工程热力学试题一

工程热力学试题(1)

工程热力学试题(1)

一、是非判断题，判断以下说法是否正确，并简述其理由。（共30分，每小题3分）

1、系统的平衡状态是指系统在无外界影响的条件下，宏观热力性质不随时间变化的状态。 2、容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会改变。 3、孤立系统的熵与能量都是守恒的。

4、已知湿蒸汽的压力和温度就可以确定其状态。

5、过冷度越大，蒸汽压缩式制冷循环的制冷系数越小。 6、热源与冷源的温差越大，热效率就越高，制冷系数也越大。 7、水在大气中喷淋冷却时，温度能降低到低于空气的温度。 8、空气的相对湿度越大，其含湿量越高。

9、流体在流道中作定熵流动时，各截面的滞止参数都相同。 10、气体被压缩时一定会放热。 二、简答题（共25分。每小题5分） 1、理想气体与实际气体的区别是什么？

2、湿空气的干球温度、湿球温度及露点温度三者之间的大小如何？

3、制冷循环的经济性指标是什么？热泵循环的经济性指标又是什么？对同一台热泵装置而言，两者之间的关系如何？

4、减缩喷管入口压力不变，当其被压降低时，喷管出口截面的流速及喷管流量是如何变化的？并解释这种规律变化的原因。

5、简述膨胀功、技术功、轴功和流动功的意义并写出他们各自的基本计算式。 三、计算题（共45分）

1、有若干空气在气缸活塞组成的容积中被压缩，空气的初态P1=2bar、t1=11.5C、V1=0.14m3,活塞缓慢移动到将空气压缩到P2=6bar.已知压缩过程中空气的体积按如下规律变化：V=0.16-0.01P（式中V---m3,p---bar）求：（1）空气的质量；（2）空气的做功量；（3）压缩终了的空气温度；（4）空气的吸热量。（已知空气的气体常数为R=287J/（kg*k））(11分) 2、若室外温度为-10oC，为保持室内温度为25oC，需每小时向室内供热3x104kJ，求（1）采用电热器供热时，耗电功率是多少？（2）采用可逆热泵供热，供给热泵的电功率最少是多少？（11分）

oo

3、有一台NH3压缩制冷装置，冷库温度为-10C，冷凝温度为20C。制冷能力为100KW，假设压缩机进口为湿饱和蒸汽，压缩机出口为干饱和蒸汽，试求制冷系数和压缩机功率并将其循环表示在T-S图上）。

已知NH3物性参数

toC P (Mpa) H’ (J/kg) H’’ (J/kg) S’ (kJ/kg*k) S’’ (KJ/kg*k) -20 0.1920 -10 0.2909 10 20 0.6150 0.8572 327.28 372.75 465.20 512.38 1655.71 1669.15 1691.26 1699.55 3.8171 4.0164 4.3530 4.5155 o0

9.0895 8.9438 8.6838 8.5658 oo

4、某物料烘干装置中，在加热器前空气状态为t1=25C，φ=62／o，加热后空气温度t2=50C,

o

然后热空气进入烘箱烘干物料，烘箱出口温度t3=30C,空气压力始终为1bar不变，求：1kg干空气再烘干箱中吸收了多少水分？（2）湿物料每蒸发水分需加热器提供给空气多少热量？同时需要提供多少干空气？（12分）(04级考过) 附：饱和水蒸气性质 t (oC) 25 30 40 50 P (bar) 0.03171 0.04241 0.07375 0.1234 工程热力学试题(1)

工程热力学试题(1)答案 一、是非判断题。

（1）正确 根据平衡状态的定义可得。 （2）错误 表压力是容器内工质压力与当时当地大气压力的差值，当大气压力变化时会引起表压力的变化。

（3）错误 孤立系统的熵不一定守恒。

（4）错误 状态是由湿蒸汽的压力、温度、成分等决定。

（5）错误 过冷度越大，蒸汽压缩机制冷循环的制冷系数就越大。 （6）错误 热源和冷源的温差越大，热效率越高，制冷系数越小。 （7）正确 水在大气中喷淋冷却温度能降到湿球温度，低于大气温度。

