2023工程熱力學I考題〔A〕

一、簡答題〔共30分〕

1、圖1中循環(huán)1-2-3-a-l和循環(huán)1/-3-4-1都是不可逆循環(huán)。有人判斷循環(huán)1-2-3-a-l的熱效率高于循環(huán)

1-M-4-1的熱效率，你是否同意他的說法，為什么？110分)

2、有一種熱機，以水蒸氣為工質，循環(huán)的高溫熱源溫度為1200

K,低溫熱源溫度為300K,循環(huán)的熱效率7?，F(xiàn)將循環(huán)工質改成

理想氣體，那么循環(huán)的熱效率/與原循環(huán)熱效率比擬將發(fā)生什么樣

的變化？為什么？(10分)

3、“水蒸氣的朗肯循環(huán)中乏汽在冷凝器中凝結釋放出大圖1量熱量，

有人提出將汽輪機排出的乏汽直接送回鍋爐可提高水蒸氣循環(huán)的

熱效率?！ㄕ垞崃W根本定律出發(fā)評估這種觀點。(10分)

二、計算題〔共70分〕

1、一種切割工具利用從噴嘴射出的高速水流切割材料,供水壓力為200kPa、溫度20℃,噴嘴內

徑為0.002m時，射出水流溫度20℃,壓力lOOkPa,流速1000m/s,在200kPa、20℃時，

v=0.001002m3/kg,假定可近似認為水的比體積不變，求水泵功率。分)

2、某太陽能供暖的房屋用5x8x0.3m的大塊混凝土板作為蓄熱材料，該混凝土的密度為2300kg/m3,

比熱容0.65kJ/(kg.K)。假設混凝土板在晚上從23c冷卻到18℃(室內溫度)，求此過程的牖產。(10分)

3、某活塞式內燃機定容加熱理想循環(huán)(圖2循環(huán)1-2-3-4-1),壓縮比e=10,壓縮沖程的起點狀態(tài)

是九二35℃、pi=100kPao加熱過程中氣體吸熱650kJ/kg。假定比熱容為定值，且@=1.004kJ/(kg-K),

kl.4,求：⑴循環(huán)中各點的溫度、壓力和循環(huán)熱效率；⑵假設循環(huán)

壓縮過程和膨脹過程均不可逆，兩過程的燧產分別為

O.lkJ/(kg-K)和0.12kJ/(kg?K),求工質經循環(huán)后的!?變；⑶假設膨脹

過程持續(xù)到5(p5招1),畫出循環(huán)Ts圖，并分析循環(huán)熱效率提高還是

下降。(10+5+5分)

圖2

4、空氣在軸流壓縮機中被絕熱壓縮，壓力比為4.2,初終態(tài)溫度

分別為30℃和227℃。假設空氣作理想氣體，比熱容取定值，氣體常數(shù)q=287J/(kg-K)；

cp=1005J/(kg.K)o試計算(1)壓氣機的絕熱效率；⑵壓縮過程的:?變和作功能力損失5=20℃)

(10+5分)o

5、利用水蒸氣取暖，進入散熱器的濕飽和水蒸氣溫度為100°C,%=0.85,流出時為飽和水，散熱

器內近似壓力不變。假設為維持室內溫度恒定為20℃需供熱72000kJ/h。求：(1)水蒸氣的流量(kg/s)；

（2）以散熱器為系統(tǒng)，求過程的端變、焙流、燧產及損失，環(huán)境大氣溫度為0℃（7+8分）。

飽和水和飽和水蒸氣表摘錄

(p}{h'}{h"}{7}{s'}{s"}

wc(廠JMPal)kJ/kg()kJ/kg【'JkJ/kg()kJ/(kg-K)lJkJ/(kg-K)

