工程热力学-期末试题-答案.doc

全国考研专业课高分资料
中北大学
《工程热力学》
期末题
笔记：目标院校目标专业本科生笔记或者辅导班笔记
讲义：目标院校目标专业本科教学课件
期末题：目标院校目标专业本科期末测试题2—3套
模拟题:目标院校目标专业考研专业课模拟测试题2套
复习题：目标院校目标专业考研专业课导师复习题
真题：目标院校目标专业历年考试真题,本项为赠送项,未公布的不送!

中北大学 工程热力学试题（A )卷（闭卷）
2013——2014学年第一学期
学号: 姓名：
一、单项选择题（本大题共15小题,每题只有一个正确答案,答对一题得1分，共15分）
1、压力为10 bar的气体通过渐缩喷管流入1 bar的环境中,现将喷管尾部截去一段，其流速、流量变化为。 【】
A。流速减小，流量不变 B。流速不变，流量增加
C.流速不变，流量不变 D.流速减小,流量增大
2、某制冷机在热源T1= 300K，及冷源T2= 250K之间工作，其制冷量为1000 KJ，消耗功为250 KJ，此制冷机是 【 】
A。可逆的B.不可逆的
C。不可能的D。可逆或不可逆的
3、系统的总储存能为 【】
A.B.
C. D。
4、熵变计算式只适用于 【 】
A。一切工质的可逆过程B.一切工质的不可逆过程
C.理想气体的可逆过程D。理想气体的一切过程
5、系统进行一个不可逆绝热膨胀过程后，欲使系统回复到初态，系统需要进行一个【】过程。 【】
A。可逆绝热压缩 B.不可逆绝热压缩
C。边压缩边吸热 D.边压缩边放热
6混合气体的通用气体常数,【】。 【】
A。与混合气体的成份有关B.与混合气体的质量有关
C.与混合气体所处状态有关 D。与混合气体的成份、质量及状态均无关系
7、贮有空气的绝热刚性密闭容器中装有电热丝，通电后如取空气为系统,则 【】A。Q＞0，△U＞0,W＞0 B。Q=0，△U＞0,W＞0
C.Q＞0，△U＞0，W=0 D.Q=0,△U=0,W=0
8、未饱和空气具有下列关系 【】
A。t＞tw＞tdB。t＞td＞tw.
C。t = td = twD.t = tw＞td
9、绝热节流过程是【】过程. 【】
A。定压B.定温
C.定熵D.节流前后焓相等
10、抽汽式热电循环的结果是 【】
A.提高循环热效率，提高热能利用率
B。提高循环热效率，降低热能利用率
C。降低循环热效率,提高热能利用率
D。降低循环热效率,降低热能利用率
11、一个橡皮气球在太阳下被照晒,气球在吸热过程中膨胀,气球内的压力正比于气球的容积，则气球内的气球进行的是 【 】
A.定压过程B.多变过程
C.定温过程D。定容过程
12、气体的容积比热是指 【】
A。容积保持不变的比热。
B。物量单位为一立方米时气体的比热。
C。物量单位为一摩尔容积气体的比热.
D。物量单位为一标准立方米时气体的比热。
13、抽气回热循环改善了朗肯循环,其根本原因在于 【】
A。每公斤水蒸汽的作功量增加了
B。排气的热能得到了充分利用
C。水蒸汽的平均吸热温度提高了
D。水蒸汽的放热温度降低了
14、孤立系统是指系统与外界 【】
A。没有物质交换B.没有热量交换
C。没有任何能量交换D.没有任何能量传递与质交换
15、热机从热源取热1000 KJ，对外作功1000 KJ,其结果是 【】
A。违反第一定律B.违反第二定律
C.违反第一及第二定律D。不违反第一及第二定律
第二部分 非选择题（共85分）
二、判断题（本大题共10小题,每题1分,共 10 分，答A表示说法正确。答B表示说法不正确,本题只需指出正确与错误，不需要修改)
16、孤立系统的熵与能量都是守恒的。 ( ）
17、实际气体在压力趋于零的极限状态就成为理想气体。 （ ）
18、容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。（）
19、在T—S图上，任意二条可逆绝热过程线不能相交.（）
20、再热循环的主要目的是提高汽轮机尾部排汽干度。 （ )
21、任一热力循环的热效率都可用η= 1－q2/q1 = 1－T2/T1 计之。（ ）
22、孤立系统达到平衡时总熵达极大值。 ( ） 23、一桶具有环境温度的河水与一杯沸水，前者的可用能大于后者。（ )
24、凡符合热力学第一定律的过程就一定能实现。 （ ）
25、卡诺循环的热效率仅取决于其热和冷源的温度，而与工质的性质无
关。 （ ）
三、填空题(本大题共5小题,每空1分，共12分。）
26、混合气体由N2和CO2组成,已知N2的质量成分为0。72，则混合气体的平均气体常数Rg，eq=,平均摩尔质量Meeq=。
（N2的摩尔质量为0。028kg/mol，CO2为0。044kg/mol）
27、冬季取暖，若不采取任何其他措施，室内温度，室内相对湿度。（填增大，减少或不变）。
28、湿蒸汽的干度定义为。已知湿蒸汽的干度为0.2,其中干饱和蒸汽的质量为6 kg,则饱和液体的质量为＿＿＿＿kg。
29、氧气的平均比定压热容,，
则, 。
30、范德瓦尔方程式的表达式为：，其中常数a
是对的修正.常数b是对的修正。
四、名词解释（本大题共4小题，每题 4分，共16分.）
31、干饱和蒸汽、湿饱和蒸汽和过热蒸汽—
32、热容的定义和单位-
33、湿空气的露点-
34、控制质量—

