《工程热力学》试卷（B卷）-答案及评分标准

《工程热力学》试卷（B卷）-答案及评分标准

《工程热力学》试卷（B卷）

一、单项选择题（每题1分，共10分）

1．下列热力过程，除了哪个对任何一种热能动力装置都是共同的（C ）

A、吸热

B、膨胀做功

C、冷凝

D、排热

2．准静态过程，系统经过的所有状态都接近于（C ）

A、初始状态

B、环境状态

C、平衡状态

D、邻近状态

3．若已知工质的绝对压力P=0.18Mpa，环境压力Pa =

0.28Mpa，则测得的压差为（A ）。

A、真空Pv=0.1Mpa

B、表压力Pe=0.1Mpa

C、真空Pv=0.46Mpa

D、表压力Pe=0.46Mpa

4．某封闭容器内的气体从热源吸收了100KJ的热量，同时内能增加了120KJ，则（A ）。

A、此过程为压缩过程，外界对气体压缩做功为20KJ

B、此过程为膨胀过程，气体对外界膨胀做功为20KJ

C、此过程为膨胀过程，气体对外界膨胀做功为220KJ

D、此过程为压缩过程，外界对气体压缩做功为220KJ

5．下列哪个过程为非自发过程（A ）.

A、热转换为功

B、热量由高温物体向低温物体传递 C、流体组分的自由混合

D、气体的膨胀

6．理想气体的可逆定温过程中（C ）。

A、q=0

B、h=0

C、△u=0

D、W=0

7．下面关于可逆定温过程、可逆定压过程和可逆定容过程中，多变指数描述正确的是（B ）。

A、∞、1、0

B、1、0、∞

C、0、1、∞

D、∞、0、1

8、pv k=常数，其中k=C p/C v，请问该方程适用于（D ）

A、一切热力过程都适用

B、理想气体的绝热过程

C、任何气体的可逆绝热过程

D、理想气体的可逆绝热过程

9、q=△h+ωt方程（A ）

A、可用于开口系稳定流

B、只能用于可逆过程

C、只能用于不可逆过程

D、不能用于闭口系

10、湿饱和蒸汽经定温膨胀过程后，其内能变化为_______；经定压膨胀过程后，其内能变化为________。（ A ）

A、定温膨胀：△u>0；定压膨胀：△u>0

B、定温膨胀：△u>0；定压膨胀：△u<0

C、定温膨胀：△u<0；定压膨胀：△u>0

D、定温膨胀：△u<0；定压膨胀：△u<0

二、判断题（正确的，在题后括号内画“√”，错误画“×”，每题2分，共10 分）

1. 逆卡诺循环的热效率只能小于1，决不能等于1。（×）

2. 热力学第一定律适用于任意的热力过程，不管过程是否可逆。（√）

3. 膨胀功、流动功和技术功都是与过程有关的过程量。（×）

4. 理想气体任意两个状态参数确定后，气体的状态也就一定确定了。（×）

5. 对理想气体加热，其温度反而降低，这种情况是可能发生的。（√）

三、简答题（共4小题，共30分）

1、请谈谈你对准平衡过程以及可逆过程的理解，并说明两者之间的区别和联系？（7分）

答：

如果在热力过程中系统所经历的每一个状态都无限第接近平衡态，这个过程称为准平衡过程；当完成了某一过程后，如果有可能使工质沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相互作用中所涉及的外界亦恢复原来状态，而不留下任何改变，则这一过程就称为可逆过程。

不同点：

（1）形式不同：准平衡过程不排除摩擦能量损失的存在，并且可逆zd过程不产生任何能量消耗。也就是说，可逆过程是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程是一个可逆过程。

（2）形态不同：一般地说，一个过程进行时，如果使外界条件改变一无穷小的量，这个过程就可以反专向进行(其结果是系统和外界能同时回到初态)则这个过程就叫可逆过程(准静态、无摩擦的过程)。

（3）结果不同：不可逆过程是其结果不能完全被消除的过程。例如：摩擦生热，有限温差热传导，专气体自由膨胀等。注意：可逆过程都是平衡过程，但平衡过程不一定是可逆过程。

解析：

评分点：总分6分，准确回答准平衡过程和可逆过程的概念各1.5分，准确的说明两者的区别和联系各1.5分。 2、如图所示，刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A中存有高压气体，B 中保持真空。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数温度（T）、压力（P）、内能（u）和熵（S）分别是如何变化的，并阐述为什么？（8分）

