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1、2005级热能与动力工程专业工程热力学期末试题（A卷）在答题纸上答题，不必抄题，须写清楚题号（星期二）问答题（每小题5分，共50 分）1. 如图所示水地相图（p-T图），若对图中A点施加上几万倍地压力，会出现什么现象?生活中有什么应用？P0.1MPa（1）题图2. 有化学反应存在地情形下，作为热力学基 本定律地热力学第一定律还适用吗？除了第一定律以外，下面哪几个还是热力学 地定律：热力学第二定律、状态公理、万 有引力定律、热平衡定律（热力学第零定 律）、法拉第定律、热力学第三定律.3. 第一个试图研究实际气体性质地状态方 程是什么方程？是根据实验得到地？把 它写出来4. 说明含湿量与绝对湿度地
2、一个相同点和一个不同点5. 如图所示蒸气压缩制冷循环中，45过程为绝热节流降压过程与可逆膨胀过程相比，对制冷循环地性能有什么影响？6. 如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法 气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行 压缩，这时是否还需要采用分级压缩？为什么？7. 电冰箱地压缩机采用分级压缩、中间冷却技术可以节省多少压缩功？8. 叙述卡诺定理，并利用热力学第二定律予以证明一（5）题9. 写出气体稳定流动过程地连续性方程.10. 水蒸气地定压比热容与定容比热容之差等于水蒸气地气体常数吗?计算题（30分）在101325Pa、298.15K地状态下，1kg甲烷完全燃烧所放出地热量为50010kJ.
3、问：（1）Ikmol甲烷可放出多少热量？ 假定空气地摩尔成分为21%地02、79%地N2,1kmol甲烷完全燃烧，需要多少kmol地空气？（3）如果让1kmol甲烷完全燃烧，给予地助燃空气量正好满足要求，假设燃烧生成地热量全部用于加热燃烧产物（压力不变），那么燃烧产物地温度可以达到多少？燃烧产物地平均气体常数（折合气体常数）是多少？（注：本题所有气体都当作理想气体处理；由于CO2和H2O均为三原子气体，且比例不可忽视，故混合气体不能简单地按双原子或三原子气体处理，混合气体地摩尔比热ni cm,icm=，双原子气体 k=1.740,三原子气体 k=1.29.）n三计算题（20分）20世纪末蒸汽参
4、数最高地大功率汽轮机是日本三菱公司和日立公司生产地1000MW-24.5MPa/600 C/600C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,试求该机组地理论热效率压力MPa温度C 焓kJ/kg熵kJ/(kg K)0.00532.90h=137.77kJ/kg h=2561.2kJ/kgs=0.4762kJ/(kg K) s=8.3952kJ/(kg K)46003673.47.36864302.6142968.7416.3760206003536.96.505520157.950.4762256003491.26.361625162.850.4762做完
5、了全部试题，请你检查一下，并注意姓名、班级是否写好答案：一 问答题1. 冰熔化成水滑冰时冰刀刃下地冰就发生这种现象，冰刀刃与冰面接触部分面积很小 ,在人体地重量作用下形成局部高压，导致冰熔化成水，形成地高压水起到润滑作用，使 滑冰刃轻易滑动2. 适用，热力学第一定律适用于任意过程热力学第二定律、状态公理、热平衡定律（热力学第零定律）、热力学第三定律3.范德瓦尔方程.不是从实验得到地 际气体地偏差进行修正得到地 .，而是从理想气体状态方程出发P 弓 v-b 二 RTv，根据理想气体与实4. 相同点：含湿量和绝对湿度都是说明空气中水蒸气含量多少地物理量；不同点：含湿量以每千克干空气为基准，绝对湿度
6、是以每立方米湿空气为基准.5. 减少制冷量，降低制冷系数，但简化了设备（答出一个理由即可）6. 需要.因为分级压缩还可以减少余隙容积地影响，提高压气机地容积效率.7. 电冰箱地压缩机采用分级压缩、中间冷却就无法正常工作了，更遑论节省压缩功了制冷循环压缩过程是为了获得较高地冷凝温度，所以不能中间冷却.8. 卡诺定理：在相同温度地高温热源和相同温度地低温热源之间工作地一切循环中 没有任何循环地热效率比可逆循环地热效率更高这个定理包含两层意思（有地书写做两个推论），第一层意思是在相同温度地高温热源和相同温度地低温热源之间工作地一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环地种类无关与采用哪一种工质也无关.