五、简答题（本大题共3小题,每题 4分，共12分.）
35、定压、定温、绝热和定容四种典型的热力过程，其多变指数的值分别是多少？
36、简述蒸汽参数对朗肯循环效率的影响。
37、准平衡过程与可逆过程有何共同处？有何区别？有何联系？
六、计算题(本大题共4小题,共35分。)
38、某蒸汽动力厂按一级抽汽回热（混合式)理想循环工作,如图所示，已知新蒸汽参数p1=4.0MPa，t1=4200C，汽轮机排汽压力p2=0.007MPa,抽汽压力pA=0。4MPa，忽略泵功。试求：
(1）定性画出循环的T—s图;
(2）抽汽系数α；
(3)循环吸热量q1，放热量q2及输出净功ωnet；
(4）循环热效率;(15分）
p
(MPa）
t
(0C）
h
（kJ/kg）
s
kJ/（kg。K）
Ps
（MPa）
h′
（kJ/kg）
h″
（kJ/kg）
s′
kJ/（kg。K)
s″
kJ/（kg。K）
4
420
3261。4
6。8399
0。4
604。7
2737.6
1。7764
6。8943
0.4

2716。3
6.8399
0.007
163。4
2572.6
0。5597
8。2767

39、一闭口系从状态1沿1—2-3途径到状态3传递给外界的热量为47。5kJ,而系统对外作功为30kJ,如图所示。
（1)若沿1—4-3途径变化时，系统对外作功15kJ，求过程中系统与外界传递的热量。
（2）若系统从状态3沿图示曲线途径到达状态1，外界对系统作功6kJ,求该过程中系统与外界传递的热量.

