2025年大學(xué)熱工考試題及答案解析1.單項選擇題（每題2分，共20分）1.1在理想氣體狀態(tài)方程pV=mRT中，R的物理意義是A.氣體常數(shù)，與氣體種類無關(guān)B.通用氣體常數(shù)，與氣體種類無關(guān)C.比氣體常數(shù)，與氣體種類有關(guān)D.摩爾氣體常數(shù)，與氣體種類有關(guān)答案：C解析：R=Rm/M，Rm為通用氣體常數(shù)，M為摩爾質(zhì)量，故R與氣體種類有關(guān)。1.2水蒸氣在定壓加熱過程中，干度x由0.5升高到0.9，其比焓變化Δh的正確表達(dá)式為A.Δh=hf+x·hfgB.Δh=hfg·ΔxC.Δh=hf+Δx·hfgD.Δh=Δx·hfg答案：D解析：h=hf+x·hfg，故Δh=(x2?x1)hfg=Δx·hfg。1.3卡諾熱機(jī)效率ηC=0.6，若低溫?zé)嵩礈囟萒2=300K，則高溫?zé)嵩礈囟萒1為A.500KB.600KC.750KD.800K答案：C解析：ηC=1?T2/T1?T1=T2/(1?ηC)=300/0.4=750K。1.4對閉口系統(tǒng)，下列哪項不是熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式A.Q?W=ΔUB.δQ=δW+dUC.Q=ΔH+WD.Q?W=ΔEk+ΔEp+ΔU答案：C解析：C項為穩(wěn)流能量方程形式，不適用于閉口系統(tǒng)。1.5空氣在噴管中作等熵膨脹，若入口馬赫數(shù)Ma1=0.3，則出口馬赫數(shù)Ma2A.一定大于1B.一定小于1C.可能大于1也可能小于1D.一定等于1答案：A解析：收縮—擴(kuò)張噴管在足夠大壓比下可使氣流在擴(kuò)張段達(dá)到超音速。1.6對于理想回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)循環(huán)，回?zé)岫圈?0.8，若壓比升高，則循環(huán)熱效率A.單調(diào)升高B.單調(diào)降低C.先升高后降低D.先降低后升高答案：A解析：回?zé)嵫h(huán)中，壓比升高使排氣溫度下降，回?zé)嵝Ч麥p弱，但壓比本身對效率的正效應(yīng)占主導(dǎo)，故效率仍升高。1.7水在100°C、1atm下處于A.過冷液B.飽和液C.飽和汽D.臨界點答案：B解析：100°C為1atm下飽和溫度，故為飽和液或飽和汽，選項僅B、C，題干未給干度，默認(rèn)飽和液。1.8在濕空氣焓濕圖上，沿等含濕量線向右移動，則A.溫度升高，相對濕度降低B.溫度升高，相對濕度升高C.溫度降低，相對濕度降低D.溫度降低，相對濕度升高答案：A解析：等d線向右，h增加，t增加，φ下降。1.9對逆流式換熱器，若熱流體熱容量率Ch=2kW/K，冷流體Cc=3kW/K，則熱容量比Cmin/Cmax為A.1/3B.2/3C.1/2D.3/2答案：B解析：Cmin=Ch=2，Cmax=Cc=3，故2/3。1.10黑體輻射力Eb與溫度T的關(guān)系為A.Eb∝TB.Eb∝T2C.Eb∝T?D.Eb∝T?答案：C解析：斯特藩—玻爾茲曼定律Eb=σT?。2.多項選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）2.1下列哪些措施可提高朗肯循環(huán)熱效率A.提高初壓B.提高初溫C.降低背壓D.增加再熱次數(shù)E.增加給水泵功答案：ABCD解析：E項增加泵功降低凈功，不利于效率。2.2關(guān)于熵的性質(zhì)，正確的是A.熵是狀態(tài)參數(shù)B.可逆絕熱過程熵變?yōu)榱鉉.不可逆絕熱過程熵產(chǎn)大于零D.熵流可以小于零E.孤立系統(tǒng)熵永不減少答案：ABCDE解析：均為熵基本性質(zhì)。2.3影響膜狀凝結(jié)換熱系數(shù)的因素有A.蒸汽流速B.不凝性氣體含量C.壁面過熱度D.凝結(jié)液物性E.重力加速度答案：ABCDE解析：均顯著影響液膜厚度與熱阻。2.4下列屬于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題邊界條件的有A.第一類邊界條件B.第二類邊界條件C.第三類邊界條件D.初始條件E.對稱邊界條件答案：ABCE解析：D為非穩(wěn)態(tài)所需。2.5關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)葉片冷卻，正確的是A.內(nèi)部對流冷卻降低金屬溫度B.氣膜冷卻形成低溫隔熱層C.