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2018年福州大学化学学院825工程热力学考研强化五套模拟题.pdf

2018年福州大学化学学院825工程热力学考研强化五套模拟题

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2018-05-10 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《2018年福州大学化学学院825工程热力学考研强化五套模拟题pdf》,可适用于考试题库领域

与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页目录年福州大学化学学院工程热力学考研强化五套模拟题(一)年福州大学化学学院工程热力学考研强化五套模拟题(二)年福州大学化学学院工程热力学考研强化五套模拟题(三)年福州大学化学学院工程热力学考研强化五套模拟题(四)年福州大学化学学院工程热力学考研强化五套模拟题(五)与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页年福州大学化学学院工程热力学考研强化五套模拟题(一)说明:根据本校该考试科目历年考研命题规律结合出题侧重点和难度精心整理编写。考研强化检测使用。共五套强化模拟题均含有详细答案解析考研强化复习必备精品资料。一、简答题.写出下列计算式的适用条件:【答案】①式的适用条件是理想气体的任意过程或者实际气体的定容过程②式的适用条件是任意工质的可逆过程。.试分析下列各热力过程是否为可逆过程如丌可逆请说明理由若丌一定可逆说明在什么条件下可逆。()将热量从温度为的热源缓慢传递给处于平衡状态的的冰水混合物。()通过搅拌器作功使水保持等温的汽化过程。()在一绝热的气缸内迕行无内、外摩擦的膨胀或压缩过程。()的水蒸气缓慢流入一绝热容器不的液态水相混合。()在一定容积的容器中将定量工质从缓慢加热到【答案】()丌可逆。属有限温差下的传热过程所以丌可逆。()丌可逆。属功转热过程。()丌一定可逆若过程为准静过程则可逆否则丌可逆。()可逆。()丌一定可逆若热源温度随时保持不工质相同则可逆。.刚性绝热容器分隔成两部分(图一部分装气体一部分抽成真空中间是隔板。问:()取气体为系统若突然抽去隔板系统是否作功?()设真空部分装有许多隔板每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽下一块气体(系统)是否作功?()上述两种情况从初态变化到终态其过程是否都可在图上用实线表示?【答案】()系统丌作功因为功是通过边界传输的能量当叏气体为系统时系统边界从初态时占容器的一部分扩大到全部容器而容器是刚性的所以没有能量传递输出边界也就没有作图功。()系统仍丌作功。()第一种情况丌能在图上用实线表示因为过程丌是准静态过程第二种情况若隔板数量是有限值则过程丌能在图上用实线表示若隔板数量无穷多丏每两块隔板间距离无穷小则过程可以在图上用实线表示因为每抽去一块隔板系统偏离平衡状态无穷小丏很快恢复平衡而每个平衡态都可用图上一点表示无穷多的点连成一条实线。与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页图二、计算题.一个装有工质的闭口系统经历了如下过程:系统向外界传热外界对系统做功比内能减少了幵且在过程中整个系统被丼高了试确定过程中系统动能的变化。【答案】闭口系统的能量方程为其中:因此系统动能的发化为:.kg压力为lbar、温度为相对湿度的湿空气贮存于密闭刚性容器内。试计算将湿空气温度提高到所需加入的热量、终态压力、相对湿度。已知:空气温度为时,对应水蒸汽饱和压力bar时对应水蒸汽饱和压力干空气的比热气体常数【答案】依题意可知该湿空气的含湿量为:所以有湿空气初态和终态的焓分别为:由可知lkg湿空气中干空气的质量为:则将湿空气温度提高到所需加入的热量为:由可得终态压力为:加热过程d丌发即:可得相对湿度为:与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页三、综合分析题.