工程热力学专业知识考核点

综合试卷第=PAGE1*2-11页（共=NUMPAGES1*22页） 综合试卷第=PAGE1*22页（共=NUMPAGES1*22页）PAGE①姓名所在地区姓名所在地区身份证号密封线1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和所在地区名称。2.请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写您的答案。3.不要在试卷上乱涂乱画，不要在标封区内填写无关内容。一、选择题1.热力学第一定律的基本内容是什么？

A.能量守恒定律

B.热量与功可以互相转换

C.能量转换具有方向性

D.系统内能的变化等于系统与外界交换的热量与功的代数和

2.卡诺热机的效率与哪些因素有关？

A.热源和冷源的温度

B.热机的工作物质

C.热机的结构

D.以上都是

3.热力学第二定律的克劳修斯表述是什么？

A.热量不能自发地从低温物体传递到高温物体

B.热量可以从低温物体传递到高温物体，但需要外界做功

C.热量与功是等价的

D.热机效率不可能达到100%

4.定压比热容与定容比热容的关系如何？

A.定压比热容大于定容比热容

B.定压比热容小于定容比热容

C.定压比热容等于定容比热容

D.无法确定

5.蒸汽的比容温度的升高而怎样变化？

A.增大

B.减小

C.保持不变

D.先增大后减小

6.热力循环中，哪些过程是等温过程？

A.所有过程都是等温过程

B.吸热过程是等温过程

C.放热过程是等温过程

D.吸热和放热过程都可以是等温过程

7.摩擦功与哪些因素有关？

A.接触面的粗糙程度

B.接触面的压力

C.运动速度

D.以上都是

8.朗肯循环中，蒸汽在涡轮中的状态如何？

A.过热状态

B.超临界状态

C.湿蒸汽状态

D.液态

答案及解题思路：

1.答案：D

解题思路：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学领域的应用，表明系统内能的变化等于系统与外界交换的热量与功的代数和。

2.答案：D

解题思路：卡诺热机的效率仅取决于热源和冷源的温度，与其他因素无关。根据卡诺定理，效率是最高效率的热机理论效率。

3.答案：A

解题思路：克劳修斯表述为“热量不能自发地从低温物体传递到高温物体”，这是热力学第二定律的一个表述。

4.答案：A

解题思路：定压比热容是指在恒定压力下，单位质量物质温度升高1摄氏度所需的热量，定容比热容是指在恒定体积下，单位质量物质温度升高1摄氏度所需的热量。通常定压比热容大于定容比热容。

5.答案：A

解题思路：根据理想气体状态方程，蒸汽的比容温度的升高而增大。

6.答案：D

解题思路：热力循环中的等温过程是指系统与外界交换热量时，系统的温度保持不变。

7.答案：D

解题思路：摩擦功与接触面的粗糙程度、接触面的压力和运动速度等因素有关。

8.答案：C

解题思路：朗肯循环中，蒸汽在涡轮中的状态通常是湿蒸汽状态，即部分蒸汽已经凝结成水。二、填空题1.热力学第一定律的表达式为ΔU=QW。

2.热机的热效率等于有效功与热量的比值。

3.克劳修斯表述的热力学第二定律是“热量不能自发地从低温物体传到高温物体”。

4.理想气体的定压比热容为cp，定容比热容为cv。

5.液体的比容温度的升高而增大。

6.热力循环中，等温过程是指系统与外界进行热量交换，但温度保持不变的循环过程。

7.摩擦功的大小与摩擦系数、接触面的面积和相对位移有关。

8.朗肯循环中，蒸汽在涡轮中的状态为过热蒸汽。

答案及解题思路：

答案：

1.ΔU=QW

2.有效功；热量

3.热量不能自发地从低温物体传到高温物体

4.cp；cv

5.增大

6.系统与外界进行热量交换，但温度保持不变的循环过程

7.摩擦系数；接触面的面积；相对位移

8.过热蒸汽

解题思路：

1.热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的体现，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。

2.热机的热效率是衡量热机功能的重要指标，有效功是指热机所做的实际有用功，热量是指热机从高温热源吸收的热量。

3.克劳修斯表述的热力学第二定律反映了热传递的方向性，即热量只能自发地从高温物体传到低温物体。

4.理想气体的定压比热容和定容比热容是表征气体热性质的参数，定压比热容是在恒压条件下气体温度升高1K所需吸收的热量，定容比热容是在恒容条件下气体温度升高1K所需吸收的热量。

