2016年山东建筑大学工程力学研究所工程热力学A复试笔试仿真模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 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
2． 压力为即为 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？
图
【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。
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． 试画出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。
【答案】蒸气压缩式热泵下的图如图图所示：
图
制热系数为：
5． 若热力学第一定律表达式写作
那么该式的使用条件是什么？为什么？ 【答案】使用条件为准静态或可逆过程。因为只有在准静态或可逆过程时，系统膨胀功才等于
6． 实际空气制冷循环不可逆损失主要来自哪里？如何减少？
【答案】（1）空气压缩式制冷是利用常温下将较高压力下的空气进行绝热膨胀将获得低温低压的空气这一原理获得所需的低温，其工作原理图如1所示，图如图2所示。
图 1 图 2
低温低压的空气在冷室的盘管中定压吸热升温后进入压缩机，被绝热压缩提高压力，同时温度也升高，然后 进入冷却器，被外界冷却水冷却到接近常温后再进入膨胀机。压缩空气在膨胀机
内进行绝热膨胀，压力降低同时 温度也降低。将低温空气引入冷室的换热器，在换热器盘管内定压吸热，从而降低冷室的温度，空气吸热升温后又被吸入压缩机进行新的循环。
（2）实际空气压缩式制冷中，压缩机和膨胀机在压缩膨胀过程中由于机械运动或多或少总是存在摩擦，故存在摩擦损失；冷却器和蒸发器中放热和吸热过程也是在温差作用下进行的，故存在非平衡损失。
（3）要减少这些损失，只有通过尽量减小传热过程存在的温差和减小机械运动的摩擦来减少不可逆损失。 实际应用中，常采用回热等措施，减小压缩、膨胀中的不可逆损失。
7． 均质等截面的直杆夹持在分别维持恒温和的两物体之间（图）。经验告诉我们，只要和 不改变，杆子任意截面的温度也不随时间改变而保持恒定。试问杆子是否处于平衡状态？
图
【答案】杆子仅是处于稳定状态而非平衡状态。因为杆子各截面温度维持恒定是在外界（温度为和的两个物体）的作用下才成立的，如果撤除和的两个物体，杆子各截面将逐渐趋
于均匀一致，所以杆子是处于稳 定状态而非平衡状态。由此可得，平衡必稳定；稳定未必平衡。
8． 供暖使室内温度升高，室内空气的总内能是否增加？为什么？
【答案】不增加。因一般情况下，空气可视为理想气体，温度变化不大，比热近似为常数。其比内能状态变化故室内空气的总内能的变化为：
而供暖过程中，室内的容积不变，压力与大气压一致也不变，所以
不变，故
二、综合分析题
9． 某设备的容积不计，设当地大气压
为内装温度为
的饱和水蒸气和干空气的混合物。容器内的真空度为干空气，并有的水蒸气凝结成水，水的容积可忽略经一段时间后，由外界漏入求终态时容器内工质的压力和温度。已知，干空
气
水和水蒸气的饱和参数如下：
【答案】初态：
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