昆明理工大学2012年[工程热力学]期末考试卷及答案

昆明理工大学2012年《工程热力学》

期末考试卷及答案

考试科目：工程热力学 任课教师：包桂蓉

一、填空题（本大题有9小题，每小题2分，共18分）

1、相互接触的物体，若他们处于热平衡，则他们的___必相等。

2、 已知湿蒸汽的干度为0.2，其中干饱和蒸汽的质量为6 kg，则饱和液体的质量为。 3、工质绝对压力

p

与大气压力

p

b

及表压力

p

e

或真空度。

p

v

的关系：当

p

>

p

b

时，

p



p

b



p

e

；当

p

p

b

时，

p



p

b



p

v

4、用实际气体在两个恒温热源T1和T2进行一卡诺循环，则其热效率=

t

T1T2

T1

。

5、在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都，与可逆循环的种类 无关 。

6、空气的比定容热容cv为718J(kgK)，气体常数为287J(kgK)；其比定压热容cp= J(kgK)。

7、孤立系统是热力系统与外界无任何和交换的系统。 8、熵增加的过程(填一定或不一定)是不可逆过程。

9、抽气回热循环改善了朗肯循环，其根本原因在于了循环热效率 。

二、名词解释（本大题有4小题，每小题3分，共12分）

1、过热蒸汽：温度高于所处压力对应的饱和温度的蒸汽称为过热水蒸气。// 对饱和蒸汽继续定压加热形成过热蒸汽。

2、闭口系统：热力系与外界无物质交换的系统。// 与外界只有能量交换而无物质交换。

3、系统储存能：是指热力学能、宏观动能、和重力位能的总和。// 系统中的热力学能、动能和势能。

4、热力学第二定律的克劳修斯表述：不可能把热从低温物体转移到高温物体而不引起其他

变化。// 热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。

三、简答题（本大题有4小题，每小题5分，共20分）

1、热力循环按循环效果及进行方向可分为哪两类？其各自的目的是什么？ 答：按循环进行的方向和产生的效果分：正向循环与逆向循环 正循环：将热能转化为机械能。

逆循环：消耗功，将热量从低温物体传至高温物体。

2、简述蒸汽参数对朗肯循环效率的影响。

答：（1）提高初温，可提高热力循环效率和增大膨胀终点的干度，但受金属材料耐热性能的限制。（2）在相同的初温和背压下，提高初压也可使热效率增大。会使乏汽干度降低，设备强度的问题。（3）降低背压可以显著提高循环热效率。受环境温度的限制。 // 提高初温、初压，降低终温、背压，均可提高循环效率。

3、压缩机压缩过程的多变指数n的取值范围是什么？若想减少压缩机所消耗的轴功，压缩过程的多变指数n应增加还是减少？

答：n1,k，若想减少压缩机所消耗的轴功，应接近定温过程，压缩过程的多变指数n应减少。

// 1

4、热力学第二定律能否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当？

答：热力学第二定律的正确表述应是：热不可能全部变为功而不产生其它影响。所给说法中略去了“其它影响”的条件，因而是不妥当、不正确的。

// 不妥当，应表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能而不引起其他任何变化。”，少了“而不引起其他任何变化” 这一句。

四、作图题（本大题有2小题，每小题5分，共10分）

1、 画出蒸汽压缩制冷循环的T-s图，并说明各过程是在什么设备中完成的？ 作法一

1-2：压气机 2-3：冷凝器 3-4：节流阀 4-1：冷库

作法二

过程1-2在压缩机中完成； 过程2-3在冷凝器中完成； 过程3-4在节流机构中完成；

过程4-1在蒸发器中完成。

（上面这两幅图及答案都符合要求，都正确）

2、试在所给参数坐标图上定性地画出理想气体过点1的下述过程，分别指出该过程的过程指数n应当在什么数值范围内 (图中请标明四个基本过程线)： 1）压缩、升温、吸热的过程 2）膨胀、降温、吸热的过程。

pT

vs

p

T

v

答： (1) nk； (2) 1nk

s

五、计算题（本大题有4小题，，共40分）

1、（10分）5g 氩气经历一个热力学能不变的过程，初始状态膨胀终了体积V

2

p

1

5600K

=6.010Pa，t1，

3V

1

，氩气可作为理想气体，且假定热容为定值，求终温、终压及总熵

变量。（已知Ar的Rg=0.208kJkgK）

解：氩气Ar 可看为理想气体，其热力学能只是温度的单一函数，故等热力学能过程也即等温过程，T2=T1=600K。根据理想气体的状态方程有 p2p1

v1v2

0.610

6

13

0.210Pa

6

由附表查出Ar的Rg0.208kJ/(kgK)

T2T1

p2p1

p2p1

Sm(cplnRgln

)mRgln

0.0050.208ln

0.20.6

1.1410

3

kJ/K

//

由于热力学能不变，故温度不变，t2t1600K 定温：

p

1

v1

p

2

v2  p2p1

v1v2

0.610

6

13

0.210Pa

6

sRgln

v

21

0.208ln30.229J(kgK)