5.液体的比容温度的升高而增大，这是因为液体分子间的距离随温度升高而增大。

6.等温过程是热力学过程中温度保持不变的过程，通常涉及系统与外界进行热量交换。

7.摩擦功的大小由摩擦系数、接触面积和相对位移决定，摩擦系数越大，接触面积越大，相对位移越大，摩擦功也越大。

8.朗肯循环中，蒸汽在涡轮中的状态为过热蒸汽，这是因为涡轮中蒸汽的压力和温度都较高，导致蒸汽处于过热状态。三、判断题1.热力学第一定律只适用于封闭系统。

答案：错误。

解题思路：热力学第一定律，也称为能量守恒定律，不仅适用于封闭系统，也适用于开系统。它指出能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

2.热机的热效率越高，能量转换的效率越高。

答案：正确。

解题思路：热机的热效率定义为热机输出的有用功与输入的热量之比。热效率越高，意味着能量转换过程中损失的较少，因此能量转换的效率越高。

3.热力学第二定律说明，不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不引起其他变化。

答案：正确。

解题思路：热力学第二定律指出，在一个孤立系统中，热量不会自发地从低温物体传到高温物体，同时不可能将所有吸收的热量完全转换为做功，总有部分热量散失。

4.定压比热容与定容比热容都是温度的函数。

答案：正确。

解题思路：定压比热容和定容比热容都是物质的比热容，它们随温度的变化而变化，因此是温度的函数。

5.蒸汽的比容温度的升高而增大。

答案：正确。

解题思路：在给定质量下，蒸汽的比容随温度升高而增大，因为温度升高会导致蒸汽分子运动加剧，分子间距增大。

6.等温过程是指系统与外界交换热量时，温度保持不变的过程。

答案：正确。

解题思路：等温过程是指系统在整个过程中温度保持不变，即使与外界有热量交换，系统的温度也不会变化。

7.摩擦功的大小与系统的初、末状态有关，而与路径无关。

答案：错误。

解题思路：摩擦功的大小与系统的初、末状态无关，它取决于路径。在非保守力（如摩擦力）的作用下，路径不同，摩擦功也会不同。

8.朗肯循环中，蒸汽在涡轮中的状态为过热状态。

答案：错误。

解题思路：在朗肯循环中，蒸汽在涡轮中的状态通常是过热状态变为湿蒸汽状态，即部分蒸汽会从过热状态冷却并部分凝结为水。四、计算题1.某热机的热效率为40%，求热机吸收的热量与放出的热量之比。

解答：

热效率η=吸收的热量Q1/放出的热量Q2

已知η=40%=0.4

求得Q1/Q2=η/(1η)=0.4/(10.4)=0.4/0.6=2/3

因此，热机吸收的热量与放出的热量之比为2:3。

2.求一摩尔理想气体从温度T1加热到T2时，对外做功的大小。

解答：

根据理想气体状态方程，P1V1/T1=P2V2/T2

假设气体加热过程是等压的，则P1=P2

因此，V1/T1=V2/T2

对外做功W=PΔV=P(V2V1)

由于等压过程，PΔV=nRT2nRT1

W=nR(T2T1)

其中n=1摩尔，R是理想气体常数，T1和T2是绝对温度。

需要具体的温度值来计算做功的大小。

3.某热机的工作物质为理想气体，其初始状态为P1=101325Pa，V1=0.5m³，经过一个等温过程后，体积变为V2=2m³，求热机的热效率。

解答：

等温过程，温度T不变，P1V1=P2V2

P2=P1V1/V2=101325Pa0.5m³/2m³=25163.75Pa

假设热机循环为可逆循环，则热效率η=1W/Q1

其中W是净做功，Q1是从热源吸收的热量。

在等温过程中，W=nRTln(V2/V1)

由于V1=0.5m³，V2=2m³，需要R和T的值。

假设温度为T，R为理想气体常数，n=1摩尔。

η=1nRTln(V2/V1)/(nRT)

简化后，η=1ln(2)

η≈10.693=0.307或30.7%

因此，热机的热效率约为30.7%。

4.一台朗肯循环蒸汽机，蒸汽在涡轮前的温度为500℃，涡轮后的温度为150℃，求蒸汽的比容。

解答：

朗肯循环中，蒸汽在涡轮前和涡轮后的状态可以通过蒸汽表或蒸汽软件查询。

假设查得在500℃时蒸汽的比容为V1，在150℃时蒸汽的比容为V2。

V1和V2需要根据蒸汽表或软件查询具体数值。

5.某热机在一个热力学循环中，从高温热源吸收热量Q1=1000kJ，向低温热源放出热量Q2=500kJ，求热机的热效率。

解答：

热效率η=Q1/(Q1Q2)

