《工程热力学》

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 仸课教师：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pb及表压力pe或真空度pv的关系：当p >pb时，p p p eb+=；当p <pb时，p p p vb-=。

4、用实际气体在两个恒温热源T 1和T2迚行一卡诺循环，则其热效率ηt=121T 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cp= 1005)(K kg J ⋅ 。

7、孤立系统是热力系统与外界无仸何 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迚行方向可分为哪两类？其各自的目的是什么？ 答：按循环迚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。

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<n<k ，减少n 可减少压缩机消耗的轴功。

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仸何变化。

”，少了“而不引起其他仸何变化” 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，幵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。

pv TspvTs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p1=Pa 100.65⨯，K 6001=t ，膨胀终了体积V V123=，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 662112102.031106.0⨯=⨯⨯== 由附表查出Ar 的)/(208.0K kg kJ Rg ⋅=121212ln )ln ln(p pmRg p p R T T c m S g p -=-=∆ K kJ /1014.16.02.0ln208.0005.03-⨯=⨯⨯-= //由于热力学能不变，故温度不变，K 60012==tt定温：vp v p 2211=⇒ Pa v v p p 662112102.031106.0⨯=⨯⨯==)(229.03ln 208.0ln s 12K kg J Rg vv ⋅=⨯==∆K kJ s m S 10145.1229.010335--⨯=⨯⨯=∆=∆2、（8分）空气在加热器中吸热后，流入喷管迚入绝热膨胀（如图所示）。

若已知迚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：22233211c h ch q +=++⇒ h c h c q 32113222-++=＝105602103602501028023323⨯⨯-⨯⨯++⨯⨯＝403.1 m/s3、（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 11-=∆低温热源：T Q S L 22=∆12iso T T R S S S S S ∆=∆+∆+∆+∆W 121200ISO Q QS T T -∆=+++R 0S ∆=热机：T Q T Q T Q d T Q d T dQ S 22112211-=-==∆⎰⎰⎰功源：0=∆S wS S S S S w L h iso ∆+∆+∆+∆=∆ ＝022112211+-++-T Q T Q T Q T Q＝04、（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p1=15MPa ，t 1=600℃，再热压力为pa=1.4MPa ，再热温度t a = t 1=600℃，背压p2=0.005MPa ，功率为150000KW 。

试求：1）定性画出循环的T-S 图；2）循环净功Wnet（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：解：1）再热循环在T-S 图上的表示如图所示。

2）循环净功()J/kg1968.2 137.89-152.89-2401.1-3694.82892.8-3582.3 )(3421k h h h h h h W a A net =+=---+-=3）循环吸热量kgkJ h h h h q A R /37.4231)8.28928.3694()9.1533.3582()()(411=-+-=-+-=4）%5.4637.423122.226311/22.22639.13711.240112322=-=-==-=-=q q kg kJ h h q t η//465.041.42312.19681===q W net η5）kJ kg W d net/1052.1968114-⨯===6）根据：P q q t m =η1h /t s /kg ...q P q tm 274247646503742311500001==⨯==η//s kg Pd D /751051500004=⨯⨯==-。