…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ：……期……日……核……审…… …… …… …… …… …… …… …… …… …线 …… ：…：……名……签……人……核……审…… … 订 … …… …… …… …… …… …… ：……期……日…装卷……制…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……：……名……签……人……卷……制…… …… …… …… … … 说明： 本试卷将作为样卷直接制版胶印，请命题教师在试题之间留足答题空间。
湘潭大学2009年下学期2007级 《工程热力学基础》课程考试答案 （A卷） 适用年级专业 2007级过程装备与控制工程 考试方式 闭卷 考试时间 120 分钟 学院 专业 班级 学号 姓名 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 总分 阅卷 教师 得 分 ……………………………………………………………………………………………………………… 得 一、名词解释（每小题2分，共10分） 分 孤立系统：与外界既无能量交换也无质量交换的系统。 平衡状态：热力系统在没有外界作用的情况下宏观性质不随时间变化的状态。 理想气体：假想的一类气体，其分子本身不具有体积、分子之间没有相互作用力。 定容比热：容积不变时，单位物量的物质温度升高1K所需的热量。 汽化潜热：从饱和水加热到干饱和蒸汽所需的热量。 得 二、判断题（每小题3分，共12分） 分 判断下列叙述是否正确,并简单说明理由或更正。 1）不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程。 错。不可逆过程是无法使系统和外界同时恢复到起始状态的过程。 2）如果容器中气体的压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变。 错。因为压力表的读数不仅与气体的压力有关，而且与大气压力有关。 3）工质进行不可逆循环后其熵必定增加。 错。因为熵是状态参数，工质进行不可逆循环后其熵必定不变。 4）水蒸汽定容过程的加热量等于内能的增量。 对。因为水蒸汽的定容过程中，w?0，故由q??u?w，可知q??u。
（第 1 页 共 4 页）
说明： 本试卷将作为样卷直接制版胶印，请命题教师在试题之间留足答题空间。
得 分 三、填空题：（每空1分，共14分） 1）可逆过程的特点是：①由一系列平衡状态所组成；②没有任何耗散损失。 2）焓的定义式为h?u?pv，其在开口系统中的物理意义为随流动工质而传递的总能量中，取决于工质的热力状态的那部分能量。 3）在可逆过程中,系统熵的增加,意味着系统吸热，在孤立系统中，熵的增加则意味着过程为不可逆。 4）在理想气体的T-s图上,定压线的斜率是TCpT，定容线的斜率是Cv。 5）?w??cvdT适用条件为理想气体绝热过程； 6）水蒸汽的饱和状态是指水和水蒸汽平衡共存的状态，饱和温度愈高，则饱和压力愈高，最高的饱和温度是临界温度，最低的饱和温度是三相点温度。 四、分析简答题：（每小题8分，共16分） 得 分 1. 绝热容器内盛有一定量空气，外界通过叶桨轮旋转，向空气加入功1kJ，若将空气视为理想气体，试分析： 1) 此过程中空气的温度如何变化。 2) 此过程中空气的熵有无变化，如何变化。 答：1) 此过程中空气的温度将升高。因为根据热力学第一定律，q??u?w，绝热容器q?0，外界作功w??1kJ，故?u?1kJ，而空气可视为理想气体，其?u?cv?T，故?T?0。 2) 此过程中空气的熵将增加。因为根据熵变的计算公式?S??Sf??Sg，绝热则?Sf?0，外界通过叶桨轮作功是不可逆过程，其?Sg?0，故?S?0。 2．在Ts图上，说明定压线当压力增加时，图线移动的方向，并画出示意图。 答：在Ts图上，画出两条等压线○p1和○p2，分别在两线上取温度相等的两点1和2，其熵变p2?p1T p1 p 2?s?s2?s1?Rlnp1，知?s与?p的方向相反。故当p21 2 压力增加时，定压线向左移动，如图所示。 s
（第 2 页 共 4 页）
