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京

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工

程

熱

力

學(xué)》

期

末

試

題填空題(每空1分，共10)當(dāng)熱力系與外界既沒有能量交換也沒有物質(zhì)交換時(shí)，該熱力系為__孤立系____。在國際單位制中溫度的單位是___開爾文(K)____根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程，風(fēng)機(jī)、水泵的能量方程可簡化為___或－wt=h2－h(huán)1____。同樣大小的容器內(nèi)分別儲(chǔ)存了同樣溫度的氫氣和氧氣若二個(gè)容器內(nèi)氣體的壓力相等，則二種氣體質(zhì)量的大小為H__小于_____O。C

t

t

5.已知理想氣體的比熱C隨溫度的升高而增大，當(dāng)t2>t1，

t

的大小關(guān)系為C

t

C

t

___

t

____。6.已知混合氣體中各組元?dú)怏w的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω和摩爾質(zhì)量，則各組元?dú)怏w的摩爾分?jǐn)?shù)/Mi

iχi為___

ni

/Mi

i

____。由熱力系與外界發(fā)生___熱量____交換而引起的熵變化稱為熵流。設(shè)有一卡諾熱機(jī)工作于600℃和30℃熱源之間，則卡諾熱機(jī)的效率為___。在蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，汽輪機(jī)排汽壓力的降低受___境____溫度的限制。與外界既無能量交換也無物質(zhì)交換的熱力系稱為__孤立__熱力系。熱力系的儲(chǔ)存能包括__熱力學(xué)能、宏觀動(dòng)能、重力位能__。已知某雙原子氣體的氣體數(shù)Rg=260J/(kg·k)，則其定值比熱容cv=__650___J/(kg·k)。已知1kg理想氣體定壓過程初、終態(tài)的基本狀態(tài)參數(shù)和其比熱容，其熱力學(xué)能的變化量可求出為Δu=__cp(T2－T1)___。定值比熱容為cn的多變過程，初溫為T1,終溫為，其熵變量Δs=_____水蒸汽的臨界壓力為。流體流經(jīng)管道某處的流速與__當(dāng)?shù)匾羲賍__的比值稱為該處流體的馬赫數(shù)。汽輪機(jī)的排汽壓力越低，循環(huán)熱效率越高，但排汽壓力的降低受到環(huán)境溫度___的限制。未飽和濕空氣的相對(duì)濕度值在__0與1___之間。1．理想氣體多變指數(shù)n=1系統(tǒng)與外界傳熱量q=_________；多變指數(shù)∞，系統(tǒng)與外界傳熱量q=_________．卡諾循環(huán)包括兩個(gè)_________過程和兩個(gè)_________程．水蒸汽的汽化潛熱在低溫時(shí)較__________，在高溫時(shí)較_________，在臨界溫度為__________．在T—S圖上，定壓線的斜率是_________；定容線的斜率是________．理想氣體音速的計(jì)算式：_________，馬赫數(shù)的定義式為：nvnv功W;內(nèi)能U定溫變化過程，定熵變化3、小，大，04、對(duì)數(shù)曲線，對(duì)數(shù)曲線5、

akpvkRT

，

M

ca．理想氣體多變過程中，工質(zhì)放熱壓縮升溫的多變指數(shù)的范圍________．蒸汽的干度定義為_________。．水蒸汽的汽化潛熱在低溫時(shí)較__________在高溫時(shí)較__________，在臨界溫度為__________。．理想氣體的多變比熱公式為_________．采用Z級(jí)冷卻的壓氣機(jī)，其最佳壓力比公式為________大于0，小于;濕蒸汽中含干蒸汽的質(zhì)量/濕蒸汽的總質(zhì)量小，大，04、

