2013年哈尔滨工程大学-809工程热力学真题

第二章 热力学第一定律

- 1 - 第二章 热力学第一定律

思 考 题

1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？

答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 ddqupv 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。

2. 如果将能量方程写为

ddqupv

或 ddqhvp

那么它们的适用范围如何？

答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为

uhpv，()dudhpvdhpdvvdp 对闭口系将 du代入第一式得

qdhpdvvdppdv 即 qdhvdp。

3. 能量方程 qupvdd（变大） 与焓的微分式 dddhupv（变大） 很相像，为什么热量 q不是状态参数，而焓 h 是状态参数？

答：尽管能量方程 qdupdv 与焓的微分式 dddhupv（变大）似乎相象，但两者的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dhdudpv

因为

0du，()0dpv

所以

0dh，

因此焓是状态参数。

而对于能量方程来说，其循环积分：

qdupdv 第二章 热力学第一定律

- 2 - 虽然： 0du

一、

1、对蜗杆分度圆直径和输入转速都确定的闭式蜗杆减速器，若增大蜗杆导程角，则蜗杆和蜗轮啮合齿廓间的相对滑动速度________，啮合效率________。

2、带传动中带绕过带轮产生的离心拉力主要与________和________有关，由此离心拉力引起的离心拉应力作用于________。

3、螺纹的公称直径是指螺纹的________径，螺纹副的自锁条件为______________________。

4、按有限寿命设计一组闭式圆柱减速器，两齿轮采用相通的材料和热处理，齿面硬度均为380HB，则应当先按齿轮的________强度进行设计，然后校核________强度。由于________________，小齿轮的许用接触应力________大齿轮的许用接触应力，若实际工作时齿面发生点蚀失效，通常是________齿轮最先失效。

5、影响润滑油粘度的最主要因素是________。L-AN32油在________（条件）下的________粘度为32cSt。

6、一批型号相同的深沟球轴承进行不同纯径向载荷下的疲劳寿命试验，当所加载荷大小恰等于其基本额定动负荷的10倍时，应该有________%的轴承的实际寿命不超过________。

7、普通平键的作用是实现轴与传动件轮毂间的________连接；若滑移齿轮轮毂需要轴向相对滑动，可以采用________连接。

二、

1、以带绕过主动轮为例，说明为什么带传动中的弹性滑动不可避免？

2、为提高承受变载荷的螺栓连接的强度，试给出四种具体的结构措施。

3、简述两相对运动表面间形成液体动压润滑的必要条件，并绘图表明稳定工作的液体东亚径向滑动轴承的轴心位置与轴的转动方向和载荷方向的关系。

4、和同直径的普通粗牙螺纹相比，说明细牙螺纹的性能和应用特点。

5、影响摩擦型带传动最大有效圆周力的因素有哪些？张紧轮装置的主要作用是什么？

三、（8分）

图示四杆机构中，构件1为原动件，以减速度s/rad101ω，做匀速运动，已知：mmlAD60。

共3页 第1页 2013年哈尔滨工程大学考试试题

科目名称：工程热力学 科目代码：809

是否需要携带计算机： 是

注意：1.试题的答案必须写在规定的答题卡或者答题册上，写在本卷上无效；

2.以下题中所给的压力均为绝对压力；

一、判断命题的对错(每题2分，共30分)

1.理想气体的定容比热容是温度的单值函数。

2.一定量工质经历 不可逆过程，工质的熵一定增大。

3.如果采用有效的冷却方法，气体在活塞式压气机气缸中已能够按照定温过程进

行压缩，就不再需要采用分级压缩了。

4.若从某一初态经可逆与不可逆两条路径到达同终点，则不可逆途径的熵变必大

于可逆过程的熵变。

5.工质经历一不可逆过程后，就不能恢复至初始状态了。

6.水蒸汽的焓熵图上，过热蒸汽区的等压线随温度升高，斜率逐渐增加。

7.理想气体绝热节流过程是等焓过程， 节流前后的

12 hh，

12tt。

8.如果对高于临界压力的水进行定压加热，则工质变化到过热蒸状态的过程中不

存在明显的湿蒸汽状态 。

9.水蒸汽在定温过程前后温度不变，其热力学能也不变。

10.朗肯循环采用再热后，其热效率必定升高。

11.孤立系统熵增原理表明，过程进行的结果都是孤立系统内各部分的熵都是增

加的。

12.对于渐缩喷管，若气流的初参数一定，那么随着背压的降低，流量将增大，

但最多增加到临界流量。

13.密闭空间内的湿空气定压升温，湿空气的含湿量将减小。

14.压缩空气制冷装置的循环制冷系数越大，其制冷量就越大。

15.空气进行一多变过程，当多变指数n=1.2时，空气的比热为负值。

共3页 第2页

二、作图题(每题5分，共15分)

