2025年熱工考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.某閉口系統(tǒng)經(jīng)歷一個可逆過程，內(nèi)能變化ΔU=50kJ，對外做功W=30kJ，則系統(tǒng)與外界的熱量交換Q為（）。A.20kJ（吸熱）B.80kJ（吸熱）C.20kJ（放熱）D.80kJ（放熱）2.卡諾循環(huán)的熱效率僅取決于（）。A.工質(zhì)性質(zhì)B.熱源與冷源的溫度C.循環(huán)的吸熱與放熱量D.循環(huán)的做功能力3.下列關(guān)于理想氣體的表述中，錯誤的是（）。A.理想氣體的內(nèi)能僅為溫度的函數(shù)B.理想氣體的比熱容比κ=c_p/c_v為常數(shù)C.理想氣體的焓與壓力無關(guān)D.理想氣體的熵變計算需同時考慮溫度和壓力變化4.平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時，若材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ隨溫度升高而增大，則壁內(nèi)溫度分布曲線的形狀為（）。A.直線B.上凸曲線（靠近高溫側(cè)更陡）C.下凹曲線（靠近低溫側(cè)更陡）D.無法確定5.對流傳熱系數(shù)α的單位是（）。A.W/(m·K)B.W/(m2·K)C.J/(kg·K)D.m2/s6.某換熱器中，冷流體入口溫度30℃，出口溫度50℃；熱流體入口溫度150℃，出口溫度100℃。若為逆流布置，則對數(shù)平均溫差ΔT_m為（）。A.65.2℃B.73.3℃C.80.5℃D.92.1℃7.朗肯循環(huán)中，提高蒸汽初壓p1會導(dǎo)致（）。A.汽輪機排汽濕度減小B.循環(huán)熱效率一定提高C.鍋爐內(nèi)加熱過程平均溫度升高D.冷凝器熱負荷顯著降低8.測量高溫?zé)煔鉁囟葧r，若采用普通玻璃溫度計，由于輻射換熱會導(dǎo)致測量值（）。A.高于真實溫度B.低于真實溫度C.等于真實溫度D.波動不定9.臨界熱絕緣直徑d_c的計算公式為d_c=2λ/α，其中λ和α分別代表（）。A.絕緣材料導(dǎo)熱系數(shù)，環(huán)境對流傳熱系數(shù)B.管道材料導(dǎo)熱系數(shù)，絕緣層對流傳熱系數(shù)C.絕緣材料導(dǎo)熱系數(shù)，管道內(nèi)流體對流傳熱系數(shù)D.管道材料導(dǎo)熱系數(shù)，環(huán)境對流傳熱系數(shù)10.某燃氣輪機循環(huán)（布雷頓循環(huán)）中，壓氣機的增壓比π=10，大氣溫度T1=300K，壓氣機效率η_c=0.85。則壓氣機出口實際溫度T2'約為（）（空氣κ=1.4，c_p=1.005kJ/(kg·K)）。A.572KB.625KC.683KD.710K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)表達式（閉口系統(tǒng)）為__________。2.理想氣體定容過程的熱量計算公式為Q_v=__________（用內(nèi)能變化表示）。3.黑體的輻射力E_b與熱力學(xué)溫度T的__________次方成正比，表達式為E_b=__________。4.對流換熱的基本計算式是牛頓冷卻公式，表達式為__________。5.朗肯循環(huán)的四個基本過程是：定壓吸熱、__________、定壓放熱、__________。6.評價蒸汽動力循環(huán)經(jīng)濟性的指標是循環(huán)熱效率η_t，其定義式為η_t=__________。7.熱電阻溫度計的工作原理是基于金屬導(dǎo)體的__________隨溫度變化的特性。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述，并說明二者的等價性。2.比較導(dǎo)熱、對流和輻射三種傳熱方式的本質(zhì)區(qū)別，并各舉一例工業(yè)應(yīng)用場景。3.什么是換熱器的效能ε？寫出其定義式，并說明效能與傳熱單元數(shù)NTU的關(guān)系。4.分析提高蒸汽動力循環(huán)熱效率的主要途徑（至少列出3種），并說明每種途徑的理論依據(jù)。5.某空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑在蒸發(fā)器中經(jīng)歷汽化吸熱過程（壓力p=0.3MPa），若實際測量發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器出口制冷劑仍為濕蒸汽（干度x<1），可能的原因有哪些？（從傳熱和系統(tǒng)設(shè)計角度分析）四、計算題（每題15分，共45分）1.1kg空氣在活塞-氣缸裝置中經(jīng)歷一個可逆定溫膨脹過程，初始狀態(tài)p1=0.5MPa、T1=300K，終態(tài)壓力p2=0.1MPa。已知空氣的氣體常數(shù)R_g=0.287kJ/(kg·K)，定溫過程中內(nèi)能變化Δu=0。求：（1）膨脹功W；（2）過程中與外界交換的熱量Q；（3）熵變Δs。2.一平壁由兩層材料組成，內(nèi)層為耐火磚（λ1=1.2W/(m·K)，厚度δ1=0.2m），外層為保溫磚（λ2=0.3W/(m·K)，厚度δ2=0.1m）。