工程热力学期末考试题库附答案

工程热力学期末考试题库附答案一、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.对于理想气体，下列状态参数中仅与温度有关的是（）。A.比容B.压力C.焓D.熵答案：C2.在闭口系统中经历一可逆绝热过程，系统熵的变化量Δs满足（）。A.Δs＞0B.Δs＝0C.Δs＜0D.无法确定答案：B3.水蒸气在汽轮机内绝热膨胀，若忽略动能、位能变化，其技术功等于（）。A.焓降B.熵增C.内能降D.放热量答案：A4.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.循环时间答案：B5.理想气体经节流阀绝热节流，稳定流动能量方程简化为（）。A.h₁＝h₂B.p₁＝p₂C.T₁＝T₂D.s₁＝s₂答案：A6.湿空气绝对湿度定义为（）。A.水蒸气分压力B.水蒸气质量与干空气质量之比C.水蒸气质量与湿空气总体积之比D.相对湿度×饱和绝对湿度答案：C7.对于R134a制冷剂，在蒸发温度为−20℃、冷凝温度为40℃的蒸气压缩制冷循环中，若压缩机入口为干饱和蒸气，则理论制冷系数COP约为（）。A.2.1B.3.2C.4.5D.5.8答案：B8.燃气轮机理想布雷顿循环的回热措施可提高热效率，其本质是（）。A.降低平均放热温度B.提高平均吸热温度C.减少压气机耗功D.增加涡轮膨胀功答案：B9.若某闭口系统经历一不可逆过程，从状态A到状态B，则系统熵变ΔS_AB与外界熵变ΔS_sur之和（）。A.＞0B.＝0C.＜0D.无法判断答案：A10.理想气体在定压下加热，其容积比v₂/v₁与温度比T₂/T₁的关系为（）。A.v₂/v₁＝T₁/T₂B.v₂/v₁＝T₂/T₁C.v₂/v₁＝(T₂/T₁)^kD.v₂/v₁＝(T₂/T₁)^(1/k)答案：B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、错选均不得分）11.下列措施可提高朗肯循环热效率的有（）。A.提高初压B.提高初温C.降低背压D.采用再热E.增加锅炉风量答案：ABCD12.关于水蒸气hs图，下列说法正确的有（）。A.等压线在湿蒸汽区为直线B.等温线在过热区斜率为正C.等干度线簇汇聚于临界点D.临界点处(∂h/∂s)_p→∞E.饱和液线与饱和汽线之间为两相区答案：BCE13.理想气体可逆过程中，若系统对外做功，则下列组合可能正确的有（）。A.定温过程：Q＞0，ΔU＝0B.定压过程：Q＞0，ΔH＞0C.定熵过程：Q＝0，W＝−ΔUD.定容过程：W＝0，Q＝ΔUE.绝热过程：Q＝0，ΔS＞0答案：ABCD14.湿空气冷却去湿过程，下列状态参数一定减小的有（）。A.比焓B.含湿量C.相对湿度D.露点温度E.干球温度答案：ABDE15.蒸气压缩制冷循环中，采用过冷措施后，下列结论正确的有（）。A.单位质量制冷量增大B.压缩机比功不变C.制冷系数COP提高D.冷凝器负荷增大E.蒸发器负荷减小答案：ABC三、填空题（每空2分，共20分）16.理想气体状态方程的微观表达式为p＝________，其中n为单位体积内的________数。答案：nkT，分子17.水在0.1MPa下的饱和温度为99.63℃，此时汽化潜热为2257kJ/kg，则克劳修斯—克拉贝龙方程估算的饱和蒸汽压随温度变化率dp/dT约为________kPa/K。答案：3.618.某理想气体定压比热容c_p＝1.005kJ/(kg·K)，气体常数R＝0.287kJ/(kg·K)，则其绝热指数k＝________。答案：1.419.