工程热力学试题(2009)

2009 -- 2010 学年 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、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（     ）。

2、将热能转化为机械能的循环叫（ ）；将热量从低温热源传给高温热源的循环叫（ ）。

3、热力平衡的充要条件是：（                                    ）。

4、热力系的储存能包括（      ）、（    ）、（     ）。

5、由热力系与外界发生（    ）交换而引起的熵变化称为熵流。

6、设有一可逆卡诺热机工作于600℃和30℃热源之间，则该热机的效率为（    ）。

7、根据稳定流动能量方程，风机、水泵的能量方程可简化为（         ）。

二、简答题（20分）

图1

1、（4分）如图1所示容器为刚性绝热容器，将容器分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体（系统）是否做功？为什么？从初态变化到终态，其过程是否可在p-v图上表示？热力学能的变化量是多少？

图2

2、（5分）某理想气体经历4个过程，如图2所示。

（1）将各过程画在p-v图上，并说明作图过程；

（2）指出过程加热或放热，膨胀或压缩，升温或降温。

3、（5分）利用孤立系统熵增原理证明下述循环发动机是不可能制成的: 它从167℃的热源吸热1000kJ向7℃的冷源放热568kJ，输出循环净功432kJ。

4、（6分）请解释以下几种说法是否正确？为什么？

（1）（2分）气体有两个的参数，u(或h)可以表示为p和v的函数，即u =fu (p, v)。但又曾得出结论，理想气体的热力学能、焓只取决于温度。因此，这两点矛盾。

（2）（2分）不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。

（3）（2分）熵增大的过程必为吸热过程；定熵过程必为可逆绝热过程。

图3

三、计算题：（60分）

1、（10分）如图3所示，1kg氧气置于图示的气缸内，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℃。若气缸长度为6l，活塞质量为10kg，试计算拔除销钉后，活塞可能达到的最大速度（假设该气体满足理想气体状态方程）。

图4

2、（10分）如图4所示储气罐，已知罐中原有的空气质量m1，比热力学能为u1，压力为p1，温度为T1。充气后，储气罐内气体质量为m2，比热力学能u2，忽略动能差与位能差，且容器为刚性绝热。试导出比热力学能u2与比焓h的关系式 。

图5

3、（15分）一绝热刚体气缸（图5），被一导热的无摩擦活塞分成两部分。最初活塞被固定在某一位置上，气缸的一侧储有压力为0.2MPa、温度为300K的0.01m3的空气，另一侧储有同容积、同温度的空气，其压力为0.1MPa。去除销钉，放松活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。设空气的比热容为定值，假设该气体满足理想气体状态方程。

试计算：

1）平衡时的温度为多少？

2）平衡时的压力为多少？

3）两侧空气的熵变值及整个气体的熵变值是多少？

4、（15分）1000kg氮气从初态、℃经定容过程至终温℃，试求该热力过程的膨胀功、技术功、热力学变化量、焓变化量和过程热量（和）。（假设该气体满足理想气体状态方程）

5、（10分）将0.8 kg温度为1000℃的碳钢放入盛有6 kg温度为18℃的水的绝热容器中，最后达到热平衡。试求此过程中不可逆引起的熵变。碳钢和水的比热容分别为和。