mm北

京

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通

大

學《

工

程

熱

力

學》

期

末

試

題填空題(每空1分，共10)當熱力系與外界既沒有能量交換也沒有物質交換時，該熱力系為__孤立系____。在國際單位制中溫度的單位是___開爾文(K)____根據穩定流動能量方程，風機、水泵的能量方程可簡化為___或－wt=h2－h1____。同樣大小的容器內分別儲存了同樣溫度的氫氣和氧氣若二個容器內氣體的壓力相等，則二種氣體質量的大小為H__小于_____O。C

t

t

5.已知理想氣體的比熱C隨溫度的升高而增大，當t2>t1，

t

的大小關系為C

t

C

t

___

t

____。6.已知混合氣體中各組元氣體的質量分數ω和摩爾質量，則各組元氣體的摩爾分數/Mi

iχi為___

ni

/Mi

i

____。由熱力系與外界發生___熱量____交換而引起的熵變化稱為熵流。設有一卡諾熱機工作于600℃和30℃熱源之間，則卡諾熱機的效率為___。在蒸汽動力循環中，汽輪機排汽壓力的降低受___境____溫度的限制。與外界既無能量交換也無物質交換的熱力系稱為__孤立__熱力系。熱力系的儲存能包括__熱力學能、宏觀動能、重力位能__。已知某雙原子氣體的氣體數Rg=260J/(kg·k)，則其定值比熱容cv=__650___J/(kg·k)。已知1kg理想氣體定壓過程初、終態的基本狀態參數和其比熱容，其熱力學能的變化量可求出為Δu=__cp(T2－T1)___。定值比熱容為cn的多變過程，初溫為T1,終溫為，其熵變量Δs=_____水蒸汽的臨界壓力為。流體流經管道某處的流速與__當地音速___的比值稱為該處流體的馬赫數。汽輪機的排汽壓力越低，循環熱效率越高，但排汽壓力的降低受到環境溫度___的限制。未飽和濕空氣的相對濕度值在__0與1___之間。1．理想氣體多變指數n=1系統與外界傳熱量q=_________；多變指數∞，系統與外界傳熱量q=_________．卡諾循環包括兩個_________過程和兩個_________程．水蒸汽的汽化潛熱在低溫時較__________，在高溫時較_________，在臨界溫度為__________．在T—S圖上，定壓線的斜率是_________；定容線的斜率是________．理想氣體音速的計算式：_________，馬赫數的定義式為：nvnv功W;內能U定溫變化過程，定熵變化3、小，大，04、對數曲線，對數曲線5、

akpvkRT

，

M

ca．理想氣體多變過程中，工質放熱壓縮升溫的多變指數的范圍________．蒸汽的干度定義為_________。．水蒸汽的汽化潛熱在低溫時較__________在高溫時較__________，在臨界溫度為__________。．理想氣體的多變比熱公式為_________．采用Z級冷卻的壓氣機，其最佳壓力比公式為________大于0，小于;濕蒸汽中含干蒸汽的質量/濕蒸汽的總質量小，大，04、

