2025年工程热力学全程模拟题及答案

2025年工程热力学全程模拟题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在理想气体状态方程pV=mRT中，R的物理意义是（）A.气体常数，与气体种类无关B.通用气体常数，与气体种类无关C.比气体常数，与气体种类有关D.比热容，与气体种类有关答案：C2.对于闭口系统，下列哪一项不是热力学第一定律的表达式（）A.Q=ΔU+WB.δQ=dU+δWC.Q=ΔH+WtD.ΔU=Q–W答案：C3.卡诺循环的热效率仅取决于（）A.工质种类B.高温热源与低温热源的温度C.循环净功D.循环压力比答案：B4.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.内能降C.熵增D.热量答案：A5.理想气体绝热节流前后（）A.焓不变，温度不变B.焓不变，温度可能变C.焓降，温度降D.焓增，温度增答案：B6.湿空气的含湿量是指（）A.单位质量干空气所带水蒸气质量B.单位体积湿空气所带水蒸气质量C.水蒸气分压力与干空气分压力之比D.水蒸气质量与湿空气总质量之比答案：A7.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.高温与低温热源温差成正比答案：C8.在Ts图上，理想气体定压线比定容线（）A.更陡B.更平缓C.重合D.无法确定答案：B9.对于实际气体，焦耳—汤姆逊系数μJT>0表示（）A.节流后温度升高B.节流后温度降低C.节流后温度不变D.节流后压力升高答案：B10.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.提高最高温度B.降低最低温度C.减少外部加热量D.减少外部放热量答案：C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.下列哪些过程在理想气体模型中属于可逆绝热过程（）A.定熵膨胀B.定熵压缩C.定温膨胀D.定压加热答案：A、B12.水蒸气hs图上，等干度线具有的特征包括（）A.在饱和区为直线B.在过热区不存在C.与等压线正交D.与等温线重合答案：A、B13.提高朗肯循环热效率的有效措施有（）A.提高初压B.提高初温C.降低背压D.采用再热答案：A、B、C、D14.下列哪些因素会导致往复式压气机容积效率下降（）A.余隙比增大B.压比升高C.进气温度升高D.转速升高答案：A、B、C15.关于湿球温度，正确的有（）A.绝热饱和温度近似等于湿球温度B.湿球温度≤干球温度C.相对湿度100%时湿球温度=干球温度D.湿球温度可用于查含湿量答案：A、B、C、D三、填空题（每空2分，共20分）16.理想气体定压比热cp与定容比热cv满足关系：cp–cv=________。答案：R17.水在0.1MPa下的饱和温度为________℃。答案：99.6318.卡诺循环热效率表达式为ηt=1–________。答案：Tc/Th19.理想气体绝热指数k=________。答案：cp/cv20.湿空气相对湿度φ=________×100%。答案：pv/ps21.朗肯循环中，给水泵消耗的功称为________功。答案：泵22.燃气轮机循环压气机出口温度T2与进口温度T1的关系为T2=T1·________。答案：(p2/p1)^((k1)/k)23.水蒸气临界压力为________MPa。答案：22.06424.焦耳—汤姆逊系数μJT=(∂T/∂p)________。答案：h25.逆朗肯循环中，蒸发器吸热量QL=m·(h1–h4)，其中h4为________焓。答案：膨胀阀出口四、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）26.理想气体混合物的总压力等于各组分分压力之和。（）答案：√27.水蒸气在汽轮机内膨胀若存在摩擦，其出口熵将小于进口熵。（）答案：×28.对于闭口系统，Q=0且W=0，则系统的热力学能一定不变。（）答案：√29.湿空气的露点温度不可能高于干球温度。（）答案：√30.理想气体定温过程，技术功等于膨胀功。（）答案：√31.再热循环一定能提高朗肯循环的汽轮机出口干度。（）答案：√32.理想气体节流后温度一定不变。（）答案：×33.燃气轮机循环中，回热器的作用是降低排气温度。（）答案：√34.对于实际气体，临界等温线在临界点处出现拐点。（）答案：√35.提高压气机出口压力总可以提高燃气轮机循环的比功。（）答案：×五、简答题（每题6分，共30分）36.简述热力学第二定律的两种经典表述，并说明其等价性。答案：开尔文表述：不可能从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化。克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。等价性证明：若违反开尔文表述，则可构造一台从单一热源吸热完全变功的机器，用该功驱动制冷机，即可将热量从低温传到高温而不消耗外界功，即违反克劳修斯表述；反之亦然。故两种表述等价。37.何谓“干度”？在hs图上如何读取湿蒸汽的干度？答案：干度x为饱和蒸汽质量与湿蒸汽总质量之比。hs图上饱和区有一簇等干度线，从临界点向右下方放射，与等压线相交点对应的x值即为该状态干度。