工程热力学试题参考答案及评分标准.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。 工程热力学( 机械 级) 试题参考答案 - 年 上 学期时间 120分钟工程热力学 课程 32 学时 2 学分 考试形式: 开 卷专业年级: 机械 07级 总分 100分, 占总评成绩 70 %注: 此页不作答题纸, 请将答案写在答题纸上一、 填空( 每空 2分, 总计 20分) 1、 孤立系统2、 正向循环 逆向循环3、 系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零4、 热力学能 宏观动能 重力位能5、 热量6、 65.29%7、 ws= h1h2或 wt=h1h2二、 简答题( 20分) 1、 ( 4分) 1分解: 该过程气体( 系统) 不做功。从初态变化到终态为非准静态平衡过程, 无法在 p-v图上表示该热力过程。 1分2分因此热力学能的变化量等于零。2、 ( 5分) 解: 因为: q = u + w1-3: 1 n13 T1及S30, q0 因此w0 边压缩边放热1分1-2: k n12 且T2T1及S2S1, 则 u0, q0 边膨胀边放热1-4: 0 n14 且T4 T1及S4 S1Rgn1u0, q0 w =(T1 T4)0 边膨胀边吸热 1-5: 1 n15 k且T5S1u0, w0边膨胀边吸热边降温1分1分3、 ( 5分) 证明: 取热机、 热源、 冷源组成闭口绝热系1000kJs热源 = (273.15+167)K = 2.272kJ/K568kJs冷源=(273.15 + 7) = 2.027kJ/Ks热机 = 0siso = 2.272kJ/K + 2.027kJ/K = 0.245kJ/K 05分因此该热机是不可能制成的。4、 ( 6分) ( 1) ( 2分) 答: 不矛盾。1分实际气体有两个独立的参数。理想气体忽略分子间的作用力, 因此只取决于温度。1分1分1分( 2) ( 2分) 答: 不正确。注意同等的条件。( 3) ( 2分) 答: 不正确。1分熵增大的过程不一定为吸热过程, 因为熵增大包括熵流和熵产两部分, 只有熵流大于 0, 才是吸热过程; 只有熵流等于 0的可逆过程, 才是可逆绝热过程。1分三、 计算题: ( 60分) 1、 ( 10分) 解: 由于可逆过程对外界作功最大, 故按可逆定温膨胀计算。由活塞的运动规律可知, 当活塞两侧的压力差为零时, 活塞的速度达到最大值。3分此时, 氧气的压力为 0.1MPa, 由理想气体状态方程可得活塞移动的距离为 5l。 查附表可知, 氧气的气体常数 Rg为 260J/(kg.k)2分3分1分1分因此, 拔除销钉后, 活塞可能达到的最大速度为 112 m/s.2、 ( 10分) 解: 取气罐为系统, 则该系统为一开口系统。考虑一股流体流流入罐内, 无流出。1分Q = 0; Wi = 0, 忽略动能差和位能差 dECV = minhdU =minh3分4分Q = dECV m h+ 1 cfm2 u2 m1u1 = minh m2 m h+ gz +Wi= ( )2in2积分1u = (m2 ) +m h m1u1m22分123、 ( 15分) 解: 查附表知空气的气体常数为 Rg=0.287kJ/(kgK), 1) 取整个气缸为闭口系, 因为气缸绝热, 因此 Q=0; 又因为活塞导热而无摩擦, W=0, 1分且平衡时 A、 B两侧温度相等, 即 TA2=TB2=T2。由闭口系能量方程得: U = U A + U B = 0即: m AcV (T2 TA1 )+ mBcV (T2 TB1 ) = 02分1分因为, TA1=TB1=T1=300K, 于是终态平衡时, 两侧的温度均为: T1=T2=300K2) 取整个气缸为闭口系, 当终态平衡时, 两侧压力相等, 设为 p2, 则: 1分3分1分(mA + mB)RgT2RgT2)VA1 +VB1= ( pA1VA1 + pB1VB1p2 =V2R Tg1R Tg 1T2T1(VA1 +VB1)= (pA1VA1 + pB1VB1)= 0.15MPap2 = pA1VA1ln pA1 = 1.918J / K3) S A = m ARg ln pA12分2分TA1p2p2 = pB1VB1 ln pB1SB = mBRg ln pB1= 1.352J / Kp2TB1整个气缸绝热系的熵变: S = S A + SB = 0.566J / K2分 4、 ( 15分) 解: 查附表知氮气的气体常数为 Rg=0.297kJ/(kgK), 摩尔质量为 28g/mol。1分v2 = v1 = RgT1= 0.297103 (35+ 273) = 0.457m3/kg1分1分1分1分1分p10.2 106T2 = 0.2 (180+ 273) = 0.294MPap2 = p1 T(35+ 273)1CVm = 5 R = 5 8.3145J/(molK) = 20.786J/(molK)2CVmM220.786J/(molK) = 742J/(kgK)=28 10cV =-3kg/molCpm = 7 R = 7 8.3145J/(molK) = 29.101J/(molK)22Cpm29.101J/(molK) =1039J/(kgK)cp =1分M28 10 kg/mol-31分气体膨胀功: w = 0技术功: wt = v1(p1 p2) = 0.457(0.2 0.294)101分6103= 42.9kJ/kg比焓变化量: h = cp(t2 t1) =1.039(18035) =150.66kJ/kg=qp2分2分比热力学能变化量: u c T 0.742 180 35 107.59kJ/kg = qV = =V( ) =焓变化量: H12 = mh =1000kg150.66kJ/kg=150660kJ=Qp热力学能变化量: U12 = mu =1000kg107.59kJ/kg=107590kJ=QV1分1分5、 ( 10分) 解: Qc = mccc(tc tm)Qw = mwcw(tm tw)2分2分Qc = Qwmccc(tc tm) = mwcw(tm tw)代入数据解得: tm = 32.48Tm Q=TmmwcwdT = mwcw ln Tm = 64.187ln 32.48+ 273=1.23kJ/K2分Sw =Sc =TTTw18+ 273TwTwQm mcccdT = mccc ln Tm = 0.80.47ln 32.48+ 273 = 0.54kJ/K 2分TmT=TcTTTc1000+ 273TcSg = Sw + Sc =1.23 0.54 = 0.69kJ/K2分