Sms51030.2291.145103kJK

2、（8分）空气在加热器中吸热后，流入喷管进入绝热膨胀（如图所示）。若已知进入加热器时空气的焓值为h1280kJkg，流速为c150ms，在加热器中吸收的热量为在喷管出口处空气的焓值为h3560kJkg，试求喷管出口处空气的流速。 q360kJkg，解：h1



21

2

q

h

3

2

23

2

c

3



2h1c12q2h3

＝228010350223601032560103 ＝403.1 m/s

3、（10分）两个不同温度（T1,T2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T1吸收热量Q1向低温热源T2放出热量Q2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增SiSO0。假设功源的熵变△SW =0。 证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为

对热机循环子系统：  0 S R 

Q1Q2

SISO00

T1T2

//

证明：高温热源：Sh

Q

1

SisoST1ST2SRSW

T1Q2T2



低温热源：SL

dQT

热机：S



dQ1T1





dQ2T2



Q1T1



Q2T2

功源：Sw0

SisoShSLSSw ＝

Q1T1

Q2T2

Q1T1

Q2T2

0



＝0

4、（12分）某蒸汽动力厂按一级再热理想循环工作，蒸汽初参数为再热压力为

p

1

=15MPa，t1=600℃，

p

a

=1.4MPa，再热温度ta= t1=600℃，背压p=0.005MPa，功率为150000KW。

2

试求：1）定性画出循环的T-S图；2）循环净功W

net

（考虑水泵功）；3）循环吸热量q；

1

4）求循环热效率；5）循环汽耗率d；6）每小时所需蒸汽量。 蒸汽的有关参数如下：

解：1）再热循环在T-S图上的表示如图所示。

2）循环净功

W

net

h1hAhah2(h4h3)

3582.3-2892.83694.8-2401.1-152.89-137.89 1968.2 kJ/kg



3）循环吸热量

q1(h1h4)(hRhA)

(3582.3153.9)(3694.82892.8)4231.37kJ/kg

4）

q2h2h32401.11137.92263.22kJ/kg

t1

q2q1

1

2263.224231.37

46.5%

//



W

net

q1



1968.24231.41

1

0.465

5）d

1W

net



1968.2

5104kg/kJ

6）根据：qmq1tPqm

Pq1t



1500004231.370.465

76.24kg/s274t/h

//

DPd150000510475kg/s

昆明理工大学2012年《工程热力学》

期末考试卷及答案

考试科目：工程热力学 任课教师：包桂蓉

一、填空题（本大题有9小题，每小题2分，共18分）

1、相互接触的物体，若他们处于热平衡，则他们的___必相等。

2、 已知湿蒸汽的干度为0.2，其中干饱和蒸汽的质量为6 kg，则饱和液体的质量为。 3、工质绝对压力

p

与大气压力

p

b

及表压力

p

e

或真空度。

p

v

的关系：当

p

>

p

b

时，

p



p

b



p

e

；当

p

p

b

时，

p



p

b



p

v

4、用实际气体在两个恒温热源T1和T2进行一卡诺循环，则其热效率=

t

T1T2

T1

。

5、在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都，与可逆循环的种类 无关 。

6、空气的比定容热容cv为718J(kgK)，气体常数为287J(kgK)；其比定压热容cp= J(kgK)。

7、孤立系统是热力系统与外界无任何和交换的系统。 8、熵增加的过程(填一定或不一定)是不可逆过程。

9、抽气回热循环改善了朗肯循环，其根本原因在于了循环热效率 。

二、名词解释（本大题有4小题，每小题3分，共12分）

1、过热蒸汽：温度高于所处压力对应的饱和温度的蒸汽称为过热水蒸气。// 对饱和蒸汽继续定压加热形成过热蒸汽。

2、闭口系统：热力系与外界无物质交换的系统。// 与外界只有能量交换而无物质交换。

3、系统储存能：是指热力学能、宏观动能、和重力位能的总和。// 系统中的热力学能、动能和势能。

4、热力学第二定律的克劳修斯表述：不可能把热从低温物体转移到高温物体而不引起其他

变化。// 热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。

三、简答题（本大题有4小题，每小题5分，共20分）

1、热力循环按循环效果及进行方向可分为哪两类？其各自的目的是什么？ 答：按循环进行的方向和产生的效果分：正向循环与逆向循环 正循环：将热能转化为机械能。

逆循环：消耗功，将热量从低温物体传至高温物体。

2、简述蒸汽参数对朗肯循环效率的影响。

答：（1）提高初温，可提高热力循环效率和增大膨胀终点的干度，但受金属材料耐热性能的限制。（2）在相同的初温和背压下，提高初压也可使热效率增大。会使乏汽干度降低，设备强度的问题。（3）降低背压可以显著提高循环热效率。受环境温度的限制。 // 提高初温、初压，降低终温、背压，均可提高循环效率。

