(完整版)工程热力学期末复习题及答案

(完整版)工程热力学期末复习题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列关于热力学平衡的说法正确的是A.系统内部温度均匀即可判定处于热力学平衡B.系统处于力学平衡时必定同时处于化学平衡C.系统处于热力学平衡必须同时满足热平衡、力学平衡、化学平衡和相平衡D.系统与外界无能量交换即处于热力学平衡答案：C2.对于理想气体，下列偏导数中等于零的是A.(∂u/∂T)_vB.(∂h/∂p)_TC.(∂s/∂v)_TD.(∂u/∂v)_T答案：D3.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.循环最高压力有关答案：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.湿空气相对湿度φ=0表示A.干空气分压力为零B.水蒸气分压力为零C.含湿量为零D.温度为零答案：B6.理想气体节流前后A.焓不变，温度不变B.焓不变，温度可能变C.焓变，温度不变D.焓变，温度变答案：B7.下列过程中不可逆性最小的是A.绝热节流B.定温吸热C.定熵压缩D.有温差的传热答案：C8.朗肯循环中提高初压对循环热效率的影响是A.一定提高B.一定降低C.可能提高也可能降低D.无影响答案：A9.回热循环的热效率比简单朗肯循环高，其主要原因是A.平均吸热温度升高B.平均放热温度降低C.汽轮机做功增加D.泵功减少答案：A10.若某系统完成一个循环后与外界交换的净热量为+50kJ，则该系统对外做的净功为A.–50kJB.0C.+50kJD.无法确定答案：C二、多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）11.下列参数中属于状态量的有A.热量B.焓C.功D.熵E.温度答案：BDE12.使朗肯循环热效率提高的措施有A.提高初温B.提高初压C.降低背压D.采用再热E.采用回热答案：ABCDE13.理想气体可逆绝热过程满足A.pv^k=常数B.Tv^(k–1)=常数C.Tp^((1–k)/k)=常数D.Δs=0E.q=0答案：ABCDE14.水蒸气定压汽化阶段A.温度不变B.焓增加C.熵增加D.比容增加E.干度增加答案：ABCDE15.湿空气加热过程若含湿量不变，则A.水蒸气分压力不变B.露点温度不变C.相对湿度降低D.焓增加E.比容增加答案：ABCDE三、填空题（每空2分，共20分）16.1kg空气（R=0.287kJ/(kg·K)）从300K定容加热到600K，吸热量q=______kJ。答案：215.2517.卡诺循环高温热源1000K，低温热源300K，则热效率η_t=______%。答案：7018.理想气体可逆绝热指数k=1.4，则气体定压比热容c_p=______kJ/(kg·K)（已知R=0.287）。答案：1.004519.水蒸气在0.1MPa下饱和温度为99.63°C，汽化潜热r=2257kJ/kg，则1kg饱和水完全汽化对外做功（忽略液相体积）约为______kJ。答案：169.520.某汽轮机入口焓3500kJ/kg，出口焓2200kJ/kg，绝热效率0.88，则实际出口焓为______kJ/kg。答案：238021.湿空气温度30°C，露点20°C，则其相对湿度φ≈______%（查表得30°C时p_s=4.247kPa，20°C时p_s=2.339kPa）。答案：55.122.理想气体可逆定温膨胀从1m³到2m³，温度400K，气体常数R=0.287kJ/(kg·K)，质量1kg，则对外做功W=______kJ。答案：79.723.某系统熵产0.5kJ/K，环境温度300K，则作功能力损失I=______kJ。答案：15024.朗肯循环背压5kPa，凝结水焓137.8kJ/kg，饱和水焓137.8kJ/kg，则循环最低温度约为______°C（查表）。答案：32.925.压缩比为8的奥托循环，k=1.4，则理想热效率η=______%。答案：56.5四、简答题（每题6分，共30分）26.封闭系统经历一不可逆过程，系统对外放热100kJ，外界对系统做功50kJ，系统内能变化ΔU为多少？并说明能否用ΔS=∫δQ/T计算系统熵变？答案：由第一定律ΔU=Q–W=–100–(–50)=–50kJ。不可逆过程不能用ΔS=∫δQ/T计算熵变，因为该式仅适用于可逆过程；系统熵变应通过可逆路径或状态量计算。27.为什么实际气体节流后温度可能升高、降低或不变？给出判断依据。答案：焦耳—汤姆逊系数μ_J=(∂T/∂p)_h。若μ_J>0，节流后降温；μ_J<0，升温；μ_J=0，温度不变。μ_J符号取决于气体状态及物性，故温度变化不确定。28.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)提高压气机压比并采用先进冷却技术；(3)采用三级回热、再热、补燃等方式优化余热锅炉；(4)提高蒸汽循环初参数；(5)降低背压；(6)采用干燥低氮燃烧降低排放损失。29.何谓“湿蒸汽的干度”？说明在hs图上如何确定干度。答案：干度x为湿蒸汽中饱和蒸汽质量占总质量的比例。hs图上饱和区内绘有等干度线，已知状态点落在某等干度线上即可直接读数；若状态点位于两相区，可通过等压线与饱和液线、饱和汽线之间的相对位置用杠杆定律计算。30.解释“自发过程方向性”与熵增原理的关系，并举例说明。答案：孤立系统熵增原理指出：ΔS_iso≥0，等号可逆，不等号不可逆。任何自发过程均使孤立系熵增加，故方向性由熵增决定。例如高温物体向低温物体传热，总熵增加，反向传热虽能量守恒，但熵减，违背原理，故不能自发进行。