(2025年)工程熱力學(xué)期末試卷及標(biāo)準(zhǔn)答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.下列參數(shù)中，屬于過程量的是（）A.溫度（T）B.壓力（p）C.熱量（Q）D.熵（S）2.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)分別為（）A.Δu>0，Δs>0B.Δu=0，Δs>0C.Δu=0，Δs=0D.Δu<0，Δs<03.卡諾循環(huán)的熱效率僅取決于（）A.工質(zhì)性質(zhì)B.高溫?zé)嵩礈囟萒?和低溫?zé)嵩礈囟萒?C.循環(huán)吸熱量Q?D.循環(huán)凈功W?4.對(duì)于理想氣體，定壓摩爾熱容C?,m與定容摩爾熱容C?,m的關(guān)系為（）A.C?,m=C?,m+RB.C?,m=C?,m-RC.C?,m=C?,mD.C?,m=2C?,m5.某可逆過程中，工質(zhì)從熱源吸熱Q，環(huán)境溫度為T?，則該過程的熵產(chǎn)S?為（）A.S?=Q/T?B.S?=0C.S?=Q/T?+ΔS系統(tǒng)D.S?=ΔS系統(tǒng)-Q/T?6.水蒸氣的臨界狀態(tài)是指（）A.氣液兩相平衡共存的狀態(tài)B.氣相與固相平衡共存的狀態(tài)C.氣液兩相無法區(qū)分的狀態(tài)D.液相與固相無法區(qū)分的狀態(tài)7.某閉口系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)放熱過程，Q=-100kJ，對(duì)外做功W=50kJ，則系統(tǒng)熱力學(xué)能變化ΔU為（）A.-150kJB.-50kJC.50kJD.150kJ8.對(duì)于實(shí)際氣體的范德瓦爾斯方程，（p+a/v2）(v-b)=RT中，常數(shù)a和b分別用于修正（）A.分子間吸引力和分子體積B.分子體積和分子間吸引力C.分子動(dòng)能和分子勢(shì)能D.分子勢(shì)能和分子動(dòng)能9.空氣在壓氣機(jī)中被絕熱壓縮，若壓縮過程為不可逆，則出口溫度T?與可逆壓縮出口溫度T?s的關(guān)系為（）A.T?>T?sB.T?=T?sC.T?<T?sD.無法確定10.朗肯循環(huán)中，提高蒸汽初溫可使循環(huán)效率提高的主要原因是（）A.平均吸熱溫度升高B.平均放熱溫度降低C.乏氣干度提高D.汽輪機(jī)做功量減少二、填空題（每空2分，共20分）1.熱力學(xué)中，系統(tǒng)與外界的相互作用包括______和______兩種形式。2.理想氣體的焓h是______（填“溫度”或“溫度與壓力”）的單值函數(shù)。3.熵增原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式為______。4.定容過程中，理想氣體吸收的熱量全部用于增加______；定壓過程中，吸收的熱量部分用于增加______，部分用于對(duì)外做功。5.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。6.水蒸氣的汽化潛熱隨壓力升高而______，當(dāng)達(dá)到臨界壓力時(shí)，汽化潛熱為______。三、簡答題（每題8分，共24分）1.簡述熱力學(xué)第一定律和第二定律的本質(zhì)區(qū)別。2.說明為什么實(shí)際氣體在高溫低壓下可近似為理想氣體。3.分析提高燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)（布雷頓循環(huán)）熱效率的主要途徑，并解釋其原理。四、計(jì)算題（共36分）1.（12分）某閉口系統(tǒng)內(nèi)有2kg空氣（視為理想氣體，R=287J/(kg·K)，C?=717J/(kg·K)），初始狀態(tài)為p?=0.1MPa，T?=300K。經(jīng)歷一個(gè)定壓加熱過程，終態(tài)溫度T?=500K。求：（1）終態(tài)體積V?；（2）過程中吸收的熱量Q；（3）過程中對(duì)外做的功W；（4）熱力學(xué)能變化ΔU。2.（12分）某蒸汽輪機(jī)入口蒸汽參數(shù)為p?=3MPa，t?=400℃（h?=3230kJ/kg，s?=6.921kJ/(kg·K)），出口蒸汽壓力p?