2025年大学热能与动力工程（工程热力学）试题及答案

2025年大学热能与动力工程（工程热力学）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）答题要求：本大题共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。请将正确答案的序号填在题后的括号内。1.工程热力学中，闭口系与外界（）。A.无物质交换，无能量交换B.无物质交换，有能量交换C.有物质交换，无能量交换D.有物质交换，有能量交换答案：B2.工质经历一个可逆定温过程，其熵变（）。A.大于零B.小于零C.等于零D.不确定答案：D3.理想气体的内能是（）的函数。A.压力和体积B.温度和体积C.温度和压力D.温度答案：D4.卡诺循环的热效率只与（）有关。A.高温热源温度B.低温热源温度C.高温热源温度和低温热源温度D.循环过程答案：C5.实际气体节流后（）。A.温度降低B.温度升高C.温度不变D.温度可能升高、降低或不变答案：D6.水蒸气的定压形成过程不包括（）。A.未饱和水预热过程B.饱和水定压汽化过程C.湿蒸汽定压加热过程D.过热蒸汽定压升温过程答案：D7.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.1m³干空气中所含的水蒸气质量答案：A8.多变指数n=0时的热力过程是（）。A.定压过程B.定容过程C.定温过程D.绝热过程答案：A9.对于任何工质，其热力学能、焓和熵都是（）。A.广延参数B.强度参数C.状态参数D.过程量答案：C10.气体在喷管中定熵流动时，流速（）。A.减小B.增大C.不变D.先增大后减小答案：B11.理想气体绝热节流后，其（）。A.压力降低，温度降低，熵增加B.压力降低，温度不变，熵增加C.压力降低，温度升高，熵增加D.压力降低，温度不变，熵不变答案：B12.蒸汽动力循环中，提高循环热效率的途径有（）。A.提高蒸汽初参数B.降低蒸汽初参数C.提高蒸汽终参数D.降低蒸汽终参数答案：AD13.活塞式内燃机定容加热理想循环的热效率与（）有关。A.压缩比B.压力升高比C.预胀比D.绝热指数答案：A14.制冷循环中，制冷系数是指（）。A.制冷量与压缩机耗功之比B.制冷量与冷凝负荷之比C.制冷量与蒸发器热负荷之比D.制冷量与吸收热量之比答案：A15.热泵循环的供热系数是指（）。A.供热量与压缩机耗功之比B.供热量与冷凝负荷之比C.供热量与蒸发器热负荷之比D.供热量与吸收热量之比答案：A16.某热机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，则该热机的效率为（）。A.W/Q1B.(Q1-Q2)/Q1C.W/(Q1+Q2)D.Q2/Q1答案：B17.气体的比热与（）有关。A.气体种类B.气体状态C.加热过程D.以上都是答案：D18.绝热自由膨胀过程中，气体的（）。A.内能增加B.内能减少C.内能不变D.温度升高答案：C19.可逆过程的特点是（）。A.过程进行时没有摩擦B.过程进行时没有温差C.过程进行时没有任何不可逆损失D.以上都是答案：D20.实际气体的状态方程为（）。A.pV=mRTB.pV=nRTC.p(v-b)=RTD.以上都不是答案：D第II卷（非选择题共60分）一、简答题（每题5分，共20分）答题要求：简要回答问题，表述清晰准确。1.简述工程热力学的研究对象和任务。2.说明理想气体的基本假设。3.分析卡诺循环的热效率与哪些因素有关。4.简述水蒸气定压形成过程的特点。二、计算题（每题10分，共20分）答题要求：写出详细的计算过程和答案，步骤清晰。1.某理想气体在定温过程中，从初态1（p1=0.5MPa，V1=0.2m³）膨胀到终态2（p2=0.1MPa），求该过程中气体对外做的功和吸收的热量。已知该气体的气体常数R=0.287kJ/(kg·K)，初态温度T1=300K。2.一闭口系经历一可逆过程，系统与外界交换的热量Q=-100kJ，对外做功W=50kJ，求该过程中系统的熵变。已知该过程中系统的比热为定值，且c=0.7kJ/(kg·K)，初态质量m=2kg，初态温度T1=300K。三、论述题（每题10分，共20分）答题要求：论述全面，条理清晰，结合相关理论进行分析。1.论述提高蒸汽动力循环热效率的主要方法及其原理。2.分析实际气体与理想气体的区别，并说明实际气体状态方程的应用。四、材料分析题（每题10分，共20分）答题要求：阅读材料，结合所学知识回答问题，分析准确合理。