1、工程執八、 、力學期末建筑環境與設備工程專業適用（閉卷，150分鐘）班級姓名學號成績一、簡答題（每小題5分，共40分）1.什么是熱力過程？可逆過程的主要特征是什么？答：熱力系統從一個平衡態到另一個平衡態，稱為熱力過程。可逆過程的主要特征是驅動過程進行的 勢差無限小，即準靜過程，且無耗散。2.溫度為500匚的熱源向熱機工質放出500 J的熱量，設環境溫度為30C試問這部分熱量的火用（yong）值（最大可用能）為多少?3.兩個不同溫度（“2）的恒溫熱源間工作的可逆熱機，從高溫熱源 吸收熱量Q!向低溫熱源T2放出熱 量Q2,證明：由高溫熱源、低溫熱源、熱機和功源四個子系統構成的孤立系統熵增。假設功源

2、的熵變SW=0。0= 0證明：四個子系統構成的孤立系統熵增為（1分）ASisoSt02SR=SW根據卡諾定理及推論:則：山Siso=01分4.剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，如右圖所示。若將隔板抽去，試分析容器中空氣的狀態參數（T、P、u、s、v）對熱機循環子系統:：S01分ISOQuQ2TT答:30273.帖,；=303.95kJ500 273 .15-自由膨脹如何變化，并簡述為什么。答：u、T不變，P減小，v增大，s增大5.試由開口系能量方程一般表達式岀發，證明絕熱節流過程中，節流前后工質的焓值不變。 程可看作穩態穩流過程，宏觀動能和重力位能的變化可忽略不

3、計）1r177777777/77777T7 -答：開口系一般能量方程表達式為dE/dr =0; ( =0：=0；AEK-O.AEP=0則上式可以簡化為：叫hx=電A3根據質量守恒，有代入能量方程，有6.什么是理想混合氣體中某組元的分壓力？試按分壓力給岀第i組元的狀態方程。答：在混合氣體的溫度之下，當i組元單獨占有整個混合氣體的容積（中容積）時對容器壁面所形成的壓力，稱為該組元的分壓力；若表為Pi，則該組元的狀態方程可寫成：RV=miRT。7.高、低溫熱源的溫差愈大，卡諾制冷機的制冷系數是否就愈大，愈有利？試證明你的結論。 答：否，溫差愈大，卡諾制冷機的制冷系數愈小，耗功越大。 （2分）證明：；

4、R亞二互，當q2不變T時，W、R2。即在同樣q2下（說明-T2w也T得到的收益相同），溫差愈大，需耗費更多的外界有用功量，制冷系數下降。（3分）（絕熱節流過=0絕熱節流過程是穩態穩流過程，因此有如下簡化條件8.一個控制質量由初始狀態A分別經可逆與不可逆等溫吸熱過程到達狀態B,若兩過程中熱源溫度均為Tr試證明系統在可逆過程中吸收的熱量多，對外做出的膨脹功也大。答：經歷可逆或不可逆定溫過程后，按題給兩種情況下過程的初、終狀態相同，因而系統的熵變相同。由系統的熵方程US二Sf- sg，對于可逆過程其熵產為零，故熱熵流將大于不可逆過程。可見，可逆過程的熱量將大于不可逆過程；（3分）由熱力學第一定律，q

5、- w，因過程的初、終狀態相同，熱力學能變化Ju相同，故可逆與不可逆兩種情況相比，可逆過程的過程功亦較大。（2分）、作圖題：（每小題5分，共10分）什么數值范圍內（圖中請標明四個基本過程線）：1）壓縮、升溫、吸熱的過程2）膨脹、降溫、吸熱的過程。vs答:n k；j：n：k1.試在所給參數坐標圖上定性地畫岀理想氣體過點1的下述過程，分別指岀該過程的過程指數n應當在評分：四條基本線（2分）兩條曲線（2分）n取值（1分）2.如圖所示T-s圖上理想氣體任意可逆過程1-2的熱量如何表示？熱力學能變化量、焓變化量如何表示?若過程1-2是不可逆的，上述各量是否相同？（請寫出簡明的作圖方法。）答：對可逆過程，

