工程热力学自考试题及答案

工程热力学自考试题及答案一、单项选择题（每题1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.在闭口系统中，若系统与外界无热量交换，但有轴功输出，则该过程一定满足（）A.内能增加B.焓值不变C.熵产为零D.熵流为零答案：D2.对于理想气体，若温度升高而压力不变，则其比容将（）A.减小B.增大C.不变D.先增大后减小答案：B3.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差C.高温热源与低温热源的绝对温度D.循环净功答案：C4.水蒸气在汽轮机内膨胀作功，若忽略散热，则该过程可近似看作（）A.定压过程B.定温过程C.绝热可逆过程D.绝热不可逆过程答案：D5.湿空气相对湿度φ=0表示（）A.干空气B.饱和湿空气C.水蒸气分压为零D.含湿量为零答案：C6.若某气体的压缩因子Z>1，则说明该气体（）A.比理想气体更易压缩B.比理想气体更难压缩C.与理想气体无差异D.处于临界状态答案：B7.在朗肯循环中，提高初压而保持初温与背压不变，则排汽干度将（）A.升高B.降低C.不变D.先升后降答案：B8.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.比熵答案：C9.理想气体绝热节流前后，下列参数一定不变的是（）A.温度B.焓C.熵D.压力答案：B10.若某热机从500K热源吸热1000kJ，向300K冷源放热400kJ，则该热机（）A.可逆B.不可逆C.不可能实现D.处于平衡答案：B11.在Ts图上，理想气体定容过程线比定压过程线（）A.更陡B.更平缓C.重合D.无法比较答案：A12.当湿空气被冷却到露点温度以下时，首先出现的现象是（）A.温度骤降B.含湿量增加C.水蒸气凝结D.相对湿度降低答案：C13.若某系统经历一循环后，系统熵变ΔSsys=0，则（）A.循环可逆B.循环不可逆C.循环不可能D.无法判断答案：A14.理想气体在喷管中作等熵膨胀，若入口速度可忽略，则出口流速与下列哪项无关（）A.入口焓值B.出口焓值C.气体常数D.喷管形状答案：D15.对于水蒸气，干度x=0表示（）A.饱和水B.饱和蒸汽C.过热蒸汽D.未饱和水答案：A16.若某制冷循环的COP为4，则从低温热源移热量为400kJ时，需输入功（）A.50kJB.100kJC.200kJD.400kJ答案：B17.在理想气体混合过程中，若组分A与B的摩尔分数相等，则它们的分压（）A.相等B.与分子量成正比C.与分子量成反比D.与温度成正比答案：A18.若某系统经历一绝热过程，外界对系统作功100kJ，则系统内能变化为（）A.−100kJB.0C.100kJD.无法确定答案：C19.对于理想气体，下列哪项关系式恒成立（）A.(∂u/∂v)T=0B.(∂h/∂p)T=0C.(∂s/∂T)p=0D.(∂u/∂T)p=0答案：A20.若某气体经历一多变过程pv^n=常数，当n=∞时，该过程为（）A.定压B.定温C.定容D.绝热答案：C二、多项选择题（每题2分，共10分。每题有两个或两个以上正确答案，请将所有正确选项的字母填在括号内，漏选、错选均不得分）21.下列哪些因素会影响简单朗肯循环的热效率（）A.初温B.初压C.背压D.汽轮机相对内效率答案：A、B、C、D22.关于理想气体，下列说法正确的有（）A.内能仅是温度函数B.焓仅是温度函数C.定压比热与定容比热之比为常数D.绝热指数等于等熵指数答案：A、B、C、D23.下列哪些过程一定导致系统熵增加（）A.不可逆绝热膨胀B.可逆定温吸热C.不可逆定温放热D.绝热自由膨胀答案：A、D24.湿空气的下列参数中，哪些与干空气质量无关（）A.含湿量B.相对湿度C.露点温度D.水蒸气分压答案：B、C、D25.若某热机工作在两个恒温热源之间，下列措施可提高循环热效率的有（）A.提高高温热源温度B.降低低温热源温度C.采用回热D.增大循环净功答案：A、B三、填空题（每空1分，共20分）26.理想气体状态方程为________，其通用气体常数R0=________kJ/(kmol·K)。答案：pv=RT，8.31427.卡诺循环由两个________过程和两个________过程组成。答案：定温，绝热28.水蒸气的临界点参数为：tc=________°C，pc=________MPa。答案：374，22.06429.对于理想气体，定压比热cp与定容比热cv满足关系式________。答案：cp−cv=R30.湿空气的含湿量定义为________质量与________质量之比。答案：水蒸气，干空气31.在Ts图上，理想气体定压线斜率为________，定容线斜率为________。答案：T/cp，T/cv32.若某系统经历一循环，系统对外作功200kJ，从热源吸热500kJ，则其热效率为________。答案：0.433.理想气体绝热可逆过程方程为________，其中k=________。