工程热力学2018试卷B试卷标准答案.pdf
. . 浙江科技学院 2017- 2018 学年第 1 学期 B 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 2018 年 1 月 9 日 机械与汽车工程学院 2016 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： 一、是非题（每小题 2 分，共 20分） 1. 任何没有体积变化的过程就一定不对外做功。（错误） 2. 气体膨胀时一定对外做功， 气体压缩时一定消耗外功。（错误） 3. 进行任何热力分析都要选取热力系统。 （正确） 4. 水蒸气在等压汽化过程中温度不变。 （正确） 5. 稳定状态不一定是平衡状态。 （正确） 6. 热力学第二定律可以表述为“机械能可以全部变为热能，而热能 不可能全部变为机械能” 。 （错） 7. 理想气体定温膨胀过程中吸收的热量可以全部转换为功。（正确） 8. 若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆 途径的S必大于可逆过程途径的S。 （错误） 9. 内燃机理论循环中压缩比愈大，其理论效率越高。（正确） 10. “循环功越大，则热效率越高” ； “可逆循环热效率都相等” ； “不 可逆循环效率一定小于可逆循环效率” 。 （错误） 二、选择题（每小题 2 分，共 20分） 得分 专 业 班 级 学 号 姓 名 装 订 线 浙江科技学院考试试卷 第页 共页 1 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 2 由封闭表面包围的质量恒定的物质集合或空间的一部分称为（ C ） A 封闭系统 B 孤立系统 C 热力学系统 D 闭口系统 3 与外界只发生功的交换的热力系统，不可能是（ C ） A 封闭系统 B 绝热系统 C 开口系统 D B+C 4 关于状态变化过程 ( C ) 非静态过程在压容图上无法用一条连续曲线表示；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；内外平衡是可逆过程的充分和必要条件；只有无 摩擦的准静态过程才是可逆过程。 A 对 B 对 C 对 D 对 5 在 T-s 图上，某熵增加的理想气体可逆过程线下的面积表示该过程中系 统所( A )。 A 吸收的热量 B对外作的功量 C 放出的热量 D 消耗的外界功 量 6 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( D ) A耗散效应 B有限温差下的热传递 C 自由膨胀 D A+B+C 7 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 8 在 P_V图上，某比容增加的理想气体可逆过程线下左侧的面积表示该过 程中系统所 ( C ) A作的膨胀功的大小B 消耗外界功的答案小 C 作的技术工的大小D 得分 浙江科技学院考试试卷 第页 共页 消耗的热量 9 下列说法中 ( D )不对 理想气体经过绝热节流后，温度不变，熵值也不变；不论进 行何种热力过程，理想气体的比热不可能小于零；任何系统的不可逆过 程，其熵值一定增加；功不是状态参数，内能与流动功之和也不是状态 参数 A B C D 10 对于一定质量的理想气体，不可能发生的过程是( D ) A 气体放热，压强增大 B 气体放热，温度不变 C 定温放热，压强增大 D 定温压缩，气体吸热 三、简答题。 （每小题 6 分，共 12 分） 1. 既然压缩过程需要消耗功， 为什么内燃机或燃气轮机装置在燃 烧过程前要有压缩过程？ 答：对于内燃机或燃气轮机，都是靠高温高压的气体工质推动活 塞或叶轮机械来对外做功的（即膨胀降压过程）。为了连续地输出有用功， 就必须连续地产生高温高压的气体工质，因此在燃烧过程前要进行压缩过 程，主要目的是提高气体工质的压力，同时工质温度也有所提高。 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。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。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。 四 证明题： （13分） 得分 浙江科技学院考试试卷 第页 共页 微元准静态过程的膨胀功为 wpdv ，证明 w不是全微分？ 证明： w 不是全微分，证明如下： 对于函数 z 如果要满足全微分，必要条件为： dzMdxNdy yx MM yx 而 wpdv 只能表示为一个变量的微分关系，不能满足充要条件，故不是 全微分。 或者： wpdvTdsdu 1 1 1 0 ss ss s Tu uT uv vT v p T 而 ( 1) 0 u s ，所以 w不是全微分。 五 计算题（其中第 1 道 15 分，第 2 道 20 分，共 35 分） 1. 