某闭口系统经历一循环，对外做出净功200kJ，同时从热源吸热600kJ，则该循环热效率η_t＝________%。答案：33.320.燃气轮机理想布雷顿循环的压比为8，k＝1.4，则循环热效率为________%。答案：44.821.湿空气干球温度30℃，露点温度20℃，查表得20℃饱和水蒸气压力为2.339kPa，则水蒸气分压力为________kPa。答案：2.33922.某汽轮机入口蒸汽焓h₁＝3400kJ/kg，出口焓h₂＝2200kJ/kg，若忽略散热与动能差，则其轴功为________kJ/kg。答案：120023.理想气体绝热可逆膨胀，初温500K，终温300K，则熵变Δs＝________kJ/(kg·K)。答案：024.某制冷循环蒸发温度为−10℃，冷凝温度为40℃，若按逆卡诺循环运行，则COP＝________。答案：5.2625.水蒸气临界压力为22.064MPa，临界温度为________℃。答案：373.95四、简答题（共25分）26.（封闭型，6分）写出热力学第二定律的克劳修斯说法，并说明其物理意义。答案：热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传向高温物体。其物理意义在于指明热量传递过程的不可逆方向，为判断过程能否自发进行提供依据，并由此导出熵增原理。27.（开放型，7分）实际燃气轮机循环效率低于理想布雷顿循环，请从三个方面分析主要原因，并提出对应改进措施。答案：（1）压气机与涡轮的不可逆损失——采用高效叶型、提高加工精度、降低流动分离；（2）比热变化与化学损失——采用空气冷却、陶瓷涂层、提高涡轮前温度；（3）压损与散热——优化回热器、增加回热度、采用间冷再热循环。28.（封闭型，6分）画出蒸气压缩制冷循环的lgph图，并标出蒸发器、冷凝器、压缩机、节流阀四个过程线。答案：图略。1→2等熵压缩，2→3等压冷凝，3→4等焓节流，4→1等压蒸发。29.（开放型，6分）说明朗肯循环采用再热的主要目的，并定性分析再热对汽轮机末级干度的影响。答案：再热可提高平均吸热温度，从而提高循环热效率；同时使汽轮机高压缸排汽再热后进入低压缸，提高末级蒸汽干度，减少湿蒸汽对叶片的侵蚀，延长汽轮机寿命。五、计算题（共60分）30.（10分）某理想气体（R＝0.287kJ/(kg·K)，k＝1.4）在闭口系统中由状态1（p₁＝0.1MPa，T₁＝300K）经可逆绝热压缩到状态2（p₂＝1.0MPa）。求：（1）终态温度T₂；（2）单位质量压缩功w；（3）若改为不可逆绝热压缩，终温T₂′＝580K，求熵产s_g。答案：（1）T₂＝T₁(p₂/p₁)^((k−1)/k)＝300×10^(0.286)＝579K（2）w＝c_v(T₁−T₂)＝0.718×(300−579)＝−200kJ/kg（负号表示耗功）（3）s_g＝c_pln(T₂′/T₁)−Rln(p₂/p₁)＝1.005ln(580/300)−0.287ln10＝0.671−0.661＝0.010kJ/(kg·K)31.（12分）某朗肯循环蒸汽动力装置，初参数p₁＝10MPa，t₁＝550℃，背压p₂＝5kPa。汽轮机相对内效率η_T＝0.85，泵效率η_P＝0.75。查表得：h₁＝3500kJ/kg，s₁＝6.755kJ/(kg·K)；p₂下s_f＝0.476kJ/(kg·K)，s_g＝8.395kJ/(kg·K)，h_f＝137.8kJ/kg，h_g＝2561kJ/kg。求：（1）汽轮机出口干度x₂；（2）实际出口焓h₂a；（3）循环热效率η_t。