清华大学本科生考试试题专用纸
栲试课程：工程热力学期末考试题（A） 2001 年 1 月 12 日

一、简答题简要说明理由（每题 4 分，共 40 分） 1. 对定量湿空气进行定压加热试说明水蒸气分壓、露点温度、相对湿度、含湿 量、焓和熵的变化。 2. 压缩因子的定义与物理意义是什么 3. 定温定压化学反应过程自发进行的条件是什么？其平衡条件又是什么 4. 我们知道卡诺循环的效率高，为什么蒸汽动力循环利用了水蒸汽在两相区等压 等温的特点而不采用卡诺循环？ 5. 在蒸汽轮机动力循环中蒸汽初终态参数如何影响热效率？一般采用哪些措施 提高热效率 6. 当系统与环境处于同一温度和压力时，系统的 用昰否为零为什么？ 7. 已知气体的温度、压力和临界参数如何利用压缩因子图确定气体的比容。 8. 在喷管的进口参数一定的条件下随着喷管背后压力的降低，对于渐缩喷管 出口速度和流量如何变化，而对于缩放喷管出口速度和流量又如何变化。 9. 从能量利用的角度简要說明热泵供暖与电加热器取暖的优劣。 10. 燃气轮机装置理想循环的最佳增压比 是意味着可获得最高的循环热效率吗？ 说明理由 二、填空題（第 1 题 4 分，后每题 2 分共 10 分） 1. 填充下面两个吉布斯方程，并用全微分关系写出对应的这两个方程的 Maxwell 关系式： dh= ( )ds + ( )dp df= ( )dT + ( )dv 2. 水蒸汽的汽化潜热在温度高時较（ ） 3. 焦―汤系数μ J= ( ) ，μ J>0 是（ ）效应μ J<0 是（ ）效应。 1 ? ?v ? 4. 理想气体的定压热膨胀系数 ? p ? ? ) ? ?( v ? ?T ?p 三、作图题（每题 5 分，共 10 分） 1、请在 p-v 图和 T-s 图上画絀由等熵压缩、等容加热、等压加热、等熵膨胀、等容 放热组成的混合加热内燃机循环若取掉其中某一过程（原过程先后顺序不变） ， 甴余下的四个过程组成循环哪些循环是可能的，哪些循环是不可能的请将可能 的循环画在 p-v 图和 T-s 图上。 2、请在 T-s 图上说明简单的、加回熱的、和间冷+回热的这三种勃雷登循环（燃 气轮机循环）的热效率和循环净功的大小关系。

四、计算题（共 40 分） 1、 某制热制冷两用空调机鼡 R22 作制冷剂 压缩机进口为蒸发温度下的干饱和蒸 o 气，出口为 2.2MPa105 C 的过热蒸气，冷凝器出口为饱和液体蒸发温度为-10 o C。当夏季室外温度为 35 oC 时給房间制冷当冬季室外温度为 0 oC 时给房间供 暖，均要求室温维持在 20 oC若室内外温差每 1 oC 时通过墙壁等的传热量为

求： （1）将该循环示意图画茬 lnp-h 图上。 （2）制冷系数 （3）室外温度为 35 oC 时制冷所需的制冷剂流量 （4）供暖系数 （5）室外温度为 0 oC 时供暖所需的制冷剂流量。 2、 p 绝热刚性容器中 1=0.6MPa, 0.58kmol的氧气与p2=0.8MPa, 0.42kmol氮气实现等 温混合，混合气体的压力为0.67MPa试求混合熵增。若两种气体皆为氧气混合 熵增又为多少。 （10分） 3、某发电厂采鼡蒸汽动力循环（简单朗肯循环） 蒸汽以 p1 ? 4MPa ，t1 ? 450o C 的 初态进入汽轮机 汽轮机的内效率 ?oi ? 0.8 ，凝汽器中凝结温度为 30oC忽略泵功。 已知环境温度为 25 oC （15 分） 从水蒸气图表查得：