00.00061120.00100022206.154-0.052500.512500.6-0.00029.1544

0.010.00061170.00100018206.0120.002500.532500.50.00009.1541

50.00087250.00100008147.04821.022509.712488.70.07639.0236

150.00170530.0010009477.91062.962528.072465.10.22488.7794

250.00316870.0010030243.362104.772546.292441.50.36708.5560

350.00562630.0010060525.222146.592564.382417.80.50508.3511

700.0311780.001022765.0443293.012626.102333.10.95507.7540

1000.1013250.001043441.6736419.062675.712256.61.30697.3545

1100.1432430.001051561.2106461.332691.262229.91.41867.2386

—Wc{/}.{7}kj/kg

{“人｛町明I)kJ/(kg-K)<}kJ/(kg-K)

0.0016.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.9735

0.00324.11420.001002845.666101.072544.682443.60.35468.5758

0.00428.95330.001004134.796121.302553.462432.20.42218.4725

0.00532.87930.001005328.191137.722560.552422.80.47618.3830

0.0145.79880.001010314.673191.762583.722392.00.64908.1481

0.0260.06500.00101727.6497251.432608.902357.50.83207.9068

0.0581.33880.00102993.2409340.552645.312304.81.09127.5928

0.199.6340.00104321.6943417.522675.142257.61.30287.3589

0.2120.2400.00106050.88585504.782706.532201.71.53037.1272

0.5151.8670.00109250.37486640.352748.592108.21.86106.8214

2023工程熱力學I考題〔B〕

一、簡答題〔共30分〕

1、圖1中循環(huán)1-2-3-a-l和循環(huán)14-3-4-1都是不可逆循環(huán)。有人判斷循環(huán)的熱效率等于循環(huán)

