2025年工程熱力學試卷和答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.某封閉系統(tǒng)經(jīng)歷一個可逆過程，系統(tǒng)與外界交換的熱量為Q，做功為W。若過程反向進行（即從終態(tài)回到初態(tài)），則系統(tǒng)與外界交換的熱量和功分別為（）A.-Q，-WB.Q，-WC.-Q，WD.Q，W2.關(guān)于理想氣體的比熱容，下列說法正確的是（）A.定壓比熱容一定大于定容比熱容B.比熱容與溫度無關(guān)C.單原子氣體的定容比熱容約為1.5RD.雙原子氣體的定壓比熱容為2.5R3.某熱力循環(huán)中，工質(zhì)從高溫熱源吸熱1000kJ，向低溫熱源放熱600kJ，則循環(huán)的熱效率為（）A.40%B.50%C.60%D.70%4.水蒸氣的臨界點參數(shù)中，下列描述錯誤的是（）A.臨界溫度是氣體能液化的最高溫度B.臨界壓力下，飽和液體與飽和蒸氣比體積相等C.臨界點處汽化潛熱為零D.臨界比體積是飽和液體的最小比體積5.濕空氣的相對濕度為100%時，下列說法正確的是（）A.含濕量達到最大值B.干球溫度等于濕球溫度C.露點溫度低于干球溫度D.空氣絕對干燥6.絕熱過程中，理想氣體的熵變（）A.一定為零B.可能增大或不變C.一定增大D.可能減小7.某燃氣輪機循環(huán)采用回熱技術(shù)后，其熱效率提高的主要原因是（）A.減少了向低溫熱源的放熱量B.增加了循環(huán)凈功C.降低了壓氣機耗功D.提高了平均吸熱溫度8.對于朗肯循環(huán)，提高初溫或初壓時，下列說法錯誤的是（）A.初溫升高可減少汽輪機末級蒸汽濕度B.初壓升高會增加汽輪機末級蒸汽濕度C.初溫升高會降低循環(huán)熱效率D.初壓升高可提高平均吸熱溫度9.下列過程中，熵產(chǎn)不為零的是（）A.理想氣體的可逆絕熱膨脹B.剛性容器內(nèi)氣體的自由膨脹C.定溫下的可逆?zhèn)鳠酓.準靜態(tài)的等溫壓縮10.某實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)為3，消耗功為10kW，則從低溫熱源吸收的熱量為（）A.10kWB.20kWC.30kWD.40kW二、填空題（每空1分，共20分）1.熱力學第一定律的數(shù)學表達式為ΔU=Q-W，其中W為系統(tǒng)對外界做的功，若外界對系統(tǒng)做功，則W?。ǎ┲怠?.理想氣體的熱力學能和焓僅與（）有關(guān)，與（）無關(guān)。3.熵增原理指出，孤立系統(tǒng)的熵只能（）或（），絕不可能（）。4.卡諾循環(huán)由兩個（）過程和兩個（）過程組成，其熱效率僅與（）和（）有關(guān)。5.水蒸氣的定壓發(fā)生過程包括（）、（）和（）三個階段。6.濕空氣的含濕量d定義為（）與（）的質(zhì)量比，單位為kg/kg（干空氣）。7.燃氣輪機循環(huán)的基本組成設(shè)備包括（）、（）和（）。三、簡答題（每題8分，共32分）1.簡述準靜態(tài)過程與可逆過程的聯(lián)系與區(qū)別。2.熱力學第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述分別是什么？如何證明二者的等價性？3.分析回熱對燃氣輪機循環(huán)效率的影響機制，并說明回熱效果與壓比的關(guān)系。4.比較理想氣體定容加熱循環(huán)（奧托循環(huán)）與定壓加熱循環(huán)（狄塞爾循環(huán)）的熱效率影響因素，并指出提高二者效率的共同措施。四、計算題（共28分）1.（8分）某剛性容器內(nèi)裝有0.5kg的空氣（可視為理想氣體），初始狀態(tài)為p?=0.1MPa，T?=300K?，F(xiàn)向容器內(nèi)加熱，使壓力升至p?=0.2MPa。已知空氣的定容比熱容cv=0.718kJ/(kg·K)，氣體常數(shù)R=0.287kJ/(kg·K)。求：（1）加熱后的溫度T?；（2）加熱過程中吸收的熱量Q。2.（10分）某卡諾熱機工作在高溫熱源T?=1000K和低溫熱源T?