江苏大学硕士研究生入学考试工程热力学附答案4560.docx
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江苏大学硕士研究生入学考试工程热力学附答案4560
封面
1/11
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
2010江苏大学硕士研究生入学考试工程热力学（附答案）
一、名词解释：
（20分）
1、多变过程：
2、临界点：
3、滞止焓：
4、相对湿度：
5、干度：
2/11
二、是非判断题：
（正确地打“√”；错误的打“×”，并加以改正。
）（20分）
1、工质从状态1变化到状态2，不论中间经历了什么过程，其熵的变化都相等。
2、用100℃的热源非常缓慢地给冰、水混合物加热，混合物经历的是准静态过程。
该加热过程是可逆过程。
3、任何燃气轮机装置都可以通过回热的措施提高其热效率。
4、沸腾的水总是烫手的。
5、压气机的绝热压缩过程，由于无散热损失，所以在压力升高比一定的条件下，所消耗的功最小。
6、空气的湿球温度总是低于干球温度。
7、水蒸气的定压气化过程，由于温度不变，所以内能不变。
8、处于热力学平衡状态的系统必然是一个均匀系统。
9、两杯温度不同的水，在等压下进行绝热混合，其熵不变。
10、一绝热容器中间有隔板分开，一侧装有空气，另一侧为真空，现抽去隔板，由于空气经历了绝热膨胀过程，所以温度下降。
三、选择题：
（21分）
1、下列说法正确的是。
（a）工质对外作出膨胀功，就一定吸热；
（b）吸热过程一定升温；
（c）要使工质升温，就一定通过加热的方式实现；
（d）工质体积膨胀，是使热变功的的根本途径。
2、某实验报告称，温度为800K、压力为6Mpa的燃气进入燃气轮机，在燃气轮机内绝热膨
胀后流出燃气轮机。
在燃气轮机出口测得的数据是：
p2=0.9Mpa，T2=450K，则该过程是。
（a）可逆的（b）不可逆的（c）不可能实现的
3、某制冷循环中，工质从温度为－73℃的冷源吸热100kJ，并将220kJ的热量传递给温度为
27℃的热源，则此循环为。
3/11
（a）可逆循环（b）不可逆循环（c）不可能实现
4、工质经历了一个放热、升温、压力增加的多变过程，该过程多变指数的范围是。
（a）（b）（c）（d）
5、系统经历了一个不可逆的放热过程，在该过程中，外界对系统作功150kJ，系统放热100kJ，
则系统的熵的变化。
（a）（b）（c）（d）无法判别
6、热力学第一定律和第二定律表明，对于实际热力过程。
（a）能量守恒，可用能也守恒（b）能量守恒，可用能增加
（c）能量守恒，可用能减少（d）能量减少，可用能也减少
7、空气在渐缩形喷管中作一元、定熵流动，已知进口状态
T1=300K、p1=5bar、cf1=100m/s，
背压pb=1bar，则喷管出口。
（a）
（b）
（c）
（d）
三、分析题：
（37分）
1、试推导理想气体定压比热cp与定容比热cv关系式：
cp－cv=Rg。
（5分）
2、燃气轮机理想简单循环的废气排气温度高达400～500℃，废气排放到大气中的余热很为可观，因此，有人提出下述三种方案，试分析是否有效，为什么？
（1）、将燃气轮机出口的排气送入另一个透平作功；
（2）、将排气送入压气机升压后在送入透平作功；
（3）、将排气送入回热器，预热压气机前的空气。
（10分）
3、试根据下列条件在无其他动力源的情况下，设计出两种低温余热利用装置的方案，并比
较这两种方案在各自理想的条件下的余热利用率。
低温余热源温度：
：
高温热用户的温
度：
300℃；环境温度：
25℃。
（提示：
余热利用率即为向高温热源提供的热量与低温余热源放热量之比。
