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1、(完整word版)工程热力学期末复习题答案汇总.docx江苏科技大学（工程热力学）练习题参考答案第一单元一、判定正误并讲明理由：1.给理想气体加热，其热力学能总是增加的。错。理想气体的热力学能是温度的单值函数，假如理想气体是定温吸热，那么其热力学能不变。1.测量容器中气体压力的压力表读数发生变化一定是气体热力状态发生了变化。错。压力表读数等于容器中气体的压力加上大气压力。所以压力表读数发生变化能够是气体的发生了变化，可以以是大气压力发生了变化。2.在开口系统中，当进、出口截面状态参数不变时，而单位时间内流入与流出的质量相等，单位时间内交换的热量与功量不变，则该系统处在平衡状态。错。系统处在稳定
2、状态，而平衡状态要求在没有外界影响的前提下，系统在长时间内不发生任何变化。3.热力系统经过任意可逆经过后，终态B的比容为vB大于初态A的比容vA，外界一定获得了技术功。错。外界获得的技术功能够是正，、零或负。4.在朗肯循环基础上实行再热，能够提高循环热效率。错。在郎肯循环基础上实行再热的主要好处是能够提高乏汽的干度，假如中间压力选的过低，会使热效率降低。6水蒸汽的定温经过中，参加的热量等于膨胀功。错。由于水蒸汽的热力学能不是温度的单值函数，所以水蒸汽的定温经过中，参加的热量并不是全部用与膨胀做功，还使水蒸汽的热力学能增加。7余隙容积是必需的但又是有害的，设计压气机的时候应尽可能降低余隙比。对。
3、余隙容积的存在降低了容积效率，避免了活塞和气门缸头的碰撞，保证了设备正常运转，设计压气机的时候应尽可能降低余容比。8内燃机定容加热理想循环热效率比混合加热理想循环热效率高。错。在循环增压比一样吸热量一样的情况下，定容加热理想循环热效率比混合加热理想循环热效率高；但是在循环最高压力和最高温度一样时，定容加热理想循环热效率比混合加热理想循环热效率低。9不可逆经过工质的熵总是增加的，而可逆经过工质的熵总是不变的。错。熵是状态参数，工质熵的变化量仅与初始和终了状态相关，而与经过可逆不可逆无关。10已知湿空气的压力和温度，就能够确定其状态。错。湿空气是干空气与水蒸汽的混合物，据状态公理，确定湿空气的状态
4、需要三个状态参数。二、简答题：1.热力学第二定律可否表示为：机械能能完全转换为热能，而热能不能全部转换为机械能。不能够。机械能能够无条件地转化为热能，热能在一定条件下可以能全部转化为机械能。2.试画出蒸汽压缩制冷简单循环的T-s图，并指出各热力经过以及与经过相对应的设备名称。蒸汽压缩制冷简单循环的T-s图.1-2为定熵压缩经过，在压缩机中进行；2-3为定压冷凝经过，在冷凝器中进行；3-4是节流降压经过，在节流阀中进行；4-1为定压蒸发经过，在蒸发器中进行。T2341s3.用蒸汽作循环工质，其放热经过为定温经过，而我们又常讲定温吸热和定温放热最为有利，可是为什么蒸汽动力循环反较柴油机循环的热效率
5、低？q2T2t11考察蒸汽动力循环和柴油机循环的热效率时，根据热效率的定义q1T1知道，热效率的大小与平均吸热温度和平均放热温度有关。平均吸热温度越高，热效率越高。蒸汽动力循环由于遭到工质和材料的限制，其平均吸热温度是600左右；而柴油机循环的平均吸热温度是1300左右，所以蒸汽动力循环反较柴油机循环的热效率低。4.压气机按定温压缩时气体对外放出热量，而按绝热压缩时不向外放热，为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济？压气机定温压缩与绝热压缩时所需要外界提供的功不一样，而需要外界提供的功等于压缩过程的技术功，定温压缩的技术功比绝热压缩的技术功小，所以定温压缩反较绝热压缩更为经济。如p-v图所示的压缩
