2010年考题——中科院工程热力学(雁栖湖校区)范例.ppt

* 中国科学院研究生院2010年高等工程热力学考题 开卷考试（绝密） 考试时间两个半小时 一、等截面钢锭A，最初，钢锭的两端温度有很大差异，高温端热力学温度为TH，低温端热力学温度为T0(环境温度)。假设过程与外界绝热，并保持在定压条件下，经过很长一段时间后最终整个钢锭的温度均匀一致，为TH,end 。同时,等截面钢锭B的高温端的温度是1/4 TH ，低温端热力学温度为T0 ，最终也达到一个均匀一致的温度TL,end，过程经历的特征与钢锭A相同(同步,同时)。整个过程可认为与时间无关。1）请给出两个钢锭达到热力学平衡后，总火用损失是多少？（10分） TH T0 绝热边界 A (1/4)TH T0 绝热边界 B 2）在这个过程全部结束后，钢锭A达到温度TH,end，钢锭B达到温度是 TLend 。然后在这两钢锭之间安装一可逆热机，请给出该可逆热机的热力学第一效率和热力学第二效率（5分）。 TH T0 绝热边界 A (1/4)TH T0 绝热边界 B 3）在这个过程的每个时刻均有无数个微元可逆热机在两个钢锭间运行，温差传递与可逆功转换同步、同时。请问这两个过程同时/同步耦合后，她们达到的最终温度与前面的单一过程有区别吗？并仅需给出微元可逆功和积分可逆攻的表达式（10分）。 TH T0 绝热边界 A (1/4)TH T0 绝热边界 B Carnot Engine Strut TH TL QH W QC Heat Engine 二、如图所示，一台热机（Heat Engine)与热库TH和热池TL相连接，可假想一模型表示成为一个卡诺热机和一个两温源间传递热量的热棒（与周围绝热）构成。在卡诺热机工作的同时，热棒代表的是TH向TL的热泄漏。并给出QC=C(TH-TL)，其中C为给定的常数。 1）这台热机可认为是在可逆环境下运行吗？为什么？（5分）； 2）如果将热输入设定为固定QH=C1，请给出熵产的具体表达式，Sgen；（5分）； 3）如果将TH作为系统的优化设计变量，请给出在熵产最小时的TH，opt（5分）； 4）在TH= TH，opt时，热机的最大效率W/QH是多少？（5分）； Carnot Engine Strut TH TL QH W QC Heat Engine 1）这台热机可认为是在可逆环境下运行吗？为什么？（5分）； 这台热机不是可热机,如果将热机作为孤立系统考虑,就会变成: TH TL QH W QC QL 上边界 下边界 孤立系统 Carnot Engine Strut TH TL QH W QC Heat Engine 1）这台热机可认为是在可逆环境下运行吗？为什么？（5分）； 这一孤立系统在上边界与TH有传热,在下边界与TL传热,温差传热必熵增,过程是不可逆。 TH TL QH W QC QL 上边界 下边界 孤立系统 2）如果将热输入设定为固定QH=C1，请给出熵产的具体表达式，Sgen；（5分）； TH TL QH W QC QL 上边界 下边界 孤立系统 因为孤立系统中的不可逆性发生在热杆传热的上 3）如果将TH作为系统的优化设计变量，请给出在熵产最小时的TH,Opt（5分）； TH TL QH W QC QL 上边界 下边界 孤立系统 4）在TH= TH，opt时，热机的最大效率W/QH是多少？