2025年工程热力学1期末试题+答案

2025年工程热力学1期末试题+答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列参数中，属于状态参数的是（）A.热量（Q）B.功（W）C.热力学能（U）D.熵产（Sg）2.理想气体的比热容比γ等于（）A.cp/cvB.cv/cpC.(cp+cv)/cpD.(cp-cv)/cv3.某闭口系统经历一个不可逆过程，系统与外界交换热量Q=50kJ，做功W=30kJ，则系统热力学能变化ΔU为（）A.20kJB.80kJC.-20kJD.-80kJ4.关于熵的描述，错误的是（）A.熵是状态参数B.可逆过程熵变等于热量除以温度C.不可逆过程熵变大于热量除以温度D.孤立系统熵只能增加5.卡诺循环的热效率仅取决于（）A.工质性质B.热源与冷源温度C.循环功D.吸热量6.湿空气的相对湿度φ=1时，表明空气处于（）A.未饱和状态B.饱和状态C.过热状态D.过冷状态7.理想气体绝热自由膨胀过程中，下列参数变化正确的是（）A.温度升高B.熵不变C.热力学能不变D.压力升高8.水蒸气的定压发生过程中，温度保持不变的阶段是（）A.预热阶段B.汽化阶段C.过热阶段D.全部阶段9.稳定流动能量方程中，动能变化项为(1/2)(c2²-c1²)，其单位是（）A.kJ/kgB.kJC.kWD.kPa10.某理想气体经历定容过程，温度从T1升至T2，其熵变Δs的表达式为（）A.cvln(T2/T1)B.cpln(T2/T1)C.Rgln(T2/T1)D.(cp-cv)ln(T2/T1)二、填空题（每空2分，共20分）1.热力学中，系统与外界的相互作用包括______、______和质量交换。2.理想气体的热力学能和焓仅是______的函数。3.热力学第二定律的克劳修斯表述为：______。4.准静态过程的实现条件是______。5.湿蒸汽的干度x是指______与______的质量比。6.孤立系统熵增原理的数学表达式为______。7.稳定流动能量方程中，轴功的表达式为______（用焓、动能、势能变化表示）。三、简答题（每题5分，共25分）1.简述可逆过程与准静态过程的区别与联系。2.说明理想气体模型的基本假设。3.比较定压比热容cp与定容比热容cv的物理意义，并推导cp与cv的关系（理想气体）。4.解释“熵产”与“熵流”的区别，并说明孤立系统熵变的组成。5.绘制水蒸气的T-s图，标注临界点、饱和液体线、饱和蒸汽线，并说明定压汽化过程在图上的表现。四、计算题（共35分）1.（8分）1kg空气在活塞-气缸装置中经历定压加热过程，初始状态为p1=0.1MPa、T1=300K，加热后温度升至T2=500K。已知空气的气体常数Rg=0.287kJ/(kg·K)，定压比热容cp=1.005kJ/(kg·K)，定容比热容cv=0.718kJ/(kg·K)。求：（1）初始体积v1和终态体积v2；（2）过程中吸收的热量Q；（3）过程中气体对外做的功W；（4）热力学能变化Δu。2.（9分）某燃气轮机装置的稳定流动过程中，空气进入压气机时的参数为p1=0.1MPa、T1=300K，经绝热压缩后压力升至p2=0.8MPa，温度T2=550K。已知空气的cp=1.005kJ/(kg·K)，忽略动能和势能变化。求：（1）压缩过程的熵变Δs；（2）该过程是否可逆？说明理由；（3）若为可逆绝热压缩，终态温度T2'应为多少？（已知空气的比热容比γ=1.4）3.（9分）某卡诺热机工作在高温热源T1=1000K和低温热源T2=300K之间，若热机从高温热源吸收热量Q1=2000kJ，求：（1）热机的循环效率ηc；（2）热机对外输出的功W；（3）向低温热源放出的热量Q2；（4）若实际热机效率为η=0.5ηc，求实际循环的熵产Sg（以热源和冷源为孤立系统）。4.（9分）压力为p=0.5MPa的湿蒸汽，测得其温度t=151.85℃（该压力下饱和温度），干度x=0.9。