一、问答题（每题 4分，共40分） 1.Q=H,适用于任何工质；因为从能量方程导出，与工质性质无关。2. ， 锅炉：则Ws=0,忽略动、位能的变化，Q=H； 汽轮机：忽略动、位能的变化，且近似认为绝热，Ws=-H; 压气机：忽略动、位能的变化，Wc=Q-H。3 能。因为不可逆绝热引起熵增，可通过一熵减的放热过程回到原来状态。4（1） （2）但压力上升到40bar,则5闭口系统理想气体等温膨胀，Q=W，热量可全部变为功；应该说，热不能连续不断地变为功而不留下其他任何变化，单热源热机是不可能制造出来的。6. 随Pb，气流速度Cf，流量不变；因为Pb（仍小于临界压力）则压力差减小使Cf;而流量则由Pcr处确定了最大流量，随后将维持不变。7. 在压缩比及吸热量 q相同的情况下， ， 从图可看到，前者最高， 题7图 题8图 8. ， ，忽略泵功：9. 采用等温压缩最为经济；可采用多级压缩、中间冷却的措施。10.由图所示露点td点和饱和点s点。 二、计算题（每题15分,共60分）1.解：由,选用缩放管； 实际速度,代入流速公式解得 ， , 。2. (1) 可逆等温膨胀终压：, , 气体的熵变， 环境的熵变， ， ; (2) , , 。3.解： =0.0823-0.5353+0.4789=0.029kJ/k 0,则方案可能； 设极限比率为x，令 ， , 解得x=0.3。即极限可将65热水的30变成100的高温水。4. 解：(1)单位工质吸热量q0=h1-h3=1570-450=1120kJ/kg，(2)制冷系数 ,(3), (4)如右图所示。 工程热力学 模拟试卷四答案一、问答题（每题 4分，共40分） 1. PdV表示可逆膨胀功W，-VdP可逆技术功Wt。若，则-VdP=nPdV。2. 气流速度有变化，将增大，提高初压，相应地提高了其作功能力。3. 由：。水蒸气传递过程， 加入热量不等于膨胀功，。 而：定容过程，则，加入热量等于热力学能的增量。4. 2-3过程温度变化，可逆换热需要无穷多热源。3-1为等温放热过程，需要一个恒温热源。 。或 。5. 不一定，熵增大也可以是可逆吸热过程。 不一定，熵增大也可以是不可逆绝热过程。6不一定，t大于相应压力p下的饱和温度ts为过热蒸汽。若P1较低则ts1较低，此时大于ts1的过热蒸汽温度可以小于相应压力P2较高的湿饱和蒸汽温度ts2。7. 若含湿量d一定，温度越高相对湿度就越小，从h-d图上可以看到。 题7图 题10图8. 可通过设ab，计算，若，则假设成立，若，则应从ba，因为是不可能过程，熵增原理也可以说是方向性规律。9. 不可逆循环，克劳修斯不等式，所以，状态参数闭路积分等于零。10.可降低功耗和排气温度，提高压气机容积效率，1-2,3-4为压气机二级压缩，2-3为中间冷却过程。二、计算题（每题15分，共60分）1.解：（1）（2）（3） （4） （5） 题1图 题3图2.解：，看理想气体， ， ， ， ，（或）。3. 解：(1)， 采用缩放喷管，(2) (4) 4.解：（1）（2） （放热） （3）不是的，因为膨胀过程1-2: S2S1，压缩过程3-4: S4S3，均为不可逆绝热熵增过程。 工程热力学 模拟试卷 五二、 问答题：（每题4分,共40分）1.将相应过程表示在T-S图可得， 题1图 题4图 2. W膨胀=W流动功+W技术功=W流动功+Ek+Ep+Wi=W流动功+Wt技术功， W膨胀为闭口系统与外界的功交换；W技术功为动能变化、位能变化及轴功（内部功）之和，也称工程上可资利用的功；W流动功是系统维持工质流动所需的功。3. 等容过程： 可逆绝热过程： 可由，把代入得到 4. 绝热节流h=0则h1=h2, h不变 ， p,t,s。5. （1） 初终二态相同，则S不可逆=S可逆；（2）上述孤立系条件下才成立；对熵减少的过程可通过放热手段来实现。6. h=CpT,适用于单相工质；水蒸气气化为相变过程，所以hCpT7 a)为c-2s-2T-a-c,可逆绝热耗功；b)为c-1-2n-2T-a-c,可逆多变压缩过程； c)为c-1-2T-a-c,可逆等温压缩。 题7图 题9图8. 因为没有回热采用定温压缩使平均吸热温度下降较平均放热温度下降的快，使；若采用回热，则使上升，。9.忽略泵功，h3=h4 10. 1kg干空气中所含有的水蒸气质量，用d 表示；相对湿度越大，含湿量不一定高。三、 计算题（每题15分,共60分）1.(1) 过程热量q(KJ)功量W(KJ)内能变化u（KJ）1-21097010972-30149-1491-49500-9504-10-22（2）过程吸热量(KJ)放热量(KJ)功(KJ)效率(%)类型187000261006090070不可能287000580002900033.33不可逆387000341045289660.8可逆 2.解：（1）用热力学第一定律： （吸热量）， 吸热量=放热量， 可行 ； （1）用热力学第二定律： 可行（熵流=0），为不可逆过程。3解（1）pcr=0.5287105=3.696105pa 5105pa, 则选择渐缩喷管； （2） （3）， ， 4.解（1）q2=h1-h4=1660-562=1098kJ/kg,（2）wo=h2-h1=1885-1660=225kJ/kg,（3）（4）N=225kJ/kg0.0423kJ/s=9.517kw,T 2 3 4 1 S （5）=1098/225=4.88