北京交通大学工程热力学期末试题 填空题 ( 每空 1 分，共 10 分) 1. 当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_孤立系 _。 2. 在国际单位制中温度的单位是_开尔文(K)_ 。 3. 根据稳定流动能量方程， 风机、水泵的能量方程可简化为_ws=h2 h1 或 wt=h2h1_。 4. 同样大小的容器内分别储存了同样温度的氢气和氧气，若二个容器内气体的压力相等，则二种气体质量的大小为2Hm_小于_2Om。5. 已知理想气体的比热C随温度的升高而增大， 当 t2t1 时，212ttt0CC与 的大小关系为 _221t0ttCC _。6. 已知混合气体中各组元气体的质量分数i 和摩尔质量 Mi， 则各组元气体的摩尔分数 i 为_n1iiiiiM/M/_。7. 由热力系与外界发生 _热量_交换而引起的熵变化称为熵流。 8. 设有一卡诺热机工作于600和30热源之间，则卡诺热机的效率为 _65.29%_ 。 9. 在蒸汽动力循环中，汽轮机排汽压力的降低受_环境_温度的限制。 1. 与外界既无能量交换也无物质交换的热力系称为_孤立_热力系。 2. 热力系的储存能包括 _热力学能、宏观动能、重力位能_。 3. 已知某双原子气体的气体常数Rg=260J/(kg k) ， 则其定值比热容 cv=_650_J/(kg k) 。 4. 已知 1kg 理想气体定压过程初、终态的基本状态参数和其比热容，其热力学 能的变化量可求出为 u=_ cp(T2 T1)_。 5. 定值比热容为 cn 的多变过程，初温为T1,终温为 T2，其熵变量 s=_。 6. 水蒸汽的临界压力为 _22.12_MPa 。 7. 流体流经管道某处的流速与_当地音速 _的比值称为该处流体的马赫数。 8. 汽轮机的排汽压力越低， 循环热效率越高， 但排汽压力的降低受到了 _环境温 度_的限制。 9. 未饱和湿空气的相对湿度值在_0 与 1_之间。 1理想气体多变指数n=1，系统与外界传热量q=_ ；多变指数 n=， 系统与外界传热量q=_ 。 2卡诺循环包括两个 _过程和两个 _过程 3水蒸汽的汽化潜热在低温时较_，在高温时较 _ ， 在临界温度为 _。 4在 TS图上，定压线的斜率是 _；定容线的斜率是 _ 5理想气体音速的计算式：_，马赫数的定义式为： _ 1、功 W ; 内能 U 2、定温变化过程，定熵变化 3、小， 大， 0 4、对数曲线，对数曲线5、akpvkRT，cMa1理想气体多变过程中，工质放热压缩升温的多变指数的范围_ 2蒸汽的干度定义为 _。3 水蒸汽的汽化潜热在低温时较_ ，在高温时较 _，在临 界温度为 _。 4理想气体的多变比热公式为_ 5采用 Z级冷却的压气机，其最佳压力比公式为_ 1、大于 0，小于 ; 2、湿蒸汽中含干蒸汽的质量/ 湿蒸汽的总质量 3、小， 大， 0 4、1nvnccn5、i = （PZ+1 / P1 ）1 / Z 四、名词解释题（本大题共5 小题，每小题 3分，共 15分） 1、 理想气体 : 理想气体满足克拉贝龙状态方程的气体; 或者是指由相互间没有作 用力的分子构成的气体 , 且分子本身是不占据体积的弹性质点. 2、水蒸汽的临界状态：当压力高于确定的临界压力时，定压下的蒸气发生过程 不再经历预热、 气化和过热三个阶段， 而是在温度为临界温度时连续地从液态转 变为气态，这种由临界压力和临界温度确定的状态称为临界状态。 过热度：过热蒸气的温度与同压下的饱和温度之差称为过热度，单位为开尔文或 摄氏度 3、湿空气的绝对湿度：湿空气中水蒸气的密度，符号V 4、湿空气的相对湿度：湿空气中水蒸气的密度V 与其相应温度下的最大密度 S之比 5. 熵产：不可逆过程中，不可逆因素引起的熵的变化称为熵产。 6. 稳定流动：是指流体流经管道中任意点的热力状态参数及流速等均不随时间而 变化的流动过程。 7. 湿空气的焓：湿空气的焓值等于干空气的焓值与水蒸气的焓值之和。 8. 控制质量 : 闭口系内包含的物质量是恒定的，这种作为研究对象的恒量物质称 为控制质量。 9. 热量的无效能 : 热源提供的热量，在环境为冷源的卡诺循环中，不能转换为功 的部分。 10. 水蒸汽的饱和状态 : 汽化和液化速率相等， 成为一种汽液相变的动态平衡的状 态。 11. 湿空气的含湿量 : 一定体积的湿空气中所含水蒸汽的质量与其中所含干空气 质量的比值。或湿空气中，每1kg 干空气中所含水蒸汽的质量。孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统。 焓：为简化计算，将流动工质传递的总能量中，取决于工质的热力状态的那部分 能量，写在一起，引入一新的物理量，称为焓。 热力学第二定律： 克劳修斯 (Clausius)说法：不可能把热量从低温物体传到高温 物体而不引起其他变化。开尔文一浦朗克(Kelvin Plank) 说法：不可能制造只 从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。相对湿度：湿空气的绝对湿度v与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s的比值，称为相对湿度。卡诺定理： 1所有工作于同温热源与同温冷源之间的一切可逆循环，其热效率 都相等，与采用哪种工质无关。2在同温热源与同温冷源之间的一切不可逆循 环，其热效率必小于可逆循环。 理想气体： 气体分子本身所具有的体积与其所活动的空间相比非常小，分子本身 的体积可以忽略， 而分子间平均距离很大， 分子间相互吸引力小到可以忽略不计 时，这种状态的气体便基本符合理想气体模型。 