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2019年湖北武汉科技大学工程热力学考研真题及答案.doc

发布时间：2022-11-03 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.63M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    2019 年湖北武汉科技大学工程热力学考研真题及答案 一、名词解释（共 3 小题，每小题 6 分，共 18 分） 1、（6 分）压缩因子 2、（6 分）露点 3、（6 分）含湿量 二、填空题（共 2 小题，每空 1 分，共 32 分） 1、（12 分）分析下图中的四个区域，填写“正”或“负”。 ①区域：dW为____，dWt 为____，dQ为____。 ②区域：dW为____，dWt 为____，dQ为____。 ③区域：dW为____，dWt 为____，dQ为____。 ④区域：dW为____，dWt 为____，dQ为____。 2、（20 分）分析下列各循环，填写“0”、“1”或“2”。 ①斯特林循环由__个等压过程、__个等容过程、__个等温过程、__个等熵过程组成。 ②卡诺循环由__个等压过程、__个等容过程、__个等温过程、__个等熵过程组成。 ③狄塞尔循环由__个等压过程、__个等容过程、__个等温过程、__个等熵过程组成。 ④奥托循环由__个等压过程、__个等容过程、__个等温过程、__个等熵过程组成。 ⑤布雷顿循环由__个等压过程、__个等容过程、__个等温过程、__个等熵过程组成。 三、计算题（共 5 小题，每小题 20 分，共 100 分） 1、（20 分）某房间，冬季通过墙壁和窗子向外散热 5×107J/h，房内有 8 只 50W 电灯照明， 其他家电耗电约 2500W，为维持房内温度不变，房主购买供暖系数为 6 的热泵，求热泵的最 小功率。 2、（20 分）将 150kg 温度为 30ºC 的水与 250kg 温度为 70ºC 的水在绝热容器中混合，求混 合前后水的熵变及火用损失。设水的比热容为定值，cw=4.187 kJ/(kg·K)，环境温度 t0=20 ºC。
    3、（20 分）滞止压力为 0.6MPa、滞止温度为 360K 的空气可逆绝热流经收缩喷管，在截面积 为 2.5×10-3m2 处气流马赫数为 0.5。若喷管背压力为 0.25MPa，试求喷管出口截面积。空气 可当双原子气体处理，κ=1.4，临界压力比 vcr=0.528。 4、（20 分）某压水堆二回路循环采用一次抽汽加热给水，循环抽象简化为下图所示，若新 蒸汽为饱和蒸汽且 p1=7MPa，抽气压力 p4=0.7MPa，凝汽器维持 p2=0.007MPa，忽略水泵功， 试求（1）抽气量α；（2）循环热效率η；（3）耗气率 d。 p MPa s’ s’’ kJ/(kg·K kJ/(kg·K ) ) 7 3.1210 5.8129 h’ kJ/kg h’’ kJ/kg 1266.9 2771.7 0 2 0.7 1.9925 6.7079 697.32 0.00 7 1.1921 7.4789 376.75 2763.2 9 2659.5 5 5、（20 分）V=0.5m3 的刚性容器中装有 p1=0.3MPa、T1=300K 的 CO2。N2 气在输气管道中流动， 参数保持 pL=0.9MPa、TL=450K。如下图所示，打开阀门充入 N2，直到容器中混合物压力达到 p2=0.6MPa 时关闭阀门。充气过程绝热，求容器内混合物终温 T2 和质量 m2。按定值比热容计 算，cV,N2=751 J/(kg·K)，cP,N2=1048 J/(kg·K)，cV,CO2=657 J/(kg·K)，cP,CO2=846 J/(kg·K)。 答案 一、名词解释（共 3 小题，每小题 6 分，共 18 分） 1、（6 分）压缩因子 答：压缩因子 Z=pv/(RgT)。Z值偏离 1 的大小，反映了实际气体对理想气体性质偏离的程度。
    2、（6 分）露点 答：露点 td 是在一定 pv 下（指不与水或湿物料相接触的情况），未饱和湿空气冷却达到饱和 湿空气，即将结出露珠时的温度。 3、（6 分）含湿量 答：含湿量 d为 1kg 干空气所带有的水蒸气质量。 二、填空题（共 2 小题，每空 1 分，共 32 分） 1、（12 分）分析下图中的四个区域，填写“正”或“负”。 ①区域：dW为____，dWt 为____，dQ为____。 ②区域：dW为____，dWt 为____，dQ为____。 ③区域：dW为____，dWt 为____，dQ为____。 ④区域：dW为____，dWt 为____，dQ为____。 答： ①正、正、正； ②正、正、负； ③负、负、负； ④正、负、正； 2、（20 分）分析下列各循环，填写“0”、“1”或“2”。 ①斯特林循环由__个等压过程、__个等容过程、__个等温过程、__个等熵过程组成。 ②卡诺循环由__个等压过程、__个等容过程、__个等温过程、__个等熵过程组成。 ③狄塞尔循环由__个等压过程、__个等容过程、__个等温过程、__个等熵过程组成。 ④奥托循环由__个等压过程、__个等容过程、__个等温过程、__个等熵过程组成。 ⑤布雷顿循环由__个等压过程、__个等容过程、__个等温过程、__个等熵过程组成。 答： ①0、2、2、0；
