东北大学2007级《工程热力学》期末试题(2009年7月8日星期三).doc

东北大学《工程热力学》试题A 2009年7月8日星期三 1．气体常数Rg由气体的种类所决定，其大小与相对分子质量有关，由此我们可以计算诸如氮气、氧气等的气体常数。通常情况下水不能作为理想气体处理，因为水分子往往借助非常强的氢键结合成为分子链，使得它在常温常压下呈液态而与周围群众格格不入（图一）。现在的问题是：水的气体常数该如何确定？一种想法是，与其他气体一样，由其单个分子的相对分子质量确定。另一种想法是，水的气体常数与它所缔合成的分子链大小有关，从而不能称其为常数，如果非要确定一个值的话，可以借助试验等手段给出一个平均值。请谈谈你的看法，你的理由。（10分） 2．想用一个套管热交换器（Heat exchanger）将140℃的石油制品冷却到40℃。已知石油制品的比热容约为2.1kJ/(kg(K)，套管换热器内管流通截面积是外通道流通截面积的一半。冷却水进口温度25℃，比热容约为4.2kJ/(kg(K)。介质流速需控制在8 m/s以下以避免阻力过大。假定换热器足够长，两种介质的密度均为1000 kg/m3，请合理安排两种介质的流程以达到效果最好。(15分) 3．标准状态下，1kmol的气体压力是多少？温度是多少？体积是多少（取三位有效数字）？高炉热风炉将空气从20℃加热到1100℃20℃到1100℃（1.4215千焦耳每标准立方米每开）20世纪末蒸汽参数最高的大功率汽轮机是日本三菱公司和日立公司生产的1000MW-24.5MPa/600℃/600℃超临界一次中间再热汽轮机。假定再热压力为4.0MPa，排汽参数为0.005MPa，试求该机组的理论热效率。（20分） 压力[MPa] 温度[℃] 焓[kJ/kg] 熵[kJ/(kg(K)] 0.005 32.90 h=137.77kJ/kg h=2561.2kJ/kg s=0.4762kJ/(kg(K) s=8.3952kJ/(kg(K) 4 600 3673.4 7.3686 4 302.614 2968.741 6.3760 20 600 3536.9 6.5055 20 157.95 0.4762 25 600 3491.2 6.3616 25 162.85 0.4762 5．T–s图上两条定容线可以相交吗？两条定压线呢？为什么？（5分） 6．p–v图上两条绝热过程线相交会导致什么结果？请说清楚。（5分） 7．恒温性好是饱和蒸汽加热的最主要优点。橡胶硫化工艺需要140℃，0.36136MPa的饱和蒸汽进行加热，企业蒸汽管网提供0.7MPa的饱和蒸汽。如果使用这个蒸汽节流降压到0.36136MPa，显然有较大的不可逆损失。现在现场附近有0.19854MPa的饱和蒸汽，是企业待回收的余热资源。有人说把0.7MPa的饱和蒸汽与0.19854MPa的饱和蒸汽按比例直接混合就得到了0.36136MPa的饱和蒸汽，你认为如何？为什么？该怎么办？（不需要计算）（10分） 8．写出范德瓦尔方程的表达式。与马丁–侯方程等相比，范德瓦尔方程的误差很大，但是在实际气体状态方程的研究中大家都推崇范德瓦尔方程，讲课时不分中外都要讲它，为什么？（10分） 9．请给“不可逆过程”一个恰当的定义。请归纳热力过程中有哪几种不可逆因素？（10分） 答案： 1．第一种想法正确。气体常数是由通用气体常数和物质相对分子质量构成的组合常数，是分子自身的性质，而不取决于分子之间的关系。水分子的缔合属于分子间的关系，尽管导致水的宏观性质的特殊性，但它不能影响分子自身。水这种情况，宏观性质受单一分子行为影响很小，也就是气体常数与宏观性质的关系不大，所以我们不怎么讨论水的气体常数。 2．toil，1=140℃，toil，2=40℃，tH2O，1=25℃，coil=2.1kJ/(kg(K)，cH2O=4.2kJ/(kg(K)qm，oilcoil(toil，1–toil，2)=qm，H2OcH2O(tH2O，2–tH2O，1) oilcoil(toil，1–toil，2)=H2OcH2O(tH2O，2–tH2O，1) oil(2.1((140–40)=AH2O(4.2((tH2O，2–) 得 50Aoil=AH2O (tH2O，2–) 若石油走管内，水走管外，则2Aoil=AH2O，于是tH2O，2qm，oiloil=2AH2O，于是tH2O，2qm，oiltH2O，2 toil，2=40℃ 153522 kJ 4．解： (t= h1=(3491.2-3536.9)(24.5-20)/(25-20)+3536.9 =3495.77kJ/kg s1=(6.3616-6.5055) (24.5-20)/(25-20)+6.5055 =6.3760kJ/(k