机械设计说明书-美发师求职

工程热力学期中练习题
2012.4
一．问答题：（每题4分）
22
1． 试说明热力学第一定律表达式
qVuw
和
q
1
c
v
dT
1
pdv
的适用条件（任何工质？任何过程？）。
答：（1）任何工质，任何过程；（2）理想气体，可逆过程。（每问2分）

T< br>Q

1
2
的适用条件（任何工质？任何过

1 
2
和 2. 试说明循环热效率
T
1
Q
1
程？）。
答：

t
1
Q
2
任何工质，任何过程。
Q
1


t
1
T
2
任何工质，卡诺循 环。
T
1
p
A
（每问2分）
B
pv
图上理想气体多变过程 3. 如图所示，
OA和OB，请在表中填充“＋”或“－”号
（按功量和热量的符号规则填写）。

答：图表各2分
u

过程
OA
OB
+
+
O
(s)
(T)
v
w

-
+
q

-
+

Ts
图上，把理想气体任意两点的焓差 4. 请在右图所示的
Vh
12
用面积表示出
来。
答：

t-s图上画出两条P1、P2，作辅助线 1-1’
由
VhC
p
(T
2
T
1
)C
p
(T
2
T
1'
)S
ab21'a

5． 下列说法是否正确，简述理由。
1）不同的热力过程中，气体比热容的数值总是正值；

2）闭口系进行一不可逆过程，从外界吸热，其熵一定增加；
3）绝热节流过程是整个过程都焓值相等的过程。
答：1）不一定，因为
C
n

n

（1.5分）
C
v
，当
1n

时，
C
n
为 负值。
n1
2）不可逆吸热，由
VSVS
f
VS
g
，
VS
f
、
VS
g
都大于零， 所以
VS
必大于
零。（1.5分）
3）绝热节流，初终两态焓值相等，整个过程各截面焓值并非相等。（1.0分）

6.下列两过程中系统的ΔU、ΔH、ΔS 变化分别为大于、小于还是等于零？试说明理
由。1）理想气体绝热自由膨胀过程
2）绝热系统的可逆膨胀过程
答：（1）理想气体绝热自由膨胀：∵闭系：Q=△U +W，此时W=0，△U=0

，
∴理想气体，△U=0，T1=T2，△H=0 ∵不可逆绝热膨胀必然，△S＞0。
（2）绝热可逆过程：T2＜T1，△U＜0，△H＜0，可逆绝热膨胀，△S=0。
（每问2分）

7. 蒸汽由给定的初态p
1
、t
1< br>通过一喷管等熵膨胀到湿蒸汽区，其背压p
2
为已知，若手
头没有焓熵图，只有 水蒸气热力性质表，如何计算确定状态2的各项热力参数x
2
，t
2
，
h
2
。
，，，
答：可以，由S
1
=S
2
，再由S
2
，P
2
查得SS，相应求得 X
2
，进而求 得H
2
，由P
2
可
得对应的饱和温度t
s
，即为t
2
。

8．在环境温度为300K的条件下，250K的热源有否作功能力 ？若热量Q由750K的恒温热
源直接传入250K的恒温热源，引起的作功能力损失是多少？


答：
VS
孤立
=Q

1

2
24

-1
，
+=Q

=T
c
VS
孤立
=300Q=Q


7505
< br>750250

750
9．流体在输送管道中作有摩阻的不可逆流动，对外不作 技术功，问流体压力将如何变
化？过程加热量q和流体的焓变化△h是否仍满足q＝△h的关系？ 答：有摩阻的不可逆流动，流体压力下降，由稳流能量方程经简化后，过程加热量q
为：q＝△h， 与过程可逆与否无关。

10.一动力循环1－2－3－1的T－s图如右图所示，其中过程 1－2、3－1皆为可逆过
程，2－3为一有摩擦的绝热过程。T1、T3都等于环境温度T0。试用一 块面积或几块面
积的代数和表示出该循环中的吸热量Q1，放热量Q2，净功量W和由于摩擦而引起的作
功能力损失。

答：吸热量Q1： 面积为1-2-b-a-1
放热量Q2： 面积为1-3-c-a-1
净功量w： 吸热量Q1面积
-放热量Q2面积
作功能力损失：面积为e-3-c-b-e
（每问1 分）


