2014.1.1《工程热力学A》试卷A-试题及答案（给学院）

吉林大学汽车工程学院本科课程考试试卷

考试课程与试卷类型：工程热力学A A卷 姓名： 学年学期：2013-2014-1 学号： 考试时间：2014-1-8 班级：

一、选择题（每小题1分，共10分，把答案添到表格中）

小题 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 总分 1. The range of polytropic exponent n in an actual polytropic compression process is（① ）

A：（-∞，0） B：[0，1] C：[1，k] D：（1，k） E：[k，+∞] 2. 房间中的空气被真空泵吸入喷管，若要求喷管出口达到超音速，你应选择（ ② ）

A：渐缩喷管 B：渐放喷管 C：缩放喷管 D：三种均可 3. 0.1Mpa、120℃的水蒸气是（ ③ ）

A: 过热蒸汽 B：干饱和蒸汽 C：湿饱和蒸汽 D：无法确定 4. 在稳定状态稳定流动过程中，所选确定空间中物质的 （ ④ ）

A: 熵值增加 B：熵值不变 C: 熵值减小 D: 熵值不定 5. 为使压缩过程耗功最小，应使压缩机的压缩过程尽可能接近（ ⑤ ） A：定温过程 B：多变过程 C：定熵过程 D：绝热过程 6.下面不可能看成可逆过程的是（ ⑥ ）

A：吸热过程 B：压缩过程 C：节流过程 D：绝热膨胀过程 7. 系统经不可逆过程，一定使（⑦）

A：系统的火用值不变 B：系统的火用值增加 C：系统的火用值减少 D: 火用损大于零 8. 在p-v 图上，任意一个正向循环其（ ⑧ ）

A：压缩功小于膨胀功 B：压缩功等于膨胀功 C：压缩功大于膨胀功 D：压缩功与膨胀功二者关系不定 9. 下列可提高朗肯循环热效率的措施为（ ⑨ ）

A：提高锅炉给水温度 B：提高锅炉给水压力 C：提高汽轮机乏汽压力 D：提高汽轮机乏汽干度 10. 四冲程汽油机对应的理想循环为（ ⑩ ）

A: 混合加热循环 B: 定容加热循环 C: 定压加热循环 D: 布雷顿循环

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二、是非判断题（每小题1分，共10道小题，共10分，对的画“√”，错的画“×”）

小题 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 总分 1. The enthalpy values before and after throttling are equal. 2. 因自发过程是不可逆过程，所以不可逆过程可自发进行。

3. 你在空气比定压热容测定实验中测定了比热仪入口空气的表压力，它会随着大气压力

的变化而变化。

4. 要使工质升温只能通过加热过程实现。

5. 卡诺定理可以表述为: 一切循环的热效率不可能大于可逆循环的热效率。 6. 理想气体的比焓、比热力学能、比热容都只是温度的单值函数。 7.任意过程中系统和外界交换的热量都可以表示为?Tds。 8.点燃式内燃机的压缩比越高越好。

9. 在空气压缩制冷系统中采用回热可以使制冷系数提高。

10. 湿空气压力一定时，只要含湿量相等，其水蒸气分压力必相等。

三、简答题（每题6分，共30分）

Tr2T1. 试说明ηt＝1－，ηt＝1－和ηt＝1－m2这三个热效率公式各适用于什么情

Q1Tm1Tr1况，其中Tr1,Tr2,Tm1,Tm2分别表示高、低温热源温度，工质平均吸热温度与平均放热温度。 2. 湿空气进行了一个先加热后绝热加湿的过程，试在湿空气的h-d图上表示出该过程，并说明绝热加湿过程中湿空气的含湿量、相对湿度、比焓、温度是如何变化的。

3. 在压缩比一定时，活塞式内燃机三种理想循环的热效率的大小关系是怎样的？试利用T-s图进行分析。

4. 环境压力0.1MPa下1m3刚性真空容器所包含的空间内热力学能及火用值分别是多少？ 5. Draw the T-s diagram of vapor-compression refrigeration cycle with a gas-liquid separator, and point out the equipment name in each process.

Q2四、计算题（3道题，共50分 ）

1.（10分）空气可逆绝热流过一个喷管，进入背压0.1MPa的空间，已知空气入口参数为

p1?0.5MPa、T1?300K，问应采用什么形式的喷管？并求喷管出口流速及出口温度。

空气k = 1.4，cp=1.004kJ/(kg.K)

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2.（15分）水蒸气在过热器中由初始状态1的p1＝6MPa、x1＝0.98定压吸热，变化为500 ℃的过热蒸汽状态2，画出 h-s 图，并求1kg水蒸气在过热器中吸收的热量。已知：当p＝6 MPa时，h'＝1 213.3 kJ/kg，h\＝2 783.82 kJ/kg；当p＝6 MPa、t＝500 ℃时，h＝3 420.6 kJ/kg。 3.（25分）An steady flow rotary compressor receives air at 0.1MPa and 27℃, which it compresses to 0.6MPa with an adiabatic efficiency of 0.85. Based on surroundings at 27℃, determine (a) the final temperature, (b) the specific entropy change and specific availability change between inlet state and outlet state, (c) the necessary specific work input to the compressor , (d) the irreversibility （the entropy production and exergy destroyed）.

