2016年同济大学机械与能源工程学院传热学与工程热力学综合之工程热力学复试笔试最后押题五套卷
● 摘要
一、简答题
1． 多变过程是否概括了所有热力过程？
【答案】多变过程是指状态变化规律符合的过程，每个特定的多变过程具有一个不变的指数n ，即多变指数。显然，还存在不一定满足上述规律的热力过程。
2． 压力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． 如图所示，刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空。若将隔板抽去，试分析容器中空气的热力学能如何变化？若容器中所装的为固定隔板，隔板上有一小
B 两侧压力相同时A 、B 两部分气体的热力学能如何变化？
孔，气体从A 泄露入B ，试分析当A 、
图
【答案】将气体视作一个控制质量，由于气体向真空作无阻自由膨胀，不对外界作功，所以
过程功又因为容器绝热，所以过程的热量也即热力学能不变。 根据热力学第一定律所以有气体的热力学能变化
如果有固定隔板，隔板上有小孔，则气体从A 中泄露入B 中，若隔板绝热，则过程为A 对5的充气过程，因为A 部分气体对部分作推进功，充气的结果是A 部分的热力学能比原来减少，而B 部分气体的比热力学能升高，最后当两部分气体的压力达到平衡，但是A 部分气体的温度比B 低。
A 、B 部分的气体应时刻具有相同的温度，B 两部分气体相同时，若隔板是良好导热体，当A 、
A 、5两部分气体处于热力学平衡状态，情况与自由膨胀时相同，两个部分气体的比热力学能相等。两部分的总热力学能与两部分的容积成正比。
4． 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。
5． 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。
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，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
降低，取决于排气温度是否降低，这个
必须在零度以上。
左右，这是降总要比冷却水温却管径增大，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． 什么是制冷系数？试说明逆卡诺循环制冷系数的表达式。
【答案】制冷系数是指制冷过程中制冷量与实际耗功量的比值，即
如图所示，逆卡诺循环制冷系数的表达式为：
太低了，则会造成y 2升高，导致汽轮机低压缸末级蒸汽
图
8． 系统经历了一不可逆过程，已知终态熵小于初态熵，能否判断该过程一定放出热量，为什么？
【答案】如果认为系统是闭口系，由
如果认为系统是开口系，据题意有：
假设绝热，只要
必定放热。
二、综合分析题
9． 活塞式压气机活塞每往复一次生产度为压力为若压缩过程为
程中气缸内空气的质量。
【答案】压缩终了时余隙中空气的参数为
压力为的压缩空气。空气进入压气机时的温试求压缩过的可逆多变过程，余隙容积比为因排气过程状态参数不变。故
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