答：u、T不变，P减小，s增大。

取高压空气为热力系统，为绝热闭口系统，Q=0，高压空气向真空膨胀为自由膨胀过程，W=0 。根据闭口系统能量方程Q=ΔU+W，所以ΔU=0，理想气体U=f(T)，因此ΔT=0，气体膨胀P减小，v增加。

评分点：正确给出T、P、u、s 每个热力过程给1分。正确的解释其原因给4分。总共8分。

3、请尝试在P-V图和T-S图上画出水蒸气定压加热过程，并指出一点、两线、三区和五态分别指的是什么？（7分）

（1）曲线AC为饱和水线（水受热膨胀大于压力升高受压）；

（2）曲线BC为干饱和蒸汽线（蒸汽受热膨胀小于压力升高压缩影响）；

（3）C位临界点饱和水线和干饱和蒸汽线的交界点处。

一点，临界点C；二线、饱和水线、饱和蒸汽线；三区、末饱和水区、汽液两相共存区、过热蒸汽区；五态：末饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽。

评分点：总分7分，完整的绘制图形各1分，准确无误的回答一点、两线、三区和五态的内容各1分。

4、请画出简化朗肯循环的T-S图，并说明各过程都是在什么设备中完成的以及陈述其对应的热力过程？(8分)

解析：

如图所示，其简化的T-S图，其中：

（a）过程1-2，在设备汽轮机内完成，绝热膨胀；

（b）过程2-3，在设备凝汽器内完成，定温放热或定压放热；

（c）过程3-4，在设备给水泵内完成，绝热压缩；

（d）过程4-1，在设备锅炉内完成，定压吸热。 评分点：正确画出朗肯循环的T-s图，给4分；正确回答每个热力过程给1分，总共8分。

四、计算题（共3小题，共25分）

1、一热机在每个循环中从327℃的高温热源吸收Q1=419KJ的热量和可逆第向27℃的低温热源排热，假设按（1）Q2=209.5KJ；（2）Q3=314.25KJ（3）Q4=104.75KJ三个数值排热，通过分析计算的方法，说明在这三种情况中，哪个是不可逆的，哪个是可逆的，哪个是不可能的？（注：假设热力学温度为273K）（8分）

解：

1.采用孤立系统熵增原理证明（1分）

12

12

12

12

12

12

419209.5

()=++0,

600300

419314.25

(2)()=++0.34920,

600300

419209.5

(3)()=++0,

600300

Q Q

S

T T

Q Q

S T T

Q Q

S

T T

--

==

--

==>

--

=<

孤

孤

孤

（1）可逆

不可逆

不可能

（2×3分）

2.采用卡诺定律证明

2

1

300

110.5

600

tc

T

T

η=-=-=

2

1

2 1

2

1

209.5

(1)110.5

419

314.25

(2)110.25,

419

104.75

(3)110.75,

419

t tc

t tc

t tc

Q

Q

Q

Q

Q

Q

ηη

ηη

ηη

=-=-==

=-=-=<

=-=-=>

可逆

不可逆

不可能 评分点：正确写出具体的应用原理给1分，正确的计算每种情况中给2分，总共8分。

2、气缸中密封有空气，初态为p1=0.2MPa，V1=0.4m3，缓慢膨胀到V2=1m3。（1）过程中pV保持不变；

（2）过程中气体先沿{p}MPa = 0.4-0.6{V}m3膨胀到Vm =0.6

m3，再维持压力不变膨胀到V2 =1m3。

分别求出两过程中气体作出的膨胀功。（8分）

解：根据膨胀功计算公式：2

121

W pdV

-

=?。

（1）已知pV是定值

222

12111

3

63

2

113

1

4

1

ln0.2100.4ln

0.4

7.3310

pV dV

W pdV dV pV

V V

V m

p V Pa m V m

J

-

===

==

=?

（2）已知系统经历了两个过程，因此在计算过程中，将两过程分别讨论计算。应用积分的方法开展计算。

22

121

1

2

6

6

1

2261126

6

4

(0.40.6)10(0.40.60.6)10

[0.4()0.3()0.04()]10

=[0.4(0.60.4)0.3(0.360.16)0.04(10.6)]10=[0.080.060.016]10=3.610a a

a

a

a a a W pdV pdV pdV

V dV dV

V V V V V V J

-==+=-?+-??=?--?-+?-??--?-+?-?-+

评分点：正确写出具体的应用原理给1分，正确的计算每种情况