(2025年)大學工程熱力學期末試卷及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列關于熱力學狀態(tài)參數(shù)的描述中，錯誤的是（）A.狀態(tài)參數(shù)的變化僅取決于初末狀態(tài)B.狀態(tài)參數(shù)的微元變化是全微分C.熱量是狀態(tài)參數(shù)D.理想氣體的內能是狀態(tài)參數(shù)2.1kg理想氣體經(jīng)歷定溫膨脹過程，對外做功100kJ，若氣體常數(shù)R=287J/(kg·K)，初始溫度300K，則終態(tài)壓力與初始壓力的比值約為（）A.0.30B.0.45C.0.60D.0.753.某熱泵循環(huán)的制熱系數(shù)COP=4.5，輸入功率為5kW，則單位時間內向高溫熱源提供的熱量為（）A.17.5kWB.22.5kWC.25kWD.27.5kW4.絕熱過程中，若過程不可逆，則系統(tǒng)的熵變（）A.大于0B.等于0C.小于0D.無法確定5.水蒸氣在定壓加熱過程中，若從飽和水變?yōu)檫^熱蒸汽，其焓的變化為（）A.僅包含顯熱B.僅包含潛熱C.先顯熱后潛熱D.顯熱與潛熱的總和6.提高朗肯循環(huán)初溫（保持初壓和背壓不變），循環(huán)熱效率將（）A.降低B.不變C.升高D.先升后降7.實際氣體在（）條件下可近似為理想氣體A.高壓低溫B.低壓高溫C.高壓高溫D.低壓低溫8.1kg理想氣體經(jīng)歷定容過程，溫度從300K升至400K，若定容比熱容cv=0.718kJ/(kg·K)，則該過程吸收的熱量為（）A.71.8kJB.43.1kJC.107.7kJD.35.9kJ9.孤立系統(tǒng)內發(fā)生不可逆過程時，系統(tǒng)的總熵（）A.增大B.減小C.不變D.先增后減10.活塞式壓氣機采用多級壓縮中間冷卻的主要目的是（）A.減少余隙影響B(tài).降低排氣溫度C.提高容積效率D.增大吸氣量二、填空題（每空1分，共10分）1.熱力學平衡態(tài)需同時滿足力平衡、熱平衡和____平衡。2.理想氣體的比熱容比γ=____（用定壓、定容比熱容表示）。3.卡諾循環(huán)的熱效率僅與____有關。4.熵的微觀本質是系統(tǒng)____的量度。5.定壓過程中，理想氣體吸收的熱量等于其____的變化量。6.水蒸氣的臨界參數(shù)包括臨界溫度、臨界壓力和____。7.絕熱節(jié)流過程中，工質的焓值____（填“增大”“減小”或“不變”）。8.活塞式壓氣機的余隙容積會導致____降低（填“容積效率”或“絕熱效率”）。9.理想氣體多變過程中，若多變指數(shù)n=γ（比熱容比），則該過程為____過程。10.孤立系統(tǒng)的熵只能____或保持不變（填“增大”“減小”或“不變”）。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述熱力學第一定律與第二定律的本質區(qū)別及聯(lián)系。2.實際循環(huán)的熱效率為何無法達到卡諾循環(huán)效率？列舉至少3個主要影響因素。3.分析理想氣體定壓加熱過程（溫度升高）中，內能、焓、熵的變化趨勢（需說明依據(jù)）。4.實際氣體絕熱節(jié)流后溫度可能升高、降低或不變，試解釋其原因（結合焦耳-湯姆遜系數(shù)）。5.比較奧托循環(huán)與狄塞爾循環(huán)的熱效率影響因素，說明提高兩者效率的共同途徑。四、計算題（共40分）1.（10分）1kg氮氣（R=296.8J/(kg·K)，cv=743J/(kg·K)，γ=1.4）經(jīng)歷多變膨脹過程，初始狀態(tài)為p?=500kPa、T?=400K，終態(tài)壓力p?=100kPa，多變指數(shù)n=1.2。求：（1）終態(tài)溫度T?；（2）過程功w；（3）過程熱量q；（4）熵變Δs。2.（10分）某朗肯循環(huán)的參數(shù)如下：鍋爐出口蒸汽為p?=8MPa、T?=500℃（h?=3399kJ/kg，s?=6.726kJ/(kg·K)），汽輪機排汽壓力p?=10kPa（s?s=s?，h?s=2015kJ/kg，h?=2100kJ/kg，h?=191.8kJ/kg，h?≈h?）。忽略泵功，求：（1）循環(huán)吸熱量q?；（2）循環(huán)放熱量q?；（3）汽輪機實際做功w_T；（4）循環(huán)熱效率η。3.（10分）一臺活塞式壓氣機，氣缸容積V_h=0.05m3，余隙比ε=0.05，進氣狀態(tài)為p?