(3）若U2=175kJ，U3=87。5kJ，求过程2-3传递的热量及状态1的热力学能。（7分）
40、m=2.26kg理想气体的气体常数Rg=430J/（kg.k），比热比κ=1。35.初温T1=477K，经可逆定容过程后终温T2=591K。求Q、ΔU、W、ΔS。（7分）
41、空气可逆绝热流过一喷管，入口压力p1=0.7MPa，温度t1=800℃，出口压力p2=0。15MPa，此喷管是什么外型的喷管？入口空气流速忽略不计，比热容和比热比取定值，分别为cp=1。004kJ/(kg·K），κ=1。4，Rg=287J/(kg。k)。求喷管出口空气的温度、流速、马赫数。（7分）
参考答案
第一部分 选择题（共15 分）
一、单项选择题（每题只有一个正确答案,答对一题得1分,共 15 分）
1、C 2、B 3、C 4、C 5、C
6、D 7、C 8、A 9、D 10、A
11、B 12、D 13、C 14、D 15、B
第二部分 非选择题（共85分）
二、判断题（本大题共10小题，每题1分，共 10 分，答A表示说法正确。答B表示说法不正确，本题只需指出正确与错误，不需要修改）
16、B 17、A 18、B 19、A 20、A
21、B 22、A 23、B 24、B 25、A
三、填空题（本大题共5小题，每空1分，共11分.）
26、0.267kJ/（kg。K) 31。1×10—3kg/mol
27、增大 减少
28、饱和蒸汽的质量占整个湿蒸汽质量的比值 24
29、0。946kJ/(kg.K） 0.686kJ/(kg.K)
30、 对气体分子间的引力 对气体分子体积
四、名词解释(本大题共4小题,每题 4分,共16分.）
31、干度为1的湿蒸汽为干饱和蒸汽；（1分)
蒸汽和水的混合物称为湿饱和蒸汽；（1分）
温度高于蒸汽压力下所对应的饱和温度的蒸汽，称为过热蒸汽。（2分）
32、物体温度升高1K(或1oC)所需热量称为热容,以C表示.（2分）
单位有J/(kg。K）、 J/(mol.K)和 J/（m3.K）.（2分）
33、在保持湿空气中水蒸气分压力pv不变的条件下，降低湿空气温度而使其达到饱和状态时所对应的温度,称为露点。(4分)

34、一个热力系统如果和外界只有能量交换而无物质交换,则该系统称为闭口系统.闭口系统内的质量保持恒定不变，闭口系统又叫做控制质量。(4分）
五、简答题（本大题共3小题，每题 4分，共12分。)
35、定压n=0，定容n=∞，定温n=1，定熵n=κ（4分）
36、（1）提高初温，可提高热力循环效率和增大膨胀终点的干度，但受金属材料耐热性能的限制。(2分)
（2)在相同的初温和背压下，提高初压也可使热效率增大.会使乏汽干度降低,设备强度的问题.(1分)
(3)降低背压可以显著提高循环热效率。受环境温度的限制。(1分）
37、它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡状态的状态组成的过程。（2分）
它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗.（1分)
一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程.（1分）
六、计算题（本大题共4小题，共36分。）
38、（1)图略。(可参照教材p329图10—14） (2分）
（2）抽汽系数 （2分)
(3)（2分）
（2分）
（2分）
（2分)
（2分)
（4)（2分）
39、对途径1-2—3,由闭口系能量方程得
（1分）
(1）对途径1—4-3，由闭口系能量方程得
（系统对外放热）(2分）
（2)对途径3—1，可得到
（1分)
（3)对途径2—3，有
(1分）
则
（1分）
（1分）
40、（1分)
（1分）
(2分）
（1分）
（2分)
41、为缩放型喷管。(1分）
（2分）
（2分）
（2分）

中北大学 工程热力学试题(A ）卷（闭卷）
2012—-2013学年第一学期
学号： 姓名：
一、简答题(每小题5分，共40分)
1。什么是热力过程?可逆过程的主要特征是什么?
答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力过程。可逆过程的主要特征是驱动过程进行的势差无限小,即准静过程,且无耗散.
2。温度为500°C的热源向热机工质放出500 kJ的热量，设环境温度为30°C,试问这部分热量的火用（yong）值(最大可用能）为多少？
答:303.95kJ
3。两个不同温度(T1，T2）的恒温热源间工作的可逆热机,从高温热源T1吸收热量Q1向低温热源T2放出热量Q2，证明:由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增 .假设功源的熵变△SW=0。
证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为
(1分)
对热机循环子系统: 1分
1分
根据卡诺定理及推论：
1分
则: 。1分
B
隔板
A
自由膨胀

