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河南理工大学 2007 - 2008 学年第 2 学期《工程热力学与传热学》试卷（A 卷）一、选择题（本题共10分，每题2分）1．在某一个过程中吸入了100kJ 的热量，同时内能增加了150kJ ，过程是（ ）（A ）膨胀过程 （B ）压缩过程 （C ）定容过程2．一绝热刚性容器用隔板分成两部分。
左边是盛有高压理想气体，右边为中空。
抽去隔板后，容器内的气体温度将（ ）（A ）升高 （B ）降低 （C ）不变 3．湿空气的含湿量相同时，温度越高，则其吸湿能力（ ）（A ）越强 （B ）越弱 （C ）相等 4．有内热源的常物性无限大平壁，稳态导热时的温度分布为（ ）（A ） （B ） （C ）5．物体1为无限长的圆柱表面，物体2为无限大平面，则表面1对表面2的角系数为（ ）（A ）X 1,2=0.2 （B ）X 1,2=0.5 （C ）X 1,2=1二、填空题（本题共10分，每小题2分）6．卡诺机A 工作在927℃和T 的两个热源间，卡诺机B 工作在T 和27℃的两个热源间。
当此两个热机的热效率相等时，T 热源的温度为K 。
7．冬季取暖，若不采取任何其它措施，室内温度将 ，室内相对湿度将 。
（填增大，减小或不变）。
8．物体能全部吸收外来射线，这种物体称为 ，物体的单色黑度不随波长而变化的物体称为 。
9．在换热器中，冷热流体沿热表面不断地吸收和放出热量，故温度沿整个热表面是不断变化的，常采用 表示其平均温度，它的表达式为 。
10．热量传递的推动力是 ，质量传递的推动力是 。
三、判断题（是画√，非画×，本题共12分，每小题1分）11. 如果工质的所有状态参数都不随时间变化，则工质就处于平衡状态。
（ ） 12. 由同一初始状态出发，经过两个不同的过程，它们的终了状态可能相同。
（ ） 13. 自然界中发生的一切过程都必须遵守能量守衡，反之，遵守能量守衡的一切过程都能自发地进行。
（ ）14. 卡诺循环是理想循环，一切循环的热效率都比卡诺循环的热效率低。
第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。
（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。
试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。
试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。
（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。
（1）不考虑水的蒸发，闭口系统。
（2）绝热系统。
注：不是封闭系统，有电荷的交换（3）绝热系统。
图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。
可逆（4）100℃的水和15℃的水混合。
有限温差热传递6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。
大气压力为760mmHg。
试求:（1） 真空室以及I 室和II 室的绝对压力； （2） 表C 的读数；（3） 圆筒顶面所受的作用力。
《工程热力学和传热学》第一章——第十二章习题思考题:1、 热力学第一定律的实质是什么? 并写出热力学第一定律的两个基本表示式。
答: 热力学第一定律的实质是能量转换与守恒原理。
热力学第一定律的两个基本表示式为: q=Δu+w ; q=Δh+w t2、 热力学第二定律的实质是什么? 并写出熵增原理的数学表示式。
答: 热力学第二定律的实质是能量贬值原理。
熵增原理的数学表示式为: dS iso ≥0 。
3、 什么是可逆过程? 实施可逆过程的条件是什么?答: 可逆过程为系统与外界能够同时恢复到原态的热力过程。
实施可逆过程的条件是推动过程进行的势差为无穷小, 而且无功的耗散。
4、 过热蒸汽绝热节流, 呈现什么节流效应?并说明理由。
答: 利用h-s 图可知温度降低, 呈现节流冷效应。
如图: h 1=h 2; P 1>P 2; ∴t 1>t 25、 水蒸汽定压发生过程一般要经历哪些阶段? 当压力高于临界压力时又是一个什么样的过程?答: 水蒸汽定压发生过程一般要经历预热、 汽化、 过热三个阶段。
