2025年度工程热力学试题及答案

2025年度工程热力学试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.理想气体在定温过程中，若体积增大为原来的2倍，则其压力变化为A.增大为原来的2倍B.减小为原来的1/2C.保持不变D.减小为原来的1/4答案：B2.某闭口系统经历一循环后，系统对外做功200kJ，同时从热源吸热500kJ，则系统向冷源放热量为A.200kJB.300kJC.500kJD.700kJ答案：B3.对于理想气体，下列状态参数中仅与温度有关的是A.焓B.熵C.内能D.比容答案：C4.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.循环压力比有关答案：B5.水蒸气在湿蒸汽区，若干度x=0.8，则其比焓h可表示为A.h=hfB.h=hgC.h=hf+xhfgD.h=hf+xhg答案：C6.空气在喷管中作等熵膨胀，若入口马赫数Ma<1，则喷管形状应为A.渐扩B.渐缩C.先渐缩后渐扩D.等截面答案：B7.理想气体绝热节流前后，下列参数保持不变的是A.温度B.压力C.焓D.熵答案：C8.某蒸汽动力装置采用再热后，汽轮机排汽干度将A.降低B.升高C.不变D.先升后降答案：B9.逆卡诺循环用于制冷时，其性能系数COP与A.高温热源温度成正比B.低温热源温度成反比C.高温与低温热源温差成反比D.高温热源温度成反比答案：C10.若某理想气体经历一不可逆绝热过程，其熵变ΔsA.一定为零B.一定大于零C.一定小于零D.可正可负答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分，每题至少有两个正确答案，多选少选均不得分）11.下列措施可提高朗肯循环热效率的是A.提高锅炉压力B.降低冷凝器压力C.提高汽轮机入口温度D.增大给水泵功率答案：A、B、C12.理想气体在多变过程中，若1<n<k，则过程特性为A.吸热且升温B.吸热且降温C.膨胀对外做功D.压缩耗功答案：A、C13.下列属于强度量的是A.温度B.压力C.比容D.总内能答案：A、B、C14.关于湿空气，下列说法正确的是A.露点温度随含湿量增加而升高B.相对湿度φ=1时空气饱和C.含湿量d的单位为kg/kg(干空气)D.湿球温度总高于干球温度答案：A、B、C15.蒸汽压缩制冷循环中，若冷凝器冷却水温度降低，则A.冷凝压力下降B.单位质量制冷量增大C.压缩机耗功减少D.制冷系数COP提高答案：A、B、C、D三、填空题（每空2分，共20分）16.理想气体状态方程可写为________，其中R为________。答案：pv=RT，气体常数17.卡诺循环由两个________过程和两个________过程组成。答案：等温，绝热18.水在1atm下饱和温度为________℃，此时汽化潜热为________kJ/kg。答案：100，225719.空气在标准状况（0℃，1atm）下的密度约为________kg/m³，气体常数R=________kJ/(kg·K)。答案：1.293，0.28720.朗肯循环中，给水泵耗功约占汽轮机做功的________%，故可近似为________过程。答案：2~4，绝热21.理想气体绝热指数k=cp/cv，对于空气k≈________，其cp≈________kJ/(kg·K)。答案：1.4，1.00522.蒸汽压缩制冷循环的四大件为________、________、________、________。答案：压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器四、简答题（共25分）23.（6分）封闭系统经历一不可逆过程，系统对外放热200kJ，外界对系统做功150kJ，求系统内能变化并说明符号意义。答案：ΔU=Q–W=–200–150=–350kJ，负号表示系统内能减少350kJ。24.（6分）写出稳态稳流能量方程，并说明各项物理意义。答案：q–w=Δh+Δke+Δpeq：单位质量吸热量；w：单位质量对外做功；Δh：焓变；Δke：动能变化；Δpe：势能变化。25.（6分）何谓“干度”？湿蒸汽区干度范围如何？答案：干度x为饱和蒸汽质量与湿蒸汽总质量之比，0≤x≤1，x=0为饱和液，x=1为饱和汽。26.（7分）说明再热回热联合提高朗肯循环热效率的机理。