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1、工程热力学考试试卷All rights reserved.判断题1. 流动功是系统维持流动所花费的代价，所以流动功不能为0。（x）2. 质量保持不变的系统就是闭口系。（x）3. 处于稳定状态的系统一定处于平衡状态（x）4. 根据熵的定义d S = lAre，热量是过程量，所以熵也是过程量。（X）T5. 等温过程的膨胀功与与吸收的热量相等。（X）6. p - v图上，理想气体的等熵线比等温线陡；T - s图上，理想气体的等压线比等容线陡。（x）7. 绝热系可以是开口系。（V）8. 可以从单一热源中取热并使之完全转换为功。（V）9. 定容过程对湿蒸汽进行加热，干度一定增大。（x）10. 可逆循环的
2、热效率一定大于不可逆循环的热效率。（x）11.lq = du +5w及iq = c dT + pdv二式均适用于任何工质，任何过程。（x）v分析、简答题1. “系统经某一初态经不可逆与可逆两条途径到达同一终态，则经不可逆 途径系统的熵变必大于可逆途径的熵变。”，这种说法是否正确，为什么？ 答：不正确。因为熵是状态参数，不论过程是否可逆，只要初终态相同，其 熵变均相同，故系统从某一初态经不可逆与可逆两条途径到达同一终态，经 不可逆途径系统的熵与可逆途径的熵变相等。2. 试在T - s图上把理想气体两状态间热力学能及焓的变化表示出来。答：通过2点作等温线，分别与过 1点的等容线和等压线相交于2v及
3、2p 点；由于理想气体的热力学能和焓是温 度的单值函数，T2 = T2v = T2p，可以得 至 U u = u , h = h 。22 v 22 p等容过程的吸热量与相同温限下 的热力学能的变化相等，可以得到 q = u - u。v2 v 1等压过程的吸热量与相同温度下的焓的变化相等， 可以得至q =h -h 。 T-s 图上过 程 线 下 方的 面积表示热 量 ， 所以 p 2 p 1q = 面积12 s s 1 ； q = 面积12 s s 1 。 从 而 可 以 得 至 ，vv 2 v 1pp 2 p 1u -u = q =面积12 s s1； h -h =q =面积12 s s1。2
4、 1 vv 2 v 1 2 1 pp 2 p 13. 某理想气体在p - v图上的两种过程如下图所示，试在T - s图上画出相应的两个过程，指出过程多变指数 n 的范围，并说明各过程中工质是答：1-2过程：-g n 0，压缩、放热、降温、降压。膨胀还是压缩，吸热还是放热，升温还是降温，降压还是升压。1-3过程：0 n 1，膨胀、吸热、升温、降压。1 如右图所示的气缸，其内充以空气。已知活 塞与气缸壁之间无摩擦，活塞右侧有一弹簧， 气缸直径0.4mm,当地大气压p = 0.1MPa。b初始时刻P = P，t = 27OC，对气缸缓缓加1b 1热，直至P = 0.15MPa，t = 207OC。若
5、m = 0.1Kg，空气比热力学能2 2 1bkj /kg = 0.72fT)k。求：从初态到终态过程的加热量Q。解：取气缸内的空气为系统闭口系。确定空气初终态体积：V = mRT1 = X 287 X (27 + 273)=。驱曲 31 p0.1 x 1061mRT 0.1X287X(207+273)V 二二二 0.09184m32 p0.15 x 1062弹簧初终态变形量：x = 0, x = = = 0.918： Of861 = 0.0457m12 An X 0.2/2missed根据热力学第一定律：Q = AU + W = 5.884 +12.96 = 18.844kJ2.5Kg的空气
6、由初态T = 300K，p = 0.25MPa，经可逆定温过程到达 11终态p = 0.15MPa。试求此过程的Q、W、AU、AH。2解：可逆等温过程：T = T ； u = u ； h = h21 2 1 2 1AU = U U= mu mu = 0 ； AH = H H = mh mh = 02 1 2 1 2 1 2 1Q 二 AU + W 二 W 二 mRT In 冬 二 5 x 0.287 x 300 x In 0.25 X106 二 219.91kJg i p0.15 x 1062missed3. 推 导 理 想 气 体 定 值 比 热 容 ， 多 变 过 程 初 、 终 态 熵
7、变 为 ：As =k、R n(k -1) g解：多变过程初终态温度关系k比定压热容：c = Rp k 1 g2 2-T P1 P丿1n1n、n1nTp k理想气体熵变：As = c ln 2 R ln 2 = R lnp T g p k 1 g11k (n -1) pd pn - kp/)R ln 厶-R ln 2 = ()R lnn(k -1) g p g pn(k -1) g p1 1 14高温热源的温度为800K，工质的温度为300K，从高温热源向工质传递热p2(p丿1-R ln 匕 g p1量500KJ。试求：1）温差传递引起的熵变；2）过程中不可逆性使热量的作 功能力损失了多少？（环