材料：在某蒸汽动力循环中，已知蒸汽进入汽轮机时的参数为p1=3MPa，t1=400℃，蒸汽排出汽轮机时的参数为p2=0.004MPa，汽轮机的相对内效率ηri=0.85。蒸汽在凝汽器中定压放热，凝结水在给水泵中绝热压缩后进入锅炉。设锅炉的效率ηb=0.9，每小时产生蒸汽量D=100t。1.计算汽轮机的实际功率。2.若要提高该循环的热效率，可采取哪些措施？五、综合应用题（每题10分，共20分）答题要求：综合运用所学知识，解决实际问题，解答完整合理。1.某制冷装置采用R134a作为制冷剂，制冷量Q0=50kW，蒸发温度t0=-15℃，冷凝温度t1=35℃。已知该制冷剂在蒸发器中的比焓h0=220kJ/kg，在冷凝器出口的比焓h1=95kJ/kg，压缩机的绝热效率ηs=0.85。求：（1）制冷剂的质量流量；（2）压缩机的理论功率和实际功率。2.有一燃气轮机装置，采用定压加热理想循环。已知空气进入压气机时的压力p1=0.1MPa，温度t1=20℃，压缩比ε=8，燃气轮机进口温度t3=1000℃。设空气的比热容cp=1.005kJ/(kg·K)，绝热指数κ=1.4。求：（1）循环的热效率；（2）若要提高循环热效率，可采取哪些措施？答案1.工程热力学的研究对象是热能与机械能之间的相互转换规律及其有效利用。任务是通过对热力系统、热力过程和热力循环的分析，研究能量转换的数量关系和转换效率，以及提高能量转换效率的途径和方法。2.理想气体的基本假设：气体分子是大量的、无规则的、自由运动的质点；分子之间无相互作用力；分子本身不占有体积。3.卡诺循环的热效率只与高温热源温度T1和低温热源温度T2有关，其表达式为ηc=1-T2/T1。4.水蒸气定压形成过程包括未饱和水预热过程、饱和水定压汽化过程、湿蒸汽定压加热过程。特点是在定压下，随着加热的进行，水的状态不断变化，比焓不断增加。5.1.解：由理想气体状态方程p1V1=mRT1，可得m=p1V1/RT1=0.5×10^6×0.2/(0.287×300)≈115.3kg。定温过程中，气体对外做功W=mRT1ln(p1/p2)=115.3×0.287×300×ln(0.5/0.1)≈57.3kJ。根据热力学第一定律，Q=W=57.3kJ。2.解：根据热力学第一定律，ΔU=Q-W=-100-50=-150kJ。由ΔU=mcΔT，可得ΔT=ΔU/(mc)=-150/(2×0.7)≈-107.1K。该过程为可逆过程，熵变ΔS=mcln(T2/T1)=2×0.7×ln((300-107.1)/300)≈-0.5kJ/K。6.1.提高蒸汽动力循环热效率的主要方法及其原理：提高蒸汽初参数，可提高循环的平均吸热温度，从而提高热效率；降低蒸汽终参数，可降低循环的平均放热温度，提高热效率；采用回热循环，利用汽轮机中做过部分功的蒸汽来加热给水，减少了冷源损失，提高了热效率；采用再热循环，将蒸汽在汽轮机中膨胀到某一中间压力后，再引入锅炉的再热器中加热到较高温度，然后再回到汽轮机中继续膨胀做功，提高了循环的平均吸热温度，提高了热效率。2.实际气体与理想气体的区别：理想气体分子之间无相互作用力，分子本身不占有体积；实际气体分子之间存在相互作用力，分子本身占有体积。实际气体状态方程考虑了气体分子间的相互作用和分子体积的影响，更准确地描述了实际气体的状态。在高压、低温等情况下，实际气体与理想气体的偏差较大，需要使用实际气体状态方程进行计算。7.1.（1）首先求蒸汽在汽轮机进口的比焓h1，通过蒸汽热力性质表查得h1=3231.7kJ/kg。蒸汽在汽轮机出口的比焓h2，查得h2=2133.8kJ/kg。汽轮机的实际比焓降Δh=ηri(h1-h2)=0.85×(3231.7-2133.8)=933kJ/kg。每小时产生蒸汽量D=100t=100000kg/h。汽轮机的实际功率P=DΔh/3600=100000×933/3600≈25917kW。（2）可采取的措施：提高蒸汽初参数；降低蒸汽终参数；采用回热循环；采用再热循环等。8.1.（|1）制冷剂的质量流量qm=Q0/(h0-h1)=50/(220-95)=0.4kg/s。||（2）压缩机的理论比功wc=h0-h1=220-95=125kJ/kg，压缩机的理论功率Pc=qmwc=0.4×125=50kW。压缩机的实际功率P=Pc/ηs=50/0.85≈58.8kW。||2.（1）空气进入压气机时的比焓h1=cpT1=1.005×(20+273)=293.5kJ/kg。压缩终了时的比焓h2=h1