工程热力学试题参考答案及评分标准

工程热力学（机械2005级）试题参考答案 2007 -- 2008 学年 上 学期 时间120分钟 工程热力学 课程 32 学时 2 学分 考试形式： 开 卷 专业年级： 机械05级 总分100分，占总评成绩 70 %

一、 填空（每空2分，总计20分）

1、基本热力学状态参数有：（压力）、（温度 ）、（体积）。 2、理想气体的热力学能是温度的（单值）函数。

3、热力平衡的充要条件是：（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零）。 4、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（熵产）。 5、卡诺循环由（两个可逆定温和两个可逆绝热）热力学过程组成。 6、熵增原理指出了热力过程进行的（方向）、（限度）、（条件）。

二、 简答题（20分）

1、（5分）如图1，某种理想气体有两任意过程a-b和a-c，已知b，c在同一可逆绝热线上，试问：Δuab和Δuac哪个大？

解：（方法一）

过b、c分别作等温线，因为Tb?Tc，故ub?uc

即?uab?ub?ua??uac?uc?ua （方法二）考虑过程b-c

图1

q??u?w?uc?ub?w

q?0vc?vbw?0

ub?uc，?uab??uac

方法二

方法一

2、（5分）某理想气体经历4个过程，如图2所示。 图2

（1）将各过程画在p-v图上，并说明作图过程； （2）指出过程加热或放热，膨胀或压缩。 解： 因为：q??u?w

1-3：1?n1?3?k，且T3?T1及S30,q<0 所以w<0 缩边放热

1-2：k?n1?2??且T2

?n?1?w??21pdv??RgT1?n?1?1???p2?n?Rg??p????T1?T2??1???n?1

所以有w>0 边膨胀边放热 1-4： 0?n1?4???且T4?T1及S4?S1

?u>0,q> 0 w?Rgn?1?T1?T4?>0 边膨胀边吸热

1-5：1?n1?5?k且T5S1

?u<0,q>0,w>0 边膨胀边吸热边降温

边压

3、（6分）某循环在700K的热源及400K的冷源之间工作，如图3所示。

（1）用克劳修斯积分不等式判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆? 分）

（2）用卡诺定理判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆? （3分）

解：

图3 Wnet?Q1?Q2Q1?Wnet?Q 2?10000kJ?4000kJ?14000kJ方法1：

设为热机循环

?δQT?Q1?Q2T?14000kJ?4000kJ?10kJ/K?0 不可能 rTr1r2700K400K设为制冷循环：

?δQQT??1?Q2??14000kJ?4000kJ??10kJ/K rTr1Tr2700K400K符合克氏不等式，所以是不可逆制冷循环 方法2：

3（设为热机循环

?C?1?TL400K?1??0.4286 Th700K?t?Wnet10000kJ??0.7126 Q114000kJ?t??C不可能

设为制冷循环

?c?Tc400K??1.33 T0?Tc700K?400K ??Q24000kJ??0.4 wnet10000kJ???c?可能但不可逆，所以是不可逆制冷循环 4、（4分）请问一下几种说法正确吗？为什么？ （1）熵增大的过程必为不可逆过程；

答：不正确。熵增大的过程不一定为不可逆过程，因为熵增大包括熵流和熵产两部分，如果熵流大于0，而熵产为0的可逆过程，上仍然是增大的。 （2）熵产Sg?0的过程必为不可逆过程。

答：正确。熵产是由于热力过程中的不可逆因素导致的，因此当熵产Sg?0，则此过程必定为不可逆过程。 三、计算题：（60分）

1、（15分）如图4所示，气缸内充以空气，活塞及负载205kg，缸壁充分导热，活塞的初始高度为10cm，活塞的横截面积为100cm2，气缸内的空气初始温度为27℃，初始压力为771mmmHg。若取走90kg负载，待平衡后，求： （1）活塞上升的高度；（7分）

（2）气体在过程中作的功，已知?u?KJ/Kg?0.68?T?K。（8分）

解：缸内气体为热力系-闭口系。突然取走90kg负载，气体失去平衡，振荡后最终建立新的平衡。虽不计摩擦，但由于非准静态，故过程不可逆。但可以应用第一定律解析式。由于缸壁充分导热，所以缸内的气体在热力变化过程中的温度是不变的。

图4