8、境温度为27C） 解：1）取热源、工质为系统孤立系。 Q 500热源的熵变化：AS =-Q = -0.625kJ/Kr T 800r工质的熵变化：AS = Q = 500 = 1.667kJ / KT 300AS =AS +AS = 0.625 +1.667 = 1.042kJ / Kiso r2）作功能力损失：I = TAS = 300x 1.042 = 312.6kJ0 iso填空题1、绝对压力高于大气压力时，绝对压力=大气压力+表压力；绝对压力低于 大气压力时，绝对压力=大气压力一真空度。2、热量与膨胀功都是过程量，热量通过温度差而传递热能，膨胀功通过体 积差传递机械能。3、可逆过程=准
9、静态过程+无耗散效应。4、外界对系统输入功80kJ,同时系统向外界放热20kJ,则系统热力学能的变化量为60kJ。5、理想气体的热力学能和焓只是温度的函数。判断题1、容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会变。（x）2、因为自发过程都有方向性，所以自发过程的反方向过程一定不可进行。 （x）3、因为不可逆过程不能再T- s图上表示，所以也不能计算过程的熵变量。（x）4、流动功是系统维持流动所花费的代价，所以流动功一定是负值。（x）5、热力系统放热后，系统的熵一定减少。（x）6、闭口系经历可逆与不可逆两个过程，从同一点出发，达到相同的终点，这两个过程的熵变相等。（V）7、气体膨胀时必须对其加
10、热。（x）8、实际气体绝热自由膨胀后，其热力学能不变。（V）9、稳定流动系统进出口工质的状态相同。（x）10、任何可逆循环的热效率都相等。（x）分析、简答题1如右图所示,1kg理想气体分别经历三 个可逆过程，c-a等压过程，c-b等温过 程，以及b-a任意可逆过程。在T-s图 上表示出h hab答：理想气体的焓只是温度的函数，温 度相同，焓就相同。（二T，可以得到h = h 。cbc b由于等压过程的热量与相同温度下的焓的变化相等， 可以得到missed从而可以得到，h h = q =面积amnca。a c ca2闭口系中工质在某一热力过程中从热源（300K）吸取热量750KJ,该过 程中工质
11、的熵变为5 KJ / K，分析此过程是否可行，如果可行是否可逆。答：根据闭口系熵变方程：As = s + srt UCAs 二 5 KJ / K, s =J竺=2.5 KJ / Kf T 300r可以得到，s 二 As - s = 5 - 2.5 = 2.5KJ /K0gf因此，此过程可行，但不可逆。3. 试推导理想气体比定压热容与比定容热容的差为气体常数，即c c = Rp v g答：理想气体的c和c都只是温度的函数，c = dh/dT , c = du/dT。p vpvdh du d u + pv 丿一 dudTc c = p v dTpv = R Td C + R T)- duc c =
12、g= Rp vdTg4. 工程热力学中，定压、定温、可逆绝热和定容是四种典型的热力过程，其 多变指数的值分别是多少？ 答：定压过程：n=0；定温过程：n=1；定熵过程：n=k；定容过程：n=o计算题1如右图所示的气缸，其内充以空气。气缸截 面积A = 100cm2 ,活塞距底面高度 H = 10cm o活塞及其上重物的总重量G = 195kg，当地大气压力p = 771mmHg,s0环境温度t = 27OC。若当气缸内气体与外界0处于热力平衡时，把活塞重物取去100Kg,活塞将突然上升，最后重新达 到热力平衡。假定活塞和气缸壁之间无摩擦，气体可以通过气缸壁和外界充分换热试求活塞上升的距离和气体
13、的换热量。missedW = p AV = p(V - V )= 195984.72x(0.0015- 0.001)= 97.99J2 2 2 1AU = m(u -u )= 0kJ21根据热力学第一定律Q = AU + W = 97.99 + 0 = 97.99J2、煤气表上读得煤气的消耗量是70m3使用期间煤气表的表压力是 45mmH2O,温度为17C，大气压力为750mmHg。求：1）相当于消耗了 多少标准m3的煤气；）其他条件不变，煤气表的表压力降低到30mmH2O, 同样读数相当于多少标准m3煤气；3）其他条件不变，但温度为37C,此 时相当于消耗了多少标准m3的煤气？ 解：由于压力
14、较低，故煤气可作理想气体pVp VpTm = 0 0 , V = 一 亠 VRT RT 0 pTg g 0 0 1“ pT(750 x 133.32 + 45 x 9.81)273.15” “V =二_旳 V =xx 70 = 65.32m 30 p T101325(17 + 273.15)、” pT “ (750x 133.32 + 30x9.81)273.15”2) V = 2 0 V =xx70 = 65.22m30 p T101325(17 + 273.15)023、封闭气缸中气体初态P =8MPa, _=1300C，经可逆多变膨胀过程变化到终态匕=04 MP , t =400Co已知该气体常数R =0287KJ/(kg K),Zd ZQ气体比热容q=0716 KJ/(kg - K)。求：气体在该过程中吸收的热量Qo解：根据理想气体状态方程，可得“ RT 0.287 x 103 x(l300 + 273.15)V 二 g 1 二二 0.05644m3 / kg1 p8 x 106“ RT0.287 x 103 x(400 + 273.15)V 二 g 2 二二 0.48299m3 /kg2 p0.4 x 106立血士匕拓-ln(P /P)_ ln(8x 106/0
