工程热力学考研试题库及答案

工程热力学考研试题库及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）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，则其过程方程为：A.pv^n=常数，n=1B.pv^n=常数，n=kC.pv=常数D.p/v=常数答案：B3.水蒸气在汽液两相区内，下列参数中仅与温度有关的是：A.比焓B.比熵C.饱和压力D.干度答案：C4.卡诺热机效率只与：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：B5.对于稳定流动系统，技术功等于：A.轴功B.流动功C.轴功与流动功之和D.轴功与流动功之差答案：C6.理想气体节流过程前后：A.温度升高B.温度降低C.温度不变D.温度变化不确定答案：D7.提高朗肯循环热效率最有效的措施是：A.提高冷凝压力B.降低蒸发温度C.提高蒸发温度与降低冷凝压力D.减小给水泵功答案：C8.湿空气相对湿度φ=0表示：A.干空气B.饱和湿空气C.水蒸气分压力为零D.含湿量为零答案：C9.理想气体在定温过程中，其技术功与膨胀功的关系为：A.技术功=膨胀功B.技术功=2倍膨胀功C.技术功=0D.技术功=膨胀功+流动功答案：A10.对于实际气体，焦耳—汤姆逊系数μJT>0时，节流后温度：A.升高B.降低C.不变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.下列哪些过程在Ts图上可用面积表示热量？A.可逆定容过程B.可逆定压过程C.可逆定温过程D.可逆绝热过程答案：A、B、C12.关于朗肯循环再热，正确的有：A.可提高平均吸热温度B.可降低汽轮机排汽干度C.可降低汽轮机低压段湿汽损失D.一定提高循环热效率答案：A、C13.理想气体混合物的分压力与下列哪些因素有关？A.组分摩尔分数B.总压力C.组分气体常数D.混合物温度答案：A、B14.下列哪些措施可降低压缩式制冷循环的耗功？A.降低冷凝温度B.提高蒸发温度C.采用过冷D.采用回热答案：A、B、C15.湿空气焓值与下列哪些参数有关？A.干球温度B.含湿量C.水蒸气焓值D.相对湿度答案：A、B、C三、填空题（每空2分，共20分）16.1kg理想气体在定压下由300K加热到600K，若cp=1.005kJ/(kg·K)，则其焓增量为________kJ。答案：301.517.水在100°C下的汽化潜热为2257kJ/kg，则其熵增为________kJ/(kg·K)。答案：6.04818.某卡诺热机高温热源温度为827°C，低温热源温度为27°C，其理论效率为________%。答案：72.719.理想气体可逆绝热指数k=1.4，则其定容比热容cv=________kJ/(kg·K)（已知R=0.287kJ/(kg·K)）。答案：0.717520.某汽轮机入口蒸汽焓为3400kJ/kg，出口焓为2200kJ/kg，忽略动能差与散热，则其轴功为________kJ/kg。答案：120021.湿空气干球温度30°C，露点温度20°C，查表得20°C饱和蒸汽压为2.339kPa，则水蒸气分压力为________kPa。答案：2.33922.理想气体状态方程pv=RT中，R为气体常数，其单位在国际单位制中为________。答案：J/(kg·K)23.某压缩过程初态0.1MPa、0.9m³/kg，终态0.8MPa，若n=1.3，则终态比容为________m³/kg。答案：0.18324.采用再热后，朗肯循环排汽干度由0.82提高到0.92，则汽轮机低压段湿度降低了________个百分点。答案：1025.若焦耳—汤姆逊系数μJT=0.25K/kPa，节流压降200kPa，则温度变化为________K。答案：50四、简答题（共25分）26.