工程熱力學(xué)期末試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.對(duì)于理想氣體，下列狀態(tài)參數(shù)中僅與溫度有關(guān)的是（）A.比焓B.比熵C.比內(nèi)能D.比體積答案：C2.在相同初態(tài)與終態(tài)之間，理想氣體經(jīng)歷可逆絕熱過程與不可逆絕熱過程，則（）A.可逆過程終態(tài)溫度更高B.不可逆過程終態(tài)溫度更高C.兩過程終態(tài)溫度相同D.無法比較終態(tài)溫度答案：B3.卡諾循環(huán)的熱效率只與（）A.工質(zhì)種類有關(guān)B.高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩礈囟扔嘘P(guān)C.循環(huán)凈功有關(guān)D.循環(huán)壓力比有關(guān)答案：B4.水蒸氣在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹若出現(xiàn)“濕蒸汽”，則其干度x的合理范圍是（）A.0≤x<0.5B.0<x<1C.0.5<x<1D.x=1答案：B5.對(duì)于閉口系統(tǒng)，經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)后，系統(tǒng)與外界交換的凈熱量與凈功的關(guān)系為（）A.∮δQ=∮δWB.∮δQ>∮δWC.∮δQ<∮δWD.無法確定答案：A6.理想氣體在噴管中作可逆絕熱流動(dòng)，若入口馬赫數(shù)Ma<1，為使出口馬赫數(shù)Ma>1，噴管形狀應(yīng)為（）A.漸縮B.漸擴(kuò)C.先漸縮后漸擴(kuò)D.先漸擴(kuò)后漸縮答案：C7.提高朗肯循環(huán)熱效率最有效的措施是（）A.降低冷凝壓力B.提高鍋爐壓力C.提高鍋爐溫度D.采用再熱答案：C8.若某制冷循環(huán)的制冷系數(shù)COP=4，則其熱泵系數(shù)應(yīng)為（）A.3B.4C.5D.無法確定答案：C9.理想氣體絕熱自由膨脹后，其熵變（）A.為零B.大于零C.小于零D.無法判斷答案：B10.水蒸氣hs圖上，等壓線在高溫區(qū)與等溫線的關(guān)系是（）A.重合B.垂直C.相交D.平行答案：A二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選、少選、錯(cuò)選均不得分）11.下列措施可提高簡(jiǎn)單燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)比功的有（）A.提高壓氣機(jī)增壓比B.提高透平進(jìn)口溫度C.采用回?zé)酓.采用中間冷卻答案：B、D12.關(guān)于水蒸氣定壓汽化過程，下列說法正確的有（）A.溫度保持不變B.熵不斷增大C.比焓不斷增大D.比體積不斷增大答案：A、B、C、D13.理想氣體在相同初態(tài)下分別經(jīng)歷可逆等溫壓縮與可逆絕熱壓縮至相同終壓，則（）A.等溫壓縮終溫更低B.等溫壓縮耗功更少C.絕熱壓縮終溫更高D.絕熱壓縮耗功更多答案：A、B、C、D14.下列屬于不可逆因素的有（）A.溫差傳熱B.摩擦C.自由膨脹D.混合過程答案：A、B、C、D15.關(guān)于逆卡諾循環(huán)，下列說法正確的有（）A.可用于制冷B.可用于熱泵C.性能系數(shù)與工質(zhì)無關(guān)D.性能系數(shù)只與熱源溫度有關(guān)答案：A、B、C、D三、填空題（每空2分，共20分）16.理想氣體狀態(tài)方程的微觀表達(dá)式為p=________，其中n為單位體積內(nèi)的________數(shù)。答案：nkT，分子17.水在0.1MPa下的飽和溫度為________℃，此時(shí)飽和水與飽和蒸汽的比熵分別為sf=________kJ/(kg·K)、sg=________kJ/(kg·K)。答案：99.63，1.302，7.35918.某理想氣體cp=1.005kJ/(kg·K)，cv=0.718kJ/(kg·K)，則其氣體常數(shù)R=________kJ/(kg·K)，比熱比γ=________。答案：0.287，1.419.卡諾熱機(jī)在高溫?zé)嵩?000K與低溫?zé)嵩?00K之間工作，其熱效率為________%；若每小時(shí)吸熱3600kJ，則輸出功率為________kW。答案：70，0.720.某蒸汽再熱循環(huán)，再熱壓力為4MPa，再熱前蒸汽干度0.85，再熱后溫度達(dá)550℃，則再熱過程使每公斤蒸汽比焓增加約________kJ/kg（保留整數(shù)）。答案：約580四、簡(jiǎn)答題（共25分）21.（封閉型，6分）寫出熱力學(xué)第一定律對(duì)閉口系統(tǒng)的微分表達(dá)式，并說明各項(xiàng)物理意義。答案：dU=δQ?δW。其中dU為系統(tǒng)內(nèi)能變化，δQ為系統(tǒng)吸收的微小熱量，δW為系統(tǒng)對(duì)外做的微小功。22.（開放型，6分）為什么實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)需采用“回?zé)帷?？?qǐng)從溫度匹配與熱效率角度說明。答案：回?zé)崂猛钙脚艢飧邷責(zé)崃款A(yù)熱壓氣機(jī)出口空氣，使高溫?zé)嵩磁c工質(zhì)之間溫差減小，降低傳熱不可逆性；同時(shí)減少燃燒室燃油量，提高循環(huán)平均吸熱溫度，從而提升熱效率。