1/-3-4-1的熱效率，你是否同意他的說法，為什么？（10分）

2、有一種熱機，以空氣為工質，循環(huán)的高溫熱源溫度為1000

K,低溫熱源溫度為400K,循環(huán)的熱效率/。現(xiàn)將循環(huán)工質改成

含大量惰性氣體的混合氣體,那么循環(huán)的熱效率/與原循環(huán)熱效率

比擬將發(fā)生什么樣的變化？為什么？（10分）圖1

3、“水蒸氣的朗肯循環(huán)中乏汽在冷凝器中凝結釋放出大量熱量，有人提出改善蒸汽動力循環(huán)經濟性

的主攻方向是減少乏汽在冷凝器中放熱量?！ㄕ垞崃W根本定律出發(fā)評估這種觀點。（10分）

二、計算題〔共70分〕

1、一種切割工具利用從噴嘴射出的高速水流切割材料，供水壓力為150kPa、溫度20℃,噴嘴內

徑為0.002m時,射出水流溫度20℃,壓力97kPa,流速1000m/s,在150kPa、20℃時，u=0.0010018m3/kg,

假定可近似認為水的比體積不變，求水泵功率。（10分）

2、某太陽能供暖的房屋用4x10x0.3m的大塊混凝土板作為蓄熱材料,該混凝土的密度為2300kg/m3,

比熱容0.65kJ/（kg.K）。假設混凝土板在晚上從25℃冷卻到17℃（室內溫度），求此過程的I?產。（10分）

3、某活塞式內燃機定容加熱理想循環(huán)（圖2循環(huán)1-2-3-4-1）,壓縮比￡=8,壓縮沖程的起點狀態(tài)是

6=55℃、pi=100kPa。加熱過程中氣體吸熱600kJ/kgo假定比熱容為定值，且Cp=1.004kJ/（kg?K）,K=1.4,

求：（1）循環(huán)中各點的溫度、壓力和循環(huán)熱效率；（2）假設循環(huán)壓縮

過程和膨脹過程均不可逆，兩過程的熠產分別為O.lkJ/（kg?K）3K和0.12

kJ/（kg-K）,求工質經循環(huán)后的嫡變；（3）假設膨脹過程持續(xù)到5

（P5=P1）,畫出循環(huán)/S圖，并分析循環(huán)熱效率提高還是下降。

（10+5+5分）0v

圖2

4、空氣在軸流壓縮機中被絕熱壓縮，壓力比為5.2,初終態(tài)溫度

分別為27℃和230℃o假設空氣作理想氣體，比熱容取定值，氣體常數(shù)q=287J/（kg-K）；

cp=1005J/（kg.K）o試計算（1）壓氣機的絕熱效率；⑵壓縮過程的:?變和作功能力損失5=20℃）

（10+5分）o

5、利用水蒸氣取暖，進入散熱器的濕飽和水蒸氣溫度為100℃,%=0.92,流出時為飽和水，散熱

器內近似壓力不變。假設為維持室內溫度恒定為20℃需供熱100000kJ/h。求：（1）水蒸氣的流量（kg/s）；

（2）以散熱器為系統(tǒng)，求過程的嫡變、牖流、牖產及損失，環(huán)境大氣溫度為5c（7+8分）。

飽和水和飽和水蒸氣表摘錄

{p}{，},{h'}{h"}{7}{/}{s"}

國,(LJMPa('m/kg【)kJ/kg(}kJ/kg【'JkJ/kgVJkJ/(kg-K)lJkJ/(kg-K)

00.00061120.00100022206.154-0.052500.512500.6-0.00029.1544

0.010.00061170.00100018206.0120.002500.532500.50.00009.1541

50.00087250.00100008147.04821.022509.712488.70.07639.0236

150.00170530.0010009477.91062.962528.072465.10.22488.7794

250.00316870.0010030243.362104.772546.292441.50.36708.5560

350.00562630.0010060525.222146.592564.382417.80.50508.3511

700.0311780.001022765.0443293.012626.102333.10.95507.7540

1000.1013250.001043441.6736419.062675.712256.61.30697.3545

1100.1432430.001051561.2106461.332691.262229.91.41867.2386

[}小{7}

{P}MMMeWL.1sWLGQ

{"葭JkJ/kgI}kJ/(kg-K)()kJ/(kg-K)

0.0016.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.9735

0.00324.11420.001002845.666101.072544.682443.60.35468.5758

0.00428.95330.001004134.796121.302553.462432.20.42218.4725

0.00532.87930.001005328.191137.722560.552422.80.47618.3830

0.0145.79880.001010314.673191.762583.722392.00.64908.1481

0.0260.06500.00101727.6497251.432608.902357.50.83207.9068

0.0581.33880.00102993.2409340.552645.312304.81.09127.5928

0.199.6340.00104321.6943417.522675.142257.61.30287.3589

0.2120.2400.00106050.88585504.782706.532201.71.53037.1272

0.5151.8670.00109250.37486640.352748.592108.21.86106.8214

2023工程熱力學I考題（A）參考題解

一,＞簡答題〔共30分〕

1、圖1中循環(huán)1-2-3-a-l和循環(huán)1/-3-4-1都是不可逆循環(huán)。有人判斷循環(huán)1-2-3-a-l的熱效率高于循環(huán)

