工程热力学期末复习题及答案

工程热力学期末复习题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项的字母填在括号内）1.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：C2.理想气体在可逆绝热过程中，若比热容为常数，则其技术功与焓变的关系为：A.w_t=–ΔhB.w_t=ΔhC.w_t=–ΔuD.w_t=0答案：A3.水蒸气在汽轮机内经历绝热膨胀，若忽略动能差与位能差，其做功量等于：A.焓降B.熵增C.内能降D.放热量答案：A4.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.循环方向有关答案：B5.对于理想气体，下列过程的多变指数n=1时，对应的过程是：A.定压B.定温C.定容D.绝热答案：B6.湿空气相对湿度φ=0表示：A.饱和湿空气B.干空气C.露点温度等于干球温度D.含湿量为零答案：B7.朗肯循环中提高初压对循环热效率的影响是：A.降低B.提高C.不变D.先升后降答案：B8.理想气体节流前后：A.焓不变温度不变B.焓不变温度可能变C.熵不变D.压力升高答案：B9.水蒸气hs图上，等干度线在高干度区趋于：A.垂直B.水平C.与等压线重合D.与等温线重合答案：A10.若某制冷循环的COP为4，从低温热源吸热400kJ，则外界需输入功为：A.100kJB.200kJC.400kJD.1600kJ答案：A二、多项选择题（每题3分，共15分。每题有两个或两个以上正确答案，多选少选均不得分）11.下列措施可提高简单燃气轮机循环比功的有：A.提高压比B.提高透平入口温度C.采用回热D.采用中间冷却答案：ABD12.关于水蒸气定压汽化过程，下列说法正确的有：A.温度不变B.熵增加C.焓增加D.干度始终为1答案：ABC13.理想气体在Pv图上，下列哪些过程曲线斜率为负？A.定温压缩B.绝热膨胀C.定压加热D.多变压缩（1<n<k）答案：ABD14.湿空气加热过程中保持不变的参数有：A.含湿量dB.露点温度t_dC.相对湿度φD.焓h答案：AB15.蒸汽再热循环的主要目的有：A.提高循环热效率B.降低汽轮机末级干度C.减少给水泵耗功D.提高汽轮机排汽干度答案：AD三、填空题（每空2分，共20分）16.1kg理想气体在定容下温度升高100°C，若c_v=0.8kJ/(kg·K)，则其内能增加______kJ。答案：8017.卡诺热泵从−10°C环境吸热，向30°C室内供热，其供热系数COP′=______。答案：7.7818.水在150°C下的饱和压力为______MPa（查表保留两位小数）。答案：0.4819.理想气体可逆绝热指数k=1.4，则其气体常数R与c_p的比值R/c_p=______。答案：0.28620.湿空气干球温度30°C，露点20°C，其含湿量d≈______g/kg(干空气)（查表保留一位小数）。答案：14.921.朗肯循环汽轮机排汽干度为0.85，若忽略动能差，则每kg蒸汽在汽轮机内做功为______kJ（已知h_1=3400kJ/kg，h_2s=2200kJ/kg，η_oi=0.85）。答案：102022.理想气体从V_1=0.2m³可逆等温膨胀到V_2=0.4m³，若p_1=0.5MPa，则其对外做功为______kJ。答案：69.323.燃气轮机理想循环压比为10，k=1.4，则其理想热效率为______%（保留一位小数）。答案：48.224.蒸汽压缩制冷循环蒸发温度为−20°C，冷凝温度为40°C，若制冷剂为R134a，则理论COP=______（保留两位小数）。答案：4.2325.若某系统经历一不可逆绝热过程，其熵产为0.3kJ/K，则系统熵变ΔS=______kJ/K。答案：0.3四、判断改错题（每题2分，共10分。先判断对错，若错则给出正确表述）26.理想气体在定压过程中吸收热量全部用于增加内能。答案：错。应改为：吸收热量全部用于增加焓。27.水蒸气在临界点液相与气相的密度相等。答案：对。28.湿空气φ=100%时，其干球温度、湿球温度、露点温度三者相等。答案：对。29.提高蒸汽初温会降低朗肯循环的平均吸热温度。答案：错。应改为：提高蒸汽初温会提高朗肯循环的平均吸热温度。30.理想气体节流后温度一定下降。答案：错。应改为：理想气体节流后温度不变。五、简答题（共25分）31.（开放型，8分）为什么实际燃气轮机循环需要采用回热？请用Ts图说明其节能机理。答案要点：1.简单循环排气温度高，热量未被利用；2.回热器利用排气热量预热压气机出口空气，减少燃烧室燃油量；3.Ts图上，回热使平均吸热温度升高、平均放热温度降低，热效率提高；4.图示：原循环放热线41，回热后空气预热过程22′，燃烧加热过程2′3，平均吸热温度由T_m升高至T_m′。32.