1、工程热力学试题集 1 1. 东北工学院工程热力学期末考试试题 （ 84 热能及市热能班 *） 一试回答下列各问题（本题 42 分，每小问 7 分） (1)何谓湿蒸汽？何谓湿空气？湿蒸汽中的水蒸气和相对湿度 0 TdWTdQ l0 从而证明 不可逆TdQ0。 5 p2 不变时， h2将大于 h2，损失表现为出口速度降低（速度损失）。（ 当出口焓值相同，即 (h1-h2)可逆 = (h1-h2)不可逆 时，出口速度不变，损失表现为出口压力降低（压力损失。） ） 6系统接受的热量除了提供内能（热力学能）的增量，其余部分转化为功，其中一部分功成为推动工质流动的推动功（流动功），另一部分转换成为动能增量
2、、势能增量和 /或轴功而为外界所利用。动能增量、势能增量和轴功合在一起是为技术功。 二如下表： 闭口系统 A 表 (1) 闭口系统 B 表 (2) Q W U1 U2 U 路径 过程 Q W (a) 24 13 ( -3 ) 8 ( 11 ) X 1-2 10 ( 13 ) (b) -8 ( 10 ) ( 80 ) 62 -18 Y 2-1 -7 -4 (c) ( 3 ) -17 -12 ( 8 ) 20 z 2-1 ( -11) -8 1 A B 2 一（ 4）题 h s p1 h1 h2 p2 一（ 5）题 工程热力学试题集 4 三如图所示 (A路径 ) TA=1ppA T1=2300/1
3、=600K q1A=cvT1A=0.745(600-300)=223.5kJ/kg， w1A=0 T2=Avv2 TA=3600=1800K qA2=cpTA2=1.042(1800-600)=1250.4kJ/kg wA2=pAvA2=RTA2=0.297(1800-600)=356.4kJ/kg q1A2=q1A+qA2=223.5+1250.4=1473.9kJ/kg w1A2=w1A+wA2=0+356.4=356.4kJ/kg (B路径 ) TB=1vvB T1=3300=900K q1B=cpT1B=1.042(900-300)=625.4kJ/kg w1B= p1v1B=RT1B
4、=0.297(900-300)=178.2kJ/kg T2=Bpp2 TB=2900=1800K qB2=cvTB2=0.745(1800 900)=670.5kJ/kg wB2=0 q1B2=q1B+qB2=625.2+670.5=1295.7kJ/kg w1B2=w1B+wB2=178.2+0=178.2kJ/kg 内能（热力学能）变化与路径无关， u =q w=1295.7 178.2 =1473.9 356.4=1117.5kJ/kg 四 (1) S=Q/T=mq/T=1000335/273 =1227.1kJ/K （吸热） S0=Q/T0=mq/T0=1000( 335)/293 =
5、 1143.3kJ/K （放热） S 孤立系 =S+S0=1227.1+( 1143.3) =83.8kJ/K I=T0S 孤立系 =29383.8=24542.12kJ p A 2 1 B v T 1 A s 2 B 三题 T S 293 273 I 四题 -1 工程热力学试题集 5 (2) c=10TT =1 273/293=0.068 注意到 Q=Q0(1 c)，则由 w=Q0 Q 得 w=Q(c11 ) Q=mg(c11 ) mg =1000335(068.01 1) 1000335 =24542.12kJ 显然，可逆热机的作功量就等于不等温传热时的作功能力损失。 五 s1=7.233
6、8kJ/(kgK), s2=7.2338kJ/(kgK) (1) x2=6 4 9 3.01 5 0 5.8 6 4 9 3.02 3 3 8.7“ 2 ss ss=0.8778 h2=h(1-x2)+h”x2=191.84(1-0.8778)+2584.40.8778=2292.01kJ/kg (2) wT=h1-h2=3456.5-2292.01=1164.5kJ/kg (3) t=)0.384.191(6.3456 0.35.1164)(1 ppT whh ww=35.61% 2. 东北工学院 84 级热能工程专业工程热力学期末考试补考试题 一选择题 下列各题中，你认为正确的请在括号内划
7、（ ），不正确或不全面的请在括号内划（ ）。 1 在确定的两态之间，理想气体的熵差计算公 式为 s= cpln12TT Rln12vv （ ） 2 使系统熵增大的过程一定是不可逆过程。 （ ） 3 可逆循环的热效率不可能等于 1。 （ ） 4 制冷系数有可能大于 1。 （ ） 5 卡诺循环的热 效率总比任意实际循环的热效率要高。 （ ） 6 在临界点上，饱和液体的焓一定等于饱和蒸汽的焓。 （ ） 7 某液体的温度为 t，若其压力大于 t 对应的饱和压力，则此液体 一定处于未饱和液体状态。 （ ） 8 p t 图上可以表示出的三相变化，所以称为相图。 （ ） 9 一热力系经历一个不可逆过程，其熵
