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工程热力学试题集
流量m=1.5kg/s，要求：①确定喷管形状；②计算临界参数；③求出口参数。
答案： 一. 问答题
1. 是的。不可以。
2. 可用能是指热能转变为机械能的能力，采暖使用的是热能而不是机械能，故可用能的概念在此没有意义。而且由于热水的散热损失、疏水损失等等都小，供热质量高，所以现在以热水供热为主。 3. 不一定是平衡状态。
4. 由于空气的含湿量不断变化，单位质量湿空气实际包含的物质量也不断变化，作为计量单位很不方便，而单位质量干空气就没有这个缺陷。
5. 没有推翻热力学第二定律。因为水与空气中的水之间有浓度差存在，它是传质的推动力，并造成湿球温度低于环境大气温度。
6. 促使流体增速的根本原因是管流前后的压力差。喷管的几何形状保证了流体膨胀增速对流通截面积的要求。
7. u=h-pv=0-611.2?0.00100022=0.611334464J/kg
8. 压气机主要目的是产生压缩气体，指标是气体的压力，不看重气体的温度。动力循环和制冷循环中，压缩的目的是产生高温高压，因此以绝热压缩为好。 9. 一般是晴天。因为晴天地表透过大气向外层空间辐射的能量多，气温下降幅度大，容易结霜。阴天地表散热少，温降不大，难以产生霜冻。 10.
1-2 2-3 3-4 4-1
?u 550 1024 -860 -714
q 0 1300 0 -714
w -550 276 860 0
二. 计算题
1. ①氮气的内能（热力学能）、焓和熵的改变量：
因氮气可以看作理想气体，并为双原子气体，故： R=Rm/?=8314.3/28.016=296.7J/(kg·K)，
11cv=K) R??296.7?741.9 J/(kg·
k?11.4?1?u=cv?T=741.9×(290-430)=-103.9 kJ/kg ?h=k?u=1.4×(-103.9)=-145.46 kJ/kg
TPTP2901?0.2967ln ?s=cpln2?Rln2?kcvln2?Rln2?1.4?0.7419?lnT1P1T1P14303 =-83.8 J/(kg·K)
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②氮气与外界的热交换量：
根据能量平衡方程：q=?u+w=-103.9+46=-57.9kJ/kg 热力系统向外放热57.9kJ/kg； ③判别过程是否可逆：
将活塞–气缸内的氮气与周围环境组成一个孤立系统，根据孤立系统熵增原理?s孤立系?0，而
?s孤立系=?s+?s环境
式中，?s––––氮气的熵变量，已经算得?s=-83.8 J/(kg·K) ?s环境––––周围环境的熵变量， ?s环境=q/T0=57.9/280=206.79 J/(kg·K) 故?s孤立系=206.79-83.8=122.99 J/(kg·K)
由于?s孤立系?0，所以此过程为不可逆过程，必有可用能损失。 ④可用能损失I=T0?s孤立系=280×122.99=34.437kJ/kg pcvc22.12?106?0.00317? 2. R== 473.046J/(kg·K) zcTc0.229?647.3 3.由于摩尔成分zi=yi，所以1kmol煤气中含有H2为0.5kmol或0.5×2=1kg；CH4
为0.36kmol或0.36×16=5.76kg；C2H6为0.04kmol或0.04×30=1.2kg；CO为0.06kmol或0.06×28=1.68kg；N2为0.02kmol或0.02×28=0.56kg；O2为0.005kmol或0.005×32=0.16kg；CO2为0.015kmol或0.015×44=0.66kg。
总质量m=1+5.76+1.2+1.68+0.56+0.16+0.66=11.02kg，或?=11.02kg 根据质量成分定义：xi=mi/m，得
xH2=9.07%，xCH4=52.27%，xC2H6=10.89%，xCO=15.25%，xN2=5.08%，xO2=1.45%，xCO2=5.99%。 4. ?t=
h4?h5QW?1?2?1? QQ1h1?h6?h3?h2h1=3390.625kJ/kg
h2=2979.2kJ/kg h3=3526.07kJ/kg x4=
s4?s4\s4? s4? s3?s4\s4? s4
T 1 3
2 6 5 4
s 二（4）题图
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?7.2118?0.4224=0.8432
8.4747?0.4224h4=x4(h4\–h4')+ h4'
=0.8432(2554.1-121.41)+121.41
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=2172.56kJ/kg h5=h4'=121.41kJ/kg h6=137.98kJ/kg
2172.56?121.41?t=1?
3390.625?137.98?3526.07?2979.2=46.02%
年发电量W total =Time?W=8000?300?106=2.4?109kWh = 24?108kWh 年耗热量Q total =W total /?t=2.4?109/0.4602=5.215?109kWh=1.877?1013kJ 煤耗量 M=Q total/Q dw =1.877?1013/23000=816.28?106kg =816280Ton
5. 设过程方程式为pvn=常数，即p1v1n=p2v2n，
ln(3)p11则n==-1.585 ?v10.01)ln()ln(0.02v2)ln(p2p
2 ∴ 过程方程式为pv=常数。
1系统作功量w=（p1v1–p2v2）
n?1-1.585
1 1=(0.1×0.001–0.3×0.02)×103=1.934kJ ?1.585?1V
6. ①根据压力比确定喷管形状：
喷管设计计算时，按气流在管内实现完全膨胀作为设计工况，即p2=pb。由题给条件，压力比
pp0.0126?0.128?0.528=?c ?2=2??b?b?p0p00.0987 选用缩放喷管。
②计算临界截面的气流参数： 临界压力 pc=?cp0=0.528×0.0987=0.0521MPa
22临界温度 Tc=T0=(273+15)× =240K
k?11.4?1RT287?2403
临界比容 vc=c? =1.322m/kg
pc0.0521?106临界速度 cc=ac=临界截面积 Ac=
2k2?1.4RT0??287?288 =310.5m/s k?11.4?1mvc1.5?1.322?=0.00638m2=63.8cm2 cc310.5③求出口截面的气流参数：
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?p2出口温度 T2=T0??p???0?k?1?k?288????0.0987?1.4?1?0.0126?1.4=160.07K
出口比容 v2=
RT2287?160.073
? =3.646m/kg 6p20.0126?10k?1?1.4?1???k??p22k2?1.40.0126?1.4???1????出口速度 c2= RT0?1????287?288????p????k?11.4?10.0987???0????????? =507.4m/s 出口马赫数 M2=
c2kRT2?507.41.4?287?160.07=2
出口截面积A2=
mv21.5?3.646?=0.01078m2=107.8cm2 c2507.426. 东北大学热能与动力工程专业1998级《工程热力学》试
题B
在答题纸上答题，不必抄题，写清题号。 一. 问答题：（每题4分，共60分）
1. 一般纯物质的p - T图（相图）如图1a所示，而纯水的p - T图如图1b所示，问：从图上看，纯水与其它纯物质相比，有何特殊之处？
p 临界点 p 临界点 三相点 T 图1a 三相点 T 图1b 2. 制冷剂中卤代饱和烃（即氟里昂，英文为Freon：[F(LUORINE) +RE(FRIGERANT) +-ON] a trademark for any of a series of gaseous or low-boiling , inert, nonflammable derivatives of methane or ethane.––––From WEBSTER'S NEW WORLD DICTIONARY, William Collins Publishers, Inc., 1980）的化学分子式可写成CmHnFxClyBrz，其中2m+2=n+x+y+z。氟里昂的代号可以规定为，R(100m+10n+x-90)Bz，即把碳的原子数做为百位数，氢的原子数做为十位数，氟的原子数做为个位数，氯不予以表示，溴以B
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