答案：pv^k=常数，cp/cv34.若某气体的临界压缩因子Zc=0.27，则该气体偏离理想气体程度较________（大/小）。答案：大35.朗肯循环中，给水泵的作用是________，汽轮机的作用是________。答案：提高给水压力，膨胀作功四、简答题（每题6分，共30分）36.简述热力学第一定律的表述，并写出闭口系统能量方程。答案：热力学第一定律表述为：能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。闭口系统能量方程：Q−W=ΔU，其中Q为系统吸热量，W为系统对外作功，ΔU为系统内能变化。37.说明理想气体与实际气体在节流过程中的温度变化差异，并解释原因。答案：理想气体节流前后焓不变，温度不变；实际气体节流后温度可能升高、降低或不变，取决于焦耳—汤姆逊系数μJT=(∂T/∂p)h。若μJT>0，节流降温；μJT<0，节流升温；μJT=0，温度不变。原因在于实际气体分子间存在相互作用，焓值不仅与温度有关，还与压力有关。38.画出蒸汽压缩制冷循环的lgph图，并标出四个主要状态点。答案：图略（文字描述）：1—压缩机入口，低温低压干饱和蒸汽；2—压缩机出口，高温高压过热蒸汽；3—冷凝器出口，高压饱和液体；4—膨胀阀出口，低温低压两相区。39.解释“熵产”与“熵流”的概念，并说明它们在系统熵变中的作用。答案：熵流是系统与外界换热引起的熵变化，符号为ΔSf=∫δQ/T；熵产是由于系统内部不可逆因素（摩擦、温差、混合等）引起的熵增，符号为ΔSg，恒≥0。系统熵变ΔS=ΔSf+ΔSg。可逆过程ΔSg=0，不可逆过程ΔSg>0。40.简述提高燃气—蒸汽联合循环效率的主要技术途径。答案：(1)提高燃气轮机初温；(2)采用多级回热与间冷；(3)提高蒸汽循环初参数；(4)采用三压再热余热锅炉；(5)优化汽水侧匹配，减小换热温差；(6)降低背压与排气损失。五、计算题（共50分）41.（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）经绝热可逆压缩到状态2（p2=1.0MPa）。求：(1)终态温度T2；(2)单位质量压缩功；(3)单位质量内能变化。答案：(1)T2=T1(p2/p1)^((k−1)/k)=300×10^(0.2857)=579K(2)w=(u1−u2)=cv(T1−T2)=0.717×(300−579)=−200.3kJ/kg（负号表示外界对系统作功）(3)Δu=cvΔT=0.717×279=200kJ/kg42.（12分）某朗肯循环蒸汽参数：初压p1=10MPa，初温t1=550°C，背压p2=10kPa。汽轮机相对内效率ηoi=0.85，忽略泵功。求：(1)汽轮机出口干度；(2)循环热效率；(3)汽轮机比功。答案：查表得：h1=3500kJ/kg，s1=6.755kJ/(kg·K)；p2=10kPa时，sf=0.649，sg=8.150，hf=191.8，hfg=2392.8。(1)理想出口干度x2s=(6.755−0.649)/(8.150−0.649)=0.812理想出口焓h2s=191.8+0.812×2392.8=2135kJ/kg实际出口焓h2=h1−ηoi(h1−h2s)=3500−0.85×1365=2339kJ/kg实际干度x2=(2339−191.8)/2392.8=0.898(2)锅炉吸热量q1=h1−hfw≈3500−191.8=3308kJ/kg循环净功wnet=h1−h2=1161kJ/kg热效率η=wnet/q1=1161/3308=0.351(3)汽轮机比功wt=1161kJ/kg43.（14分）某空气标准布雷顿循环，压比π=12，初温T1=300K，最高温度T3=1400K，k=1.4，cp=1.005kJ/(kg·K)。求：(1)循环热效率；(2)单位质量净功；(3)若采用理想回热，求新热效率。答案：(1)无回热效率η=1−1/π^((k−1)/k)=1−1/12^0.2857=0.508(2)T2=T1π^((k−1)/k)=300×2.208=662KT4=T3/π^((k−1)/k)=1400/2.208=634Kwnet=cp[(T3−T4)−(T2−T1)]=1.005×(766−362)=406kJ/kg(3)理想回热时，T2′=T4=634K，T4′=T2=662K新吸热量q1′=cp(T3−T4)=1.005×(1400−634)=770kJ/kg新热效率η′=wnet/q1′=406/770=0.52744.（14分）某蒸汽压缩制冷循环采用R134a，蒸发温度−20°C，冷凝温度40°C，压缩机入口为干饱和蒸汽，绝热效率ηc=0.8，冷凝器出口为饱和液体。求：(1)单位质量制冷量；(2)压缩机单位耗功；(3)制冷系数COP；(4)若质量流量为0.1kg/s，求制冷量(kW)。答案：查R134a表：h1=386.6kJ/kg（−20°C干饱和蒸汽）h3=h4=