工程熱力學(xué)與流體力學(xué)測(cè)試卷及答案1.單項(xiàng)選擇（每題2分，共20分）1.1理想氣體可逆絕熱過(guò)程中，若比熱比κ=1.4，則技術(shù)功與膨脹功之比為A.1.0?B.1.4?C.0.4?D.0.714?答案：D1.2水在100kPa下定壓汽化，其飽和溫度約為A.99.6℃?B.100.0℃?C.120.2℃?D.81.3℃?答案：A1.3對(duì)于不可壓縮牛頓流體，雷諾數(shù)Re=2000時(shí)管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)為A.層流?B.臨界過(guò)渡?C.水力光滑紊流?D.完全粗糙紊流?答案：A1.4卡諾熱機(jī)效率50%，若低溫?zé)嵩?00K，則高溫?zé)嵩礈囟葹锳.450K?B.500K?C.600K?D.750K?答案：C1.5在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，空氣以Ma=0.8流經(jīng)等熵噴管，出口馬赫數(shù)可達(dá)A.0.8?B.1.0?C.1.2?D.需視面積比而定?答案：D1.6水蒸氣hs圖上，濕區(qū)內(nèi)的等干度線呈A.水平?B.豎直?C.斜率隨x增大而減小?D.斜率隨x增大而增大?答案：C1.7某泵輸送20℃清水，吸入側(cè)真空表讀數(shù)50kPa，當(dāng)?shù)卮髿鈮?00kPa，則其凈正吸入壓頭NPSH（m）約為A.5.1?B.10.2?C.15.3?D.2.6?答案：A1.8理想氣體絕熱自由膨脹后，下列參數(shù)組合中保持不變的是A.溫度?B.熵?C.焓?D.內(nèi)能?答案：D1.9在邊界層理論中，動(dòng)量厚度θ與位移厚度δ的關(guān)系，對(duì)于零壓梯度平板層流滿足A.θ=δ/2.5?B.θ=δ/3?C.θ=δ/7?D.θ=δ/H，H形狀因子?答案：D1.10對(duì)閉口系統(tǒng)，下列各式中與熱力學(xué)第一定律表達(dá)式等價(jià)的是A.δQ=dU+δW?B.δQ=dH+δWt?C.TdS=dU+pdV?D.dS≥δQ/T?答案：A2.多項(xiàng)選擇（每題3分，共15分；多選少選均不得分）2.1下列措施可提高朗肯循環(huán)熱效率A.提高鍋爐壓力?B.降低冷凝器壓力?C.提高給水溫度?D.采用再熱?E.增大汽輪機(jī)背壓?答案：A,B,C,D2.2關(guān)于激波，下列說(shuō)法正確的是A.正激波前后總溫不變?B.正激波后靜壓突升?C.斜激波后可能出現(xiàn)膨脹扇?D.激波厚度通常小于1μm?E.激波后總壓必下降?答案：A,B,C,D,E2.3下列無(wú)量綱數(shù)與浮升力對(duì)流有關(guān)A.Re?B.Gr?C.Pr?D.Ra?E.Eu?答案：B,C,D2.4水在臨界點(diǎn)附近，下列性質(zhì)表現(xiàn)正確的是A.汽化潛熱趨于零?B.表面張力趨于零?C.比定壓熱容出現(xiàn)尖峰?D.等溫壓縮系數(shù)趨于零?E.密度差趨于零?答案：A,B,C,E2.5對(duì)于二維勢(shì)流，下列表述成立A.速度勢(shì)滿足拉普拉斯方程?B.流函數(shù)滿足拉普拉斯方程?C.等勢(shì)線與流線正交?D.環(huán)量與路徑無(wú)關(guān)?E.渦量處處為零?答案：A,B,C,E3.填空題（每空2分，共20分）3.1空氣（R=0.287kJ·kg?1·K?1，κ=1.4）在1MPa、600K下經(jīng)等熵膨脹至100kPa，則終溫____K，技術(shù)功____kJ/kg。答案：T?=300K，w?=215.8kJ/kg3.2水在200kPa下飽和液焓h′=504.7kJ/kg，飽和汽焓h″=2706.2kJ/kg，若某濕蒸汽干度x=0.8，則其比焓____kJ/kg。答案：2261.43.3某離心風(fēng)機(jī)進(jìn)口直徑0.4m，風(fēng)量2.5m3/s，空氣密度1.2kg/m3，則進(jìn)口平均流速____m/s，質(zhì)量流量____kg/s。答案：19.9，303.4對(duì)于管內(nèi)湍流，迪特斯–博埃爾特公式Nu=0.023Re?·?Pr?，加熱時(shí)n=____，冷卻時(shí)n=____。