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命题：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）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/越大专业班级 学 姓 …………………………………………………………………装订线……………………………………………………………………………………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 D①④9、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C12、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） 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）1、证明绝热过程方程式证明：据能量方程：（1分） 由于pv T R，得分得分（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1T吸取热量1Q ，全部变为有用的功W '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W '去驱动另一部制冷机，它在低温热源吸取热量2Q ，在高温热源放2Q +W '。
（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2Q ，在高温热源放出2Q ，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）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： Q U W =∆+ （2分）又不考虑摩擦，故有21Q U Pdv =∆+⎰（2分） 所以2112208Pdv Q U kW =-∆=-=-⎰（2分）因为 0P > 所以 0dV <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) 21021() 1.005(900300)603/p p q h h h c T T kJ kg=∆=-=-=⨯-=201900ln1005ln 1.1041/()300p T S c kJ kg K T ∆==⨯=•（5分）(2)21223344321200212121211223344ln ()()()()2340.067910.16580.067880.9705(900300)(900300)(900300)(900300)234582.324.447638.797210.9966634.55/()T p p T a T a aq c a T T T T T T T T T kJ kg K ==-+-+-+-⎰=⨯-+-+---=++-=•21022333220121212113226933ln()()()239000.16580.9755ln 0.06791(900300)10(900300)1030020.0678810(900300)31.066200.040760.596880.01588391.1508/()p T Tc a T aS dT a a T T T T T T TT kJ kg K ---∆==+-+-+-⎰=⨯+⨯-⨯+⨯-⨯-⨯⨯-=++-=•（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 ， C 0.5208/()po kJ kg k =，0.2081/()R kJ kg k =（20分）图解： 1 2 定温吸热膨胀过程：211111ln1.50.20811200ln676.25/0.1T T tT p q W W RT p kJ kg ====⨯⨯=（3分）2 3 定压放热过程32032()0.5208(300200)468.72/p p q h h c T T kJ kg=-=-=⨯-=-Ts11200T =2300T K=tp W =3232()()0.2081(300200)187.29/p W p V V R T T kJ kg=-=-=⨯-=-（3分）3 4 等温放热压缩过程3222,24ln0.10.2081300ln169.06/0.5T T t T p q W W RT p kJ kg ====⨯⨯=-（3分）4 1 定压吸热过程14014()0.5208(1200300)468.72/p p q h h C T T kJ kg =-=-=⨯-=tp W =1214()()0.2081(1200300)187.29/p W p V V R T T kJ kg =-=-=⨯-=（3分）回热卡诺循环热效率11676.25468.72169.06468.72676.250.7575%oc oc tcc c w q q q η'''==''--+===01676.25468.72468.72169.06676.25468.720.443044.3%tcq q η+--'==+==144114410140144101441011()()11()()110.5208(3001200)()3001200p p p p p p p S S S S q q q q T T T T C T T C T T T T C T T T T ∆=∆+∆+∆-=++=-=---=--=⨯-⨯-孤热源冷源热机1.1718/()S kJ kg k ∆=孤（8分）（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。