2016年北京理工大学宇航学院力学专业06生物力学(力学专业背景)之工程热力学复试笔试仿真模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 绝热活塞把一个刚性绝热容器分成A 和B 两部分（图），分别有某种气体，B 侧设有电加热丝。活塞 在容器内可自由移动，但两部分气体不能相互渗透。合上电闸，B 侧气体缓缓膨胀。问：，（1）取A 侧气体为系 统，是什么系统；（2）取A 侧和B 侧全部气体为系统（不包括电热丝）是什么系统；（3）取A 侧和B 侧全部 气体和电热丝为系统，是什么系统；（4）取图中虚线内为系统，是什么系统？
图
【答案】（1）闭口绝热系，因为系统仅与外界交换功； （2）闭口系，系统与电热丝交换热量；
（3）闭口绝热系，因为系统仅与外界交换电能，没有热量越过边界； （4）孤立系。
2．
试证明在压缩比
【答案】
相同的情况下，活塞式内燃机定容加热理想循环与卡诺循环有相同的
热效率。这是否说明定容加热理想循环达到了卡诺循环的理想水平？为什么？
但不能说明定容加热理想循环已达卡诺循环水平，因为
远远高于
而在相同
温度区间到）内，将大大高于
3． 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。
4． 在温度为的环境中，质量温度为的冰自周围环境吸热融化为水，再继续吸热升温至环境温度损失大小。
【答案】过程的
图如图所示。
试在
图上示出此过程造成的环境熵变、冰及水的熵变、熵产量和可用能
图
图中，1-2水平线段为冰吸热融解的过程；2-3曲线为水吸热升温的过程；4-5水平线段为环境大气的放热过程。
图中
表示环境的熵减量；
表示冰、水的熵增量；
表示过程造成的熵产量；带有阴影
线的部分表示过程造成的可用能损失的大小。
5． 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。
6． 蒸汽动力循环中，蒸汽轮机排气压力个局部来看，在初态不变的前提下，装置全局分析，并非越低越好。
因为，
降低，必然要求凝汽器真空度升高，从而凝汽器换热面积增大，冷却水量增对，冷
降低未必带来整体装置经济性增加，这是一个经济性限制。还有蒸汽
是否越低越好？降低有哪些限制？
【答案】蒸汽动力循环中蒸汽轮机的排气压力并不是越低越好。从汽轮机自身膨胀作功这
越低，蒸汽在汽轮机中膨胀做功越多，当然有利。但是从
却管径增大，使得冷却水泵耗功增加，导致制造成本、初投资和运行费用增加。
综合考虑这些因素，
轮机排汽为饱和湿蒸气，排汽压力降低，取决于排气温度是否降低，这个
必须在零度以上。
总要比冷却水温左右，这是降
高，才能有效冷却放热，而冷却水温度只能维持在低的传热学限制。还有个限制就是如果
综合这些因素之后，排汽温度大约为30摄氏度左右。所以大约为湿度过大，不利于汽机安全运行。
7． 物质在定压下发生汽化，其吉布斯函数是增大、不变还是减小？
【答案】吉布斯函数不变. 物质在定压p 下汽化，其温度由
太低了，则会造成y 2升高，导致汽轮机低压缸末级蒸汽
不变，故为定压、定温过程。
或者:物质在定压p 下汽化, 其温度
也不变，此时，物质处于液、气的相平衡, 化学势
相等，而
8． 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
及与
与温度无关。 是温度的单值函数。
二、综合分析题
9． 某热机在每个循环中从温热源假设分别排出：（1）
的高温热源吸收
（2）
可逆。
不可逆。
不可能。
, 可逆。
不可逆。 不可能。
。
的热量和可逆地向（3
）
的低
热量。请用两种方
法计算证明，在这三种情况中，哪个是不可逆的、哪个是可逆的和哪个是不可能的？并对不可逆循环计算出其不可逆损失，大气环境温度
【答案】采用孤立系统熵增原理证明： （1）（2）（3）（4）
采用卡诺定理证明：（1）（2）（3）（4）