工程熱力學 期末試題 答案

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1、 真誠為您提供優(yōu)質參考資料，若有不當之處，請指正。 全國考研專業(yè)課高分資料 中北大學 《工程熱力學》 期末題 筆 記：目標院校目標專業(yè)本科生筆記或者輔導班筆記 講 義：目標院校目標專業(yè)本科教學課件 期末題：目標院校目標專業(yè)本科期末測試題2-3套 模擬題：目標院校目標專業(yè)考研專業(yè)課模擬測試題2套 復習題：目標院校目標專業(yè)考研專業(yè)課導師復習題 真 題：目標院校目標專業(yè)歷年考試真題，本項為贈送項，未公布的不送！ 1 / 21 中北大學 工程熱力學 試題（A ）卷（閉卷） 2013--2014學年第 一 學期 學號：

2、 姓名： 一、單項選擇題（本大題共15小題，每題只有一個正確答案，答對一題得1分，共15分） 1、壓力為10 bar的氣體通過漸縮噴管流入1 bar的環(huán)境中，現將噴管尾部截去一段，其流速、流量變化為。 【 】 A.流速減小，流量不變 B.流速不變，流量增加 C.流速不變，流量不變 D.流速減小，流量增大 2、某制冷機在熱源T1= 300K，及冷源T2= 250K之

3、間工作，其制冷量為1000 KJ，消耗功為250 KJ，此制冷機是 【 】 A.可逆的 B.不可逆的 C.不可能的 D.可逆或不可逆的 3、系統的總儲存能為 【 】 A. B. C. D. 4、熵變計算式只適

4、用于 【 】 A.一切工質的可逆過程 B.一切工質的不可逆過程 C.理想氣體的可逆過程 D.理想氣體的一切過程 5、系統進行一個不可逆絕熱膨脹過程后，欲使系統回復到初態(tài)，系統需要進行一個【】過程。 【 】 A.可逆絕熱壓縮

5、 B.不可逆絕熱壓縮 C.邊壓縮邊吸熱 D.邊壓縮邊放熱 6、混合氣體的通用氣體常數，【 】。 【 】 A.與混合氣體的成份有關 B.與混合氣體的質量有關 C.與混合氣體所處狀態(tài)有關 D.與混合氣體的成份、質量及狀態(tài)均無關系 7、貯有空氣的絕熱剛性密閉容器中裝有電熱絲，通電后如取空氣為系統，則 【 】A.Q＞0，△U＞0，W＞0 B.Q=0，△U＞0，W＞0 C.Q

6、＞0，△U＞0，W=0 D.Q=0，△U=0，W=0 8、未飽和空氣具有下列關系 【 】 A.t＞tw＞td B.t＞td＞tw. C.t = td = tw D.t = tw＞td 9、絕熱節(jié)流過程是【 】過程。 【 】 A.定壓 B.定溫 C.定熵

7、 D.節(jié)流前后焓相等 10、抽汽式熱電循環(huán)的結果是 【 】 A.提高循環(huán)熱效率，提高熱能利用率 B.提高循環(huán)熱效率，降低熱能利用率 C.降低循環(huán)熱效率，提高熱能利用率 D.降低循環(huán)熱效率，降低熱能利用率 11、一個橡皮氣球在太陽下被照曬，氣球在吸熱過程中膨脹，氣球內的壓力正比于氣球的容積，

8、則氣球內的氣球進行的是 【 】 A.定壓過程 B.多變過程 C.定溫過程 D.定容過程 12、氣體的容積比熱是指 【 】 A.容積保持不變的比熱。 B.物量單位為一立方米時氣體的比熱。 C.物量單位為一摩爾容積氣體的比熱。 D.物量單位為一標準立方米時氣體的比熱。 13、抽氣回熱循環(huán)改善了朗肯循環(huán)，其根本原因在