沖擊冷卻增強(qiáng)局部換熱D.冷卻空氣取自壓氣機(jī)末級E.冷卻效果與吹風(fēng)比正相關(guān)答案：ABCE解析：冷卻空氣通常取自壓氣機(jī)中間級，末級壓力過高。3.填空題（每空2分，共20分）3.1理想氣體絕熱指數(shù)k=cp/cv，對于空氣（視為雙原子氣體）其近似值為________。答案：1.4解析：雙原子氣體k≈7/5=1.4。3.2水在200°C時的汽化潛熱r=________kJ/kg（查表保留整數(shù)）。答案：1941解析：飽和水200°C，r=hfg=1941kJ/kg。3.3某黑體表面溫度由27°C升高到327°C，其輻射力增大為原來的________倍。答案：16解析：T1=300K，T2=600K，Eb2/Eb1=(600/300)?=16。3.4一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，導(dǎo)熱系數(shù)λ=50W/(m·K)，厚度δ=0.02m，溫差ΔT=100°C，則熱流密度q=________kW/m2。答案：250解析：q=λΔT/δ=50×100/0.02=250000W/m2=250kW/m2。3.5某蒸汽動力廠采用再熱，再熱前壓力10MPa、溫度550°C，再熱后溫度550°C，再熱壓力為2MPa，則再熱循環(huán)使排氣干度________（升高/降低）。答案：升高解析：再熱主要目的為提高排汽干度。3.6濕空氣溫度30°C，露點溫度20°C，則其含濕量d≈________g/kg(a)（保留一位小數(shù)）。答案：14.9解析：查20°C飽和水蒸氣壓力ps=2.339kPa，d=0.622ps/(p?ps)=0.622×2.339/(101.3?2.339)=0.0149kg/kg=14.9g/kg。3.7某逆流換熱器傳熱單元數(shù)NTU=2，熱容量比Cr=0.5，則效能ε=________（保留兩位小數(shù)）。答案：0.80解析：ε=[1?e^(?NTU(1?Cr))]/[1?Cre^(?NTU(1?Cr))]=0.80。3.8理想氣體在噴管中作等熵流動，臨界壓力比βc=(2/(k+1))^(k/(k?1))，對于空氣βc≈________（保留三位小數(shù)）。答案：0.528解析：k=1.4，βc=(2/2.4)^(1.4/0.4)=0.528。3.9某制冷循環(huán)采用R134a，蒸發(fā)溫度?20°C，冷凝溫度40°C，理論COP=________（按逆卡諾循環(huán)計算，保留一位小數(shù)）。答案：4.2解析：COP=Tc/(Th?Tc)=253/(313?253)=4.22≈4.2。3.10一平板穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，內(nèi)熱源Φ=1×10?W/m3，壁厚L=0.1m，兩側(cè)絕熱，則中心溫度比表面溫度高_(dá)_______°C（導(dǎo)熱系數(shù)λ=20W/(m·K)）。答案：6.25解析：ΔT=ΦL2/(8λ)=1×10?×0.01/(8×20)=62.5K。4.簡答題（共25分）4.1（封閉型，5分）寫出穩(wěn)態(tài)、一維、常物性、有內(nèi)熱源Φ的導(dǎo)熱微分方程，并給出邊界條件類型名稱。答案：d2T/dx2+Φ/λ=0；邊界條件：第一類（給定溫度）、第二類（給定熱流）、第三類（對流換熱）。4.2（開放型，6分）解釋“回?zé)帷痹谌細(xì)廨啓C(jī)循環(huán)與朗肯循環(huán)中的異同。答案：相同點：均利用出口流體熱量預(yù)熱入口流體，減少外部熱量加入，提高平均吸熱溫度，從而提高熱效率。不同點：燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)嵩谂艢馀c壓氣機(jī)出口空氣間進(jìn)行，氣體比熱小，溫差大，需高溫回?zé)崞?；朗肯循環(huán)在給水泵出口水與汽輪機(jī)排汽間進(jìn)行，相變潛熱大，采用表面式回?zé)崞鳎旨壋槠?，回?zé)崞鳛榛旌鲜交虮砻媸?，壓力匹配?fù)雜。4.3（封閉型，5分）寫出傅里葉定律矢量形式，并說明各符號含義。答案：q=?λ?T；q為熱流密度矢量，λ為導(dǎo)熱系數(shù)，?T為溫度梯度，負(fù)號表示熱流指向溫度降低方向。4.4（開放型，9分）某鍋爐運行中發(fā)現(xiàn)再熱器出口汽溫偏低，請從運行調(diào)整角度提出三種可行措施并說明理由。答案：1.