同济大学2001年硕士生入学考试试题-816工程热力学

纶亚

一、选择题（共15题，每题2分，共30分）
1、均质等截面杆两端的温度由分别维持t1、t2的两热源保持t1、t2不变，取此杆为系统，则系统处于（）

A. 平衡状态，因其各截面温度不随时间而改变；

B. 非平衡状态，因其各截面温度不等；

C. 平衡状态，因其各截面温度不随时间而改变，且流入系统的热量等于流出系统的热量；

D. 非平衡状态，因其处于重力场中。

2、某理想气体自状态1经历一可逆多变过程到达状态2，其温度下降，熵增大，则气体（）

A. 压力升高、比容增大，对外作正功；

B. 压力降低、比容增大，对外作正功；

C. 压力升高、比容减小，对外作负功；

D. 压力降低、比容减小，对外作负功。

3、实际气体的压缩因子Z定义为Pv/(RT)，其值（）

（A）>I；（B）<I；（C）=I；（D）不同气体在不同条件下可大于、等于、小于1

4、工质不可逆稳态稳流经某控制容积，则此控制容积内（）

（A）储能不变，熵增大；（B）储能不变，熵不变；

（C）储能增大，熵增大；（D）储能增大，熵不变。

5、理想气体的比热是（）

A. 常数；

B. 随气体种类不同而异，但对某种理想气体而言，比热为常数；

C. 随气体种类不同而异，但对某种理想气体某种过程而言，比热为常数；

D. 随气体种类不同而异，但对某种理想气体某种过程而言，比热是温度的函数。

6、迈耶公式cp-cv=R（）

（A）仅适用于理想气体，定比热；（B）适用于任意气体，但要求定比热；

（C）适用于理想气体，是否定比热不限；（D）适用于任意气体。

7\容积为1m3的容器中充满氮气（R=0.297kJ/(kg·K)），其温度为20℃，表压力为1000mmHg，为确定其质量，下列四种计算中哪个正确？（pb=1atm）（）

A. m=pV/(RT)=1000×1/(0.297×20)

B.
m=pV/(RT)=1000×1/(0.297×293.15)

C.
m=pV/(RT)=((1000/760)×101325×1)/(0.297×293.15)

D. m=pV/(RT)=(((1000/760)+1)×101325×1)/(0.297×293.15)

8、有位发明家声称他发明了一种机器，当这台机器完成一个循环时，吸收了100kJ的功，同时向单一热源排出了100kJ的热，这台机器（）

A. 违反了第一定律；

B. 违反了第二定律；

C. 违反了第一定律和第二定律；

D. 既不违反第一定律也不违法第二定律。

9、对于任何一个过程，第二定律要求体系的熵变为（）

(A) 正数或零；（B）零；（C）负数或零；（D）正数或零或负数，但不能说定是哪一种。

10、卡诺定理指出（）

A. 相同温限内一切可逆循环的热效率相等；

B. 相同温限内可逆循环的热效率必大于不可逆循环的热效率；

C. 相同温度的两个恒温热源间工作的一切可逆循环的热效率相等；

D. 相同温度的两个恒温热源间工作的一切循环的热效率相等。

11、经不等温传热后（）

A. 热量的可用能和废热均减少；

B. 热量的可用能减少，废热增大；

C. 热量的可用能不变，废热增大；

D. 热量的可用能不变，废热减小。

12、闭口系工质经历可逆变化过程，系统对外作功20kJ，与外界换热-20kJ，则系统熵变（）

(A) 增加；（B）减少；（C）不变；（D）不能确定。

13、已知氢气的最大转回温度为-80℃，则压力为10MPa，温度为60℃的氢气绝热节流后温度（）

(A) 升高；（B）降低；（C）不变；（D）（A）（B）（C）都有可能。

14、压力p1=1MPa，温度T1=473K的空气流可逆绝热流经缩放喷管，已知喷管喉管截面上温度Tc=394K，出口截面上温度T2=245K，则喷管各截面上最大流速Cmax为（）

