湖南大学工程热力学试题及答案3

一、名词解释题（每题3分，共15分）1. 孤立系统：当热力系统与环境之间既无能量交换又无物质交换时，改系统被称为热力系统。

2. 含湿量：1kg干空气所含有的水蒸气的质量。

3. 比热容：单位质量工质吸热使之温度升高（或降低）1K所需的热量。

4. 技术功：技术上可资利用的功w t＝1/2△c2+g△z+w i。

5. 理想气体：理想气体是一种抽象的概念，其主要假设是：气体分子是不占有体积的弹性质点；分子之间无作用力。

一切实际气体当其压力趋向零，比体积趋向无穷大及温度很高时都可作为理想气体。

二、判断题（下列各题，你认为正确的，请在题干的括号内打“√”，错的打“×”，每题1分，共10分）1.气体常数与气体的种类及所处的状态无关。

………………………………（×）2.经不可逆循环，系统无法完全恢复原态。

…………………………………（×）3.绝热过程因吸热或放热为零，所以必为等熵过程。

…………………………（×）4.活塞式压气机应采用散热措施，使压缩过程接近定温过程。

………………（√）5.热泵装置循环的制热系数εH越大，其制热量也越大。

……………………（×）6.不可逆过程中系统的熵只能增大不能减小…………………………………（×）7.在p-v图上定熵线的斜率比定温线的斜率大。

……………………………（√）8.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。

……（×）9.只有处于平衡状态的系统才可用状态参数p、v、T来描述。

………………（√）10.可逆多变过程中，技术功W t与膨胀功W之间存在关系W t=kW。

…………（×）三、选择题（每小题2分，共20分）1. 如工质为水，其压力越高，其汽化潜热（ A ）。

A 降低；B 不变；C 增加；D 无法确定2. 系统进行一个不可逆绝热膨胀过程后，欲使系统回复到初态，系统需要进行：（ D ）。

A可逆绝热压缩过程；B不可逆绝热压缩过程；C边压缩边吸热过程；D 边压缩边放热过程3. 若活塞式内燃机三种理想循环的压缩比相同，则热效率（ D ）。

A.定容加热>混合加热>定压加热；B.定容加热<混合加热<定压加热；C.定容加热=混合加热=定压加热；D.无法确定4. 理想气体可逆吸热过程，下列哪个参数一定增加：（ B ）。

A.热力学能；B.熵；C.压力；D.温度5. 若空气进行可逆定压加热过程，则：（ C ）。

A.空气作功量大于其热力学能增量；B.空气作功量等于其热力学能增量；C.空气作功量小于其热力学能增量；D.无法确定6. p d v+c v d T=0适用条件为：（ C ）。

A.理想气体可逆过程；B.理想气体绝热过程；C.理想气体定熵过程；D.任何工质绝热过程。

7. 某种气体流经某不可逆稳态稳流装置，过程中系统对外做功10kJ，吸热15kJ，则此过程中该装置的熵：（ B ）。

A.增大；B.不变；C.减小；D不能确定8. 与比熵的单位相同的参数是（ B ）A 比热力学能；B 比热容；C 比焓；D 比容9. 工质进行了一个放热，降温，压力上升的多变过程，则多变指数n 满足：( A )。

A.0<n <1；B.1<n <k ；C.n >k D 不能确定10. 某制冷机在热源1T =350K 及冷源2T =260K 之间工作，其制冷量为945kJ ，消耗功为200kJ ，此制冷机是（ C ）。

A.可逆的；B.不可逆的；C.不可能的；D.可逆或不可逆的四、简答题（每小题5分，共10分）1. 理想气体的3个热力过程如图1所示，试将3种热力过程定性的画在p-v 图上；分析3个过程多变指数的范围，并分析每个过程的功量、热量及热力学能变化的正负号。

解：T s p2.点，试比较234q 与214q ，234w 与214w 的大小。

答：由T-s 图明显可知，234q ＞214q 。

由热力学第一定律可知：234234234q u w =∆+ （1）214214214q u w =∆+ （2）由于热力学能u 是状态参数，则：214234u u ∆=∆；(1)-(2)有： 234214234214q q w w -=-＞0故：234w ＞214w 。

五、计算题（共45分）图21. （12分）设气缸中1kg 空气（可作理想气体处理）经历一可逆多变过程从初态t1=27℃、p1=0.1Mpa 压缩到终态p2=1MPa ，其多变指数n=1.3。