）（12分）
4、画出朗肯循环的T－s图，并通过图说明蒸气初、终参数对循环热效率的影响。
（10分）
四、计算题：
（52分）
1、有一储气罐，初始时其内部为真空，如图所示，现连接于输气管道进行充气。
已知输
4/11
气管内空气状态始终保持稳定，
p1=3Mpa，T1＝300K，h1=301.8kJ/kg。
储气罐的容积为0.5m
3，
当储气罐内气体的压力为
2Mpa时，停止充气。
如忽略充气过程中气体的流动动能及重力位
能的影响，而且管路、储气罐、阀门都是绝热的，若该气体与温度的变化关系为
u＝0.72T
kJ/kg，求充气后储气罐内气体的温度。
（10分）
2、压力为6Mpa，干度为0.75的蒸汽稳定流
D2
D1
经一个直径为0.02m的绝热管道，经过阀门
后绝热节流到0.1Mpa。
如图所示，若要求
节流前后蒸汽的流速保持不变，则节流后管道直径应为多少
M？
（12分）
p（Mpa）
h′（kJ/kg）
h″（kJ/kg）
v′（m3/kg）
v″（m3/kg）
0.1
417.52
2675.1
0.0010432
1.6943
6
1213.3
2783.8
0.0013190
0.03244
3、有一台可逆热机，经历了定容吸热
1－2、定熵膨胀
2－3和定温放热
3－1三个过程完成
了一个循环。
假设工质是理想气体，比热为定值，循环各点的温度
T1、T2、T3已知。
（1）试将此循环定性地表示在
p-v图和T-s图上。
（2）试写出以各点温度表示的循环热效率计算式。
（3）试讨论改变哪一点参数可以提高循环热效率？
用平均温度法在
T-s图上加以说明。
（12分）
4、在一台蒸汽锅炉中，烟气定压放热，温度从1500℃降低到250℃，所放出的热量用以生
产水蒸气。
压力为9.0Mpa，温度为30℃的锅炉给水被加热、汽化、过热成压力为9.0Mpa，
温度为450℃的过热蒸汽。
将烟气近似为空气，取比热为定值，且
cp=1.079kJ/kg?
K。
试
求：
（1）产生1kg过热蒸汽需要多少
kg烟气？
（2）生产1kg过热蒸汽时，烟气熵的减小以及过热蒸汽的熵增各为多少？
（3）将烟气与水蒸气作为孤立系统，求生产1kg过热蒸汽时，孤立系统熵的增大为多少？
设环境温度为15℃，求作功能力损失。
（18分）
附表：
未饱和水和过热蒸汽参数表（部分）
p（Mpa）
t（℃）
h（kJ/kg）
s（kJ/kg?
K）
9.0
30
133.86
0.4338
9.0
450
3256.0
6.4835
参考答案
一、名词解释。
（20分）
1、多变过程：
一切有规律的热力过程的总称。
2、临界点：
当压力增加至某一压力时，饱和水的状态和干饱和蒸汽的状态重合，成为
为汽、水不分的状态，为临界点。
3、滞止焓：
绝热滞止时气体的焓为滞止焓。
它等于绝热流动中任一位置气体的焓与流
动动能之和。
5/11
4、相对湿度：
未饱和湿空气的绝对湿度与同温度下饱和湿空气的绝对湿度的比值。
表
示了湿空气中水蒸汽含量的饱和程度。
5、干度：
湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的质量成分。
二、是非判断题：
（正确地打“√”；错误的打“×”，并加以改正。
）（20分）
1、工质从状态1变化到状态2，不论中间经历了什么过程，其熵的变化都相等。
对。
熵是状态参数。
2、用100℃的热源非常缓慢的给冰、水混合物加热，混合物经历的是准静态过程。
该加热过程是可逆过程。
错。
温差传热。
3、任何燃气轮机装置都可以通过回热的措施提高其热效率。
错。
回热的条件是气轮机出口温度高于压气机出口（燃烧室进口）温度。