η=1000kJ/(1000kJ500kJ)=1000kJ/1500kJ≈0.667或66.7%

因此，热机的热效率约为66.7%。

6.求一摩尔理想气体从温度T1绝热膨胀到T2时，对外做功的大小。

解答：

对于理想气体的绝热膨胀，使用绝热过程方程PV^γ=常数，其中γ是比热比。

对外做功W=nCv(T1T2)，Cv是定容比热容。

由于是绝热过程，没有热量交换，因此Q=0。

需要具体的温度值和比热比γ来计算做功的大小。

7.某热机在一个热力学循环中，从高温热源吸收热量Q1=2000kJ，向低温热源放出热量Q2=1200kJ，求热机的热效率。

解答：

热效率η=Q1/(Q1Q2)

η=2000kJ/(2000kJ1200kJ)=2000kJ/3200kJ≈0.625或62.5%

因此，热机的热效率约为62.5%。

答案及解题思路：

第一题的解题思路是通过热效率的定义，利用给定的热效率值计算出吸收热量与放出热量之比。

第二题的解题思路是利用理想气体状态方程和热力学第一定律，结合温度变化来计算做功。

第三题的解题思路是使用理想气体等温过程的热力学方程，计算热机的热效率。

第四题的解题思路是通过查询蒸汽表或使用蒸汽软件来得到蒸汽在特定温度下的比容。

第五题的解题思路是直接使用热效率的定义来计算。

第六题的解题思路是使用理想气体绝热过程的方程和热力学第一定律来计算做功。

第七题的解题思路与第五题类似，使用热效率的定义来计算。五、问答题1.简述热力学第一定律的内容及其应用。

答：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的应用，其内容为：一个封闭系统的内能变化等于系统与外界交换的热量与系统对外做功的和。应用包括热机的能量平衡、热力学过程中的能量转换等。

2.热力学第二定律有几种表述？请分别说明其含义。

答：

a.克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。

b.开尔文普朗克表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。

3.朗肯循环的主要组成部分有哪些？

答：朗肯循环主要由以下四个部分组成：

a.等压加热过程（水在锅炉中吸收热量变为蒸汽）；

b.等熵膨胀过程（蒸汽在膨胀阀中迅速膨胀）；

c.等压冷却过程（蒸汽在冷凝器中放出热量凝结成水）；

d.等熵压缩过程（水在泵中被压缩，提高压力）。

4.理想气体的状态方程是什么？如何求解？

答：理想气体的状态方程为\(PV=nRT\)，其中\(P\)是压力，\(V\)是体积，\(n\)是物质的量，\(R\)是理想气体常数，\(T\)是绝对温度。求解时，根据已知条件选择合适的变量进行计算。

5.如何计算热机的热效率？

答：热机的热效率\(\eta\)可以通过以下公式计算：\(\eta=1\frac{Q_{冷}}{Q_{热}}\)，其中\(Q_{热}\)是热机从高温热源吸收的热量，\(Q_{冷}\)是热机向低温冷源放出的热量。

6.简述等温过程、等压过程、等容过程、绝热过程的特点。

答：

a.等温过程：温度保持不变，系统的内能和熵均保持不变。

b.等压过程：压力保持不变，体积变化引起温度变化。

c.等容过程：体积保持不变，温度变化引起压力变化。

d.绝热过程：系统与外界没有热量交换，内能的变化完全由系统做功引起。

7.如何求解朗肯循环中蒸汽的比容？

答：朗肯循环中蒸汽的比容可以通过以下步骤求解：

a.根据蒸汽的压力\(P\)和温度\(T\)查找蒸汽表，得到饱和蒸汽的比容\(v_f\)和干度\(x\)。

b.计算过热蒸汽的比容\(v_g\)为\(v_g=v_fx\cdot(v_gv_f)\)。

答案及解题思路：

1.热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的应用，通过分析系统与外界能量交换来确定内能变化。