1.根据图1所示的p-v图，在T-s图上对应画出循环A（1-2-3-4-1）和循环B

（1-2'-3-4-1），比较其热效率的大小，并且阐述理由。

2.如图2所示：说明A-1-B过程和A-2-B过程热量哪个大？写出必要的理由，或

者推导过程。

3.相同的环境条件下，当内燃机理想加热循环的最高压力和最高温度相同时，试

共4页 第1页 2016年哈尔滨工程大学考试试题 科目名称：工程热力学 科目代码：809 是否需要携带计算机： 是 注意：1.试题的答案必须写在规定的答题卡或者答题册上，写在本卷上无效； 2.以下题中所给的压力均为绝对压力； 工程热力学考研交流群205620871，能源与动力考研交流群：282513844 一、判断命题的对错(每题2分，共30分) 1.只有可逆的动力循环，其循环净功netW才等循环净热量netQ。 2.从某一状态，经历可逆过程和不可逆过程达到同一终态，那么可逆过程的熵变小于不可逆过程熵变。 3.公式pdhcdT适用于理想气体的任意过程。 4.在任何情况，向气体加热，熵一定增大；气体放热，熵总减少。 5.对一 渐扩型喷管，当进口流速为超声速时可做扩压管使用。 6.稳定流动能量方程不能用于有摩擦的情况。 7.理想气体可逆定温过程工质的膨胀功等于技术功。 8.水蒸气的h-s图湿蒸汽区域的等压线为倾斜直线，压力越高，斜率越大。 9.采用燃气轮机装置定压加热理想循环的最佳增压比，意味着可获得最高的循环热放率。 10.理想气体从同一 初态绝热滞止，一为可逆过程，一为不可逆过程， 则不可逆滞止温度要比可逆滞止温度高些。 11.在简单朗肯循环的基础上采用再热的方法，必定提高循环热效率。 12.不可逆绝热膨胀终态熵大于初态熵，不可逆绝热压缩终态熵小于初态熵。 13.若假定系统吸热时对外做功，则热力学第一定律可写成如下形式：0qduw。 14.压缩空气制冷循环中采用回热措施不能提高制冷系数，故采用回热是无益的。15.湿空气的相对湿度φ=1时，干球温度、湿球理温度和露点温度相等。 共4页 第2页 二、作图题(每题5分，共15分) 1.忽略水泵耗功，在T-s图上定性画出蒸汽动力循环再热循环示意图，并用图中各点焓值表示出该再热循环的热效率。 2.在T-s图上画出空气的n=1.2膨胀过程1-2和n=1.6的压缩过程1-3， 并确定过程1-2和1-3中热量的正负号及初终态热力学能的变化。 3.在T-s图上用阴影面积表示理想气体任意热力过程1-2焓的变化量，并做必要的说明。 三、简答题(每题5分，共30分) 1.若工质从同一初态出发，经历一可逆绝热过程和一不可逆绝热过程，能否到达同一终态2，在T-s图上画出上述两个过程。 2.熵的数学定义式为revqdsT，比热容的定义式为qcT，因此有dTdscT，理想气体比热容是温度的单值的函数，则理想气体的熵也是温度的单值函数。这一结论是否正确，为什么？ 3.刚性容器内的未饱和湿空气等温充入水蒸气，容器内湿空气的相对湿度，含湿量，水蒸气分压力如何变化。 4.水蒸汽的汽化潜热是如何随温度变化的 5.试述准静态过程与可逆过程的区别。对简单的压缩系统，容积变化功wpdv的使用范围是什么？ 6.相同环境条件下，当内燃机理想循环压缩比和吸热量相同时，使用T-s图比较定容、定压和混合加热理想循环的热效率。 四、计算题(10分)：管道内有压力为0.4MPa，温度为25℃的空气，不断通过阀门充入初始为真空的绝热刚性容器，直到容器内压力达到0.4MPa时，关闭阀门，若充气时管道内气体参数保持不变，求（1）过程终了时容器内的温度?（2）进共4页 第3页 入刚性容器每公斤空气的熵变是多少？忽略动势能变化，空气的物性参数为定压比热pc1.004kJ/kgK，定容比热0.717VckJ/kgK。 五、计算题（15分）：压力为0.6MPa，温度为30℃的空气，经渐缩喷管流入压力0.1MPa的空间，如果喷管出口截面积为0.785cm2，求气流在喷管出口处压力、温度、比容、流速和流量、已知喷管入口空气流速忽略不计算，空气取定值比热容，定压比热容pc1.004kJ/kgK，气体常数0.287gRkJ/kgK，绝热指数1.4，临界压力比为0.528。 六、计算题（15分）：一 台叶轮式氮气压气机，进口参数为97.22kPa，20℃，出口压力311.1kPa，进口处氮气流量113.3m3/min，压气机的绝热效率0.80，氮气的热物性数据如下： 定压比热容pc1.038kJ/kgK，气体常数0.297gRkJ/kgK，绝热指数1.4，若略去进、出口动能差和位能差，求（1）压气机定熵压缩的耗功量；（2）不可逆绝热压缩时压气机的耗功量；（3）若环境温度20℃，求不可逆绝热压缩时熵损失。 七、计算题（20分）：已知一 简单朗肯循环，锅炉出口过热蒸汽压力为17MPa， 温度为555℃，汽轮机进口蒸汽压力为16.5MPa，温度为550℃，汽轮机相对内效率为0.9，排汽压力为0.005MPa；冷凝器内冷却水平均温度ct20℃。锅炉燃烧的平均传热温度mt2000℃，环境温度为0t20℃，忽略水泵功。求（1）整个循环的内部热效率；（2）各过程(包括锅炉、锅炉与汽轮机管路、汽轮机、冷凝器)的做功能力损失。 饱和水和饱和蒸汽的有关参数如下表 p [kPa] t [℃] h [kJ/kg] h [kJ/kg] s [kJ/kgK] s [kJ/kgK] 0.005 32.897 137.72 2560.55 0.4761 8.3930 工程热力学考研交流群205620871，能源与动力考研交流群：282513844 p =16MPa p =17MPa t [℃] h [kJ/kg] s [kJ/kgK] h [kJ/kg] s [kJ/kgK] 550 3437.6 6.4797 3426.8 6.4416 560 3456.0 6.5128 3454.7 6.4752 共4页 第4页 八、计算题（15分）：某内燃机定容加热理想循环，压缩比为10，气体在压缩冲程起点的状态为p1=100kPa，T1=300K，加热过程中气体热为630kJ/kg，试求该循环的热效率，循环的最高压力，最高温度。工质取定值比热，k=1.4，定压比热容pc1.005kJ/kgK。