=0.005MPa（s?s=6.921kJ/(kg·K)，h?s=2000kJ/kg；實(shí)際出口焓h?=2100kJ/kg）。蒸汽流量為100t/h，環(huán)境溫度T?=298K。求：（1）汽輪機(jī)的實(shí)際輸出功率；（2）該過程的熵產(chǎn)率；（3）不可逆損失（火用損失）。3.（12分）某理想氣體布雷頓循環(huán)，壓氣機(jī)入口空氣參數(shù)為p?=0.1MPa，T?=300K，壓比π=8（π=p?/p?），燃燒室出口溫度T?=1500K?？諝庖暈槔硐霘怏w，k=1.4，R=287J/(kg·K)。求：（1）壓氣機(jī)出口溫度T?；（2）渦輪機(jī)出口溫度T?；（3）循環(huán)凈功w?；（4）循環(huán)熱效率η?。標(biāo)準(zhǔn)答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.B3.B4.A5.B6.C7.A8.A9.A10.A二、填空題1.熱量傳遞；功傳遞（順序可換）2.溫度3.ΔS孤立≥0（或ΔS系統(tǒng)+ΔS環(huán)境≥0）4.熱力學(xué)能；熱力學(xué)能5.相等；小于6.減??；0三、簡答題1.熱力學(xué)第一定律本質(zhì)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Q=ΔU+W）；熱力學(xué)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)效率不可能達(dá)到100%），二者共同限定了能量轉(zhuǎn)換的“量”和“質(zhì)”。2.實(shí)際氣體分子間存在吸引力且分子有體積，高溫下分子動(dòng)能大，吸引力影響減弱；低壓下分子間距大，分子體積可忽略。因此高溫低壓時(shí)，實(shí)際氣體的行為接近無分子間力、分子體積可忽略的理想氣體模型。3.提高布雷頓循環(huán)熱效率的途徑：（1）提高壓比π：壓比增大，循環(huán)平均吸熱溫度升高，平均放熱溫度降低，效率提高（但受限于渦輪進(jìn)口溫度）；（2）提高渦輪進(jìn)口溫度T?：T?升高，循環(huán)吸熱量中高溫部分比例增加，平均吸熱溫度升高，效率提高；（3）采用回?zé)幔豪脺u輪排氣余熱加熱壓氣機(jī)出口空氣，減少燃燒室吸熱量，提高效率。四、計(jì)算題1.（1）初始體積V?=mRT?/p?=2×287×300/(0.1×10?)=1.722m3定壓過程p?=p?，V?=V?T?/T?=1.722×500/300=2.87m3（2）Q=mC?(T?-T?)，C?=C?+R=717+287=1004J/(kg·K)，Q=2×1004×(500-300)=401600J=401.6kJ（3）W=p(V?-V?)=p?(V?-V?)=0.1×10?×(2.87-1.722)=114800J=114.8kJ（4）ΔU=mC?(T?-T?)=2×717×200=286800J=286.8kJ2.（1）蒸汽流量m=100t/h=100000/3600≈27.78kg/s實(shí)際輸出功率P=m(h?-h?)=27.78×(3230-2100)=27.78×1130≈31491kW≈31.5MW（2）熵產(chǎn)率s?=s?-s?（絕熱過程Q=0，ΔS環(huán)境=0，ΔS系統(tǒng)=s?-s?=s?）s?由p?=0.005MPa和h?=2100kJ/kg查圖得s?≈7.05kJ/(kg·K)（或通過插值計(jì)算），則s?=7.05-6.921=0.129kJ/(kg·K)，總熵產(chǎn)率=27.78×0.129≈3.58kJ/(s·K)（3）不可逆損失I=T?×s?×m=298×0.129×27.78≈298×3.58≈1067kW3.（1）壓氣機(jī)絕熱壓縮，T?=T?π^((k-1)/k)=300×8^(0.4/1.4)=300×8^0.2857≈300×2.297≈689K（2）渦輪機(jī)絕熱膨脹，T?=T?/π^((k-1)/k)=1500/2.297≈653K（3）壓氣機(jī)功w_c=C?(T?-T?)，C?=kR/(k-1)=1.4×287/0.4≈1004.5J/(kg·K)，w_c=1004.5×(689-300)=1004.5×389≈390750J/kg=390.75kJ/kg渦輪機(jī)功w_t=C?(T?-T?)=1004.5×(1500-653)=1