23.（封閉型，6分）敘述熵增原理，并指出其適用條件。答案：孤立系統(tǒng)的熵永不減少，即ΔSiso≥0，等號(hào)適用于可逆過程，大于號(hào)適用于不可逆過程。適用于孤立或絕熱系統(tǒng)。24.（開放型，7分）水蒸氣在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹末端濕度偏大時(shí)，對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行有何危害？可采取哪些工程措施？答案：危害：液滴高速?zèng)_擊葉片，造成沖蝕與振動(dòng)；降低效率；增加排水負(fù)荷。措施：提高初溫、采用再熱、設(shè)置水分分離器、選用抗蝕材料、優(yōu)化葉型。五、計(jì)算題（共70分）25.（基本計(jì)算，10分）2kg空氣（理想氣體，R=0.287kJ/(kg·K)，γ=1.4）由狀態(tài)1（p1=0.1MPa，T1=300K）經(jīng)可逆絕熱壓縮至狀態(tài)2（p2=1.0MPa）。求：(1)終態(tài)溫度T2；(2)壓縮功W；(3)熵變?chǔ)。答案：(1)T2=T1(p2/p1)^((γ?1)/γ)=300×10^(0.286)=579K(2)W=mcv(T1?T2)=2×0.718×(300?579)=?401kJ（負(fù)號(hào)表示外界對(duì)系統(tǒng)做功）(3)可逆絕熱過程ΔS=026.（噴管計(jì)算，12分）空氣（γ=1.4，R=0.287kJ/(kg·K)）進(jìn)入漸縮噴管時(shí)p0=0.8MPa，T0=900K，背壓pb=0.4MPa。若噴管出口截面積A2=20cm2，求：(1)出口壓力p2；(2)出口溫度T2；(3)出口馬赫數(shù)Ma2；(4)質(zhì)量流量?。答案：(1)pb/p0=0.5<0.528，出口臨界，p2=0.528p0=0.422MPa(2)T2=T0×2/(γ+1)=900×2/2.4=750K(3)Ma2=1(4)ρ2=p2/(RT2)=0.422×10^6/(287×750)=1.96kg/m3a2=√(γRT2)=√(1.4×287×750)=548m/s?=ρ2A2a2=1.96×20×10^(?4)×548=2.15kg/s27.（朗肯循環(huán)，15分）某蒸汽動(dòng)力廠按理想朗肯循環(huán)運(yùn)行，參數(shù)如下：鍋爐出口p3=10MPa，t3=550℃；冷凝器壓力p4=10kPa；忽略泵功。求：(1)汽輪機(jī)出口干度x4；(2)循環(huán)熱效率ηt；(3)若汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率ηoi=0.85，則實(shí)際出口干度x4′及實(shí)際ηt′。答案：查表得h3=3500kJ/kg，s3=6.755kJ/(kg·K)(1)s4=s3=6.755=sf+x4sfg，sf=0.649，sfg=7.501x4=(6.755?0.649)/7.501=0.814h4=hf+x4hfg=191.8+0.814×2392=2138kJ/kg(2)ηt=(h3?h4)/(h3?hf)=(3500?2138)/(3500?191.8)=0.412=41.2%(3)h4′=h3?ηoi(h3?h4)=3500?0.85×1362=2342kJ/kgx4′=(2342?191.8)/2392=0.899ηt′=(h3?h4′)/(h3?hf)=(3500?2342)/3308=0.350=35.0%28.（制冷循環(huán)，13分）某R134a蒸氣壓縮制冷循環(huán)，蒸發(fā)溫度?20℃，冷凝溫度40℃，壓縮機(jī)入口為飽和蒸汽，出口為過熱5K，節(jié)流閥入口為飽和液體。求：(1)單位質(zhì)量制冷量qL；(2)單位質(zhì)量壓縮功wc；(3)制冷系數(shù)COP；(4)若循環(huán)質(zhì)量流量?=0.1kg/s，求制冷量Q?L。答案：查表得：h1=386.6kJ/kg，h2=426.0kJ/kg（過熱5K），h3=h4=256.4kJ/kg(1)qL=h1?h4=386.6?256.4=130.2kJ/kg(2)wc=h2?h1=426.0?386.6=39.4kJ/kg(3)COP=qL/wc=130.2/39.4=3.31(4)Q?L=?qL=0.1×130.2=13.0kW29.（綜合題，20分）某聯(lián)合循環(huán)由燃?xì)廨啓C(jī)與余熱鍋爐汽輪機(jī)組成。燃?xì)廨啓C(jī)參數(shù)：壓氣機(jī)入口15℃、0.1MPa，增壓比18，透平進(jìn)口1400K，ηc=0.9，ηt=0.92，回?zé)崞餍?.8；余熱鍋爐產(chǎn)汽10MPa、550℃，汽輪機(jī)冷凝5kPa，ηst=0.88。求：(1)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)比功wgt；(2)燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度T4；(3)蒸汽循環(huán)比功wst；(4)聯(lián)合循環(huán)總比功wtot；(5)聯(lián)合循環(huán)總效率ηcc。答案：（過程略，詳細(xì)查表與迭代）(1)wgt=透平比功?壓氣機(jī)比功=(cp(T3?T4′))?(cp(T2′?T1))得wgt≈580kJ/kg(2)