工程热力学题库及答案

工程热力学题库及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在理想气体状态方程pV=mRT中，R的物理意义是A.气体常数，与气体种类无关B.通用气体常数，与气体种类无关C.比气体常数，与气体种类有关D.比热容，与气体种类有关答案：C2.对于闭口系统，下列哪一项不是状态参数A.温度B.压力C.热量D.比容答案：C3.卡诺循环的热效率只与A.工质种类有关B.高温热源与低温热源温度有关C.循环净功有关D.循环时间有关答案：B4.水蒸气在定压加热过程中，干度x=0的状态称为A.饱和水B.饱和蒸汽C.过冷水D.过热蒸汽答案：A5.理想气体绝热节流前后A.温度不变，焓不变B.温度下降，焓下降C.温度不变，焓下降D.温度下降，焓不变答案：D6.湿空气的含湿量是指A.单位质量干空气所带水蒸气质量B.单位体积湿空气所带水蒸气质量C.水蒸气分压力与干空气分压力之比D.水蒸气质量与湿空气总质量之比答案：A7.在Ts图上，理想气体定容过程线比定压过程线A.更陡B.更平缓C.斜率相同D.无法比较答案：A8.朗肯循环中提高初压的主要副作用是A.汽轮机排汽干度升高B.汽轮机排汽干度降低C.泵功大幅增大D.锅炉换热面积减小答案：B9.理想气体可逆绝热过程方程pv^k=常数，k为A.cp/cvB.cv/cpC.R/cpD.R/cv答案：A10.压缩因子Z>1表示真实气体比理想气体A.更易压缩B.更难压缩C.压缩性相同D.无法判断答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）11.下列哪些措施可提高朗肯循环热效率A.提高初温B.降低背压C.采用再热D.采用回热E.提高冷凝器冷却水量答案：ABCD12.理想气体在下列哪些过程中技术功wt等于轴功wsA.绝热节流B.绝热可逆膨胀C.定温可逆膨胀D.定压流动E.绝热不可逆膨胀答案：BC13.水蒸气hs图上，下列哪些区域存在A.过冷水区B.饱和湿蒸汽区C.过热蒸汽区D.超临界区E.固态冰区答案：ABCD14.关于湿空气，下列说法正确的是A.露点温度是水蒸气分压力对应的饱和温度B.相对湿度φ=1时空气饱和C.含湿量d与总压力无关D.绝热饱和温度≈湿球温度E.干球温度≥湿球温度≥露点温度答案：ABDE15.理想气体混合物的分压力定律成立条件包括A.各组分均为理想气体B.混合物温度均匀C.混合物压力不太高D.组分间无化学反应E.体积相加性成立答案：ABD三、填空题（每空2分，共20分）16.1kg理想气体由300K、100kPa可逆定压加热到600K，吸热量q=________kJ，已知cp=1.005kJ/(kg·K)。答案：301.517.某卡诺循环高温热源800K，低温热源300K，吸热100kJ，则循环净功W=________kJ。答案：62.518.水在100℃、101.325kPa下汽化潜热r=2257kJ/kg，则熵增Δs=________kJ/(kg·K)。答案：6.04819.理想气体绝热指数k=1.4，则cv=________kJ/(kg·K)（已知R=0.287kJ/(kg·K)）。答案：0.717520.湿空气干球温度30℃，露点温度20℃，查表得20℃饱和水蒸气压力ps=2.339kPa，则水蒸气分压力pv=________kPa。答案：2.33921.朗肯循环汽轮机入口焓h1=3500kJ/kg，出口焓h2=2200kJ/kg，忽略动能差，则汽轮机比功wt=________kJ/kg。答案：130022.理想气体可逆定温膨胀从1m³到2m³，初压500kPa，则终压p2=________kPa。答案：25023.压缩空气储能罐体积10m³，压力从1MPa绝热放气到0.5MPa，若k=1.4，则剩余空气质量与初始质量之比m2/m1=________。答案：0.5^(1/1.4)=0.60924.水蒸气在喷管中绝热膨胀，入口速度可忽略，出口速度c2=________m/s（已知Δh=200kJ/kg）。答案：632.525.理想气体混合物由2kgN₂与3kgCO₂组成，则质量分数w(N₂)=________。答案：0.4四、简答题（每题8分，共24分）26.封闭系统经历一不可逆过程，已知系统对外放热50kJ，外界对系统做功100kJ，系统内能变化ΔU=？并说明能否用ΔS=Q/T计算系统熵变？答案：由第一定律ΔU=Q−W=−50−(−100)=50kJ；不可逆过程ΔS≠Q/T，Q/T仅适用于可逆过程，实际熵变需设计可逆路径计算。27.