空气在气缸中由初状态T1=300 K、p1=0.15 MPa进行如下过 程： (1) 定压吸热膨胀，温度升高到480 K； (2) 先定温膨胀，然后再在定容下使压力增到 0.15 MPa ，温度升高 到 480 K 。 试将上述两种过程画在压容图和温熵图中；利用空气的热力性质表计 算这两种过程中的膨胀功、热量，以及热力学能和熵的变化，并对计算结 果略加讨论。 得分 得分 浙江科技学院考试试卷 第页 共页 解 ： (1)、(2) 要求的两个过程在P-V图和 T-S图中表示如图a、b所示。 (1) 空气按理想气体处理，查附表5得： 1 300TK 时， 1 300.19/hkJkg ， 1 214.07/ukJkg， 0 1 1.70203/() T SkJkgK 1 480TK 时， 2 482.4/hkJkg ， 2 344.70/ukJkg ， 0 2 2.17760/() T SkJkgK 所以对1 2定压吸热膨胀过程有 2 21211 ()()0.2871 (480300)51.678/ p WPdVP VVR TTkJ kg 21 482.49300.19182.30/ p qhhhkJkg 21 344.70214.07130.63/ p uuukJkg 2121 0000 2 1 ln2.177601.702030.4756/() pTTTT P sssRsskJkgK P (2) 对11 2即先定温膨胀，然后再定容压缩过程有 对 1 1定温膨胀过程： ' 12 11 lnln TT VV WqRTRT VV 32 2 2 287.1480 0.91872/ 0.15106 RT Vmkg P 31 1 1 287.1900 0.5742/ 0.15 106 RT Vmkg P 所以 0.91872 0.2871300ln40.48/ 0.5742 T WkJ kg 0 T u ' 1 1 ' 001112 '' 1111 lnlnlnln 0.91872 0.2871ln()0.13494/() 0.5742 TT T PPVV sssRRRR PPVV kJkgK 对 1 2定容压缩过程： Wv = 0 21 344.70914.07130.63/ v quuukJkg 浙江科技学院考试试卷 第页 共页 图 a 图 b 因为 1 2 是定容过程，所以 '1 12 2 T PP T 因而 21 002 ' 1 0.15 ln2.177601.702030.2871ln 300 0.15 400 0.34063/() vTT P sssR P kJkgK 或 2121 ' 2 1 000012 ' 1 1 00 lnln 2.177601.702030.134940.34063/() vTTTT TT T PV sssRssR VP ssskJkgK 所以对整个 11 2过程来说有： , 40.4851.67592.158/ T vTv WWWkJkg（第二项是 0，结果： 40。 48） , 40.48130.63171.11/ T vTv qqqkJkg , 0130.63130.63/ T vTv uuukJkg , 0.134940.340630.4756/() T vTv ssskJkgK 现将 (1) 、(2) 计算结果列表如下： W q u s W q 1 (p) 51.678 182.30 130.63 0.4756 0.2835 2 (T-V) 40.48 171.11 130.63 0.4756 0.2366 讨论： A）(1) 、(2) 两个过程的状态参数的变化量是相等的：如u、s与具 体过程无关，而只与始终两状态有关，进一步表明状态参数的特 浙江科技学院考试试卷 第页 共页 性。 B） (1) 、(2) 两个过程的传热量 q和作功量 W 是不同的，说明 q、W 与具 体过程有关：定压过程的吸热量和作功量都比先定温后定容过程要多。 2 有一闭口系，从状态 1经过a变化到状态 2（图） ；又从状态 2经过b回到 状态1；再从状态 1经过c变化到状态 2。在这三个过程中，热量和功的某些 值已知（如下表中所列数值） ，某些值未知（表中空白） 。试确定这些未知 值。 解 ：关键在于确定过程 1 2 的热力学 能变化，再根据热力学能变化的绝对值不随 过程而变，对三个过程而言是相同的，所不 同的只是符号有正、负之差，进而则逐过程所缺值可求。 根据闭口系能量方程的积分形式： QUW 2b1： 7( 4)3UQWkJ 1a2： 1037WQUkJ 1c2： 3811QUWkJ 将所得各值填入上表空中即可 此题可以看出几点： (1) 不同热力过程，闭口系的热量 Q 和功 W 是不同的，说明热量与功是 与过程有关的物理量。 (2) 热力学能是不随过程变化的，只与热力状态有关。 过程热量Q / kJ 膨胀功 W / kJ 1-a-2 10 （7） 2-b-1 7 4 1-c-2 （11）8 1 2 a c b x y 浙江科技学院考试试卷 第页 共页