6、经过，能够看出p定温压缩的技术功是P1-1-2T-p2-p1的面积，2T2sP2绝热压缩的技术功是P1-1-2s-p2-p1的面积。显然定温压缩的技术功比绝热压缩的技术功小。三.计算题：1.1kg氧气置于图所示的气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无摩擦。初始时氧气压力为0.5Mpa、温度为27。假如气缸长度为2L，活塞质量为10kg，试计算铲除销钉后，活塞可能到达的最大速度。氧气的比热容cp0.918kJ/(kgK)，k=1.395，Rg0.260kJ/(kgK)p=0.5Mpat=27p0=0.1Mpat0=27l销钉2l解：取气缸内的氧气为研究对象。根据热力学第一定律QUW知道，参加系统
7、的热量一部分用于增加系统的热力学能，一部分用于对外做功。根据题意：活塞假如要到达最大速度，那么氧气膨胀经过中吸入的热量全部用于对外做功，所以氧气的热力学能不发生变化。由于氧气能够看作理想气体，而理想气体的热力学能是温度的单值函数，所以氧气膨胀经过为可逆定温膨胀经过。设环境温度为T0，环境压力为P0，氧气的质量为m，活塞的质量为M，活塞最大速度为Vmax。氧气初始状态的压力为P1，温度为T1，容积为V1，氧气膨胀后的容积为V2，膨胀经过的膨胀功为W。1MVmax2WP0V2WRgT1lnV1P1V1mRgT1VV2V1V2V22V1所以有：WRgT1ln2P0VRgT1/P1代入数据：12RgT
8、1ln2P0RgT1260(273.1527)(ln20.2)38484.7210Vmaxp1V2.空气等熵流经一缩放喷管，进口截面上的压力和温度分别是0.58Mpa、440K，出口截面上的压力p20.14MPa。已知喷管进口截面面积为-322.610m，空气的质量流量为1.5kg/s，试求喷管喉部面积及出口截面的面积和出口流速。空气的比热容cp1.005kJ/(kgK)，k=1.4，Rg0.287kJ/(kgK)解：根据题意知道，进口参数为p10.58MPa，T1440K。出口截面上的压力p20.14MPa。喷管进口截面A1面积2.610-3m2，空气的质量流量Q为1.5kg/s。qA1cf
9、,1cf,1125.61(m/s)v1v1RgT12874400.2177(m3/kg)p10.58106T0c2f,1T1447.9K2cpkp0p1(T0)k10.617MpaT1pcr2kc()k10.528p0k1pcr0.528p00.5280.6170.32579(MPa)T0(pcrk11.41Tcr)k447.9(0.528)1.4373.2(K)p0vcrRgTcr287373.20.32876(m3/kg)pcr0.32579106cf,crkRgTcr1.4287373.2387.2(m/s)喷管喉部面积AminQvcr1.50.328671.273103(m2)cf,c
10、r387.2p2k10.14T2T0)k440()p0.581.411.4293.18(K)v2RgT2287293.180.60103(m3/kg)p20.14106出口流速cf,22cp(T0T2)21005(447.9293.18)557.7(m/s)A2Qv21.50.601031.61671032)出口截面的面积cf,2557.7(m3.汽油机定容加热理想循环进气参数为t127C,p10.09MPa，若循环压缩比16，定容增压比1.6。假设工质是空气，比热可取定值，cp1.005kJ/(kgK)，Rg=287J/(kgK)，(1)画出循环p-v图及T-s图；(2)求循环的最高温度和最
11、高压力；(3)计算循环的放热量、循环净功及循环的热效率。解：1pT3324421100vsV116V2v1V10.957(m3)v10.9573m1v20.0598(m)kg16kgp2p1(v1)kp1k0.09161.44.365(MPa)v2p3p3p21.64.3656.984(MPa)(2)p2v3v20.0598(m3kg)T2p2v24.3651060.0598909.5(K)Rg287T3p3v36.9841060.05981455.2(K)Rg287T3、p3为循环的最高温度和压力(3)v4v10.957(m3)kgp4(v3)kp4(v3)kp3(v2)kp301.44(M
