《工程热力学与传热学》试题及答案

《工程热力学与传热学》试题及答案

一、填空题（每题2分，计20分）1、如果热力系统与外界之间没有任何形式的能量交换，那么这个热力系统一定是( ）2、理想气体的比热容只与( ）参数有关。3、若组成热力系统的各部分之间没有热量传递，热力系统将处于热平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ）。4、若组成热力系统的各部分之间没有相对位移，热力系统将处于力平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ）。5、干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为：( ）。

6、湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于( ）。

7、再热循环的目的是( ）。

8、回热循环的主要目的是( ）。

9、热辐射可以不依靠( ），在真空中传播。

10、流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与( ）的过程无关。二、判断题（每题1分，计20分）1、孤立系统的热力状态不能发生变化；（）2、孤立系统就是绝热闭口系统；（）3、气体吸热后热力学能一定升高；（）4、只有加热，才能使气体的温度升高；（）5、气体被压缩时一定消耗外功；（）6、封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（）7、流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关；（）8、在闭口热力系中，焓h是由热力学能u和推动功pv两部分组成。（）9、理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。（）

10、对于确定的理想气体，其定压比热容与定容比热容之比cp/cv的大小与气体的温度无关。（）

11、一切可逆热机的热效率均相同；（）

12、不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（）

13、如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（）

14、如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变；（）

15、不可逆过程的熵变无法计算；（）

16、工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（）

17、封闭热力系统发生放热过程，系统的熵必然减少。（）

18、由理想气体组成的封闭系统吸热后其温度必然增加；（）

19、知道了温度和压力，就可确定水蒸气的状态；（）

20、水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（）三、问答题（每题5分，计20分）1、说明什么是准平衡过程？什么是可逆过程？指出准平衡过程和可逆过程的关系。2、试指出膨胀功，轴功，技术功，流动功的区别和联系，写出可逆过程中膨胀功，技术功的计算公式。3、写出开口系统稳定流动能量方程式的表达

式，说明式中各量的含义。4、什么是饱和湿空气？什么是未饱和湿空气？如何将未饱和湿空气转变为饱和湿空气？四、计算题（每题10分，计40分）1、2 kg空气经过定温膨胀的可逆过程，从初态压力为 p1=9、807 bar，t1=300 C膨胀到终态容积为初态容积的5倍。试计算：（1）空气的终态参数；（2）对外界所作的膨胀功和交换的热量；（3）热力学能，焓和熵的变化量。设空气的cp=1、004 kJ/(kgK)，Rg=0、287

kJ/(kgK)，K=1、4。2、两质量相同，比热容相同（为常数）的物体A，B，初温各为TA与TB，用它们作高温热源和低温热源，使可逆机在其间工作，直至两物体温度相等为止。试求：（1）平衡时的温度Tm；（2）可逆机的总功量；（3）如果两物体直接进行热交换至温度相等，求此平衡温度Tm及两物体的总熵变。3、1 Kmol的理想气体，从初态p1=0、5 MPa，T1=340 K绝热膨胀到原来体积的2倍。已知气体的Cp,m=

33、44 kJ/(molK)，Cv,m=

25、12 kJ/(molK)，试确定在下述情况下气体的终温，对外所作的功及熵的变化量。（1）可逆绝热过程；（2）气体向真空自由膨胀。4、欲设计一热机，使之能从温度为973 K的高温热源吸热2 000 kJ，并向温度为303 K的冷源放热800 kJ。试确定（1）此循环能否实现？（2）若把此热机当作制冷机用，从冷源吸热800 kJ，是否可能向热源放热2 000 kJ？此时，至少需耗多少功？

1、填空题1孤立系统2温度3温度差4压力差5过热蒸汽6 含湿量7增加蒸汽干度8提高进入锅炉的给水温度9中间介质10工质经历

二、判断题1－5错错错错对6－10对对错错错11－15错错对错错16－20错错错错错3、问答题

1、答：（1）准平衡过程：是假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接近平衡态的过程，（2）可逆过程：是指如果系统完成了某一过程之后，再沿着原路逆行，恢复到原来的状态，外界也随之回复到原来的状态的过程。（3）准平衡过程和可逆过程的关系：准平衡过程着眼于系统内的平衡，可逆过程着眼于系统和外界的总平衡。一个准平衡过程不一定是可逆过程，但一个可逆过程一定是一个准平衡过程。可逆过程是无耗散的准平衡过程。

2、答：（1）膨胀功：是由于工质体积的变化对外所做的功；技术功：是指工程技术上可以直接利用的功，包括宏观动能，宏观位能，轴功；流动功：推动工质流动而做的功称为流动功。膨胀功，技术功，流动功的联系为：。（2）可逆过程中膨胀功的计算公式：；技术功的计算公式：。

3、答：（1）开口系统稳定流动的能量方程式为：。（2）式中各量含义：为工质与外界交换的热量，为工质进出口焓的变化，为工质宏观动能的变化，为工质宏观位能的变化，系统对外所作轴功。

4、答：（1）饱和湿空气：是由干空气和干饱和水蒸气组成的空气。（2）不饱和湿空气：是由干空气和过热水蒸气组成的空气。（3）将未饱和湿空

气转变为饱和湿空气的方法有两种：方法1：湿空气温度一定时，增加水蒸气分压力 , 方法2：保持水蒸气含量不变，降低湿空气温度。四

、计算题1、解：（1）取空气为热力系统，对可逆定温过程1-2，由参数间的相互关系得：由理想气体状态方程式得；定温过程：（2）气体对外所作的功及交换的热量：（3）过程中热力学能，焓，熵的变化为：2、解：（1）取A，B物体及热机为孤立系统，则有：，其中：，因此：即：

或，所以（2）A物体为有限热源，过程中放出热量，B物体为有限冷源，过程中要吸收热量，并且：，热机为可逆热机时，由能量守恒：。（3）两物体直接进行能量交换直至温度相等时，可列出能量守恒方程：

因此：3、解：首先计算比热容比：（1）对可逆绝热过程：终温：。对外所作的功：熵的变化量：

（2）气体向真空自由膨胀，有，又过程绝热，则，因此由闭口系能量方程，得。即终温：熵的变化量：4、解：（1）方法1：利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行，所以此循环能实现，且为不可逆循环。或方法2：利用孤立系统熵增原理来判断循环是否可行，孤立系统由高温热源，低温热源，热机及功源组成，因此：

孤立系统的熵是增加的，所以此循环可以实现。（2）若将此热机当作制冷机使用，使其逆行，显然不可能进行。也可借助与

上述方法的任一种重新判断。若使制冷机能从冷源吸热800 kJ，假设至少耗功Wmin，根据孤立系统熵增原理，解得：。