资源描述
科目代 码：817 科目 名称 ： 工程 热力 学 第 1 页 共3 页 南 京 航 空 航 天 大学 2018 年 硕士研究生入学考试初试 试题 （ A 卷 ） 科目代码: 817 满分: 150 分 科目名称: 工程热力学 注意: 认 真阅 读答 题纸上 的注 意事项 ； 所有答案 必须 写在 答 题纸 上，写在 本试 题纸或 草稿 纸上均无 效； 本试题纸须随 答题 纸一起装入试题袋中 交回 ！ 一、 简答题 （ 共 50 分） 1 、 （5 分） 均质 等截 面杆 两端 的温度 由两 恒温 热源 维持 ， 保 持两 端温度 为 t 1 和 t 2 不变 ， 取 此杆为 系统 ， 则系统 处于 平衡 状态 。该 说法正 确吗 ？简 要说 明理 由。 2 、 （5 分） 若封 闭气 缸内 的 湿空气 定压 升温 ，问 湿空 气的 ，d, h 如 何变 化？ 3 、 （6 分 ）一 刚性 容器 ，用 隔板分 成两 部分 ，左 边储 存有高 压理 想气 体， 右边 为真空 。抽 去隔 板， 气 体立即充满整个容器，问 若该容器绝对良好导热， 则工质热力学能、温度如 何变化？与外界换热量 能否确 定。 简要 说明 理由 。 4 、 （6 分） 考虑 一出 口截 面为 声速的 收缩 喷管 ， 若 该喷 管入口 处空 气状 态保 持恒 定， 出 口面 积减 小后 ， 问： （1 ） 出口 处流 速如 何 变化？ （2 ） 通过 喷管 的质 量流量 如何 变化 ？ 假 设喷 管等熵 ， 空气 为定 比热 理想气 体。 5 、 （6 分 ）一 刚性 容器 装有 两种理 想气 体的 混合 气体 。加热 混合 气体 ，容 器内 的压力 和温 度值 上升 。 问两种 气体 的分 压力 会改 变吗？ 其分 压力 与混 合气 体压力 的比 值是 否会 改变 ？简要 说明 理由 。 6 、 （6 分）空气从 0.1MPa 、27 被可逆压缩至 0.5MPa 、207 ， 空 气 视 为 理 想 气 体 ， 定 比 热 1.004 / p c kJ kg K 。 试 问这 个过 程是 绝热 的 吗？如 果是 ， 请计 算单 位 质量空 气所 做的 功 ； 如 果 不 是，确 定热 量传 递的 方向 。说明 理由 。 7 、 （8 分 ）一 台热 泵夏 天被 用来制 冷， 冬天 被用 来采 暖。房 间整 年维 持 在 24 。1 室 内外 温差 的房 间热损 失 是 0.44kW 。 室外 平均温 度在 夏天 为 32 ， 在冬天 为-4 。 试分析 制 冷和采 暖的 功率 分别 是 多少？ 哪个 功率 确定 了必 须购买 的机 组功 率大 小？ 8 、 （8 分 ）系 统经 历了 一个 循环， 从温 度为 T 0 环境 吸 热 Q 0 ，从温 度为 T s 的 热源 吸热 Q s ， 并在 温 度 为 T U 下放 热 Q U 。 循 环中 再也 没有其 它能 量传 递。 若 T sT U T 0 ， 试 推导 用 Q s 、T s 、T U 、 T 0 表 示的 Q U 的 最大理 论值 。 二、 （10 分 ）试 推导 理想 气体 定比热 容多 变过 程熵 变的 计算公 式为 ： 2 21 1 1 g p nk s s R In n k p 。 三、 （10 分 ） 存 在某 可逆多 变 压缩过 程 1-2 ， 其 过程 线如 下图 所 示， 试分 析：1 ） 该 过程温 度、 比容 如何 变化， 过程 是吸 热还 是放 热？2 ） 给出 多变 指数 n 的范围 ；3 ） 如果 存在 另一 个起始 状态 同样 为 1-2 科目代 码：817 科目 名称 ： 工程 热力 学 第 2 页 共3 页 的不可 逆绝 热压 缩过 程， 在 T-s 图 上用 面积 表示 出两 过程的 耗功 量， 并比 较哪 一个过 程耗 功更 多？ 