2025年度工程熱力學(xué)試題附答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.下列參數(shù)中，不屬于狀態(tài)參數(shù)的是（）A.熱力學(xué)能uB.焓hC.熵sD.膨脹功w2.某理想氣體經(jīng)歷絕熱自由膨脹過程，初態(tài)溫度T?，終態(tài)溫度T?，則（）A.T?>T?B.T?=T?C.T?<T?D.無法確定3.卡諾循環(huán)的熱效率僅取決于（）A.循環(huán)中吸熱和放熱的熱量B.高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟菴.工質(zhì)的性質(zhì)D.循環(huán)的不可逆程度4.對(duì)于定容過程，理想氣體的熱量計(jì)算公式為（）A.q=c_pΔTB.q=c_vΔTC.q=ΔhD.q=w+Δu5.水蒸氣的定壓發(fā)生過程中，下列階段不涉及溫度變化的是（）A.未飽和水預(yù)熱階段B.飽和水蒸發(fā)為干飽和蒸汽階段C.干飽和蒸汽過熱階段D.以上均涉及溫度變化6.某熱力系統(tǒng)與外界無質(zhì)量交換，但有熱量交換，該系統(tǒng)屬于（）A.孤立系統(tǒng)B.閉口系統(tǒng)C.開口系統(tǒng)D.絕熱系統(tǒng)7.實(shí)際氣體的壓縮因子Z>1時(shí)，說明實(shí)際氣體比理想氣體（）A.更易壓縮B.更難壓縮C.壓縮性相同D.無法判斷8.下列關(guān)于熵增原理的描述，錯(cuò)誤的是（）A.孤立系統(tǒng)的熵只能增加或保持不變B.不可逆過程的熵產(chǎn)大于零C.可逆過程的熵變等于熵流D.絕熱過程的熵一定增加9.朗肯循環(huán)中，提高蒸汽初溫可有效提高循環(huán)效率，主要原因是（）A.減少了凝結(jié)水的焓值B.增加了平均吸熱溫度C.降低了排汽壓力D.減少了汽輪機(jī)的不可逆損失10.某理想氣體的比熱容比γ=1.4，其定壓比熱容c_p與定容比熱容c_v的關(guān)系為（）A.c_p=1.4c_vB.c_v=1.4c_pC.c_p=c_v+R_gD.c_v=c_p+R_g二、填空題（每空2分，共20分）1.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式對(duì)閉口系統(tǒng)可寫為__________，對(duì)穩(wěn)定流動(dòng)開口系統(tǒng)可寫為__________。2.理想氣體的熱力學(xué)能和焓僅是__________的函數(shù)，其熵變可通過__________或__________計(jì)算。3.卡諾定理指出，在相同溫度的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率__________；不可逆循環(huán)的熱效率__________可逆循環(huán)的熱效率。4.水蒸氣的臨界狀態(tài)是指__________和__________相等的狀態(tài)，此時(shí)汽化潛熱為__________。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.說明熱力學(xué)第一定律和第二定律的本質(zhì)區(qū)別，并舉例說明二者的聯(lián)合應(yīng)用。2.簡(jiǎn)述理想氣體與實(shí)際氣體的主要差異，實(shí)際工程中如何判斷是否可將氣體視為理想氣體？3.分析定溫過程中理想氣體的熱量、功和熱力學(xué)能變化的關(guān)系（用公式和文字說明）。4.比較朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)的區(qū)別，為什么蒸汽動(dòng)力循環(huán)不采用卡諾循環(huán)？5.解釋“熵產(chǎn)”的物理意義，并說明其在不可逆過程分析中的作用。四、計(jì)算題（每題10分，共40分）1.0.5kg的空氣（視為理想氣體，R_g=0.287kJ/(kg·K)，c_v=0.718kJ/(kg·K)）在閉口系統(tǒng)中經(jīng)歷一個(gè)可逆多變過程，初態(tài)p?=0.5MPa，T?=300K，終態(tài)p?=0.1MPa，體積膨脹為原來的3倍。求：（1）多變指數(shù)n；（2）過程中空氣的熱力學(xué)能變化ΔU；（3）過程中交換的熱量Q。2.某蒸汽動(dòng)力循環(huán)采用朗肯循環(huán)，初參數(shù)為p?=10MPa，t?=500℃（h?=3373kJ/kg，s?=6.596kJ/(kg·K)），排汽壓力p?=0.005MPa（h?=2143kJ/kg，h?'=137.8kJ/kg，s?=s?），凝結(jié)水經(jīng)水泵加壓后進(jìn)入鍋爐（水泵耗功w_p=10kJ/kg）。求：（1）汽輪機(jī)的做功量w_t；（2）循環(huán)吸熱量q?；（3）循環(huán)熱效率η_t。3.一卡諾制冷機(jī)工作在-10℃的低溫?zé)嵩春?0℃的高溫?zé)嵩粗g，制冷量Q?=5000kJ/h。求：（1）制冷系數(shù)ε；（2）消耗的功W；（3）高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃縌?。