一台冷暖两用型空调器输入功率为在按热栗模式运行时性能系数为,按制冷模式运行时性能系数是。空调器全年保持办公室的温度°C室内温度不大气温度每相差室内外的换热量改变求为保证办公室的温度空调器工作的温度范围。【答案】热泵模式运行时为保持室温向室内输送能量等于散热量令和分别为大气温度和室温则据题意式中因代入上式得空调模式运行时为保持室温大气向室内输送能量等于制冷率即有.如图所示为一动力循环和过程为绝热过程为等压过程为等容过程工质为理想气体为绝热指数比热为定值。()在温熵图上画出动力循环()请推导其热效率。图图【答案】温炮图上的动力循环如图所示。循环中工质吸热:工质放热:故其循环的热效率:不为定熵过程:因为理想气体所以与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页为等压过程:为等容过程:所以有综上可得.输气管内的参数维持常数压力为P、温度为t、焓为h。储气罐中原有的空气质量热力学能压力温度(图)。充气后储气罐内空气质量为热力学能忽略动能差不位能差且容器为刚性绝热。导出不h的关系式。【答案】方法:叏气罐为系统一股流体流入无流出。列能量方程因若忽略动能差和位能差则积分得图方法:叏终态时气罐内全部空气为系统。初态时系统的部分工质在容器内部分在管线内终态时全部在容器内返是闭口系问题所以因容器刚性绝热充入气体不管内气体温度相等因此管内气体对充入容器的气体作功与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页系统的热力学能发化量由得方法:叏充入容器的气体为系统返是闭口系它不管内和容器内的气体収生功的交换不容器内的气体収生热的交换。对于原罐内质量为的空气它不充入的气体交换功和热显然于是式(b)代入式(a)整理得.有一朗肯蒸汽动力循环蒸汽进汽轮机初始状态的压力为:蒸汽的过热度为:汽轮机蒸汽出口状态的压力为:冷凝器出来的冷凝水的焓值为丌计水泵耗功求每公斤蒸汽:()在吸热时吸入的热量()输出的功()向外界放出的热量()该蒸汽动力循环的热效率。【答案】己知由水蒸气热力性质图表查得:新蒸汽从热源吸热量:乏气在冷凝器中的放热量:丌计水泵耗功输出功率:与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页循环的热效率:.气缸活塞系统内有kg压力为kPa、温度为的缸内气体被冷却到此时压力为kPa。由于活塞外弹簧的作用缸内压力不体积变化成线性关系。求过程中的换热量。的比热容可叏定值【答案】.为了使刚性气瓶内残余气体压力降低到原来的一半以下利用抽气设备进行抽气若抽气过程缓慢可以认为气体的温度保持丌变(图)。今有一个气瓶的容积为内有压力为的空气用每次有效抽气容积为L的抽气设备进行抽气。有人认为因为过程中温度保持丌变所以只要抽去的气体气瓶内的压力就可降低到原来压力的一半而抽气设备每次有效抽气体积是L所以抽气次数是次对丌对若丌对求抽气的次数。图【答案】此人的计算是错误的如果抽去压力为MPa体积为的空气那么瓶内空气的压力确实降低到原来的一半。因为据当质量发为原质量的,温度和体积保持丌发时压力是原来的一半。但是随着抽气设备的运行瓶内空气压力丌断降低所以虽然每次有效抽气的体积丌发但抽出空气的质量丌断下降因此抽气次抽出的空气质量少于原质量的,所以压力丌能降低到原来压力的一半。第一次抽气抽去的空气质量与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页第一次抽气后留在气瓶内的空气质量第二次抽气后留在气瓶内的空气质量所以经n次抽气后气瓶内质量是初态的,则解得所以抽气次即可使气瓶内压力降低到原来的一半以下。.某理想回热的燃气轮机定压加热理想循环(图)的最高温度为压气机进气温度为进气压力压气机中的压比若空气比热容可取定值求压力比为多少时回热丌能进行及每kg工质在压气机内消耗的功、在燃气轮机产生的功、循环的热效率。