公用設(shè)備工程師-專業(yè)基礎(chǔ)（暖通空調(diào)、動(dòng)力）-工程熱力學(xué)-1.5理想氣體基本熱力過(guò)程及氣體壓縮[單選題]1.容積為2m3的儲(chǔ)氣罐內(nèi)盛有t1＝20℃、P1＝500kPa的空氣[已知Cp＝1（江南博哥）.005kJ/（kg·K），Rg＝0.287kJ/（kg·K）。若使壓力提高到P2＝1MPa，空氣的溫度將升高到()℃。[2006年真題]A.313B.40C.400D.350正確答案：A參考解析：由理想氣體狀態(tài)方程pV＝mRgT可知，在定容過(guò)程中，壓力與溫度成正比，即p1/p2＝T1/T2。因此，當(dāng)壓力提高到P2＝1MPa，空氣的溫度T2＝T1P2/P1＝（20＋273）×1/0.5＝586K＝313℃。[單選題]2.某熱力過(guò)程中，氮?dú)獬鯌B(tài)為v1＝1.2m3/kg和p1＝0.1MPa，終態(tài)為v2＝0.4m3/kg和p2＝0.6MPa，該過(guò)程的多變比熱容cn為()。[2014年真題]A.271J/（kg·K）B.297J/（kg·K）C.445J/（kg·K）D.742J/（kg·K）正確答案：A參考解析：計(jì)算步驟如下：①計(jì)算多變指數(shù)n。多變指數(shù)n的計(jì)算公式為：n＝[ln（p2/p1）]/[ln（v1/v2）]＝[ln（0.6/0.1）]/[ln（1.2/0.4）]＝1.631。②計(jì)算恒容比熱容cv。氮?dú)鉃殡p原子氣體，絕熱指數(shù)k＝1.4，氮?dú)獾哪栙|(zhì)量M為28g/mol，氣體常數(shù)R取8.314J/（mol·K），根據(jù)恒容比熱容計(jì)算公式，計(jì)算氮?dú)獾暮闳荼葻崛荩篶v＝Rg/（k－1）＝（R/M）·[1/（k－1）]＝（8.314/28）×[1/（1.4－1）]＝742J/（kg·K）。③計(jì)算多變比熱容cn。氮?dú)獾暮闳荼葻崛輈v＝742J/（kg·K），多變比熱容cn為：cn＝[（n－k）/（n－1）]·cv＝[（1.631－1.4）/（1.631－1）]×742＝271J/（kg·K）。[單選題]4.在一個(gè)剛體絕熱系統(tǒng)中理想氣體進(jìn)行自由膨脹，其過(guò)程是()。[2019年真題]A.等壓過(guò)程B.等溫過(guò)程C.等熵過(guò)程D.多變過(guò)程正確答案：D參考解析：A項(xiàng)，等壓過(guò)程為壓力不變的過(guò)程；B項(xiàng)，等溫過(guò)程為溫度不變的過(guò)程；C項(xiàng)，等熵過(guò)程為絕熱過(guò)程，熱量變化為零的過(guò)程；D項(xiàng)，多變過(guò)程中，pvn＝0。在一個(gè)剛體絕熱系統(tǒng)中理想氣體進(jìn)行自由膨脹的過(guò)程為不可逆過(guò)程，故其為多變過(guò)程。[單選題]5.活塞式壓縮機(jī)留有余隙的主要目的是()。[2018年真題]A.減少壓縮制氣過(guò)程耗功B.運(yùn)行平穩(wěn)和安全C.增加產(chǎn)氣量D.避免高溫正確答案：B參考解析：活塞式壓縮機(jī)留有余隙的主要目的是保證壓縮機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，防止活塞受熱膨脹撞擊氣缸底部。而留有余隙容積后會(huì)使得壓縮機(jī)容積效率減小，實(shí)際輸氣量低于理論輸氣量，而實(shí)際耗功量與理論耗功量相同。[單選題]6.壓氣機(jī)最理想的壓縮過(guò)程是采用()。[2007年真題]A.n＝k的絕熱壓縮過(guò)程B.n＝1的定溫壓縮過(guò)程C.1＜n＜k的多變壓縮過(guò)程D.n＞k的多變壓縮過(guò)程正確答案：B參考解析：從同一初態(tài)壓縮到某預(yù)定壓力終態(tài)，定溫過(guò)程（n＝1）的耗功量最小，壓縮終了的排氣溫度也最低，如圖1-5-1所示。所以定溫過(guò)程（n＝1）是壓氣機(jī)最理想的壓縮過(guò)程，但是實(shí)際過(guò)程中很難達(dá)到定溫壓縮，工程上根據(jù)具體情況調(diào)整壓縮比。a）b）圖1-5-1壓氣機(jī)三種壓縮過(guò)程[單選題]7.采用任何類型的壓氣機(jī)對(duì)氣體進(jìn)行壓縮，所消耗的功都可用下式計(jì)算()。[2005年真題]A.wt＝q－ΔhB.wt＝ΔhC.wt＝q－ΔD.