（Treat the air as an ideal gas, with the specific heat at constant pressure, cp=1.004kJ/(kg.K), and the ratio of specific heats k=1.4.）

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吉林大学汽车工程学院本科课程考试

参考答案与评分标准

考试课程：工程热力学 A 学年学期：2013-2014-1 试卷类型：A卷 考试时间：2014-1-8

一、选择题（每小题1分，共10分，把答案添到表格中）

小题 1 答案 D 2 C 3 A 4 B 5 A 6 C 7 D 8 A 9 B 10 B 总分 1. The range of polytropic exponent n in an actual polytropic compression process is （ D ）

A：（-∞，0） B：[0，1] C：[1，k] D：（1，k） E：[k，+∞] 2. 房间中的空气被真空泵吸入喷管，若要求喷管出口达到超音速，你应选择（ C ）

A：渐缩喷管 B：渐放喷管 C：缩放喷管 D：三种均可 3. 0.1Mpa、120℃的水蒸气是（ A ）

A: 过热蒸汽 B：干饱和蒸汽 C：湿饱和蒸汽 D：无法确定 4. 在稳定状态稳定流动过程中，所选确定空间中物质的 （ B ）

A: 熵值增加 B：熵值不变 C: 熵值减小 D: 熵值不定 5. 为使压缩过程耗功最小，应使压缩机的压缩过程尽可能接近（ A ） A：定温过程 B：多变过程 C：定熵过程 D：绝热过程 6.下面不可能看成可逆过程的是（ C ）

A：吸热过程 B：压缩过程 C：节流过程 D：绝热膨胀过程 7. 系统经不可逆过程，一定使（D）

A：系统的火用值不变 B：系统的火用值增加 C：系统的火用值减少 D：火用损大于零 8. 在p-v图上，任意一个正向循环其（ A ）

A：压缩功小于膨胀功 B：压缩功等于膨胀功

C：压缩功大于膨胀功 D：压缩功与膨胀功二者关系不定 9. 下列可提高朗肯循环热效率的措施为（ B ）

A：提高锅炉给水温度 B：提高锅炉给水压力 C：提高汽轮机乏汽压力 D：提高汽轮机乏汽干度 10. 四冲程汽油机对应的理想循环为（ B ）

A: 混合加热循环 B: 定容加热循环 C: 定压加热循环 D: 布雷顿循环

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二、是非判断题（每小题1分，共10道小题，共10分，对的画“√”，错的画“×”）

小题 答案 1 2 × × 3 × 4 √ 5 × 6 √ 7 × 8 × 9 × 10 √ 总分 1. The enthalpy values before and after throttling are equal. （×） 2. 因自发过程是不可逆过程，所以不可逆过程可自发进行。（×）

3. 你在空气比定压热容测定实验中测定了比热仪入口空气的表压力，它会随着大气压力

的变化而变化。（√）

4. 要使工质升温只能通过加热过程实现。（×）

5. 卡诺定理可以表述为: 一切循环的热效率不可能大于可逆循环的热效率。（×） 6. 理想气体的比焓、比热力学能、比热容都只是温度的单值函数。（ √ ） 7.任意过程中系统和外界交换的热量都可以表示为?Tds。（×） 8.点燃式内燃机的压缩比越高越好。（×）

9. 在空气压缩制冷系统中采用回热可以使制冷系数提高。（ × ）

10. 湿空气压力一定时，只要含湿量相等，其水蒸气分压力必相等。（ √ ）

三、简答题（每题6分，共30分）

Q2TT1. 试说明ηt＝1－、ηt＝1－r2和ηt＝1－m2 这三个热效率公式各适用于什么情

Q1Tr1Tm1况，其中 Tr1,Tr2,Tm1,Tm2分别表示高、低温热源温度，工质平均吸热温度与平均放热温度。

Tm2答: ηt＝1－与ηt＝1－适合任何热机，可逆与不可逆循环均可。

Q1Tm1Q2ηt＝1－

Tr2只适用于两恒温热源间工作的可逆热机循环. Tr12. 湿空气进行了一个先加热后绝热加湿的过程，试在湿空气的h-d图上表示出该过程，并说明绝热加湿过程中湿空气的含湿量、相对湿度、比焓、温度是如何变化的。 答： 绝热加湿过程中

