工程热力学2019试卷A1 试卷标准答案

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浙江科技学院

2018- 2019 学年第 1 学期 A1 试卷标准答案

考试科目   工程热力学   考试方式 闭  完成时限 120分钟     

拟题人 许友生  审核人      批准人         2019 年1 月 21 日

 机械与能源工程 学院 2017年级 能源与环境系统工程专业

题序

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

总分

加分人

复核人

得分

签名

命题：

得分

一、是非题（每小题1分，共10分）

1、孤立系统的熵与能量都是守恒的。                      （ 错 ）

2、实际气体在压力趋于零的极限状态就成为理想气体。      （ 对 ）

3、容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。  （ 错 ）

4、在T—S图上，任意二条可逆绝热过程线不能相交。    （ 对 ）

5、再热循环的主要目的是提高汽轮机尾部排汽干度。        （ 对 ）                                     

6、一热力循环的热效率都可用η= 1－q2/q1 = 1－T2/T1  计之。（ 错 ）

7、孤立系统达到平衡时总熵达极大值。                   （ 对 ）                                                              8、一桶具有环境温度的河水与一杯沸水，前者的可用能大于后者。（ 错 ）

9、凡符合热力学第一定律的过程就一定能实现。             （ 错 ）

10、卡诺循环的热效率仅取决于其热和冷源的温度，而与工质的性质无（ 对 ）

二、选择题（每小题2分，共30分）

得分

1、蒸汽压缩制冷系统是(  C  )

    A  绝热系统  B 孤立系统  C封闭系统  D 开口系统

2、当理想气体的密度不变而压力升高时，其比容(  C  )

    A 增大  B 减少  C 不变  D不一定 

3、当系统从热源吸收一定数量的热量时，工质绝对温度----，则系统熵的变化---- 热量转变为功的  程度----- (  A  )

    A 越高/越小/越大   B 越高/越大/越大   C 越低/越小/越小  D 越低/越小/越大  

4、强度量与系统的质量-----，-----可加性 (  B  ) 

     A 有关/不具有   B 无关/不具有   C 有关/具有   D 无关/具有  

5、下列(  B  )不是状态参数

     A 热效率        B内能             C表压力        D质量    

6、下列参数与热力过程有关的是(  B  )

     A  温度             B 热量          C 压力              D比容

7、绝对压力p，表压力Pg，真空度Pv与大气压力Pa之间的关系（以鼓风机为例） 

(  A  )

      ①入口处P=Pa-Pv;②出口处P=Pa+Pg；③入口处P=Pa-Pg；④出口处P=Pa+Pv

      A①、②对        B ③、④对      C ①、④对        D ②、③对

8、不考虑化学反应和电磁效应的热力系统，过程的不可逆因素是(  A  )

    ①耗散效应 ②不同 工质的混合③热传递④膨胀

       A①②        B②③        C③④        D①④

9、关于状态变化过程(  C  )

    ①非静态过程在压容图上无法用一条连续曲线表示；

②系统进行了一个过程后，如能使系统沿着与原过程相反的方向恢复初态，则这样的过程称为可逆过程；

③内外平衡是可逆过程的充分和必要条件；  

④只有无摩擦的准静态过程才是可逆过程。

    A ①④对   B ②③对    C ①③④对    D ②对

10、在温熵图上，准静态过程----用一条连续曲线表示，非准静态过程----用一条连续                    曲线表示。(  B  )

     A 可以/可以   B 可以/不可以    C 不可以/可以     D 不可以/不可以指出下列各对概念之间主要的区别 (每题2分，共10分)

11、关于共和热量的本质区别，正确的是(  C  )

    A 热量是系统与外界发生能量传递时系统内能变化的度量，而功是由于外界重物的升降而产生的系统与外界的相互作用，它不是内能变化的度量

    B 热量是系统的状态参数，功是系统状态变化所经历的途径的函数

    C 功是规则运动的能量传递方式，压力差是做功的驱动力，热量是不规则热运动的能量传递方式，温度差事热量传递的驱动力

    D A和C

12、如循环的目的是从低温热源吸热，则该循环是(  A  )