8、有可能减少。 （ ） 10 等容过程加热量的计算式可以适用于任意气体。 （ ） 11 对于喷管来说，其背压降得愈低，则其出口流量将愈大。 （ ） 工程热力学试题集 6 12 不可逆过程中，工质的熵减少了，则工质的焓也必减少。 （ ） 13 不可逆过程就是不能反方向进行的过程。 （ ） 14 不可逆过程的前后状态参数变化无法计算。 （ ） 15 绝热过程一定是定熵过程。 （ ） 二说明下列公式应用条件： 1 s=cpln12vv +cvln12pp ； 2 kkppTT13212 3 vdppdv 4 q = h+wt 5 =112TT 三简要回答下列问题： 1 在蒸汽动力装置中，你认为作功能力
9、损失以何处为最大？如何改进？ 2 不可逆过程中的熵变化如何计算？ 3 简要说明多级压缩中间冷却的目的。 4 如何确定一多变过程的多变指数？ 四在 T s 图上画出一个具有一级回热、一次再过热的蒸汽动力循环，并根据图上所标字母写出下列各量的计算公式（忽略泵功）。 循环加热量； 循环作功量； 循环热效率； 理想汽耗率； 抽汽量。 答案： 一 ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 。 二 理想气体，任意过程；理想气体，可逆绝热过程；任意气体，可逆定温过程；任意工质，任意过 程；任意工质，可逆循环。 三 1 在蒸汽动力装置中，锅炉内部由高温烟气和火焰向炉水传热是作功能力损失最大的环节
10、。应当尽可能提高给水入炉温度，减少传热温差。另一个措施是，在蒸汽动力循环之上，复合一个在较高温度下工作的动力循环，例如燃气轮机循环，以充分利用高温烟气和火焰与炉水之间上千摄氏度的温差。 2 只要知道起讫点状态，不可逆过程中的熵变化可以按可逆过程的方法进行计算，例如对于理想气体，可以使用 s= cvln12TT +Rln12vv 、 s= cpln12TT Rln12pp工程热力学试题集 7 和 s=cpln12vv +cvln12pp ，因为熵是状态参数，其变化仅与起讫点的热力状态有关，与过程无关。 3 多级压缩，中间冷却的目的有两个：一是可以使压缩过程接近等温，减少压缩机耗功；二是可以减轻余
11、隙容积的影响。 4 如 果 已 知过程起讫点的状态参数 (p1, v1) 、 (p2, v2) ，则多变指数1212 lnln lnln vv ppn 。 四该循环如图所示，其中 为回热抽汽率，即单位质量工质中回热抽汽所占的份额。 循环加热量 q1=(h1 h8)+(hb ha)； 循环作功量 w=(h1 ha)+(hb h7)+(1 )(h7 h2)； 循环热效率 t=1qw = )h-(h)h-(h )(1(ab812771 hhhhhh ba ； 理想汽耗率001wd )(1(12771 hhhhhh ba ； 抽汽量 D 抽汽 =D0。 3. 东北工学院工程热力学期末考试试题 （ 86
12、 级热能工程系） 一解释下列概念（ 20 分） 热力平衡态； 准静态过程； 干度； 汽化潜热； 过热度； 含湿量； 露点； 相对湿度； 热量 火 用 ； 热力 火 用 。 二空气由同一初态 1 开始，经可逆绝热膨胀、定温膨胀和多变膨胀到同一终压。又由同一初态 1 开始，经可逆绝热压缩、定温压缩和多变压缩到同一终压。试回答：（填入1 b T a 8 7 4 (1 ) 3 2 2” s 四题图 工程热力学试题集 8 括号内）（ 10 分） 哪一个过程膨胀功最小（ ）； 哪一个过程膨胀技术功最大（ ）； 哪一个过程熵变最大（ ）； 哪一个过程压缩终态温度最高（ ）； 哪一个过程压缩技术功最小（ ）。
13、 三 1 升（ 1 立方分米）空气，在压力 p1=1atm（ 1atm=101325Pa），温度 t1=15时，进行定压加热到 t2=200，然后，绝热膨胀到 t3=100，接着又定容冷却到 t4=15，最后，定温压缩又重新回到原来的初态，完成了一个循环。若过程均为可逆， k=7/5 的理想气体。试定性画出过程的 p-v 图及 T-s 图，求出循环净功和循环热效率。（用 SI制）（ 20 分） 四可逆热机分别从两个恒温热源 T1 和 T2 吸收同样的热量，并向一个恒温冷源 T3 排放热量。试用 T1、 T2 及 T3 写出可逆机热效率的表达式（最简式），若 T1=1000K， T2=500K，
14、T3=293K，则 t =？（ 15 分） 五已知通过喷管的空气压力 p1=5bar，温度 T1=600K，流量 m =1.5kg/s，若必须保证喷管出口截面处压力 p2=1bar（ k=1.4），试问： 采用什么型式的喷管； 略去喷管进口速度 c10，求喷管出口速度 c2； 若工质在喷管内是不可逆绝热流动，喷管效率=0.95，求喷管实际出口速度 c2？实际出口截面 A2？（ 20 分） 六试利用热力学参数间的微分关系证明理想气体内能（热力学能）与比容无关（要求步骤严密）（ 15 分） 答案： 一 1热力学分析中所涉及的热力学系统的状态通常都要求是热力学平衡状态，简称平衡状态。如果组成热力学系
