东北大学2008级《工程热力学》期末试题(2010年1月12日星期二)

一、再热蒸汽动力循环新蒸汽压力17MPa，温度550℃，再热蒸汽压力4.0MPa，温度550℃，

设计排气压力0.005MPa。如果汽轮机的实际排气温度为40℃，那么机组的实际热效率比设计热效率降低多少个百分点？（20分） 已知：

未饱和水和过热水蒸气热力性质表

二、写出道尔顿分压定律的内容，并定性分析下面的状态变化过程：气缸——活塞系统中封

闭的，60℃的湿空气处于饱和状态，①如果在等压条件下把它降温到20℃，会发生什么现象？②如果通过可逆绝热膨胀过程变化到初始压力的一半，又会发生什么现象？（15分）

三、水的临界点参数是Tc=647.27K，pc=22.115MPa，求其范德瓦尔常数a和b。并请回答水

在临界点处等温线有什么特点？（10分）

四、某厂有两条压缩空气管道，工作压力分别为1MPa和0.5MPa，如果需要0.7MPa的压缩

空气用于锅炉省煤器吹扫，怎样获得该参数压缩空气比较节能？（过程均视为可逆过程）（10分）

五、地表大气压力为 0.1MPa，温度为20℃。如果空气上升到对流层上部，大气压力将降为

0.05MPa。忽略气流上升过程中的所有热交换，那么对流层上部的大气温度是多少？该处的当地音速是多少？用喷管每小时输送10000标准立方米的空气，其喉部截面积是多少？（15分）

（附加问题，不计分：若喷管出口流速为二倍音速，出口截面积是多少？）

六、从有关热力循环的知识我们可以知道，动力循环向低温热源排放热量的温度越低，循环

热效率越高。前述蒸汽动力循环的设计排气压力为0.005MPa，设计排气温度是多少？假定周围环境温度为25℃，我们利用制冷机制造低温，使得该蒸汽动力循环的排气温度降低到0℃。请分析一下这样做是否合算？（10分）

七、写出5种对大气臭氧层无害的烷烃的卤族衍生物，并按规则给予它们代号。（10分） 八、如图装置，最开始各个容器（均为密闭容器）内外压力一致，等于大气压力pb。气体

压缩机运行一段时间后，压力真空表上的读数分别为pA和pB，求容器y内的真实压力（绝对压力）。（10分） 答案： 一、x=

7.2338 0.4762

=0.8534，h=0.8534 2561.2+(1-0.8534) 137.77=2205.832 kJ/kg

8.395 0.4762

1

x=

2205.832 137.77

=0.4591

3427.2 154.94 3559.2 3007.99

7.2338 0.5721

=0.8668，h=0.8668 2574.0+(1-0.8668) 167.45=2253.45 kJ/kg

8.2576 0.5721

1

2253.45 167.45

=0.4502

3427.2 184.50 3559.2 3007.99

=0.4591-0.4502=0.0083

降低了0.83个百分点。 二、答：道尔顿分压定律：

①降温后，水蒸气的饱和压力降低到与20℃相对应，部分蒸气凝结成水析出，相应干空气的分压力稍微上升以保持湿空气总压力不变。且由于温度降低，干空气的比体积减小，剩余水蒸气的比体积变大，但由于水蒸气含量很少，所以湿空气的总体积还是会缩小的（湿空气始终保持饱和状态）。即系统发生收缩，外界对系统做功。

②可逆绝热膨胀将导致系统对外做功，热力学能（或焓）减少，温度下降。而温度下降又导致水蒸气的分压力降低，注意：水蒸气分压力降低的程度决定于湿空气温度而不决定于湿空气的压力变化。水蒸气分压力和温度下降会使部分水蒸气凝结成水，这部分水蒸气凝结成的水放出汽化潜热，可使湿空气温度下降不那么厉害。（前一问题中，水蒸气凝结放出的汽化潜热被释放到系统外的冷却介质。）

27 RTcr 27 8314.5 647.27 552509.92 m6Pa/kmol2 三、a

64pcr6422115000

2

2

b

RTcr8314.5 647.27

= 0.03042 m3/kmol 8pcr8 22115000

水在临界点处等温线的特点是压力对比体积的一阶偏导数和二阶偏导数均等于零（是拐点）。

四、解：①等温膨胀+等温压缩：

1MPa压缩空气等温膨胀到0.7MPa，0.5MPa压缩空气等温压缩到0.7MPa，前者膨胀

功用于压缩后者： w=wt=

2

1

pdv Rg

1

2

v2T

dv RgTln vv 1 p1

RTln() g p2

1kg高压气体膨胀作功为：w17=RgTln(

10) 7

57

压缩1kg低压气体需要耗功为：w57=RgTln()

1kg高压气体可以驱动的低压气体量为：

w17w57

10ln()

=1.06004 kg

5 ln 7

②绝热膨胀+绝热压缩：

k 1

p2 k k

RgT1 1 wt k 1 p1

1kg高压气体：wt17

k 1

k 7 k RgT1 1 k 1 10

k 1

k 7 k RgT1 1 k 1 5

1kg低压气体：wt57

1kg高压气体可以驱动低压气体量为：

w17

w57

7 1 10 =0.96015 kg k 1 7 k1 5

k 1k

显然，等温过程比绝热过程节能。 实际上，高压气体膨胀后，温度为：T2=T1

7

10 7 5

k 1k

=0.903T1

低压气体压缩后，温度为：T3= T1 两种气体混合后，还存在不可逆损失。

k 1k

=1.101T1

p2

五、T2 T1 p

1

k 1k

0.05

293.15

0.1

1.4 11.4

=240.48 K

a kRgT .4 287 240.48=310.85 m/s

V2V0 p0 10000 101325

aa p310.8550000 2

1

k

11.4

A

=53.28 m2

或者，pcr=0.528p2=0.528 0.05=26400 Pa

k 11.4 1 k pcr 2k2 1.4 26400 1.4 RgT2 1 ccr= =283.87 m/s =1.4 1 287 240.48 1 50000 k 1p 2

1

k

1

VA 0

a

p0 10000 101325 1.42 =92.067m p 283.8726 …… 此处隐藏：1784字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……