12-3-4-1的熱效率，你是否同意他的說法，為什么？（5分）

答題要點：無法判斷。因過程3-a-l和l-b-3均為不可逆，所以無

法比擬兩個循環(huán)各自的0和伙。

2、有一種熱機，以水蒸氣為工質，循環(huán)的高溫熱源溫度為1200

K,低溫熱源溫度為300K,循環(huán)的熱效率/。現(xiàn)將循環(huán)工質改成

理想氣體，那么循環(huán)的熱效率大與原循環(huán)熱效率比擬將發(fā)生什么樣

的變化？為什么？（5分）

答題要點：據卡諾定理相同高溫熱源和低溫熱源間可逆循環(huán)熱效率相同，與采用的工質

性質無關。

3、“水蒸氣的朗肯循環(huán)中乏汽在冷凝器中凝結釋放出大量熱量，有人提出將汽輪機排出的乏汽直接

送回鍋爐可提高水蒸氣循環(huán)的熱效率?！ㄕ垞崃W根本定律出發(fā)評估這種觀點。（10分）

答題要點：將汽輪機排出的乏汽直接送回鍋爐在熱力學理論上沒有向冷源放熱，只從熱源吸熱而將

其轉變?yōu)楣Φ臒釞C違反熱力學第二定律；從工程上看，乏汽壓力遠低于鍋爐壓力而壓縮乏汽不僅壓縮設

備耗功巨大而且生產困難，無法實現(xiàn)。

二、計算題〔共70分〕

1、一種切割工具利用從噴嘴射出的高速水流切割材料，供水壓力為200kPa＞溫度20℃,噴嘴內

徑為0.002m時，射出水流溫度20℃,壓力lOOkPa,流速1000m/s,在200kPa＞20℃時，

v=0.001002m3/kg,假定可近似認為水的比體積不變，求水泵功率。（10分）

q_cA_lOOOm/sXTTX(0.002m)2

解心vf=3.135kg/s

v-v-4x0.001002m2/kg

能量方程

據題后、，q~°、%—，2、%~“2、22=4，所以'

2、某太陽能供暖的房屋用5x8x0.3m的大塊混凝土板作為蓄熱材料，該混凝土的密度為2300kg/m3,

比熱容0.65kJ/(kg-K)。假設混凝土板在晚上從23℃冷卻到18℃(室內溫度)，求此過程的焙產。(10分)

解混凝土板的質量

混凝土板的釋熱量

混凝土的燧變

環(huán)境介質的熠變

3、某活塞式內燃機定容加熱理想循環(huán)(圖2循環(huán)1-2-3-4-1),壓縮比e=10,壓縮沖程的起點狀態(tài)

定比熱

是九二35℃、pi=100kPao加熱過程中氣體吸熱650kJ/kg。假

容為定值，且Cp=1.004kJ/(kg-K),=1.4,求：(1)循環(huán)中各點的

溫度、壓力和循環(huán)熱效率；(2)假設循環(huán)壓縮過程和膨脹過程均不

可逆，兩過程的燧產分別為O.lkJ/(kg-K)和0.12kJ/(kg-K),求工質經

循環(huán)后的端變；(3)假設膨脹過程持續(xù)到5(p5=pi),畫出循圖2環(huán)A圖,

并分析循環(huán)熱效率提高還是下降。(10+5+5分)

解(1)各點的溫度和壓力

循環(huán)熱效率

或7=1--2-=1—-^7=0.602

尸1014T

(2)據牖的特性一一狀態(tài)參數(shù)，循環(huán)后恢復原值/s=o。

(3)循環(huán)Ts圖如右，由于循環(huán)吸熱量不變，放熱量減少，故循環(huán)熱效

率提高。

4、空氣在軸流壓縮機中被絕熱壓縮，壓力比為4.2,初終態(tài)溫度分別為30c和227C。假設空氣作

理想氣體，比熱容取定值，氣體常數(shù)Rg=287J/(kg-K)；cp=1005J/(kg-K)o試計算(1)壓氣機的絕

熱效率；(2)壓縮過程的蟒變和作功能力損失(Zo=2O℃)(10+5分)。

(帶格式的：降低量5磅

解：(1)據題意，/=(273+30)K=303K、豈,=(273+227)K=500K、4=4.2

(2)考慮到蠟是狀態(tài)參數(shù)，而過程l-2s：?變?yōu)榱慵?s-2,在同一條等壓線上，故

因過程絕熱，4=0所以由燧方程得=AS12.-=AS12,=0.091kJ/(kg-K)