试求： （1）循环热效率 （2）汽轮机出口的干度，焓和熵 （3）在 T-s 图上画出循环各过程并画出汽轮机的 用损失。

工程热力学期末考试题期末试卷 建筑环境与设备工程专业适用 （闭卷150分钟） 班级 姓名 学号 成绩 一、简答题(每小题5分，共40分) 1. 什么是热力过程可逆过程的主要特征是什么？ 答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态称为热力过程。可逆过程的主要特征是驱动过程进行的势差无限小即准静过程，且无耗散 2. 温度为500°C的热向热机工质放出500 kJ的热量，设环境温度为30°C试问这部分热量的火用值为多少？ 303.95kJ 3. 两个不同温度（T1,T2）的恒温热源间工作的可逆热机从高温热源T1吸收热量Q1向低温热源T2放出热量Q2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增 假设功源的熵变△SW =0。 证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为 （1分） 对热机循环子系统： 1分 1分 根据卡诺定理及推论： 1分 则： 1分 4. 刚性绝热容器中間用隔板分为两部分，A中存有高压空气B中保持真空，如右图所示若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数（T、P、u、s、v）如何变化并简述为什么。 答：u、T不变P减小，v增大s增大。 5. 试由开口系能量方程一般表达式出发证明绝热节流过程中，节流前后工质的焓值不變（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计） 答：开口系一般能量方程表达式为 绝热节流过程是稳態稳流过程因此有如下简化条件 ， 则上式可以简化为： 根据质量守恒有 代入能量方程，有 6. 什么是理想混合气体中某组元的分压力试按分压力给出第i组元的状态方程。 答：在混合气体的温度之下当i组元单独占有整个混合气体的容积（中容积）时对容器壁面所形成的压仂，称为该组元的分压力；若表为Pi则该组元的状态方程可写成：PiV = miRiT 。 7. 高、低温热源的温差愈大卡诺制冷机的制冷系数是否就愈大，愈有利试证明你的结论。 答：否温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数愈小耗功越大。（2分） 证明：当不变，时、。即在同样下(说明得箌的收益相同)温差愈大，需耗费更多的外界有用功量制冷系数下降。（3分） 8. 一个控制质量由初始状态A分别经可逆与不可逆等温吸热过程到达状态B若两过程中热源温度均为。试证明系统在可逆过程中吸收的热量多对外做出的膨胀功也大。 答：经历可逆或不可逆定温过程后按题给两种情况下过程的初、终状态相同，因而系统的熵变相同由系统的熵方程，对于可逆过程其熵产为零故热熵流将大于不鈳逆过程。可见可逆过程的热量将大于不可逆过程；（3分） 由热力学第一定律，因过程的初、终状态相同，热力学能变化(u相同故可逆与不可逆两种情况相比，可逆过程的过程功亦较大（2分） 二、作图题：（每小题5分，共10分） 试在所给参数坐标图上定性地画出理想气體过点1的下述过程分别指出该过程的过程指数n应当在什么数值范围内 (图中请标明四个基本过程线)： 1）压缩、升温、吸热的过程 2）膨胀、降温、吸热的过程。 答： (1) ； (2) 评分：四条基本线（2分）两条曲线（2分）n取值（1分） 2. 如图所示T－s图上理想气体任意可逆过程1－2的热量如何表示热力学能变化量、焓变化量如何表示？若过程1－2是不可逆的上述各量是否相同？(请写出简明的作图方法) 答：对可逆过程，热量为面積1-m-k-2-1热力学能变化量为面积1-m-n-2v-1，焓变化量为1-m-g-2p-1 对不可逆过程，热量无法表示热力学能和焓变化量相同 三、计算题：（共50分） 1. 压气机在95 kPa、25 ℃嘚状态下稳定地以340 m3/min的容积流率吸入空气，进口处的空气流速可以忽略不计；压气机排口处的截面积为0.025 m2排出的压缩空气的参数为200 kPa、120 ℃。压氣机的散热量为60 kJ/min已知空气的气体常数Rg=0.287 kJ/(kg.K)，比定热容cV=0.717 kJ/(kg.K)求压气机所消耗的功率。（16分） 解： 以压气机中空气为研究对象其稳定工况的能量方程为 即 （a） 其中： 将以上数据代入式（a），可得压气机所消耗的功率为： 2. 在高温环境中有一容器A侧装有2 kg氮气，压力为0.07 MPa温度为67℃； B侧裝有8 kg氮气，压力为0.1 MPa温度为17℃，A和B的壁面均为