A. Cmax=
=313m/s

B. Cmax=
=399m/s

C. Cmax=
=974m/s

D. Cmax=
=677m/s

15、某绝热蒸汽轮机相对内效率
=0.91，蒸汽在该汽轮机内膨胀过程中（）

(A) 熵不变；（B）熵增大；（C）熵减小；（D）熵如何变化不定。

二、简答题（共5题，每题4分，共20分）
1.刚性容器内湿空气冲入干空气，若平衡后温度不变，问容器内湿空气的相对湿度φ、含湿量d和水蒸气的分压力pv如何变化，为什么？

2.锅炉汽包里的高压热水进入低压容器后会发生什么现象？为什么？

3.试问：状态方程为p(v-b)=RT的气体，当b为正值时，经绝热节流后温度是否降低？为什么？

4.有人提出一循环1-3-2-1：1-3是可逆定温吸热过程、3-2是可逆绝热过程、2-1为不可逆绝热过程，如图所示，其中1、2、3分别为三个平衡状态，试问此循环能否实现，为什么？

5.举例说明孤立系统熵增与系统内过程进行方向的联系。

三、计算证明题（共5题，共50分）
1、余容比为0.04的压气机空气进口温度为17℃，压力为0.1MPa，每分钟吸入空气5m3，经不可逆绝热压缩后其温度为207℃，压力为0.4MPa。若室内温度为17℃，大气压力为0.1MPa，求（1）此压气机容积效率；（2）压气机压缩过程的绝热效率；（3）压气机实际耗功率；（4）压缩过程的作功能力损失。设空气比热容为定值，cp=1.004kJ/kg·K，R=0.287kJ/kg·K。（10分）  

2、某蒸汽循环按基本朗肯循环运行，自过热器来的新蒸汽p1=17MPa，t1=550℃，节流到p2=6MPa，送入汽轮机膨胀机作功，然后排入维持在5kPa的冷凝器。忽略水泵功，求（1）若汽轮机相对内效率
=0.9，每kg蒸汽在汽轮机内作功；（2）循环热效率；（3）若不节流，蒸汽直接进入汽轮机，汽轮机相对内效率
=0.9，循环热效率；（4）由于节流及蒸汽在汽轮机内不可逆膨胀而造成的作功能力损失。（T0=290K）（10分）

已知：P=17MPa,t=550℃,h=3426.8kJ/kg,v=0.0199213m3/kg,s=6.4416kJ/kg·K

      
P=6MPa,h=3426.8kJ/kg,s=6.8853kJ/kg·K

  
P=5kPa,ts=32.9℃,h'=137.72kJ/kg,h"=2560.55kJ/kg,s'=0.4761kJ/kg·K,s"=8.3930kJ/kg·K

3、某种气体服从p(v-b)=RT，式中b为常数，若其比热cv为定值，试证明内能U只是温度的函数。（8分）

4、某应急辅助发电装置主要由高压容器、调压阀及汽轮机和发电机构成，压力容器中储有p1=13.8MPa，t1=21℃的氮气，工作时由于调压阀的作用，进入汽轮机的氮气压力维持在p2=0.7MPa，氮气在汽轮机内作绝热膨胀，从汽轮机排出得氮气进入大气。若要求发电机在1小时内保持输出功率为75w，求容器的最小容积。假设容器内温度保持与环境温度一致，容器内压力为0.7MPa时，汽轮机停止工作。已知氮气R=297J/kg·K,cp=1038J/kg·K,p0=0.1MPa,t0=21℃（10分）

5、用mq=360kg/h，tq1=500℃,pq1=0.1MPa的废气资源定压加热ts1=27℃,ps1=0.1MPa,流量ms=360kg/h的未饱和水，若废气的终温为37℃，过程中废气压降可忽略不计，求（1）水的终态温度ts2；（2）废气放出热量的可用能；（3）以废气为系统求过程的熵流和熵产；（4）传热过程的不可逆作功能力损失（环境温度为27℃）。已知：水p=0.1MPa,t=27℃时，h1=84kJ/kg,s1=0.3944kJ/(kg·K)；p=0.1MPa时，h'=417.51kJ/kg,h"=2675.7kJ/kg。废气可看作理想气体，比热取定值，R=287J/(kg·K),cp=1.01kJ/(kg·K)（12分）