6、熱量為面積1-m-k-2-1,熱力學能變化量為面積1-m-n-2v-1,焓變化量為1-m-g-2p-1。對不可逆過程，熱量無法表示，熱力學能和焓變化量相同三、計算題：（共50分）1.壓氣機在95 kPa 25C的狀態下穩定地以340 m3/min的容積流率吸入空氣，進口處的空氣流速可以忽略不計；壓氣機排口處的截面積為0.025 m2,排出的壓縮空氣的參數為200 kPa 120 C。壓氣機的散熱量為60 kJ/min。已知空氣的氣體常數Rg=0.287 kJ/（kg.K），比定熱容CV=0.717 kJ/（kg.K），求壓氣機所消耗的功率。（16分）解：以壓氣機中空氣為研究對象，其穩定工況的能

7、量方程為2C2gz1)m (h2gz2)m =02C2C2Wsh二Q (h-gz1)m(h22gz2)m(a)2 2360 103其中：Q1000(J/s)603P1V95 1034062944n z )m6.2944(kg / s)RgT1287 (273 25)60* * 2Q -Wsh(h1CL-=h2-hi=Cp.T =(273 717) (120-25) =95380.0(J/s)將以上數據代入式(a),可得壓氣機所消耗的功率為：按題給，系統不對外作功，有Q - U二mCvT2-Cv(mATA1mBTB1)=10 0.742 313-0.742 (2 340 8 290)(5分)=

8、2322.46 -2226 =96.46 kJ原在A中的氮氣熵變(2分)=mA(cpl nE Rgl n空)=2 (1.039In273 40_ 0.297 in0.0951-0.3540 kJ/KpTAgPA273 670.07原在B中的氮氣熵變(2分)AT2P2273+400.0951 SB=mB(cpln-Rgln)=2 (1.039in0.2971n) =0.7538 kJ/KpTBgPB273 170.1全部氮氣的熵變 S=：SASB=-0.3540 0.7538 =0.3998 kJ/K(1分)C的水與200 kg溫度為80C的水在絕熱容器中混合，假定容器內壁與水之間也是C2:mR

9、T2P2A6.2944 287 (273 120)200 1030.025= 141.99(m/s)W：二10006.2944 (-95380.0 -141.99225)一6.648 10 (J/s)2.在高溫環境中有一容器，A側裝有2 kg氮氣，壓力為0.07 MPa，溫度為67C；B側裝有8 kg氮氣，壓力為0.1 MPa，溫度為17C,。A和B的壁面 均為透熱壁面，它們之間用管道和閥門相連，見附圖。現打開閥門，氮氣由B流向A。氮氣可視為理想氣體，已知氣體常數Rg,N2= 297 J/(kgK)，過程 中的平均定容比熱容Cv= 0.742 kJ/( kgK)，若壓力平衡時容器中氣體溫度為t

10、2= 40C，試求：平衡時終壓力P2;吸熱量Q；3)氣體的熵變。(18分) 解：容器A和B的容積分別為終態時的氣體壓力mARgTA12 297 340PA1一0.07 106mBRgTB18 297 2901PB1一0.1 106CM)，TIA+mB= 2 +8 =10 kg/A+VB= 2.8851 + 6.8904 = 9.7755mRgT210 297 313V 9.7755-= 2.8851 m30.0951 MPa(2分)-SA3.將100 kg溫度為30VAVB取A+B中的氣體為系統(m=m3(2分)V=F2= 6.8904 m3(4分)絕熱的，且水的比熱容為定值，取c =4.187 kJ/(kg K)，環境溫度為17C。求混合過程導致的可用能損失？（16分）解：以絕熱熔器內水為研究對象，由其能量方程可得m1cT1-m2cT2=（m亠m2）cT可得m1T1m2T2T二mim2JOO303200353=33