答案：0.4，0.33.5某汽輪機(jī)入口蒸汽焓3400kJ/kg，出口焓2200kJ/kg，忽略散熱與動(dòng)能差，則其軸功____kJ/kg，若效率85%，則實(shí)際軸功____kJ/kg。答案：1200，10204.判斷并改錯(cuò)（每題2分，共10分；先判正誤，若錯(cuò)誤給出正確表述）4.1理想氣體節(jié)流后溫度一定下降。答案：錯(cuò)；理想氣體節(jié)流溫度不變。4.2在亞聲速流中，管道截面縮小則流速增加、壓力下降。答案：對(duì)。4.3水蒸氣在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹若出現(xiàn)水滴，將產(chǎn)生侵蝕，但熵產(chǎn)為零。答案：錯(cuò)；存在摩擦與相變不可逆，熵產(chǎn)>0。4.4對(duì)于任何閉口系統(tǒng)，Q=0即絕熱，則系統(tǒng)熵變必為零。答案：錯(cuò)；絕熱系統(tǒng)熵變≥0，僅可逆時(shí)=0。4.5邊界層分離的必要條件是逆壓梯度。答案：對(duì)。5.簡(jiǎn)答題（封閉型，每題5分，共15分）5.1寫(xiě)出理想氣體等熵過(guò)程方程，并說(shuō)明其適用條件。答案：pv^κ=常數(shù)，κ=cp/cv；適用于理想氣體、可逆絕熱、比熱恒定。5.2簡(jiǎn)述提高冷凝式汽輪機(jī)排汽干度的兩種工程措施。答案：再熱、抽汽回?zé)?、降低排汽壓力同時(shí)提高初溫。5.3指出雷諾應(yīng)力與分子黏性應(yīng)力的物理區(qū)別。答案：前者由湍流脈動(dòng)引起，與流體密度、速度脈動(dòng)關(guān)聯(lián)，尺度大；后者由分子熱運(yùn)動(dòng)引起，與動(dòng)力黏度、時(shí)均速度梯度關(guān)聯(lián)，尺度小。6.簡(jiǎn)答題（開(kāi)放型，每題6分，共12分）6.1試從能量與熵角度解釋為何燃?xì)猕C蒸汽聯(lián)合循環(huán)效率高于單一燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)循環(huán)。答案：聯(lián)合循環(huán)把燃?xì)廨啓C(jī)高溫排熱作為蒸汽循環(huán)熱源，實(shí)現(xiàn)能量梯級(jí)利用，減少傳熱溫差，降低總熵產(chǎn)，提高平均吸熱溫度，故熱效率提升。6.2某城市供水管網(wǎng)夜間出現(xiàn)“水錘”現(xiàn)象，請(qǐng)?zhí)岢鋈N抑制措施并說(shuō)明原理。答案：安裝空氣罐利用氣體可壓縮性吸收壓力波；設(shè)置緩閉止回閥延長(zhǎng)關(guān)閉時(shí)間減小動(dòng)量變化率；采用調(diào)壓塔提供反射邊界削弱壓力波幅。7.計(jì)算題（共68分）7.1某剛性容器V=0.5m3，內(nèi)裝CO?（理想氣體，R=0.189kJ·kg?1·K?1，κ=1.289），初態(tài)200kPa、300K。若加入熱量Q=150kJ，求終溫、終壓、熵變。（10分）答案：m=pV/RT=0.773kg；Cv=R/(κ?1)=0.709kJ·kg?1·K?1；ΔT=Q/(mCv)=273.6K；T?=573.6K；p?=p?T?/T?=382.4kPa；ΔS=mCvln(T?/T?)+mRln(V?/V?)=mCvln(T?/T?)=0.773×0.709×ln(573.6/300)=0.354kJ·K?1。7.2某朗肯循環(huán)初壓15MPa、初溫600℃，冷凝器壓力5kPa，汽輪機(jī)內(nèi)效率85%，泵效率80%，求循環(huán)熱效率、汽耗率、凈功。（12分）答案：查表得h?=3582kJ/kg，s?=6.679kJ·kg?1·K?1；理想排汽h?s=2085kJ/kg；實(shí)際h?=h??ηt(h??h?s)=2082kJ/kg；泵功wp=vΔp/ηp=0.001005×(15000?5)/0.8=18.8kJ/kg；h?=137.8kJ/kg；h?=h?+wp=156.6kJ/kg；qin=h??h?=3425.4kJ/kg；wnet=(h??h?)?wp=1481.2kJ/kg；η=wnet/qin=43.2%；汽耗率d=3600/wnet=2.43kg·kWh?1。7.3空氣（κ=1.4，R=0.287）進(jìn)入縮放噴管時(shí)p?=300kPa、T?=350K，背壓pb=100kPa，出口面積A?