水蒸气的汽化潜热：将1kg 饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所需的热量。五、简答题（本大题共5 小题，每小题 5 分，共 25 分） 1. 何谓水蒸汽参数座标图中的一个点、两条线、三个区域和五种状态？ 一点: 临界状态点 , 其在水蒸汽参数座标图中的位置随工质而异; 二线: 饱和蒸气线 ( 上界线 ): 不同压力下饱和蒸气状态的连线. 饱和液线 ( 下界线 ): 不同压力下饱和液状态的连线。上、下界线合在一起又称为饱和线。 三区：未饱和液区（过冷液区） ，湿蒸气区，过热蒸气区 五态：未饱和液（过冷液） ，饱和液，湿饱和蒸汽， （干）饱和蒸汽，过热蒸汽 2. 卡诺循环热效率表达式说明了哪三个重要问题？ a. 提高热源温度 TH和降低冷源温度 TL是提高两恒温热源间可逆循环热效率的根 本途径与方法 ;b.TL=0和 TH 是不可能的 , 故热机热效率恒小于100%;c.当 TH=TL时, C=0,说明单一热源热机是造不成的. 3. 平衡状态与稳定态有什么联系与区别? 平衡态是指热力系的宏观性质不随时 间变化的状态。稳定态是指热力系的状态不随时间而变化的状态。平衡必然稳定， 稳定未必平衡。4. 能量方程 q=u+w和 q=Cv T+21pdv的适用条件有何不同 ? 前者：闭口系、任意工质、任意过程；后者：闭口系、理想气体、可逆过程。 5. 夏天，自行车在被太阳晒得很热的马路上行驶时，为什么容易引起轮胎爆破? 轮胎内气体压力为P=VMR,TVMRrr 为常数，当 T升高时 P随之升高，容易引起爆破。 6. 不可逆过程熵的变化如何计算? 可以选择相同初、终状态间可逆过程熵的变化来计算。 7. 准平衡过程与可逆过程有何共同处?有何区别 ?有何联系 ? 它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行， 由无限接近平衡状态的 状态组成的过程。它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在， 可逆过程不会产生任何能量的损耗。一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有 摩擦的准平衡过程就是可逆过程。 8. 理想气体状态方程有哪些常见形式?方程中的常数项与物性是否有关? 1kg 气体:pv=RrT mkg 气体:pV=mRrT 1mol 气体：pVm=RT nmol 气体： pV=nRT Rr 是气体常数与物性有关，R 是摩尔气体常数与物性无关。 9. 干饱和蒸汽与湿饱和蒸汽的状态参数各有何特点? 干饱和蒸汽： x=1,p=ps t=ts v=v,h=h s=s 湿饱和蒸汽： 0x1,p=ps t=ts vvv, h hh, s ss 10. 何谓汽流在喷管中的临界状态?何谓临界压力比 ?理想气体的临界压力比与哪 些因素有关 ? 流速为当地音速 (Ma=1)时的状态称为流体的临界状态。 流体临界状态的压力 ( 临界压力 ) 与其滞止压力的比值，称为临界压力比。 理想气体的临界压力比只与气体的物性有关( 或比热比 k 有关) 1. 闭口系统从温度为300K的热源中取热 500kJ，系统熵增加 20kJK，问这一 过程能否实现，为什么？ 1、答：能实现对于可逆过程的熵有：qdsT，则系统从热源取热时的可能达到的最小熵增为：5001.67/300kJdskJkK，20/1.67/skJkkJk， 因此该过程是可以实现的。六、计算题 (第 1、2 题每小题 6 分，第 3、4 题每小题 8 分，共 28分) 1.m=1.5kg 空气按可逆定温过程由初态T1=328K,P1=0.25106Pa 变化到终态 P2=0.15106Pa ，空气的 Rr=0.287KJ/(kg k) ，试求此定温过程的Q 、W 、U、 H 。Q=mRrTln21 PP=1.50.287 328lnKJ1.721015.01025.066W=mRrTln21 PP=Q=72.1KJ U=mCv(T2 T1)=0 H=mCp(T2 T1)=0 2. 某燃气轮机排气 1.20kg/s ， 温度为 T1=576K,定压排入温度 T0=283K的环境； 设排气的Cp=1.021KJ/(kg k) 。试求每小时燃气轮机的排气热量中的有效能和 无效能。 每小时排气的放热量Qp: Qp=mCp(T0 T1)=36001.2 1.021 (283576)=1292341KJ/h 此热量中的有效能Qa: 图 2 Qa=TTlnT)TT(mCdT)TT1(mCQ)TT1(m0 010p0TTp0TT0101=36001.2 1.021(283576)283ln576283 =405345.2KJ/h 此热量中的无效能Qu: Qu=Qp Qa= 1292341( 405345.2)= 886995.8KJ/h 3. 一容积为 0.2m3 的储气罐，内装氮气，其初压力p1=0.5MPa ，温度 t1=37。若 对氮气加热，其压力、温度都升高。储气罐上装有压力控制阀， 当压力超过 0.8MPa 时，阀门便自动打开，放走部分氮气，即罐中维持最大压力为0.8MPa ，问当储 气罐中氮气温度为287时，对罐内氮气共加入多少热量？设氮气比热容为定值。 (218.0kJ) 二、计算题（共70 分）1、 一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为200kPa、 温度 20，喷嘴内径为0.002m 时，射出水流温度20，压力100kPa，流速 1000m/s，已知在200kPa、20时，30.001002m /kgv，假定可近似认为水的比体积不变，求水泵功率。（10 分）2、某太阳能供暖的房屋用5 8 0.3m 的大块混凝土板作为蓄热材料，该混