ncn5、βi=（PZ+1/P1）1/Z四、名詞解釋題（本大題共小題，每小題3分，共15分）理想氣體:理想氣體滿足克拉貝龍狀態方程的氣;或者是指由相互間沒有作用力的分子構成的氣體,且分子本身是不占據體積的彈性質點水蒸汽的臨界狀態：當壓力高于確定的臨界壓力時，定壓下的蒸氣發生過程不再經歷預熱、氣化和過熱三個階段，而是在溫度為臨界溫度時連續地從液態轉變為氣態，這種由臨界壓力和臨界溫度確定的狀態稱為臨界狀態。過熱度：過熱蒸氣的溫度與同壓下的飽和溫度之差稱為過熱度，單位為開爾文或攝氏度3、濕空氣的絕對濕度：濕空氣中水蒸氣的密度，符號4、濕空氣的相對濕度：濕空氣中水蒸氣的密度V與其相應溫度下的最大密度之比5.熵產：不可逆過程中，不可逆因素引起的熵的變化稱為熵產。穩定流動：是指流體流經管道中任意點的熱力狀態參數及流速等均不隨時間而變化的流動過程。濕空氣的焓：濕空氣的焓值等于干空氣的焓值與水蒸氣的焓值之和。控制質量:閉口系內包含的物質量是恒定的這種作為研究對象的恒量物質稱為控制質量。熱量的無效能:熱源提供的熱量，在環境為冷源的卡諾循環中，不能轉換為功的部分。10.水蒸汽的飽和狀態:汽化和液化速率相等，成為一種汽液相變的動態平衡的狀態。11.濕空氣的含濕:一定積的濕空氣中所含水蒸汽的質量與其中所含干空氣質量的比值?；驖窨諝庵?，每1kg空氣中所含水蒸汽的質量。孤立系統：系統與外界之間不發生任何能量傳遞和物質交換的系統。焓：為簡化計算，將流動工質傳遞的總能量中，取決于工質的熱力狀態的那部分能量，寫在一起，引入一新的物理量，稱為焓。熱力學第二定律：克勞修(Clausius)法：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。開爾文一浦朗(Kelvin—Plank)說法：不可能制造只從一個熱源取熱使之完全變成機械能而不引起其他變化的循環發動機。相對濕度：濕空氣的絕對濕度

v

與同溫度下飽和空氣的飽和絕對濕度

s

的比值，稱為相對濕度?？ㄖZ定理：1．所有工作于同溫熱源與同溫冷源之間的一切可逆循環，其熱效率都相等，與采用哪種工質無關2．在同溫熱源與同溫冷源之間的一切不可逆循環，其熱效率必小于可逆循環。理想氣體：氣體分子本身所具有的體積與其所活動的空間相比非常小，分子本身的體積可以忽略，而分子間平均距離很大，分子間相互吸引力小到可以忽略不計時，這種狀態的氣體便基本符合理想氣體模型。水蒸氣的汽化潛熱：將1kg和液體轉變成同溫度的干飽和蒸汽所需的熱量。五、簡答題（本大題共5題，每小題5分，共25分）1.何謂水蒸汽參數座標圖中的一個點、兩條線、三個區域和五種狀態？點:臨界狀態點,其在水蒸汽參數座標圖中的位置隨工質而異線:和蒸氣線上界線):同壓力下飽和蒸氣狀態的連.和液線(下界線):不同壓力下飽和液狀態的連線。上、下界線合在一起又稱為飽和線。區：未飽和液區（過冷液區蒸氣區，過熱蒸氣區五態：未飽和液（過冷液和液，濕飽和蒸汽干）飽和蒸汽，過熱蒸汽2.卡諾循環熱效率表達式說明了哪三個重要問題？a.提高熱源溫度TH降低冷源溫度TL是提高兩恒溫熱源間可逆循環熱效率的根本途徑與方法;TH→∞是不可能的故熱機熱效率恒小100%;c.TH=TL時ηC=0,說明單一熱源熱機是造不成的.3.衡狀態與穩定態有什么聯系與區?平衡態是指熱力系的宏觀性質不隨時間變化的狀態。穩定態是指熱力系的狀態不隨時間而變化的狀態。平衡必然穩定，穩定未必平衡。pdv能量方程q=△u+w和q=Cv△T+1的適用條件有何不同?前者：閉口系、任意工質、任意過程；后者：閉口系、理想氣體、可逆過程。夏天，自行車在被太陽曬得很熱的馬路上行駛時，為什么容易引起輪胎爆破?輪胎內氣體壓力為P=