设空气的比热容为定值。

求过程的膨胀功、技术功、热量和内能变化量、熵变、焓变。

在p-v 图上画出该过程，并表示出膨胀功、技术功。

（该气体的气体常数Rg=0.287kJ/(kg •K)、绝热指数k=1.4) 解：12211n n T p T p -⎛⎫= ⎪⎝⎭ 11.311.322111(27327)*510.40.1n n p T T K p --⎛⎫⎛⎫==+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 1211*()1**0.287*(300510.4)201.31 1.31g W m R T T KJ n =-=-=--- 1.3*(201.3)261.69t W nW KJ ==-=-21()1*0.717*(510.4300)150.8568v U mc T T KJ ∆=-=-=150.8568(210.3)59.4432Q U W KJ =∆+=+-=-21()1*1.005*(510.4300)211.452p H mc T T KJ ∆=-=-=2211510.41ln ln 1*1.005ln 0.287ln 0.127/3000.1p g T P S m c R KJ K T P ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫∆=-=-=- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭2. （12分）容积相等的透热容器A 和绝热容器B 通过一阀门相连。

初始时，与环境换热的容器A 中有3MPa ，25℃的空气1kg 。

打开联结两容器的阀门，空气由A 缓慢的进入B ，直至两侧压力相等时重新关闭阀门。

设空气的比热容为定值，Rg=287J/(kg·K)，k=1.4，环境温度为25℃。

试求：（1）稳定后两容器中的气体质量、温度与压力；（2）过程中与环境的换热量。

解：A 中进行的是定温过程，所以T A1=T A2=T A取B 容器为开口系统，则开口系统能量方程d U -h in δm in =0，求积分得U B2-h A m B2=0 即m B2c v T B2- m B2c p T A =0，即T B2=k T A =1.4*（273+25）=417.2K因两侧压力相等，P A2=P B2即2122()A g A A A g B A Bm R T m m R T V V -= 12220.5833A B A A B m T m kg T T ==+ 2120.4167B A A m m m k g =-= 2222221111 1.750MPa /A g AA g A A AB A A A g A A A m R T m R T m p p p p V m R T p m ====== (2)取整个装置为闭口系统，Q=ΔU=ΔU A +ΔU B =U A2-U A1+U B2-U B1=m A2c v T A -m A1c v T A +m B2c v T B2=35.64kJ3. （13分）两个质量均为2kg 、比热为0.46kJ/kg·K 的物体，物体A 初温为200K ，物体B 初温为800K ，用它们作可逆热机的有限热源和有限冷源，热机工作到两物体温度相等为止。

1)求两物体热平衡时的温度；2)求热机输出的最大功量；3)如果两物体直接接触进行热交换至温度相等时，求平衡温度及两物体总熵变化量。

解：1）取A 、B 物体及可逆热机、功源为孤立系统，则：ΔS iso =ΔS A +ΔS B +ΔS W +ΔS 可逆热机=0功源ΔS W =0；对于可逆热机，有ΔS 可逆热机=0；平衡时温度为Tm ，ΔSA=mcln(Tm/T A )，ΔS B =mcln(Tm/T B )。

则： ΔS A +ΔS B =mcln(Tm/T A )+mcln(Tm/T B )=0 ……①解式①可得：400m T K2）A 物体为有限热源，过程中放出的热量|Q 1|，|Q 1|=mc (T A -T m )；B 物体为有限冷源，过程中吸收热量Q 2，Q 2=mc (T m -T B )，热机为可逆热机时，其做功量最大，可得： W max =|Q 1|-Q 2=mc (T A -T m )-mc (T m -T B )=mc (T A +T B -2T m )=2×0.46×（200+800-2×400）=184kJ3）如果两物体直接接触进行热交换至热平衡时，平衡温度由能量平衡方程式求得，即： mc (T A -T mx )=mc (T mx -T B ) …………………②解式②可得 T mx =(T A +T B )/2=(200+800)/2=500K两物体组成系统的熵变化量ΔS 为：ΔS =ΔS A +ΔS B =mc ln(T mx /T A )+mc ln(T mx /T B ) =mc ln[T 2mx /(T A T B )]=2×0.46×ln[(500)2/(200×800)]=0.411kJ/K4. （8分）试证明刚性及绝热容器的放气过程中容器内理想气体的状态参数服从：1k k Tp --=常数。

证明：取容器为控制体，开口系统能量方程 d =d d()d d d d d d d 0cv out out out out v v p Q E h m U h m mu h mu m m u h m c T m mc T c T m δδδ=++=-=+-=+-= 则d d d ()d (k 1)d (k 1)v p v v T m mc T c c T m c T m T m =-=-⇒=- （1） 理想气体状态方程pV =m R g T ，全微分，得：d d d d p V m T p V m T +=+ ，当V=常数，d d d m p T m p T =- （2）、 联立（1）（2）得：d d d d 1d 1(k 1)()ln ln T p T T k p k T p T p T T k p k--=--⇒=⇒= 11ln ln 0k k k T p Tp k---=⇒=常数。