提高再熱器入口煙溫：增加爐膛火焰中心高度或降低過量空氣系數(shù)，使煙氣溫度升高，增強(qiáng)輻射換熱；2.減少再熱器受熱面沾灰：吹灰強(qiáng)化，降低熱阻，提高吸熱量；3.調(diào)整煙氣擋板開度：使更多高溫?zé)煔饬鹘?jīng)再熱器側(cè)，提高對流傳熱溫差。三者均可直接提高再熱器吸熱量，從而升高出口汽溫。5.計算題（共60分）5.1（朗肯循環(huán)，15分）某蒸汽動力裝置按理想朗肯循環(huán)運行，初參數(shù)p1=10MPa、t1=550°C，背壓p2=5kPa，忽略泵功。求：(1)汽輪機(jī)出口干度x2；(2)循環(huán)熱效率ηt；(3)若采用一級抽汽回?zé)?，抽汽壓?.5MPa，回?zé)崞鳛榛旌鲜?，求新的熱效率ηt,reg。已知：10MPa、550°C時h1=3500kJ/kg，s1=6.755kJ/(kg·K)；5kPa時hf=137.8kJ/kg，hfg=2423kJ/kg，sf=0.476kJ/(kg·K)，sfg=7.918kJ/(kg·K)；0.5MPa時hf=640.2kJ/kg，hfg=2108kJ/kg。答案與解析：(1)s2=s1=6.755=sf+x2sfg?x2=(6.755?0.476)/7.918=0.793h2=hf+x2hfg=137.8+0.793×2423=2059kJ/kg(2)ηt=(h1?h2)/(h1?hf)=(3500?2059)/(3500?137.8)=0.428(3)設(shè)抽汽份額α，混合回?zé)崞髂芰科胶猓害羑2,0.5+(1?α)hf,5=hf,0.5先求h2,0.5：s2,0.5=s1=6.755，0.5MPa飽和汽sfg=4.961，sf=1.861，x=(6.755?1.861)/4.961=0.987h2,0.5=640.2+0.987×2108=2721kJ/kg代入：α×2721+(1?α)×137.8=640.2?α=0.193ηt,reg=[(h1?h2,0.5)+(1?α)(h2,0.5?h2)]/(h1?hf,0.5)=0.4565.2（燃?xì)廨啓C(jī)，15分）某理想回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)循環(huán)，壓比π=8，初溫T1=300K，最高溫度T3=1200K，回?zé)岫圈?0.8，k=1.4，cp=1.005kJ/(kg·K)。求：(1)無回?zé)釙r熱效率η0；(2)有回?zé)釙r熱效率ηreg；(3)若壓氣機(jī)等熵效率ηc=0.86，渦輪等熵效率ηt=0.88，求實際回?zé)嵫h(huán)效率ηact。答案：(1)η0=1?1/π^((k?1)/k)=1?1/8^0.286=0.448(2)理想回?zé)幔篢4=T3/π^((k?1)/k)=1200/8^0.286=666K，T2=T1π^((k?1)/k)=300×8^0.286=543Kσ=(Tx?T2)/(T4?T2)=0.8?Tx=0.8×(666?543)+543=641Kηreg=1?(Tx?T1)/(T3?T2)=1?(641?300)/(1200?543)=0.648(3)實際：T2s=543K，T2′=T1+(T2s?T1)/ηc=300+(543?300)/0.86=582KT4s=666K，T4′=T3?ηt(T3?T4s)=1200?0.88(1200?666)=730Kσ=0.8=(Tx′?T2′)/(T4′?T2′)?Tx′=0.8(730?582)+582=700Kηact=[(T3?T4′)?(T2′?T1)]/(T3?Tx′)=0.5125.3（傳熱，15分）一外徑50mm的水平蒸汽管，外表面溫度200°C，環(huán)境溫度20°C，發(fā)射率ε=0.8，求單位管長熱損失qL（W/m）。已知空氣物性：λ=0.032W/(m·K)，ν=2.5×10??m2/s，Pr=0.7，重力加速度g=9.81m/s2，體積膨脹系數(shù)β=1/Tf，Tf=(200+20)/2=383K。答案：Gr=gβΔTd3/ν2=9.81×(1/383)×180×0.053/(2.5×10??)2=1.84×10?Ra=Gr·Pr=1.29×10?Nu={0.60+[0.387Ra^(1/6)]/[1+(0.559/Pr)^(9/16)]^(8/27)}2=13.4h=Nuλ/d=13.4×0.032/0.05=8.58W/(m2·K)qc=hπdΔT=8.58×π×0.05×180=243W/mqr=εσπd(Ts??T∞?)=0.8×5.67e?8×π×0.05×(473?