2025年工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)模擬試卷附答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某理想氣體經(jīng)歷絕熱自由膨脹過程，其熱力學(xué)能變化Δu和熵變?chǔ)的正確關(guān)系是（）A.Δu=0，Δs=0B.Δu>0，Δs>0C.Δu=0，Δs>0D.Δu<0，Δs<02.對(duì)于實(shí)際氣體的壓縮過程，若采用多級(jí)壓縮中間冷卻，其主要目的是（）A.減少壓氣機(jī)耗功B.提高排氣溫度C.增加容積效率D.簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)3.下列關(guān)于傅里葉定律的表述中，錯(cuò)誤的是（）A.適用于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱B.熱流密度與溫度梯度成正比C.比例系數(shù)為熱導(dǎo)率D.溫度梯度方向與熱流方向相同4.某可逆循環(huán)的溫熵圖為平行于T軸的矩形，該循環(huán)的熱效率（）A.僅與高溫?zé)嵩礈囟扔嘘P(guān)B.僅與低溫?zé)嵩礈囟扔嘘P(guān)C.與兩熱源溫度均有關(guān)D.等于卡諾循環(huán)效率5.空氣在圓管內(nèi)強(qiáng)制湍流換熱時(shí)，若流速提高一倍（其他條件不變），則對(duì)流換熱系數(shù)約（）A.提高1倍B.提高0.8倍C.降低0.2倍D.不變6.朗肯循環(huán)中，若提高蒸汽初壓而保持初溫不變，循環(huán)熱效率的變化趨勢(shì)是（）A.先增后減B.單調(diào)增加C.單調(diào)減少D.不變7.黑體輻射的光譜輻射力峰值波長(zhǎng)與熱力學(xué)溫度的關(guān)系遵循（）A.普朗克定律B.維恩位移定律C.斯忒藩-玻爾茲曼定律D.基爾霍夫定律8.某換熱器中，熱流體由150℃降至100℃，冷流體由20℃升至80℃，則逆流時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差為（）A.50℃B.60℃C.70℃D.80℃9.濕空氣的相對(duì)濕度φ=1時(shí)，表明（）A.濕空氣未飽和B.濕空氣的含濕量最大C.濕空氣的溫度等于露點(diǎn)溫度D.濕空氣的焓值最小10.對(duì)于水平圓管外的自然對(duì)流換熱，特征長(zhǎng)度應(yīng)?。ǎ〢.圓管直徑B.圓管長(zhǎng)度C.邊界層厚度D.圓管周長(zhǎng)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（閉口系）為__________。2.理想氣體的比熱容比κ=cp/cv，對(duì)于單原子氣體，κ≈__________。3.對(duì)流換熱的基本計(jì)算式是__________。4.卡諾定理指出，在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率__________。5.導(dǎo)熱問題的第三類邊界條件是指已知__________。6.水蒸氣的定壓發(fā)生過程包括預(yù)熱、汽化和__________三個(gè)階段。7.努塞爾數(shù)Nu的物理意義是__________。8.輻射換熱中，灰體的黑度ε與吸收率α的關(guān)系為__________（同溫度下）。9.混合氣體的分壓力定律是指__________。10.強(qiáng)化傳熱的基本途徑是減小__________。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)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(jià)性。2.比較導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射三種傳熱方式的本質(zhì)區(qū)別。3.分析回?zé)嵫h(huán)提高朗肯循環(huán)效率的原理。4.說明大空間自然對(duì)流換熱與有限空間自然對(duì)流換熱的主要差異。5.解釋“露點(diǎn)溫度”的定義，并說明其在工程中的實(shí)際意義。四、計(jì)算題（共30分）1.（8分）某理想氣體可逆多變過程中，初始狀態(tài)為p1=0.5MPa，T1=300K，終態(tài)為p2=0.1MPa，T2=200K。