2025年大學(xué)熱能與動(dòng)力工程（工程熱力學(xué)）試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共40分）答題要求：本大題共20小題，每小題2分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。請(qǐng)將正確答案的序號(hào)填在題后的括號(hào)內(nèi)。1.工程熱力學(xué)中，閉口系與外界（）。A.無(wú)物質(zhì)交換，無(wú)能量交換B.無(wú)物質(zhì)交換，有能量交換C.有物質(zhì)交換，無(wú)能量交換D.有物質(zhì)交換，有能量交換答案：B2.工質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)可逆定溫過(guò)程，其熵變（）。A.大于零B.小于零C.等于零D.不確定答案：D3.理想氣體的內(nèi)能是（）的函數(shù)。A.壓力和體積B.溫度和體積C.溫度和壓力D.溫度答案：D4.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.高溫?zé)嵩礈囟群偷蜏責(zé)嵩礈囟菵.循環(huán)過(guò)程答案：C5.實(shí)際氣體節(jié)流后（）。A.溫度降低B.溫度升高C.溫度不變D.溫度可能升高、降低或不變答案：D6.水蒸氣的定壓形成過(guò)程不包括（）。A.未飽和水預(yù)熱過(guò)程B.飽和水定壓汽化過(guò)程C.濕蒸汽定壓加熱過(guò)程D.過(guò)熱蒸汽定壓升溫過(guò)程答案：D7.濕空氣的含濕量是指（）。A.1kg干空氣中所含的水蒸氣質(zhì)量B.1m3濕空氣中所含的水蒸氣質(zhì)量C.1kg濕空氣中所含的水蒸氣質(zhì)量D.1m3干空氣中所含的水蒸氣質(zhì)量答案：A8.多變指數(shù)n=0時(shí)的熱力過(guò)程是（）。A.定壓過(guò)程B.定容過(guò)程C.定溫過(guò)程D.絕熱過(guò)程答案：A9.對(duì)于任何工質(zhì)，其熱力學(xué)能、焓和熵都是（）。A.廣延參數(shù)B.強(qiáng)度參數(shù)C.狀態(tài)參數(shù)D.過(guò)程量答案：C10.氣體在噴管中定熵流動(dòng)時(shí)，流速（）。A.減小B.增大C.不變D.先增大后減小答案：B11.理想氣體絕熱節(jié)流后，其（）。A.壓力降低，溫度降低，熵增加B.壓力降低，溫度不變，熵增加C.壓力降低，溫度升高，熵增加D.壓力降低，溫度不變，熵不變答案：B12.蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，提高循環(huán)熱效率的途徑有（）。A.提高蒸汽初參數(shù)B.降低蒸汽初參數(shù)C.提高蒸汽終參數(shù)D.降低蒸汽終參數(shù)答案：AD13.活塞式內(nèi)燃機(jī)定容加熱理想循環(huán)的熱效率與（）有關(guān)。A.壓縮比B.壓力升高比C.預(yù)脹比D.絕熱指數(shù)答案：A14.制冷循環(huán)中，制冷系數(shù)是指（）。A.制冷量與壓縮機(jī)耗功之比B.制冷量與冷凝負(fù)荷之比C.制冷量與蒸發(fā)器熱負(fù)荷之比D.制冷量與吸收熱量之比答案：A15.熱泵循環(huán)的供熱系數(shù)是指（）。A.供熱量與壓縮機(jī)耗功之比B.供熱量與冷凝負(fù)荷之比C.供熱量與蒸發(fā)器熱負(fù)荷之比D.供熱量與吸收熱量之比答案：A16.某熱機(jī)從高溫?zé)嵩次諢崃縌1，向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌2，對(duì)外做功W，則該熱機(jī)的效率為（）。A.W/Q1B.(Q1-Q2)/Q1C.W/(Q1+Q2)D.Q2/Q1答案：B17.氣體的比熱與（）有關(guān)。A.氣體種類B.氣體狀態(tài)C.加熱過(guò)程D.以上都是答案：D18.絕熱自由膨脹過(guò)程中，氣體的（）。A.內(nèi)能增加B.內(nèi)能減少C.內(nèi)能不變D.溫度升高答案：C19.可逆過(guò)程的特點(diǎn)是（）。A.過(guò)程進(jìn)行時(shí)沒(méi)有摩擦B.過(guò)程進(jìn)行時(shí)沒(méi)有溫差C.過(guò)程進(jìn)行時(shí)沒(méi)有任何不可逆損失D.以上都是答案：D20.實(shí)際氣體的狀態(tài)方程為（）。