4、沸腾的水总是烫手的。
错。
沸腾时的温度与压力有关，压力越低，温度越低，因此，沸腾不一定烫手。
5、压气机的绝热压缩过程，由于无散热损失，所以在压力升高比一定的条件下，所消
耗的功最小。
错。
等温压缩最省功。
6、空气的湿球温度总是低于干球温度。
错。
对于饱和湿空气湿球温度等于干球温度。
7、水蒸气的定压气化过程，由于温度不变，所以内能不变。
错。
水蒸汽不是理想气体。
8、处于热力学平衡状态的系统必然是一个均匀系统。
错。
平衡状态不一定是均匀状态，例如饱和蒸汽。
9、两杯不同温度的水，在等压下进行绝热混合，其熵不变。
错。
绝热混合过程是不可逆过程，熵增加。
10、绝热容器中间有隔板分开，一侧装有空气，另一侧为真空，现抽去隔板，由于空气
经历了绝热膨胀过程，所以温度下降。
错。
内能不变，温度不变。
三、选择题：
（21分）
1、判断后选择的正确答案是（d）。
（a）、工质对外作出膨胀功，就一定吸热；（b）、吸热过程一定升温；
（c）、要使工质升温，就一定通过加热的方式实现；
（d）、工质体积膨胀，是使热变功的的根本途径。
2、某实验报告称，温度为800K，压力为6Mpa的燃气进入燃气轮机，在燃气轮机内绝
热膨胀后流出燃气轮机。
在燃气轮机出口测得的数据是，p2=0.9Mpa，T2=450K，
试分析，该过程是（c）。
（
（a）可逆的：
（b）不可逆的：
（c）不可能实现的。
3、某制冷循环中，工质从温度为－73℃的冷源吸热100kJ，并将热量220KJ传给温度
为27℃的热源，则此循环为：
（b）。
6/11
（a）可逆循环（b）不可逆循环（c）不可能实现
4、工质经历了一个放热，升温，压力增加的多变过程，其多变指数变化的范围是
（b）。
a、；
b、；
c、；d、
5、系统经历了一个不可逆的放热过程，
过程中，外界对系统作功
150kJ，系统放热100kJ，
则系统的熵的变化
（d）
。
a、；
b、；
c、；d、无法判别
6、热力学第一定律和第二定律表明，对于实际热力过程
（c）
。
a、能量守恒，可用能也守恒；
b、能量守恒，可用能增加；
c、能量守恒，可用能减少；
d、能量减少，可用能也减少。
7、空气在渐缩形喷管中作一元、
定熵流动，已知进口状态
T1=300K、p1=5bar、cf1=100m/s，
背压pb=1bar，则喷管出口
（a）
。
a、；b、；
c、
d、。
三、分析题：
（37分）
1、试推导理想气体定压比热
cp与定容比热cv关系式：
cp－cv=Rg
（5分）
解：
或
2、燃气轮机理想简单循环的排气温度高达400～500℃，这部分排气放到大气中的余热很为
客观，有人提出下述三种方案，试分析是否有效，为什么？
（1）、将燃气轮机出口的排气送入另一个透平作功；
（2）、将排气送入压气机升压后在送入透平作功；
（3）、将排气送入回热器，预热压气机前的空气。
（10分）
解：
（1）、虽然燃气轮机理想简单循环的排气温度高达400～500℃，但压力已接近大气压力，
无膨胀空间，所以不可能将燃气轮机出口的排气送入另一个透平作功。
（2）、将排气送入压气机升压后在送入透平作功，不可能，因为压缩机消耗功与透平作功抵消。
热机循环目的是热变功，无吸热过程，不可能实现热机循环。
（3）、将排气送入回热器，预热压气机前的空气，是可行的。
压缩后温度升高，节能。
3、试根据下列条件在无其他动力源的情况下，设计出两种低温余热利用装置的方案，并
比较这两种方案在各自理想的条件下的余热利用率。
低温余热源温度：
：
高温热用户的温度：
300℃；环境温度：
25℃
（提示：
余热利用率即为向高温热源提供的热量与低温热源放热量之比。
）
（12分）
解：
（1）、制冷机：
热机：
