2025年热工基础题库(带答案)

2025年热工基础题库(带答案)（一）选择题（每题3分，共30分）1.下列参数中不属于状态参数的是：A.温度（T）B.压力（p）C.热量（Q）D.熵（S）答案：C2.理想气体定压比热容（Cp）与定容比热容（Cv）的关系为（R为气体常数）：A.Cp=Cv-RB.Cp=Cv+RC.Cp=Cv×RD.Cp=Cv/R答案：B3.某闭口系统经历一个放热过程，对外做功10kJ，内能减少20kJ，则系统与外界交换的热量为：A.放热30kJB.吸热30kJC.放热10kJD.吸热10kJ答案：A（根据热力学第一定律ΔU=Q-W，-20=Q-10→Q=-10kJ，负号表示放热）4.卡诺循环的热效率仅取决于：A.热源与冷源的温度B.循环中传递的热量C.工质的性质D.循环的功答案：A5.水蒸气的临界状态是指：A.气液两相平衡共存的状态B.液相能存在的最高压力和最高温度状态C.气相能存在的最低压力和最低温度状态D.气液两相密度相等的状态答案：D（临界状态下气液两相无区别，密度相等）6.下列关于熵的描述中，错误的是：A.熵是状态参数B.不可逆过程熵一定增加C.绝热过程熵变≥0D.熵增原理适用于孤立系统答案：B（不可逆绝热过程熵增加，可逆绝热过程熵不变）7.某理想气体经历等温膨胀过程，对外做功W，则此过程中气体吸收的热量Q为：A.Q=0B.Q=WC.Q=-WD.Q=ΔU+W答案：B（等温过程ΔU=0，Q=W）8.平壁导热的热流密度与下列哪项无关：A.平壁厚度B.壁面温度差C.材料导热系数D.平壁面积答案：D（热流密度q=λΔT/δ，与面积无关）9.下列哪种过程属于不可逆过程：A.准静态膨胀过程B.卡诺循环C.温差为0.1K的热传导D.自由膨胀过程答案：D（自由膨胀无动力差，无法自发反向）10.空气（视为理想气体）在绝热压缩过程中，温度将：A.升高B.降低C.不变D.先升后降答案：A（绝热压缩功转化为内能，温度升高）（二）判断题（每题2分，共20分。正确打“√”，错误打“×”）1.平衡状态是指系统在没有外界影响的情况下，状态参数不随时间变化的状态。（）答案：√2.热量和功都是过程量，因此它们的和（Q+W）也是过程量。（）答案：×（ΔU=Q-W，ΔU是状态量，故Q-W是状态量）3.理想气体的内能和焓仅与温度有关，与压力和比容无关。（）答案：√4.热力学第二定律的克劳修斯表述是“不可能从单一热源取热并使之完全变为功”。（）答案：×（开尔文表述是“不可能从单一热源取热并使之完全变为功而不引起其他变化”）5.熵产大于零的过程一定是不可逆过程。（）答案：√（熵产是不可逆性的量度）6.水蒸气的定压发生过程中，温度在汽化阶段保持不变。（）答案：√（饱和温度与压力一一对应）7.对流换热系数仅取决于流体的物性，与流动状态无关。（）答案：×（还与流速、流态、换热面形状等有关）8.黑体的辐射力与热力学温度的四次方成正比。（）答案：√（斯蒂芬-玻尔兹曼定律）9.理想气体的绝热过程方程pV^k=常数中，k=Cp/Cv，称为绝热指数。（）答案：√10.孤立系统的熵可以保持不变或增加，但不可能减少。（）答案：√（熵增原理）（三）简答题（每题6分，共30分）1.简述热力学平衡态的定义及特点。答案：热力学平衡态是指在没有外界影响（如功、热量、质量交换）的条件下，系统的状态参数（p、T、v等）不随时间变化的状态。其特点包括：①系统内部无宏观的能量传递（热平衡，各点温度相等）；②系统内部无宏观的质量传递（力平衡，各点压力相等）；③若存在化学反应，需达到化学平衡。2.说明热力学第一定律和第二定律的区别与联系。答案：区别：第一定律是能量守恒定律在热现象中的体现，说明能量转换的数量关系（Q=ΔU+W）；第二定律则指出能量转换的方向性和限度（如热量不能自发从低温传向高温，热机效率不可能达100%）。联系：两者共同构成热力学的基础，第一定律是“量”的约束，第二定律是“质”的约束，缺一不可。3.比较理想气体等容过程与等压过程的热量计算差异。答案：等容过程中，气体体积不变（Δv=0），做功W=0，因此热量Qv=ΔU=mCvΔT；等压过程中，气体压力不变，做功W=pΔV=mRΔT，热量Qp=ΔU+W=mCvΔT+mRΔT=m(Cv+R)ΔT=mCpΔT。