《工程热力学》期末考试卷及答案

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昆明理工大学2012年《工程热力学》 期末考试卷及答案

考试科目：工程热力学 任课教师：包桂蓉

一、填空题（本大题有9小题，每小题2分，共18分） 1、相互接触的物体，若他们处于热平衡，则他们的___温度 __必相等。

2、 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 24 kg 。

3、工质绝对压力 p

与大气压力p b 及表压力 p e 或真空度 p v

的关系：当 p > p b 时， p p p e b

+=；当 p 时， p p p v b -=。

4、用实际气体在两个恒温热源T 1和T 2进行一卡诺循环，则其热效率ηt

= 1 2

1T T T - 。 5、在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都 相等 ，与可逆循环的种类 无关 。

6、空气的比定容热容c v 为718)(K kg J ?，气体常数为287)(K kg J ?；其比定压热容c p = 1005)(K kg J ? 。

7、孤立系统是热力系统与外界无任何 能量 和__物质__交换的系统。 8、熵增加的过程 不一定 (填一定或不一定)是不可逆过程。

9、抽气回热循环改善了朗肯循环，其根本原因在于 水蒸汽的平均吸热温度提高了//提高了循环热效率 。

二、名词解释（本大题有4小题，每小题3分，共12分） 1、过热蒸汽：温度高于所处压力对应的饱和温度的蒸汽称为过热水蒸气。// 对饱和蒸汽继续定压加热形成过热蒸汽。

2、闭口系统：热力系与外界无物质交换的系统。// 与外界只有能量交换而无物质交换。

3、系统储存能：是指热力学能、宏观动能、和重力位能的总和。// 系统中的热力学能、动能和势能。

4、热力学第二定律的克劳修斯表述：不可能把热从低温物体转移到高温物体而不引起其他变化。// 热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。

三、简答题（本大题有4小题，每小题5分，共20分） 1、热力循环按循环效果及进行方向可分为哪两类？其各自的目的是什么？

答：按循环进行的方向和产生的效果分：正向循环与逆向循环 正循环：将热能转化为机械能。

逆循环：消耗功，将热量从低温物体传至高温物体。 2、简述蒸汽参数对朗肯循环效率的影响。 页脚内容2 页脚内容3

答：（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）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。（3）降低背压可以显著提高循环热效率。受环境温度的限制。

// 提高初温、初压，降低终温、背压，均可提高循环效率。 3、压缩机压缩过程的多变指数n 的取值范围是什么？若想减少压缩机所消耗的轴功，压缩过程的多变指数n 应增加还是减少？

答：[]k n ,1∈，若想减少压缩机所消耗的轴功，应接近定温过程，压缩过程的多变指数n 应减少。 // 1

4、热力学第二定律能否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当？

答：热力学第二定律的正确表述应是：热不可能全部变为功而不产生其它影响。所给说法中略去了“其它影响”的条件，因而是不妥当、不正确的。

// 不妥当，应表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能而不引起其他任何变化。”，少了“而不引起其他任何变化” 这一句。 四、作图题（本大题有2小题，每小题5分，共10分）

1、 画出蒸汽压缩制冷循环的T-s 图，并说明各过程是在什么设备中完成的？

作法一

1-2：压气机2-3：冷凝器3-4：节流阀4-1：冷库 作法二

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过程1-2在压缩机中完成； 过程2-3在冷凝器中完成； 过程3-4在节流机构中完成； 过程4-1在蒸发器中完成。

（上面这两幅图及答案都符合要求，都正确）

2、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。 p v T s

页脚内容5 页脚内容6 p v T s

答： (1) k n >； (2) k n <<1

五、计算题（本大题有4小题，，共40分）

1、（10分）5g 氩气经历一个热力学能不变的过程，初始状态p 1

=Pa 100.65 ，K 6001 =t ，膨胀终 了体积V V 1 2

3=，氩气可作为理想气体，且假定热容为定值，求终温、终压及总熵变量。（已知Ar 的

Rg=0.208()K kg kJ ?）

解：氩气Ar 可看为理想气体，其热力学能只是温度的单一函数，故等热力学能过程也即等温过程，

T 2=T 1=600K 。根据理想气体的状态方程有 Pa v v p p 66211 2102.03 1

106.0?=??== 由附表查出Ar 的)/(208.0K kg kJ Rg ?= 1

21212ln )ln ln (p p

mRg p p R T T c m S g p -=-=? 页脚内容7 K kJ /1014.16 .02 .0ln

208.0005.03-?=??-= //

由于热力学能不变，故温度不变，K 60012==t t 定温： v p v p 22

11 =

Pa v v p p 66211 2102.03 1

106.0?=??== ) 229.03ln 208.0ln s 1 2K kg J Rg v v ?=?==?

K kJ s m S 10145.1229.010335--?=??=?=?

2、（8分）空气在加热器中吸热后，流入喷管进入绝热膨胀（如图所示）。若已知进入加热器时空气的焓值为kg kJ 2801=h ，流速为s m c 501=，在加热器中吸收的热量为kg kJ 360=q ，在喷管出口处空气的焓值为kg kJ 5603=h ，试求喷管出口处空气的流速。

解：2 22 332

11c h c h q +=++

h c h c q 32 113222-++=

＝105602103602501028023323??-??++?? ＝403.1 m/s 3、（10分）两个不同温度（T 1,T 2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T 1吸收热量Q 1向低

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温热源T 2放出热量Q 2，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

0iSO =?S 。假设功源的熵变△S W =0。 证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为 对热机循环子系统：

根据卡诺定理及推论： //

证明：高温热源：T Q S h 1 1 -=

低温热源：T Q S L 2 2=

热机：T Q T Q T Q d T Q d T dQ S 2

2112211-=-== 功源：0=?S w

S S S S S w L h iso ?+?+?+?=? 12iso T T R S S S S S ?=?+?+?+?W 12 12

00ISO Q Q S T T -?= +++R 0 S ?= 页脚内容9 ＝ 02 21 12 21 1+- + +

-T Q T Q T Q T Q ＝0

4、（12分）某蒸汽动力厂按一级再热理想循环工作，蒸汽初参数为p 1

=15MPa ，t 1 =600℃，再热 压力为 p a

=1.4MPa ，再热温度t a = t 1=600℃，背压 p 2

=0.005MPa ，功率为150000KW 。试求：1）定性画

出循环的T-S 图；2）循环净功W net （考虑水泵功）；3）循环吸热量q 1

；4）求循环热效率η；5）循环 汽耗率d ；6）每小时所需蒸汽量。 蒸汽的有关参数如下：

415152.890.4762解：1）再热循环在T-S图上的表示如图所示。 2）循环净功 () J/kg 1968.2 137.89 - 152.89 - 2401.1

- 3694.8 2892.8 - 3582.3 ) ( 3 4 2 1 k h h h h h h W a A net = + = - - - + - =

3）循环吸热量 kg kJ h h h h q A R / 37 . 4231 )8. 2892 8. 3694 ( )9. 153 3. 3582 ( ) ( ) ( 4 1

1 = - + - = - + - = 4） % 5. 46 37 . 4231 22 . 2263 1 1 / 22 . 2263 9. 137 11 .

2401 1 2 3 2 2 = - = - = = - = - = q q kg kJ h h q t η

页脚内容10 页脚内容11 // 465.041 .42312

.19681 == =q W net η 5）kJ kg W d net /1052 .19681 14-?== =

6）根据：P q q t m =η1 h /t s /kg ...q P q t m 2742476465 0374231150000 1==?= = η //

s kg Pd D /751051500004=??==-