工程热力学试题答案(A)

工程热力学试题 答案及评分标准

一、 是非判断题（共30分，每题3分）

（1） 正确；根据平衡状态的定义可得。（判断1分，解释2分） （2） 错误；技术功压降可以实现。（判断1分，解释2分） （3） 错误；孤立系统的熵不一定守恒。（判断1分，解释2分） （4） 正确；状态参数性质决定，与过程无关。（判断1分，解释2分）

（5） 错误；过冷度越大，蒸气压缩机制冷循环的制冷系数就越大。（判断1分，解释2分） （6） 正确；消耗外功的情况下可以实现。（判断1分，解释2分） （7） 正确；卡诺定理之一。（判断1分，解释2分）

（8） 错误；如气体吸热全部用于热力学能的增加，则不膨胀做功。（判断1分，解释2分） （9） 正确；根据稳定流动能量方程，各截面上的滞止参数都相等。（判断1分，解释2分） （10）正确；饱和湿空气中的水蒸气处于饱和状态，未饱和湿空气中的水蒸气处于过热状态。

（判断1分，解释2分） 二、 简答题（共25分，每题5分）

1）简述可逆过程与准静态过程之间的区别与联系。举例说明自然界中哪些现象自发而不可逆。

答：可逆过程是一种理想化的过程。即当系统完成某一过程后，若能使过程逆向进行而使系统及外界回复到原始状态不留下任何变化的痕迹，则此过程称为可逆过程。（2分） 准静态过程是指热力学过程中系统所经历的一切中间状态都无限接近于平衡状态，即认为系统与外界之间的不平衡势为无限小。可见，可逆过程强调的是过程所产生的外部效果，而准静态过程强调的是系统的内部的变化。可逆过程一定是准静态过程，而准静态过程不一定就是可逆过程。（2分）

自由膨胀，混合过程，温差传热过程（1分）

2）压缩、升温、放热的过程，终态在p-v 图和T-s 图的哪个区域？（各2.5分）

3）蒸汽压缩制冷循环装置主要由哪些设备组成？工质在各设备中进行的热力过程是什

T

么？有何特点？在T-s 图上如何表示？

答：蒸汽压缩制冷循环由下列设备组成：压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。（2分）在

压缩机中工质被绝热压缩，压力提高，消耗外界机械功；冷凝器中工质定压凝结放热达到该压力下的饱和液状态。膨胀阀中工质绝热节流，压力下降，温度下降，前后焓不变；蒸发器中工质定压吸热蒸发达到该压力下的干饱和汽状态。（2分）T-s 图（1分）

4）渐缩喷管入口压力不变，当其背压降低时，喷管出口截面的流速及喷管流量是如何变化的？并解释这种变化规律的原因。

答：当背压降低时，渐缩喷管出口速度会增大，直到增加到临界速度时不再增大（2分），喷管流量随背压的下降而增加，直到增加到最大流量后，喷管的流量不再增加（1分）。出口速度达到临界流速后不再增加，是因为在渐缩喷管中，流速不可能超过当地声速（2分）。 5）湿空气相对湿度的意义是什么？它和湿空气的水蒸汽分压力有何关系？在其他条件不变时，湿空气的干球温度改变对湿空气相对湿度有何影响？

答：湿空气相对湿度φ的意义是空气距离饱和空气的程度（1分）。也就是湿空气中的水蒸汽分压力与相同温度下饱和湿空气中水蒸汽压力下的比值，或湿空气的绝对湿度与同温度下饱和湿空气绝对湿度的比值，φ=ρv/ρs=Pv/Ps （2分）,在其他条件不变时，湿空气温度提高使饱和水蒸汽的压力增加，因而相对湿度下降。反之空气温度下降，饱和水蒸汽压力降低，φ增加（2分）。 三、 计算题

1、答：a 可逆绝热膨胀

1212k

v P P v ⎛⎫=

⎪⎝⎭

p 2=(1/2)1.4*5=1.895bar,（1分）

1

1212k v T T v -⎛⎫= ⎪

⎝⎭

T 2=(1/2)0.4*340=257.7K （1分） 由稳流方程

q=W s +Δh+(c 22/2-c 12/2)+g(z 2-z 1)（1

分）

故W s =-Δh=Cp(T 1-T 2)=82.67kJ/kg,（1分） Δs=0, Δu=Cv(T 2-T 1)=-59.05kJ/kg （1分）

Δh=-W s =-82.67kJ/kg

b 绝热节流膨胀 Δh=0, （1分） 空气可作为理想气体 ΔT=0,T 2=T 1=340K 同样有Δu=0,（1分）

p 2=(V 1/V 2)p 1=1/2*5=2.5bar,（1分）

由q=w s +Δh+(c 22/2-c 12/2) +g(z 2-z 1), w s =-Δh=0 Δs=Rln(p 1/p 2)

Δs =0.287ln(5/2.5)=0.1989kJ/kg.K （1分）

T-s 图（2分）

2、答：1）可逆过程

2t,C 1285110.644800

T T η=-

=-=（1分）

C t,C 1

0.644600386.4/w q kJ kg

η==⨯=（1分） 2）高温热源熵的变化量1

11

q s T ∆=

=0.75 （1分） 高温热源传热存在50K 温差的熵增：11

'11

q q s T T ∆=

-高温温差=0.05（1分） 绝热膨胀不可逆性引起熵增s ∆不可逆性＝0.25kJ/kg.K 300k 热源的熵变化2

300'2

k q s T ∆=

（1分） 3001k s s s s ∆=∆+∆+∆不可逆高温温差（1分）

12

285kJ/kg

w q q =-=（1分）

1

0.475w

q η=

=t （1分） 2222'22285300

q q q q

s T T ∆=

-=-低温温差（1分） 0.355kJ/kg.K

s s s s ∆=∆+∆+∆=iso 不可逆低差高差（1分）

0iso

101.2kJ/kg

T s π=∆=（1分）

3、答：

h 3=h 4=512.38kJ/kg ，h 2=1699.55kJ/kg （2分） 由s 1=s 2＝s 2”，t 1=－20℃，（1分） 得x 1＝（s 1－s 1’）/(s 1”-s 1’) （2分）

=(8.5658-3.8171)/(9.0895-3.8171)=0.90067 h 1=h 1’+x(h 1”-h 1’)=1523.757kJ/kg ，（2分） ε1＝q 2/w 。＝（h 1－h 4）/(h 2－h 1)=5.753（2分） 压气机功率w 。＝Q 2/ε1＝100/5.753＝17.38kW （2分）

4、答：从图中可以查出d 1=11g/kg(d.a)（1分）