9、于 【 】 A.每公斤水蒸汽的作功量增加了 B.排氣的熱能得到了充分利用 C.水蒸汽的平均吸熱溫度提高了 D.水蒸汽的放熱溫度降低了 14、孤立系統是指系統與外界 【 】 A.沒有物質交換 B.沒有熱量交換 C.沒有任何能量交換 D.沒有任何能量傳遞與質交換 15、熱機從熱源取熱1000 KJ，對外作功1000 KJ，其結果是 【 】 A.違反第一定律

10、 B.違反第二定律 C.違反第一及第二定律 D.不違反第一及第二定律 第二部分 非選擇題（共85分） 二、判斷題(本大題共10小題，每題1分,共 10 分,答A表示說法正確.答B(yǎng)表示說法不正確,本題只需指出正確與錯誤,不需要修改) 16、孤立系統的熵與能量都是守恒的。 （ ） 17、實際氣體在壓力趨于零的極限狀態(tài)就成為理想氣體。 （ ） 18、容器中氣體的壓力不變則壓力表的讀數也絕對不會改變。 （ ） 19、在T—S圖上，任意二條可逆絕熱過程線不能相交。

11、 （ ） 20、再熱循環(huán)的主要目的是提高汽輪機尾部排汽干度。 （ ） 21、任一熱力循環(huán)的熱效率都可用η= 1－q2/q1 = 1－T2/T1 計之。（ ） 22、孤立系統達到平衡時總熵達極大值。 （ ） 23、一桶具有環(huán)境溫度的河水與一杯沸水，前者的可用能大于后者。（ ） 24、凡符合熱力學第一定律的過程

12、就一定能實現。 （ ） 25、卡諾循環(huán)的熱效率僅取決于其熱和冷源的溫度，而與工質的性質無 關。 （ ） 三、填空題(本大題共5小題，每空1分,共12分。) 26、混合氣體由N2和CO2組成，已知N2的質量成分為0.72，則混合氣體的平均氣體常數Rg,eq= ，平均摩爾質量Meeq= 。 (N2的摩爾質量為0.028kg/mol，CO2為0.044 kg/mol) 27、冬季取暖，若不采取任何其他措

13、施，室內溫度 ，室內相對濕度 。（填增大，減少或不變）。 28、濕蒸汽的干度定義為 。已知濕蒸汽的干度為0.2，其中干飽和蒸汽的質量為6 kg，則飽和液體的質量為＿＿＿＿kg。 29、氧氣的平均比定壓熱容，， 則 ， 。 30、范德瓦爾方程式的表達式為： ，其中常數a 是對 的修正。常數b是對 的修正。 四、名詞

14、解釋(本大題共4小題，每題 4分,共16分。) 31、干飽和蒸汽、濕飽和蒸汽和過熱蒸汽— 32、熱容的定義和單位— 33、濕空氣的露點— 34、控制質量— 五、簡答題(本大題共3小題，每題 4分,共12分。) 35、定壓、定溫、絕熱和定容四種典型的熱力過程，其多變指數的值分別是多少？ 36、簡述蒸汽參數對朗肯循環(huán)效率的影響。 37、準平衡過程與可逆過程有何共同處?有何區(qū)別?有何聯系? 六、計算題（本大題共4小題，共35分。) 38、某蒸汽動力廠按一級抽汽回熱（混合式）理想循環(huán)工作，如圖所示，已知新蒸汽參數p1=4.0MPa，t1=4200C，汽

15、輪機排汽壓力p2=0.007MPa，抽汽壓力pA=0.4MPa，忽略泵功。試求： （1）定性畫出循環(huán)的T-s圖； （2）抽汽系數α； （3）循環(huán)吸熱量q1，放熱量q2及輸出凈功ωnet； （4）循環(huán)熱效率；（15分） p (MPa) t (0C) h (kJ/kg) s kJ/(kg.K) Ps (MPa) h′ (kJ/kg) h″ (kJ/kg) s′ kJ/(kg.K) s″ kJ/(kg.K) 4 420 3261.4 6.8399 0.4 604.7 2737.6 1.7764 6.8943 0.4 2716.3