平壁內(nèi)側(cè)溫度t_w1=800℃，外側(cè)溫度t_w2=50℃。求：（1）單位面積的熱流量q；（2）兩層材料交界面的溫度t_w3；（3）若保溫磚的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大（λ2=0.3+0.0005t，t為℃），則實際熱流量會比原計算值大還是??？說明理由。3.某簡單朗肯循環(huán)的參數(shù)為：主蒸汽壓力p1=10MPa、溫度t1=500℃，乏汽壓力p2=0.005MPa。已知：主蒸汽焓h1=3373kJ/kg，乏汽焓h2=2136kJ/kg，凝結(jié)水焓h3=137kJ/kg，水泵出口水焓h4=147kJ/kg。求：（1）汽輪機做功w_T；（2）水泵耗功w_P；（3）循環(huán)吸熱量q1；（4）循環(huán)熱效率η_t。五、綜合分析題（15分）某火力發(fā)電廠采用回?zé)嵫h(huán)（抽汽回?zé)幔┐婧唵卫士涎h(huán)。請結(jié)合熱力學(xué)原理，分析回?zé)嵫h(huán)的優(yōu)勢，并從設(shè)備組成、能量轉(zhuǎn)換過程、熱效率提升機制三個方面說明其改進措施。答案一、單項選擇題1.B2.B3.B4.C5.B6.B7.C8.B9.A10.A二、填空題1.Q=ΔU+W（或ΔU=Q-W）2.ΔU（或mC_vΔT）3.四；σT?（σ為斯特藩-玻爾茲曼常數(shù)）4.q=α(t_w-t_f)（或Φ=αA(t_w-t_f)）5.絕熱膨脹；絕熱壓縮（或定熵膨脹、定熵壓縮）6.W_net/Q1（或1-Q2/Q1）7.電阻值三、簡答題1.克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體（不引起其他變化）。開爾文表述：不可能從單一熱源吸熱并全部轉(zhuǎn)化為功（不引起其他變化）。等價性：若違反克勞修斯表述，則可構(gòu)造熱機違反開爾文表述；反之亦然。二者共同揭示了能量傳遞與轉(zhuǎn)換的方向性。2.本質(zhì)區(qū)別：-導(dǎo)熱：分子熱運動傳遞能量，需介質(zhì)且無宏觀位移（如鍋爐爐墻的熱量傳遞）；-對流：流體宏觀運動與分子熱運動共同作用（如冷凝器中冷卻水與蒸汽的換熱）；-輻射：電磁波傳遞能量，無需介質(zhì)（如高溫爐膛內(nèi)火焰對水冷壁的輻射換熱）。3.效能ε：換熱器實際換熱量與最大可能換熱量的比值，定義式ε=Φ/Φ_max。關(guān)系：ε隨NTU（傳熱單元數(shù)，NTU=KA/(mc)min）增大而增大，具體關(guān)系與換熱器流型（順流、逆流等）有關(guān)，逆流時ε隨NTU增長更顯著。4.主要途徑：-提高初溫T1：提高平均吸熱溫度，根據(jù)卡諾定理η_t=1-T2/T_m1，T_m1增大則η_t提高；-提高初壓p1：增加朗肯循環(huán)平均吸熱溫度（需避免排汽濕度超限）；-降低終壓p2：降低平均放熱溫度T_m2，η_t=1-T_m2/T_m1增大；-采用回?zé)嵫h(huán)：減少低溫區(qū)吸熱，提高平均吸熱溫度。5.可能原因：-蒸發(fā)器換熱面積不足，制冷劑未完全汽化；-制冷劑流量過大，換熱時間過短；-蒸發(fā)器外表面結(jié)霜或積灰，傳熱熱阻增大；-膨脹閥開度不當(dāng)，進入蒸發(fā)器的制冷劑過液量過多；-載冷劑（如空氣）流量或溫度異常，導(dǎo)致?lián)Q熱量不足。四、計算題1.解：（1）定溫膨脹功W=∫pdV=mR_gT1ln(p1/p2)=1×0.287×300×ln(0.5/0.1)=1×0.287×300×1.609≈138.5kJ（2）定溫過程ΔU=0，由熱力學(xué)第一定律Q=W=138.5kJ（吸熱）（3）熵變Δs=R_gln(p1/p2)=0.287×ln(5)=0.287×1.609≈0.462kJ/(kg·K)2.解：（1）總熱阻R=δ1/λ1+δ2/λ2=0.2/1.2+0.1/0.3≈0.1667+0.3333=0.5(m2·K)/W熱流量q=(t_w1-t_w2)/R=(800-50)/0.5=1500W/m2（2）交界面溫度t_w3=t_w1-q×δ1/λ1=800-1500×0.2/1.2=800-250=550℃（3）實際熱流量會增大。因λ2隨溫度升高而增大，交界面附近（高溫側(cè)）λ2更大，該區(qū)域熱阻減小，總熱阻降低，故q增大。3.解：（1）汽輪機做功w_T=h1-h2=3373-2136=1237kJ/kg（2）水泵耗功w_P=h4-h3=147-137=10kJ/kg（3）循環(huán)吸熱量q1=h1-h4=3373-147=3226kJ/kg（4）循環(huán)熱效率η_t=(w_T-w_P)/q1=(1237-10)/3226≈1227/3226≈38.0%五、綜合分析題優(yōu)勢：回?zé)嵫h(huán)通過抽汽加熱凝結(jié)水，減少了低溫區(qū)（冷凝器）的放熱量，提高了循環(huán)平均吸熱溫度，從而提升熱效率。改進措施：1.設(shè)備組成：增加回?zé)峒訜崞鳎ū砻媸交蚧旌鲜剑?、抽汽管道及疏水系統(tǒng)。例如，在汽輪機不同壓力級抽取部分蒸汽，引入加熱器加熱凝結(jié)水。