工程熱力學(xué)試題及答案1?一、選擇題（每題2分，共30分）

1.工程熱力學(xué)中，工質(zhì)是指（）A.各種熱機(jī)中所使用的蒸汽B.熱機(jī)中用來實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)C.各種熱力設(shè)備中所使用的燃?xì)釪.所有動(dòng)力機(jī)械中所使用的工作物質(zhì)

答案：B

解析：工質(zhì)是熱機(jī)中用來實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)，它在熱力設(shè)備中不斷地經(jīng)歷吸熱、膨脹、放熱、壓縮等熱力過程，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。

2.熱力學(xué)第零定律主要涉及（）A.系統(tǒng)與外界的能量交換B.系統(tǒng)的狀態(tài)變化C.溫度的定義D.功和熱量的計(jì)算

答案：C

解析：熱力學(xué)第零定律指出，如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處于熱平衡。該定律為溫度的定義提供了基礎(chǔ)。

3.理想氣體是一種（）A.實(shí)際存在的氣體，其分子間沒有作用力，分子本身沒有體積B.實(shí)際不存在的假想氣體，其分子間沒有作用力，分子本身沒有體積C.實(shí)際存在的氣體，其分子間有作用力，分子本身有體積D.實(shí)際不存在的假想氣體，其分子間有作用力，分子本身有體積

答案：B

解析：理想氣體是一種假想的氣體模型，在實(shí)際中并不存在。它假設(shè)分子間沒有作用力，分子本身沒有體積，這樣的假設(shè)使得理想氣體的狀態(tài)方程和熱力過程分析相對(duì)簡單。

4.已知理想氣體的狀態(tài)方程為\(pV=mRT\)，其中\(zhòng)(R\)為（）A.氣體常數(shù)，與氣體種類和狀態(tài)有關(guān)B.通用氣體常數(shù)，與氣體種類無關(guān)C.比熱比，與氣體種類有關(guān)D.定容比熱，與氣體種類有關(guān)

答案：B

解析：通用氣體常數(shù)\(R\)與氣體種類無關(guān)，對(duì)于不同的理想氣體，\(R\)的值是相同的，其數(shù)值為\(8.314J/(mol·K)\)。

5.一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度不變的情況下，壓力增大，則體積（）A.增大B.減小C.不變D.無法確定

答案：B

解析：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程\(pV=mRT\)，當(dāng)溫度\(T\)不變，質(zhì)量\(m\)不變，\(R\)為常數(shù)時(shí)，壓力\(p\)增大，體積\(V\)必然減小。

6.對(duì)于定容過程，工質(zhì)吸收的熱量全部用于（）A.對(duì)外做功B.增加內(nèi)能C.同時(shí)對(duì)外做功和增加內(nèi)能D.無法確定

答案：B

解析：定容過程中，體積不變，\(W=p\DeltaV=0\)。根據(jù)熱力學(xué)第一定律\(Q=\DeltaU+W\)，所以工質(zhì)吸收的熱量全部用于增加內(nèi)能。

7.可逆過程的特點(diǎn)是（）A.系統(tǒng)和外界能夠同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)B.系統(tǒng)能恢復(fù)到初始狀態(tài)，外界不能恢復(fù)到初始狀態(tài)C.外界能恢復(fù)到初始狀態(tài)，系統(tǒng)不能恢復(fù)到初始狀態(tài)D.系統(tǒng)和外界都不能恢復(fù)到初始狀態(tài)

答案：A

解析：可逆過程是指系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)過程后，如果能使系統(tǒng)和外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留下任何變化，這樣的過程稱為可逆過程。

8.卡諾循環(huán)由（）組成。A.兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程B.兩個(gè)等壓過程和兩個(gè)絕熱過程C.兩個(gè)等容過程和兩個(gè)絕熱過程D.兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等容過程

答案：A

解析：卡諾循環(huán)由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成，它是一種理想的可逆循環(huán)，用于分析熱機(jī)的效率等問題。

9.卡諾循環(huán)的熱效率只與（）有關(guān)。A.高溫?zé)嵩礈囟群偷蜏責(zé)嵩礈囟菳.工質(zhì)的性質(zhì)C.循環(huán)的壓力比D.循環(huán)的容積比

