工程热力学期中练习题20124.doc

工程热力学期中练习题 2012.4 问答题：（每题4分） 试说明热力学第一定律表达式和 的适用条件（任何工质？任何过程？）。 答：（1）任何工质，任何过程；（2）理想气体，可逆过程。（每问2分） 2. 试说明循环热效率 和 的适用条件（任何工质？任何过程？）。 答： 任何工质，任何过程。 任何工质，卡诺循环。 （每问2分） 3. 如图所示， 图上理想气体多变过程 OA和OB，请在表中填充“＋”或“－”号 （按功量和热量的符号规则填写）。 答：图表各2分 过程 OA + - - OB + + + 请在右图所示的 图上，把理想气体任意两点的焓差 用面积表示出来。 答： t-s图上画出两条P1、P2，作辅助线 1-1’ 由 下列说法是否正确，简述理由。 1）不同的热力过程中，气体比热容的数值总是正值； 2）闭口系进行一不可逆过程，从外界吸热，其熵一定增加； 3）绝热节流过程是整个过程都焓值相等的过程。 答：1）不一定，因为，当时，为负值。（1.5分） 2）不可逆吸热，由， 、都大于零， 所以必大于零。（1.5分） 3）绝热节流，初终两态焓值相等，整个过程各截面焓值并非相等。（1.0分） 6.下列两过程中系统的ΔU、ΔH、ΔS 变化分别为大于、小于还是等于零？试说明理由。1）理想气体绝热自由膨胀过程 2）绝热系统的可逆膨胀过程 答：（1）理想气体绝热自由膨胀：∵闭系：Q=△U +W，此时W=0，△U=0 ， ∴理想气体，△U=0，T1=T2，△H=0 ∵不可逆绝热膨胀必然，△S＞0。 （2）绝热可逆过程：T2＜T1，△U＜0，△H＜0，可逆绝热膨胀，△S=0。 （每问2分） 7. 蒸汽由给定的初态p1、t1通过一喷管等熵膨胀到湿蒸汽区，其背压p2为已知，若手头没有焓熵图，只有水蒸气热力性质表，如何计算确定状态2的各项热力参数x2，t2，h2。 答：可以，由S1=S2，再由S2，P2 查得S，S，，，相应求得 X2，进而求得H2，由P2可得对应的饱和温度ts，即为t2。 8．在环境温度为300K的条件下，250K的热源有否作功能力？若热量Q由750K的恒温热源直接传入250K的恒温热源，引起的作功能力损失是多少？ 答： ， 9．流体在输送管道中作有摩阻的不可逆流动，对外不作技术功，问流体压力将如何变化？过程加热量q和流体的焓变化△h是否仍满足q＝△h的关系？ 答：有摩阻的不可逆流动，流体压力下降，由稳流能量方程经简化后，过程加热量q为：q＝△h，与过程可逆与否无关。 10.一动力循环1－2－3－1的T－s图如右图所示，其中过程1－2、3－1皆为可逆过程，2－3为一有摩擦的绝热过程。T1、T3都等于环境温度T0。试用一块面积或几块面积的代数和表示出该循环中的吸热量Q1，放热量Q2，净功量W和由于摩擦而引起的作功能力损失。 答：吸热量Q1： 面积为1-2-b-a-1 放热量Q2： 面积为1-3-c-a-1 净功量w： 吸热量Q1面积 -放热量Q2面积 作功能力损失：面积为e-3-c-b-e （每问1 分） 二.计算题：(每题15分) 1. 有一采暖设备，每小时可供40℃的热空气4000m3/h，设备进口处的大气温度为5℃，大气压为1.013×105Pa,。空气在该设备中压力维持不变，进出口风道中的流速不超过5m/s，试求： 1) 该设备传递给空气的热流量； 2) 空气通过采暖设备时热力学能、焓、熵的变化； 3) 设备出口风道的直径。 (Cp=1.004kJ/kg.K, Rg=0.287kJ/kg.K，K=1.4) 解:(1) 设备传递给空气的热量 其中==4511.81kg/h 所以==158545kJ/h （6分） (2)热力学能的变化=113223.872kJ/h 其中 焓变化 熵变化=537.16kJ/K （6分） （3）由，得 出口直径=0.532m （3分） 2．试验装置中，压气机由P1=1×105Pa，t1=20℃的环境中吸取流率为0.7kg/s的空气，绝热压缩至P2=3×105Pa。据测量压气机出口高压空气的温度为t2=155℃，然后绝热通过一节流阀，其压力降为P3=2.5×105Pa。 1）确定压气机的效率，即理想压缩功和实际压缩功之比。 2）分析空气压缩和随后的降压过程中有哪些不可逆性？并计算总熵产和作功能力损失。 (Cp=1.005kJ/kg.K, R=0.287kJ/kg.K). 解: （1）=401.04K