2025年工程技术人员热力学考试模拟试题含答案

2025年工程技术人员热力学考试模拟试题含答案1.单项选择题（每题1分，共20分）1.1在理想气体状态方程pV=mRgT中，Rg的物理意义是A.气体常数与摩尔质量之比B.通用气体常数C.气体定压比热D.气体定容比热答案：A1.2水蒸气在汽液两相区内，若温度保持不变而压力升高，则干度x将A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案：B1.3卡诺热机效率仅取决于A.工质种类B.高温热源与低温热源温度C.循环净功D.循环最高压力答案：B1.4对闭口系统，下列哪一项不是状态量A.内能B.焓C.热量D.熵答案：C1.5空气在喷管中作等熵膨胀，若入口马赫数Ma<1，欲使出口Ma>1，应选用A.渐缩喷管B.渐扩喷管C.缩放喷管D.直管答案：C1.6理想气体绝热节流前后A.焓不变，熵增B.焓增，熵不变C.焓减，熵增D.焓不变，熵减答案：A1.7湿空气相对湿度φ=0表示A.干空气B.饱和湿空气C.过饱和湿空气D.露点温度等于干球温度答案：A1.8在Ts图上，理想气体任意两条定压线之间的水平距离表示A.技术功B.热量C.内能差D.熵变答案：D1.9逆卡诺循环用于制冷时，其性能系数COP与供暖时COP′的关系为A.COP=COP′B.COP=COP′+1C.COP′=COP+1D.COP·COP′=1答案：C1.10水在4°C时处于A.固态B.液态最大密度状态C.气态D.临界状态答案：B1.11对于理想气体，cpcv=A.RgB.Rg/MC.MRgD.0答案：A1.12燃气轮机理想布雷顿循环的回热措施可提高A.循环功B.热效率C.压气机出口温度D.排气湿度答案：B1.13蒸汽再热循环的主要目的是A.提高乏汽干度B.降低锅炉压力C.减少给水泵功D.提高冷凝器真空答案：A1.14若某系统经历不可逆绝热过程，其熵变ΔSA.=0B.>0C.<0D.无法确定答案：B1.15理想气体在刚性容器内被加热，其能量方程可简化为A.Q=ΔHB.Q=ΔUC.W=ΔUD.Q=W答案：B1.16临界压力比βc对于双原子理想气体(k=1.4)约为A.0.528B.0.528^2C.1/0.528D.0.528^0.5答案：A1.17蒸汽压缩制冷循环中，若蒸发温度降低而冷凝温度不变，则单位质量制冷量A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案：B1.18在湿空气焓湿图上，沿等含湿量线向右上方移动，则A.温度升高，相对湿度降低B.温度降低，相对湿度升高C.温度升高，相对湿度升高D.温度降低，相对湿度降低答案：A1.19理想气体混合物的分压力遵循A.阿伏伽德罗定律B.道尔顿分压定律C.亨利定律D.拉乌尔定律答案：B1.20若某热机效率η=0.35，其输出功为700kJ，则排热量为A.1300kJB.1500kJC.2000kJD.700kJ答案：A2.多项选择题（每题2分，共10分；每题至少有两个正确答案，多选少选均不得分）2.1下列哪些措施可提高朗肯循环热效率A.提高初压B.降低背压C.提高初温D.采用再热E.增加锅炉排烟温度答案：ABCD2.2理想气体等熵过程满足A.pv^k=常数B.Tv^(k1)=常数C.Tp^((1k)/k)=常数D.Δs=0E.q=0答案：ABCDE2.3关于湿空气，下列说法正确的是A.露点温度随含湿量升高而升高B.相对湿度100%时干球温度等于湿球温度C.含湿量单位可为kg/kg干空气D.湿球温度不可能高于干球温度E.绝热饱和温度与湿球温度数值相等答案：ACDE2.4蒸汽动力循环中采用回热后A.汽轮机排汽干度提高B.锅炉给水温度升高C.循环平均吸热温度升高D.汽轮机总功一定增加E.冷凝器热负荷减少答案：BCE2.5下列哪些因素使实际气体偏离理想气体行为A.高压B.低温C.分子体积不可忽略D.分子间作用力E.高温低压答案：ABCD3.填空题（每空1分，共20分）3.11kg理想气体在定压下由300K加热到600K，其焓变Δh=cp(T2T1)=______kJ/kg。已知cp=1.005kJ/(kg·K)。答案：301.53.2水在100kPa下的饱和温度为______°C。答案：99.633.3某卡诺热机高温热源温度为600K，低温热源300K，则效率η=______%。答案：503.4理想气体绝热指数k=1.4，则cv=______kJ/(kg·K)（已知Rg=0.287kJ/(kg·K)）。