7、第二层意思是在相同温度地高温热源和相同温度地低温热源之间 工作地一切不可逆循环地热效率必小于可逆循环地热效率卡诺定理可以根据热力学第二定律证明如下：高遍热源T,q丄G7B1i6乂/Arn丿I.a、低温热T假设有一个可逆热机A与一个任意热机B，同时工作于两个恒温热源Ti和T2之间.可逆热机 A 地热效率tA=WAqiqi -q2Qi亠畀;任意热机B地热效率qiwBqiQi -Q2qiq2qi.a为可逆机，当其逆向循环时，耗功WA,由低温热源吸热q2,向高温热源放出热量qi.现将两机组成联合装置，如图所示.由任意热机B供给可逆机A所需地功若tB tA,则q2q2.于是此联合装置将连续地自低温热源吸
8、热(q2-q2),并全部转换为功对外输出，从而形成第二类永动机，违反了热力学第二定律因此tB tA,这就证明了上述卡诺定理(同样方法可以证明卡诺定理地两个推论)二常数Ac Ai ci9. m| =m2 =mvvi或者 埜竺_色=0A c vi0.水蒸气是实际气体，不能按理想气体处理，所以迈耶公式不适用于水蒸气.二. 计算题：甲烷地分子量约为i6,ikmol地甲烷完全燃烧可以放出热量为i6 500i0=800i60kJ.(2) 因为CH4+2O2=CO2+2H2O所以ikmol甲烷燃烧，需要2kmol地。2,产生ikmol地CO2和2kmol地 出0;所需 地空气量为 2/0.21=9.5238
9、kmol,其中 N27.5238kmol.(3) 燃烧产物总量：1+2+7.5238=10.5238kmol燃烧产物地折合摩尔质量(平均分子量)：二=三nW/n=(1 44+2 18+7.5238 28)/10.5238=27.62kg/kmol燃烧产物地平均气体常数(折合气体常数)：R=Rm/r=8314.5/27.62=301.033J/(kg K)k1 4双原子气体 Cmp=Rm8.3145=29.1kJ/(kmol K)k 一11.41k1 29三原子气体 Cmp=Rm8.3145=36.99kJ/(kmol K)k11.291混合气体地摩尔比热 ：Cmp=1 niCmp,i/n=(1
10、+2) 36.99+7.5238 29.1)/10.5238=31.35kJ/(kmol K)Q=nCmp(T2-Ti), T2=Q/(n Cmp)+T 1=800160/(10.5238 31.35)+298.15=2723.52K三. 解：q= W =1=1 h4 _h5QQihi h6 +h3 h2hi =(3491.2-3536.9)(24.5-20)/(25-20)+3536.9=3495.77kJ/kgSi=(6.3616-6.5055) (24.5-20)/(25-20)+6.5055=6.3760kJ/(kg K)S2=Si=6.3760kJ/(kg K), h 2=2968.
11、74kJ/kg h3=3673.4kJ/kg, S3=7.3686kJ/(kg K)S4=S3=7.3686kJ/(kg K)s4 s4Sj3 s47.3686 0.4762X4= s4 -s4s4 -s48.3952 -.4762=0.8704h4=X4(h4”- h4)+ h4=0.8704(2561.2-137.77)+137.77=2247.12kJ/kgh5=h/=137.77kJ/kgS6=S5=S4 =0.4762kJ/(kg K)h6=(162.85-157.95)(24.5-20)/(25-20)+157.95=162.36kJ/kg2247.12 137.77=47.76%
12、3495.77 -162.363673.4 -2968.742005级热能与动力工程专业工程热力学期末试题B卷问答题（每题4分,共六十分）1. 工质地基本状态参数都是什么？2. 气体地压力丝毫没有改变，安装在充满气体地刚性容器上地压力表地读数能不能发生 变化？（3）题图3. 如图所示，压气机将气流地 压力提高，高压气流顺通道 流到左边，推动气轮机旋转 作功，作完功地气体又进入 压气机气轮机拖动压气机 旋转，还通过传动机构带动 一个小发电机发电这个设 计完满吗？4什么是理想气体？5. 从微观角度定性分析，热力学能（内能）为什么只是温度地函数？6. 在T-s图上如何表示绝热过程地技术功wt，s？7
13、. 现代摄氏温标是如何定义地？8. 卡诺循环由几个什么样地过程组成？9. 把范德瓦尔方程写成关于v地多项式形式.10. 水地三相点 3/kg、206.154m3/kg 和 m3/kg 哪个是固相（冰）比体积（比容）？哪个是液相（水）比体积（比容）？哪个是气相（水蒸气）比体积（比容）？11. 工作压力在 0.01MPa表压以下、0.10.3MPa表压、0.3MPa表压以上，各是什么机械（压气机、鼓风机、通风机）？12. 为什么要采用蒸汽-燃气联合循环？13. 为什么要采用热电联合生产（热电合供循环）？14. 什么叫第二类永动机15. 理想气体高速进入一个无出口地绝热容器，容器内气体地温度会如何变
14、化？二. 计算题（15分）已知：压力容器装满了水，水净重1吨,环境温度 30C，大气压力 0.10Mpa,水地压力12.0Mpa,温度300C，压力容器地体积多大？假如容器破裂，容器内物质最终体积有多大？三. 推导题（10分）已知：第一和第二 ds方程式:ds 诗dT dv、:T pdp，试证明迈耶公式.四. 计算题（15分）空气由O.IMpa、300K被绝热压缩至原来地 1/10,然后定容加热使压力提高 1倍,问：热 力学能（内能）地总变化是多少？最终温度是多少？总地作功量是多少？水和水蒸气地部分热力性质p-MPaT- Cv-m 3/kgh-kJ/kgs-kJ/(kg K)0.00428.98v=0.0010040v=34.803h=121.41h=2554.1s=0.4224s=8.47470.004531.034v=0.0010046v=31.142h=129.98h=2557.8s=0.4507s=8.43270.1099.63v=0.0010434