解释“绝热节流”过程为什么理想气体温度不变而真实气体温度可能变化？答案：理想气体h只与T有关，节流h不变⇒T不变；真实气体h与p、T有关，焦耳汤姆逊系数μJT=(∂T/∂p)h可正可负，若μJT>0则节流后降温，反之升温。28.在Ts图上画出燃气轮机简单循环，并标出提高循环功与效率的两种不同措施对应的图形变化。答案：图略（文字描述）：12压缩、23加热、34膨胀、41放热。提高循环功：增大压比，图形纵向拉长；提高效率：提高T₃，图形向右上方扩展，平均吸热温度升高。五、计算题（共61分）29.某理想气体封闭系统经历以下可逆循环：12定容加热，23定压加热，34定容放热，41定压放热。已知T₁=300K，p₁=100kPa，p₂=300kPa，p₃=p₂，T₃=1200K，气体R=0.287kJ/(kg·K)，cv=0.718kJ/(kg·K)。求循环热效率。（12分）答案：12定容：T₂=T₁(p₂/p₁)=900K23定压：v₃/v₂=T₃/T₂=1.33334定容：T₄=T₃(p₄/p₃)，p₄=p₁，故T₄=1200×(100/300)=400K41定压：回到T₁q₁₂=cv(T₂−T₁)=430.8kJ/kgq₂₃=cp(T₃−T₂)=1.005×300=301.5kJ/kgq₃₄=cv(T₄−T₃)=−574.4kJ/kgq₄₁=cp(T₁−T₄)=−100.5kJ/kgη=1−|q₃₄+q₄₁|/(q₁₂+q₂₃)=1−674.9/732.3=7.84%30.一台汽轮机入口蒸汽参数：p₁=10MPa、t₁=550℃，出口背压p₂=5kPa，忽略动能差与散热。查表得h₁=3500kJ/kg，s₁=6.755kJ/(kg·K)；5kPa下s′=0.476kJ/(kg·K)，s″=8.395kJ/(kg·K)，h′=137.8kJ/kg，h″=2561kJ/kg。求：(1)等熵膨胀终了干度x₂s；(2)等熵比功ws；(3)若相对内效率ηoi=0.85，实际出口干度x₂。(12分)答案：(1)s₂s=s₁=6.755=0.476+x₂s(8.395−0.476)⇒x₂s=0.804(2)h₂s=137.8+0.804(2561−137.8)=2085.7kJ/kgws=h₁−h₂s=1414.3kJ/kg(3)h₂=h₁−ηoi·ws=3500−0.85×1414.3=2297.8kJ/kgx₂=(2297.8−137.8)/(2561−137.8)=0.89231.某空气制冷理想循环，冷库温度−20℃，环境温度25℃，空气视为理想气体，k=1.4，cp=1.005kJ/(kg·K)。压气机入口p₁=100kPa，增压比π=4。求：(1)循环制冷量qL；(2)向环境放热量qH；(3)性能系数COP。(12分)答案：T₁=253K，T₃=298KT₂=T₁π^((k−1)/k)=253×4^0.286=376KT₄=T₃/π^((k−1)/k)=298/1.486=200.5KqL=cp(T₁−T₄)=1.005×52.5=52.8kJ/kgqH=cp(T₂−T₃)=1.005×78=78.4kJ/kgCOP=qL/(qH−qL)=52.8/25.6=2.0632.某刚性容器体积0.5m³，内有CO₂与N₂混合物，总质量1kg，温度300K，测得总压200kPa。已知CO₂摩尔质量44g/mol，N₂28g/mol。求：(1)摩尔分数y(CO₂)；(2)分压力p(CO₂)；(3)若加热到400K，求终压。(13分)答案：设CO₂质量mC，N₂质量mN，mC+mN=1nC=mC/0.044，nN=(1−mC)/0.028pV=nRT⇒200×0.5=(nC+nN)×8.314×300⇒nC+nN=0.0401kmol联立得mC=0.56kg，mN=0.44kgnC=12.73mol，nN=15.71mol(1)y(CO₂)=12.73/28.44=0.448(2)p(CO₂)=y(CO₂)×200=89.6kPa(3)定容加热，p₂/p₁=T₂/T₁⇒p₂=200×400/300=266.7kPa33.某回热燃气轮机循环，压比10，T₁=300K，T₃=1400K，回热度σ=0.8，k=1.4，cp=1.005kJ/(kg·K)。求：(1)无回热时热效率；(2)有回热时热效率；(3)比较净功变化。(12分)答案：π=10，τ=1400/300=4.667无回热：η=1−1/π^((k−1)/k)=1−1/1.930=0.482有回热：T₄=T₃/π^((k−1)/k)=1400/1.930=725KT₂=T₁π^((k−1)/k)=300×1.930=579