正確答案：A參考解析：壓氣機(jī)耗功可用技術(shù)功表示，因此任何類型的壓縮過(guò)程壓氣機(jī)所消耗功的計(jì)算均可利用熱力學(xué)第一定律的第二解析式，其表達(dá)示為：wt＝q－Δh。式中，wt為技術(shù)功；q為熱量；Δh為焓變。B項(xiàng)，在絕熱壓縮過(guò)程中，q＝0，則wt＝Δh適用于絕熱壓縮過(guò)程；C項(xiàng)，wt＝q－Δu適用于閉口系統(tǒng)的壓縮過(guò)程；D項(xiàng)，適用于可逆壓縮過(guò)程。[單選題]8.空氣進(jìn)行可逆絕熱壓縮，壓縮比為6.5，初始溫度為27℃，則終了時(shí)氣體溫度可達(dá)()。[2011年真題]A.512KB.450KC.168℃D.46℃正確答案：A參考解析：空氣進(jìn)行可逆絕熱壓縮是等熵過(guò)程。等熵過(guò)程溫度與壓力之間的關(guān)系為：由題意可得，空氣的絕熱指數(shù)k＝1.4，壓縮比p2/p1＝6.5，初始溫度T1＝27＋273＝300K，代入已知數(shù)據(jù)可得，終了時(shí)的氣體溫度T2為：[單選題]9.壓氣機(jī)壓縮制氣過(guò)程有三種典型過(guò)程，即等溫過(guò)程、絕熱過(guò)程和多變過(guò)程，在同樣初始條件和達(dá)到同樣壓縮比的條件下，三者耗功量之間的正確關(guān)系為()。[2012年真題]A.W等溫＝W多變＝W絕熱B.W等溫＞W(wǎng)多變＞W(wǎng)絕熱C.W等溫＜W多變＜W絕熱D.不確定正確答案：C參考解析：p-v圖上曲線與坐標(biāo)軸所圍圖形的面積即為循環(huán)消耗的功。同樣的初終狀態(tài)、壓縮比條件下，由圖1-5-2所示三種熱力過(guò)程與p軸圍成的面積大小可知，等溫壓縮功耗最小，絕熱壓縮功耗最高，實(shí)際的壓氣機(jī)的多變壓縮過(guò)程耗功介于二者之間，即W等溫＜W多變＜W絕熱。圖1-5-2壓氣機(jī)壓縮過(guò)程[單選題]10.1kg空氣從壓力3MPa和溫度800K，進(jìn)行一不可逆膨脹過(guò)程到達(dá)終態(tài)，其終態(tài)壓力為1.5MPa，溫度為700K。若空氣的氣體常數(shù)為0.287kJ/（kg·K）、絕熱指數(shù)為1.4，此過(guò)程中空氣的熵變化量是()。[2007年真題]A.64.8kJ/（kg·K）B.64.8J/（kg·K）C.52.37kJ/kgD.102.3J/（kg·K）正確答案：B參考解析：理想氣體熵變的計(jì)算公式為：Δs＝cpln（T2/T1）－Rgln（p2/p1）。式中，cp為定壓比熱容，本題中，cp＝kRg（k－1）＝1.4×0.287/（1.4－1）＝1.0045kJ/（kg·K）；T1、T2分別為初末狀態(tài)下的溫度，本題中，T1＝800K，T2＝700K；Rg為氣體的氣體常數(shù)，本題中，Rg＝0.287kJ/（kg·K）；p1、p2分別為初末狀態(tài)的壓力，本題中，p1＝3MPa，p2＝1.5MPa。因此，熵變化量Δs＝1.0045×ln（700/800）－0.287×ln（1.5/3）＝0.0648kJ/（kg·K）＝64.8J/（kg·K）。[單選題]11.某理想氣體的初終態(tài)分別為V1＝1.5m3，p1＝0.2MPa，V2ub>＝0.5m3，p2sub>＝1.0MPa，則多變指數(shù)n為()。[2010年真題]A.1.47B.1.35C.1.25D.1.10正確答案：A參考解析：多變過(guò)程的計(jì)算公式為：p1V1n＝p2V2n，即V2n/V1n＝p1/p2。所以，多變指數(shù)n的計(jì)算式為：n＝ln（p₂/p<sub>1）/ln（V1/V2）＝ln（1/0.2）/ln（1.5/0.5）＝1.47。[單選題]12.理想氣體定溫膨脹，必然有()。A.Q＝WB.Q＞W(wǎng)C.Q＜WD.Q與W無(wú)關(guān)正確答案：A參考解析：理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，所以理想氣體定溫膨脹過(guò)程中，內(nèi)能變化為零即ΔU＝0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律Q＝W＋ΔU，則Q＝W。[單選題]13.在有關(guān)理想氣體4種基本過(guò)程特征的下列陳述中，()不正確。A.定容加熱過(guò)程中，加熱量全部提高了系統(tǒng)的熱力學(xué)能B.