《东北大学2007级《工程热力学》期末试题(2009年7月8日星期三)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《东北大学2007级《工程热力学》期末试题(2009年7月8日星期三)（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1东北大学 工程热力学试题 A2009 年 7 月 8 日星期三1气体常数 Rg 由气体的种类所决定，其大小与相对分子质量有关，由此我们可以计算诸如氮气、氧气等的气体常数。通常情况下水不能作为理想气体处理，因为水分子往往借助非常强的氢键结合成为分子链，使得它在常温常压下呈液态而与周围群众格格不入（图一） 。现在的问题是：水的气体常数该如何确定？一种想法是，与其他气体一样，由其单个分子的相对分子质量确定。另一种想法是，水的气体常数与它所缔合成的分子链大小有关，从而不能称其为常数，如果非要确定一个值的话，可以借助试验等手段给出一个平均值。请谈谈你的看法，你的理由。 （10 分）2想用一个套管热交换
2、器（Heat exchanger）将 140的石油制品冷却到 40。已知石油制品的比热容约为 2.1kJ/(kgK)，套管换热器内管流通截面积是外通道流通截面积的一半。冷却水进口温度 25，比热容约为 4.2kJ/(kgK)。介质流速需控制在 8 m/s 以下以避免阻力过大。假定换热器足够长，两种介质的密度均为 1000 kg/m3，请合理安排两种介质的流程以达到效果最好 。(15 分)3标准状态下，1kmol 的气体压力是多少？温度是多少？体积是多少（取三位有效数字）？高炉热风炉将空气从 20加热到 1100，已知 20到 1100之间空气的平均体积比热为 1.4215kJ/(m3K)（1.
3、4215 千焦耳每标准立方米每开） ，问 100 标准立方米的空气完成加热后体积是多少？加热过程吸热量是多少？（15 分）420 世纪末蒸汽参数最高的大功率汽轮机是日本三菱公司和日立公司生产的1000MW-24.5MPa/600/600超临界一次中间再热汽轮机。假定再热压力为 4.0MPa，排汽参数为 0.005MPa，试求该机组的理论热效率。 （20 分）压力MPa 温度 焓kJ/kg 熵kJ/(kg K)图一图二2压力 MPa 温度 焓kJ/kg 熵kJ/(kg K)0.005 32.90 h=137.77kJ/kgh=2561.2kJ/kg s=0.4762kJ/(kgK)s=8.395
4、2kJ/(kgK)4 600 3673.4 7.36864 302.614 2968.741 6.376020 600 3536.9 6.505520 157.95 0.476225 600 3491.2 6.361625 162.85 0.47625Ts 图上两条定容线可以相交吗？两条定压线呢？为什么？（5 分）6pv 图上两条绝热过程线相交会导致什么结果？请说清楚。 （5 分）7恒温性好是饱和蒸汽加热的最主要优点。橡胶硫化工艺需要 140，0.36136MPa 的饱和蒸汽进行加热，企业蒸汽管网提供 0.7MPa 的饱和蒸汽。如果使用这个蒸汽节流降压到 0.36136MPa，显然有较大的不可
5、逆损失。现在现场附近有 0.19854MPa 的饱和蒸汽，是企业待回收的余热资源。有人说把 0.7MPa 的饱和蒸汽与 0.19854MPa 的饱和蒸汽按比例直接混合就得到了 0.36136MPa 的饱和蒸汽，你认为如何？为什么？该怎么办？（不需要计算） （10 分）8写出范德瓦尔方程的表达式。与马丁侯方程等相比，范德瓦尔方程的误差很大，但是在实际气体状态方程的研究中大家都推崇范德瓦尔方程，讲课时不分中外都要讲它，为什么？（10 分）9请给“不可逆过程”一个恰当的定义。请归纳热力过程中有哪几种不可逆因素？（10 分）答案：1第一种想法正确。气体常数是由通用气体常数和物质相对分子质量构成的组合常