16、 6.8399 0.007 163.4 2572.6 0.5597 8.2767 39、一閉口系從狀態(tài)1沿1-2-3途徑到狀態(tài)3，傳遞給外界的熱量為47.5kJ，而系統對外作功為30kJ，如圖所示。 （1）若沿1-4-3途徑變化時，系統對外作功15kJ，求過程中系統與外界傳遞的熱量。 （2）若系統從狀態(tài)3沿圖示曲線途徑到達狀態(tài)1，外界對系統作功6kJ，求該過程中系統與外界傳遞的熱量。 （3）若U2=175kJ,U3=87.5kJ，求過程2-3傳遞的熱量及狀態(tài)1的熱力學能。（7分） 40、m=2.26kg理想氣體的氣體常數Rg=430J/(kg.k)，比

17、熱比κ=1.35。初溫T1=477K，經可逆定容過程后終溫T2=591K。求Q、ΔU、W、ΔS。（7分） 41、空氣可逆絕熱流過一噴管，入口壓力p1=0.7MPa，溫度t1=800℃，出口壓力p 2=0.15MPa，此噴管是什么外型的噴管?入口空氣流速忽略不計，比熱容和比熱比取定值，分別為cp=1.004kJ/(kgK)，κ=1.4，Rg=287J/(kg.k)。求噴管出口空氣的溫度、流速、馬赫數。（7分） 參考答案 第一部分 選擇題（共15 分） 一、單項選擇題（每題只有一個正確答案，答對一題得1分，共 15 分） 1、C 2、B 3、C 4、C

18、 5、C 6、D 7、C 8、A 9、D 10、A 11、B 12、D 13、C 14、D 15、B 第二部分 非選擇題（共85分） 二、判斷題(本大題共10小題，每題1分,共 10 分,答A表示說法正確.答B(yǎng)表示說法不正確,本題只需指出正確與錯誤,不需要修改) 16、B 17、A 18、B 19、A 20、A 21、B 22、A 23、B 24、B 25、A 三、填空題(本大題共5小題，每空1分,共11分。) 26、0.267kJ/(kg.K) 31.110-3kg/mo

19、l 27、增大 減少 28、飽和蒸汽的質量占整個濕蒸汽質量的比值 24 29、0.946kJ/(kg.K) 0.686kJ/(kg.K) 30、 對氣體分子間的引力 對氣體分子體積 四、名詞解釋(本大題共4小題，每題 4分,共16分。) 31、干度為1的濕蒸汽為干飽和蒸汽；（1分） 蒸汽和水的混合物稱為濕飽和蒸汽；（1分） 溫度高于蒸汽壓力下所對應的飽和溫度的蒸汽，稱為過熱蒸汽。（2分） 32、物體溫度升高1K（或1oC）所需熱量稱為熱容，以C表示。（2分） 單位有J/(kg.K)、 J/(mol.K)和 J/(m3.K)。（2分） 33、在保持濕空

20、氣中水蒸氣分壓力pv不變的條件下，降低濕空氣溫度而使其達到飽和狀態(tài)時所對應的溫度，稱為露點。（4分） 34、一個熱力系統如果和外界只有能量交換而無物質交換，則該系統稱為閉口系統。閉口系統內的質量保持恒定不變，閉口系統又叫做控制質量。（4分） 五、簡答題(本大題共3小題，每題 4分,共12分。) 35、定壓n=0，定容n=∞，定溫n=1，定熵n=κ（4分） 36、（1）提高初溫，可提高熱力循環(huán)效率和增大膨脹終點的干度，但受金屬材料耐熱性能的限制。（2分） （2）在相同的初溫和背壓下，提高初壓也可使熱效率增大。會使乏汽干度降低，設備強度的問題。（1分） （3）降

