工程热力学试卷

工程热力学试卷(01)

一、问答题（每题5分，共25分）

1. 在p-v图及T-s图上画出空气的n=1.2的膨胀过程1-2和n=1.6的压缩过程1-3，并确定过程1-2和1-3中功和热量的正负号及初终态热力学能的大小

2. 若分别以某种服从p(v-b)=RgT的气体（其中b为物性常数）和理想气体为工质在两个恒温热源和之间进行卡诺循环，试比较哪个循环的热效率大一些，为什么。

3. 下面的说法是否正确，为什么？ “若从某一初态经不可逆与可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的ΔS'必大于可逆途径ΔS”

4. 空气在气缸内经历不可逆过程,内能减少12kJ,对外作功10kJ,试分析空气的熵变有哪几种可能性？为什么？

5. 提高活塞式内燃机循环热效率 的热力学措施有哪些？其热力学依据是什么？

二、计算题（共75分）

1. 人体热量的消耗率通常为356kJ/h,在作激烈运动时则达628kJ/h。在热天皮肤经由汗的蒸发来散热,若汗的蒸发在定压且与皮肤相同温度(27℃)下进行,问运动时多余热量需每小时蒸发多少汗才能排出？（10分）

已知：t=26℃： h'=108.95 kJ/kg、h\； t=28℃：h'=117.31 kJ/kg、h\

2. 容积V=0.5m3的空气初压=0.3MPa,初温

=150℃,经膨胀过程到终态

=0.08MPa,

=20℃,求过程中热力学能,焓及熵的变化量。空气作为理想气体,其比热容

可取定值, 气体常数

=287J/(kg·K)；

=1005 J/(kg·K)

。（10分）

3. 刚性容器内有2kg,35℃,2MPa的氮气,向容器内注入适量的氧气,使容器内压力达3MPa,若过程中温度维持不变,求加入氧气的质量。氧气比热容取定值, 气体常数

=260J/(kg·K)、

=917J/(kg·K)；氮气比热容取定值, 气体常数

=297J/(kg·K) ；

=1038J/(kg·K)

。(10分)

4. 利用热水取暖，进入取暖器的热水温度为90℃，流出时温度为50℃，若室内温度维持25℃，为维持室内温度恒定需供热36000kJ/h,求（1）热水流量(kg/s)；（2）以水为系统，求过程的熵流、熵产及作功能力损失；（3）若采用电加热器，加热器的功率多少？作功能力损失多少？已知，水的焓值近似为 ；环境大气温度为0℃。假定空气作理想气体，比热容取定值，气体常数

=287J/(kg·K)、

=1005J/(kg·K)。（15分）

5. 活塞压缩机每分钟转速360转，从环境吸进21℃的空气14

将之压缩到0.52 MPa输出。设压缩过程为可逆多变过程，多变指数为1.3,压缩机容积效率ηV=0.95。求:(1) 所需输入压缩机的功率；(2) 余隙容积比及活塞排量。空气作理想气体,比热容取定值；空气气体常数

=287J/(kg·K)、

=1005J/(kg·K)、环境大气压pb=0.1013

MPa。（15分）

6. 输送管送来的空气，进入出口面积

=10cm2

的喷管。进口处空气压力

=1.5

MPa，温度=80℃，进口流速可忽略；喷管出口截面外背压 pb=0.6MPa，设空气比热容取定值，

=1.004J/(kg·K)，=1.4。（1）设计喷管（形状、截面积）；（2）计算

喷管出口截面上空气的速度及流量。（15分）

工程热力学试卷（02）

1. 容积为0.2m3钢瓶内盛有氧气，初始状态时pe1=9.9MPa，=17℃。由于气焊用去部分氧气，压力降至9.0MPa。假定氧气与外界无热量交换，试计算用去多少氧气？瓶内剩余氧气的温度为多少度？若瓶内氧气从周围环境吸热，其温度又恢复17℃，问此时瓶内的压力

为多少？pb=0.1MPa；氧气比热容取定值，

=260J/（kg·K）、

⑴计算循环最高压力及最高温度； ⑵求循环热效率和净功量；

⑶分析提高循环热效率的热力学措施。

⑷若上述条件不变，但吸热和放热过程均不可逆，过程熵产分别为0.15 kJ/(kg·K)和0.1kJ/(kg·K)，求工质循环的熵变。(20分)

6. 某蒸汽循环按基本朗肯循环运行,自过热器来的新蒸汽p1=17MPa,t1=550℃,进入汽轮机可逆膨胀作功,然后排入维持在5kPa的冷凝器。若忽略水泵功,求:(1)1kg工质在锅炉及过热器中的吸热量；(2)蒸汽在汽轮机内作的功；(3)循环效率。 （15分） 已知：p=17MPa，t=550℃: h=3426.8kJ/kg；v=0.0199213m/kg；s=6.4416kJ/(kg·K) p=5kPa：ts=32.9℃；h'=137.72kJ/kg；h\；s'=0.4761kJ/(kg·K)；

3

=917J/（kg·K）。 (10分)

