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1、工程热力学与传热学一、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
2、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
3、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
4、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）kg空气经过定温膨胀的可逆过程，从初态压力为q= bar，=300 oC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
5、热量;（3）热力学能，焓和熵的变化量。设空气的cp= kJ/（kgK），Rg= kJ/（kgK），K=。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。mKmol的理想气体，从初态p】=MPa，T340 K绝热膨胀到原来体积的2倍。已知气体的Cpm= kJ/（mol K）, Cvm= kJ/（mol K）,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
6、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，至少需耗多少功一、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错错错错错三、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
7、）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：W = W + （p v p v ） = W + Ac2 + gAz + A（pv）
8、。t 2 21 1 s 2 f（2）可逆过程中膨胀功的计算公式：w = f2pdv ；技术功的计算公式：w =-J2vdp。3. 答：（1）开口系统稳定流动的能量方程式为：q = Ah + -Ac 2 + gAz + w。（2）式中各量2 fs含义：q为工质与外界交换的热量，Ah为工质进出口焓的变化，2Ac 2为工质宏观动能的变化，gAz为工质宏观位能的变化，ws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T 一定时，增加水蒸气分压力p
9、 = p = p （T）,方法2：保持水蒸气含量p v不变，降低湿空气温度T = T （p J。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:p = p = 9.807 x1 = 1.961 bar.21 V5由理想气体状态方程式得；v =结=0.287x 103 x(273 + 300)=0.1677kg/m31 p9.807 x 105&1v2 = 5v 1 = 0.8385 m3/kg定温过程：T1 = T2= 573 K(2)气体对外所作的功及交换的热量:VWT = QT = pVln 1 = 9.807 x 105 x (2 x 0.1677)
10、 x ln5 = 529.4 kJ 1(3)过程中热力学能，焓，熵的变化为：U= 0, AH = 0, AS = mR ln 匕=0.923 8 kJ/K1-21-21-2g V12. 解：(1)取A，B物体及热机为孤立系统，贝有：AS. =ASA +ASb +ASe = 0，其中：AS e = 0，因此：AS = AS + AS = m cfTm + mcfT= 0 iso A BTT TT1 B即:Tmc ln- + mc InT=0,.T 2 lnmTATb=0或 * = 1，所以 T =，TTT Tm A BA物体为有限热源，过程中放出热量Q 1，B物体为有限冷源，过程中要吸收热量Q
11、2，并且：Q1 = mc (TA - Tm), Q2 = mc (上-T，热机为可逆热机时，由能量守恒：W = Q1 - Q 2 = mc (二-T ) - mc (T - T? = mc (TA + T- 2T )。(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：mc(T1 -T ) = mc(T -TA) C33 443.解：首先计算比热容比：y =pm-=-=1.33C 25.12V,m(1)对可逆绝热过程：/V、/1、 c c终温：T2 = TV) K-1 = 340 K X (3)1.33-1 = 270 K。2W = mc (T - T ) = nC (T - T
12、)对外所作的功：V 12V，m 12=1x 103 molx 25.12 J/(mol- K) x (340 - 270) K = 1758 J熵的变化量：庭=0(2)气体向真空自由膨胀，有W = 0，又过程绝热，则己=0,因此由闭口系能量方程 Q = W + AU，得腮=0。即终温：T = T1 = 340 K熵的变化量：AS = m(c ln 二 + R ln 匕)=mR ln 匕=nR ln 匕v T g V g VV=1 x 103 mol x 8.314 J/(mol - K) x ln2 = 5.77 kJ/K4.解：(1)方法1：利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行，f 5 Q
13、Q Q 2 000 kJ 800 kJT =广于二3+30 = -0.585kJ/K v 0 12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：Q Q- 2 000 kJ 800 kJ=l + 二 + 0 + 0 =+= 0.585 kJ/K 012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任一种重新判断。若使制冷机能从冷源吸热800 kJ，AS = AS h +AS l +AS r +AS w使其逆行，显然不可能进行。也可借助与上述方法的假设至少耗功Wmin根据孤立系统熵增原理，AS. =AS h +AS l +AS r +AS w=Z+4+0+0=800 kJ+ 匕+8221 = 0七 T2973 K 303 K解得：Wmin = 1769 kJ。