已知該氣體的定容比熱容cv=0.718kJ/(kg·K)，氣體常數(shù)Rg=0.287kJ/(kg·K)。求：（1）多變指數(shù)n；（2）該過程的熱量q（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。2.（8分）某平壁由三層材料組成，厚度分別為δ1=0.1m，δ2=0.05m，δ3=0.15m，熱導(dǎo)率分別為λ1=0.8W/(m·K)，λ2=0.15W/(m·K)，λ3=0.5W/(m·K)。平壁內(nèi)側(cè)溫度t1=300℃，外側(cè)溫度t4=30℃。求：（1）各層熱阻；（2）通過平壁的熱流密度q（結(jié)果保留整數(shù)）。3.（7分）某逆流套管式換熱器中，熱水流量為0.5kg/s，進(jìn)口溫度90℃，出口溫度50℃；冷水流量為1.0kg/s，進(jìn)口溫度20℃。水的比熱容取4.18kJ/(kg·K)。求：（1）冷水出口溫度；（2）換熱器的換熱量Q（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。4.（7分）某卡諾制冷機(jī)工作在-10℃的低溫?zé)嵩春?0℃的高溫?zé)嵩粗g，制冷量Q0=5kW。求：（1）制冷系數(shù)ε；（2）壓縮機(jī)耗功W（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.A3.D4.C5.B6.A7.B8.A9.C10.A二、填空題1.ΔU=Q-W2.1.673.q=hΔt4.相等5.壁面與流體間的對(duì)流換熱系數(shù)及流體溫度6.過熱7.壁面處無(wú)量綱溫度梯度8.ε=α9.混合氣體的總壓力等于各組分氣體分壓力之和10.傳熱熱阻三、簡(jiǎn)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；開爾文表述：不可能從單一熱源吸熱并全部轉(zhuǎn)化為功而不引起其他變化。二者等價(jià)性體現(xiàn)在違反其中一種表述必然違反另一種，本質(zhì)均揭示能量傳遞與轉(zhuǎn)換的方向性。2.導(dǎo)熱是分子熱運(yùn)動(dòng)引起的熱量傳遞，依賴物質(zhì)微觀粒子振動(dòng)；對(duì)流是流體宏觀運(yùn)動(dòng)與微觀熱運(yùn)動(dòng)共同作用的結(jié)果，需流體存在；輻射通過電磁波傳遞能量，無(wú)需介質(zhì)，可在真空中進(jìn)行。3.回?zé)嵫h(huán)通過抽汽加熱給水，減少了低溫?zé)嵩吹呐艧崃浚岣吡似骄鼰釡囟?，從而在不改變初終參數(shù)的情況下提高循環(huán)效率。4.大空間自然對(duì)流中，流體邊界層可自由發(fā)展，無(wú)干擾；有限空間中，流體受壁面限制，可能形成環(huán)流，換熱受空間尺寸和形狀顯著影響。5.露點(diǎn)溫度是濕空氣在含濕量不變的條件下冷卻至飽和時(shí)的溫度。工程中可通過比較實(shí)際溫度與露點(diǎn)溫度判斷結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)（如空調(diào)除濕、管道保溫設(shè)計(jì)）。四、計(jì)算題1.（1）由理想氣體狀態(tài)方程p1v1/T1=p2v2/T2，得v2/v1=(p1T2)/(p2T1)=(0.5×200)/(0.1×300)=10/3≈3.333。多變過程p1v1?=p2v2?，取對(duì)數(shù)得n=ln(p1/p2)/ln(v2/v1)=ln(5)/ln(10/3)≈1.609/1.204≈1.33。（2）多變過程熱量q=Δu+w，Δu=cv(T2-T1)=0.718×(200-300)=-71.8kJ/kg；w=Rg(T1-T2)/(n-1)=0.287×(300-200)/(1.33-1)=0.287×100/0.33≈86.97kJ/kg；故q=-71.8+86.97≈15.17kJ/kg。2.（1）各層熱阻：R1=δ1/λ1=0.1/0.8=0.125(m2·K)/W；R2=0.05/0.15≈0.333(m2·K)/W；R3=0.15/0.5=0.3(m2·K)/W。（2）總熱阻R=0.125+0.333+0.3=0.758(m2·K)/W；熱流密度q=(t1-t4)/R=(300-30)/0.758≈356W/m2。3.（1）換熱量Q=qmhcm(t1h-t2h)=0.5×4.18×(90-50)=0.5×4.18×40=83.6kW；冷水出口溫度t2c=t1c+Q/(qmc×cm)=20