4.刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A中存有高压空气，B中保持真空，如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数(T、P、u、s、v）如何变化，并简述为什么。
答：u、T不变,P减小,v增大，s增大。
5。 试由开口系能量方程一般表达式出发，证明绝热节流过程中，节流前后工质的焓值不变.（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计）
答：开口系一般能量方程表达式为
绝热节流过程是稳态稳流过程,因此有如下简化条件
，
则上式可以简化为：
根据质量守恒，有
代入能量方程，有
6. 什么是理想混合气体中某组元的分压力?试按分压力给出第i组元的状态方程。
答：在混合气体的温度之下,当i组元单独占有整个混合气体的容积（中容积)时对容器壁面所形成的压力,称为该组元的分压力；若表为Pi，则该组元的状态方程可写成：PiV = miRiT 。
7. 高、低温热源的温差愈大,卡诺制冷机的制冷系数是否就愈大，愈有利？试证明你的结论.
答：否,温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数愈小，耗功越大。(2分）
证明：，当不变，时，、。即在同样下(说明得到的收益相同），温差愈大,需耗费更多的外界有用功量，制冷系数下降。（3分）
8。一个控制质量由初始状态A分别经可逆与不可逆等温吸热过程到达状态B,若两过程中热源温度均为。试证明系统在可逆过程中吸收的热量多，对外做出的膨胀功也大。
答：经历可逆或不可逆定温过程后，按题给两种情况下过程的初、终状态相同，因而系统的熵变相同。由系统的熵方程,对于可逆过程其熵产为零,故热熵流将大于不可逆过程。可见，可逆过程的热量将大于不可逆过程；(3分)
由热力学第一定律，，因过程的初、终状态相同,热力学能变化Du相同，故可逆与不可逆两种情况相比，可逆过程的过程功亦较大.(2分）
二、作图题:（每小题5分，共10分）
1. 试在所给参数坐标图上定性地画出理想气体过点1的下述过程,分别指出该过程的过程指数n应当在什么数值范围内 （图中请标明四个基本过程线）：
1)压缩、升温、吸热的过程
2）膨胀、降温、吸热的过程.
答: （1) ； (2)
评分四条基本线（2分）两条曲线（2分）n取值（1分）
2。 如图所示T－s图上理想气体任意可逆过程1－2的热量如何表示？热力学能变化量、焓变化量如何表示?若过程1－2是不可逆的，上述各量是否相同？（请写出简明的作图方法。)
答:对可逆过程，热量为面积1—m-k—2—1，热力学能变化量为面积1-m—n—2v—1，焓变化量为1—m-g-2p—1。
对不可逆过程，热量无法表示，热力学能和焓变化量相同
三、计算题：（共50分）
1。 压气机在95kPa、25℃的状态下稳定地以340m3/min的容积流率吸入空气，进口处的空气流速可以忽略不计；压气机排口处的截面积为0。025m2，排出的压缩空气的参数为200kPa、120℃。压气机的散热量为60kJ/min。已知空气的气体常数Rg=0.287kJ/(kg.K），比定热容cV=0.717kJ/（kg。K），求压气机所消耗的功率。(16分)
解:
以压气机中空气为研究对象，其稳定工况的能量方程为
即
（a）
其中：
将以上数据代入式(a），可得压气机所消耗的功率为：

N2
8 kg
0.1 MPa
17 ℃
N2
2 kg
0.07MPa
67℃
2. 在高温环境中有一容器，A侧装有2 kg氮气,压力为0。07MPa，温度为67℃； B侧装有8kg氮气，压力为0。1MPa,温度为17℃，。A和B的壁面均为透热壁面，它们之间用管道和阀门相连，见附图.现打开阀门，氮气由B流向A.氮气可视为理想气体，已知气体常数Rg，N2 = 297 J/（kg·K）,过程中的平均定容比热容cv=0。742 kJ/(kg·K），若压力平衡时容器中气体温度为t2=40℃，试求:⑴平衡时终压力P2；⑵吸热量Q；⑶气体的熵变。（18分）
解:⑴容器A和B的容积分别为
（4分）
取A+B中的气体为系统（CM)，
m = mA + mB = 2 +8 =10 kg
V = VA + VB = 2。8851 + 6。8904 = 9。7755 m3（2分）
终态时的气体压力
（2分)
⑵按题给，系统不对外作功，有
（5分）
⑶原在A中的氮气熵变（2分）
原在B中的氮气熵变（2分）
全部氮气的熵变
（1分）
3。 将100 kg 温度为30 ℃的水与200 kg温度为80 ℃的水在绝热容器中混合,假定容器内壁与水之间也是绝热的，且水的比热容为定值，取，环境温度为17 ℃。求混合过程导致的可用能损失？（16分）
解：以绝热熔器内水为研究对象，由其能量方程可得
可得
水的混合过程的熵变为
由于绝热
混合过程的做功能力的损失为