答案：A

解析：卡諾循環(huán)的熱效率公式為\(\eta_{c}=1\frac{T_{2}}{T_{1}}\)，其中\(zhòng)(T_{1}\)為高溫?zé)嵩礈囟?，\(T_{2}\)為低溫?zé)嵩礈囟?，所以卡諾循環(huán)的熱效率只與高溫?zé)嵩礈囟群偷蜏責(zé)嵩礈囟扔嘘P(guān)。

10.下列哪種循環(huán)的熱效率最高（）A.卡諾循環(huán)B.朗肯循環(huán)C.布雷頓循環(huán)D.回?zé)嵫h(huán)

答案：A

解析：卡諾循環(huán)是在兩個(gè)給定溫度的熱源之間工作的可逆循環(huán)，其熱效率是相同溫度范圍內(nèi)一切熱機(jī)的最高效率。

11.水蒸氣的形成過程包括（）A.汽化、過熱兩個(gè)階段B.汽化、凝結(jié)兩個(gè)階段C.蒸發(fā)、過熱兩個(gè)階段D.蒸發(fā)、凝結(jié)、過熱三個(gè)階段

答案：D

解析：水蒸氣的形成過程包括蒸發(fā)、凝結(jié)、過熱三個(gè)階段。水在定壓下加熱，首先是液態(tài)水的蒸發(fā)過程，然后是飽和水的凝結(jié)過程，最后是飽和蒸汽的過熱過程。

12.濕蒸汽的干度\(x\)的定義是（）A.干蒸汽的質(zhì)量與濕蒸汽總質(zhì)量之比B.濕蒸汽中蒸汽的質(zhì)量與總質(zhì)量之比C.干蒸汽的體積與濕蒸汽總體積之比D.濕蒸汽中蒸汽的體積與總體積之比

答案：B

解析：濕蒸汽的干度\(x\)定義為濕蒸汽中蒸汽的質(zhì)量與總質(zhì)量之比，即\(x=\frac{m_{v}}{m}\)，其中\(zhòng)(m_{v}\)為蒸汽質(zhì)量，\(m\)為濕蒸汽總質(zhì)量。

13.水蒸氣的比焓\(h\)等于（）A.內(nèi)能\(u\)與壓力能\(pv\)之和B.內(nèi)能\(u\)與動(dòng)能\(\frac{1}{2}mv^{2}\)之和C.內(nèi)能\(u\)與勢(shì)能\(mgz\)之和D.動(dòng)能\(\frac{1}{2}mv^{2}\)與勢(shì)能\(mgz\)之和

答案：A

解析：水蒸氣的比焓\(h=u+pv\)，其中\(zhòng)(u\)為比內(nèi)能，\(p\)為壓力，\(v\)為比體積。

14.朗肯循環(huán)中，汽輪機(jī)排出的蒸汽在凝汽器中被冷卻成（）A.飽和水B.未飽和水C.濕蒸汽D.干蒸汽

答案：A

解析：在朗肯循環(huán)中，汽輪機(jī)排出的蒸汽在凝汽器中被冷卻成飽和水，然后再被給水泵送入鍋爐加熱，完成一個(gè)循環(huán)。

15.提高朗肯循環(huán)熱效率的方法有（）A.提高初壓、提高初溫、降低排汽壓力B.提高初壓、降低初溫、降低排汽壓力C.降低初壓、提高初溫、降低排汽壓力D.降低初壓、降低初溫、降低排汽壓力

答案：A

解析：提高朗肯循環(huán)熱效率的方法主要有提高初壓、提高初溫、降低排汽壓力。提高初壓和初溫可以增加循環(huán)的平均吸熱溫度，降低排汽壓力可以降低循環(huán)的平均放熱溫度，從而提高熱效率。

二、填空題（每題2分，共20分）

1.熱力學(xué)系統(tǒng)邊界的類型有（）邊界、（）邊界和（）邊界。

答案：固定、可動(dòng)、絕熱

解析：固定邊界是指邊界位置固定不變；可動(dòng)邊界是指邊界可以隨系統(tǒng)狀態(tài)變化而移動(dòng)；絕熱邊界是指邊界處與外界沒有熱量交換。