15、统的各部分之间的温度均匀一致，且等于外界的温度，则该热力系统即处于热平衡。如果热力系统内部无不平衡的力，且作用在 边界上的力和外力相平衡，则该热力系统即处于力平衡。为了能够实现平衡状态，必须满足力平衡、热平衡两个条件。如果热力系统内还存在化学反应，则尚应包括化学平衡。 2热力系统从一个平衡状态出发，连续经过一系列（无穷多个）平衡的中间状态，过渡到另一个平衡状态的过程。 3湿蒸汽中，纯水蒸气的质量分数（成分、浓度、百分比）。 4饱和状态下，单位质量的水从饱和水完全变成饱和蒸汽所吸收的热量称为汽化潜热。等于干饱和蒸汽的焓减去饱和水的焓。 5过热蒸汽温度高于其压力所对应的饱和温度的部分。即过热蒸汽温
16、度与饱和温度之差。 6为了准确计量湿空气含有的水分，按单位质量（一般是 1 千克）的干空气计算的湿空气所包含的水蒸气质量。 7湿空气中水蒸气的分压力对应的饱和温度，当湿空气降温至低于该点时，湿空气中的部分水蒸气将以露水的形式析出。 工程热力学试题集 9 8湿空气中水蒸气的分压力 pv，与同一温度、同样总压力的饱和湿空气中水蒸气分压力 ps(t)的比值，称为相对湿度，一般以 表示。 9一定温度的环境条件下，系统（其温度高于环境温度）所提供的热量中可转化为有用功的最大值。 10？ 二 1绝热膨胀； 2定温膨胀； 3定温过程； 4绝热压缩； 5定 温压缩。 三 p1=101325Pa， t1=15
17、， V1=0.001m3， p2=101325Pa， t2=200 V2=)15273( )200273(001.01 21 TTV=0.001642m3 t3=100 ， p3=p2 14.1 4.1123 273200 273100 kkTT101325=44124.88Pa V3=V2 14.1 11132 2 7 31 0 0 2 7 32 0 0 kTT 0.001642=0.002973m3 V4=V3=0.002973m3， t4=15 ， p4=p3273100 2731588.4 4 1 2 434 TT=34069.6Pa Q12=mcp(T2-T1)= 1kkmR(T2T
18、1)= 11k(p2V2-p1V1) =14.1 4.1(1013250.001642-1013250.001)=227.68J Q23=0 Q34= mcv(T4T3)=11kmR(T4T3)=11k(p4V4-p3V3) =14.11(34069.60.002973-44124.880.002973)=-74.74J Q41=W41=p4V4ln41VV =34069.60.002973ln 002973.0 001.0 =-110.36J 循环净功等于循环净热量： Wnet=Qnet=Qi=227.68-74.74-110.36=42.58J p 1 等压 2 等熵 等温 3 等容 4
19、v s T 2 等压 1 等温 4 3 等熵 等容 工程热力学试题集 10 循环热效率： t=68.22758.4212 QWnet=0.1870 W12=p1(V2-V1)=101325(0.001642-0.001)=65.05065J W23=mcv(T2T3)=11kmR(T2T3)=11k(p2V2-p3V3) =14.11(1013250.001642-44124.880.002973)=87.98J W34=0 W41= p4V4ln41VV =34069.60.002973ln 002973.0 001.0 =-110.36J Wnet=Wi=65.05+87.98-110.3
20、6=42.67J 四该热机相当于两个卡诺热机 A、 B分别工作于 T1、 T3 和 T2、 T3 之间，加热量均为Q，于是 WA=AQ=Q(1-13TT )， WB=BQB=Q(1-23TT ) 总效率 t=231323132212112 TTTTQTTQTTQQWWQW BAt o t a lt o t a l t=110002293 5002293=0.5605 五 2=p2/p1=1/5=0.2c=0.546，应当采用缩放型式的喷管（即拉伐尔喷管）。 cf2= 4.1 14.1121 2.0160028714.1 4.12112 kkRTk k =666.58m/s 一般用“速度系数”或
21、“流动系数” 来表示气流出 口速度的下降，它等于实际出口流速 cf2与理想可逆流动的出口流速 cf2 之比。用“能量损失系数” 来表示动能的减少，它等于损失的动能与理想动能之比，且 =1 2 吉林工业大学华自强编工程热力学 （人民教育出版社 1979 年 5 月第一版， 1983 年 3 月 9日恢复高等教育出版社后划归该社，高等教育出版社 1986 年 9 月第二版） 中提到了喷管效率 N，定义为喷管出口的实际流动动能与定熵流动的出口流动动能之比： N=2020222 2 hh hhcc ff 且有 N=2 所以 =1 2=1 N cf2=cf2 = N cf2 = 95.0 666.58= 649.70m/s