已知压力与焓值，可在饱和区定位交点，直接读取x。38.说明朗肯循环采用再热的主要目的及限制。答案：目的：提高汽轮机末级蒸汽干度，防止叶片侵蚀；同时可提高平均吸热温度，提升热效率。限制：再热压力选择需兼顾热效率与设备成本，再热次数过多使系统复杂，通常采用一次再热，再热压力为初压的20%–30%。39.理想气体混合熵增原理如何体现？请给出定量表达式。答案：不同组分在相同T、p下混合，因分压下降，每种气体经历“膨胀”，产生熵增。对第i组分，ΔSi=–niRln(pi/p)。总混合熵增ΔS=–RΣnilnyi，其中yi为摩尔分数。该值恒>0，体现孤立系统熵增。40.何谓“压缩因子”？如何利用通用化压缩因子图判断实际气体偏离理想气体的程度？答案：压缩因子Z=pv/RT，理想气体Z≡1。Z>1表示气体比理想气体难压缩，Z<1表示易压缩。通用化图以对比压力pr、对比温度Tr为坐标，查得Z值，偏离1越远，偏离理想气体行为越显著。六、计算题（共55分）41.封闭气缸内0.5kg空气，初态p1=0.1MPa，T1=300K，定压加热至T2=900K。已知cv=0.718kJ/(kg·K)，cp=1.005kJ/(kg·K)。求：（1）加热量Q；（2）内能变化ΔU；（3）对外做功W。（10分）答案：（1）Q=mcp(T2–T1)=0.5×1.005×600=301.5kJ（2）ΔU=mcv(T2–T1)=0.5×0.718×600=215.4kJ（3）W=Q–ΔU=301.5–215.4=86.1kJ42.某卡诺热机工作在800K与300K之间，每小时吸热8000kJ。求：（1）热效率；（2）净功率输出；（3）每小时排热量。（10分）答案：（1）η=1–300/800=0.625（2）P=ηQ̇=0.625×8000/3600=1.389kW（3）Q̇L=Q̇H(1–η)=8000×0.375=3000kJ/h43.蒸汽初参数p1=10MPa，t1=550℃，背压p2=5kPa，朗肯循环。忽略泵功，求：（1）汽轮机出口干度；（2）循环热效率。已知：h1=3500kJ/kg，s1=6.756kJ/(kg·K)；p2下sf=0.476kJ/(kg·K)，sg=8.393kJ/(kg·K)，hf=137.8kJ/kg，hfg=2423kJ/kg。（12分）答案：（1）s2=s1=6.756，x=(6.756–0.476)/(8.393–0.476)=0.794（2）h2=hf+xhfg=137.8+0.794×2423=2062kJ/kgWt=h1–h2=3500–2062=1438kJ/kgqin=h1–hf=3500–137.8=3362.2kJ/kgη=1438/3362.2=0.428（42.8%）44.某理想气体k=1.4，R=0.287kJ/(kg·K)，经绝热可逆压缩，压比为8，初温300K。求终温及技术功。（8分）答案：T2=T1·(p2/p1)^((k1)/k)=300×8^0.286=543Kwt=cp(T1–T2)=1.005×(300–543)=–244kJ/kg（负号表示耗功）45.湿空气参数：干球温度30℃，湿球温度20℃，大气压100kPa。已知20℃时ps=2.339kPa，30℃时ps=4.247kPa。求含湿量d与焓h。（15分）答案：由湿球方程：pv=ps,w–(p–ps,w)(t–tw)/(2830–1.15tw)pv=2.339–(100–2.339)(30–20)/(2830–23)=2.339–0.348=1.991kPad=0.622pv/(p–pv)=0.622×1.991/(100–1.991)=0.0126kg/kg干空气h=1.005t+d(2501+1.86t)=1.005×30+0.0126×2556.8=30.15+32.2=62.35kJ/kg干空气七、综合分析题（共30分）46.某大型燃气—蒸汽联合循环如图，燃气轮机排气（550℃）进入余热锅炉，产生蒸汽参数同第43题，燃气侧排气终温120℃。燃气流量50kg/s，燃气cp=1.1kJ/(kg·K)。求：（1）余热锅炉每小时可提供蒸汽量；（2）联合循环总功率；（3）联合循环总效率。（15分）答案：（1）燃气放热Q̇g=mgcp(Tin–Tout)=50×1.1×(550–120)=23650kW蒸汽吸热q=3362.2kJ/kg（同43题）ms=Q̇g×3600/q=23650×3600/3362.2=25.3t/h（2）蒸汽侧功率Ps=msWt/3600=25.3×1438/3600=10.1MW燃气侧：燃气轮机初温1350℃，压比18，ηc=ηt=0.9，估算燃气轮机净功率约35MW（详细略）总功率≈35+10.1=45.1MW（3）燃气输入热Qin=mgcp(1350–25)/0.9≈50×1.1×1325/0.9=80972kW总效率η=45.1/80.97=0.557（55.7%）47.某制冷循环采用R134a，蒸发温度–10℃，冷凝温度40℃，压缩机入口干饱和蒸汽，出口过热5℃，等熵效率0.8。求：（1）单位质量制冷量；（2）压缩机单位耗功；（3）COP。（15分）已知：–10℃下h1=241.3kJ/kg，s1=0.925kJ/(kg·K)；40℃下ps=1.016MPa，hc=256.2kJ/kg，sc=0.908kJ/(kg·K)；5℃过热h2s=280kJ/kg。答案：（1）qL=h1–h4=2