湿空气的含湿量增加、 相对湿度增加、 比焓不变、温度降低。

3. 在压缩比一定时，活塞式内燃机三种理想循环的热效率的大小关系是怎样的？试利用T-s图进行分析。

答：在压缩比一定时，这三种理想循环的热效率的大小关系是：

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?t,v??t,c??t,p

T 如图，Tm1,v?Tm1,c?Tm1,p Tm2相同，且?t?1?m2

Tm1则 ?t,v??t,c??t,p

4. 环境压力0.1MPa下1m3刚性真空容器所包含的空间内热力学能及火用值分别是多少？ 答：热力学能为零，U?0； 火用值A?p0V?100?1?100kJ

5. Draw the T-s diagram of vapor-compression refrigeration cycle with a gas-liquid separator, and point out the equipment name in each process.

12， compressor 23， condenser；

34， throttling set (expansion valve or capillary tube); 41， n evaporator.

四、计算题（3道题，共50分 ）

1.（10分）空气可逆绝热流过一个喷管，进入背压0.1MPa的空间，已知空气入口参数为

p1?0.5MPa、T1?300K，问应采用什么形式的喷管？并求喷管出口流速及出口温度。 空气k = 1.4，cp=1.004kJ/(kg.K)

p解: 入口可看成滞止状态。对空气，双原子气体，可逆绝热流动时 cr?0.528

p0pB0.1??0.2〈0.528 p00.5则 采用缩放喷管 （4分） 出口压力 p2?pB?0.1MPa

k?11.4?1p0.11.4出口温度 T2?T1(2)k?300?()?189.4K （3分）

p10.5出口流速cf2?2cp(T1?T2)?2?1004?(300?189.4)?471.26m/s （3分）

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2. （15分） 水蒸气在过热器中由初始状态1的p1＝6MPa、x1＝0.98定压吸热，变化为500 ℃MPa的过热蒸汽状态2，画出h-s图，并求1kg水蒸气在过热器中吸收的热量。已知：当p＝6 213.3 kJ/kg； h\＝2 783.82 kJ/kg；当p＝6 MPa、t＝500 420.6 kJ/kg 时，h'＝1 ℃时，h＝3 解 h-s图 （5分）

MPa、x1＝0.98时，可计算得到初始的焓值为 当p1＝6

h1＝x1h\－x1)h'

783.82+0.02×1 213.3 ＝0.98×2

752.4 kJ/kg （5分） ＝2

MPa、t2＝500 420.6 kJ/kg 当 p2＝6 ℃时，h2＝3

由热力学第一定律，可得出过热器中水蒸气定压吸收的热量为

q12＝h2－h1＝3 420.6 －2 752.4 ＝668.2 kJ/kg （ 5分）

3. （25分）An steady flow rotary compressor receives air at 0.1MPa and 27℃, which it compresses to 0.6MPa with an adiabatic efficiency of 0.85. Based on surroundings at 27℃, determine (a) the final temperature, (b) the specific entropy change and specific availability change between inlet state and outlet state, (c) the necessary specific work input to the compressor , (d) the irreversibility （the entropy production and exergy destroyed）.

（Treat the air as an ideal gas, with the specific heat at constant pressure, cp=1.004kJ/(kg.K), and the ratio of specific heats, k=1.4.）

Solution:

R?k?11.4?1cp??1.004?0.287 kJ/(kg.K) k1.4(a) The final temperature of isentropic compression is

p0.6T2s?T1(2)(k?1)/k?300()0.4/1.4?500.55K

p10.1Adiabatic efficiency ?s,C?w12sh1?h2sT1?T2s＝0.85 ??w12h1?h2T1?T2The final temperature of irreversible adiabatic compression is

T2?T1?T1?T2s?s,C?300?300?500.55?535.94K （5分）

0.85(b) The specific entropy change can be calculated as follow

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Tp ?s?s2?s1?cpln2?Rln2

T1p1?1.004ln535.940.6?0.287ln?0.068kJ/(kg?K) （5分） 3000.1The specific availability change

?af??ah?ah2?ah1?(h2?h1)?T0(s2?s1)

?1.004?(535.94?300)?300?0.068?216.48kJ/k g （5分） （c）The necessary specific work input to the compressor

ws,12?h1?h2?cp(T1?T2)

?1.004?(535.94?300)?236.88kJ/kg （5分）

(d) The irreversibility can be determined as ?S?(?S)Q?(?S)W?(?S)M?SPi nFor this process, (?S)Q?(?S)M?0

Entropy production Spin????S?M??(Si?Se)?S2?S1?0.068kJ/(kg?K) The exergy destroyed Iin?T0Spin?300?0.068?20.3kJ/kg （5分）

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