（8）错误 不一定，相对湿度是湿蒸汽与饱和湿空气接近的程度，而含湿量则是单位质量干空气中水蒸汽的含量。

（9）正确 根据稳定流动能量方程，各截面上的滞止参数都相同。 （10）错误 如在闭口系统中，决定吸放热的还有热力学能的变化。 二、简答题

（1）理想气体是不考虑气体分子间的作用力以及分子本身所占体积的气体模型，严格的说它是一种假象的气体。实际气体则是实际存在的。前者遵循理想气体方程式等规律，后者不遵循这种规律。当实际气体的压力趋近于零时，实际气体就趋向于理想气体。

（2）对于未饱和空气，干球温度最大，露点温度最小，对于饱和空气，三者相等。

（3）制冷循环经济性指标是制冷系数ε1=q2/w。热泵循环的经济性指标是供热系数， ε2=q2/w。=(w。+q2)/w。=1+q2/w=1+ε1。

（4）当背压降低时，减缩喷管出口速度会增大，直到增加到临界速度时不再增大，喷管流

量随背压的下降而增加，直到最大流量后，喷管的流量不再增加。出口速度达到临界速度后不再增加，是因为在减缩喷管中，流速不可能超过当地声速。 （5）由于气体体积（比容）的变化而做的功就是膨胀功，在可逆过程（准静态过程）中，

膨胀功的计算式为w=∫12pdv；在稳流稳态过程中，气体在工程上可利用的功称为技

术功。技术工有三部分组成：wt=△(1+2c2)+△(gz)在可逆工程的功（传递的功）。当系

2

统和外界无热交换时，轴功的计算式为ws=-△h=h1-h2.通常情况下，△(2c)及△（gz）比ws要小得多，故可得ws=wt,理论上轴功可以按ws=wt=∫12-vdp来计算。流动功则是气体伴随流入和流出机器时所传递的功量。其计算式为：W1=P2V2-P1V1。 三、计算题

1、

（1）空气的质量m=p1v1/RT=2*105*0.14/287*(115+273)=0.251kg

(2)W=∫12pdv=∫12p(-0.01dp)=--1/2*0.01(p22-p12)=--1/2*0.01*(62-22)*105=--16*103=---16J (3)P2V2/T2=P1V1/T1,且V2=0.16-0.01*6=0.1m3

T2=p2/p1*v2/v2*T1=6/2*0.1/0.14*(273+115)=831.4K=558.4OC

(4)气体吸热量：Q=△U+W=mCv(T2-T1)+W=0.25*0.717*(558.4-115)+(-16)=63.85KJ 2、

（1）采用电热器所需功率P=Q/t=3*104/3600=8.33kw （2）采用可逆热泵供热，则供热系数

ε3、

2c=T1/(T1-T2)=(25+273)/(25-(-10))=8.514 W=Q1/ε2c=3*104/3600/8.514=0.978KW

又ε2c=Q1/W,

工程热力学试题(1)

h3=h4=512.38kJ/kg , h2=1699.55KJ/kg

o

由s1=s2 , t1=-10C ,

得X1=(s1-s2’)/(s1’’-s1’)=(8.5658-4.0164)/(8.9438-4.0164)=0.923 h1=h1’+x(h1’’-h1’)=1569.70kJ/kg , ε1=q2/w 。=(h1-h4)/(h2-h1)=8.143

压气机功率 wo=Q2/ε1=100/8.143=12.28KW 4、

1-2加热过程含湿量不变

所以d2=d1=622*0.03167*0.62/(1-0.62*0.03167)=12.46g/kg(d,a) H2=1.01t2+d2*10-3*(2501+1.85t2)=82.82kJ/kg(d,a)

2-3为等焓过程（近似）所以H3=H2=82.82 kJ/kg(d,a) （1）1kg干空气在烘热箱中吸收的水分为d3-d2,

其中d3=(H3-1.01t3)/(2501+1.85t3)*10=(82.82-1.01*30)/25.1+1.85*30)=20.54 g/kg(d,a) 所以 d3-d2=20.54-12.46=8.08 g/kg(d,a)

(2)H1=1.01t1+d1*10-3*(2501+1.85t1)=56.99 kJ/kg(d,a)

吸收1kg水分所需干空气质量为1000/8.08=123.8 kg(d,a)/kgh2o

所需加热量Q=123.8*（H2-H1）=123.8*（82.82-56.99）=3196.8 kJ/ kgh2o

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