定壓過(guò)程中，系統(tǒng)必定輸出體積變化功而熱力學(xué)能增大C.定溫加熱過(guò)程中，加熱量全部用于系統(tǒng)做體積膨脹功D.絕熱膨脹過(guò)程中，系統(tǒng)減少熱力學(xué)能而輸出體積變化功正確答案：B參考解析：熱力學(xué)第一定律表達(dá)式為：Q＝W＋ΔU。式中，Q和W分別表示一閉口系統(tǒng)在與外界相互作用的過(guò)程中，通過(guò)邊界傳遞的熱量和功；ΔU為系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化量。A項(xiàng)，定容加熱過(guò)程中，W＝0，因此Q＝ΔU，即加熱量全部提高了系統(tǒng)的熱力學(xué)能。B項(xiàng)，定壓過(guò)程包括系統(tǒng)輸出功和輸入功兩種情況，熱力學(xué)能有可能增大也有可能減小。C項(xiàng)，定溫加熱過(guò)程，由于理想氣體熱力學(xué)能為溫度的函數(shù)，則ΔU＝0，Q＝W，即加熱量全部用于系統(tǒng)做體積膨脹功。D項(xiàng)，絕熱膨脹過(guò)程，Q＝0，W＝－ΔU，即系統(tǒng)減少熱力學(xué)能而輸出體積變化功。[單選題]14.某理想氣體吸收4349kJ的熱量作定壓變化。設(shè)定容比熱容為0.741kJ/（kg·K），氣體常數(shù)為0.297kJ/（kg·K），則該理想氣體對(duì)外所作的功為()。A.3105kJB.1244kJC.4189kJD.5593kJ正確答案：B參考解析：理想氣體定容比熱容與定壓比熱容的關(guān)系為：cp－cv＝Rg。因此，定壓比熱容cp＝Rg＋cv＝0.741＋0.297＝1.038kJ/（kg·K）。熱力學(xué)第一定律表達(dá)式為：q＝w＋Δu或q＝wt＋Δh。理想氣體做定壓變化，技術(shù)功wt＝0，則熱量q＝Δh＝cpT，溫度T＝q/cp＝4349/1.038＝4189.79K。氣體吸收熱量一部分來(lái)自氣體內(nèi)能的增加，一部分來(lái)自氣體做功，則理想氣體對(duì)外所作的功w＝q－Δu＝cpT－cvT＝（cp－cv）T＝0.297×4189.79＝1244kJ。[單選題]15.1kg空氣自初態(tài)（p1，v1）經(jīng)可逆膨脹到終態(tài)（p2，v2），膨脹過(guò)程的多變指數(shù)n＝1.6，該過(guò)程中q、w和Δu的變化情況為()。A.q＞0，w＞0，Δu＜0B.q＜0，w＞0，Δu＞0C.q＞0，w＜0，Δu＞0D.q＜0，w＞0，Δu＜0正確答案：D參考解析：根據(jù)n＝1.6可知，對(duì)于多原子氣體，絕熱指數(shù)k＝1.3，則k＜n＜∞。又因?yàn)樵撨^(guò)程為可逆膨脹，w＞0，n＝∞的過(guò)程為定容過(guò)程，則該過(guò)程線應(yīng)在n＝∞處的左邊。綜上所述，該過(guò)程線在第四象限且處于n＝k和n＝∞之間，根據(jù)圖1-5-3熱力過(guò)程圖可得q＜0，Δu＜0，w＞0。圖1-5-3熱力過(guò)程圖[單選題]16.工質(zhì)進(jìn)行了一個(gè)吸熱、升溫、壓力下降的多變過(guò)程，則多變指數(shù)()。A.0＜n＜1B.1＜n＜kC.n＞kD.n→∞正確答案：A參考解析：工質(zhì)進(jìn)行了一個(gè)吸熱，升溫，壓力下降的多變過(guò)程，即q＞0，ΔU＞0，Δp＜0。由圖1-5-4可得，q＞0，則該過(guò)程線在n＝k線的上方；ΔU＞0，則該過(guò)程線在n＝1線的上方；Δp＜0，則該過(guò)程線在n＝0線的下方。綜上所述，該過(guò)程線在n＝0線與n＝1線之間，即0＜n＜1。圖1-5-4熱力過(guò)程圖[單選題]17.1kg空氣穩(wěn)定流過(guò)控制體積，入口狀態(tài)為p1＝0.1MPa，v1＝0.897m3/kg，t1＝40℃；出口狀態(tài)為p2＝0.565MPa，v<sub>2＝0.224m3/kg，t2＝169℃。在此過(guò)程中，多變指數(shù)n＝______；當(dāng)空氣的體積變化功w＝－148kJ/kg時(shí)，技術(shù)功wt＝______。()A.1.25；－185kJ/kgB.1.25；－148kJ/kgC.1.4；－185kJ/kgD.1.4；－148kJ/kg正確答案：A參考解析：根據(jù)狀態(tài)方程式p1v1n＝p2v2n可知，則多變指數(shù)n＝ln（p2/p1）/ln（v1/