5、利用水蒸氣取暖，進入散熱器的濕飽和水蒸氣溫度為100℃,%=0.85,流出時為飽和水，散熱

器內近似壓力不變。假設為維持室內溫度恒定為20℃需供熱72000kJ/h。求：(1)水蒸氣的流量(kg/s)；

(2)以散熱器為系統(tǒng)，求過程的嫡變、牖流、牖產及損失，環(huán)境大氣溫度為0C(7+8分)。

飽和水和飽和水蒸氣表摘錄

{p}{'}九{/}3{h'}{h"}{7}{/}{s"}

wc(rJMPalJm/kg('m/kg【)kJ/kg()kJ/kg【'JkJ/kgVJkJ/(kg-K)lJkJ/(kg-K)

00.00061120.00100022206.154-0.052500.512500.6-0.00029.1544

0.010.00061170.00100018206.0120.002500.532500.50.00009.1541

50.00087250.00100008147.04821.022509.712488.70.07639.0236

150.00170530.0010009477.91062.962528.072465.10.22488.7794

250.00316870.0010030243.362104.772546.292441.50.36708.5560

350.00562630.0010060525.222146.592564.382417.80.50508.3511

700.0311780.001022765.0443293.012626.102333.10.95507.7540

1000.1013250.001043441.6736419.062675.712256.61.30697.3545

1100.1432430.001051561.2106461.332691.262229.91.41867.2386

{p\WcWL.{/}.{"Ls{“hs{7}[n\

)MPa1sUJkJ/kgI)kJ/(kg-K)Is)kJ/(kg-K)

0.0016.94910.0010001129.18529.212513.292484.10.10568.9735

0.00324.11420.001002845.666101.072544.682443.60.35468.5758

0.00428.95330.001004134.796121.302553.462432.20.42218.4725

0.00532.87930.001005328.191137.722560.552422.80.47618.3830

0.0145.79880.001010314.673191.762583.722392.00.64908.1481

0.0260.06500.00101727.6497251.432608.902357.50.83207.9068

0.0581.33880.00102993.2409340.552645.312304.81.09127.5928

0.199.6340.00104321.6943417.522675.142257.61.30287.3589

0.2120.2400.00106050.88585504.782706.532201.71.53037.1272

0.5151.8670.00109250.37486640.352748.592108.21.86106.8214

解：(1)

(2)52=5'=1.3069kJ/(kg-K)

2023工程熱力學I考題〔B〕

一、簡答題〔共30分〕

1、圖1中循環(huán)1-2-3-a-l和循環(huán)1--3-4-1都是不可逆循環(huán)。有人判斷循環(huán)1-2-3-a-l的熱效率等于循環(huán)

12-3-4-1的熱效率，你是否同意他的說法，為什么？(10分)

答題要點：無法判斷。因過程3-〃-1和l-b-3均為不可逆，所以

無法比擬兩個循環(huán)各自的Wnet及循環(huán)1-2-3-a-l的0和循環(huán)