当压力高于临界压力时水蒸汽定压发生过程没有汽化阶段, 汽化是一个渐变过程。
6、 系统经历一个不可逆过程后就无法恢复到原状态。
由不可逆过程的定义可知: 系统能够恢复到原状态, 但系统与外界不能同时恢复到原状态。
填空题1、 工质的基本状态参数是(温度, 压力, 比容)2、 氮气的分子量μ=28, 则其气体常数( 296.94)3、 气体吸热100kJ, 内能增加60kJ, 这时气体体积( 增大)4、 实现准平衡过程的条件是 ( 推动过程进行的势差为无穷小)5、 根据热力系统和外界有无( 物质) 交换, 热力系统可划分为( 开口和闭口)6、 作为工质状态参数的压力应该是工质的( 绝对压力)7、 稳定流动能量方程式为(q=(h 2-h 1)+(C 22-C 12)/2+g(Z 2-Z 1)+w S )8、 理想气体的定压比热C P 和定容比热C V 都仅仅是( 温度) 的单值函数。
《高等工程热力学及传热学》思考题参考答案-图文高等工程热力学1、稳定态：当系统与外界之间不存在是外界遗留下有限变化的作用时，不会发生有限状态变化的系统状态。
处于稳定态的系统，只要没有受到是外界留下有限变化的作用，就不可能产生有限速率的状态变化。
平衡态：当系统内的各个参数不随时间而变化，且系统与外界不存在能量与物质的交换，则系统达到平衡态。
如果一系统在不受外界影响的条件下，已处于稳定态，该系统不一定处于平衡态。
2、热力学第一定律能量表述：加给热力系的热量，等于热力系的能量增量与热力系对外作功之和。
dQdEdW；在热力系统的两个给定稳态之间进行的一切绝热过程的功都是相同的。
热力学第二定律能量表述：克劳修斯说：不可能把热从低温物体传导高温物体而不引起其他变化，即热从低温物体不可能自发地传给高温物体。
热力学第一定律的火用、火无表述：在任何过程中，火用和火无的总量保持不变。
热力学第二定律的火用、火无表述：若是可逆过程，则火用保持不变；若是不可逆过程，则部分转化为火无，火无不能转化为火用。
3、处于稳定态的系统，只要没有受到使外界留下有限变化的作用，就不可能产生有限速率的状态变化。
当系统与外界之间不存在使外界遗留下有限变化的作用时，不会发生有限状态变化的系统状态。
重物下落时，由于受到重力作用，做匀加速运动，速率发生变化，若不对外界产生影响，则过程不可能实现。
4、（1）FAC(P,V,P'',V'')0P''V''PVnbPFBC(P',V',P'',V'')0P''V''P'V'V'V'nB'V''P'V'V'PVnbPfBC(P',V',P'')fAC(P,V,P'')V''(V'nB')P''P' '合并消去V''fAC(P,V,P'')fBC(P',V',P'')即PVnbPP'V'V'（某）P''(V'nB')P''fAC(P'')A(P,V)(P'')fBC(P'')B(P',V')(P'')A(P,V)B(P',V')V''fAC(P,V,P'')(P'')A(P,V)(P'')A(P,V)V''(P'')(P'',V'')(P'')(P'')C得A(P,V)B(P',V')C(P'',V'') P'V'2PVnbPV'nB'dudTpdv4.15TTdT水不可压缩，得d4.15T5、ddvp即4.15lnT2T1混合后的温度为350K350所以a4.15ln300350b4.15ln40049ab4.15ln048因此绝热混合后熵增加，自然界一切自发的过程均为熵增加的过程6、（1）吸热过程熵不一定增加，熵增不一定是吸热过程，也可能因为做功导致熵增。
《高等工程热力学》2014复习题1、有一橡皮球，当其内部气体的压力和大气压力相同为 0.1MPa时呈自由状态，体积为 0.3m3。
气球受火焰照射而受热，其体积膨胀一倍，压力上升为 0.15MPa，设气球的压力升高与体积成正比。
试求：（ 1 ）该过程中气体作的功；（ 2 ）用于克服橡皮气球弹力所作的功，若初始时气体温度为 17 ℃，求球内气体的吸热量。
已知该气体常数 R g =287 J/(kg·K)，其热力学能{u}J/(kg·K)=0.72{T}K。
2、将 m=0.36kg 的一根金属棒投入 m w =9kg 的水中，初始时金属棒的温度 Tm,i==1060K ，质量热容 c m =0.42kJ/(kg.K) ，水的初始温度 T w =295K ，质量热容 c w =4.187kJ/(kg.K) ，求终温度 Tf 和金属棒、水、以及孤立系的熵变。