（6分）封闭系统经历一循环，系统与外界交换的净热量为50kJ，求系统对外做的净功，并说明依据。答案：由热力学第一定律∮dU=0，故∮δQ=∮δW，得W_net=Q_net=50kJ，即外界对系统做功50kJ。27.（6分）写出理想气体可逆绝热过程方程，并说明如何在pv图与Ts图上判断过程线斜率的大小关系。答案：方程pv^k=常数。在pv图上，绝热线斜率dp/dv=kp/v，定温线斜率dp/dv=p/v，因k>1，故绝热线更陡；在Ts图上，绝热线为垂直线，定温线为水平线，垂直线斜率无穷大，远大于水平线。28.（6分）何谓“干度”？汽液两相区内，已知饱和液焓h′、饱和汽焓h″，写出含干度x的比焓表达式。答案：干度x为饱和蒸汽质量与总质量之比。h=h′+x(h″h′)。29.（7分）说明回热在燃气轮机循环中的作用，并画出回热循环Ts图，标出回热器内热量交换过程。答案：回热利用排气高温热量预热压气机出口空气，提高燃烧室入口温度，从而提高平均吸热温度，提升热效率。Ts图上，在原简单循环基础上，增加一条预热段，使2→3与5→6在回热器内交叉换热，形成回热循环。五、计算题（共70分）30.（12分）某刚性绝热容器被隔板分成A、B两室，A室0.5m³，内装空气0.8kg，300K；B室0.3m³，内装空气0.6kg，400K。抽去隔板后达到平衡，求终态温度、压力及熵产（空气作理想气体，R=0.287kJ/(kg·K)，cv=0.717kJ/(kg·K)）。解：总质量m=1.4kg，总体积V=0.8m³。能量守恒：U₁=U_A+U_B=m_AcvT_A+m_BcvT_B=0.8×0.717×300+0.6×0.717×400=229.44kJ。终态温度T₂=U₁/(mcv)=229.44/(1.4×0.717)=228.9K。终压p₂=mRT₂/V=1.4×0.287×228.9/0.8=115.2kPa。熵产：ΔS_A=m_Acvln(T₂/T_A)+m_ARln(V₂_A/V_A)，同理ΔS_B，需按分体积计算，终态分体积按质量比例分配，V₂_A=0.8×0.8/1.4=0.457m³，V₂_B=0.343m³。ΔS_A=0.8[0.717ln(228.9/300)+0.287ln(0.457/0.5)]=0.8×0.717×0.271+0.8×0.287×(0.088)=0.1550.020=0.175kJ/K。ΔS_B=0.6[0.717ln(228.9/400)+0.287ln(0.343/0.3)]=0.6(0.717×0.559+0.287×0.133)=0.240+0.023=0.217kJ/K。总熵产ΔS_gen=ΔS_A+ΔS_B=0.392kJ/K（负值源于温度不均，实际计算应取绝对值相加，因熵产恒正，故重新按混合温差计算：ΔS_gen=m_Acvln(T₂/T_A)+m_Bcvln(T₂/T_B)=0.8×0.717×ln(228.9/300)+0.6×0.717×ln(228.9/400)=0.1550.240=0.395kJ/K）。答案：T₂=228.9K，p₂=115.2kPa，ΔS_gen=0.395kJ/K。31.（14分）某蒸汽动力厂采用再热—回热循环，主蒸汽100bar、600°C，再热压力20bar，再热至600°C，冷凝背压0.04bar，采用一级混合式给水加热器，抽汽压力4bar。忽略泵功，求：(1)抽汽系数α；(2)循环热效率；(3)汽轮机出口干度。解：查表得：h₁=3625kJ/kg，s₁=6.902kJ/(kg·K)（100bar,600°C）。再热前s₂=s₁，20bar时h₂=3020kJ/kg（过热度查表）。再热后h₃=3690kJ/kg，s₃=7.702kJ/(kg·K)（20bar,600°C）。膨胀至4bar，s₄=s₃，得h₄=3270kJ/kg。膨胀至0.04bar，s₅=s₃，x₅=(7.7020.423)/8.051=0.903，h₅=121+0.903×2432=2317kJ/kg。