2. 湿空气干球温度40℃，含湿量d=40g/kg干空气，若环境压力为pb=0.1MPa，求：(1)水蒸气的分压力

；(2)相对湿度?；(3)露点温度

；(4)湿空气的焓h。(10分)

已知压力为0.1MPa时饱和湿空气表如下：

干球温度 t ℃ 35 36 37 38 39 40 45 50 55 s\K)

饱和分压力 ps kPa 5.622 5.940 6.274 6.624 6.991 7.375 9.582 12.335 15.741

饱和含湿量 d g/kg干空气 37.05 39.28 41.64 44.12 46.75 49.52 65.92 87.52 116.19

7. 用活塞式压气机将

3. 直立放置的气缸活塞系统，活塞及其上重物总质量为10kg，活塞面积A为20cm，初态时气缸内空气温度t=20℃,容积V=140cm，突然取走6kg重物，系统急速膨胀。试求：(1)重新达到平衡状态时气缸内空气的温度；(2)过程作功能力损失。假定系统

与外界无热量交换，活塞与气缸之间无摩擦。已知大气压力为0.1MPa；空气作理想气体，比热容取定值， =287J/(kg·K)；

=1005J/(kg·K) ；

=20℃。(15分)

3

2

=1kg/s，5MPa、7℃的氧气加压到1.25MPa，（1）若采用一

级压缩，压气机的余容比σ=0.004，压缩过程的多变指数n=1.25，求压气机的容积效率ηV和消耗功率P（kW）；(2)若采用二级压缩，中间冷却，每级缸的余容比相等，即σL=σH=0.004，多变指数也相等，nL=nH=1.25，再求压气机的容积效率ηV和消耗功率P(kW)。已知氧气可作理想气体，比热取定值，

=260J/(kg·K)。(15分)

4. 10kg水起初与300K的大气处于热平衡状态，用热泵在水与大气之间工作使水定压冷却到285K，求所需最小功是多少？水定压比热容取4.187kJ/(kg·K)。 (15分)

5. 活塞式内燃机的定容加热循环其初始状态为p=0.1MPa，t=37℃，压缩比ε=12，循环中对工质加入热量为700kJ/kg。工质可视为空气，比热容取定值，气体常数 =287J/(kg·K)；

=1004J/(kg·K)。

工程热力学试卷（03）

1. 容器被分隔成A、B两室，如附图所示。已知当地大气压力 ，气

压表2读数为

，气压表1读数为

。求气压表3的读

数。（10分）

2. 用一台水泵将井水从6m深的井里泵到比地面高30m的水塔中，水流量为25m3

/h。水泵消耗功率为12kW。冬天井水的温度为3.5℃。为防止结冰，要求进入水塔的水温不低于4℃。整个系统及管道均包有一定厚度的保温材料，问是否有必要在管道中设置加热器？如有必要的话，需加入多少热量？设管道中水进出口的动能差可忽略不计；水的比热取定值cp=4.187 kJ/(kg·K),水的焓差；水的密度取1000kg/m3。

（10分）

3. 在p-v图及T-s图上画出下列过程： (1)

,

；

(2)，

； (3)

。（15分）

4. 100kg温度为0℃的冰，在大气环境中融化为0℃的水，已知冰的溶解热为335kJ/kg，

设环境温度T0=293K，求冰化为水的熵变，过程中的熵流和熵产及作功能力损失。（15分）

5. 进入出口截面积A22=10cm的渐缩喷管的空气初参数为

=2×106Pa，=27℃，初

速度很小，可以忽略不计。求空气经喷管射出时的速度、流量以及出口截面处空气的状态参数

、。设喷管背压力为1MPa。空气取定压比热容，=1.005kJ/(kg·K)，κ=1.4。

（15分）

6. 某活塞式内燃机定容加热理想循环，压缩比=10，气体在压缩冲程的起点状态是=100kPa、

=35℃。加热过程中气体吸热650kJ/kg。假定比热容为定值,且

=1.005kJ/(kg·K)，κ=1.4，求：（1）循环中各点的温度、压力和比体积；（2）循环热效

率；(3)若膨胀过程持续到5，画出循环T-s图，并分析循环热效率提高还是下降。（20分）

7. 空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为4.2，初终态温度分别为27℃和200℃。若空气作理想气体，比热容取定值，气体常数

=287J/(kg·K)；

=1005J/(kg·K) 。

试计算压气机的绝热效率及压缩过程的熵变和作功能力损失(=20℃)。(15分)

工程热力学(04)

一 填充题（填入数据、文字或符号）（每题4分,共20分）

1）已知某种理想气体在30℃时cp=1.005kJ/(kg·K) ，cV=0.718 kJ/(kg·K) 。该气体在100℃时的气体常数Rg= kJ/(kg·K)。

2）某种蒸汽经历不可逆吸热过程后，其熵变ΔS____0；过程的熵流Sf____0；过程的熵产Sg____0。

3）某工质在过程中内能增加15kJ，对外界作功15kJ，则此过程中工质与外界交换热量Q=____kJ。

4）有一不可逆热机在高温热源TH=1000K和低温热源TL=300K之间工作。若循环中此不可逆热机在绝热压缩过程中熵变0.1kJ/K; 绝热膨胀过程中熵变0.8 kJ/K; 高温热源熵变-1.5kJ/K; 低温热源熵变2.5kJ/K, 取高温热源、低温热源和热机为系统，则完成循环后此系统的熵变ΔS系=______。

