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2017年中国科学技术大学核科学技术学院833热工基础之工程热力学考研冲刺密押题

  摘要

一、简答题

1. 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:

(1)朗肯循环的吸热量、放热量、汽轮机所做的功及循环热效率。

(2)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。

(1)参考 郎肯循环 蒸汽压缩制冷循环

图,可以得到: 的定压加热过程,吸热量:

的过程,在冷凝器中进行,放热量:

做工量: 朗肯循环的吸热过程为郎肯循环的放热过程为汽轮机中,做功过程为绝热膨胀过程

在水栗中被绝热压缩,接受功量为相对于汽轮机做功来说很小,故有热效率:

(2)参考上面的

压缩机耗功为:

制冷系数为:

图,可以得到: 蒸汽压缩制冷循环的吸热量为:

2. 水蒸气的朗肯循环,其放热过程为定温过程,吸热过程也有部分是等温的,而人们又常说定温吸热和定 温放热最为有利,可是为什么在大多数情况下蒸汽循环反较柴油机循环的热效率低?

【答案】卡诺循环的吸热过程和放热过程都是等温进行的,卡诺循环热效率也是最高的,但是并不代表等温吸热 和等温放热就一定有利,真正决定热效率的要看吸热量和放热量的多少。吸热越多、放热越少,则循环的热效率 就越尚。蒸汽循环与柴油机循环相比,在放热过程中,蒸汽动力循环工质的放热温度与环境介质的吸热温度温差较小,且工质保持定温,所以放热量小。而柴油机循环的放热过程接近定容,放热的终了,排气温度仍然高于环境的温 度,所以放热量较高。但是在吸热过程中,蒸汽动力循环吸热过程温度较低,而柴油机循环中采用吸热前压缩气 体,使气体的平均吸热温度提高,在吸热量上比起蒸汽循环要多得多。所以在大多数情况下,蒸汽动力循环反较 柴油机循环的热效率低。

3. 理想气体进行定温膨胀时,可从单一恒温热源吸入的热量,将之全部转变为功对外输出,是否与热力学第二定律的开尔文叙述有矛盾?

【答案】热力学第二定律的开尔文叙述为:不可能从单一热源吸热,并使之完全变为有用功而不引起其它变化。在理想气体定温膨胀的过程中,因为热力学能不变,故可以将其从单一恒温热源吸入的热量全部转变为功对外输出,但是在这个过程中,工质的状态发生了变化,所以并不违反热力学第二定律的开尔文叙述。虽然表面上看来是热源的热量全部转变为了功,但是输出的功实际上是由热源的热量中的可用部分和工质中的减少量两部分组成的。

4. 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 , 活塞与气缸摩擦力为 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】

5. 压力为比体积为的某种气体被质量可忽略不计且无摩擦的活塞密封在垂直放置的气缸内,如图所示,现移去活塞上的重物,气缸内气体膨胀,待气体达新的平衡状态,活塞上升高度L 。为求气缸内气体 作的功,有人计算如下:

对不对? 为什么?

【答案】本题中气体膨胀过程是在有限压差下进行的,虽然气体最终重又达到平衡状态,但在这两个平衡态之间 经历的状态无法描述,因此用计算过程功是错误的。考虑到气体膨胀的后果是体积增大,把活塞上推了 L ,过程中排斥大气,大气对活塞的作用力是

该力被移动了距离L ,所以功为这个功只可能是由气体作出。虽然结果一样,但两个解题过程基于的概念不一样,前者是错误的。

6. 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不变的条件下,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,循环输出的净功不变,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。

7. 什么是露点温度?含湿量为10g/kg (干空气),温度分别为的露点温度较高?

【答案】露点温度(dew temperature )是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下,冷却到饱和时的温度。形象地说,就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。露点温度本是个温度值,但一般用它来表示湿度 呢。这是因为,当空气中水汽已达到饱和时,气温与露点温度相同;当水汽未达到饱和时,气温一定高于露点温 度。所以露点与气温的差值可以表示空气中的水汽距离饱和的程度。

的湿空气:

则有所以两个状态的露点温度相等。

8. 试述准静态过程与可逆过程的区别。

【答案】(1)定义不同。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,再沿原路径逆向进行时,能使系统和外界都返回原来状态而不留下任何变化的过程。

和的湿空气,哪个状态