2025年大学一年级（能源与动力工程）工程热力学基础试题及答案

2025年大学一年级（能源与动力工程）工程热力学基础试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共40分）本卷共20小题，每小题2分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.热力学第零定律主要说明了什么？A.能量守恒B.热平衡的传递性C.熵增原理D.工质状态参数的特性2.理想气体的内能取决于什么？A.压力和体积B.温度和比热C.温度D.质量和压力3.以下哪种过程是可逆过程？A.摩擦生热过程B.气体自由膨胀过程C.等温压缩过程D.热传递过程4.熵增原理适用于什么系统？A.闭口系统B.开口系统C.孤立系统D.任何系统5.工质经历一个不可逆循环后，其熵变？A.大于零B.小于零C.等于零D.无法确定6.对于定容过程，以下说法正确的是？A.技术功为零B.膨胀功为零C.热量为零D.内能变化为零7.以下哪个参数不是状态参数？A.温度B.热量C.压力D.比容8.卡诺循环的热效率只与什么有关？A.高温热源温度B.低温热源温度C.工质性质D.高温热源温度和低温热源温度9.实际气体与理想气体的区别在于？A.分子间有作用力B.分子有体积C.分子间有作用力且分子有体积D.状态参数不同10.稳定流动能量方程中，推动功的表达式为？A.pvB.mpvC.mghD.u11.对于绝热节流过程，以下说法错误的是？A.压力降低B.温度降低C.熵增大D.焓不变12.水蒸气的定压发生过程中，哪个阶段是过热蒸汽？A.预热阶段B.汽化阶段C.凝结阶段D.过热阶段13.湿空气的含湿量是指？A.1kg干空气中所含的水蒸气质量B.1m³湿空气中所含的水蒸气质量C.1kg湿空气中所含的水蒸气质量D.湿空气的水蒸气分压力14.朗肯循环的主要设备不包括以下哪个？A.锅炉B.汽轮机C.压缩机D.凝汽器15.燃气轮机循环中，压缩比增大，循环热效率？A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小16.热机的效率总是小于？A.100%B.卡诺循环热效率C.理想循环热效率D.实际循环热效率17.以下哪种物质是理想气体？A.水蒸气B.二氧化碳C.氢气D.空气（在常温常压下）18.多变过程中，n=1时是什么过程？A.定容过程B.定压过程C.定温过程D.绝热过程19.工质在可逆过程中与外界交换的热量等于？A.工质内能变化B.工质焓变化C.工质熵变化D.工质熵变与热源温度乘积20.对于简单可压缩系统，独立的状态参数有几个？A.1个B.2个C.3个D.4个第II卷（非选择题共60分）（一）填空题（共10分，每空1分）1.工程热力学中，系统与外界之间的能量传递方式有______、______和______。2.理想气体状态方程为______。3.熵是状态参数，其变化量只与______有关，与______无关。4.卡诺循环由两个______过程和两个______过程组成。5.水蒸气的临界状态参数为临界压力______MPa，临界温度______℃。（二）简答题（共20分，每题5分）1.简述热力学第一定律的内容及表达式。2.什么是可逆过程？可逆过程有什么特点？3.说明湿空气的相对湿度和含湿量的物理意义。4.画出朗肯循环的示意图，并简述其工作过程。（三）计算题（共20分，每题10分）1.已知某理想气体的比热比κ=1.4，初态压力p1=0.1MPa，温度T1=300K，经历一个多变过程，多变指数n=1.3，终态压力p2=0.5MPa。求终态温度T2、膨胀功w和热量q。（已知理想气体常数R=287J/(kg·K)）2.某蒸汽动力装置采用朗肯循环，蒸汽在锅炉中定压加热产生过热蒸汽，压力p1=3.5MPa，温度t1=450℃，排汽压力p2=0.004MPa。试求循环热效率ηt和汽轮机出口蒸汽的干度x2。（已知水和水蒸气的热力性质参数）（四）分析题（共10分）材料：在能源与动力工程中，热机的效率是一个关键指标。现有一台热机，其工作过程可简化为一个循环。该循环从高温热源吸收热量Q1，向低温热源放出热量Q2，对外做功W。已知高温热源温度T1=1000K，低温热源温度T2=300K，热机实际从高温热源吸收热量Q1=500kJ，对外做功W=200kJ。1.计算该热机的实际热效率η。2.若该热机按卡诺循环工作，计算其理论热效率ηc，并分析该热机实际热效率低于理论热效率的原因。