=300K之間，循環(huán)中從高溫熱源吸熱Q?=2000kJ。求：（1）循環(huán)的熱效率η；（2）循環(huán)凈功Wnet；（3）向低溫熱源放出的熱量Q?；（4）若實際熱機的效率為卡諾效率的80%，求實際凈功Wnet'。3.（10分）某水蒸氣朗肯循環(huán)的初參數(shù)為p?=10MPa，t?=500℃，背壓p?=0.005MPa。已知：h?=3373kJ/kg（p?=10MPa，t?=500℃時的焓），h?=2135kJ/kg（p?=0.005MPa，x=0.85時的焓），h?=137.8kJ/kg（p?=0.005MPa時飽和水的焓），h?≈h?（忽略水泵功）。求：（1）汽輪機做功wT；（2）水泵做功wP（提示：wP≈v?(p?-p?)，v?=0.001005m3/kg）；（3）循環(huán)吸熱量q?；（4）循環(huán)熱效率η。答案一、選擇題1.A2.A3.A4.D5.B6.B7.A8.C9.B10.C二、填空題1.負2.溫度；比體積（或壓力）3.增大；不變；減小4.可逆等溫；可逆絕熱；高溫熱源溫度；低溫熱源溫度5.未飽和水加熱；飽和水蒸發(fā)；干飽和蒸汽過熱6.水蒸氣；干空氣7.壓氣機；燃燒室；燃氣輪機三、簡答題1.聯(lián)系：可逆過程一定是準靜態(tài)過程；區(qū)別：準靜態(tài)過程僅要求系統(tǒng)在過程中隨時接近平衡態(tài)（即內(nèi)部無有限勢差），而可逆過程不僅要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡，還要求系統(tǒng)與外界之間無耗散效應(yīng)（如摩擦、溫差傳熱等），即過程反向時系統(tǒng)和外界可同時恢復(fù)原狀。2.克勞修斯表述：“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”；開爾文表述：“不可能從單一熱源吸熱并使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?。等價性證明：假設(shè)克勞修斯表述不成立（存在熱量Q?從T?傳至T?無其他變化），可與一個卡諾熱機（從T?吸熱Q?，向T?放熱Q?，做功W=Q?-Q?）組合，總效果為從T?吸熱Q?-Q?并完全變?yōu)楣?，違反開爾文表述；反之，若開爾文表述不成立（存在熱機從T?吸熱Q?完全變功W），可驅(qū)動制冷機從T?吸熱Q?并向T?放熱Q?+W，總效果為Q?從T?傳至T?無其他變化，違反克勞修斯表述，故二者等價。3.回熱通過利用燃氣輪機排氣的余熱加熱壓氣機出口的空氣，減少了燃燒室的吸熱量，從而提高循環(huán)效率?；責嵝Чc壓比π有關(guān)：當π較小時，壓氣機出口溫度低于燃氣輪機排氣溫度，回熱可有效回收熱量；當π增大到一定值（臨界壓比）時，壓氣機出口溫度等于排氣溫度，回熱無效；π超過臨界壓比后，壓氣機出口溫度高于排氣溫度，回熱反而降低效率。4.奧托循環(huán)熱效率η?=1-1/ε^(κ-1)（ε為壓縮比，κ為比熱容比）；狄塞爾循環(huán)熱效率η_D=1-[ρ^κ-1]/[κ(ρ-1)ε^(κ-1)]（ρ為預(yù)脹比）。共同措施：提高壓縮比ε（受限于燃料抗爆性）、采用高κ的工質(zhì)（如空氣）、減少散熱和摩擦損失。四、計算題1.（1）剛性容器內(nèi)體積不變，V?=V?，由理想氣體狀態(tài)方程p?V=mRT?，p?V=mRT?，得T?=T?(p?/p?)=300×(0.2/0.1)=600K。（2）定容加熱，Q=ΔU=mcv(T?-T?)=0.5×0.718×(600-300)=107.7kJ。2.（1）η=1-T?/T?=1-300/1000=70%；（2）Wnet=ηQ?=0.7×2000=1400kJ；（3）Q?=Q?-Wnet=2000-1400=600kJ；（4）η'=0.8×70%=56%，Wnet'=η'Q?=0.56×2000=1120kJ。3.（1）汽輪機做功wT=h?-h?=3373-2135=1238kJ/kg；（2）水泵做功wP≈v?(p?-p?)=0.001005×(10×1