3、压缩机压缩过程的多变指数n的取值范围是什么？若想减少压缩机所消耗的轴功，压缩过程的多变指数n应增加还是减少？

答：n1,k，若想减少压缩机所消耗的轴功，应接近定温过程，压缩过程的多变指数n应减少。

// 1

4、热力学第二定律能否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当？

答：热力学第二定律的正确表述应是：热不可能全部变为功而不产生其它影响。所给说法中略去了“其它影响”的条件，因而是不妥当、不正确的。

// 不妥当，应表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能而不引起其他任何变化。”，少了“而不引起其他任何变化” 这一句。

四、作图题（本大题有2小题，每小题5分，共10分）

1、 画出蒸汽压缩制冷循环的T-s图，并说明各过程是在什么设备中完成的？ 作法一

1-2：压气机 2-3：冷凝器 3-4：节流阀 4-1：冷库

作法二

过程1-2在压缩机中完成； 过程2-3在冷凝器中完成； 过程3-4在节流机构中完成；

过程4-1在蒸发器中完成。

（上面这两幅图及答案都符合要求，都正确）

2、试在所给参数坐标图上定性地画出理想气体过点1的下述过程，分别指出该过程的过程指数n应当在什么数值范围内 (图中请标明四个基本过程线)： 1）压缩、升温、吸热的过程 2）膨胀、降温、吸热的过程。

pT

vs

p

T

v

答： (1) nk； (2) 1nk

s

五、计算题（本大题有4小题，，共40分）

1、（10分）5g 氩气经历一个热力学能不变的过程，初始状态膨胀终了体积V

2

p

1

5600K

=6.010Pa，t1，

3V

1

，氩气可作为理想气体，且假定热容为定值，求终温、终压及总熵

变量。（已知Ar的Rg=0.208kJkgK）

解：氩气Ar 可看为理想气体，其热力学能只是温度的单一函数，故等热力学能过程也即等温过程，T2=T1=600K。根据理想气体的状态方程有 p2p1

v1v2

0.610

6

13

0.210Pa

6

由附表查出Ar的Rg0.208kJ/(kgK)

T2T1

p2p1

p2p1

Sm(cplnRgln

)mRgln

0.0050.208ln

0.20.6

1.1410

3

kJ/K

//

由于热力学能不变，故温度不变，t2t1600K 定温：

p

1

v1

p

2

v2  p2p1

v1v2

0.610

6

13

0.210Pa

6

sRgln

v

21

0.208ln30.229J(kgK)

Sms51030.2291.145103kJK

2、（8分）空气在加热器中吸热后，流入喷管进入绝热膨胀（如图所示）。若已知进入加热器时空气的焓值为h1280kJkg，流速为c150ms，在加热器中吸收的热量为在喷管出口处空气的焓值为h3560kJkg，试求喷管出口处空气的流速。 q360kJkg，解：h1



21

2

q

h

3

2

23

2

c

3



2h1c12q2h3

＝228010350223601032560103 ＝403.1 m/s

3、（10分）两个不同温度（T1,T2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T1吸收热量Q1向低温热源T2放出热量Q2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增SiSO0。假设功源的熵变△SW =0。 证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为

对热机循环子系统：  0 S R 

Q1Q2

SISO00

T1T2

//

证明：高温热源：Sh

Q

1

SisoST1ST2SRSW

T1Q2T2



低温热源：SL

dQT

热机：S



dQ1T1





dQ2T2



Q1T1



Q2T2

功源：Sw0

SisoShSLSSw ＝

Q1T1

Q2T2

Q1T1

Q2T2

0



＝0

4、（12分）某蒸汽动力厂按一级再热理想循环工作，蒸汽初参数为再热压力为

p

1

=15MPa，t1=600℃，

p

a

=1.4MPa，再热温度ta= t1=600℃，背压p=0.005MPa，功率为150000KW。

2

试求：1）定性画出循环的T-S图；2）循环净功W

net

（考虑水泵功）；3）循环吸热量q；

1

4）求循环热效率；5）循环汽耗率d；6）每小时所需蒸汽量。 蒸汽的有关参数如下：

解：1）再热循环在T-S图上的表示如图所示。

2）循环净功

W

net

h1hAhah2(h4h3)

3582.3-2892.83694.8-2401.1-152.89-137.89 1968.2 kJ/kg



3）循环吸热量

q1(h1h4)(hRhA)

(3582.3153.9)(3694.82892.8)4231.37kJ/kg

4）

q2h2h32401.11137.92263.22kJ/kg

t1

q2q1

1

2263.224231.37

46.5%

//



W

net

q1



1968.24231.41

1

0.465

5）d

1W

net



1968.2

5104kg/kJ

6）根据：qmq1tPqm

Pq1t



1500004231.370.465

76.24kg/s274t/h

//

DPd150000510475kg/s