工程热力学期末考试试题(3)

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统。 焓：为简化计算，将流动工质传递的总能量中，取决于工质的热力状态的那部分能量，写在一起，引入一新的物理量，称为焓。 热力学第二定律：克劳修斯(Clausius)说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。开尔文一浦朗克(Kelvin—Plank)说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。

相对湿度：湿空气的绝对湿度?v与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度

?s的比值，称为相对湿度?。

卡诺定理：1．所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切可逆循环，其热效率都相等，与采用哪种工质无关。2．在同温热源与同温冷源之间的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。

理想气体：气体分子本身所具有的体积与其所活动的空间相比非常小，分子本身的体积可以忽略，而分子间平均距离很大，分子间相互吸引力小到可以忽略不计时，这种状态的气体便基本符合理想气体模型。

水蒸气的汽化潜热：将1kg饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所需的热量。

五、简答题（本大题共5小题，每小题5分，共25分）

1.何谓水蒸汽参数座标图中的一个点、两条线、三个区域和五种状

态？

一点:临界状态点,其在水蒸汽参数座标图中的位置随工质而异; 二线:饱和蒸气线(上界线):不同压力下饱和蒸气状态的连线.饱和液线(下界线):不同压力下饱和液状态的连线。上、下界线合在一起又称为饱和线。

三区：未饱和液区（过冷液区），湿蒸气区，过热蒸气区

五态：未饱和液（过冷液），饱和液，湿饱和蒸汽，（干）饱和蒸汽，过热蒸汽

2.卡诺循环热效率表达式说明了哪三个重要问题？

a.提高热源温度TH和降低冷源温度TL是提高两恒温热源间可逆循环热效率的根本途径与方法;b.TL=0和TH→∞是不可能的,故热机热效率恒小于100%;c.当TH=TL时,ηC=0,说明单一热源热机是造不成的. 3.平衡状态与稳定态有什么联系与区别? 平衡态是指热力系的宏观性质不随时间变化的状态。稳定态是指热力系的状态不随时间而变化的状态。平衡必然稳定，稳定未必平衡。 4.能量方程q=△u+w和q=Cv△T+?12pdv的适用条件有何不同? 前者：闭

口系、任意工质、任意过程；后者：闭口系、理想气体、可逆过程。 5.夏天，自行车在被太阳晒得很热的马路上行驶时，为什么容易引起轮胎爆破? 轮胎内气体压力为之升高，容易引起爆破。 6.不可逆过程熵的变化如何计算?

可以选择相同初、终状态间可逆过程熵的变化来计算。

MRrMRrT,VVP=

为常数，当T升高时P随

7.准平衡过程与可逆过程有何共同处?有何区别?有何联系? 它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡状态的状态组成的过程。它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。 8.理想气体状态方程有哪些常见形式?方程中的常数项与物性是否有关?

1kg 气体:pv=RrT mkg 气体:pV=mRrT 1mol 气体：pVm=RT nmol 气体：pV=nRT

Rr 是气体常数与物性有关，R 是摩尔气体常数与物性无关。 9.干饱和蒸汽与湿饱和蒸汽的状态参数各有何特点? 干饱和蒸汽：x=1,p=ps t=ts v=v″,h=h″ s=s″

湿饱和蒸汽：0

流速为当地音速(Ma=1)时的状态称为流体的临界状态。

流体临界状态的压力(临界压力)与其滞止压力的比值，称为临界压力比。

理想气体的临界压力比只与气体的物性有关(或比热比k有关) 11.何谓汽耗率?何谓热耗率?它们与热效率有什么关系?

汽耗率是每作1kw·h 功(每发1 度电)的新蒸汽耗量(汽耗量)。 热耗率是每作1kw·h 功(每发1 度电)的耗热量。

热耗率与热效率是直接关联的，热耗率越高，热效率就越低； 而汽耗率与热效率就没有这种对应关系，汽耗率低不一定热效率高，汽耗率高也不一定热效率低。

1. 闭口系统从温度为300K的热源中取热500kJ，系统熵增加20kJ／K，问这一过程能否实现，为什么？ 1、答：能实现

对于可逆过程的熵有：的最小熵增为：

ds?ds??qT，则系统从热源取热时的可能达到

500kJ?1.67kJ/k300K，?s?20kJ/k?1.67kJ/k，因此该

过程是可以实现的。 1. 证明绝热过程方程式。 1、证明：据能量方程：

由于

T?pvR，代入上式得

即

或 整理得出

上式即为绝热过程方程式。

六、计算题(第1、2题每小题6分，第3、4题每小题8分，共28分) 1.m=1.5kg空气按可逆定温过程由初态T1=328K,P1=0.25×106Pa变化到终态P2=0.15×106Pa，空气的Rr=0.287KJ/(kg·k)，试求此定温过程的Q、W、△U、△H。 Q=mRrTlnW=mRrTln

P1P2P1P20.25?1066=1.5×0.287×328×ln0.15?10?72.1KJ

=Q=72.1KJ

△U=mCv(T2－T1)=0 △H=mCp(T2－T1)=0

2. 某燃气轮机排气1.20kg/s，温度为T1=576K,定压排入温度T0=283K的环境；设排气的Cp=1.021KJ/(kg·k)。试求每小时燃气轮机的排气热量中的有效能和无效能。 每小时排气的放热量Qp:

Qp=mCp(T0－T1)=3600×1.2×1.021×(283－576)=－1292341KJ/h 此热量中的有效能Qa: Qa=

m?T0T1(1?T0)?Q?mCpT?T0T1(1?T0T)dT?mCp[(T0?T1)?T0ln0]TT

283=3600×1.2×1.021×［(283－576)－283ln576］=－405345.2KJ/h

此热量中的无效能Qu:

Qu=Qp－Qa=－1292341－(－405345.2)=－886995.8KJ/h

3.一容积为0.2m3的储气罐，内装氮气，其初压力p1=0.5MPa，温度t1=37。若对氮气加热，其压力、温度都升高。储气罐上装有压力控

制阀，当压力超过0.8MPa时，阀门便自动打开，放走部分氮气，即罐中维持最大压力为0.8MPa，问当储气罐中氮气温度为287时，对罐内氮气共加入多少热量？设氮气比热容为定值。(218.0kJ)