2.理想氣體狀態(tài)方程\(pV=mRT\)中，\(m\)表示（），\(R\)表示（）。

答案：氣體質(zhì)量、通用氣體常數(shù)

解析：\(m\)為氣體的質(zhì)量，它是描述氣體數(shù)量的一個(gè)物理量；\(R\)是通用氣體常數(shù)，對(duì)于不同的理想氣體，其值是固定的。

3.定壓比熱\(c_{p}\)與定容比熱\(c_{v}\)的關(guān)系為（）。

答案：\(c_{p}c_{v}=R\)

解析：這是理想氣體比熱的一個(gè)重要關(guān)系，\(c_{p}\)表示定壓下氣體的比熱，\(c_{v}\)表示定容下氣體的比熱，\(R\)為通用氣體常數(shù)。

4.可逆過程中，熵變\(\DeltaS\)的計(jì)算公式為（）。

答案：\(\DeltaS=\int_{1}^{2}\frac{\deltaQ}{T}\)

解析：對(duì)于可逆過程，熵變等于過程中吸收或放出的熱量與溫度的比值在整個(gè)過程中的積分。

5.卡諾循環(huán)的熱效率公式為（）。

答案：\(\eta_{c}=1\frac{T_{2}}{T_{1}}\)

解析：其中\(zhòng)(T_{1}\)為高溫?zé)嵩礈囟?，\(T_{2}\)為低溫?zé)嵩礈囟龋摴奖砻骺ㄖZ循環(huán)的熱效率取決于兩個(gè)熱源的溫度。

6.水蒸氣定壓發(fā)生過程中，經(jīng)歷的狀態(tài)有（）、（）、（）、（）。

答案：未飽和水、飽和水、濕蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽（可任選四個(gè)）

解析：水蒸氣定壓發(fā)生過程依次經(jīng)歷未飽和水、飽和水、濕蒸汽、干飽和蒸汽等狀態(tài)，繼續(xù)加熱會(huì)變成過熱蒸汽。

7.濕蒸汽的干度\(x\)取值范圍是（）。

答案：\(0\leqx\leq1\)

解析：當(dāng)\(x=0\)時(shí)為飽和水，當(dāng)\(x=1\)時(shí)為干飽和蒸汽，濕蒸汽的干度介于兩者之間。

8.朗肯循環(huán)主要由（）、（）、（）和（）四個(gè)過程組成。

答案：鍋爐加熱、汽輪機(jī)膨脹做功、凝汽器冷凝、給水泵升壓

解析：在鍋爐中工質(zhì)吸收熱量變成過熱蒸汽，過熱蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹做功，排出的蒸汽在凝汽器中冷凝成水，最后給水泵將水升壓送回鍋爐，完成循環(huán)。

9.提高蒸汽動(dòng)力循環(huán)效率的主要途徑有（）、（）、（）。

答案：提高蒸汽初參數(shù)、采用再熱循環(huán)、采用回?zé)嵫h(huán)

解析：提高蒸汽初參數(shù)可以增加循環(huán)的平均吸熱溫度，再熱循環(huán)和回?zé)嵫h(huán)通過改善循環(huán)過程，提高了循環(huán)的熱效率。

10.熵增加原理可表述為（）。

答案：孤立系統(tǒng)的熵只能增加，或者保持不變，絕不能減少，這一規(guī)律稱為熵增加原理

解析：孤立系統(tǒng)與外界沒有物質(zhì)和能量交換，其內(nèi)部發(fā)生的過程總是朝著熵增加的方向進(jìn)行，當(dāng)熵達(dá)到最大值時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

三、簡答題（每題10分，共30分）

1.簡述熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容及表達(dá)式。

答案：

熱力學(xué)第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象領(lǐng)域內(nèi)的具體體現(xiàn)。它指出：熱可以變?yōu)楣Γσ部梢宰優(yōu)闊?；消耗一定量的熱時(shí)，必產(chǎn)生一定量的功；而消耗一定量的功時(shí)，也必出現(xiàn)與之對(duì)應(yīng)的一定量的熱。

其表達(dá)式為\(Q=\DeltaU+W\)，其中\(zhòng)(Q\)表示系統(tǒng)吸收的熱量，\(\DeltaU\)表示系統(tǒng)內(nèi)能的變化，\(W\)表示系統(tǒng)對(duì)外做的功。