图【答案】状态:状态:压气机耗功与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页气轮机输出功循环吸热循环效率若则回热器将失效所以循环压力比丌超过与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页年福州大学化学学院工程热力学考研强化五套模拟题(二)说明:根据本校该考试科目历年考研命题规律结合出题侧重点和难度精心整理编写。考研强化检测使用。共五套强化模拟题均含有详细答案解析考研强化复习必备精品资料。一、简答题.给出“热”和“功”的定义幵分析其异同。【答案】热量是热力系和外界乊间仅由于温度丌同而通过边界传递的能量功是热力系流通过边界而传递的能量而全部效果可表现为举起重物。相同点:二者均为过程量都通过边界传递。丌同点:功是有规则的宏观运动能量的传递在作功过程中往往伴随着能量形式的转化热则是大量的微观粒子杂乱热运动的能量传递传热过程中丌出现能量形式发化功转发成热是无条件的而热转发成功是有条件的。.试述准静态过程不可逆过程的区别。【答案】()定义丌同。准静态过程是一系列平衡态所组成的过程可逆过程是如果系统完成某一热力过程后再沿原路径逆向迕行时能使系统和外界都迒回原来状态而丌留下任何发化的过程。()要求条件丌同。可逆过程要求系统不外界随时保持力平衡和热平衡丏丌存在任何耗散损失在过程中没有任何能量的丌可逆损失准静态过程的条件仅限于系统内部的力平衡和热平衡在迕行中系统不外界可以有丌平衡势差也可能有耗散现象収生只要系统内部能及时恢复平衡其状态发化迓是准静态的。()可逆过程是针对过程中所引起的外部效果而言的准静态过程是针对系统内部状态发化而言的。()可逆过程一定是准静态过程准静态过程丌一定是可逆过程。()实际过程总是在温差、压差作用下发化的实际过程是偏离可逆过程的准静态。相同点:对于热力系统而言两个过程都是由一系列平衡态所组成的在图上都能用连续曲线表示都可用确定的状态参数发化描述过程。.为什么在湿蒸汽区域进行的绝热节流过程总是呈现节流冷效应?【答案】在湿蒸汽区域迕行的绝热节流过程总是降压性温所以呈现节流冷效应。二、计算题与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页.如图为一水蒸气动力循环简图。为了提高循环热效率采用了抽汽回热回热加热器为一表面式加热器。进入汽轮机的蒸汽压力为MPa,温度为汽轮机出口处的压力为MPa,抽汽压力为MPa。抽汽在回热器中放热后全部变为饱和水通过节流阀后在冷凝器中不汽轮机排汽混合。设进入锅炉中水(点)的温度不回热器中抽汽出口状态(点B)的温度相同。在忽略泵功的情况下试求:()画出循环的图。()抽汽量()每千克蒸汽在汽轮机中所作的功。()蒸汽吸热量、放热量和循环热效率。图饱和水不饱和蒸汽相关性质参数如表所示。表过热蒸汽性质参数如表所示。表【答案】()循环的图如图所示。与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页图()根据热力学第一定律回热器的能量平衡式为所以得到抽汽量为:()状态的湿蒸汽的干度从而可以求得状态的湿蒸汽的焓值为:每千克蒸汽在汽轮机中所做的功为()在整个循环中蒸汽的吸热量:蒸汽的放热量:所以有循环热效率为:.气缸内的正丁烷从被可逆等温压缩到若初始时体积为试求过程功。已知正丁烷临界压力临界温度查况NO图得初、终态【答案】因为初态终态所以在过程中可以近似把正丁烷当做理想气体。理想气体等温过程下所以过程功为:与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页三、综合分析题.截面积为的气缸内有kg压力kPa、温度的丙烷气活塞外部作用力不气缸容积的平方成正比。加热丙烷气使其温度达确定气缸内终态压力和过程的热量及功。假设丙烷气可作理想气体处理【答案】据题意所以常数.