1-6-3-4-1伙。

Ov

2、有一種熱機，以空氣為工質，循環(huán)的高溫熱源溫度為1000

圖1

K,低溫熱源溫度為400K,循環(huán)的熱效率/?，F(xiàn)將循環(huán)工質改成含大量惰性氣體的混合氣體，那么循

環(huán)的熱效率/，與原循環(huán)熱效率比擬將發(fā)生什么樣的變化？為什么？（10分）

答題要點：7=%，據卡諾定理相同高溫熱源和低溫熱源間可逆循環(huán)熱效率相同，與采用的工質

性質無關。

3、“水蒸氣的朗肯循環(huán)中乏汽在冷凝器中凝結釋放出大量熱量，有人提出改善蒸汽動力循環(huán)經濟性

的主攻方向是減少乏汽在冷凝器中放熱量?！ㄕ垞崃W根本定律出發(fā)評估這種觀點。（10分）

答題要點：乏汽在冷凝器中放熱數(shù)量雖然巨大，但其含的可用能比例很低，減少乏汽在冷凝器中放

熱量雖在一定程度上可以提高循環(huán)的經濟性，但從熱力學第二定律觀點看作為主攻方向有很大的局限

性。

二、計算題〔共70分〕

1、一種切割工具利用從噴嘴射出的高速水流切割材料，供水壓力為150kPa、溫度20℃,噴嘴內

徑為0.002m時,射出水流溫度20℃,壓力97kPa,流速1000m/s,在150kPa、20℃時，v=0.0010018m3/kg,

假定可近似認為水的比體積不變，求水泵功率。（10分）

能量方程

據題后、，q=°、Z2=Z］、匕。，所以％="2

2、某太陽能供暖的房屋用4x10x0.3m的大塊混凝土板作為蓄熱材料,該混凝土的密度為2300kg/m3,

比熱容0.65kJ/（kg.K）。假設混凝土板在晚上從25℃冷卻到17℃1室內溫度），求此過程的:?產。（10分）

解混凝土板的質量

混凝土板的釋熱量

混凝土的熠變

環(huán)境介質的牖變

3、某活塞式內燃機定容加熱理想循環(huán)（圖2循環(huán)1-2-3-4-1）,壓縮比￡=8,壓縮沖程的起點狀態(tài)是

6=55℃、pi=100kPao加熱過程中氣體吸熱600kJ/kg。假定比熱容

為定值，且cp=1.004kJ/（kg-K）,小1.4,求：（1）循環(huán)中各點

度、壓力和循環(huán)熱效率；（2）假設循環(huán)壓縮過程和膨脹過程均

逆，兩過程的燧產分別為O.lkJ/（kg.K）和0.12kJ/（kg.K）,求工質

O

圖2

環(huán)后的焙變；(3)假設膨脹過程持續(xù)到5(p5=pi),畫出循環(huán)￡s圖，并分析循環(huán)熱效率提高還是下降。

(10+5+5分)

解(1)各點的溫度和壓力

循環(huán)熱效率？=1—&=1—幺Z,692.04K-328.15K八一

=1---------------------=0.565

4z—q1589.56K-753.74K

-11

或7=1——r=l一一777=0.565

尸814T

(2)據燧的特性一一狀態(tài)參數(shù)，循環(huán)后恢復原值ds=0。

(3)循環(huán)T-s圖如右，由于循環(huán)吸熱量不變，放熱量減少，故循環(huán)熱效

率提高。

4、空氣在軸流壓縮機中被絕熱壓縮，壓力比為5.2,初終態(tài)溫度分別為27c和230℃。假設空氣作

理想氣體，比熱容取定值，氣體常數(shù)Rg=287J/(kg-K)；cp=1005J/(kg-K)o試計算(1)壓氣機的絕

熱效率；(2)壓縮過程的蟒變和作功能力損失(ro=2O℃)(10+5分)。

解：(1)據題意，7；=(273+27)K=300K、n,=(273+230)K=503K、萬=5.2

(2)考慮到燧是狀態(tài)參數(shù)，而過程l-2s!?變?yōu)榱慵?s-2,在同一條等壓線上，故

因過程絕熱，Sf=0所以由牖方程得5g=AS12,-=AS12,=0.046kJ/(kg-K)

5、利用水蒸氣取暖，進入散熱器的濕飽和水蒸氣溫度為100C,x=0.92,流出時為飽和水，散熱

器內近似壓力不變。假設為維持室內溫度恒定為20c需供熱100000kJ/h。求：(1)水蒸氣的流量(kg/s)；

(2)以散熱器為系統(tǒng)，求過程的:?變、牖流、牖產及損失，環(huán)境大氣溫度為5℃(7+8分)。

飽和水和飽和水蒸氣表摘錄

{p}{h'}{7}{s'}{s"}

W.“JMPa{吟m%gWKl)kJ/kg｛町小UJkJ/kg1)kJ/(kg-K)l)kJ/(kg-K)

00.00061120.00100022206.154-0.052500.512500.6-0.0002