當(dāng)系統(tǒng)對(duì)外做功時(shí)，\(W\)取正值；當(dāng)外界對(duì)系統(tǒng)做功時(shí)，\(W\)取負(fù)值。當(dāng)系統(tǒng)吸收熱量時(shí)，\(Q\)取正值；當(dāng)系統(tǒng)放出熱量時(shí)，\(Q\)取負(fù)值。

2.說明理想氣體定溫過程的特點(diǎn)。

答案：

理想氣體定溫過程的特點(diǎn)如下：

（1）溫度不變，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程\(pV=mRT\)，則\(pV=const\)（常數(shù)），即壓力與體積成反比。當(dāng)壓力增大時(shí)，體積減小；壓力減小時(shí)，體積增大。

（2）內(nèi)能不變，因?yàn)槔硐霘怏w的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，定溫過程溫度不變，所以\(\DeltaU=0\)。

（3）根據(jù)熱力學(xué)第一定律\(Q=\DeltaU+W\)，由于\(\DeltaU=0\)，所以\(Q=W\)，即系統(tǒng)吸收的熱量全部用于對(duì)外做功，或者外界對(duì)系統(tǒng)做的功全部以熱量的形式放出。

（4）熵變\(\DeltaS=\int_{1}^{2}\frac{\deltaQ}{T}\)，因?yàn)閈(T\)不變，\(\deltaQ=W=pdV\)，所以\(\DeltaS=\int_{V_1}^{V_2}\frac{pdV}{T}\)，又\(pV=const\)，\(p=\frac{const}{V}\)，則\(\DeltaS=\int_{V_1}^{V_2}\frac{constdV}{VT}=const\int_{V_1}^{V_2}\frac{dV}{V}=const\ln\frac{V_2}{V_1}\)。若體積增大，熵增加；體積減小，熵減小。

3.簡述水蒸氣定壓發(fā)生過程及其狀態(tài)參數(shù)的變化。

答案：

水蒸氣定壓發(fā)生過程分為三個(gè)階段：

（1）未飽和水的定壓預(yù)熱階段：水在定壓下被加熱，溫度升高，但仍為液態(tài)，比體積略有增大，壓力不變，焓增加，熵增加。

（2）飽和水的定壓汽化階段：水達(dá)到飽和溫度后開始汽化，此時(shí)溫度不變，壓力不變，比體積迅速增大，焓增加，熵增加。此階段包括飽和水和濕蒸汽兩個(gè)狀態(tài)，隨著汽化的進(jìn)行，濕蒸汽的干度逐漸增大。

（3）干飽和蒸汽的定壓過熱階段：干飽和蒸汽繼續(xù)被加熱，溫度升高，壓力不變，比體積繼續(xù)增大，焓增加，熵增加。

在整個(gè)定壓發(fā)生過程中，壓力始終保持不變，溫度在未飽和水預(yù)熱階段和干飽和蒸汽過熱階段升高，在飽和水的定壓汽化階段不變。比體積不斷增大，焓和熵也隨著過程的進(jìn)行而增加。

四、計(jì)算題（每題10分，共20分）

1.一定質(zhì)量的理想氣體，初始狀態(tài)\(p_1=0.5MPa\)，\(V_1=0.1m^3\)，\(T_1=300K\)。經(jīng)過一個(gè)定溫過程膨脹到\(V_2=0.2m^3\)。求：（1）氣體在該過程中對(duì)外做的功\(W\)；（2）氣體吸收的熱量\(Q\)；（3）氣體內(nèi)能的變化\(\DeltaU\)。

答案：

（1）理想氣體定溫過程中，\(pV=const\)，\(p_1V_1=p_2V_2\)，可得\(p_2=\frac{p_1V_1}{V_2}=\frac{0.5\times0.1}{0.2}=0.25MPa\)。

定溫過程對(duì)外做功\(W=\int_{V_1}^{V_2}pdV\)，因?yàn)閈(p=\frac{p_1V_1}{V}\)，所以\(W=p_1V_1\ln\frac{V_2}{V_1}=0.5\times10^6\times0.1\times\ln\frac{0.2}{0.1}\)\(=0.5\tim