（封闭型，5分）写出理想气体可逆绝热过程的过程方程，并说明各符号含义。答案：pv^k=常数，其中p为绝对压力，v为比容，k=c_p/c_v为绝热指数。33.（封闭型，6分）简述蒸汽压缩制冷循环中膨胀阀替代膨胀机的利弊。答案：利：省去运动部件，成本低、可靠性高；弊：节流不可逆，熵产大，循环COP下降，且损失膨胀功。34.（开放型，6分）结合水蒸气hs图，说明再热压力选择过高或过低对朗肯循环的影响。答案：过高：再热量占比小，干度改善效果弱，且再热器投资大；过低：再热后蒸汽温度低，平均吸热温度提升有限，且汽轮机末级干度仍低；最优再热压力约为初压20%–30%，兼顾效率与干度。六、计算题（共50分）35.（10分）某闭口系统含2kg空气，c_v=0.718kJ/(kg·K)，初态p_1=0.1MPa，T_1=300K。若系统经历可逆绝热压缩至p_2=1.0MPa，求：(1)终态温度T_2；(2)内能变化ΔU；(3)过程功W。答案：(1)T_2=T_1(p_2/p_1)^((k−1)/k)=300×10^(0.286)=579K；(2)ΔU=mc_v(T_2−T_1)=2×0.718×279=400kJ；(3)绝热Q=0，W=−ΔU=−400kJ（外界对系统做功400kJ）。36.（12分）某朗肯循环初参数p_1=10MPa，t_1=550°C，背压p_2=5kPa，汽轮机相对内效率η_oi=0.85，忽略泵功。求：(1)汽轮机理想出口干度x_2s；(2)实际出口干度x_2；(3)循环热效率η_t；(4)汽轮机做功w_T。已知：h_1=3500kJ/kg，s_1=6.756kJ/(kg·K)；p=5kPa时s′=0.476kJ/(kg·K)，s″=8.395kJ/(kg·K)，h′=138kJ/kg，h″=2561kJ/kg。答案：(1)x_2s=(6.756−0.476)/(8.395−0.476)=0.794；(2)h_2s=138+0.794(2561−138)=2063kJ/kg，实际焓降Δh=η_oi(h_1−h_2s)=0.85×1437=1221kJ/kg，h_2=3500−1221=2279kJ/kg，x_2=(2279−138)/2423=0.884；(3)锅炉吸热q_in=h_1−h_3≈3500−138=3362kJ/kg，η_t=w_T/q_in=1221/3362=36.3%；(4)w_T=1221kJ/kg。37.（10分）某理想气体动力循环由下列过程组成：12定熵压缩，23定压加热，34定熵膨胀，41定压放热。已知：T_1=300K，T_3=1800K，压比π=8，k=1.4。求：(1)循环热效率；(2)单位质量净功w_net。答案：(1)η=1−1/π^((k−1)/k)=1−1/8^0.286=0.448；(2)T_2=T_1π^((k−1)/k)=300×8^0.286=543K，T_4=T_3/π^((k−1)/k)=1800/1.811=993K，q_in=c_p(T_3−T_2)=1.005×1257=1263kJ/kg，w_net=ηq_in=0.448×1263=566kJ/kg。38.（8分）某蒸汽压缩制冷循环使用R134a，蒸发温度t_0=−20°C，冷凝温度t_k=40°C，压缩机入口为干饱和蒸气，出口为过热蒸气，其h_1=386kJ/kg，h_2=430kJ/kg，h_3=h_4=256kJ/kg。求：(1)单位质量制冷量q_0；(2)单位质量压缩功w_c；(3)理论COP；(4)若制冷量为10kW，求工质质量流量。答案：(1)q_0=h_1−h_4=386−256=130kJ/kg；(2)w_c=h_2−h_1=44kJ/kg；(3)COP=q_0/w_c=130/44=2.95；(4)ṁ=Q_0/q_0=10/130=0.077kg/s=277kg/h。39.（10分）某湿空气体积流量为60m³/min，干球温度35°C，相对湿度60%，大气压100kPa。经冷却去湿至20°C饱和状态，凝结水排出。求：(1)入口含湿量d_1；(2)出口含湿量d_2；(3)每分钟析水量ṁ_w；(4)冷却负荷Q̇。已知：35°C饱和水蒸气压力p_s1=5.628kPa，20°C饱和水蒸气压力p_s2=2.339kPa，干空气气体常数R_a=0.287kJ/(kg·K)，水蒸气凝结潜热r=2454kJ/kg。答案：(1)p_v1=0.6×5.628=3.377kPa，d_1=0.622p_v1/(p−p_v1)=0.622×3.377/96.623=21.7g/kg；(2)出口饱和，p_v2=2.339kPa，d_2=0.622×2.339/97.661=14.9g/kg；(3)干空气比容v_a=R_aT_1/(p−p_v1)=0.287×308/96.623=0.914m³/kg，干空气质量流量ṁ_a=60/0.914=65.6kg/min，ṁ_w=ṁ_a(d_1−d_