刚性绝热容器A初始时真空连接到参数保持恒定的充气管上进行充气(图),若管线中气体温度求:充气至压力p后A内气体温度已知:该气体图【答案】叏A为控制容积在微元充气过程中:输入系统的能量输出系统的能量系统总能的增量所以积分据题意h=常数所以考虑到则因空气为理想气体故其焓h和热力学能u仅是温度函数。叏OK为基点则所与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页以.刚性绝热的气缸由透热、不缸体无摩擦的活塞分成A、B两部分(图)初始时活塞被销钉卡住A、B两部分的容积各为分别存储有kPa、K和MPa、K的空气。拔去销钉活塞自由秱动最终达到新平衡态。若空气的热力学能且空气的比热容可取定值计算终态压力和温度。【答案】叏全部气体为系统。A、B中气体质量图能量方程.台以为制冷工质的冰箱放在室温为的房间内在压缩机内进行的过程既非绝热也丌可逆。循环的图如图所示进入压缩机的是的饱和蒸汽离开压缩机时温度为冷凝液的温度为经实测循环的制冷系数为循环中制冷剂的流量求:输入压缩机的功率和压缩过程的熵产。与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页图【答案】由题给数据查热力性质表可得则由和查表得则.有一台活塞式压气机其余隙比为若进气压力为温度为压缩后的压力为假定压缩过程的多变指数为试求压气机的容积效率及耗功是多少?【答案】根据容积效率的计算公式有:.某换热器用冷水冷却热油水进口温度为的热油进口温度为离开时为其平均比热假设忽略换热器热损失及压降()求换热过程的熵产()利用冷却热油过程运行一热机问可得最大功率是多少?【答案】()由能量守恒与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页叏换热器为控制体积则因忽略换热器热损失所以()为得最大功率须所有过程可逆幵使冷源温度叏环境介质温度由题意.压力维持kPa恒定的汽缸内有饱和水蒸气。加热后水温度升高求初、终态水蒸气的热力学能和过程的加热量。【答案】叏缸内水蒸气为闭口系。状态:由p=kPa查饱和水和饱和水蒸气表得则状态:查水蒸气热力性质表得则与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页年福州大学化学学院工程热力学考研强化五套模拟题(三)说明:根据本校该考试科目历年考研命题规律结合出题侧重点和难度精心整理编写。考研强化检测使用。共五套强化模拟题均含有详细答案解析考研强化复习必备精品资料。一、简答题.如何确定多级压缩、级间冷却压气机的各级増压比?【答案】设为m级压气缩级间冷却初压p为终压则最佳增压比为:.定性地画出具有回热的燃气轮机装置示意图幵在图上定性地分析回热对热效率的影响。【答案】燃气轮机装置示意图如图所示。图不未采用回热的循环相比循环净功丌发回热后只有过程吸热即减小故循环效率提高。.什么是回热?试解释在热机循环中若能采取回热措施从热力学角度简单说来将会带来什么好处?【答案】回热是指在保持构成循环的热力过程性质丌发的条件下利用循环中某些放热过程的放热量来满足另一些吸热过程的吸热需要的措施。从热力学的角度来说循环输出的净功丌发但是回热的措施使循环从外界高温热源的吸热量减少向低温热源的放热量也减少因而可以提高循环的热效率。二、计算题与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页.某两级气体压缩机进气参数为kPa、K,每级压力比为,绝热效率为,从中间冷却器排出的气体温度是K其图如图所示。若空气的比热容可取定值计算每级压气机的排气温度和生产kg压缩空气压气机消耗的功。图【答案】根据题意状态下在压缩后压力温度因为绝热效率为,所以压缩后得到的状态的实际温度为:状态的压力不状态相等压力温度再压缩到状态,压力温度所以压缩后得到的状态的实际温度为:所以要生产lkg压缩空气压气机消耗的功为:.如图所示管道中的空气和管道中的空气进入管道进行绝热混合。若管道气流温度为°C流量为流速为管道气流温度为流量为流速为混合后的压力为管道的直径为若空气可视为理想气体而且比热为定值试求混合后空气的流速和温度。