2022年中国科学技术大学工程科学学院833热工基础之工程热力学考

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2017年中国科学技术大学工程科学学院833热工基础之工程热力学考研冲刺密押题（一） (2)

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第 2 页，共 71 页 2017年中国科学技术大学工程科学学院833热工基础之工程热力学考研冲刺密押题

（一）

注意：①本试题所有答案应写在答题纸上，不必抄题，写清题号，写在试卷上不得分；

②答卷需用黑色笔（钢笔，签字笔，圆珠笔）书写，用铅笔、红色笔等其他颜色笔答题，试题作废；

③答卷上不得做任何与答题无关的特殊符号或者标记，否则按零分处理；

④考试结束后试题随答题纸一起装入试题袋中交回。

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一、简答题

1． 气体在喷管中流动，欲使超间速气加速，应采用什么形式的喷管？为什么？

【答案】由题意可知

，

此时的马赫数故要使超音速气流加速，必须增大喷灌的截面积，所以用渐扩喷管增加流速。

2． 刚性绝热容器分隔成两部分（图，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板。问：（1）取气体为系统，若突然抽去隔板，系统是否作功？（2）设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再 抽下一块，气体（系统）是否作功？（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在图上用实线表示？

【答案】（1）系统不作功，因为功是通过边界传输的能量，当取气体为系统时，系统边界从初态时占容器的一部 分扩大到全部容器，而容器是刚性的，所以没有能量传递输出边界，也就没有作图功。

（2）系统仍不作功。

（3）第一种情况不能在

图上用实线表示，因为过程不是准静态过程；第二种情况，若隔板数量是有限值，则过程不能在

图上用实线表示；若隔板数量无穷多，且每两块隔板间距离无穷小，则过程可以在图上用实线表示，因为每抽去一块隔板，系统偏离平衡状态无穷小，且很快恢复平衡，而每个平衡态都可用图上一 点表示，无穷多的点连成一条实线。

图

3． 有一发动机工作于的高温热源及的低温热源之间，吸热1000kJ 而作功700kJ 。问该发动机能否实现？ 【答案】

故不可能实现。

第 3 页，共 71 页 4． 如何确定多级压缩、级间冷却压气机的各级増压比？

【答案】设为m 级压气缩，级间冷却，初压，p 为终压，则最佳增压比为：

5． 均质等截面的直杆夹持在分别维持恒温和的两物体之间（图）。经验告诉我们，只要和 不改变，杆子任意截面的温度也不随时间改变而保持恒定。试问杆子是否处于平衡状态？

图

【答案】杆子仅是处于稳定状态而非平衡状态。因为杆子各截面温度维持恒定是在外界（温度为和的两个物体）的作用下才成立的，如果撤除和的两个物体，杆子各截面将逐渐趋

于均匀一致，所以杆子是处于稳 定状态而非平衡状态。由此可得，平衡必稳定；稳定未必平衡。

6． 写出熵和焓的定义式，理想气体定容过程焓的变化

【答案】熵的定义式：

焓的定义式：理想气体定容过程焓的变化：

7． 如图所示，刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空。若将隔板抽去，试分析容器中空气的热力学能如何变化？若容器中所装的为固定隔板，隔板上有一小

孔，气体从A 泄露入B ，试分析当A 、B 两侧压力相同时A 、B 两部分气体的热力学能如何变化？

图

【答案】将气体视作一个控制质量，由于气体向真空作无阻自由膨胀，不对外界作功，所以

过程功又因为容器绝热，所以过程的热量根据热力学第一定律所以有气体的热力学能变化

也即热力学能不变。 如果有固定隔板，隔板上有小孔，则气体从A 中泄露入B 中，若隔板绝热，则过程为A 对5的充气过程，因为A 部分气体对部分作推进功，充气的结果是A 部分的热力学能比原来减少，而

第 4 页，共 71 页 B 部分气体的比热力学能升高，最后当两部分气体的压力达到平衡，但是A 部分气体的温度比B 低。

若隔板是良好导热体，A 、B 部分的气体应时刻具有相同的温度，当A 、

B 两部分气体相同时，A 、5两部分气体处于热力学平衡状态，情况与自由膨胀时相同，两个部分气体的比热力学能相等。两部分的总热力学能与两部分的容积成正比。

8． 有两个任意过程ab 与ac , b 及c 点在同一条可逆绝热线上，如图所示。设工质为理想气体，其比热为定值。试问与哪个大？为什么？

图

【答案】及C 点在同一条可逆绝热线上

，

所以

又因为

所以

二、计算题

9． 燃气以

的状态进入燃气轮机，出口压力为 （1）计算理论出口温度

（2）lkg 燃气作出的理论功

（3）若燃气轮机的相对内效率是0.86,计算实际出口温度并表示在图上； （4）若燃气流量为每分钟

（标准状态），出口流速为求排气管道的最小直径（m ）。燃气：

【答案】（1）燃气在燃气轮机内可看做是可逆绝热过程，因而有：

又由可得：

代入数据后解得：

（2）1到2过程的容积变化功为：

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