     A 制冷循环      B 热机循环     C 正循环     D 热泵循环

13、从逆卡诺循环可以看出，同时提高蒸发温度和冷凝温度可以( D  )制冷系数

     A 降低    B   提高     C  不改变     D  无法确定

14、卡诺循环包括(  C  )过程

     A  定容加热，定容放热，绝热膨胀，绝热压缩

     B  定温加热，定温放热，绝热膨胀，绝热压缩

     C  可逆定温加热，可逆定温放热，可逆绝热膨胀，可逆绝热压缩

     D  可逆定压加热，可逆定压放热，可逆绝热膨胀，可逆绝热压缩

15、气体在喷管中流动，当其音速大于当地音速时，应采用(  D  )喷管

     A 缩放形   B 放缩形    C 收缩性     D 扩张形

三、简答题（每道5分，共10分）

得分

1、平衡态与稳定态的联系与差别。不受外界影响的系统稳定态是否是平衡态？

答：平衡态和稳定态具有相同的外在表现，即系统状态参数不随时间变化；两者的差别在于平衡态的本质是不平衡势差为零，而稳定态允许不平衡势差的存在，如稳定导热（2分）。可见，平衡必稳定；反之，稳定未必平衡。（1分）

根据平衡态的定义，不受外界影响的系统，其稳定态就是平衡态。（1分）

在不受外界影响（重力场除外）的条件下，如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统所处的状态称为平衡状态。（1分）

2、理想气体定温膨胀过程中吸收的热量可以全部转换为功，这是否违反热力学第二定律？为什么？

答：理想气体定温膨胀过程中吸收的热量可以全部转换为功，这个过程不违反热力学第二定律。（2分）

因为在上述过程中，气体的体积变大，也就是说这个热量全部转换为功的过程引起了其它变化，所以不违反热力学第二定律。（1分）

同时，理想气体定温膨胀过程仅仅是一个单独的过程，而不是一个循环，这就意味着这个过程不能连续不断地将热量全部转换为功，因此从这个角度来讲上述过程也不违反热力学第二定律。（2分）

四、证明题：（每道10分，共10分,二选一道做）

得分

1、证明绝热过程方程式

证明：据能量方程：

（1分）

由于

，

（1分）

代入上式得

（2分）

即

或                

（2分）

整理得出            

 

                     

（4分）

上式即为绝热过程方程式。

2、如果开氏表述不成立，则克氏表述也不成立。

证明：用反证法

热机从高温热源吸取热量，全部变为有用的功而不产生其他影响。（3分）

这样我们就可以用这部热机输出的功去驱动另一部制冷机，它在低温热源吸取热量，在高温热源放+。（3分）

于是两部热机联合起来总的效果等于一步热机，它从低温热源吸取，在高温热源放出，此外没有其它变化。（3分）

这是违反克劳斯修表述的。

以上我们从正反两方面证明了克氏和开氏的表述是等价的。（1分）

五、计算题（其中第1道10分，第2道10分，第3道20分，共40分）

得分

1、气体在某一过程中吸入热量 12 kJ，同时热力学能增加 20 kJ。问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外所作的功是多少（不考虑摩擦）？（10分）

[解]  ：   由闭口系能量方程：  

 

（2分）

又不考虑摩擦，故有                 

 

（2分）

所以

（2分）

因为                      

所以                      

因此，这一过程是压缩过程，外界需消耗功8 kW。

（4分）

2、空气从 300 K定压加热到 900 K。试按理想气体计算每千克空气吸收的热量及熵的变化：

    (1) 按定比热容计算；

    (2) 利用比定压热容经验公式计算；

（10分）

[解] ：(1)  

（5分）

(2)        

（5分）

3、在以氩气为工质，在温度为 1 200 K和 300 K的两个恒温热源之间进行回热卡诺循环(图4-20)。已知 p1 = p4 = 1.5 MPa；p2 = p3 = 0.1 MPa ，试计算各过程的功、热量及循环的热效率。如果不采用回热器，过程4→1由热源供热，过程2→3向冷源排热。这时循环的热效率为若干?由于不等温传热而引起的整个孤立系（包括热源、冷源和热机）的熵增为若干（按定比热容理想气体计算）? 提示Ar，

，（20分）

图

解： 1    2 定温吸热膨胀过程：

（3分）

2    3 定压放热过程

（3分）

3    4 等温放热压缩过程

（3分）

4    1 定压吸热过程

（3分）

回热卡诺循环热效率

 

（8分）