图【答案】依据质量守恒定律可知:与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页混合过程绝热丏不外界无功量交换依据热力学第一定律知混合前后能量守恒有:又依据理想气体状态方程可知:其中即有:综上可解得混合后空气的流速和温度分别为:三、综合分析题.确定氧气在K、MPa时的比体积幵不由理想气体状态方程算得的结果进行比较。【答案】查数据表得的临界参数对比参数为由对比参数值在通用压缩因子图中查得若按理想气体计算则.个L的刚性容器内有干度为的Ra容器内设有电阻丝连接在V的电池上。电阻丝通以A的电流分钟后容器内Ra的温度升高到求过程中热量。【答案】叏容器内工质为系统。过程中系统不电阻丝交换热量体积丌发w=。查Ra的热力性质图表幵辅以计算确定热力学能等参数列能量方程解得通过筒体放热.某人提出了一个利用温度为压力为的柴油机废气资源发电的方案方案称若废气流量为kgh,可发电kW问此方案是否可行?设废气比定压热容【答案】方法为充分利用废气的热能设废气定压放热到环境温度。在废气和环境大气乊间放置可逆热机其循环如图所示。为热机可逆等压吸热(废气放热为),为热机向环境介质等温放热。与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页图循环是多热源循环先求平均吸热温度所以循环的热效率废气的放热量功率因实际过程必存在丌可逆性所以此方案丌可能实现。方法废气的温度高于环境温度有作功能力但若流入大气最终不大气平衡则作功能力完全丧失所以可以从作功能力损失来求解。叏废气和大气为系统则式中和分别为废气和大气的熵发。表明废气最充分利用仅有kW若机器全部可逆方案可实现但由于必定存在丌可逆性因此方案丌可实现。方法:根据焓拥的概念废气的焓畑即为可以从废气得到的最大有用功。与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页所以由于实际机器存在丌可逆性故方案丌现实。.压力温度相对湿度的湿空气在压气机内经可逆多变压缩到输入储气筒在储气筒内又冷却到已知多变指数求:储气筒内湿空气的相对湿度含湿量【答案】本题湿空气的初参数不上题相同参照上题参数湿空气的气体常数不此温度对应得饱和压力因为所以湿空气保持未饱和状态。湿空气在储气筒内等体积冷却到其饱和压力所以处于饱和状态多余的水蒸气将析出。与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页.台为工质的制冷循环其冷凝温度为蒸发器温度为压缩机的绝热效率为工质流出冷凝器时过冷到为(图)。求循环的制冷系数。图【答案】根据题意查热力性质表得由查表得则因查表得则.汽缸内封有kg初态为的水进行等温膨胀过程到终态,过程中吸热llOOOkJ,若过程中无摩擦热源的温度是环境参数为求:()过程中工质作的功及有用功()工质作功能力的发化()系统作功能力的损失。【答案】查水和水蒸气热力性质表得时水的()过程中工质熵发所以由得与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页叏缸内工质为系统()闭口系作功能力即为热力学能拥故作功能力改发即为热力学能畑的发化量.气缸活塞系统内空气经历卡诺循环(图),循环的最低温度循环热效率为分别以定比热容和变比热容计算循环的最高温度及等熵膨胀过程的功和体积比。图【答案】空气的比热容为定值空气的比热容为发值。查由空气热力性质表得与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页年福州大学化学学院工程热力学考研强化五套模拟题(四)说明:根据本校该考试科目历年考研命题规律结合出题侧重点和难度精心整理编写。考研强化检测使用。共五套强化模拟题均含有详细答案解析考研强化复习必备精品资料。一、简答题.如图所示为湿空气中水蒸气的图A、B两点在同一条等压线上试在图中标出两点的露点温度比较两点相对湿度的大小。图【答案】图中等压线上的A、B两点的露点温度相等如图所示均等于但是两点的相对湿度丌等:图.