2.热力学第二定律的克劳修斯和开尔文普朗克表述揭示了热量传递和能量转换的不可逆性。

3.朗肯循环通过加热、膨胀、冷却和压缩四个过程实现热能和机械能的转换。

4.理想气体的状态方程\(PV=nRT\)用于描述理想气体在给定状态下的压力、体积和温度关系，求解时需选择适当的变量。

5.热机的热效率通过比较热机从高温热源吸收的热量和向低温冷源放出的热量来计算。

6.等温、等压、等容和绝热过程分别具有不同的特点，影响系统的内能、温度和压力变化。

7.求解朗肯循环中蒸汽的比容需要利用蒸汽表和干度计算过热蒸汽的比容。六、论述题1.论述热力学第一定律与热力学第二定律的关系。

热力学第一定律，即能量守恒定律，指出能量不能被创造或销毁，只能从一种形式转换为另一种形式。热力学第二定律，即熵增原理，说明在一个封闭系统中，熵（无序度）总是趋向于增加。

解题思路：阐述能量守恒定律的基本概念，接着说明熵增原理的含义，然后讨论两者之间的关系，最后分析它们在热力学中的应用。

2.论述朗肯循环的优缺点及其在实际应用中的意义。

朗肯循环是现代蒸汽轮机中常用的工作循环，包括锅炉、过热器、蒸汽轮机、冷凝器和泵等部分。

解题思路：首先描述朗肯循环的各个阶段及其作用，接着分析其优点（如效率高、稳定性好）和缺点（如启动和停止需要较长时间、对水质要求较高），最后阐述其在实际应用中的意义。

3.论述理想气体状态方程在实际应用中的局限性。

理想气体状态方程（PV=nRT）适用于理想气体，但在实际应用中，许多气体并非完全符合理想气体模型。

解题思路：首先阐述理想气体状态方程的适用范围，接着列举实际气体在特定条件下不符合该方程的例子，然后分析这些局限性的原因，最后讨论如何克服这些局限性。

4.论述热力学第二定律在热力学系统中的指导作用。

热力学第二定律为设计、分析和优化热力学系统提供了重要指导。

解题思路：首先介绍热力学第二定律的基本内容，然后分析其在设计、分析和优化热力学系统中的应用，如提高效率、降低能耗等。

5.论述热力学在能源领域的应用前景。

能源需求的不断增长，热力学在能源领域的应用前景十分广阔。

解题思路：首先分析当前能源领域的现状和问题，然后讨论热力学在提高能源利用效率、开发新能源等方面的应用，最后展望未来热力学在能源领域的应用前景。

答案及解题思路：

1.答案：热力学第一定律和热力学第二定律相辅相成，第一定律关注能量的转换和守恒，第二定律关注系统熵的变化，两者共同构成了热力学的理论基础。

解题思路：通过比较两个定律的基本概念和应用，得出它们之间的关系。

2.答案：朗肯循环具有高效、稳定等优点，但启动和停止时间较长，对水质要求较高。在实际应用中，朗肯循环广泛应用于蒸汽轮机、发电厂等领域。

解题思路：从循环的各个阶段和优缺点出发，分析其在实际应用中的意义。

3.答案：理想气体状态方程在实际应用中存在局限性，例如在高压、低温条件下，气体不符合理想气体模型。为克服这些局限性，可以采用更精确的模型或实验数据。

解题思路：分析理想气体状态方程的适用范围和局限性，提出克服局限性的方法。

4.答案：热力学第二定律在热力学系统中的指导作用体现在提高效率、降低能耗、优化设计等方面。它为解决能源问题和环境问题提供了理论基础。

解题思路：从热力学第二定律的基本内容和实际应用出发，阐述其在热力学系统中的指导作用。

5.答案：热力学在能源领域的应用前景广阔，包括提高能源利用效率、开发新能源、优化能源结构等。未来，热力学将在能源领域发挥越来越重要的作用。

解题思路：分析当前能源领域的问题和热力学在其中的应用，展望未来发展趋势。七、综合题1.一台热机在一个热力学循环中，从高温热源吸收热量Q1=1500kJ，向低温热源放出热量Q2=800kJ，已知热机的热效率为30%，求热机的做功量。

2.一台朗肯循环蒸汽机，蒸汽在涡轮前的温度为500℃，涡轮后的温度为150℃，求蒸汽的比容和热效率。

3.某热机的工作物质为理想气体，其初始状态为P1=101325Pa，V1=0.5m³，经过一个等温过程后，体积变为V2=2m³，求热机的热效率。

4.求一摩尔理想气体从温度T