4.1mol的氧氣（視為理想氣體，C_p,m=29.3J/(mol·K)）在定壓下從20℃加熱到120℃。求：（1）氧氣的熱力學(xué)能變化ΔU；（2）焓變?chǔ)；（3）熵變?chǔ)（R=8.314J/(mol·K)）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.D2.B3.B4.B5.B6.B7.B8.D9.B10.C二、填空題1.Q=ΔU+W；Q=ΔH+W_t（或q=Δh+w_t）2.溫度；c_vln(T?/T?)+R_gln(v?/v?)；c_pln(T?/T?)-R_gln(p?/p?)3.相等；小于4.飽和液體；飽和蒸汽；零三、簡(jiǎn)答題1.熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn)，描述能量的“量”的守恒；第二定律則指出能量轉(zhuǎn)換的“質(zhì)”的方向性（如熱不能自發(fā)從低溫傳向高溫，或熱不能全部轉(zhuǎn)化為功而不引起其他變化）。二者聯(lián)合應(yīng)用例如：設(shè)計(jì)熱機(jī)時(shí)，第一定律保證輸入熱量等于輸出功加排出熱量（能量守恒），第二定律則限制熱機(jī)效率不能超過卡諾效率（方向性限制）。2.理想氣體假設(shè)分子無體積、分子間無作用力，實(shí)際氣體在高壓低溫下分子體積和作用力不可忽略。工程中，當(dāng)氣體壓力較低、溫度較高（遠(yuǎn)離臨界狀態(tài)）時(shí)，可視為理想氣體（如常溫常壓下的空氣、氧氣）；高壓或低溫（如內(nèi)燃機(jī)中的高壓燃?xì)?、蒸汽?dòng)力循環(huán)中的水蒸氣）需按實(shí)際氣體處理。3.定溫過程T=常數(shù)，理想氣體u=f(T)，故Δu=0。由熱力學(xué)第一定律Q=Δu+W=W。功的計(jì)算：W=∫pdv=nRTln(v?/v?)=p?v?ln(v?/v?)（或p?v?ln(p?/p?)）。因此，定溫過程中氣體吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對(duì)外做功（或外界對(duì)氣體做功全部轉(zhuǎn)化為放熱量）。4.朗肯循環(huán)工質(zhì)為水蒸氣，包含相變過程，吸熱和放熱在變溫下進(jìn)行；卡諾循環(huán)要求等溫吸熱/放熱和絕熱過程，效率最高但難以實(shí)現(xiàn)。蒸汽動(dòng)力循環(huán)不采用卡諾循環(huán)的原因：①卡諾循環(huán)要求冷凝器溫度等于環(huán)境溫度，汽輪機(jī)排汽濕度大（膨脹終點(diǎn)接近飽和水線），會(huì)損壞葉片；②鍋爐中若采用等溫吸熱（需保持水在飽和溫度下蒸發(fā)），則無法利用高溫?zé)嵩刺岣咂骄鼰釡囟?，?dǎo)致效率提升受限。5.熵產(chǎn)是過程不可逆性的量度，反映由于不可逆因素（如摩擦、溫差傳熱）引起的熵增。對(duì)于任意過程，系統(tǒng)熵變=熵流+熵產(chǎn)（ΔS=S_f+S_g）。熵產(chǎn)S_g≥0（可逆時(shí)為0，不可逆時(shí)>0），通過計(jì)算熵產(chǎn)可定量分析過程的不可逆程度，指導(dǎo)優(yōu)化（如減少摩擦、減小傳熱溫差）。四、計(jì)算題1.（1）多變過程p?v??=p?v??，v?=3v?，故n=ln(p?/p?)/ln(v?/v?)=ln(0.5/0.1)/ln(3)=ln5/ln3≈1.465。（2）T?=T?(p?/p?)^[(n-1)/n]×(v?/v?)^(n-1)（或由理想氣體狀態(tài)方程p?v?=R_gT?，p?v?=R_gT?，v?=3v?，得T?=(p?v?)/(p?v?)T?=(0.1×3/0.5)×300=180K）；ΔU=mc_v(T?-T?)=0.5×0.718×(180-300)=0.5×0.718×(-120)=-43.08kJ（負(fù)號(hào)表示熱力學(xué)能減少）。（3）多變過程功W=∫pdv=mR_g(T?-T?)/(n-1)=0.5×0.287×(300-180)/(1.465-1)=0.5×0.287×120/0.465≈37.07kJ；由熱力學(xué)第一定律Q=ΔU+W=-43.08+37.07≈-6.01kJ（負(fù)號(hào)表示系統(tǒng)放熱）。2.（1）汽輪機(jī)做功w_t=h?-h?=3373-2143=1230kJ/kg。（2）鍋爐吸熱量q?=h?-h?，h?為水泵出口焓，h?=h?'+w_p=137.8+10=147.8kJ/kg，故q?=3373-147.8=3225.2kJ/kg。（3）循環(huán)凈功w_net=w_t-w_p=1230-10=1220kJ/kg；熱效率η_t=w_net/q?=1220/3225.2≈37.8%。3.（1）制冷系數(shù)ε=T?/(T?-T?)=(273-10)/(30-(-10))=263/40=6.575。（2）消耗功W=Q?/ε=5000/6.575≈760.5kJ/h。（3）高溫?zé)嵩捶艧酫?=Q?+W=5000+760.5=5760.5kJ/h。4.（1）ΔU=nC_v,mΔT，C_v,m=C_p,m-R=29.