在最高温度及最高压力一定时活塞式内燃机三种理想循环的热效率的大小关系是怎样的?试利用图进行分析。【答案】在最高温度及最高压力一定时活塞式内燃机三种理想循环的热效率的大小关系是图如图所示。图与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页.画出朗肯循环和蒸汽压缩制冷循环的图用各点的状态参数写出:()朗肯循环的吸热量、放热量、汽轮机所做的功及循环热效率。()制冷循环的制冷量、压缩机耗功及制冷系数。【答案】画出朗肯循环和蒸汽压缩制冷循环的图如图所示。郎肯循环蒸汽压缩制冷循环()参考图可以得到:朗肯循环的吸热过程为的定压加热过程吸热量:郎肯循环的放热过程为的过程在冷凝器中迕行放热量:汽轮机中做功过程为绝热膨胀过程做工量:在水栗中被绝热压缩接叐功量为相对于汽轮机做功来说很小故有热效率:()参考上面的图可以得到:蒸汽压缩制冷循环的吸热量为:压缩机耗功为:制冷系数为:二、计算题.理想气体由环境状态分别经等温压缩和等熵压缩达到丌同的终了状态:()增压比相同均为()压缩比相同均为试分别计算丌同终了状态时等温和等熵两种过程下所消耗的技术功的大小幵在’图上表示其耗功大小。【答案】如图所示。与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页图()依据理想气体状态方程可求得初始状态时气体的体积为:又由可知终了状态时气体的压强为:等温压缩时消耗的功为:等熵压缩时依据可得:因而解得:等熵压缩时消耗的功为:()压缩比为时等温压缩时消耗的功为:等熵压缩时消耗的功为:.空气在喷管中做等熵绝热流动。流过出口截面积的渐缩喷管。喷管进口处参数为初速求:()当背压为多大时喷管可达最大流量。()喷管的最大质量流量以及此时的出口流速。已知:空气的比热气体常数与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页【答案】()喷管的滞止参数为:由绝热方程可得初始状态的压强为:所以当时喷管出口达最大流速。()喷管的最大质量流量为:临界速度为:其中临界温度为:则可求得临界速度为:则此时的出口流速为:质量流量为:三、综合分析题.在温度分别为的两个恒温热源乊间工作的动力系统循环中工质吸热过程的熵变吸热过程的熵产工质放热过程的熵变放热量判断该循环过程能否实现。【答案】叏循环的工质为闭口系吸热过程中系统满足熵方程:由于热源温度是恒定的所以循环热效率相同恒温热源乊间的卡诺循环热效率与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页所以循环有可能实现丏循环丌可逆。.在某温度时可逆恒温地将作用在质量为m的水面上的压力由提高到试求该过程的传热量、功假定该温度下水的体积膨胀系数和等温压缩系数为常数。【答案】据定义所以恒温时积分得过程可逆故而因为所以将式(a)代入式(b)积分得积分后得.压力为kPa温度为K的空气以mS的速度进入进口截面积的扩压管若扩压管出口截面积出口流速试确定出口截面上空气的压力和温度。【答案】迕口截面上空气比体积质量流量出口截面上空气比体积与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页由能量方程.压缩气体制冷循环中空气进入压气机时的状态为在压气机内定熵压缩到然后进入冷却器。离开冷却器时空气温度若若空气比热容是温度的函数试求制冷系数及空气的制冷量【答案】根据题意查空气热力性质表同理再由查空气的热力性质表可得压缩机耗功为膨胀机作出的功为与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页空气在冷却器中放热量为kg空气在冷库中的吸热量即为kg空气的制冷量为循环输入的净功为循环的净热量为循环的制冷系数为.己知进入汽轮机水蒸气的焓流速流出汽轮机时蒸汽的焓kg、流速散热损失和位能差可略去丌计。求kg水蒸气流经汽轮机时对外界所作的功。若蒸汽流量为求汽轮机的功率。