设容器为绝热。
3、空气等熵流经一缩放喷管，进口截面上的压力和温度分别为0.58MPa、440K，出口截面上的压力p2＝0.14MPa。
已知喷管进口截面面积为2.6×10－3m2，空气的质量流量为1.5kg/s，试求喷管喉部及出口截面的面积和出口流速。
空气的比热容c p=1.005kJ/(kg·K)。
4、一玩具火箭内充满空气，其参数为p＝13.8MPa、t=43.3℃，空气经一缩放喷管排向大气产生推力。
已知喷管喉部截面面积为1mm2，出口截面压力与喉部压力之比为1:10，试求启动初始火箭的净推力。
5、某狄塞尔循环的压缩比是17:1，压缩起始时工质状态为p1=95kPa、t1=10℃。
若循环最高温度1900K，气体比热容为定值，且c p=1.005kJ/(kgK)，k=1.4。
试确定（1）循环中各点的温度、压力和比体积；（2）预胀比；（3）循环热效率。
6、一刚性绝热容器，容积为V = 0.028m3，原先装有压力为0.1MPa 、温度为21℃的空气。
第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1错2(开尔3，而当地大气压力变化?4器底部界交换（13）取虚线内空间为系统。
（1）不考虑水的蒸发，闭口系统。
（2）绝热系统。
注：不是封闭系统，有电荷的交换（3）绝热系统。
图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。
（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。
耗散效应（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆（3可逆（4）100℃的水和6室I压力760mmHg。
图1-2一．基本概念功：热量：体积功：节流：二．习题1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。
3．一活塞、气缸组成的密闭空间，内充50g气体，用叶轮搅拌器搅动气体。
活塞、气缸、搅拌器均用完全绝热的材料制成。
搅拌期间，活塞可移动以保持压力不变，但绝对严密不漏气。
已测得搅拌前气体处于状态1，搅拌停止后处于状态2，如下表所示。
活塞与气缸壁间有一些摩擦4．1kg，对（1（3）压缩5到状态2，气体吸热500kJ，p=400kPa，2-3过程中气体体积-450= U3-U2+400(V3-V2)V3-V2=6．现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图2-1所示的设备进行绝热混合，以形成第三股所需温度的空气流。
各股空气的已知参数如图中所示。
设空气可按理想气体计，其焓仅是温度的函数，按{h}kJ/kg =1.004{T}K 计算，理想气体的状态方程为pv=RT,R=287J/(kg·K)。
若进出口截面处的动、位能变化可忽略，试求出口截面的空气温度和流速。
m3=m1+m2h3=h1+h2图2-17．某气体从初态p 1=0.1MPa ，V 1=0.3m 3可逆压缩到终态p 2=0.4MPa ，设压缩过程中p=aV -2，式中a 为常数。
《工程热力学与传热学》一、填空题(每题２分,计20分)1、如果热力系统与外界之间没有任何形式得能量交换,那么这个热力系统一定就是( )2、理想气体得比热容只与( ) 参数有关、3、若组成热力系统得各部分之间没有热量传递,热力系统将处于热平衡状态。
此时热力系统内部一定不存在( ) 。
4。
若组成热力系统得各部分之间没有相对位移,热力系统将处于力平衡状态。
此时热力系统内部一定不存在( ) 。
5。
干饱与蒸汽被定熵压缩,将变为:( ) 。
6.湿空气压力一定时,其中水蒸气得分压力取决于( ) 。
7。
再热循环得目得就是( ) 、８、回热循环得主要目得就是( ) 。
９。
热辐射可以不依靠( ) ,在真空中传播。
１０、流动功得改变量仅取决于系统进出口状态,而与( ) 得过程无关。