说明： 本试卷将作为样卷直接制版胶印，请命题教师在试题之间留足答题空间。
五、计算题：（每小题12分，共48分） 1．一燃气轮机装置如图所示，空气由1进入压气机升压后至2，然后进入燃烧室，在燃烧室中与油泵送来的油混合并燃烧，产生的热量使燃气温度升高，经5进入燃气轮机做功，废气由6排至大气中，其中，压气机、燃烧室52油泵、发电机均由燃气轮机带动。 （1）试建立整个系统的能量平衡式； 燃料泵得 分 （2）若空气的质量流量qm1?50t/h，进口燃料燃气轮机71空气压气机6废气焓h1?12kJ/kg，燃油流量qm7?700kg/h，kJ/kg，排出废气焓h6?418kJ/kg，求燃油进口焓h7?42kJ/kg，油发热量q?41800发电机发出的功率。 解：（1）将整个燃气轮机组取为一个开口系，工质经稳定流动过程，当忽略动、位能的变化时，整个系统能量平衡式为 Q?H6?(H1?H7)?P ?(qm?1q)m7h?(即 qm7q（2）由上述能量平衡式可得 6q?h1m1q) ?hPP?qm7q??qm1?qm7?h6??qm1h1?qm7h7??700?41800??50?1000?700??418??50?1000?12?700?42? ?8696800kJ/h?2415.8kW 2.欲设计一热机，使之能从温度为973K的高温热源吸热2000kJ，并向温度为303K的冷源放热800kJ。(1)问此循环能否实现？(2)若把此热机当制冷机用，从冷源吸热800K，能否可能向热源放热2000kJ？欲使之从冷源吸热800kJ,至少需耗多少功？ 解：（1）若在T1和T2之间是一卡诺循环，则循环效率为 ?c?1? T2303K?1??68.9%T1973K 而欲设计循环的热效率为 ?t?W|Q|?|Q2|800kJ?1?1??60%??c|Q1||Q1|2000kJ 所以循环可行。 （2）若将此热机当制冷机用，使其逆行，显然不可能进行，因为根据上面的分析，此热机循环是不可逆循环。 欲使制冷循环能从冷源吸热800kJ，假设至少耗功Wmin，根据孤立系统熵增原理，此时， ?Siso?0
（第 3 页 共 4 页）
说明： 本试卷将作为样卷直接制版胶印，请命题教师在试题之间留足答题空间。
?Siso??SH??SL??SR?|Q1||Q2|??0T1T2 |Q|?Wmin|Q2|800kJ+Wmin800kJ????0TT973K303K12 ?解得 Wmin?1769kJ 3．质量为3kg的氮气，经温度为30℃的等温变化，容积由3m3变为0.6m3，问该过程中工质吸进或放出多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓和熵的变化各为多少？并画出pv图和Ts图。氮气的气体常数R=296.8 J/（kg·K）。 解：输入功量 WT?mRTlnV2V10.63?3?296.8??30?273??ln??434.2kJ 放出热量 QT?WT??434.2kJ ?U??H?0 ?S?mRlnV20.6?3?296.8?ln??1.43kJ/KV13 4．已知水蒸气的压力为p = 0.5MPa ，比体积v = 0.35m3 / kg，试判断该蒸汽的状态并用水蒸气表求出其它参数。已知p = 0.5MPa 时，v′ = 0.0010925m3 / kg、v″ = 0.37486m3 / kg，ts =151.867℃，h′ = 640.35kJ/kg、h″= 2748.59kJ/kg ，s′ =1.8610kJ/(kg ?K)、 s″ = 6.8214kJ/(kg ?K)。 解：因v′ < v < v″ ， 所以该水蒸气是湿蒸汽，t=ts=151.867℃。 v?v?0.35?0.0010925x???0.9335 ???v?v0.37486?0.0010925h?h??x(h???h?)?640.35?0.9335??2748.59?640.35??2608.4kJ/kg ??6.4915kJ/kg s?s??x(s???s?)?1.8610?0.9335??6.8214?1.8610u?h?pv?2608.4?0.5?106?0.35?10?3?2433.4kJ/kg
（第 4 页 共 4 页）