ncn5、βi=（PZ+1/P1）1/Z四、名詞解釋題（本大題共小題，每小題3分，共15分）理想氣體:理想氣體滿足克拉貝龍狀態(tài)方程的氣;或者是指由相互間沒有作用力的分子構(gòu)成的氣體,且分子本身是不占據(jù)體積的彈性質(zhì)點(diǎn)水蒸汽的臨界狀態(tài)：當(dāng)壓力高于確定的臨界壓力時(shí)，定壓下的蒸氣發(fā)生過程不再經(jīng)歷預(yù)熱、氣化和過熱三個(gè)階段，而是在溫度為臨界溫度時(shí)連續(xù)地從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，這種由臨界壓力和臨界溫度確定的狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。過熱度：過熱蒸氣的溫度與同壓下的飽和溫度之差稱為過熱度，單位為開爾文或攝氏度3、濕空氣的絕對(duì)濕度：濕空氣中水蒸氣的密度，符號(hào)4、濕空氣的相對(duì)濕度：濕空氣中水蒸氣的密度V與其相應(yīng)溫度下的最大密度之比5.熵產(chǎn)：不可逆過程中，不可逆因素引起的熵的變化稱為熵產(chǎn)。穩(wěn)定流動(dòng)：是指流體流經(jīng)管道中任意點(diǎn)的熱力狀態(tài)參數(shù)及流速等均不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)過程。濕空氣的焓：濕空氣的焓值等于干空氣的焓值與水蒸氣的焓值之和?？刂瀑|(zhì)量:閉口系內(nèi)包含的物質(zhì)量是恒定的這種作為研究對(duì)象的恒量物質(zhì)稱為控制質(zhì)量。熱量的無效能:熱源提供的熱量，在環(huán)境為冷源的卡諾循環(huán)中，不能轉(zhuǎn)換為功的部分。10.水蒸汽的飽和狀態(tài):汽化和液化速率相等，成為一種汽液相變的動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。11.濕空氣的含濕:一定積的濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與其中所含干空氣質(zhì)量的比值?；驖窨諝庵校?kg空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量。孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間不發(fā)生任何能量傳遞和物質(zhì)交換的系統(tǒng)。焓：為簡化計(jì)算，將流動(dòng)工質(zhì)傳遞的總能量中，取決于工質(zhì)的熱力狀態(tài)的那部分能量，寫在一起，引入一新的物理量，稱為焓。熱力學(xué)第二定律：克勞修(Clausius)法：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。開爾文一浦朗(Kelvin—Plank)說法：不可能制造只從一個(gè)熱源取熱使之完全變成機(jī)械能而不引起其他變化的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。相對(duì)濕度：濕空氣的絕對(duì)濕度

v

與同溫度下飽和空氣的飽和絕對(duì)濕度

s

的比值，稱為相對(duì)濕度。卡諾定理：1．所有工作于同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與采用哪種工質(zhì)無關(guān)2．在同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)。理想氣體：氣體分子本身所具有的體積與其所活動(dòng)的空間相比非常小，分子本身的體積可以忽略，而分子間平均距離很大，分子間相互吸引力小到可以忽略不計(jì)時(shí)，這種狀態(tài)的氣體便基本符合理想氣體模型。水蒸氣的汽化潛熱：將1kg和液體轉(zhuǎn)變成同溫度的干飽和蒸汽所需的熱量。五、簡答題（本大題共5題，每小題5分，共25分）1.何謂水蒸汽參數(shù)座標(biāo)圖中的一個(gè)點(diǎn)、兩條線、三個(gè)區(qū)域和五種狀態(tài)？點(diǎn):臨界狀態(tài)點(diǎn),其在水蒸汽參數(shù)座標(biāo)圖中的位置隨工質(zhì)而異線:和蒸氣線上界線):同壓力下飽和蒸氣狀態(tài)的連.和液線(下界線):不同壓力下飽和液狀態(tài)的連線。上、下界線合在一起又稱為飽和線。區(qū)：未飽和液區(qū)（過冷液區(qū)蒸氣區(qū)，過熱蒸氣區(qū)五態(tài)：未飽和液（過冷液和液，濕飽和蒸汽干）飽和蒸汽，過熱蒸汽2.卡諾循環(huán)熱效率表達(dá)式說明了哪三個(gè)重要問題？a.提高熱源溫度TH降低冷源溫度TL是提高兩恒溫?zé)嵩撮g可逆循環(huán)熱效率的根本途徑與方法;TH→∞是不可能的故熱機(jī)熱效率恒小100%;c.TH=TL時(shí)ηC=0,說明單一熱源熱機(jī)是造不成的.3.衡狀態(tài)與穩(wěn)定態(tài)有什么聯(lián)系與區(qū)?平衡態(tài)是指熱力系的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)。穩(wěn)定態(tài)是指熱力系的狀態(tài)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)。平衡必然穩(wěn)定，穩(wěn)定未必平衡。pdv能量方程q=△u+w和q=Cv△T+1的適用條件有何不同?前者：閉口系、任意工質(zhì)、任意過程；后者：閉口系、理想氣體、可逆過程。夏天，自行車在被太陽曬得很熱的馬路上行駛時(shí)，為什么容易引起輪胎爆破?輪胎內(nèi)氣體壓力為P=