12、Pa)p3v4v4v1T4p4v40.1441060.957480.17(K)Rg287q1CV(T3T2)0.718(1455.2909.5)391.8(kJ/kg)q2CV(T4T1)0.718(480.17300)129.36(kJ/kg)q20.6698t1q14.两个质量为m的比热容为定值的一样物体，处于同一温度T，将两物体作为制冷机的冷、热源，使热从一物体传出并交给另一物体，其结果是一个物体温度升高，一个物体温度降低。证实当被冷却物体温度降到T0T0T时所需最小功2Wminmc(TT02T)T0证实：要使得整个系统完成这一经过所需功量最小，则必须有一可逆制冷机在此工作，保证所构成的
13、孤立系统有Si,s所以有Si,smclnT0mclnTt0得到TtT2TT式中Tt为另一物体在过T0程终了所具有的温度。由于过程中冷源传出热量Q2mc(TT0)热源吸收热量Q1mc(TtT)所以有WminQ1Q2mc(TtT)mc(TT0)mc(TtT02T)T2T02T)mc(第二单元一、判定正误并讲明理由：1、稳定流动热力系必为平衡热力系;错。稳定状态的系统内部虽有确定的状态参数，但其是靠外界的影响来维持的。2、技术功是流体的宏观动能，宏观位能及所作出的轴功三者之和定义的;对。技术功包括宏观动能，宏观位能及所作出的轴功。3、物质经历一个定温变化经过以后，其热力学能变化位零;错。对任意一非理
14、想气体来讲，其热力学能都是內未能内位能与内动能之和，而温度仅是内动能的表征。4、使系统熵增加的经过一定是不可逆经过;错。经过的熵变包括熵产和熵流两部分，经过可逆与否主要看熵产是大于还是等于零。假如某一经过的熵增加，该经过能够是在熵产等于等于零的情况下，熵流大于零。因而这句话不正确。5、在初压不变时，背压愈低，气体通过拉阀尔喷管出口截面上流速和流量都愈大;错。对缩放喷管来讲，当背压降到临界压力时，气体流速到达音速。若背压继续降低，气体流量保持不变。6、1kg空气能够由p1=0.1MPa，t1=25被绝热压缩到p2=0.5MPa，t2=250;对。由scplnT2Rlnp21.004ln27325
15、00.287ln0.50.1030T1p1273250.17、在增压比一样的情况下，有余隙与无余隙的压气机在压缩1kg气体时耗功必一样;对。在增压比一样的情况下，有余隙与无余隙的压气机在压缩1kg气体时所耗循环净功相等。8、物质的气化潜热随着饱和温度的提高而增大;错。物质的气化潜热随着饱和温度的提高而减小。9、逆卡诺循环的冷、热温差越大，则该循环的制冷系数越高;错。由于温差加大耗功也随之增大，所以讲制冷系数不一定提高。10、当把一定量的气体从一样的初态压缩到一样的终态时，则可逆定温压缩经过最为省功.对。从p-v图中技术功的大小能够看出。二、简答题：1.如下图，理想气体有两个任意经过ab及ac，
16、b、c在同一条绝热线上，试问uab与uac哪个大？若b、c在同一条等温线上，结果又怎样？pbacb、c在同一条绝热线上，uab大于uac若b、c在同一条等温线上，uab等于uac2、在T-s图上有两个定压线p1,p2，试比拟p1,p2的大小。TP1P2sP2小于p1。假设有一定熵经过1-2，能够看出T1大于T2，所以系统做出技术功。3、当工质为定值比热容的空气时，试问可逆定压经过中参加的热量有百分之多少转变成膨胀功？由热力学第一定律第二表达式qdh，可逆定压过程中加入的热量vdpqdhcpdt。由热力学第一定律第一表达式qduw，膨胀功wqdu。将qdhwqducpdtcvdtcvcpdt代入
17、膨胀功的表达式，得到qcpdt1qcp三.计算题：1.如下图，已知气缸内空气p1=2105Pa，弹簧刚度k=40kN/m，活塞直径D=0.4m，活塞重可忽略不计，而且活塞与缸壁间无摩擦。大气压力p2=5510Pa。求该经过弹簧的位移及气Q体作的膨胀功。图3.4.解：以弹簧为系统，其受力=kL，弹簧的初始长度为L11p1p0Akk (21)10540.4240=0.314m103弹簧位移L(12)/kp1p0A/k (52)10540.4240=0.942m103气体作的膨胀功原则上可利用可用功计算，但此时p与V的函数关系不便确定，显然，气体所作的膨胀功W应该等于压缩弹簧作的功W1加克制大气阻力
