昆明理工大学2012年《工程热力学》
期末考试卷及答案
考试科目：工程热力学 任课教师：包桂蓉
一、填空题（本大题有9小题，每小题2分，共18分）
1、相互接触的物体，若他们处于热平衡，则他们的___温度 __必相等。
2、 已知湿蒸汽的干度为0.2，其中干饱和蒸汽的质量为6 kg，则饱和液体的质量为 24 kg。 3、工质绝对压力
p与大气压力pbb及表压力
pe或真空度
pv的关系：当
p>pb时，
p?p?p；当p p?p?p。 bv4、用实际气体在两个恒温热源 TT和1进行一卡诺循环，则其热效率2?t= T1?T2 。 T15、在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都 相等 ，与可逆循环的种类 无关 。 6、空气的比定容热容 cv为718J(kg?K)，气体常数为287J(kg?K)；其比定压热容 cp= 1005J(kg?K) 。 7、孤立系统是热力系统与外界无任何 能量 和__物质__交换的系统。 8、熵增加的过程 不一定 (填一定或不一定)是不可逆过程。 9、抽气回热循环改善了朗肯循环，其根本原因在于 水蒸汽的平均吸热温度提高了//提高了循环热效率 。 二、名词解释（本大题有4小题，每小题3分，共12分） 1、过热蒸汽：温度高于所处压力对应的饱和温度的蒸汽称为过热水蒸气。// 对饱和蒸汽继续定压加热形成过热蒸汽。 2、闭口系统：热力系与外界无物质交换的系统。// 与外界只有能量交换而无物质交换。 3、系统储存能：是指热力学能、宏观动能、和重力位能的总和。// 系统中的热力学能、动能和势能。 4、热力学第二定律的克劳修斯表述：不可能把热从低温物体转移到高温物体而不引起其他 1 变化。// 热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。 三、简答题（本大题有4小题，每小题5分，共20分） 1、热力循环按循环效果及进行方向可分为哪两类？其各自的目的是什么？ 答：按循环进行的方向和产生的效果分：正向循环与逆向循环 正循环：将热能转化为机械能。 逆循环：消耗功，将热量从低温物体传至高温物体。 2、简述蒸汽参数对朗肯循环效率的影响。 答：（1）提高初温，可提高热力循环效率和增大膨胀终点的干度，但受金属材料耐热性能的限制。（2）在相同的初温和背压下，提高初压也可使热效率增大。会使乏汽干度降低，设备强度的问题。（3）降低背压可以显著提高循环热效率。受环境温度的限制。 // 提高初温、初压，降低终温、背压，均可提高循环效率。 3、压缩机压缩过程的多变指数n的取值范围是什么？若想减少压缩机所消耗的轴功，压缩过程的多变指数n应增加还是减少？ 答：n??1,k?，若想减少压缩机所消耗的轴功，应接近定温过程，压缩过程的多变指数n应减少。 // 1 4、热力学第二定律能否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当？ 答：热力学第二定律的正确表述应是：热不可能全部变为功而不产生其它影响。所给说法中略去了“其它影响”的条件，因而是不妥当、不正确的。 // 不妥当，应表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能而不引起其他任何变化。”，少了“而不引起其他任何变化” 这一句。 四、作图题（本大题有2小题，每小题5分，共10分） 1、 画出蒸汽压缩制冷循环的T-s图，并说明各过程是在什么设备中完成的？ 作法一 1-2：压气机 2-3：冷凝器 3-4：节流阀 4-1：冷库 2 作法二 过程1-2在压缩机中完成； 过程2-3在冷凝器中完成； 过程3-4在节流机构中完成； 过程4-1在蒸发器中完成。 （上面这两幅图及答案都符合要求，都正确） 2、试在所给参数坐标图上定性地画出理想气体过点1的下述过程，分别指出该过程的过程指数n应当在什么数值范围内 (图中请标明四个基本过程线)： 1）压缩、升温、吸热的过程 2）膨胀、降温、吸热的过程。 pT11vs 3 p(1)n???Tn=0(1)n???n=01n=1(2)n=k1n=1(2)n=kv 答： (1) n?k； (2) 1?n?k s 五、计算题（本大题有4小题，，共40分） 1、（10分）5g 氩气经历一个热力学能不变的过程，初始状态膨胀终了体积 p15?600K=6.0?10Pa，1， tV2?3V1，氩气可作为理想气体，且假定热容为定值，求终温、终压及总熵 变量。（已知Ar的Rg=0.208kJ?kg?K?） 解：氩气Ar 可看为理想气体，其热力学能只是温度的单一函数，故等热力学能过程也即等 温过程，T2=T1=600K。根据理想气体的状态方程有 p2?p1v11?0.6?106??0.2?106Pa v23由附表查出Ar的Rg?0.208kJ/(kg?K) ?S?m(cplnT2pp?Rgln2)??mRgln2 T1p1p1??0.005?0.208?ln// 0.2?1.14?10?3kJ/K 0.6由于热力学能不变，故温度不变， t?t21?600K 定温： p1v1?pv2 ? p2?p12v11?0.6?106??0.2?106Pa v234 ?s?Rglnv2?0.208?ln3?0.229J(kg?K)v1 ?S?m?s?5?10?3?0.229?1.145?10?3kJK 2、（8分）空气在加热器中吸热后，流入喷管进入绝热膨胀（如图所示）。若已知进入加热器时空气的焓值为 h?280kJ1kg，流速为c1?50ms，在加热器中吸收的热量为 在喷管出口处空气的焓值为h3?560kJkg，试求喷管出口处空气的流速。 q?360kJkg，解： h?1c?q?h3?c3 22122? c3?2h1?c1?2q?2h3 2 ＝2?280?103?502?2?360?103?2?560?103 ＝403.1 m/s 3、（10分）两个不同温度（T1,T2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T1吸收热量Q1向低温热源T2放出热量Q2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增?SiSO?0。假设功源的熵变△SW =0。 证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为 ?Siso??ST1??ST2??SR??SW 对热机循环子系统： ? 0 S R ? ?QQ?SISO?1?2?0?0 T1T2 根据卡诺定理及推论： QT?t??t,C?1?2?1?2 Q1T1则：? S iso ? 0 。 // 证明：高温热源：?Sh??Q1T1Q2T2 低温热源：?SL? 热机：?S? dQ1dQ2Q1Q2dQ???T?T1?T2?T1?T2 5