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工程熱力學(xué)試卷與答案-資料下載頁

2025-06-18 13:02本頁面
  

【正文】 值)函數(shù)。熱力平衡的充要條件是:(系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與外界之間各種不平衡的熱力勢差為零)。不可逆絕熱過程中,由于不可逆因素導(dǎo)致的熵增量,叫做(熵產(chǎn))??ㄖZ循環(huán)由(兩個(gè)可逆定溫和兩個(gè)可逆絕熱)熱力學(xué)過程組成。熵增原理指出了熱力過程進(jìn)行的(方向)、(限度)、(條件)。二、 簡答題(20分)(5分)如圖1,某種理想氣體有兩任意過程ab和ac,已知b,c在同一可逆絕熱線上,試問:Δuab和Δuac哪個(gè)大?解:(方法一)過b、c分別作等溫線,因?yàn)?,故圖1(方法二)考慮過程bc,方法二方法一圖2(5分)某理想氣體經(jīng)歷4個(gè)過程,如圖2所示。(1)將各過程畫在pv圖上,并說明作圖過程;(2)指出過程加熱或放熱,膨脹或壓縮。解: 因?yàn)椋?3:,且 則有: 所以 邊壓縮邊放熱12:,則 所以有 邊膨脹邊放熱14: 邊膨脹邊吸熱15: 邊膨脹邊吸熱邊降溫 (6分)某循環(huán)在700K的熱源及400K的冷源之間工作,如圖3所示。(1)用克勞修斯積分不等式判別循環(huán)是熱機(jī)循環(huán)還是制冷循環(huán),可逆還是不可逆? (3分)(2)用卡諾定理判別循環(huán)是熱機(jī)循環(huán)還是制冷循環(huán),可逆還是不可逆? (3分)圖3解:方法1:設(shè)為熱機(jī)循環(huán) 不可能設(shè)為制冷循環(huán):符合克氏不等式,所以是不可逆制冷循環(huán)方法2:設(shè)為熱機(jī)循環(huán) 設(shè)為制冷循環(huán) ,所以是不可逆制冷循環(huán)(4分)請(qǐng)問一下幾種說法正確嗎?為什么?(1)熵增大的過程必為不可逆過程;答:不正確。熵增大的過程不一定為不可逆過程,因?yàn)殪卦龃蟀亓骱挽禺a(chǎn)兩部分,如果熵流大于0,而熵產(chǎn)為0的可逆過程,上仍然是增大的。(2)熵產(chǎn)的過程必為不可逆過程。答:正確。熵產(chǎn)是由于熱力過程中的不可逆因素導(dǎo)致的,因此當(dāng)熵產(chǎn),則此過程必定為不可逆過程。三、計(jì)算題:(60分)圖4(15分)如圖4所示,氣缸內(nèi)充以空氣,活塞及負(fù)載205kg,缸壁充分導(dǎo)熱,活塞的初始高度為10cm,活塞的橫截面積為100cm2,氣缸內(nèi)的空氣初始溫度為27℃,初始?jí)毫?71mmmHg。若取走90kg負(fù)載,待平衡后,求:(1)活塞上升的高度;(7分)(2)氣體在過程中作的功,已知。(8分)解:缸內(nèi)氣體為熱力系閉口系。突然取走90kg負(fù)載,氣體失去平衡,振蕩后最終建立新的平衡。雖不計(jì)摩擦,但由于非準(zhǔn)靜態(tài),故過程不可逆。但可以應(yīng)用第一定律解析式。由于缸壁充分導(dǎo)熱,所以缸內(nèi)的氣體在熱力變化過程中的溫度是不變的。首先計(jì)算狀態(tài)1和狀態(tài)2的基本參數(shù), (1) 求活塞上升的高度:過程中質(zhì)量不變,且等于 (2)氣體在過程中作的功根據(jù)熱力學(xué)第一定律, 以及由于且T1=T2,由于不計(jì)摩擦氣體所做的功,分為兩部分:位克服大氣所做的功;位活塞位能的增加量則或者,(10分),100℃,1000℃。按照以下三種不同的方法求熱力學(xué)能的變化量、焓的變化量、過程熱量()(1)按定值比熱容求;(3分)(2)按平均比熱直線關(guān)系式求;(3分)(3)按平均比熱表求(4分)解:空氣、壓力不太高,作理想氣體處理,對(duì)于理想氣體的任何一種過程,下列各式都成立:(1)按定值比熱容(2)按平均比熱直線關(guān)系式(3)按平均比熱表查表 (10分)封閉氣缸中氣體初態(tài)p1=8MPa,t1=1300℃,經(jīng)過可逆多變膨脹過程變化到終態(tài)p2=,t2=400℃。已知該氣體的氣體常數(shù)Rg=(kgK),比熱容為常數(shù),cV= kJ/(kgK)。(1)求多變過程的多變指數(shù);(4分)(2)求多變過程的膨脹功;(3分)(3)試判斷氣體在該過程中各是放熱還是吸熱的?(3分)解:(1)1到2是可逆多變過程,對(duì)初,終態(tài)用理想氣體狀態(tài)方程式有所以多變指數(shù)(2)多變過程的膨脹功(3)多變過程的熱量故該可逆多變膨脹過程是吸熱過程(15分) ,由25℃,2m3可逆絕熱膨脹到1atm,然后在此狀態(tài)的溫度下定溫可逆壓縮回到2m3。(1)畫出各過程的pv圖及Ts圖;(5分)(2)計(jì)算整個(gè)過程的Q,W,ΔU, ΔH及ΔS。(10分)解:(1)畫出各過程的pv圖及Ts圖(2)先求各狀態(tài)參數(shù)等溫過程 :熱量=膨脹功=技術(shù)功 所以,放熱(10分)壓氣機(jī)空氣由P1=100kPa,T1=400K,定溫壓縮到終態(tài)P2=1000kPa,過程中實(shí)際消耗功比可逆定溫壓縮消耗軸功多25%。設(shè)環(huán)境溫度為T0=300K。求:(1)壓氣機(jī)實(shí)際消耗軸功;(4分)(2)壓縮1kg氣體的總熵變。(6分)解:取壓氣機(jī)為控制體。(1)按可逆定溫壓縮消耗軸功:實(shí)際消耗軸功:(2)由開口系統(tǒng)能量方程,忽略動(dòng)能、位能變化:因?yàn)槔硐霘怏w定溫過程:h1=h2   故:孤立系統(tǒng)熵增:穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流:
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