5）若密闭容器中液态水的温度t=100℃，则容器中压力p____1atm。

二 简答题（每题7分,共21分）

1）活塞式内燃机定压加热理想循环热效率ηt随压缩比下降，增大还是减小？为什么？

2）压缩空气制冷循环的制冷系数和制冷量与循环的压比有什么关系？ 3）湿空气的吸湿能力是否必定随空气温度升高而升高？为什么？

三 计算和作图题

1）某气体工质经历可逆等温吸热过程1-2，可逆多变膨胀过程2-3(κ>n>1),可逆等温放热过程3-4，等熵压缩过程4-1画出该循环的p-v图和T-s图。（14分）

2）汽油机定容加热理想循环进气参数为=20℃, =0.09MPa, =1×10-3m3

,若循

环压缩比=10,定容增压比=1.6,假设工质是空气，Rg=287 J/(kg·K)，比热可取定值，cp=1.005kJ/(kg·K), (1)画出循环p-v 图及T-s图；(2)求循环的最高温度和最高压力；(3)计算循环的吸热量、循环净功及循环的热效率。（15分）

3）进入渐缩喷管的空气的参数为=0.5MPa，=327℃，cf1=150m/s。若喷管的背

压pb=270kPa, 出口截面积=3.0cm2

，求空气在管内作定熵流动时，喷管出口截面

上气流的温度

；流速cf2及喷管的质量流量

。已知空气可作理想气体，比热取定

值，Rg=287 J/(kg·K)，cp=1.005kJ/(kg·K)。（15分）

4）用质量流量为

=360kg/h，tq1=500℃，pq1=0.1MPa的废气资源定压加热ts1=27℃，

ps1= 0.1 MPa，流量qms=720kg/h的未饱和水，若废气的终温为37℃，过程中废气压降可忽略不计,求:（1）水的终态温度ts2；（2）以废气为系统，过程的熵流和熵产；（3）过程作功能力损失（环境温度为27℃）。已知水的比热 cw=4.187 kJ/(kg·K); 废气可作理想气体处理，比热容取定值，Rg=287 J/(kg·K)，cp=1.01kJ/(kg·K)。（15分）

工程热力学试卷（05）

一 简答题（共3题，每题5分，共15分）

1. 试举例说明热力学原理对生产活动和日常生活的指导作用。

2. 试问：状态方程为p(v-b)=RgT的气体，当b为正值时，经绝热节流后温度是否降低？为什么？

（提示焦—汤系数

）

3. 有人提出一循环1-3-2-1，其中1-3是可逆定温吸热过程、3-2是可逆绝热过程、

2-1为不可逆绝热过程，如图所示，图中1,2,3分别为三个平衡状态点。试问此循环能否实现，为什么？

二 计算题（85分）

1. 某循环中，1-2为可逆等熵过程；2-3为可逆过程；3-4为可逆等熵；4-1为可逆定容过程。各过程部分参数如下表所示，填补表内空白并画出其p-v图和T-s图。（15分） 过程 Q kJ ΔU kJ W kJ 1--2 0 470.7 2--3 574.3 164.7 3--4 0

4--1 -209.6

0

2. 燃气轮机定压加热理想循环的空气进气压力

=0.095MPa,温度=37℃，循环压比

π=5。若循环的最高温度为1200K，1)画出循环的p-v图和T-s图；2）求循环各点的温度和压力及循环热效率。已知：空气的比热容为cV=0.718 kJ/(kg·K), cp=1.005 kJ/(kg·K)；若压气机的绝热效率为0.90、燃气轮机的相对内效率为0.92，其它条件不变，求循环热效率。（20分）

3. 空气初态为

=0.1MPa、=20℃，经过三级活塞式压气机后，压力提高到

12.5MPa，假定各级压缩过程的多变指数n=1.3。试求：（1）以耗功最小为前提的各级压比；（2）生产1kg压缩空气理论上消耗的功；（3）各级气缸的出口温度；（4）若采用单级压缩，压气机消耗的功及出口温度。已知：Rg=287 J/(kg·K)，cp=1.01 kJ/(kg·K)。（15分）

4. 室内空气温度为=35℃，相对湿度

=50%，开启空调后温度降到

=28℃，若

开启空调过程中无水滴出，求：降温后室内空气中水蒸汽的分压力，干空气的分压力及相对湿度。已知：pb=100kPa；t=35℃,ps=5.6263kPa； t=28℃，ps=3.7814kPa 。（12分）

5. 某应急辅助发电装置主要由高压容器、调压阀及气轮机和发电机构成，见附图。压力容器中储有

=13.8MPa，=21℃，的氮气。工作时由于调压阀的作用，进入气

轮机的氮气压力维持在

= 0.7 MPa，氮气在气轮机内作绝热膨胀，从气轮机排出的

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