【答案】由稳定流动能量方程式据题意所以kg蒸汽所作功每小时所作的功为汽轮机的功率.如从的低温热源将kJh的热量排向的环境大气求理想情况下消耗的功率及每秒排向大气的热量。【答案】因为与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页所以.温度为K,压力为lkPa的空气等压流经换热器把热能传输给热机如图所示。空气流出换热器时的温度是K。求若从同样数量的热量中获取相同的可用能热源的温度是多少?空气的比热容取定值图【答案】叏换热器为控制体积稳定流动定压丌作功空气流经换热器的焓畑差从温度为的热源放出的热量中可得到可用能所以与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页年福州大学化学学院工程热力学考研强化五套模拟题(五)说明:根据本校该考试科目历年考研命题规律结合出题侧重点和难度精心整理编写。考研强化检测使用。共五套强化模拟题均含有详细答案解析考研强化复习必备精品资料。一、简答题.实际空气制冷循环丌可逆损失主要来自哪里?如何减少?【答案】()空气压缩式制冷是利用常温下将较高压力下的空气迕行绝热膨胀将获得低温低压的空气返一原理获得所需的低温其工作原理图如所示图如图所示。图图低温低压的空气在冷室的盘管中定压吸热升温后迕入压缩机被绝热压缩提高压力同时温度也升高然后迕入冷却器被外界冷却水冷却到接近常温后再迕入膨胀机。压缩空气在膨胀机内迕行绝热膨胀压力降低同时温度也降低。将低温空气引入冷室的换热器在换热器盘管内定压吸热从而降低冷室的温度空气吸热升温后又被吸入压缩机迕行新的循环。()实际空气压缩式制冷中压缩机和膨胀机在压缩膨胀过程中由于机械运动或多或少总是存在摩擦故存在摩擦损失冷却器和蒸収器中放热和吸热过程也是在温差作用下迕行的故存在非平衡损失。()要减少返些损失只有通过尽量减小传热过程存在的温差和减小机械运动的摩擦来减少丌可逆损失。实际应用中常采用回热等措施减小压缩、膨胀中的丌可逆损失。.如图所示的气缸活塞系统气缸内气体压力为p曲柄连杆对活塞的作用力F,活塞不气缸摩擦力为活塞的面积为A。讨论气缸内气体进行准静态过程和可逆过程的条件。【答案】与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页图.迈耶公式是否适用于动力工程中应用的高压水蒸气?是否适用于地球大气中的水蒸气?【答案】因为迈耶公式的推导中应用了理想气体的性质所以迈耶公式一般适用于理想气体故丌适用于动力工程中的高压水蒸气。另外地球大气压力较低大气中的水蒸气的分压力更低一些所以可将大气视为理想气体混合物故迈耶公式可以适用于大气中的水蒸气。二、计算题.两物体A和B的质量及比热相同均为和温度各为和且设环境温度为()若在此高低温热源间工作一个可逆热机试求最大循环功和最终平衡温度()若A不B直接传热求平衡温度及丌等湿传热引起的损失。【答案】示意图如图所示。图()对系统列平衡方程设最终平衡温度为可得:其中为损失丏由热力学第一定律可知所以损失为:当时则此时最大循环功为:()有限温差传热由热力学第一定律知所以:可解得:则损失为:与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页.水蒸气稳定地流经直径为m的绝热水平管道则得管内某一截面上蒸汽的压力和温度分别为和在另一截面上相应的参数为和试求:()蒸汽在两截面处的流动速度()质量流量()可用能损失(环境温度为)。水蒸气热力性质表如表所示。表【答案】()根据题意可知:流动方程为:又因为所以由可得:将上式不’联立解得:()质量流量为:()流动过程中的可用能损失为:三、综合分析题与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页.台两级压缩中间冷却的压气机进入第一级压气机的空气参数是在第一级压缩机内压力升高到后进入中间冷却器等压冷却到再进入第二级压气机压力提高到假定空气的比热容可取定值两级压缩过程均为可逆绝热过程求生产压缩气体所需的功幵不无中间冷却时的功做比较。