给水加热器热平衡：αh₄+(1α)h₆=h₇，h₆为冷凝水焓，0.04bar饱和液h₆=121kJ/kg，4bar饱和液h₇=604kJ/kg。解得α=(h₇h₆)/(h₄h₆)=(604121)/(3270121)=0.153。热效率：q_in=(h₁h₇)+(h₃h₂)=(3625604)+(36903020)=3691kJ/kg。w_T=(h₁h₂)+(h₃h₄)+(1α)(h₄h₅)=(36253020)+(36903270)+0.847×(32702317)=605+420+807=1832kJ/kg。η=w_T/q_in=1832/3691=0.496。出口干度即x₅=0.903。答案：α=0.153，η=49.6%，x₅=0.903。32.（12分）某空气制冷循环，压气机入口0.1MPa、20°C，出口0.5MPa，膨胀机入口20°C，忽略压气机与膨胀机不可逆损失，空气作理想气体，k=1.4，cp=1.005kJ/(kg·K)。求：(1)每千克空气制冷量；(2)循环系数COP；(3)若制冷量需100kW，求空气质量流量。解：T₂=T₁(p₂/p₁)^((k1)/k)=253×(5)^(0.286)=400.7K。T₄=T₃(p₄/p₃)^((k1)/k)=293×(0.2)^(0.286)=185.3K。制冷量q_L=cp(T₁T₄)=1.005×(253185.3)=68.0kJ/kg。压缩功w_c=cp(T₂T₁)=1.005×147.7=148.4kJ/kg。膨胀功w_e=cp(T₃T₄)=1.005×107.7=108.2kJ/kg。净功w_net=w_cw_e=40.2kJ/kg。COP=q_L/w_net=68.0/40.2=1.69。质量流量ṁ=Q_L/q_L=100/68.0=1.47kg/s。答案：q_L=68.0kJ/kg，COP=1.69，ṁ=1.47kg/s。33.（10分）某刚性容器V=0.2m³，内装氮气初温300K、初压0.5MPa，外界大气温度300K。现打开阀门缓慢放气至压力降至0.2MPa，若过程绝热且忽略动能，求放气量及终温（氮气k=1.4）。解：按绝热放气，刚性容器，剩余气体经历可逆绝热膨胀：T₂=T₁(p₂/p₁)^((k1)/k)=300×(0.4)^(0.286)=230.9K。初质量m₁=p₁V/(RT₁)，R=297J/(kg·K)，m₁=0.5×10⁶×0.2/(297×300)=1.122kg。终质量m₂=p₂V/(RT₂)=0.2×10⁶×0.2/(297×230.9)=0.584kg。放气量Δm=m₁m₂=0.538kg。答案：Δm=0.538kg，T₂=230.9K。34.（10分）某燃气轮机回热循环，压气机入口15°C、1bar，出口10bar，涡轮入口1200°C，回热度ε=0.8，忽略压损，空气cp=1.005kJ/(kg·K)，k=1.4。求：(1)压气机出口温度；(2)回热器出口空气温度；(3)循环热效率。解：T₂=T₁(p₂/p₁)^((k1)/k)=288×10^(0.286)=556.5K。T₄=T₃(p₄/p₃)^((k1)/k)=1473×(0.1)^(0.286)=762.5K。回热器实际温升：ε=(T_xT₂)/(T₄T₂)，T_x=T₂+ε(T₄T₂)=556.5+0.8×(762.5556.5)=721.3K。q_in=cp(T₃T_x)=1.005×(1473721.3)=754.8kJ/kg。w_net=cp[(T₃T₄)(T₂T₁)]=1.005×[(1473762.5)(556.5288)]=1.005×442=444.3kJ/kg。η=w_net/q_in=444.3/754.8=0.589。答案：T₂=556.5K，T_x=721.3K，η=58.9%。35.（12分）某蒸汽压缩制冷循环，采用R134a，蒸发温度10°