二、判断题(每题1分,计20分)1.孤立系统得热力状态不能发生变化;( )２.孤立系统就就是绝热闭口系统;( )3、气体吸热后热力学能一定升高;( )4.只有加热,才能使气体得温度升高;( )5、气体被压缩时一定消耗外功;( )6。
封闭热力系内发生可逆定容过程,系统一定不对外作容积变化功;( )7。
流动功得改变量仅取决于系统进出口状态,而与工质经历得过程无关;( )８。
在闭口热力系中,焓h就是由热力学能u与推动功pv两部分组成、( )9、理想气体绝热自由膨胀过程就是等热力学能得过程。
( )１0、对于确定得理想气体,其定压比热容与定容比热容之比cp/cv得大小与气体得温度无关。
( )１1、一切可逆热机得热效率均相同;( )12。
不可逆热机得热效率一定小于可逆热机得热效率;( )1３、如果从同一状态到同一终态有两条途径:一为可逆过程,一为不可逆过程,则不可逆过程得熵变等于可逆过程得熵变;( )1４.如果从同一状态到同一终态有两条途径:一为可逆过程,一为不可逆过程,则不可逆过程得熵变大于可逆过程得熵变;( )15。
不可逆过程得熵变无法计算;( )16。
《工程热力学与传热学》一、填空题（每题2分，计20分）1.如果热力系统与外界之间没有任何形式的能量交换，那么这个热力系统一定是( ）2.理想气体的比热容只与( ）参数有关。
3.若组成热力系统的各部分之间没有热量传递，热力系统将处于热平衡状态。
此时热力系统内部一定不存在( ）。
4.若组成热力系统的各部分之间没有相对位移，热力系统将处于力平衡状态。
此时热力系统内部一定不存在( ）。
5.干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为：( ）。
6.湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于( ）。
7. 再热循环的目的是( ）。
8. 回热循环的主要目的是( ）。
9.热辐射可以不依靠( ），在真空中传播。
10. 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与( ）的过程无关。
二. 判断题（每题1分，计20分）1.孤立系统的热力状态不能发生变化；（）2.孤立系统就是绝热闭口系统；（）3.气体吸热后热力学能一定升高；（）4.只有加热，才能使气体的温度升高；（）5.气体被压缩时一定消耗外功；（）6.封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（）7.流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关；（）8.在闭口热力系中，焓h是由热力学能u和推动功pv两部分组成。
（）9.理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。
（）10.对于确定的理想气体，其定压比热容与定容比热容之比cp/cv的大小与气体的温度无关。
（）11.一切可逆热机的热效率均相同；（）12.不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（）13.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（）14.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变；（）15.不可逆过程的熵变无法计算；（）16.工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（）17.封闭热力系统发生放热过程，系统的熵必然减少。
2014-2015河南理工大学研究生高等工程热力学与传热学试题答案
1试述热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述的一致性
开尔文描述：不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。
克劳修斯表述：不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。
一致性自己写
2.蒸汽压缩制冷循环装置采用了节流阀来代替膨胀机，试简述这样做的利弊？
利：液体制冷剂在膨胀机中体积膨胀不大，做功很小，且膨胀机内不允许出现液体，以免损坏叶片，所以，通常在实际循环多采用结构简单、造价便宜、操作方便的节流阀代替膨胀机。