=0.002m2，求出口馬赫數(shù)、質(zhì)量流量。（10分）答案：臨界壓力p=0.528p?=158.4kPa>pb，出口超聲速；由等熵關(guān)系得Me=√[(2/(κ?1))((p?/pe)^((κ?1)/κ)?1)]=1.373；Te=T?/(1+(κ?1)Me2/2)=254.5K；ρe=pe/(RTe)=1.369kg/m3；ce=√(κRTe)=320m/s；?=ρeAeMece=1.369×0.002×1.373×320=1.20kg/s。7.4水平直管長(zhǎng)L=100m，內(nèi)徑d=0.05m，輸運(yùn)20℃水（ρ=998kg·m?3，μ=1.002×10?3Pa·s），流量Q=0.006m3/s，管壁粗糙度ε=0.05mm，求沿程損失hf及壓降Δp。（8分）答案：V=Q/A=3.06m/s；Re=ρVd/μ=1.53×10?；ε/d=0.001，查Moody圖f=0.0205；hf=f(L/d)V2/(2g)=19.3m；Δp=ρghf=189kPa。7.5某軸流壓氣機(jī)對(duì)空氣（理想氣體）作絕熱壓縮，初態(tài)100kPa、290K，出口壓力600kPa，若等熵效率88%，求出口溫度、比功、熵產(chǎn)。（10分）答案：T?s=T?(p?/p?)^((κ?1)/κ)=483.7K；w?=cp(T?s?T?)=194.7kJ/kg；w=w?/η=221.3kJ/kg；T?=T?+w/cp=511K；Δs=cpln(T?/T?s)=0.032kJ·kg?1·K?1。7.6兩塊平行大平板間距δ=20mm，下板40℃，上板20℃，中間充空氣（k=0.026W·m?1·K?1，ν=1.5×10??m2/s，Pr=0.71，β=1/Tm=3.25×10?3K?1），求Gr、Ra并判斷自然對(duì)流是否可忽略。（8分）答案：ΔT=20K；Tm=303K；Gr=gβΔTδ3/ν2=1.14×10?；Ra=GrPr=8.1×10?；臨界Ra≈1708，遠(yuǎn)大于臨界，故自然對(duì)流不可忽略，熱傳導(dǎo)假設(shè)誤差大。7.7某蒸汽管道外徑0.1m，外壁溫250℃，覆兩層保溫：內(nèi)層λ?=0.08W·m?1·K?1厚50mm，外層λ?=0.04W·m?1·K?1厚30mm，環(huán)境溫度25℃，外表面對(duì)流–輻射綜合換熱系數(shù)h=12W·m?2·K?1，求單位長(zhǎng)度熱損失、界面溫度。（10分）答案：r?=0.05m，r?=0.1m，r?=0.13m；R?=ln(r?/r?)/(2πλ?)=0.551m·K·W?1；R?=ln(r?/r?)/(2πλ?)=0.284；R?=1/(h2πr?)=0.204；ΣR=1.039；q/L=(250?25)/1.039=216.5W/m；T?=250?qR?=130.7℃；T?=130.7?qR?=69.2℃。8.綜合分析題（共30分）8.1某聯(lián)合循環(huán)電站燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度580℃，流量400kg/s，擬建一臺(tái)三壓再熱余熱鍋爐（HRSG）配套汽輪機(jī)，要求蒸汽側(cè)凈出力≥150MW，請(qǐng)：（1）畫(huà)出系統(tǒng)簡(jiǎn)圖并標(biāo)注關(guān)鍵狀態(tài)點(diǎn)；（6分）（2）列出蒸汽側(cè)能量平衡方程；（4分）（3）若高壓汽包壓力12MPa，高壓過(guò)熱器出口540℃，假定燃?xì)鈧?cè)接近點(diǎn)溫差20℃，求高壓過(guò)熱器所需最小換熱面積（燃?xì)鈧?cè)cp=1.1kJ·kg?1·K?1）。（10分）（4）從熱力學(xué)第二定律角度說(shuō)明余熱鍋爐降低排煙溫度對(duì)聯(lián)合循環(huán)效率的影響。（10分）答案要點(diǎn)：（1）圖含壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)廨啓C(jī)、HRSG（高、中、低壓蒸發(fā)器、過(guò)熱器、省煤器）、汽輪機(jī)、凝汽器、給水泵、回?zé)崞?。?）?gcp,g(Tg,in?Tg,out)=Σ?s(hs,out?hs,in)+Psteam；其中?g燃?xì)饬髁?，Tg燃?xì)鉁囟龋?s各壓力級(jí)蒸汽流量，h對(duì)應(yīng)焓值。（3）ΔTlm=[(580?