2018年武汉科技大学考研专业课816工程热力学-研究生试题B卷及答案.doc

1、姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题2018年全国硕士研究生招生考试初试自命题试题科目名称：工程热力学（A卷 RB卷）科目代码：816考试时间：3小时 满分150分可使用的常用工具：无 R计算器 R直尺 圆规（请在使用工具前打）注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。一、填空题(共15小题，每小题2分，共30分)1、实现可逆过程的条件是：_；_。2、表达式Q=dU+W适用于任意热力过程。该表述是_的。A.正确 B.错误3、闭口系统能量方程式反映出热力状态变化过程中_和_的互相转化。4、任何气体在任意状态下的摩尔体积都是0.022414

2、m3/mol，该表述是_的。A.正确 B.错误5、对充满刚性密闭容器中的饱和水稍加热，则饱和水变成_。A.湿蒸汽 B.未饱和水 C.过热蒸汽 D.干饱和汽6、某理想气体自状态1经历了一个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、比体积增大、对外作正功 B.压力降低、比体积增大、对外作正功C.压力升高、比体积减小、对外作负功 D.压力降低、比体积减小、对外作负功7、工质在绝热过程中所作的技术功等于_。8、孤立系统的熵与能量都是守恒的。该说法是_的。A.正确 B.错误9、在两个热源间工作的一切可逆循环，它们的热效率都相同，且只决定于_。10、实际气体的压缩因子Z可能等于1

3、。该表述是_的。A.正确 B.错误11、一般而言，实际气体的热力学能是_和_的函数。12、压力为2.0MPa，温度为420K的空气进入减缩喷管，在出口处能够得到最大流速为_m/s。（设空气的 Rg=287.0J/（kgK），k=1.4）13、活塞式压气机采用多级压缩和级间冷却方法可以提高它的容积效率。该说法是_的。A.正确 B.错误14、蒸汽动力装置中，直接向环境散失热量最多的设备是_，可用能损失最多的设备是_。15、冬季取暖，若不采取任何其它措施，室内温度_，室内相对湿度_。（填“增大”、“减少”或“不变”）二、简答、作图题(共5小题，共60分)1、（本题5分）0的冰在温度为20的大气中逐渐

4、溶化成水，该过程是否可逆？过程中冰的熵变和大气熵变哪个大？为什么？2、（本题5分）活塞式内燃机定容加热理想循环热效率t随压缩比变化的关系是什么？并给出理由。3、（本题10分）与大气温度相同的压缩气体可以膨胀作功，这是否违反了热力学第二定律？为什么？4、（本题15分）试分析理想气体在下列可逆过程中是吸热还是放热，并给出理由。（1）压力下降的定温过程；（2）比体积递减的定压过程；（3）压力、比体积均增大的过程。5、（本题25分）试将满足以下要求的理想气体多变过程在P-V图和T-S图上表示出来。（需同时标出等温、等压、等容、等熵过程线）A、 工质膨胀、放热B、 工质膨胀、升压C、 工质压缩、升温、吸

5、热D、 工质压缩、降温、降压E、 工质放热、降温、升压三、计算题(共4小题，每小题15分，共60分)1、一个绝热容器被一能充分导热的活塞分隔成两部分，开始时活塞被钉在容器中央，左右两部分的体积均为V1=V2=0.001m3,活塞两边的空气温度均为300K，其中左边压力p1=2.0105Pa，右边压力为p2=1.0105Pa。现拔去销钉，活塞无摩檫滑动并达到新的平衡，试求左右两部分体积及整个容器内空气的熵变。（假定气体比热容为定值）2、某个气缸活塞装置如下图所示。气缸及活塞均由绝热材料制成，活塞与缸壁间无摩擦。开始时活塞将气缸分为A、B两个体积相等部分。A和B中均充满着2Kg同一种理想气体，其初

6、态皆为：P1=0.1MPa,T1=5。现通过A腔体中的一个加热线圈对A中气体缓慢加热，使气体缓慢膨胀，直至A中气体压力升高至0.2MPa。试计算此过程中需要加入多少热量。（假定气体比热容为定值，且Cv=1 kJ/（kgK），Cp=2 kJ/（kg K）3、空气流过一个渐扩形管道，进口处压力为1.4bar，温度为0，速度为300m/s。出口截面的速度降低为100m/s，出口截面为0.1m2。假设流动为绝热定熵流动，空气为理想气体，并且不考虑空气重力势能的变化，气体比热容为定值，且Cp=1.004kJ/（kgK）, Rg=287.0J/（kgK）,k=1.4。试求出口截面处空气的温度、压力及流量。