18、作的功W2，因而若能求出W1与W2，则W也就能够确定。2L21k(L22L12)W1dLkLdL1L12140(0.3140.942)20.3142229.58kJW2p0AL11050.420.942118401411.84kJW=W1+W2=29.58+11.84=41.42k2.压气机空气由P1=100kPa，T1=400K，定温压缩到终态P2=1000kPa，经过中实际消耗功比可逆定温压缩消耗轴功多25%。求：压缩每kg气体的总熵变。解：取压气机为控制体。按可逆定温压缩消耗轴功：WSORTlnv2RTlnP10.287400ln100264.3kJ/kgv1P21000实际消耗轴功：W
19、S1.25264.3330.4kJ/kg由开口系统能量方程，忽略动能、位能变化：WSh1qh2由于理想气体定温经过：h1=h2故：qWS330.4kJ/kg孤立系统熵增：SisoSsysSsur稳态稳流：Ssys0SSSqP1qsur2Rln1T0P2T00.287ln100330.40.44kJ/kgk10003003.由不变气体源来的压力p11.5MPa，温度T127oC的空气，流经一喷管进入压力保持在pb0.6MPa的某装置中，若流过喷管的流量为3kg/s，来流速度可忽略不计，试设计该喷管？解;求滞止参数因cf10，所以初始状态即可以为是滞止状态，则p0p1,T0T127273300K选
20、型Pb0.6MPa0.4cr0.528p01.5MPa所以，为了使气体在喷管内实现完全膨胀，需选宿放喷管，则p2pb0.6MPa。求临界截面及出口截面参数状态参数及流速pcrrcrp00.5281.5MPa0.792MPapcr(k1)/k0.4/1.4Tcr300K0.792MPa250.0KT01.5MPap0vcrRgTcr287J/(kgK)250.0K0.09059m3/kgpcr0.792106Pacf,crkRgTcr1.4287J/(kgK)250.0K316.9m/s或cf,cr2cp(T0Tcr)p2pb0.6MPap2(k1)/k0.4/1.4T20.6MPa230.9K
21、T0300Kp01.5MPav2RgT2287J/(kgK)230.0K0.1104m3/kgp20.6106Pacf22cp(T0T2)21004J/(kgK)(300230.9)K求临界截面和出口截面面积及渐扩段长度qmvcr3kg/s0.09059m3/kgAcr316.9m/scf,cr8.576104m28.576cm2qmv23kg/s0.1104m3/kgA2372.6m/scf28.889104m28.889cm2取顶锥角10oCld2dmin4A2/4Amin/2tan/22tan/248.889104m2/3.1448.576104m2/3.142tan50.343102m
22、0.343cm4、内燃机混合加热循环的pV及TS图如下图所示.已知p197kPta28oC,V10.084m2,压缩比15，循环最高压力p36.2MPa，循环,1最高温度t41320oC，工质视为空气。试计算：循环各状态点的压力，温度和容积。解各状态点的基本状态参数点1：p197kPa，t128oC，V10.084m3点2：V2V10.084m30.0056m315kp2p1V197kPa151.44298kPaV2k1T2T1V1301K151.41889.2KV2点3：p36.2MPa，V3V20.0056m3T3T2p3889.2K6.2106Pa1282.17Kp2103Pa4.298点4：T4(1320273)K1593K，p4p36.2MPaV4T431593K3V30.0056m0.006955m