21、低背壓可以顯著提高循環(huán)熱效率。受環(huán)境溫度的限制。（1分） 37、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(tài)的狀態(tài)組成的過程。（2分） 它們的區(qū)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。（1分） 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。（1分） 六、計算題（本大題共4小題，共36分。) 38、（1）圖略。（可參照教材p329圖10-14） （2分） （2）抽汽系數 （2分） （3）（2分） （2分） （2分） （2分） （2分） （4）（2分） 39、

22、對途徑1-2-3，由閉口系能量方程得 （1分） （1）對途徑1-4-3，由閉口系能量方程得 （系統對外放熱）（2分） （2）對途徑3-1，可得到 （1分） （3）對途徑2-3，有 （1分） 則 （1分） （1分） 40、（1分） （1分） （2分） （1分） （2分） 41、為縮放型噴管。（1分） （2分） （2分） （2分） 中北大學 工程熱力學 試題（A ）卷（閉卷） 2012--2013學年第 一 學期 學號：

23、 姓名： 一、簡答題(每小題5分，共40分) 1. 什么是熱力過程？可逆過程的主要特征是什么？ 答：熱力系統從一個平衡態(tài)到另一個平衡態(tài)，稱為熱力過程。可逆過程的主要特征是驅動過程進行的勢差無限小，即準靜過程，且無耗散。 2. 溫度為500C的熱源向熱機工質放出500 kJ的熱量，設環(huán)境溫度為30C，試問這部分熱量的火用（yong）值（最大可用能）為多少？ 答： 303.95kJ 3. 兩個不同溫度（T1,T2）的恒溫熱源間工作的可逆熱機，從高溫熱源T1吸收熱量Q1向低溫熱源T2放出熱量Q2，證明：由高溫熱源、低溫熱源、熱機和功源

24、四個子系統構成的孤立系統熵增 。假設功源的熵變△SW =0。 證明：四個子系統構成的孤立系統熵增為 （1分） 對熱機循環(huán)子系統： 1分 1分 根據卡諾定理及推論： 1分 則： 。1分 B 隔板 A 自由膨脹 4. 剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，如右圖所示。若將隔板抽去，試分析容器中空氣的狀態(tài)參數（T、P、u、s、v）如何變化，并簡述為什么。 答：u、T不變，P減小，v增大，s增大。 5. 試由開口系能量方程一般表達式出發(fā)，證明絕熱節(jié)流過程中，節(jié)流前后工質的焓

25、值不變。（絕熱節(jié)流過程可看作穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，宏觀動能和重力位能的變化可忽略不計） 答：開口系一般能量方程表達式為 絕熱節(jié)流過程是穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，因此有如下簡化條件 ， 則上式可以簡化為： 根據質量守恒，有 代入能量方程，有 6. 什么是理想混合氣體中某組元的分壓力？試按分壓力給出第i組元的狀態(tài)方程。 答：在混合氣體的溫度之下，當i組元單獨占有整個混合氣體的容積（中容積）時對容器壁面所形成的壓力，稱為該組元的分壓力；若表為Pi，則該組元的狀態(tài)方程可寫成：PiV = miRiT 。 7. 高、低溫熱源的溫差愈大，卡諾制冷機的制冷系數是否就愈大，愈有利？試證明你

26、的結論。 答：否，溫差愈大，卡諾制冷機的制冷系數愈小，耗功越大。（2分） 證明：，當不變，時，、。即在同樣下(說明得到的收益相同)，溫差愈大，需耗費更多的外界有用功量，制冷系數下降。（3分） 8. 一個控制質量由初始狀態(tài)A分別經可逆與不可逆等溫吸熱過程到達狀態(tài)B，若兩過程中熱源溫度均為 。試證明系統在可逆過程中吸收的熱量多，對外做出的膨脹功也大。 答：經歷可逆或不可逆定溫過程后，按題給兩種情況下過程的初、終狀態(tài)相同，因而系統的熵變相同。由系統的熵方程，對于可逆過程其熵產為零，故熱熵流將大于不可逆過程。可見，可逆過程的熱量將大于不可逆過程；（3分） 由熱力學第一定律，，因過程的初