7、4、某蒸汽动力厂按一级再热理想循环工作，新蒸汽参数为p1=8MPa,t1=500，再热压力pA=2MPa，再热温度tR=500，背压p2=0.006MPa。在忽略水泵功的情况下，试求：（1） 定性画出循环的T-s图；（2） 求汽轮机输出功；（3） 求循环热效率。查得有关状态参数如下表p /MPat /h /(kJ/kg)s /(kJ/(kgK)85003398.56.7254230026.725425003476.47.43230.00623047.43230.00620886.7254饱和水的热力性质p /MPah /(kJ/kg)s /(kJ/(kgK)0.006151.50.520920

8、18年全国硕士研究生招生考试初试自命题参考答案工程热力学（B卷）一、填空题(共15小题，每小题2分，共30分)1、准平衡过程、过程中无耗散效应2、A3、热能、机械能4、B5、A6、B7、焓降8、B9、热源和冷源的温度10、A11、比体积、温度12、375.0113、A14、冷凝器、锅炉15、增大、减少二、简答、作图题(共5小题，共60分)1、答：过程不可逆，过程中冰的熵变大于大气的熵变。（3分）因为以冰和大气构成一孤立系统，系统的熵变大于0，其中冰吸热，熵变为正；大气放热，熵变为负；所以冰的熵变大于大气的熵变。（2分）2、答：活塞式内燃机定容加热理想循环热效率随着压缩比的增大而提高。（3分）这

9、是因为，当提高压缩比而循环的最高温度不变时，循环的平均吸热温度提高，平均放热温度降低，循环效率相应地提高。（2分）3、答：与大气温度相同的压缩空气可以膨胀作功，这没有违反热力学第二定律。（5分）因为，由于要保持等温膨胀过程的发生，系统必须吸热，在此膨胀过程中，将热源、系统看成一个孤立系统，可以计算出整个孤立系统的熵为恒温热源、气缸的熵变和过程不可逆熵产的总和，所以，熵产是大于零的，即孤立系统熵是增加的，符合热力学第二定律。（5分）4、答：（1）吸热。（3分）理由：S12=cplnT2T1RglnP2P1=RglnP2P10。（2分）（2）放热。（3分）理由：S12=cvlnP2P1+cplnv

10、2v1=cplnv2v10。（2分）5、答：如下图所示。（每个图上多变过程线每条线2分，每条基本线0.5分，坐标线1分，无方向箭头扣0.5分） 三、计算题(共4小题，每小题15分，共60分)1、解：由于该系统为一绝热可逆系统，热交换和作功量都是0，所以系统的热力学能变化U=0，即U=m1cvTT1+m2cvTT2=0（1分）可以得到：T=T1=T2=300K （1分）根据气体状态方程，有PV1=P1V1 （1分）PV2=P2V2 （1分）V1+V2=2V1 （1分）所以V1=43V1=1.33103m3 （1分）V2=23V1=6.67104m3 （1分）S1=m1RglnV1V1=P1V1T

11、1ln43 （2分）S2=m2RglnV2V2=P2V2T2ln23 （2分）S=S1+S2=0.0566J/K （4分）2、解：因为B腔体内气体进行的是缓慢、无摩檫的绝热过程，所以它经历的是一个可逆绝热过程，即等熵过程。而A腔体内气体经历的是一般的吸热膨胀多变过程。稳定后有PA2=PB2=0.2MPaRg=cpcv=1kJ/kgK （1分）k=cpcv=2 （1分）VB1=mBRgTB1PB1=5.56m3 （2分）VB2=VB1PB1PB21k=3.9315m3 （2分）VA2=VA1+VB1VB2=7.1885m3 （2分）B中的气体经过绝热过程后，温度变化为：TB2=TB1PB2PB1

12、k1k=393.36K （2分）TA2=PA2VA2mARg=718.85K （2分）取气缸内的整个理想气体为闭口系统，因为活塞和壁面之间没有摩擦，整个过程中不产生功，因此有：Q=U=UA+UB=mAcvTA2TA1+mBcvTB2TB1=1111.82kJ（3分）3、解：由稳定流动开口系统的热力学第一定律可得：q=h+12cf2+gz+wi （1分）该流动为绝热等熵流动，并且不考虑势能的变化，则上式变为：h+12cf2=0 （1分）cpT2T1+12c22c12=0 （2分）T2=312.99K （3分）又空气经历等熵过程，有T2=T1P2P1k1k （2分）p2=2.255bar （3分）出口截面处的流量为：m=2c2A2=p2RgT2c2A2=25.10kg/s （3分）4、解：(1)再热循环在T-s图上的表示如下图所示。 （9分，缺一个符号或线条扣0.5分）(2)汽轮机输出功T：T=1A+R2=1568.9kJ/kg（2分） (3)循环热效率tq1=13+RA=3721.4kJ/kg（2分）t=Tq1=42.16%第 8 页 共 8 页