2017年中国科学技术大学国家同步辐射实验室833热工基础之工程热力学考研强化模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 试画出蒸气压缩式热泵下的
【答案】蒸气压缩式热泵下的
图，并用各状态点的焓表示出其制热系数。 图如图图所示：
图
制热系数为：
2． 某系统处于某一状态，该系统的Exergy 指的是什么？
【答案】 Exergy 指的是系统从当前任意状态可逆地变化到与指定环境相平衡的状态时，理论上所能做出的最大有用功或消耗的最小有用功。
做出的最大有用功，如
消耗的最小有用功，如冷量
经等温
3． 某空气循环由下列三个可逆过程组成：由状态1压缩升压到画在
图和【答案】画出
图上。
图和
图如图所示。
接着经定压过程膨胀至状态3, 然后等容降压到状态1。试将该循环示意性
图
4． 综观蒸汽动力循环、燃气轮机循环、内燃机循环以及其他动力循环，请分析归纳转换为机械能的必要条件或基本规律？
【答案】动力循环工作过程的一般规律是任何动力循环都是以消耗热能为代价，以作功为目的。但是为了达到这个目的，首先必须以升压造成压差为前提，否则消耗的热能再多，倘若没有必要的压差条件，仍是无法利用膨胀 转变为动力。由此可见，压差的存在与否是热能转化为机械能的先决条件，它也为拉开平均吸、放热温度创造了 条件。其次还必须以放热为基础，否则将违背热力学第二定律。总之，升压是前提，加热是手段，作功是目的，放热是基础。
5． 测定绝热节流系数的焦耳——汤姆逊实验是如何进行的？如何球的绝热截留系数？
【答案】任意选定一种实际气体，使其通过装有多空塞的管道，令高压端的压力和温度稳定
在和相应
的
而在低压端，调节阀门开度，通过改变流量得到不同的压力
然后将这些点画
在
图上，得
到
并且得到
因
为
所有这些点画成一条曲线就是等焓线。改变初试压力和温度进行类似实验，即
可得到一系列的等焓线，图中等焓线上任一点的斜率
6． 某完全气体初态压力为在
经绝热节流后压力为为
节流后
7． 绝热节流过程中，不向高温热源吸热、也不向低温源放热，同样产生功，是否违反第一定律？第二定律？
【答案】不违反第一定律，也不违反第二定律。 （1）绝热节流过程中，
根据热力学第一定律
知：
（2）状态发生变化，系统对外做出的功等于内能的减小。
8． 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。
即为
且
请
设环境压力为
图上画出三条等压线，并表示出绝热节流过程的做功能力损失的大小。说明为什么？ 【答案】
三条等压线如图所示。节流前
损失即作功损失：
二、计算题
9． 有空气，初态参数为
经历一可逆多变过程膨胀到
问此过程的多变指数多少，膨胀功多少？工质热力学能变化多少？ 【答案】由多变过程方程
可得：
其中，
所以多变指数为：
过程的膨胀功为：
工质热力学能变化为：
10．—压气机，要求将温度为295K 的空气从0.1MPa 压缩到0.6MPa 。则此压气机的压比为多少？如果采用 单级压缩，压缩过程为可逆绝热，问压缩每kg 空气需要耗功多少？如果采用两级压缩，级间最大程度冷却时， 最有利的中间压力为多少？压缩功又为多少？
【答案】此压气机压比为绝热指数为：
采用单级压缩，因可逆绝热过程，可求得压缩终了气体的温度为：
消耗的功为：
采用中间冷却，最大可冷却到295K 。最有利的中间压力为：
该点冷却前温度为：
则耗功：