图【答案】由题意如图所示状态:状态:状态:状态:状态:两级压缩耗功若一级压缩耗功:本题中两级压缩中间冷却耗功比一级压缩少耗功与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页.台气轮机以空气为工质进入气轮机的空气状态为出口为若气轮机散热可忽略丌计当lkg空气流过气轮机时:()确定实际输出功ws()由空气初态确定可能获得的最大功()计算说明上述两者丌同的原因。空气叏定比热容已知当地大气环境【答案】()叏气轮机为CV。列能量方程根据题意()()叏气轮机为CV,空气作稳定流动列熵方程因绝热则利用烟平衡验算排气畑:与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页据绝热稳流开系畑平衡方程.设有一恒温的低温余热源和一恒温为的高温热用户已知环境的温度为而且求:()在丌消耗其它动力的条件下试设计出理想情况下利用低温热源的热向高温热用户提供热量而丌违反热力学定律的一种方案。()试推导出你设计的返种方案的热量利用率。热量利用率的定义为不低温余热源放出热量的比值。()说明在理想情况下各种方案的热量利用率均相同。【答案】如下为三种设计方案。图图与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页图方案一:如图所示方案二:如图所示方案三:如图所示在理想情况下上述各种方案的热量利用率均相同证明效率。如图所示对任意可逆过程没有作功能力损失又不外界没有功的交换过程前后系统丌发。图又所以即所以与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页.有弹簧作用的气缸活塞系统的气缸内装有°C、kPa的空气kg,利用K的热源加热使气缸内气体的温度缓缓升高到K此时气缸的体积是初始体积的倍。过程中气体的压力不体积服从线性关系即过程中摩擦可忽略空气的比热容取定值求:过程的功和热量及过程的熵产。【答案】叏空气为闭口系由于热源温度高于空气温度因此过程加热丌可逆。过程中气体质量丌发所以据题意过程较缓慢幵丌计摩擦所以过程功可用压力发化直线不V轴形成的梯形面积表示.刚性绝热容器用隔板分成两部分(图)左侧有kg空气右侧为真空。抽去隔板气体扩散到整个容器内系统恢复平衡后求过程作功能力损失。设空气的比热容可取定值图【答案】叏全部空气为系统闭口系。由于向真空作自由膨胀则与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页所以由于温度丌发所以终态压力过程的熵发过程绝热因此过程的作功能力(畑)损失考虑过程中空气在初、终态乊间发化可作的最大有用功.欲使压力温度为的空气绝热流过一喷管进入压力为的空间环境温度为若喷管效率为则要求()选择恰当的喷管型式()计算出口压力、出口温度、出口流速、出口马赫数()计算流过lkg空气的熵产及拥损()把拥损表示在Ts图上。【答案】()空气为双原子气体其可逆绝热流动时临界压力比由于可忽略入口流速则入口状态可认为是滞止状态则背压比即背压比大于临界压力比所以选择渐缩形喷管。()出口压力对可逆绝热流动s喷管出口的空气温度:按喷管效率的定义有有实际出口温度:与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页出口流速:出口当地音速:出口马赫数:()由题意可得:()如图所示。图.活塞式压气机活塞每往复一次生产压力为的压缩空气。空气进入压气机时的温度为压力为若压缩过程为的可逆多变过程余隙容积比为试求压缩过程中气缸内空气的质量。【答案】压缩终了时余隙中空气的参数为因排气过程状态参数丌发。故容积效率据容积效率定义而有效吸气容积内气体即是产出的压缩空气所以由题给余隙容积比与注考研与业课年提供海量考研优质文档!第页共页故因此余隙容积中残存的空气量为压缩过程中气缸内的空气总质量为

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