6、数，是分子自身的性质，而不取决于分子之间的关系。水分子的缔合属于分子间的关系，尽管导致水的宏观性质的特殊性，但它不能影响分子自身。水这种情况，宏观性质受单一分子行为影响很小，也就是气体常数与宏观性质的关系不大，所以我们不怎么讨论水的3气体常数。2t oil，1 =140 ，t oil，2 =40， tH2O，1 =25，c oil=2.1kJ/(kgK)，c H2O=4.2kJ/(kgK)qm，oil coil(toil，1 toil，2 )=qm，H2O cH2O(tH2O，2 tH2O，1 )qm=cfA，为使设备出力最大，应使其中流速最大，所以两种流体c f 相等。代入上式Aoilcoi
7、l(toil，1 toil，2 )=AH2OcH2O(tH2O， 2tH2O，1 )相关数据代入Aoil2.1(14040)=AH2O4.2(tH2O，2 25)得 50Aoil=AH2O (tH2O，2 25)若石油走管内，水走管外，则 2Aoil=AH2O，于是 tH2O，2 =50，q m，oil =8000A 内 。若石油走管外，水走管内，则 Aoil=2AH2O，于是 tH2O，2 =125，q m，oil =16000A 内 。后一个方案较好。由于 tH2O，2 =125 t oil，2 =40，所以必须逆流换热，如图所示。3标准状态下，1kmol 的气体压力是 101325Pa，
8、温度是 273.15K（0） ，体积是22.4m3。V1100=V0T1100/T0=1001373.15/273.15=502.71 m3Q=V0CmV(1100-20)=1001.4215(1100-20)= 153522 kJ4解：t= 23615421hhQWh1=(3491.2-3536.9)(24.5-20)/(25-20)+3536.9=3495.77kJ/kgs1=(6.3616-6.5055) (24.5-20)/(25-20)+6.5055=6.3760kJ/(kgK)s2=s1=6.3760kJ/(kgK), h2=2968.74kJ/kgh3=3673.4kJ/kg,
9、s3=7.3686kJ/(kgK)s4=s3=7.3686kJ/(kgK)x4= 4762.095.8 43 4 sT s1 2 346 5图二水 石油4=0.8704h4=x4(h4h4)+ h4=0.8704(2561.2-137.77)+137.77 =2247.12kJ/kgh5=h4=137.77kJ/kgs6=s5=s4=0.4762kJ/(kgK)h6=(162.85-157.95)(24.5-20)/(25-20)+157.95=162.36kJ/kgt= =47.76%74.2968.36.127.3915都不可以相交，否则交点的比体积或压力就会有两个值，这是不可能的。6如图
10、所示，如果两条绝热线可以相交，则令绝热线s1、s 2 交于 a 点，过 b、c 两点作等压线分别与绝热线s1、s 2 交于 b、c 点。于是，过程 bc、ca、ab 组成一闭合循环回路，沿此回路可进行一可逆循环，其中过程ca、ab 均为可逆绝热过程，只有定压过程 bc 为吸热过程，而循环回路围成的面积就是对外净输出功。显然，这构成了从单一热源吸热并将之全部转变为机械能的热力发动机循环，是违反热力学第二定律的。7不可能实现“把 0.7MPa 的饱和蒸汽与 0.19854MPa 的饱和蒸汽按比例直接混合就得到了 0.36136MPa 的饱和蒸汽” ，气体只会从高压处向低压处流动，因此 0.7MPa