MRMRrT,VV

r

為常數(shù)，當(dāng)T升高時(shí)P隨之升高，容易引起爆破。6.不可逆過程熵的變化如何計(jì)算可以選擇相同初、終狀態(tài)間可逆過程熵的變化來計(jì)算。7.準(zhǔn)平衡過程與可逆過程有何共同處有何區(qū)別?有何聯(lián)系?它們共同處都是在無限小勢差作用下，非常緩慢地進(jìn)行，由無限接近平衡狀態(tài)的狀態(tài)組成的過程。它們的區(qū)別在于準(zhǔn)平衡過程不排斥摩擦能量損耗現(xiàn)象的存在，可逆過程不會(huì)產(chǎn)生任何能量的損耗。一個(gè)可逆過程一定是一個(gè)準(zhǔn)平衡過程，沒有摩擦的準(zhǔn)平衡過程就是可逆過程。8.理想氣體狀態(tài)方程有哪些常見形式方程中的常數(shù)項(xiàng)與物性是否有關(guān)?1kg氣體:pv=RrTmkg氣體:pV=mRrT1mol氣體：pVm=RTnmol氣體：pV=nRTRr是氣體常數(shù)與物性有關(guān)，R是摩爾氣體常數(shù)與物性無關(guān)。9.干飽和蒸汽與濕飽和蒸汽的狀態(tài)參數(shù)各有何特點(diǎn)干飽和蒸汽：x=1,p=pst=tsv=v″,h=h″s=s″濕飽和蒸汽：0<x<1,p=pst=tsv′<v<v″,h′<h<h″,s′<s<s″PTTPTT10.何謂汽流在噴管中的臨界狀態(tài)何謂臨界壓力?理想氣體的臨界壓力比與哪些因素有關(guān)?流速為當(dāng)?shù)匾羲?Ma=1)時(shí)的狀態(tài)稱為流體的臨界狀態(tài)。流體臨界狀態(tài)的壓力(臨界壓力與其滯止壓力的比值，稱為臨界壓力比。理想氣體的臨界壓力比只與氣體的物性有關(guān)或比熱比k有關(guān))1.閉口系統(tǒng)從溫度為300K的熱源中取熱500kJ系統(tǒng)熵增加20kJ／K，問這一過程能否實(shí)現(xiàn)，為什么？1、答：能實(shí)現(xiàn)對(duì)于可逆過程的熵有：

ds

q

，則系統(tǒng)從熱源取熱時(shí)的可能達(dá)到的最小熵增為：ds

500300K

B/

，

20kJ/k

，因此該過程是可以實(shí)現(xiàn)的。六、計(jì)算題(第1、2題每小題分，第3、4題每小題8分，共28分)=空氣按可逆定溫過程由初態(tài)T1=328K,P1=×106Pa變化到終態(tài)P2=×106Pa空氣的Rr=(kg·k)，試求此定溫過程的、W、△U、△H。Q=mRrTln

PP

=××328×ln

0.250.15

72.1KJPW=mRrTln=Q=△U=mCv(T2－T1)=0△H=mCp(T2－T1)=02.某燃?xì)廨啓C(jī)排氣s，溫度為T1=576K,定壓排入溫度T0=283K的環(huán)境；設(shè)排氣的Cp=(kg·k)。試求每小時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)的排氣熱量中的有效能和無效能。每小時(shí)排氣的放熱量Qp:Qp=mCp(T0－T1)=3600×××(283－1292341KJ/h此熱量中的有效能Qa:Qa=

m

T

(1)

T

)dTmC)ln]=3600×××［(283－576)］=－h(huán)此熱量中的無效能Qu:Qu=Qp－Qa=－1292341－(－h(huán)3.一容積為的儲(chǔ)氣罐，內(nèi)裝氮?dú)猓涑鯄毫?，溫度t1=37。若對(duì)氮?dú)饧訜?，其壓力、溫度都升高。?chǔ)氣罐上裝有壓力控制閥，當(dāng)壓力超過時(shí)，閥門便自動(dòng)打開，放走部分氮?dú)?，即罐中維持最大壓力為，問當(dāng)儲(chǔ)氣罐中氮?dú)鉁囟葹?87時(shí)，對(duì)罐內(nèi)氮?dú)夤布尤攵嗌贌崃浚吭O(shè)氮?dú)獗葻崛轂槎ㄖ?。二、?jì)題（共70分）0.851

20度20℃在200kPa、20℃時(shí)，

v

/kg

分2某太陽能供暖的房屋5×8×

3

容kg·K)。若混3活塞式內(nèi)燃機(jī)定容圖

2圖21-2-3-4-1=10，壓縮沖程的=35℃、=100kPa。11

點(diǎn)吸650kJ/kg。假

c=p）若縮過程和過程不可逆兩過的熵產(chǎn)別為(kg·K)（3到（p=p51環(huán)T-s圖，并分析循環(huán)熱效率提高還是下（10+5+5分）4為30℃,氣體

R

g

；

p

1）（t=20℃（10+5分）05利用進(jìn)為00℃，202000kJ/h。()）以散熱器為系統(tǒng)，求gg0（7+8分）。飽和水和和水蒸氣表摘錄05152535701001103.汽油機(jī)定容加熱理想循環(huán)進(jìn)氣參數(shù)為

t,p0.09MPa，若循環(huán)壓縮比1

，定容增壓比

。假設(shè)工質(zhì)是空氣，比熱可取定值，c1.005kJ/(kgR=287J/(kg(1)畫出循環(huán)p-v圖及圖(2)求循環(huán)的最高溫度和最高壓力(3)計(jì)算循環(huán)的放熱量、循環(huán)凈功及循環(huán)的熱效率。）pT33244mv)v1kg12v32mv)v1kg12v3221100vs

V1V2V0.9571m161v(1)p1.4)2123p4.365)23