弊：节流阀不对外做功膨胀降温效果没有膨胀机对外做功降温效果显著。
流体介质在节流阀流速较大的情况下，易出现汽蚀现象，致使部分零件表面很快损坏，同样节流阀精度不高，不宜调节，密封性较差，效率低。
3简述当水蒸气分压不变时，绝对湿度、相对湿度和含湿量三个参数随温度升高而变化的情况。
4若空气比热容取定值，问在定压过程中加给空气的热量中有多少用来做功？有多少用来改变热力学能？
解：定压过程总加热量为：
q =c p ΔT
其中用来改变热力学能的部分为：
Δu = c v ΔT
而c p = c v +R g
因此，定压过程用来作功的部分为：
w =Rg △T
5有人说：凡是符合能量守恒定律的热力过程都是可以无条件实行的，你认为对吗？请简要说明理由。
错。
能量守恒定律是在说能量从一种形式转化到另一种形式，数量上的相等；热力学第二定律从能量转化的方向解释了，能量的转化过程是由一定方向的，即：热量不能自动的无偿地从低温物体传至高温物体。
6 描述传热的三种基本方式、基本规律与应用范围。
传热三种基本方式：传导、对流、辐射 传导——主要应用于固体或静止的流体，遵循傅立叶导热定律（dx
dt k q -=）
对流——主要是由于流体流动而引起的传热现象，遵循牛顿冷却定律（t h q ∆=）
辐射——所有物体都具有热辐射效应，但主要适用于温度相差较大的物体之间，遵循Stefan-Boltzmann 定律（4
t q σ=）
7举例说明孤立系统熵增与系统内部过程进行方向的联系。
A 、
B 看成是一个系统，那么热传递的方向就是：从温度的高低有序到热平衡无序的变化 熵增原理，指明了一切自然过程的方向性。
简单地说熵就是系统内混乱和无序的度量。
熵值越大，混乱无序的程度越大。
化学反应是按熵增的方向进行的；在生命科学领域，动植物的生命发展是按熵增方向进行的；在社会科学领域，人类社会的发展进步是按熵增方向进行的。
8结合实例说明工程中增强和削弱传热的方法和技术有哪些？ 增强传热的方法
1 、扩展传热面
2 、改变流动状况：增加流速、增强扰动、采用旋流及射流等都能起增强传热的效果，但这些措施都将使流动阻力增大，增加动力消耗。
3 、使用添加剂改变流体物性：流体热物性中的导热系数和体积比热容对表面传热系数的影响较大。
在流体内加入些添加剂可以改变流体的某些热物理性能，达到强化传热的效果。
4 、改变表面状况：如增加粗糙度、改变表面结构、表面涂层等。
削弱传热的方法
1 、覆盖热绝缘材料。
常用的材料日前有：岩棉、泡沫塑料、微孔硅酸切、珍珠岩等。
2 、改变表面状况。
即改变表面的辐射特性及附加抑制对流的元件。
3 、遮热板
三、分析计算题．
某理想气体在定压下从t 1℃加热到t 2℃，并做了膨胀功W(KJ/kg)，该气体定压比热c p 为定值，试用t 1、t 2、c p 等已知参数表示：
(1) 该气体的气体常数R 。
(2) 热力过程中单位质量气体内能的改变量。
(3) 热力过程中单位质量气体的吸热量。
(4) 热力过程中单位质量气体熵变。
解：(1) 12t t W R -= (2) W t t c u p --=∆)(12 (3) )(12t t c q p -=吸
(4) 1
2ln t t c S p =∆
四 1．试用热力学第一定律证明第一类永动机不可能制造出来。
热力学第一定律是当热能与其它形式的能量相互转换时，能的总量保持不变。
就是说为了得
到机械能必须花费热能或其它能量。
而第一类永动机是不消耗任何形式的能量就能循环动作、对外做功的机器，它违反能量守恒定律。
2．试用热力学第二定律证明，在状态图上，两条可逆绝热过程线不可能相交。
热二律表述为：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。
若一条等温线与一条绝热线有两个交点，则两条曲线构成了一个循环过程，它仅从单一的热源吸热，且全部转换为功，热机效率达100%，违背了热力学第二定律的开尔文说法，所以不成立。
证明：热力学第二定律指出不可能从单一热源吸热，使之完全变为有用功，而不产生其它影响。
利用反证法，假设两条可逆绝热线S1和S2相交（如图）。
引入等温线T构成一个正循环。
此循环只有一个热源而对外做功，根据热力学第二定律，所以两条可逆绝热线不可能相交。