已知0.5MPa时饱和水的焓h'=640.23kJ/kg，饱和蒸汽的焓h''=2748.1kJ/kg，饱和水的熵s'=1.8604kJ/(kg·K)，饱和蒸汽的熵s''=6.8214kJ/(kg·K)。求：（1）湿蒸汽的焓h；（2）湿蒸汽的熵s；（3）若将该湿蒸汽定压加热至过热蒸汽，温度t3=300℃（此时过热蒸汽焓h3=3064.2kJ/kg），求加热过程中1kg蒸汽吸收的热量Q；（4）该加热过程的熵变Δs。答案一、单项选择题1.C2.A3.A4.D5.B6.B7.C8.B9.A10.A二、填空题1.热量交换；功交换2.温度3.不可能将热量从低温物体传至高温物体而不引起其他变化4.系统与外界的作用无限缓慢，且系统内部无势差5.干饱和蒸汽；湿蒸汽总质量6.ΔSiso≥0（不可逆取>，可逆取=）7.ws=-(Δh+Δke+Δpe)（或ws=h1-h2-Δke-Δpe）三、简答题1.区别：可逆过程要求过程无耗散（如无摩擦、无温差传热），而准静态过程仅要求每一步接近平衡态（可能存在耗散）。联系：可逆过程一定是准静态过程；准静态过程若无非平衡势差引起的耗散，则是可逆过程。2.理想气体模型假设：（1）分子本身无体积；（2）分子间无相互作用力；（3）分子间碰撞为弹性碰撞。实际中，当气体压力低、温度高时，可近似为理想气体。3.cp是定压下单位质量工质温度升高1K所需热量，cv是定容下的对应值。对于理想气体，cp-cv=Rg（迈耶公式）。推导：定压过程Qp=Δh=cpΔT；定容过程Qv=Δu=cvΔT；由焓的定义h=u+pv，对理想气体pv=RgT，故Δh=Δu+RgΔT，即cpΔT=cvΔT+RgΔT，得cp-cv=Rg。4.熵产Sg是过程不可逆性引起的熵增，与过程路径有关；熵流Sf是热量传递引起的熵变，可逆时Sf=Q/T，不可逆时Sf=∫(δQ/Tb)（Tb为热源温度）。孤立系统熵变ΔSiso=Sf+Sg，因孤立系统无热量交换（Sf=0），故ΔSiso=Sg≥0（不可逆取正，可逆取零）。5.T-s图中，临界点C是饱和液体线（下界线）与饱和蒸汽线（上界线）的交点。定压汽化过程为水平线：从未饱和水（a点）到饱和水（b点，s'），再到湿蒸汽（b-c段，温度不变，熵增加），最后到干饱和蒸汽（c点，s''）。过热阶段（c-d段）温度继续升高，熵增加。四、计算题1.（1）v1=RgT1/p1=0.287×300/100=0.861m³/kg；定压过程v2/v1=T2/T1→v2=0.861×500/300=1.435m³/kg（2）Q=cp(T2-T1)=1.005×(500-300)=201kJ（3）W=p(v2-v1)=Rg(T2-T1)=0.287×200=57.4kJ（或W=∫pdv=p(v2-v1)）（4）Δu=cv(T2-T1)=0.718×200=143.6kJ2.（1）Δs=cpln(T2/T1)-Rgln(p2/p1)=1.005×ln(550/300)-0.287×ln(0.8/0.1)=1.005×0.606-0.287×2.079≈0.609-0.597=0.012kJ/(kg·K)（2）Δs>0，说明过程不可逆（绝热过程熵增必不可逆）（3）可逆绝热（等熵）压缩：T2'=T1(p2/p1)^[(γ-1)/γ]=300×(8)^(0.4/1.4)=300×8^0.2857≈300×1.811=543.3K3.（1）ηc=1-T2/T1=1-300/1000=0.7（2）W=ηcQ1=0.7×2000=1400kJ（3）Q2=Q1-W=600kJ（4）实际效率η=0.5×0.7=0.35，实际功W'=0.35×2000=700kJ，实际放热量Q2'=Q1-W'=1300kJ。孤立系统熵变ΔSiso=(-Q1/T1)+(Q2'/T2)=(-2000/1000)+(1300/300)=-2+4.333=2.333kJ/K，即熵产Sg=2.333kJ/K4.（1）h=xh''+(1-x)h'=0.9×2748.1+0.1×640.23=2473.29+64.023=2537.31kJ/kg（2）s=xs''+(1-x)s'=0.9×6.821