2017年北京理工大学力学专业03空气动力学之工程热力学复试仿真模拟三套题
● 摘要
一、名词解释
1． 热效率。
【答案】热效率是指用于做功的那部分热量与所消耗的总热量的比值。
二、简答题
2． 某一工质在相同的初态1和终态2之间分别经历2个热力过程，一个为可逆过程一个为不可逆过程，试比较这两个过程中相应外界的熵变化量哪一个大，为什么？
【答案】工质经历相同的两个过程，
因此熵变
在
相同情况下，
3． 朗肯循环采用回热的基本原理是什么？
【答案】基本原理是提高卡诺循环的平均吸热温度来提高热效率。
4． 理想气体的Cl^Bcv为温度的单值函数。试问对确定的一种理想气体而言，温度的关系如何？用数学表达式说明。
【答案】（1）（2）
对于确定的一种理想气体，为定值。所以
因为
是温度的单值函数，所以
与温度无关。 是温度的单值函数。
及
与
相同。设
由于可逆过程
由此可知，不可逆过程相应外界熵变化量大。
5． 未饱和湿空气经历绝热加湿过程，其干球温度、湿球温度和露点温度如何变化？
【答案】干球温度降低，湿球温度不变，露点温度不变。
6． 试写出开口系统能量方程的一般表达式并说明各项的意义。
【答案】开口系统能量方程的一般表达式为：
式中
，
为开口系与外界交换的热量
；
为开口系控制容积内的储存能的变化量
；
为进口处工质的焓
为出口处时工质的焓值、动能及位能；
值、动能及位能；为开口系何外界输出的轴功。
7． 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。
三、计算题
8．
空气在喷管中做等熵绝热流动。流过出口截面积数为
初速
求：（1）当背压为多大时，喷管可达最大流量。 （2）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
【答案】（1）喷管的滞止参数为：
由绝热方程
可得初始状态的压强为：
气体常数
的渐缩喷管。喷管进口处参
所以，当
（2）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：
时喷管出口达最大流速。
9． 如图所示，管道1中的空气和管道2中的空气进入管道3进行绝热混合。若管道1气流温度为200°C ，流量为压力
为
流速为
管道2气流温度为
流量为
流速为
混合后的
管道3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：
混合过程绝热，且与外界无功量交换，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：
10．由绝热材料包裹的导热杆两端分别与温度为的热流量
等于流出导热杆的热流量
的热源相连，如图所示。热量通过导热杆从时，杆子处在非平衡稳定状态。
热源T 2流向T 1。假定两热源的热容量足够大，排出或吸收热量不致改变其温度。当流进导热杆
问：（1）以导热杆为系统，系统的熵变、熵流和熵产是多少？为什么？ （2）以两热源和导热杆为系统，系统的熵变、熵流和熵产是多少？为什么？
图
【答案】（1）以导热杆为系统的话，因为杆子处于非平衡稳定状态，所以系统的熵变为零，也即
热量通过导热杆从热源流向
所以可以求得熵流为：
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