（五）论述题（共10分）材料：随着能源需求的不断增长和对环境保护要求的提高，能源与动力工程领域面临着诸多挑战和机遇。例如，传统化石能源的日益枯竭以及燃烧化石能源带来的环境污染问题。同时，新能源的开发和利用成为研究热点，如太阳能、风能、水能等。请论述在能源与动力工程领域，如何在提高能源利用效率的同时，实现可持续发展。答案：第I卷答案1.B2.C3.C4.C5.C6.B7.B8.D9.C10.A11.B12.D13.A14.C15.A16.B17.D18.C19.D20.B第II卷答案（一）填空题答案1.热传递、做功、质量传递2.pV=mRT3.初终状态、过程路径4.等温、绝热5.22.12、374.15（二）简答题答案1.热力学第一定律内容：热可以转变为功，功也可以转变为热；消耗一定的功必产生一定的热，一定的热消失时，也必产生一定的功。表达式：Q=ΔU+W。2.可逆过程是指如果系统完成某一热力过程后，再沿原路逆行而能使系统和外界都返回原来状态，不留下任何变化的过程。特点：可逆过程中不存在耗散效应（如摩擦、非弹性变形等），可逆过程的每一步都可在无限接近平衡的条件下进行，过程进行得无限缓慢。3.相对湿度是指湿空气中水蒸气分压力pv与同温度下饱和水蒸气分压力ps之比，反映了湿空气接近饱和的程度。含湿量是指1kg干空气中所含的水蒸气质量，反映了湿空气中水蒸气的含量。4.朗肯循环示意图：锅炉-汽轮机-凝汽器-给水泵。工作过程：水在锅炉中定压加热成过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机绝热膨胀做功，汽轮机排出的乏汽在凝汽器中定压凝结成水，凝结水经给水泵升压后再送回锅炉。（三）计算题答案1.首先求终态温度T2：根据多变过程状态方程\(T_2=T_1(\frac{p_2}{p_1})^{\frac{n-1}{n}}\)，代入数据可得\(T_2=300(\frac{0.5}{0.1})^{\frac{1.3-1}{1.3}}\approx474.5K\)。膨胀功\(w=\frac{R(T_1-T_2)}{n-1}=\frac{287(300-474.5)}{1.3-1}\approx-167.7kJ/kg\)（负号表示膨胀）。热量\(q=cv(T_2-T_1)+w\)，先求比定容热容\(cv=\frac{R}{\kappa-1}=\frac{287}{1.4-1}=717.5J/(kg·K)\)，则\(q=717.5(474.5-300)-167700\approx-42.4kJ/kg\)（负号表示放热）。2.先求汽轮机入口蒸汽焓\(h_1\)，根据压力\(p1=3.5MPa\)，温度\(t1=450℃\)查水蒸气表得\(h_1=3302.9kJ/kg\)。排汽压力\(p2=0.004MPa\)时，饱和水焓\(h'_2=121.4kJ/kg\)，汽化潜热\(r_2=2432.9kJ/kg\)。由\(h_1=h_2+w\)，\(w=h_1-h_2\)，又\(h_2=h'_2+x_2r_2\)，可得\(x_2=\frac{h_1-h'_2-w}{r_2}\)，先求汽轮机做功\(w=h_1-h_2\)，查排汽压力\(p2=0.004MPa\)下饱和蒸汽焓\(h''_2=2554.1kJ/kg\)，假设排汽为湿蒸汽，\(h_2=h'_2+x_2r_2\)，\(w=h_1-(h'_2+x_2r_2)\)，联立求解得\(x_2\approx0.86\)。循环吸热量\(q_1=h_1-h_4\)（\(h_4\)为凝结水焓，近似等于\(h'_2\)），\(q_1=3302.9-121.4=3181.5kJ/kg\)，循环放热量\(q_2=h_2-h_4=(h'_2+x_2r_2)-h'_2=x_2r_2=0.86×2432.9=2092.3kJ/kg\)，循环热效率\(\eta_t=1-\frac{q_2}{q_1}=1-\frac{2092.3}{3181.5}\approx0.34\)。（四）分析题答案1.该热机实际热效率\(\eta=\frac{W}{Q_1}=\frac{200}{500}=0.4\)。2.卡诺循环理论热效率\(\eta_c=1-\frac{T_2}{T_1}=1-\frac{300}{1000}=0.7\)。实际热效率低于理论热效率的原因主要有：实际循环存在各种不可逆因素，如摩擦、散热等，导致能量损失；热机部件存在不完善性，影响热机性能；实际过程难以完全满足卡诺循环的理想条件，如等温吸热和等温放热过程难以实现。（五）论述题答案在能源与动力工程领域，提高能源利用效率并实现