27、、終狀態(tài)相同，熱力學能變化Du相同，故可逆與不可逆兩種情況相比，可逆過程的過程功亦較大。（2分） 二、作圖題：（每小題5分，共10分） 1. 試在所給參數坐標圖上定性地畫出理想氣體過點1的下述過程，分別指出該過程的過程指數n應當在什么數值范圍內 (圖中請標明四個基本過程線)： 1）壓縮、升溫、吸熱的過程 2）膨脹、降溫、吸熱的過程。 答： (1) ； (2) 評分：四條基本線（2分）兩條曲線（2分）n取值（1分） 2. 如圖所示T－s圖上理想氣體任意可逆過程1－2的熱量如何表示？熱力學能變化量、焓變化量如何表示？若過程1－2是不可逆的，上述各量是否相同？(請寫

28、出簡明的作圖方法。) 答：對可逆過程，熱量為面積1-m-k-2-1，熱力學能變化量為面積1-m-n-2v-1，焓變化量為1-m-g-2p-1。 對不可逆過程，熱量無法表示，熱力學能和焓變化量相同 三、計算題：（共50分） 1. 壓氣機在95 kPa、25 ℃的狀態(tài)下穩(wěn)定地以340 m3/min的容積流率吸入空氣，進口處的空氣流速可以忽略不計；壓氣機排口處的截面積為0.025 m2，排出的壓縮空氣的參數為200 kPa、120 ℃。壓氣機的散熱量為60 kJ/min。已知空氣的氣體常數Rg=0.287 kJ/(kg.K)，比定熱容cV=0.717 kJ/(kg.K)，求壓氣機所消耗的

29、功率。（16分） 解： 以壓氣機中空氣為研究對象，其穩(wěn)定工況的能量方程為 即 （a） 其中： 將以上數據代入式（a），可得壓氣機所消耗的功率為： N2 8 kg 0.1 MPa 17 ℃ N2 2 kg 0.07MPa 67℃ 2. 在高溫環(huán)境中有一容器，A側裝有2 kg氮氣，壓力為0.07 MPa，溫度為67℃； B側裝有8 kg氮氣，壓力為0.1 MPa，溫度為17℃，。A和B的壁面均為透熱壁面，它們之間用管道和閥門相連，見附圖。現打開閥門，氮氣由B流向A。氮氣可視為理想氣體，已知氣體常數Rg,N2

30、 = 297 J/(kgK)，過程中的平均定容比熱容cv = 0.742 kJ/( kgK)，若壓力平衡時容器中氣體溫度為t2 = 40℃，試求：⑴平衡時終壓力P2；⑵吸熱量Q ；⑶氣體的熵變。（18分） 解：⑴容器A和B的容積分別為 （4分） 取A+B中的氣體為系統（CM）， m = mA + mB = 2 +8 =10 kg V = VA + VB = 2.8851 + 6.8904 = 9.7755 m3（2分） 終態(tài)時的氣體壓力 （2分） ⑵按題給，系統不對外作功，有 （5分） ⑶原在A中的氮氣熵變（2分） 原在B中的氮氣熵變（2分） 全部氮氣的熵變 （1分） 3. 將100 kg 溫度為30 ℃的水與200 kg溫度為80 ℃的水在絕熱容器中混合，假定容器內壁與水之間也是絕熱的，且水的比熱容為定值，取，環(huán)境溫度為17 ℃。求混合過程導致的可用能損失？（16分） 解：以絕熱熔器內水為研究對象，由其能量方程可得 可得 水的混合過程的熵變?yōu)? 由于絕熱 混合過程的做功能力的損失為 溫馨提示：最好仔細閱讀后才下載使用，萬分感謝！