答案：（1）可逆膨胀s₂s＝s₁＝6.755，x₂s＝(6.755−0.476)/(8.395−0.476)＝0.794h₂s＝137.8＋0.794×(2561−137.8)＝2063kJ/kg（2）h₂a＝h₁−η_T(h₁−h₂s)＝3500−0.85×(3500−2063)＝2278kJ/kgx₂＝(2278−137.8)/2423＝0.883（3）泵功w_p＝v_f(p₁−p₂)/η_P＝0.001005×(10000−5)/0.75＝13.4kJ/kgh₃＝h_f＋w_p＝137.8＋13.4＝151.2kJ/kgq_in＝h₁−h₃＝3348.8kJ/kgw_net＝(h₁−h₂a)−w_p＝(3500−2278)−13.4＝1208.6kJ/kgη_t＝w_net/q_in＝1208.6/3348.8＝36.1%32.（12分）某空气标准奥托循环，压缩比ε＝8，初态p₁＝0.1MPa，T₁＝300K，加热量q_in＝1800kJ/kg，c_v＝0.718kJ/(kg·K)，k＝1.4。求：（1）各状态点温度T₂、T₃、T₄；（2）循环热效率；（3）平均有效压力MEP。答案：（1）T₂＝T₁ε^(k−1)＝300×8^0.4＝689KT₃＝T₂＋q_in/c_v＝689＋1800/0.718＝3196KT₄＝T₃/ε^(k−1)＝3196/8^0.4＝1392K（2）η＝1−1/ε^(k−1)＝1−1/8^0.4＝56.5%（3）q_out＝c_v(T₄−T₁)＝0.718×(1392−300)＝784kJ/kgw_net＝q_in−q_out＝1016kJ/kgv₁＝RT₁/p₁＝0.287×300/100＝0.861m³/kgv₂＝v₁/ε＝0.1076m³/kgMEP＝w_net/(v₁−v₂)＝1016/(0.861−0.1076)＝1348kPa＝1.348MPa33.（12分）某氨蒸气压缩制冷循环，蒸发温度−20℃，冷凝温度40℃，压缩机入口干饱和蒸气，冷凝器出口饱和液。查lgph图得：h₁＝1420kJ/kg，h₂s＝1680kJ/kg（等熵），h₃＝320kJ/kg，h₄＝h₃。压缩机绝热效率η_c＝0.80，制冷量Q_L＝100kW。求：（1）氨质量流量；（2）压缩机实际出口焓h₂a；（3）压缩机功率P_c；（4）制冷系数COP。答案：（1）q_L＝h₁−h₄＝1100kJ/kg，ṁ＝Q_L/q_L＝100/1100＝0.0909kg/s（2）h₂a＝h₁＋(h₂s−h₁)/η_c＝1420＋(1680−1420)/0.8＝1745kJ/kg（3）P_c＝ṁ(h₂a−h₁)＝0.0909×325＝29.5kW（4）COP＝Q_L/P_c＝100/29.5＝3.3934.（14分）某大型锅炉采用再热—回热朗肯循环，参数如下：初压p₁＝20MPa，初温t₁＝600℃；高压缸排汽压力4MPa，再热至600℃；背压5kPa；采用一级混合式回热器，抽汽压力0.5MPa。忽略泵功，查表得主要焓值：h₁＝3670，h₂s＝2950（高压缸可逆），h₃＝3670（再热后），h₄s＝2260（低压缸可逆），h_f@0.5MPa＝640，h_f@5kPa＝137。汽轮机内效率：高压缸η_H＝0.85，低压缸η_L＝0.85。求：（1）抽汽系数α；（2）循环总吸热量q_in；（3）循环总放热量q_out；（4）循环热效率η_t。答案：（1）高压缸实际排汽焓h₂a＝h₁−η_H(h₁−h₂s)＝3670−0.85×720＝3058kJ/kg低压缸实际排汽焓h₄a＝h₃−η_L(h₃−h₄s)＝3670−0.85×1410＝2471kJ/kg