工程热力学实验试题及答案

工程热力学实验试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在闭口系统绝热过程中，若系统对外做功，则其内能变化ΔU的符号为A.ΔU>0  B.ΔU=0  C.ΔU<0  D.无法确定答案：C2.理想气体可逆绝热膨胀时，若比热比κ=1.4，则过程方程pV^n中指数n等于A.1.0  B.1.2  C.1.4  D.0.4答案：C3.水蒸气在干度x=0.8的湿蒸汽区，其比焓h可表示为A.h=xh″+(1−x)h′  B.h=h′+xh″  C.h=h″−xh′  D.h=(h′+h″)/2答案：A4.卡诺热机效率只与下列哪组参数有关A.吸热量与放热量  B.高温热源与低温热源温度  C.工质种类  D.循环净功答案：B5.在空气压缩制冷循环中，若蒸发温度不变而冷凝温度升高，则制冷系数A.增大  B.减小  C.不变  D.先增后减答案：B6.对于理想气体，下列状态参数中哪一个是温度的单值函数A.压力  B.比容  C.内能  D.熵答案：C7.在朗肯循环中采用再热的主要目的是A.提高平均吸热温度  B.降低排汽干度  C.减少给水泵功  D.降低汽轮机出口压力答案：A8.若闭口系统经历一不可逆绝热过程，其熵变ΔSA.必大于零  B.必小于零  C.必等于零  D.可正可负答案：A9.理想气体节流过程前后A.焓不变，温度不变  B.焓不变，温度可能变  C.焓变，温度不变  D.焓变，温度变答案：B10.在湿空气焓湿图上，等相对湿度线φ=100%对应A.干球温度等于湿球温度  B.干球温度等于露点温度  C.湿球温度等于露点温度  D.焓等于零答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）11.下列措施可提高简单燃气轮机循环热效率的有A.提高压气机压比  B.采用回热  C.降低透平入口温度  D.采用间冷  E.提高透平效率答案：A、B、D、E12.关于水蒸气定压汽化过程，下列说法正确的有A.温度保持不变  B.熵不断增大  C.比容不断增大  D.焓不断增大  E.干度始终为零答案：A、B、C、D13.下列属于强度量的状态参数有A.压力  B.温度  C.内能  D.密度  E.熵答案：A、B、D14.理想气体可逆过程功量计算式w=∫pdv适用于A.定压过程  B.定温过程  C.定熵过程  D.多变过程  E.定容过程答案：A、B、C、D15.在蒸汽动力装置中采用抽汽回热后A.循环热效率提高  B.汽轮机总功率下降  C.锅炉热负荷降低  D.凝汽器热负荷降低  E.给水泵耗功增加答案：A、B、C、D三、填空题（每空2分，共20分）16.1kg空气（κ=1.4，R=0.287kJ/(kg·K)）从300K、0.1MPa经可逆绝热压缩至0.8MPa，终了温度为________K，技术功为________kJ/kg。答案：543.4，−174.617.某理想气体经历一多变过程，初态p1=0.2MPa，v1=0.9m³/kg，终了v2=0.3m³/kg，多变指数n=1.3，则终压p2=________MPa，单位质量膨胀功w=________kJ/kg。答案：0.978，−143.718.水在150℃下定压汽化，饱和液焓h′=632.2kJ/kg，饱和汽焓h″=2746kJ/kg，若干度x=0.7，则比焓h=________kJ/kg，比熵s=________kJ/(kg·K)。（保留一位小数）答案：2142.0，5.32019.某卡诺热泵向室内供热量QH=10kW，室外温度TL=−5℃，室内温度TH=20℃，则其最小输入功率为________kW，制热系数为________。答案：0.42，23.920.空气进入喷管时流速c1=60m/s，温度T1=500K，若可逆绝热膨胀至T2=450K，则出口理论流速c2=________m/s。（cp=1.005kJ/(kg·K)）答案：416.2四、判断改错题（每题2分，共10分，先判断对错，再改正错误部分）21.理想气体可逆绝热过程的熵变为零，因此其不可逆绝热过程的熵变也为零。答案：错。不可逆绝热过程熵产大于零，熵变>0。22.在朗肯循环中，提高汽轮机背压总是可以提高循环热效率。答案：错。提高背压使平均放热温度升高，热效率下降。23.对于理想气体，定容比热cv与定压比热cp的差值等于气体常数R。答案：对。24.湿空气的含湿量d越大，其露点温度一定越高。答案：对。25.蒸汽压缩制冷循环中，蒸发温度越低，则单位质量制冷量越大。答案：错。蒸发温度越低，单位质量制冷量减小，压缩机压比增大。五、简答题（共25分）26.（封闭型，6分）写出闭口系统能量方程，并说明各项物理意义。答案：ΔU=Q−W。ΔU为系统内能增量，Q为系统吸热量，W为系统对外做功。内能增量等于吸热量减去对外做功。27.