四、 （10 分 ） 利 用气 源将 高压 空气充 入一 容积 为 0.5m 3 的绝热 刚性 容器 。 气 源温 度 为 300K ， 压 力 0.5MPa ， 若充气 前容 器内 存在 有压 力为 0.1MPa ， 温度 为 300K 的 空气 ， 求 充气 至 0.3MPa 时的 充入 的气 体质量 和容器 内气 体的 温度 。 空 气视为 理想 气体 ，定 比热 。 五、 （15 分） 气缸- 活塞系 统 内气体 由初 始平 衡态 1 经 历不可 逆过 程达 到终 平衡 态 2 ，过 程中 从温 度为 600K 的 热源 吸热 100kJ ， 气体热 力学 能增 加 30kJ ， 然后经 可逆 过程 返回 初态 。 若 气体 仅与 600K 的热 源发生 热交 换 ， 且在 两过 程中热 源的 总熵 变 为 0.026kJ/K ， 环境 温度 为 17 。 取 气缸内 气体 为热 力系 ， 试求： 1 ） 热力 系在 不可 逆过 程中 所作的 功量 ； 2 ） 热力 系在 可逆 过程 中的 传热量 和功 量； 3 ） 热力 系作 功能 力的 变化 值； 4 ） 若取 气缸- 活塞 系统 与 热源为 孤立 系， 求此 孤立 系做功 能力 的损 失。 六、 （15 分 ） 某 透平 机在 稳定 工作状 态下 ， 进 口气 体压 力 1 3.0 p bar ,温度 1 390 TK ， 经过 绝 热膨 胀 过程 ， 气体 压力 降至 2 1.0 p bar 。每 1kg 气 体流 过透 平 向 外输 出 74KJ 的 功， 忽略 透平 机 进出口 的 动位能 变化 。 工 质视 为理 想气体 ， 定 比热 容， 1.005 / 0.718 / pv c kJ kg K c kJ kg K ， ,环境 温 度 为 0 273 TK 。试计 算： 1 ） 进出 口单 位质 量空 气的 熵变； 2 ） 空气 的做 功能 力损 失； 3 ） 透平 机的 绝热 效率 。 七、 （20 分） 如图 ， 温度 为 20 的空 气 以 40m/s 的 速度 通过一 个加 热器 ， 温度 升 至 820 。 紧接 着 以 同 样的速 度 40m/s 进 入涡 轮 （透平 ）膨胀 降 温至 620 。空 气 离 开透 平并 以 55m/s 的 速度进 入喷管 ， 在喷管 内膨 胀降 温 至 510 。如果 空气 的 流量 为 2.5kg/s, 喷管入 口截 面积 为 20cm 2 ，空气 视为理 想气 科目代 码：817 科目 名称 ： 工程 热力 学 第 3 页 共3 页 体， 1.005 / p c kJ kg K ,试求 ： （1 ） 加热器 内空 气吸 收的 热量 ； （2 ） 假如 不 考虑 热损 失 ， 涡轮 输出的功 ； （3 ） 假设喷 管为 等熵 喷管 ，判 断喷管 的形 状 ， 并计 算喷 嘴出口 速度 。 八、 （20 分 ） 一 带有 回热 的燃 气轮机 理想 循环 ， 循环 采 用一级 压缩 和两 级膨 胀 ， 两级涡 轮的 膨胀 比相 等。 高压涡轮排出的气体全部 进入回热器，然后 再进入 低压涡轮膨胀至压缩机进 口的压力。假设循环工 质为理 想气 体， 定比 热 ， 且回热 度 为 1 。试 求： 1 ） 绘制 该理 想循 环的 T-S 图，并 在相 同压 比和 最高 循环温 度条 件下 ，通 过 T-S 图 分析 该循 环与 标准 回热燃 气轮 机理想 循环 （ 单级压 缩、 单级 膨胀 ）的 循环热 效率 和输 出净 功大 小； 2 ） 将该理想 循环 的热效 率表 示为压 比和 循环温比 （高压 涡轮进 口与 压气机 进口温 度比） 的函 数。
展开阅读全文