A.pV=mRTB.pV=nRTC.p(v-b)=RTD.以上都不是答案：D第II卷（非選擇題共60分）一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）答題要求：簡(jiǎn)要回答問(wèn)題，表述清晰準(zhǔn)確。1.簡(jiǎn)述工程熱力學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)。2.說(shuō)明理想氣體的基本假設(shè)。3.分析卡諾循環(huán)的熱效率與哪些因素有關(guān)。4.簡(jiǎn)述水蒸氣定壓形成過(guò)程的特點(diǎn)。二、計(jì)算題（每題10分，共20分）答題要求：寫(xiě)出詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程和答案，步驟清晰。1.某理想氣體在定溫過(guò)程中，從初態(tài)1（p1=0.5MPa，V1=0.2m3）膨脹到終態(tài)2（p2=0.1MPa），求該過(guò)程中氣體對(duì)外做的功和吸收的熱量。已知該氣體的氣體常數(shù)R=0.287kJ/(kg·K)，初態(tài)溫度T1=300K。2.一閉口系經(jīng)歷一可逆過(guò)程，系統(tǒng)與外界交換的熱量Q=-100kJ，對(duì)外做功W=50kJ，求該過(guò)程中系統(tǒng)的熵變。已知該過(guò)程中系統(tǒng)的比熱為定值，且c=0.7kJ/(kg·K)，初態(tài)質(zhì)量m=2kg，初態(tài)溫度T1=300K。三、論述題（每題10分，共20分）答題要求：論述全面，條理清晰，結(jié)合相關(guān)理論進(jìn)行分析。1.論述提高蒸汽動(dòng)力循環(huán)熱效率的主要方法及其原理。2.分析實(shí)際氣體與理想氣體的區(qū)別，并說(shuō)明實(shí)際氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用。四、材料分析題（每題10分，共20分）答題要求：閱讀材料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)回答問(wèn)題，分析準(zhǔn)確合理。材料：在某蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，已知蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)時(shí)的參數(shù)為p1=3MPa，t1=400℃，蒸汽排出汽輪機(jī)時(shí)的參數(shù)為p2=0.004MPa，汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率ηri=0.85。蒸汽在凝汽器中定壓放熱，凝結(jié)水在給水泵中絕熱壓縮后進(jìn)入鍋爐。設(shè)鍋爐的效率ηb=0.9，每小時(shí)產(chǎn)生蒸汽量D=100t。1.計(jì)算汽輪機(jī)的實(shí)際功率。2.若要提高該循環(huán)的熱效率，可采取哪些措施？五、綜合應(yīng)用題（每題10分，共20分）答題要求：綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題，解答完整合理。1.某制冷裝置采用R134a作為制冷劑，制冷量Q0=50kW，蒸發(fā)溫度t0=-15℃，冷凝溫度t1=35℃。已知該制冷劑在蒸發(fā)器中的比焓h0=220kJ/kg，在冷凝器出口的比焓h1=95kJ/kg，壓縮機(jī)的絕熱效率ηs=0.85。求：（1）制冷劑的質(zhì)量流量；（2）壓縮機(jī)的理論功率和實(shí)際功率。2.有一燃?xì)廨啓C(jī)裝置，采用定壓加熱理想循環(huán)。已知空氣進(jìn)入壓氣機(jī)時(shí)的壓力p1=0.1MPa，溫度t1=20℃，壓縮比ε=8，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度t3=1000℃。設(shè)空氣的比熱容cp=1.005kJ/(kg·K)，絕熱指數(shù)κ=1.4。求：（1）循環(huán)的熱效率；（2）若要提高循環(huán)熱效率，可采取哪些措施？答案1.工程熱力學(xué)的研究對(duì)象是熱能與機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)換規(guī)律及其有效利用。