2025年大學(xué)（能源與動力工程）工程熱力學(xué)理論測試試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題，共40分）答題要求：每題只有一個(gè)正確答案，請將正確答案的序號填在括號內(nèi)。(總共8題，每題5分)1.熱力學(xué)第零定律主要涉及的是（）A.熱平衡B.能量轉(zhuǎn)換C.熵增原理D.理想氣體狀態(tài)2.工質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)不可逆循環(huán)后，其熵變（）A.大于零B.小于零C.等于零D.不確定3.理想氣體定溫膨脹過程中，工質(zhì)與外界交換的熱量（）A.全部用于對外做功B.一部分用于對外做功，一部分用于增加內(nèi)能C.全部用于增加內(nèi)能D.與外界無熱量交換4.對于閉口系統(tǒng)，下列說法正確的是（）A.系統(tǒng)與外界無物質(zhì)交換B.系統(tǒng)與外界無能量交換C.系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持不變D.系統(tǒng)內(nèi)能量保持不變5.卡諾循環(huán)的熱效率只與（）有關(guān)A.高溫?zé)嵩礈囟菳.低溫?zé)嵩礈囟菴.高低溫?zé)嵩礈囟炔頓.高低溫?zé)嵩礈囟缺?.水蒸氣的定壓比熱（）A.是常數(shù)B.隨溫度升高而增大C.隨溫度升高而減小D.與溫度無關(guān)7.實(shí)際氣體在（）情況下可近似看作理想氣體A.高溫低壓B.高溫高壓C.低溫低壓D.低溫高壓8.絕熱節(jié)流過程中，工質(zhì)的（）A.焓不變B.熵不變C.溫度不變D.壓力不變第II卷（非選擇題，共60分）9.簡答題：簡述熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容及其表達(dá)式。(10分)10.簡答題：說明熵增原理的意義。(10分)11.計(jì)算題：一定質(zhì)量的理想氣體，初態(tài)壓力\(p_1=0.5MPa\)，體積\(V_1=0.1m^3\)，溫度\(T_1=300K\)。經(jīng)過一個(gè)定溫膨脹過程，體積變?yōu)閈(V_2=0.2m^3\)。求該過程中氣體對外做的功及吸收的熱量。已知理想氣體常數(shù)\(R=8.314J/(mol·K)\)。(20分)12.材料分析題：材料：某動力循環(huán)采用水蒸氣作為工質(zhì)，經(jīng)歷定壓加熱、絕熱膨脹、定壓放熱、絕熱壓縮四個(gè)過程。已知在定壓加熱過程中，工質(zhì)從外界吸收熱量\(q_1=300kJ/kg\)，在定壓放熱過程中，工質(zhì)向外界放出熱量\(q_2=200kJ/kg\)。問題：計(jì)算該循環(huán)的熱效率，并分析提高該循環(huán)熱效率的途徑。(15分)13.論述題：論述實(shí)際氣體與理想氣體的區(qū)別，并說明在工程熱力學(xué)中引入理想氣體概念的意義。(5分)答案：1.A2.C3.A4.A5.D6.B7.A8.A9.熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)換與守恒定律在熱現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)。它指出：熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，功也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊?；消耗一定的功必產(chǎn)生一定的熱，一定的熱消失時(shí)，也必產(chǎn)生一定的功。表達(dá)式為\(Q=\DeltaU+W\)，其中\(zhòng)(Q\)為系統(tǒng)吸收的熱量，\(\DeltaU\)為系統(tǒng)內(nèi)能的變化，\(W\)為系統(tǒng)對外做的功。10.熵增原理表明，在孤立系統(tǒng)中，一切實(shí)際過程都朝著使系統(tǒng)熵增加的方向進(jìn)行，直到熵達(dá)到最大值，系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)。這意味著孤立系統(tǒng)中不可逆過程是自發(fā)的，而可逆過程是不可能發(fā)生的。熵增原理為判斷實(shí)際過程的方向性提供了依據(jù)，對研究熱現(xiàn)象和熱過程具有重要意義。11.定溫膨脹過程中，理想氣體內(nèi)能不變，\(\DeltaU=0\)。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程\(pV=nRT\)，可得\(n=p_1V_1/RT_1\)。氣體對外做的功\(W=nRT\ln(V_2/V_1)\)，將\(n=p_1V_1/RT_1\)代入可得：\(W=p_1V_1\ln(V_2/V_1)=0.5×10^6×0.1×\ln(0.2/0.1)≈34657J\)。根據(jù)熱力學(xué)第一定律\(Q=\DeltaU+W\)，因?yàn)閈(\DeltaU=0\)，所以\(Q=W=34657J\)。12.循環(huán)熱效率\(\eta=1-q_2/q_1=1-200/300≈33.3\%\)。提高該循環(huán)熱效率的途徑有：提高定壓加熱過程中工質(zhì)吸收的熱量\(q_1\)，如提高高溫?zé)嵩礈囟?；降低定壓放熱過程中工質(zhì)放出的熱量\(q_2\)，如降低低溫?zé)嵩礈囟取?3.實(shí)際氣體分子間存在相互作用力，分子本身有一定體積，其狀態(tài)方程較為復(fù)雜。理想氣體分子間無相互作用力，分子本身無體積