MRMRrT,VV

r

為常數，當T升高時P隨之升高，容易引起爆破。6.不可逆過程熵的變化如何計算可以選擇相同初、終狀態間可逆過程熵的變化來計算。7.準平衡過程與可逆過程有何共同處有何區別?有何聯系?它們共同處都是在無限小勢差作用下，非常緩慢地進行，由無限接近平衡狀態的狀態組成的過程。它們的區別在于準平衡過程不排斥摩擦能量損耗現象的存在，可逆過程不會產生任何能量的損耗。一個可逆過程一定是一個準平衡過程，沒有摩擦的準平衡過程就是可逆過程。8.理想氣體狀態方程有哪些常見形式方程中的常數項與物性是否有關?1kg氣體:pv=RrTmkg氣體:pV=mRrT1mol氣體：pVm=RTnmol氣體：pV=nRTRr是氣體常數與物性有關，R是摩爾氣體常數與物性無關。9.干飽和蒸汽與濕飽和蒸汽的狀態參數各有何特點干飽和蒸汽：x=1,p=pst=tsv=v″,h=h″s=s″濕飽和蒸汽：0<x<1,p=pst=tsv′<v<v″,h′<h<h″,s′<s<s″PTTPTT10.何謂汽流在噴管中的臨界狀態何謂臨界壓力?理想氣體的臨界壓力比與哪些因素有關?流速為當地音速(Ma=1)時的狀態稱為流體的臨界狀態。流體臨界狀態的壓力(臨界壓力與其滯止壓力的比值，稱為臨界壓力比。理想氣體的臨界壓力比只與氣體的物性有關或比熱比k有關)1.閉口系統從溫度為300K的熱源中取熱500kJ系統熵增加20kJ／K，問這一過程能否實現，為什么？1、答：能實現對于可逆過程的熵有：

ds

q

，則系統從熱源取熱時的可能達到的最小熵增為：ds

500300K

B/

，

20kJ/k

，因此該過程是可以實現的。六、計算題(第1、2題每小題分，第3、4題每小題8分，共28分)=空氣按可逆定溫過程由初態T1=328K,P1=×106Pa變化到終態P2=×106Pa空氣的Rr=(kg·k)，試求此定溫過程的、W、△U、△H。Q=mRrTln

PP

=××328×ln

0.250.15

72.1KJPW=mRrTln=Q=△U=mCv(T2－T1)=0△H=mCp(T2－T1)=02.某燃氣輪機排氣s，溫度為T1=576K,定壓排入溫度T0=283K的環境；設排氣的Cp=(kg·k)。試求每小時燃氣輪機的排氣熱量中的有效能和無效能。每小時排氣的放熱量Qp:Qp=mCp(T0－T1)=3600×××(283－1292341KJ/h此熱量中的有效能Qa:Qa=

m

T

(1)

T

)dTmC)ln]=3600×××［(283－576)］=－h此熱量中的無效能Qu:Qu=Qp－Qa=－1292341－(－h3.一容積為的儲氣罐，內裝氮氣，其初壓力，溫度t1=37。若對氮氣加熱，其壓力、溫度都升高。儲氣罐上裝有壓力控制閥，當壓力超過時，閥門便自動打開，放走部分氮氣，即罐中維持最大壓力為，問當儲氣罐中氮氣溫度為287時，對罐內氮氣共加入多少熱量？設氮氣比熱容為定值。二、計題（共70分）0.851

20度20℃在200kPa、20℃時，

v

/kg

分2某太陽能供暖的房屋5×8×

3

容kg·K)。若混3活塞式內燃機定容圖

2圖21-2-3-4-1=10，壓縮沖程的=35℃、=100kPa。11

點吸650kJ/kg。假

c=p）若縮過程和過程不可逆兩過的熵產別為(kg·K)（3到（p=p51環T-s圖，并分析循環熱效率提高還是下（10+5+5分）4為30℃,氣體

R

g

；

p

1）（t=20℃（10+5分）05利用進為00℃，202000kJ/h。()）以散熱器為系統，求gg0（7+8分）。飽和水和和水蒸氣表摘錄05152535701001103.汽油機定容加熱理想循環進氣參數為

t,p0.09MPa，若循環壓縮比1

，定容增壓比

。假設工質是空氣，比熱可取定值，c1.005kJ/(kgR=287J/(kg(1)畫出循環p-v圖及圖(2)求循環的最高溫度和最高壓力(3)計算循環的放熱量、循環凈功及循環的熱效率。）pT33244mv)v1kg12v32mv)v1kg12v3221100vs

V1V2V0.9571m161v(1)p1.4)2123p4.365)23