2025年工程熱力學(xué)題庫(kù)和答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.關(guān)于熱力學(xué)系統(tǒng)，以下描述正確的是（）A.絕熱系統(tǒng)與外界無熱量交換，但可能有質(zhì)量交換B.孤立系統(tǒng)與外界既無質(zhì)量交換也無能量交換C.開口系統(tǒng)一定是變質(zhì)量系統(tǒng)D.閉口系統(tǒng)的體積必須保持不變答案：B2.下列參數(shù)中，屬于狀態(tài)參數(shù)的是（）A.熱量QB.功WC.熱力學(xué)能UD.焓變?chǔ)答案：C（注：焓H是狀態(tài)參數(shù)，但ΔH是變化量，嚴(yán)格來說題目表述需注意，此處D選項(xiàng)表述不嚴(yán)謹(jǐn)，正確狀態(tài)參數(shù)應(yīng)為H本身，故正確選項(xiàng)為C）3.理想氣體的定壓摩爾熱容Cp與定容摩爾熱容Cv的關(guān)系為（）A.Cp=Cv-RgB.Cp=Cv+RC.Cp=Cv+RgD.Cp=Cv-R答案：B（注：R為通用氣體常數(shù)，Rg為氣體常數(shù)，Cp,m=Cv,m+R）4.某可逆過程中，工質(zhì)吸熱50kJ，對(duì)外做功30kJ，則其熱力學(xué)能變化為（）A.+20kJB.-20kJC.+80kJD.-80kJ答案：A（ΔU=Q-W=50-30=20kJ）5.卡諾循環(huán)的熱效率僅取決于（）A.工質(zhì)的性質(zhì)B.高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩吹臏囟菴.循環(huán)的吸熱與放熱量D.循環(huán)的功量答案：B6.熵增原理指出，孤立系統(tǒng)的熵（）A.只能增加B.只能減少C.不變或增加D.不變或減少答案：C（可逆過程熵不變，不可逆過程熵增加）7.對(duì)于實(shí)際氣體，當(dāng)壓力趨近于零時(shí)，其性質(zhì)趨近于（）A.飽和氣體B.理想氣體C.水蒸氣D.超臨界流體答案：B8.某燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)中，壓氣機(jī)絕熱壓縮空氣，若壓縮過程為不可逆，則實(shí)際消耗的功（）A.大于可逆壓縮功B.小于可逆壓縮功C.等于可逆壓縮功D.無法確定答案：A（不可逆過程熵增，耗功更多）9.水蒸氣的定溫過程中，焓變（）A.一定為零B.可能不為零（如相變過程）C.僅取決于溫度D.與壓力無關(guān)答案：B（如等溫汽化過程，焓增加）10.評(píng)價(jià)制冷循環(huán)的性能指標(biāo)是（）A.熱效率ηB.制冷系數(shù)εC.熱泵系數(shù)COPD.炯效率答案：B二、填空題（每空1分，共20分）1.熱力學(xué)中，系統(tǒng)的基本狀態(tài)參數(shù)包括溫度、壓力和__________。答案：比體積2.理想氣體的熱力學(xué)能和焓僅是__________的函數(shù)。答案：溫度3.可逆過程的熵變等于__________除以熱源溫度（微元形式）。答案：換熱量δQ4.卡諾定理指出，在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g，一切可逆循環(huán)的熱效率__________不可逆循環(huán)的熱效率。答案：大于5.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式（閉口系統(tǒng)）為__________。答案：ΔU=Q-W6.水蒸氣的臨界點(diǎn)是指__________和液相的分界點(diǎn)消失的狀態(tài)點(diǎn)。答案：氣相7.壓氣機(jī)采用多級(jí)壓縮中間冷卻的主要目的是__________。答案：減少壓縮功8.理想氣體絕熱過程的過程方程為pvn=常數(shù)，其中n=__________時(shí)為定熵過程。答案：κ（絕熱指數(shù)）9.孤立系統(tǒng)的熵產(chǎn)__________零（填“≥”“≤”或“=”）。答案：≥10.實(shí)際氣體的范德瓦爾方程為__________。答案：(p+a/v2)(v-b)=RgT11.熱泵的性能系數(shù)COP與制冷系數(shù)ε的關(guān)系為COP=__________。答案：ε+112.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：__________。答案：不可能將熱量從低溫物體傳至高溫物體而不引起其他變化13.理想氣體定容過程的熱量計(jì)算公式為Qv=__________。答案：mCvΔT14.朗肯循環(huán)的主要設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)、__________和給水泵。答案：冷凝器15.工質(zhì)在熱力循環(huán)中完成一個(gè)循環(huán)后，其熱力學(xué)能變化為__________。答案：016.熵是__________參數(shù)（填“廣延”或“強(qiáng)度”）。