=100kPa、T?=300K，壓比π=6，多變指數(shù)n=1.3。求：（1）容積效率η_v；（2）實際吸氣量m（kg）；（3）壓縮每kg氣體的理論功w_c（可逆）。4.（10分）將5kg溫度為300K的銅塊（c=0.385kJ/(kg·K)）與10kg溫度為400K的鐵塊（c=0.460kJ/(kg·K)）放入絕熱容器中熱交換，最終達到熱平衡。求：（1）平衡溫度T；（2）系統(tǒng)總熵變ΔS（結果保留2位小數(shù)）。答案一、選擇題1.C2.A3.B4.A5.D6.C7.B8.A9.A10.B二、填空題1.化學2.cp/cv3.熱源溫度4.微觀混亂度5.焓6.臨界比容7.不變8.容積效率9.絕熱10.增大三、簡答題1.本質區(qū)別：第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn)，說明能量轉換的“量”守恒；第二定律指出能量轉換的“質”有方向性（如熱量不能自發(fā)從低溫傳向高溫，熱不能完全轉化為功而不引起其他變化）。聯(lián)系：共同構成熱力學基礎，第一定律是第二定律的前提（能量守恒是方向性的約束），第二定律補充了第一定律未涉及的能量品質問題。2.原因：卡諾循環(huán)是理想可逆循環(huán)，實際循環(huán)存在不可逆因素。影響因素：①傳熱不可逆（溫差傳熱）；②流動不可逆（摩擦、節(jié)流）；③燃燒不可逆（非平衡化學反應）；④工質非理想性（實際氣體偏離理想氣體）。3.定壓加熱（T↑）：-內能u：理想氣體u僅與T有關，T↑→u↑（依據(jù)：u=cvT）；-焓h：h=u+pV=u+RT（理想氣體pV=RT），T↑→h↑（或h=cpT，cp>0→h↑）；-熵s：定壓過程熵變Δs=cpln(T?/T?)，T?>T?→Δs>0→s↑（依據(jù)：熵的定義式）。4.絕熱節(jié)流時，焓不變（h?=h?）。焦耳-湯姆遜系數(shù)μ=(?T/?p)_h，反映節(jié)流后溫度隨壓力變化的趨勢：-μ>0時，p↓→T↓（制冷效應，如常溫空氣）；-μ<0時，p↓→T↑（制熱效應，如高壓氫氣）；-μ=0時，T不變（轉回溫度點）。實際氣體的μ與T、p有關，故節(jié)流后溫度可能變化。5.奧托循環(huán)（定容加熱）效率η=1-1/ε^(γ-1)（ε為壓縮比）；狄塞爾循環(huán)（定壓加熱）效率η=1-(ρ^γ-1)/(ε^(γ-1)γ(ρ-1))（ρ為預脹比）。共同提高效率的途徑：增大壓縮比ε（受限于燃料抗爆性）；采用高比熱容比γ的工質；減少不可逆損失（如傳熱、摩擦）。四、計算題1.（1）T?=T?(p?/p?)^((n-1)/n)=400×(100/500)^(0.2/1.2)=400×(0.2)^(1/6)≈400×0.6598≈263.9K（2）w=(R(T?-T?))/(n-1)=296.8×(400-263.9)/(1.2-1)=296.8×136.1/0.2≈202.0kJ/kg（3）q=cv(T?-T?)+w=0.743×(263.9-400)+202.0≈-100.8+202.0=101.2kJ/kg（4）Δs=cvln(T?/T?)+Rln(p?/p?)=0.743×ln(263.9/400)+0.2968×ln(500/100)≈0.743×(-0.432)+0.2968×1.609≈-0.321+0.478≈0.157kJ/(kg·K)2.（1）q?=h?-h?≈3399-191.8=3207.2kJ/kg（2）q?=h?-h?=2100-191.8=1908.2kJ/kg（3）w_T=h?-h?=3399-2100=1299kJ/kg（4）η=w_T/q?=1299/3207.2≈40.5%3.（1）η_v=1+ε-επ^(1/n)=1+0.05-0.05×6^(1/1.3)≈1.05-0.05×3.14≈1.05-0.157=0.893（2）V_1=η_vV_h=0.893×0.05=0.04465m3，m=p?V_1/(RT?)=100000×0.04465/(287×300)≈0.0518kg（3）w_c=(nRT?)/(n-1)(π^((n-1)/n)-1)=1.3×287×300/(1.3-1)×(6^(0.3/1.3)-1)≈(111930/0.3)×(1.513-1)≈373100×0.513≈191.4kJ/kg4.（1）熱平衡時Q_銅吸=Q_鐵放：m_銅c_銅(T-T_銅)=m_鐵c_鐵(T_鐵-T)5×0.385×(T-300)=10×0.460×(400-T)1.925(T-300)=4.