答案：再热提高汽轮机末级干度，允许提高初温；回热利用抽汽预热给水，减少冷源损失，平均吸热温度升高，热效率提高。五、计算题（共70分）27.（12分）1kg空气在活塞气缸内由p1=0.1MPa、t1=20℃被定压加热至t2=200℃，求：(1)吸热量；(2)对外做功；(3)熵变。已知：cp=1.005kJ/(kg·K)，R=0.287kJ/(kg·K)。答案：(1)q=cpΔT=1.005×180=180.9kJ/kg(2)w=RΔT=0.287×180=51.7kJ/kg(3)Δs=cpln(T2/T1)=1.005×ln(473/293)=0.526kJ/(kg·K)28.（14分）某卡诺热机工作在800K与300K之间，每小时吸热9×10⁵kJ，求：(1)热效率；(2)输出功率(kW)；(3)每小时排热量。答案：(1)η=1–300/800=0.625(2)P=ηQ̇=0.625×9×10⁵/3600=156.25kW(3)Q̇L=Q̇H–Ẇ=9×10⁵–0.625×9×10⁵=3.375×10⁵kJ/h29.（16分）蒸汽以p1=3MPa、t1=400℃进入汽轮机，绝热膨胀至p2=0.005MPa，等熵效率ηs=0.85，求：(1)出口干度；(2)单位质量汽轮机功；(3)单位质量熵产。查表得：h1=3230.9kJ/kg，s1=6.9212kJ/(kg·K)；p2下hf=137.82，hfg=2423.7，sf=0.4764，sfg=7.9187。答案：(1)s2s=s1=6.9212=sf+x2s·sfg⇒x2s=(6.9212–0.4764)/7.9187=0.814h2s=hf+x2s·hfg=137.82+0.814×2423.7=2110.3kJ/kgwisen=h1–h2s=1120.6kJ/kgwact=ηs·wisen=0.85×1120.6=952.5kJ/kgh2act=h1–wact=2278.4kJ/kgx2act=(h2act–hf)/hfg=(2278.4–137.82)/2423.7=0.883(2)wact=952.5kJ/kg(3)s2act=sf+x2act·sfg=0.4764+0.883×7.9187=7.47kJ/(kg·K)Δsgen=s2act–s1=7.47–6.9212=0.5488kJ/(kg·K)30.（14分）某空气标准奥托循环，压缩比ε=8，初态p1=0.1MPa、t1=25℃，最高温度T3=1800K，k=1.4，求：(1)各状态点温度；(2)热效率；(3)平均有效压力。答案：T2=T1ε^(k–1)=298×8^0.4=684.6KT4=T3/ε^(k–1)=1800/8^0.4=783.9Kη=1–1/ε^(k–1)=1–1/8^0.4=0.5647qin=cv(T3–T2)=0.718×(1800–684.6)=800.9kJ/kgwnet=η·qin=0.5647×800.9=452.3kJ/kgv1=RT1/p1=0.287×298/100=0.855m³/kgv2=v1/ε=0.1069m³/kgmep=wnet/(v1–v2)=452.3/(0.855–0.1069)=604kPa31.（14分）某蒸汽压缩制冷循环用R134a，蒸发温度–10℃，冷凝温度40℃，压缩机入口为饱和蒸汽，出口焓h2=430kJ/kg，冷凝器出口为饱和液，求：(1)单位质量制冷量；(2)压缩机耗功；(3)COP；(4)若制冷量为10kW，求质量流量。查表得：h1=392.5kJ/kg，h3=h4=256.4kJ/kg。答案：(1)qL=h1–h4=392.5–256.4=136.1kJ/kg(2)w=h2–h1=430–392.5=37.5kJ/kg(3)COP=qL/w=136.1/37.5=3.63(4)ṁ=Q̇L/qL=10/136.1=0.0735kg/s=264.6kg/h六、综合分析题（共20分）32.（20分）某联合循环电站由燃气轮机（布雷顿循环）与蒸汽轮机（朗肯循环）组成，燃气轮机排气进入余热锅炉产生蒸汽。已知：空气流量50kg/s，燃气轮机入口1200K，压力比16，ηc=0.88，ηt=0.92；蒸汽侧：单压朗肯，p锅炉=8MPa，t过热=500℃，冷凝器8kPa，汽轮机ηs=0.90，泵ηp=0.85。求：(1)燃气轮机净功率；(2