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1、工程热力学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500C的热源向热机工质放出500 kJ的热量，设环境温度为30C，试问这部分热量的火用（yong）值（最大可用能）为多少？答： 303.95kJ3. 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
2、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B隔板A自由膨胀4. 刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，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变。（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态
3、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力，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(说明得到的收益相同)，温差愈大，需耗费更多的外界有用功量，制冷系数下降。（3分
4、）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，故热熵流将大于不可逆过程。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Du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）1. 试在所给参数坐标图上定性地画出理想气体过点1的下述过程，分别指出该过程的过程
5、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Ts图上理想气体任意可逆过程12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12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，热量为面积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 的状态下稳定地以3
6、40 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 。压气机的散热量为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：N28 kg0.1 MPa17 N22 kg0.07MPa672. 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
7、装有8 kg氮气，压力为0.1 MPa，温度为17，。A和B的壁面均为透热壁面，它们之间用管道和阀门相连，见附图。现打开阀门，氮气由B流向A。氮气可视为理想气体，已知气体常数Rg,N2 = 297 J/(kgK)，过程中的平均定容比热容cv = 0.742 kJ/( kgK)，若压力平衡时容器中气体温度为t2 = 40，试求：平衡时终压力P2；吸热量Q ；气体的熵变。（18分）解：容器A和B的容积分别为（4分）取A+B中的气体为系统（CM），m = mA + mB = 2 +8 =10 kgV = VA + VB = 2.8851 + 6.8904 = 9.7755 m3（2分）终态时的气体压力（2分）按题给，系统不对外作功，有（5分）原在A中的氮气熵变（2分）原在B中的氮气熵变（2分）全部氮气的熵变（1分）3. 将100 kg 温度为30 的水与200 kg温度为80 的水在绝热容器中混合，假定容器内壁与水之间也是绝热的，且水的比热容为定值，取，环境温度为17 。求混合过程导致的可用能损失？（16分）解：以绝热熔器内水为研究对象，由其能量方程可得可得水的混合过程的熵变为由于绝热混合过程的做功能力的损失为 6辅导工具a