2016 江苏南京航空航天大学工程热力学考研真题
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 t1 和 t2 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φ,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
。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 T0 环境吸热 Q0,从温度为 Ts 的热源吸热
Qs,并在温度为 TU 下放热 QU。循环中再也没有其它能量传递。若 Ts>TU> T0,试推导用 Qs、
Ts、TU、 T0 表示的 QU 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:
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 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
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 p1=3.0 bar ,温度 T1=390K,经
过绝热膨胀过程,气体压力降至 p2=1.0bar。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)进出口单位质量空气的熵变;
,环境温度为
。试计算:
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 20cm2,空气视为理想气体,
,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π和循环温比τ(高压涡轮进口与压气机进口温度比)
的函数。