工程熱力學(xué)試卷與答案(參考版)
2025-06-21 13:02本頁(yè)面
【正文】 （6分）解：取壓氣機(jī)為控制體。設(shè)環(huán)境溫度為T(mén)0=300K。（1）畫(huà)出各過(guò)程的pv圖及Ts圖；（5分）（2）計(jì)算整個(gè)過(guò)程的Q，W，ΔU， ΔH及ΔS。K)。已知該氣體的氣體常數(shù)Rg=(kg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(guò)程中質(zhì)量不變，且等于 （2）氣體在過(guò)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℃。但可以應(yīng)用第一定律解析式。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。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(guò)程中作的功，已知。熵產(chǎn)是由于熱力過(guò)程中的不可逆因素導(dǎo)致的，因此當(dāng)熵產(chǎn)，則此過(guò)程必定為不可逆過(guò)程。（2）熵產(chǎn)的過(guò)程必為不可逆過(guò)程。（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(wèn)一下幾種說(shuō)法正確嗎？為什么？（1）熵增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程；答：不正確。（1）將各過(guò)程畫(huà)在pv圖上，并說(shuō)明作圖過(guò)程；（2）指出過(guò)程加熱或放熱，膨脹或壓縮。熵增原理指出了熱力過(guò)程進(jìn)行的（方向）、（限度）、（條件）。不可逆絕熱過(guò)程中，由于不可逆因素導(dǎo)致的熵增量，叫做（熵產(chǎn)）。理想氣體的熱力學(xué)能是溫度的（單值）函數(shù)。（18分）解：⑴容器A和B的容積分別為（4分）取A+B中的氣體為系統(tǒng)（CM），m = mA + mB = 2 +8 =10 kgV = VA + VB = + = m3（2分）終態(tài)時(shí)的氣體壓力（2分）⑵按題給，系統(tǒng)不對(duì)外作功，有（5分）⑶原在A中的氮?dú)忪刈儯?分）原在B中的氮?dú)忪刈儯?分）全部氮?dú)獾撵刈儯?分）3. 將100 kg 溫度為30 ℃的水與200 kg溫度為80 ℃的水在絕熱容器中混合，假定容器內(nèi)壁與水之間也是絕熱的，且水的比熱容為定值，取，環(huán)境溫度為17 ℃。K)，過(guò)程中的平均定容比熱容cv = kJ/( kg現(xiàn)打開(kāi)閥門(mén)，氮?dú)庥葿流向A。（16分）解：以壓氣機(jī)中空氣為研究對(duì)象，其穩(wěn)定工況的能量方程為即 （a）其中： 將以上數(shù)據(jù)代入式（a），可得壓氣機(jī)所消耗的功率為：N28 kg MPa17 ℃N22 kg67℃2. 在高溫環(huán)境中有一容器，A側(cè)裝有2 kg氮?dú)猓?MPa，溫度為67℃； B側(cè)裝有8 kg氮?dú)猓?MPa，溫度為17℃。壓氣機(jī)的散熱量為60 kJ/min。)答：對(duì)可逆過(guò)程，熱量為面積1mk21，熱力學(xué)能變化量為面積1mn2v1，焓變化量為1mg2p1。（2分）二、作圖題：（每小題5分，共10分）1. 試在所給參數(shù)坐標(biāo)圖上定性地畫(huà)出理想氣體過(guò)點(diǎn)1的下述過(guò)程，分別指出該過(guò)程的過(guò)程指數(shù)n應(yīng)當(dāng)在什么數(shù)值范圍內(nèi) (圖中請(qǐng)標(biāo)明四個(gè)基本過(guò)程線(xiàn))：1）壓縮、升溫、吸熱的過(guò)程2）膨脹、降溫、吸熱的過(guò)程。由系統(tǒng)的熵方程，對(duì)于可逆過(guò)程其熵產(chǎn)為零，故熱熵流將大于不可逆過(guò)程。試證明系統(tǒng)在可逆過(guò)程中吸收的熱量多，對(duì)外做出的膨脹功也大。即在同樣下(說(shuō)明得到的收益相同)，溫差愈大，需耗費(fèi)更多的外界有用功量，制冷系數(shù)下降。答：否，溫差愈大，卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)愈小，耗功越大。答：在混合氣體的溫度之下，當(dāng)i組元單獨(dú)占有整個(gè)混合氣體的容積（中容積）時(shí)對(duì)容器壁面所形成的壓力，稱(chēng)為該組元的分壓力；若表為Pi，則該組元的狀態(tài)方程可寫(xiě)成：PiV = miRiT 。5. 試由開(kāi)口系能量方程一般表達(dá)式出發(fā)，證明絕熱節(jié)流過(guò)程中，節(jié)流前后工質(zhì)的焓值不變。若將隔板抽去，試分析容器中空氣的狀態(tài)參數(shù)（T、P、u、s、v）如何變化，并簡(jiǎn)述為什么。證明：四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)熵增為（1分）對(duì)熱機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)： 1分 1分根據(jù)卡諾定理及推論：1分則： 。C，試問(wèn)這部分熱量的火用（yong）值（最大可用能）為多少？答： 3. 兩個(gè)不同溫度（T1,T2）的恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機(jī)，從高溫?zé)嵩碩1吸收熱量Q1向低溫?zé)嵩碩2放出熱量Q2，證明：由高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩?、熱機(jī)和功源四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的孤立系統(tǒng)熵增 。2. 溫度為500176。解：工程熱力學(xué)Ⅰ（A卷）（閉卷，150分鐘）班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 成績(jī) 一、簡(jiǎn)答題(每
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