由于Cp=Cv+R，故等压过程的热量大于等容过程（相同ΔT时）。4.解释“熵增原理”的物理意义，并举例说明。答案：熵增原理指出，孤立系统的熵永不减少（ΔS孤立≥0），其中可逆过程熵不变（ΔS孤立=0），不可逆过程熵增加（ΔS孤立>0）。物理意义是：孤立系统内的一切实际过程（不可逆过程）都朝着熵增大的方向进行，最终达到熵最大的平衡态。例如：热量自发从高温物体传向低温物体（孤立系统中，高温物体熵减，低温物体熵增，总熵增>0）；气体自由膨胀（无热量交换，熵增>0）。5.简述强化传热的主要途径。答案：强化传热的核心是提高传热系数K或增大传热面积A或增大平均温差ΔTm。具体途径：①增大传热面积（如采用肋片管）；②提高传热系数（a.改善流体流动状态，如增加流速使流态从层流变为湍流；b.选择导热系数大的材料；c.减少污垢热阻，定期清洗换热面；d.采用相变换热，如沸腾或凝结，其表面传热系数远高于单相对流）；③增大冷热流体的平均温差（调整流体流动方向，如逆流比顺流的ΔTm更大）。（四）计算题（每题10分，共20分）1.某刚性容器内装有2kg氧气（O₂，视为理想气体，R=259.8J/(kg·K)，Cv=657J/(kg·K)），初始状态为p₁=0.5MPa，T₁=300K。现向容器内加热，使压力升至p₂=1.0MPa。求：（1）加热后的温度T₂；（2）加热过程中气体吸收的热量Q。解：（1）刚性容器体积不变，V₁=V₂，由理想气体状态方程pV=mRT，得p₁/T₁=p₂/T₂（V、m不变），故T₂=T₁×p₂/p₁=300×(1.0/0.5)=600K。（2）刚性容器内为等容过程，做功W=0，由热力学第一定律Q=ΔU+W=ΔU。ΔU=mCv(T₂-T₁)=2×657×(600-300)=2×657×300=394200J=394.2kJ。答案：（1）T₂=600K；（2）Q=394.2kJ。2.一台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）热机的效率η；（2）热机对外做功W；（3）放给低温热源的热量Q₂。解：（1）卡诺效率η=1-T₂/T₁=1-300/1000=0.7=70%。（2）由η=W/Q₁，得W=ηQ₁=0.7×2000=1400kJ。（3）由能量守恒Q₁=W+Q₂，得Q₂=Q₁-W=2000-1400=600kJ。答案：（1）70%；（2）1400kJ；（3）600kJ。（五）综合分析题（10分）某蒸汽动力循环中，水蒸气在汽轮机内绝热膨胀，初始状态为p₁=3MPa，T₁=400℃（查水蒸气表得h₁=3230kJ/kg，s₁=6.921kJ/(kg·K)），膨胀至p₂=0.005MPa（对应饱和水温度t₂=32.9℃，饱和蒸汽熵s₂”=8.393kJ/(kg·K)，饱和水熵s₂’=0.572kJ/(kg·K)，饱和蒸汽焓h₂”=2561kJ/kg，饱和水焓h₂’=137kJ/kg）。假设过程不可逆，终态熵s₂=7.0kJ/(kg·K)。求：（1）汽轮机出口水蒸气的干度x；（2）单位质量蒸汽在汽轮机内做的功w；（3）若为可逆绝热膨胀（s₂’=s₁），做功w’为多少？比较w与w’的大小并说明原因。解：（1）p₂=0.005MPa时，湿蒸汽的熵s₂=s₂’+x(s₂”-s₂’)，代入数据：7.0=0.572+x×(8.393-0.572)→x=(7.0-0.572)/(8.393-0.572)=6.428/7.821≈0.822。（2）不可逆绝热过程中，汽轮机做功w=h₁-h₂。h₂=h₂’+x(h₂”-h₂’)=137+0.822×(2561-137)=137+0.822×2424≈137+1992=2129kJ/kg，故w=3230-2129=1101kJ/kg。（3）可逆绝热膨胀时s₂’=s₁=6.921kJ/(kg·K)，此时干度x’=(s₁-s₂’)/(s₂”-s₂’)=(6.921-0.572)/(8.393-0.572)=6.349/7.821≈0.812。h₂’=h₂’+x’