答案：0.71753.5蒸汽在汽轮机内绝热膨胀，入口焓h1=3400kJ/kg，出口h2=2200kJ/kg，忽略动能差，则单位质量功w=______kJ/kg。答案：12003.6湿空气干球温度30°C，湿球温度20°C，查焓湿图得含湿量d=______kg/kg干空气（保留三位小数）。答案：0.0113.7空气在缩放喷管临界截面处马赫数Ma=______。答案：13.8逆卡诺循环供暖COP′为5，则供热温度与低温热源温度之比Th/Tl=______。答案：1.253.9理想气体可逆定温过程的热量q=______（用Rg、T、v1、v2表示）。答案：RgTln(v2/v1)3.10蒸汽压缩制冷循环中，若h1=400kJ/kg，h2=450kJ/kg，h3=250kJ/kg，则单位质量制冷量qL=______kJ/kg。答案：1503.11水蒸气在临界点处，饱和液与饱和汽的______相等。答案：比容（或密度、焓、熵）3.12对于理想气体，熵变Δs=cpln(T2/T1)Rgln(______)。答案：p2/p13.13燃气轮机理想布雷顿循环压比为8，k=1.4，则热效率η=______%（保留一位小数）。答案：44.83.14湿空气总压100kPa，水蒸气分压3kPa，则干空气分压=______kPa。答案：973.15蒸汽再热压力通常选为初压的______%左右。答案：20—303.16理想气体在刚性容器内被加热，若温度升高1K，则压力升高比例为______。答案：1/273.153.17空气进入压气机时温度290K，压比6，若理想绝热，则出口温度=______K。答案：483.53.18朗肯循环乏汽干度若低于______，将危及汽轮机末级叶片安全。答案：0.88（或0.9，工程常用阈值）3.19水蒸气hs图（莫里尔图）上，临界点位于______区顶端。答案：饱和3.20理想气体混合物的质量分数与摩尔分数换算需已知各组分的______。答案：摩尔质量4.判断改错题（每题2分，共10分；先判断对错，若错则划出错误部分并改正）4.1理想气体经绝热自由膨胀后温度升高。答案：错；“升高”改为“不变”。4.2饱和水蒸气的压力与温度呈线性关系。答案：错；“线性”改为“指数（或非线性）”。4.3蒸汽压缩制冷循环中，冷凝温度越高，COP一定越大。答案：错；“越大”改为“越小”。4.4对于理想气体，定压比热cp与定容比热cv的比值称为比热比k，且k<1。答案：错；“k<1”改为“k>1”。4.5在湿空气焓湿图上，等相对湿度线是一组斜率为负的直线。答案：错；“直线”改为“曲线”。5.简答题（封闭型，每题5分，共20分）5.1写出闭口系统能量方程，并说明各项物理意义。答案：QW=ΔU，Q为系统吸热量，W为系统对外做功，ΔU为内能增量。5.2简述提高朗肯循环热效率的三种工程措施并给出理由。答案：1.提高初温——提高平均吸热温度；2.提高初压——同上；3.降低背压——降低平均放热温度；4.再热——减少湿度提高乏汽干度；5.回热——提高给水温度减少锅炉内不可逆传热。任选其三即可。5.3说明理想气体可逆绝热过程在pv图与Ts图上的形状特征。答案：pv图为双曲线pv^k=常数，指数大于1；Ts图为垂直于s轴的直线（等熵）。5.4写出麦克斯韦关系式中由亥姆霍兹自由能f导出的一个关系式。答案：(∂s/∂v)T=(∂p/∂T)v。6.简答题（开放型，每题6分，共12分）6.1某沿海电厂拟采用海水直流冷却，夏季海水温度升高导致冷凝器真空下降，请从热力学角度分析对朗肯循环经济性及安全性的影响，并提出两项缓解措施。答案要点：真空下降→背压升高→平均放热温度升高→热效率下降；乏汽干度降低→末级叶片侵蚀；冷却水温升高→冷凝器端差增大。措施：1.增设高位冷却塔降低冷却水入口温度；2.在线清洗冷凝器钛管保持低污垢系数；3.适度降低负荷运行；4.采用变频循环水泵节能。6.2碳捕集与封存（CCS）技术中，CO₂压缩过程能耗巨大，请从热力学角度讨论采用多级压缩带级间冷却相比单级绝热压缩的节能机理，并给出降低能耗的额外两条思路。答案要点：多级压缩降低每级压比→接近等温压缩→减少压缩功；级间冷却降低入口温度→比容减小→减少下一级功；减小不可逆性。额外思路：1.采用CO₂在超临界区高压输送，避免相变潜热；2.利用余热驱动吸收式制冷机冷却级间CO₂；3.采用液力透平回收CO₂节流功。7.