11、 的饱和蒸汽将向 0.19854MPa 的饱和蒸汽管道内流动，而不可能得到 0.36136MPa 的饱和蒸汽。可以采用喷射器用 0.7MPa 的饱和蒸汽引射 0.19854MPa 的饱和蒸汽来得到 0.36136MPa的饱和蒸汽。8答：范德瓦尔方程表达式略。范德瓦尔方程是第一个实际气体状态方程，在各种实际气体状态方程中它的形式最简单；它较好地定性地描述了实际气体的基本特征；其它半理论半经验的状态方程都是沿范德瓦尔方程前进的。9答：各种不可逆因素总可以表示为将机械能耗散为热能，例如温差传热，卡诺说：凡是有温度差的地方都可以产生动力。因此，温差传热使得本可以作出的功没有作出，这就相当于将机械能耗散
12、为热能。凡是最终效果都可以归结为使机械能耗散为热能的过程都是不可逆过程。热力过程中的不可逆因素有功热转换、有限温差传热、自由膨胀、混合过程、电阻等等。cbapv6 题图s2s15东北大学工程热力学试题 B2009 年 7 月 8 日星期三1几股流体汇合成一股流体称为合流，如图 2-13 所示。工程上几台压气机同时向主气道送气以及混合式换热器等都有合流的问题。通常合流过程都是绝热的。取 1-1、 2-2 和 3-3 截面之间的空间为控制体积，列出能量方程式并导出出口截面上焓值 h3 的计算式。 （10 分）2如图所示导热微元体，棱长分别为dx、dy、dz，导热热流 x= ，余类推。dyzt微元体
13、内单位时间单位体积产生热量为 ，过程是稳态的，请写出其简化的能量平衡方程。 （5 分）3某燃气轮机装置定压加热实际循环（如图所示） ，其工质视为空气。工质进入压气机时，温度 T1=300K，压力 p1=0.1MPa，循环增压比= =6，涡轮进口工质温度 T3=1000K，压气机2p效率 c=0.82，涡轮效率 T=0.85。试分析该实际循环的加热量、放热量、循环功与循环效率 i。 （20 分）2svp T2 31 41234定压加热理想循环布莱顿循环与实际循环4qm1 1p1, T1 31 qm3p3, T32 3qm2p2, T2 2图 2-13 合流z+dz y+dyx+dxxy z 2
14、题图 导热微元体64du=Tdspdv 表示了什么定律？其使用范围是什么？在这个前提下，如果已知ds 关系式为 ，试求 dh 关系式。 （10 分）dpTvcdsp5国际水蒸气会议规定，选定水的三相点的液相水作为基准点，该点的液相比热力学能（比内能）u 0=0kJ/kg，比熵 s0=0kJ/(kgK)，那么该点的比焓是多少？如果将水的压力提高到 0.1MPa，比焓又是多少？（水的三相点参数：t tp=273.16K, ptr=611.659Pa, vtr=0.00100021m3/kg，假定水为不可压缩流体。 ） （15 分）6蒸发温度为20，冷凝温度为 40，计算以 HFC134a 为工质的
15、逆向循环的性能系数（COP ） 。若蒸发温度为 5呢？（15 分）7如图所示，空气连续进行四个过程，分别是定温压缩过程、定压吸热过程、绝热膨胀过程和定容放热过程。所以的过程都是可逆的。已知：p1=0.1MPa，T 1=300K，p 2=5MPa，T 3=2300K。需要大家解决的问题是： 在 p-v 图上画出循环； 求吸热过程的吸热量； 求总的对外作功量； 求各点的基本状态参数。 （15 分）8当忽略进口流速时，根据能量方程喷管出口流速总是等于二倍焓降再开平方的关系。显然，有摩擦的绝热流动与无摩擦的绝热流动相比，总是会带来损失的。试仅仅对于当进口焓值相同并维持相同的出口压力时，画出 h-s 示意图，并指明摩擦损失表现在哪里？（10 分）sT 3等压2 等温 14等熵等容7 题图7氟利昂 134a（HFC134a ）的 ph 图8答案1进入系统的能量离开系统的能量=系统贮存能量的变化系统贮存能量的变化：不变。进入系统的能量：q m1 带入的和 qm2 带入的。没有热量输入。qm1（ h1+cf12/2+gz1）+ q m2（h 2+cf22/2+gz2）离开系统的能量：