二.计算题：(每题15分)
3
1. 有一采暖设备，每小 时可供40℃的热空气4000mh，设备进口处的大气温度为5℃，
5
大气压为1.013× 10Pa,。空气在该设备中压力维持不变，进出口风道中的流速不
超过5ms，试求：
1) 该设备传递给空气的热流量；
2) 空气通过采暖设备时热力学能、焓、熵的变化；
3) 设备出口风道的直径。
(Cp=1.004kJkg.K, R
g
=0.287kJkg.K，K=1.4)

解:(1) 设备传递给空气的热量
QmVhmc
p

T
2
T< br>1


5
PV
1.01325104000
其中
m
==4511.81kgh
287313
R
g
T< br>所以
QmVhmc
p

T
2
T
1
=
4511.811.004

313278

=158545kJh （6分）
(2)热力学能的变化
Vu
其中
c
p
c
v
mc
v

T
2
T< br>1

=113223.872kJh
R
g

焓变 化
VHmc
p

T
2
T
1

Q

熵变化
VSm

c
p
ln

T
2
P
2

R
g
ln

=537.16kJK （6分）
T
1
P
1

（3）由
V
2
A
2
C
f
2

出口直径
D
2



D
2
2
4
C
f
2
，得
4V
2
=0.532m （3分）

C
f
2

2．试验装置中，压 气机由P
1
=1×10
5
Pa，t
1
=20℃的环境中吸取 流率为0.7kgs的空
气，绝热压缩至P=3×10
5
Pa。据测量压气机出口高压 空气的温度为t=155℃，
然后绝热通过一节流阀，其压力降为P
3
=2.5×10
5
Pa。
1）确定压气机的效率，即理想压缩功和实际压缩功之比。
2）分析空气压缩和随后的降压过程中有哪些不可逆性？并计算总熵产和作功能
力损失。 (Cp=1.005kJkg.K, R=0.287kJkg.K).
解: （1）
T
2绝
T
1

其中



1< br>
2
22

P



P
1

=401.04K
c
p
=1.4
c
v

c

T
2绝
-T
1
128.0420
==0.8 （7分）
T
2实
-T
1
15520
（2）存在压缩不可逆与绝热节流过程的不可逆，因绝热节流初终态焓值不变，
对 理想气体，
t
3
t
2

总熵产
155+2732 .5
T
3
P
3

（1.005ln0.287ln )
VS
绝热
m

c
p
lnR
g
ln

=
0.7
2931
T
1
P
1< br>

=0.083KJK·S
作功能力损失
T
环VS
绝热
=
2930.083
=24.18KJS （8分）

3．某蒸汽发生器使温度为250℃的1kg饱和水汽化为干饱和蒸汽，蒸汽汽化潜热为
1711kJkg。此蒸汽发生器中所利用的加热烟气从1100℃定压冷却到550℃。
已知烟气比热=1.005kJkg·K，环境温度T0=300K。
求：（1）生产1kg干饱和蒸汽的烟气量；
（2）由烟气和水蒸气组成的蒸汽发生器系统的熵增；
（3）计算此传热过程中引起的作功能力损失；
解： 由能量平衡：
m
烟
c
p
VT=m
水

=

， < br>∴
m
烟
=

c
p
VT

1 711
3.095kg
1.005550
T
2
r
T
1
T
水


VS
绝热系统
=m
烟
c
p
ln
8231711
=—1.59+3.27 15=1.6815KJK

1373523

3001.6815504.45KJ
（各5分）
3.091.005ln

4．某制冷装置的制冷量为180000KJh，冷藏室温度维持在－20℃ ，周围环境温度等于
20℃。试求：
（1）此循环制冷系数的可能最大值；
（2）此装置所需耗的最小功率；
（3）每小时传给周围环境的热量
解：(1)由

c

T
2
253
6.325
T
1
T
2
292253
Q
0
36
(2)
W
min
7.905kw


c
6. 325
180000
(3)
Q
放热量
=Q
0
+W< br>min
=7.90557.9kw
（各5分）
3600