（开放型，8分）实验室内用稳态流动量热计测定空气比热比κ，简述实验原理、测量参数及数据处理方法。答案：原理：利用空气经小孔绝热节流后流速与温度变化关系，由能量方程与理想气体状态方程联立导出κ。测量：入口压力p1、温度T1，节流后压力p2、温度T2，质量流量ṁ由孔板流量计测得。处理：由h1+c1²/2=h2+c2²/2及理想气体焓变Δh=cpΔT，结合连续方程，得κ=ln(p1/p2)/ln(T2/T1)·(T2/T1−1)/(1−p2/p1)，取多次平均。28.（封闭型，5分）说明在蒸汽动力循环中采用再热的两个技术原因。答案：1.提高平均吸热温度，从而提升循环热效率；2.提高汽轮机末级蒸汽干度，减少湿蒸汽对叶片的侵蚀。29.（开放型，6分）某实验台用R134a进行蒸汽压缩制冷循环性能测试，发现蒸发器出口过热度显著大于设计值，请分析可能原因并提出两条改进措施。答案：原因：1.蒸发器换热面积过大或制冷剂充注量不足，导致提前蒸干；2.膨胀阀开度过大，流量不足；3.负荷侧风量过大，换热过强。改进：1.按设计充注量补充R134a；2.调整膨胀阀过热度设定至5–6℃；3.减小蒸发器风量或调节风机转速。六、计算题（共60分）30.（10分）某刚性绝热容器被隔板分成A、B两室，A室装有1kg空气，300K，0.1MPa；B室为真空。抽去隔板后空气自由膨胀至整个容器，求终温T2、熵产ΔS及不可逆损失I（环境温度T0=300K）。答案：自由膨胀Q=0，W=0，故ΔU=0，T2=T1=300K。熵产ΔS=mRln(V2/V1)=1×0.287×ln2=0.199kJ/K。不可逆损失I=T0ΔS=300×0.199=59.7kJ。31.（12分）一台小型燃气轮机按理想布雷顿循环工作，压比π=8，透平入口温度1200K，环境温度300K，空气cp=1.005kJ/(kg·K)，κ=1.4。求单位质量净功wnet、热效率ηt及背功比rb（压缩机耗功/透平做功）。答案：T2=T1π^(κ−1)/κ=300×8^0.286=543.4K；T4=T3/π^(κ−1)/κ=1200/8^0.286=662.5K；wc=cp(T2−T1)=1.005×243.4=244.6kJ/kg；wt=cp(T3−T4)=1.005×537.5=540.2kJ/kg；wnet=wt−wc=295.6kJ/kg；ηt=wnet/qin=295.6/(1.005×(1200−543.4))=0.448；rb=wc/wt=0.453。32.（12分）某朗肯循环蒸汽参数：锅炉出口p3=10MPa，t3=550℃，冷凝器压力p4=5kPa，汽轮机内效率ηoi=0.85，给水泵效率ηp=0.75。查表得h3=3500kJ/kg，s3=6.756kJ/(kg·K)，饱和液h1=137.8kJ/kg，v1=0.001005m³/kg，汽轮机理想排汽干度x4s=0.793，h4s=2070kJ/kg。求循环净功wnet、热效率ηt及汽轮机实际出口干度x4。答案：理想汽轮机功wt,s=h3−h4s=1430kJ/kg；实际wt=ηoi·wt,s=1215.5kJ/kg；h4=h3−wt=2284.5kJ/kg；x4=(h4−h′)/(h″−h′)=(2284.5−137.8)/(2561−137.8)=0.885。泵功wp=v1(p3−p4)/ηp=0.001005×(10000−5)/0.75=13.4kJ/kg；h2=h1+wp=151.2kJ/kg；qin=h3−h2=3348.8kJ/kg；wnet=wt−wp=1202.1kJ/kg；ηt=wnet/qin=0.359。33.（13分）某实验室用空气进行绝热节流实验，稳态测得：入口p1=0.6MPa，T1=35℃，出口p2=0.1MPa，用红外测温得T2=32℃。空气cp=1.005kJ/(kg·K)，R=0.287kJ/(kg·K)。问：1.该过程是否理想绝热节流？2.若不等温，求焦耳汤姆逊系数μJT实测值；3.计算熵产并判断过程可逆性。答案：1.理想节流应T1=T2，实测T2<T1，故非理想节流。2.μJT=(∂T/∂p)h≈ΔT/Δp=(32−35)/(0.1−0.6)=6×10⁻³K/kPa=6K/MPa。3.Δs=cpln(T2/T1)−Rln(p2/p1)=1.005ln(305/308)−0.287ln(0.1/0.6)=−0.0098+0.514=0.504kJ/(kg·K)>0，故为不可逆绝热过程。34.（13分）某蒸汽压缩制冷系统用R22，蒸发温度−15℃，冷凝温度40℃，压缩机入口为饱和蒸汽，出口经等熵压缩至冷凝压力，冷凝器出口为饱和液。实测制冷量Q̇L=10kW，压缩机指示效率ηi=0.85，机械效率ηm=0.9，电机效率ηe=0.92。查表得：h1=244.1kJ/kg，s1=0.921kJ/(kg·K)，h2s=286.3kJ/kg，h3=h4=109.6kJ/kg。求：1.制冷剂质量流量ṁ；2.压缩机实