计算题（共58分）7.1理想气体循环分析（12分）某理想气体动力循环由下列可逆过程组成：12定熵压缩，23定压加热，34定熵膨胀，41定容放热。已知：T1=300K，p1=100kPa，压缩比v1/v2=8，k=1.4，加热量q23=800kJ/kg。求：(1)各状态点温度T2、T3、T4；(2)循环热效率；(3)同温限卡诺效率。答案：(1)T2=T1(v1/v2)^(k1)=300×8^0.4=689K；T3=T2+q23/cp=689+800/1.005=1484K；T4=T3(v3/v4)^(k1)，v3/v2=T3/T2=2.157，v4=v1，v2=v1/8→v3/v4=2.157/8=0.2696，T4=1484×0.2696^0.4=795K。(2)η=1(T4T1)/(T3T2)=1(795300)/(1484689)=1495/795=37.7%。(3)ηCarnot=1T1/T3=1300/1484=79.8%。7.2蒸汽朗肯循环（14分）某再热回热蒸汽电站，初参数：p1=15MPa，t1=600°C；再热压力3MPa，再热到600°C；背压5kPa。采用一级开放式回热，抽汽压力0.6MPa。忽略泵功，查表得：h1=3582kJ/kg，h2=3140kJ/kg（高压缸出口），h3=3682kJ/kg（再热后），h4=2340kJ/kg（低压缸出口），hsat(0.6MPa)=670kJ/kg（饱和水），hsat(5kPa)=137kJ/kg（饱和水）。求：(1)抽汽份额α；(2)循环总功w；(3)热效率η；(4)与同参数无再热无回热朗肯循环相比，效率提高多少个百分点（假设无再热时乏汽焓h4′=2120kJ/kg）。答案：(1)能量平衡：αh2+(1α)hsat(5kPa)=hsat(0.6MPa)→α=(670137)/(3140137)=0.177。(2)w=(h1h2)+(1α)(h3h4)=(35823140)+0.823×(36822340)=442+1104=1546kJ/kg。(3)q=(h1hsat(0.6MPa))+(1α)(h3h2)=(3582670)+0.823×(36823140)=2912+446=3358kJ/kg，η=w/q=1546/3358=46.0%。(4)无再热无回热：w′=h1h4′=35822120=1462，q′=h1hsat(5kPa)=3582137=3445，η′=1462/3445=42.4%，提高3.6个百分点。7.3制冷循环计算（10分）R134a蒸汽压缩制冷，蒸发温度10°C，冷凝温度40°C，压缩机入口为饱和蒸汽，出口为过热5°C，节流阀入口为饱和液。查表：h1=392kJ/kg，h2=430kJ/kg（过热5°C），h3=h4=256kJ/kg。求：(1)单位质量制冷量qL；(2)压缩机比功wc；(3)制冷COP；(4)若质量流量0.1kg/s，求制冷量(kW)与压缩机功率(kW)。答案：(1)qL=h1h4=392256=136kJ/kg；(2)wc=h2h1=430392=38kJ/kg；(3)COP=qL/wc=136/38=3.58；(4)QL=0.1×136=13.6kW，Pc=0.1×38=3.8kW。7.4湿空气混合（10分）两股湿空气稳定绝热混合：A：干空气质量流量1kg/s，tA=10°C，dA=0.006kg/kg，hA=25kJ/kg；B：干空气质量流量2kg/s，tB=30°C，dB=0.015kg/kg，hB=65kJ/kg。求混合后：(1)含湿量dm；(2)焓hm；(3)干球温度tm（用hm、dm反查焓湿图近似）。答案：(1)dm=(1×0.006+2×0.015)/3=0.012kg/kg；(2)hm=(1×25+2×65)/3=51.7kJ/kg；(3)查图：d=0.012，h=51.7kJ/kg，交点对应tm≈24°C。7.5熵产与做功能力损失（12分）空气稳定流经一绝热阀门，入口p1=500kPa，T1=400K，出口p2=100kPa，忽略动能差。已知Rg=0.287kJ/(kg·K)，cp=1.005kJ/(kg·K)，环境T0=300K。求：(1)熵产sg；(2)单位质量做功能力损失i；(3)若后续接一绝热可逆膨胀到p3=100kPa，求可回收的最大技术功wt,max。答案：(1)节流ΔT=0，s2s1=Rgln(p1/p2)=0.287ln5=0.462kJ/(kg·K)，sg=0.462。(