答案：廣延17.對(duì)于濕空氣，相對(duì)濕度φ=__________與同溫度下飽和水蒸氣分壓力的比值。答案：實(shí)際水蒸氣分壓力18.燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)（布雷頓循環(huán)）的熱效率與__________比有關(guān)。答案：壓19.理想氣體的比定壓熱容與比定容熱容的關(guān)系為cp=__________。答案：cv+Rg20.熱量傳遞的三種基本方式為導(dǎo)熱、對(duì)流和__________。答案：熱輻射三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述熱力學(xué)第一定律與第二定律的本質(zhì)區(qū)別。答案：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)，說明能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系（如熱量與功的轉(zhuǎn)換量相等）；第二定律則指出能量轉(zhuǎn)換的方向性和限度（如熱量不能自發(fā)從低溫傳向高溫，熱機(jī)效率不能達(dá)到100%），二者共同限定了能量轉(zhuǎn)換的“量”與“質(zhì)”。2.分析實(shí)際循環(huán)熱效率低于卡諾循環(huán)的原因。答案：實(shí)際循環(huán)存在不可逆因素（如摩擦、溫差傳熱），導(dǎo)致熵產(chǎn)增加；工質(zhì)并非理想氣體，且循環(huán)無法完全實(shí)現(xiàn)可逆的等溫吸熱/放熱（如內(nèi)燃機(jī)的定容/定壓加熱）；實(shí)際循環(huán)的溫度范圍（T1-T2）可能小于卡諾循環(huán)的理論極限。3.為什么活塞式壓氣機(jī)需要采用多級(jí)壓縮中間冷卻？答案：?jiǎn)渭?jí)壓縮時(shí)，壓縮終了溫度過高（可能超過潤(rùn)滑油閃點(diǎn)，損壞設(shè)備），且壓縮功隨壓縮比增大而顯著增加；多級(jí)壓縮中間冷卻可使每一級(jí)的壓縮比降低，壓縮過程接近定溫，減少總耗功（W=∑[(n/(n-1))p1v1((p2/p1)^((n-1)/n)-1)]，分級(jí)后總功更小），同時(shí)控制排氣溫度。4.說明水蒸氣定壓加熱過程中經(jīng)歷的五個(gè)階段。答案：未飽和水（過冷水）→飽和水→濕飽和蒸汽（汽水混合物）→干飽和蒸汽→過熱蒸汽。各階段中，未飽和水加熱至飽和溫度（t_s）為預(yù)熱階段（Δh=cpΔt）；飽和水加熱至干飽和蒸汽為汽化階段（Δh=r，汽化潛熱）；干飽和蒸汽繼續(xù)加熱為過熱階段（Δh=cp_superheatΔt）。5.解釋“熵增”與“能量貶值”的關(guān)系。答案：熵是能量品質(zhì)的量度，熵增意味著系統(tǒng)內(nèi)不可逆過程導(dǎo)致能量“可用能”（炯）減少。例如，熱量從高溫T1傳至低溫T2（T1>T2），雖然總能量不變，但可用能損失為T0(S2-S1)=T0(Q/T2-Q/T1)（T0為環(huán)境溫度），熵增越大，能量貶值越嚴(yán)重。四、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.1kg空氣在閉口系統(tǒng)中經(jīng)歷定壓加熱過程，初始狀態(tài)為p1=0.1MPa，t1=27℃，加熱后溫度t2=227℃。已知空氣的cp=1.005kJ/(kg·K)，Rg=0.287kJ/(kg·K)，求：（1）加熱量Q；（2）對(duì)外做功W；（3）熱力學(xué)能變化ΔU。解：（1）定壓過程熱量Qp=mcp(t2-t1)=1×1.005×(227-27)=201kJ（2）定壓功W=pΔV=mRg(t2-t1)=1×0.287×200=57.4kJ（3）ΔU=Q-W=201-57.4=143.6kJ（或ΔU=mcV(t2-t1)，cV=cp-Rg=0.718kJ/(kg·K)，ΔU=0.718×200=143.6kJ）2.某卡諾熱機(jī)工作在T1=1000K和T2=300K的熱源之間，若從高溫?zé)嵩次鼰?000kJ，求：（1）循環(huán)熱效率η；（2）對(duì)外做功W；（3）向低溫?zé)嵩捶艧酫2。解：（1）η=1-T2/T1=1-300/1000=70%（2）W=ηQ1=0.7×1000=700kJ（3）Q2=Q1-W=300kJ（或Q2/Q1=T2/T1→Q2=1000×300/1000=300kJ）3.某壓氣機(jī)將0.5kg/s的空氣從p1=0.1MPa、t1=20℃絕熱壓縮至p2=0.5MPa，壓縮過程的絕熱指數(shù)κ=1.4，氣體常數(shù)Rg=0.287kJ/(kg·K)。若壓縮過程為不可逆（效率ηc=0.85），求：（1）可逆壓縮終溫T2s；（2）實(shí)際壓縮終溫T2；（3）實(shí)際消耗的功率P。解：（1）可逆絕熱壓縮終溫T2s=T1(p2/p1)^[(κ-1)/κ]=293×(5)^(0.4/1.4)=293×1.584≈464K（2）絕熱效率ηc=(h2s-h1)/(h2-h1)≈(T2s-T1)/(T2-T1)→T2=T1+(T2s-T1)/ηc=293+