五、计算与分析题（共65分）31.（12分）1kg空气（c_p=1.005kJ/(kg·K)，R=0.287kJ/(kg·K)）经历以下可逆过程：1→2定熵压缩，初态100kPa、27°C，压缩比v_1/v_2=7；2→3定压加热至1200K；3→4定熵膨胀至v_4=v_1；4→1定容放热回初态。(1)绘pv图与Ts图；(2)求循环热效率；(3)求1→2过程技术功。答案：(1)图略。(2)T_2=T_1(v_1/v_2)^(k–1)=300×7^0.4�653K；q_in=c_p(T_3–T_2)=1.005(1200–653)=549.7kJ/kg；T_4=T_3(v_3/v_4)^(k–1)=1200×(v_2/v_1)^(k–1)=1200/7^0.4�551K；q_out=c_v(T_4–T_1)=0.718(551–300)=180.3kJ/kg；η=1–q_out/q_in=1–180.3/549.7≈67.2%。(3)w_t=–Δh=–c_p(T_2–T_1)=–1.005(653–300)=–355kJ/kg（负号表示消耗功）。32.（13分）某朗肯循环蒸汽初参数10MPa、550°C，背压5kPa，汽轮机绝热效率0.85，泵效率0.75。查表得：h_1=3500kJ/kg，s_1=6.755kJ/(kg·K)；5kPa下h_f=137.8kJ/kg，h_g=2561kJ/kg，s_f=0.476kJ/(kg·K)，s_g=8.395kJ/(kg·K)，v_f=0.001005m³/kg。(1)求汽轮机实际出口干度；(2)求循环净功；(3)求循环热效率；(4)与同参数理想朗肯循环比较效率下降百分点。答案：(1)理想出口s_2s=s_1=6.755，干度x_s=(6.755–0.476)/(8.395–0.476)=0.793；h_2s=137.8+0.793×(2561–137.8)=2058kJ/kg；实际h_2=h_1–η_t(h_1–h_2s)=3500–0.85(3500–2058)=2274kJ/kg；x=(2274–137.8)/(2561–137.8)=0.882。(2)泵理想功w_p_s=v_f(p_1–p_2)=0.001005(10000–5)=10.05kJ/kg；实际w_p=10.05/0.75=13.4kJ/kg；汽轮机实际功w_t=h_1–h_2=1226kJ/kg；w_net=1226–13.4=1212.6kJ/kg。(3)q_in=h_1–h_4=3500–(137.8+13.4)=3348.8kJ/kg；η=w_net/q_in=1212.6/3348.8≈36.2%。(4)理想朗肯：w_t_s=3500–2058=1442kJ/kg，w_p_s=10.05kJ/kg，w_net_s=1432kJ/kg，q_in_s=3500–137.8=3362kJ/kg，η_s=1432/3362≈42.6%；下降42.6–36.2=6.4个百分点。33.（12分）某办公楼需用空调系统将2kg/s的湿空气从状态1（35°C、φ=65%）降温除湿到状态2（20°C、φ=50%），后加热至状态3（25°C）。大气压101.3kPa。查焓湿图得：h_1=90kJ/kg(a)，d_1=22.5g/kg(a)；h_2=42kJ/kg(a)，d_2=7.3g/kg(a)；h_3=50kJ/kg(a)，d_3=d_2。(1)求冷却盘管需除去的凝结水量；(2)求冷却盘管总冷量；(3)求再热器加热量；(4)绘过程在hd图上示意。答案：(1)干空气质量流量m_a=m/(1+d_1)=2/(1+0.0225)=1.956kg/s；凝水量m_w=m_a(d_1–d_2)=1.956(0.0225–0.0073)=0.0297kg/s=107kg/h。(2)Q_c=m_a(h_1–h_2)=1.956(90–42)=93.9kW。(3)Q_h=m_a(h_3–h_2)=1.956(50–42)=15.6kW。(4)图略：1→2沿φ=100%线除湿，2→3沿d=7.3g/kg(a)等含湿量加热。34.（14分）某氨蒸气压缩制冷循环，蒸发温度–20°C，冷凝温度40°C，压缩机入口干饱和蒸气，绝热效率0.80，冷凝器出口饱和液。查氨热力表：h_1=1420kJ/kg，s_1=5.615kJ/(kg·K)；h_2s=1680kJ/kg（等熵压缩至冷凝压力）；h_3=390kJ/kg（饱和液）；h_4=h_3。(1)求实际出口焓h_2；(2)求单位质量制冷量q_L；(3)求压缩机单位耗功w_c；(4)求制冷系数COP；(5)若用膨胀机代替节流阀，理想膨胀机出口干度x_4s，并求理想COP提高百分比。答案：(1)h_2=h_1+(h_2s–h_1)/η_c=1420+(1680–1420)/0.8=1745kJ/kg。(2)q_L=h_1–h_4=1420–390=1030kJ/kg。(3)w_c=h_2–h_1=1745–1420=325kJ/kg。(4)COP=q_L/w_c=1030/325≈3.17。(5)膨胀机等熵至–20°C，s_4s=s_3=1.650kJ/(kg·K)，x_4s=(1.650–0.967)/(5.615–0.967)=0.147，h_4s=390–0.147(390–1420)=390–151=239kJ/kg；q_L'=1420–239=1181kJ/kg，w_c不变，COP'=1181/325=3.63；提高(3.63–3.17)/3.17≈14.5%。35.（14分）某刚性绝热容器被隔板分成A、B两室，A室0.5m³，初压400kPa，温度330K；B室0.3m³，初压200kPa，温度290K。