    ②0、0、2、2； ③1、1、0、2； ④0、2、0、2； ⑤2、0、0、2； 三、计算题（共 5 小题，每小题 20 分，共 100 分） 1、（20 分）某房间，冬季通过墙壁和窗子向外散热 5×107J/h，房内有 8 只 50W 电灯照明， 其他家电耗电约 2500W，为维持房内温度不变，房主购买供暖系数为 6 的热泵，求热泵的最 小功率。 解： 7 5 10  3600 P     50 8 2500 6  1831.5W 2、（20 分）将 150kg 温度为 30ºC 的水与 250kg 温度为 70ºC 的水在绝热容器中混合，求混 合前后水的熵变及火用损失。设水的比热容为定值，cw=4.187 kJ/(kg·K)，环境温度 t0=20 ºC。 解： T 合 = S g    m T m T 1 1 2 2 m m 1 2    c m W 1 ln T T 1 合 150    273 30   250 150 250     273 70    328K  m 2 ln 合 T T 2     4.187 10  3   150 ln    328  273 30  250 ln  328  273 70     2985J/K I T S 0 g   273+20   5 2985=8.746 10 J  2、（20 分）滞止压力为 0.6MPa、滞止温度为 360K 的空气可逆绝热流经收缩喷管，在截面积 为 2.5×10-3m2 处气流马赫数为 0.5。若喷管背压力为 0.25MPa，试求喷管出口截面积。空气 可当双原子气体处理，κ=1.4，临界压力比 vcr=0.528。 解： Ma= c f c  T  2  c T  0 P R T  g    1 T 0 T 2 Ma 1     2 1   2 0.5    1.4 1  2  1.05 T  T 0 1.05  360 1.05  342.86K c f = 2  c T P 0  T  = 2  287 1.4  1.4 1    360 342.86 =185.56m/s   p  p 0  1     T T 0     0.6 10  6  1.4 1.4 1      1 1.05    5.058 10 Pa  5 v  R T g p   287 342.86 5 5.058 10   0.1945m /kg 3
    q m  Ac f v  2.5 10  3   0.1945 185.56 =2.385kg/s p cr p b   0.528 0.528 0.6 10 p   0 6 0.25 10 2.5 10 Pa    5   6  3.168 10 Pa  5         p cr p p b 2 p cr  3.168 10 Pa  5 T 2  T 0 1       p 2 p 0    =360 0.528  1.4 1  1.4 =299.95K c f2 = 2  c T P 0  T 2  = 2  287 1.4  1.4 1    360 299.95 =347.33m/s   v 2  A 2  R T g 2 p 2 q  m c f2  v 2 3    0.2717m /kg 287 299.95 5 3.168 10 2.385 0.2717 =1.8657 10 m     3 347.33 2 3、（20 分）某压水堆二回路循环采用一次抽汽加热给水，循环抽象简化为下图所示，若新 蒸汽为饱和蒸汽且 p1=7MPa，抽气压力 p4=0.7MPa，凝汽器维持 p2=0.007MPa，忽略水泵功， 试求（1）抽气量α；（2）循环热效率η；（3）耗气率 d。 p MPa s’ s’’ kJ/(kg·K kJ/(kg·K ) ) 7 3.1210 5.8129 h’ kJ/kg h’’ kJ/kg 1266.9 2771.7 0 2 0.7 1.9925 6.7079 697.32 0.00 7 1.1921 7.4789 376.75 2763.2 9 2659.5 5 解： x 4  5.8129 1.9925 6.7079 1.9925   x 2  5.8129 1.1921 7.4789 1.1921    0.8102   h 4 697.32   2763.29 697.32   x 4  2371.17kJ/kg  0.7350   h 2 376.75   2659.55 376.75   x 2  2054.61kJ/kg   h 4  h 5    1    h 5     h 3  h 5 h 4   h 3 h 3  697.32 376.75 2371.17 376.75    0.1607 q H  h 1  5 =2771.72 697.32=2074.40kJ/kg h 
    q L   1   h 2  h 3   = 1 0.1607 2054.61 376.75 =1408.23kJ/kg     2074.40 1408.23 666.17kJ/kg    q L 666.17 2074.40 =0.321 w net  q H   d  w net q H 1 w net =  1 666.17  1.501 10 kg/kJ   3 3、（20 分）V=0.5m3 的刚性容器中装有 p1=0.3MPa、T1=300K 的 CO2。N2 气在输气管道中流动， 参数保持 pL=0.9MPa、TL=450K。如下图所示，打开阀门充入 N2，直到容器中混合物压力达到 p2=0.6MPa 时关闭阀门。充气过程绝热，求容器内混合物终温 T2 和质量 m2。按定值比热容计 算，cV,N2=751 J/(kg·K)，cP,N2=1048 J/(kg·K)，cV,CO2=657 J/(kg·K)，cP,CO2=846 J/(kg·K)。 解： R g,N2 R g,CO2  c  P,N2 c  P,CO2 pV 1 m CO2  R T g,CO2 1   1048 751=297J/(kg K)   846 657=189J/(kg K) 6   c V,N2 c  V,CO2 0.3 10     189 300  2.6455kg 0.5 根据开口系能量方程和分压定律分别得到方程（1）和（2） T m c T N2 P,N2 L  N2 V,N2 2 CO2 V,CO2 m c  m c T T   1 2 T m R g,CO2 2 V 0      代入数字，仅以 mN2 和 T2 为未知量  m R T g,N2 2 V CO2   p N2 2   1   2
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