2017年北京理工大学机械与车辆学院815工程热力学(不含传热学)考研强化模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 什么是化学反应的热效应？若反应物和生成物均为理想气体，那么定压热效应和定容热效应之间有什么关系？
【答案】当系统经历一个化学变化时，当系统只做容积变化功，且所得生成物和反应物的温度相等时，这时lKmol 主要反应物或生成物所吸收或放出的热量称为化学反应的热效应。
其中定压热效应为：
定容热效应为：
所以二者有如下关系：
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． 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
5． 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。
6． 热量和功有什么相同的特征？两者的区别是什么？
【答案】热量和功是能量的不同表现形式，都是与过程有关的量。其单位是相同的。区别在于表现形式的不同。
7． lkg 理想气体，从同一初态经过绝热过程膨胀到达另一相同压力，如一个是可逆过程，另一个是不可逆过程，试:（1）画出两过程的
【答案】（1）
图及
图和
图；（2）比较两过程膨胀功的大小。
图如图所示。
图
8． 一个热力系统中熵的变化可分为哪两部分？指出它们的正负号。
【答案】一个热力系统中熵的变化分为熵产和熵流两个部分。其中，熵产是不可逆因素引起的部分，只能为正，或为零。而熵流是由于热流进、流出系统所引起的系统熵变的部分，为正、为负、为零均可，视情况而定。
9． 在稳定流动能量方程式中，哪几项能量是机械能形式？
【答案】稳定流动能量方程为：
上述方程式中
，
是机械能形式，三者分别代表进出口工质的动能差、热能
差、开口系与外界交换的轴功。
10．试确定图上一组等温线簇温度的大小和
图上一组等容线簇比体积的大小。
所以
即
【答案】如图所示，取等压过程1-2, 与等温线簇相交于1、2
。因
由于
所以，
即等温线簇中右上方的等温线的温度高。
图
也可以从能量关系分析：过点2作等熵线，因等熵线比等温线陡，故与过点1的等温线相交于点3。考察过 程2-3, 过程中，q=0, 同时，因
得
即
由于
因q=0, 故
所以过程功为正。据热力学第一定律解析式
因此
但
所以过程1-2体
如图所示，取等熵线与等比体积线簇相交于1、2、3, 考察过程1-2-3, 显然
据热力学第一定律解析式
积功为正，由此可得
参照上述方法，可导出
图上熵增大方向以及
图上等压线簇增大方向。
二、计算题
11．10kg 空气，初态为
【答案】依题意可知
所以有：
其中
则有：
定容放热到
后，再定压放热
试求空
气
空气内能、焓、熵的变化量以及环境的熵变量。已知环
境
取空气的闭口系，则定容放热过程1-2满足热力学第一定律