任務(wù)是通過(guò)對(duì)熱力系統(tǒng)、熱力過(guò)程和熱力循環(huán)的分析，研究能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系和轉(zhuǎn)換效率，以及提高能量轉(zhuǎn)換效率的途徑和方法。2.理想氣體的基本假設(shè)：氣體分子是大量的、無(wú)規(guī)則的、自由運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)；分子之間無(wú)相互作用力；分子本身不占有體積。3.卡諾循環(huán)的熱效率只與高溫?zé)嵩礈囟萒1和低溫?zé)嵩礈囟萒2有關(guān)，其表達(dá)式為ηc=1-T2/T1。4.水蒸氣定壓形成過(guò)程包括未飽和水預(yù)熱過(guò)程、飽和水定壓汽化過(guò)程、濕蒸汽定壓加熱過(guò)程。特點(diǎn)是在定壓下，隨著加熱的進(jìn)行，水的狀態(tài)不斷變化，比焓不斷增加。5.1.解：由理想氣體狀態(tài)方程p1V1=mRT1，可得m=p1V1/RT1=0.5×10^6×0.2/(0.287×300)≈115.3kg。定溫過(guò)程中，氣體對(duì)外做功W=mRT1ln(p1/p2)=115.3×0.287×300×ln(0.5/0.1)≈57.3kJ。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，Q=W=57.3kJ。2.解：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU=Q-W=-100-50=-150kJ。由ΔU=mcΔT，可得ΔT=ΔU/(mc)=-150/(2×0.7)≈-107.1K。該過(guò)程為可逆過(guò)程，熵變?chǔ)=mcln(T2/T1)=2×0.7×ln((300-107.1)/300)≈-0.5kJ/K。6.1.提高蒸汽動(dòng)力循環(huán)熱效率的主要方法及其原理：提高蒸汽初參數(shù)，可提高循環(huán)的平均吸熱溫度，從而提高熱效率；降低蒸汽終參數(shù)，可降低循環(huán)的平均放熱溫度，提高熱效率；采用回?zé)嵫h(huán)，利用汽輪機(jī)中做過(guò)部分功的蒸汽來(lái)加熱給水，減少了冷源損失，提高了熱效率；采用再熱循環(huán)，將蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹到某一中間壓力后，再引入鍋爐的再熱器中加熱到較高溫度，然后再回到汽輪機(jī)中繼續(xù)膨脹做功，提高了循環(huán)的平均吸熱溫度，提高了熱效率。2.實(shí)際氣體與理想氣體的區(qū)別：理想氣體分子之間無(wú)相互作用力，分子本身不占有體積；實(shí)際氣體分子之間存在相互作用力，分子本身占有體積。實(shí)際氣體狀態(tài)方程考慮了氣體分子間的相互作用和分子體積的影響，更準(zhǔn)確地描述了實(shí)際氣體的狀態(tài)。在高壓、低溫等情況下，實(shí)際氣體與理想氣體的偏差較大，需要使用實(shí)際氣體狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算。7.1.（1）首先求蒸汽在汽輪機(jī)進(jìn)口的比焓h1，通過(guò)蒸汽熱力性質(zhì)表查得h1=3231.7kJ/kg。蒸汽在汽輪機(jī)出口的比焓h2，查得h2=2133.8kJ/kg。汽輪機(jī)的實(shí)際比焓降Δh=ηri(h1-h2)=0.85×(3231.7-2133.8)=933kJ/kg。每小時(shí)產(chǎn)生蒸汽量D=100t=100000kg/h。汽輪機(jī)的實(shí)際功率P=DΔh/3600=100000×933/3600≈25917kW。（2）可采取的措施：提高蒸汽初參數(shù)；降低蒸汽終參數(shù)；采用回?zé)嵫h(huán)；采用再熱循環(huán)等。8.1.（|1）制冷劑的質(zhì)量流量qm=Q0/(h0-h1)=50/(220-95)=0.4kg/s。||（2）壓縮機(jī)的理論比功wc=h0-h1=220-95=125kJ/kg，壓縮機(jī)的理論功率Pc=qmwc=0.4×125=50kW。壓縮機(jī)的實(shí)際功率P=Pc/ηs=50/0.85≈58.8kW。||2.（1）空氣進(jìn)入壓氣機(jī)時(shí)的比焓h1=cpT1=1.005×(20+273)=293.5kJ/kg。壓縮終了時(shí)的比焓h2=h1