7/11
（2）、热机：
制冷机：
4、画出朗肯循环的T-s图，并通过图说明蒸气初、终参数对循环热效率的影响。
（10分）
提高蒸汽初温后：
，
T
1’
由可知提高蒸汽初温后热效率提高。
T1’
1
T1
T
提高蒸汽初压后：
，
p1’p1
由可知提高蒸汽初压后热效率提高。
0
1’1
T
T
1
降低乏气压力后：
，
3
2’
T2
此时虽然降低，但是它对整个加热过程的平均
2
0
0’
s
加热温度影响较小。
0
T2
由可知降低乏气压力后热效率提高。
0
2
2’
四、计算题：
（52分）
3
0
0’
T2
2
s
3
1、有一储气罐，初始时其内部为真空，如图所示，现连接于输气管道进行充气。
已知输气
管内空气状态始终保持稳定，。
储气罐的容积为
0.5m
3
3’T2’
2’
2Mpa,
，当储气罐内气体的压力为
时，停止充气。
如忽略充气过程中气体的流动动能及重力位能的影响，而且管路、储气
s
0
罐、阀门都是绝热的，若该气体与温度的变化关系为，求充气后储气罐内气体的温度。
（10分）
解：
取储气罐为开口系统。
2、压力为6Mpa，干度为0.75的蒸汽稳定流经一个直径为0.02m的绝热管道，经过阀门后
绝热节流到0.1Mpa。
如图所示，若要求节流前后蒸汽的流速保持不变，则节流后管道直
径为多少M？
（12分）
p（Mpa）
h′（kJ/kg）
h″（kJ/kg）
3
3
v′（m/kg）
v″（m/kg）
0.1
417.52
2675.1
0.0010432
1.6943
6
1213.3
2783.8
0.0013190
0.03244
D1
D2
解：
稳定流动：
进口处：
8/11
出口处：
3、有一台可逆热机，经历了定容吸热1-2、定熵膨胀2-3和定温放热3-1之后完成了一个
循环。
假设工质是理想气体，比热为定值，循环各点的温度T1、T2、T3已知。
（1）试将此循环定性地表示在p-v图和T-s图上。
（2）试写出循环热效率计算式。
（3）试讨论改变哪一点参数可以提高循环热效率？
用平均温度法在T-s图上加以说明。
解：
（1）
（2）吸热量：
因为2-3过程是定熵膨胀过程，所以有
又因为1－2过程是定容吸热过程，所以；3－1是定温放热过程，所以。
所以
放热量：
所以热效率
（3）如图所示，通过提高状态点2的参数可以提高循环热效率。
从由平均温度表示的热效率公式：
可以看出：
提高状态点2的参数后，平均放热温度不变，
而平均吸热温度升高，所以循环热效率提高。
4、在一台蒸汽锅炉中，烟气定压放热，温度从1500℃降低到250℃，所放出的热量用以生
产水蒸气。
压力为9.0Mpa，温度为30℃的锅炉给水被加热、汽化、过热成压力为9.0Mpa，
温度为450℃的过热蒸汽。
将烟气近似为空气，取比热为定值，且c=1.079kJ/kg?
K。
试
p
求：
（1）产生1kg过热蒸汽需要多少kg烟气？
（2）生产1kg过热蒸汽时，烟气熵的减小以及过热蒸汽的熵增各为多少？
（3）将烟气与水蒸气作为孤立系统，求生产1kg过热蒸汽时，孤立系统熵的增大为多少？
设环境温度为15℃，求作功能力损失。
（18分）
附表：
未饱和水和过热蒸汽参数表（部分）
p（Mpa）t（℃）h（kJ/kg）s（kJ/kg?
K）
9.030133.860.4338
9/11
9.04503256.06.4835
解：
（1）、下标“1”代表烟气，“2”代表蒸汽，“′”代表入口，“〞”代表出口。
需要2.315kg烟气。
（2）、烟气熵的减少：
蒸汽熵的增加：
（3）、
作功能力损失：
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