2021-2026年西安交大考研904（热工基础）真题及答案

2021-2026年西安交大考研904（热工基础）真题及答案考试科目：904热工基础考试时长：180分钟满分：150分考生须知：1.答题前请填写个人信息，核对无误后开始答题；2.所有答案需写在答题纸指定位置，写在试卷上无效；3.计算题需写出详细步骤，公式、单位齐全，步骤不完整不得满分；4.简答题需条理清晰、要点明确，结合热工基础核心知识点作答；5.考试结束后，试卷、答题纸一并交回，不得带出考场。2026年西安交大考研904热工基础真题一、简答题（每小题10分，共50分）简述热力学第一定律的实质，写出闭口系统和开口系统稳定流动时的能量方程，并说明各物理量的含义。什么是湿空气的相对湿度和含湿量？二者有何区别与联系？在空调工程中，为什么常以相对湿度作为衡量空气潮湿程度的指标？简述管内强制对流换热的影响因素，说明Pr数、Re数对管内对流换热系数的影响规律。画出朗肯循环的T-s图，简述朗肯循环的四个热力过程，说明提高朗肯循环热效率的主要途径。简述辐射换热的特点，说明黑体、灰体的定义及灰体在辐射换热计算中的意义。二、计算题（每小题20分，共60分）某闭口系统经历一个热力过程，已知系统初始状态参数：p₁=0.1MPa，t₁=20℃，体积V₁=0.5m³；过程中系统吸热Q=100kJ，对外做功W=60kJ，终态压力p₂=0.2MPa，且过程满足pV=常数（定温过程）。试求：（1）系统的质量；（2）终态体积V₂；（3）系统的热力学能变化ΔU；（4）终态温度t₂。（已知空气的气体常数Rg=287J/(kg·K)，定容比热容cv=0.718kJ/(kg·K)）有一管内强制对流换热过程，已知钢管内径d=50mm，管长L=10m，管内流体为水，流速u=2m/s，流体平均温度tₘ=50℃，管壁平均温度t_w=80℃。试求：（1）水的物性参数（密度ρ、动力粘度μ、导热系数λ、定压比热容cp）；（2）Re数、Pr数；（3）判断流态；（4）计算对流换热系数h；（5）计算管内换热量Φ。某朗肯循环，蒸汽初压p₁=10MPa，初温t₁=550℃，凝汽器压力p₂=0.005MPa。试求：（1）循环各状态点的参数（h₁、h₂、h₃、h₄）；（2）循环的净功w₀；（3）循环热效率ηₜ；（4）若蒸汽流量qₘ=100kg/s，求循环的净功率P₀。（已知：p₁=10MPa、t₁=550℃时，h₁=3500kJ/kg，s₁=6.5kJ/(kg·K)；p₂=0.005MPa时，s₂=s₁，h₂=2100kJ/kg，h₃=h₄=138.5kJ/kg）三、综合分析题（40分）结合热工基础知识点，分析锅炉、汽轮机、凝汽器在火力发电厂中的作用，阐述各设备内的主要热力过程，说明能量转换或传递的规律，并结合热力学定律分析如何提高火力发电厂的整体效率。要求：条理清晰、要点明确，结合公式或理论分析，不少于800字。2026年西安交大考研904热工基础真题答案及解析一、简答题（每小题10分，共50分）答案及解析：热力学第一定律的实质是能量守恒与转换定律在热力学中的应用，即能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，只能从一种形式转换为另一种形式，或从一个系统传递到另一个系统，总能量保持不变。（2分）

闭口系统能量方程：Q=ΔU+W（2分），其中Q为系统与外界交换的热量（Q>0吸热，Q<0放热）；ΔU为系统热力学能变化（ΔU>0增加，ΔU<0减少）；W为系统对外界做的功（W>0对外做功，W<0外界对系统做功）。（3分）

开口系统稳定流动能量方程：h₁+c₁²/2+gz₁+Q=h₂+c₂²/2+gz₂+Wₛ（2分），其中h为比焓，c为流速，z为高度，g为重力加速度，Wₛ为轴功；稳定流动时，系统进出口参数不随时间变化，动能、势能变化可忽略时，简化为h₁+Q=h₂+Wₛ。（1分）

答案及解析：相对湿度φ：湿空气中实际含有的水蒸气分压力pₙ与同温度下饱和水蒸气分压力pₛ的比值，φ=pₙ/pₛ×100%（2分）；含湿量d：单位质量干空气中所含有的水蒸气质量，d=0.622pₙ/(p-pₙ)（2分）。

区别：相对湿度反映湿空气接近饱和的程度，与温度有关；含湿量反映湿空气中水蒸气的绝对含量，与温度无关（3分）。

联系：在总压力p不变时，d与φ成正比，φ增大，d也增大；φ=0时，d=0（干空气）；φ=100%时，d达到最大值（饱和含湿量）（2分）。

空调工程中以相对湿度为指标，因为它直接影响人体舒适感和物体受潮程度，相对湿度适中（40%~60%）时，人体感觉舒适，且能避免物体霉变、结露（1分）。

答案及解析：管内强制对流换热的影响因素：流体物性（λ、μ、cp、ρ）、流动参数（流速u、流态）、几何参数（管径d、管长L、管内表面粗糙度）、流体与管壁的温度差（Δt）（4分）。

Pr数（普朗特数）：Pr=μcp/λ，反映流体动量扩散与热量扩散的比值（2分）；Pr数越大，流体粘性越大，热量扩散越慢，对流换热系数h越小；Pr数越小，热量扩散越快，h越大（1分）。

Re数（雷诺数）：Re=ρud/μ，反映流体流动的湍动程度（2分）；Re数小于2300为层流，h较小且与Re⁰.5成正比；Re数大于4000为湍流，h较大且与Re⁰.8成正比；Re数在2300~4000为过渡流，h介于层流与湍流之间（1分）。

答案及解析：朗肯循环T-s图（简要描述）：以饱和水线、饱和蒸汽线为边界，四个过程依次为：1-2（绝热膨胀，汽轮机内）、2-3（定压放热，凝汽器内）、3-4（绝热压缩，给水泵内）、4-1（定压吸热，锅炉内）（2分）。

四个热力过程：①1-2：过热蒸汽在汽轮机内绝热膨胀，对外做功，温度、压力降低，从过热蒸汽变为湿蒸汽（2分）；②2-3：湿蒸汽在凝汽器内定压放热，凝结为饱和水（2分）；③3-4：饱和水在给水泵内绝热压缩，压力升高至锅炉压力，温度略有升高（2分）；④4-1：高压水在锅炉内定压吸热，依次变为饱和水、饱和蒸汽、过热蒸汽（1分）。

提高热效率的主要途径：提高蒸汽初压、初温，降低凝汽器压力，采用回热循环、再热循环（1分）。

答案及解析：辐射换热的特点：①不需要中间介质，可在真空中进行；②辐射换热过程中伴随能量形式的转换（热能→辐射能→热能）；③辐射换热具有方向性；④辐射换热不仅有能量传递，还有能量吸收和反射（4分）。

黑体：能吸收全部入射辐射能的物体，吸收率α=1，反射率ρ=0，透射率τ=0（2分）；灰体：吸收率α为常数，且不随辐射波长变化，α=1-ρ（2分）。

灰体的意义：实际物体的辐射特性复杂，灰体是实际物体的理想化模型，可简化辐射换热计算，大多数工程材料在常温或中温下可近似为灰体（2分）。

二、计算题（每小题20分，共60分）答案及解析：

（1）系统质量：由理想气体状态方程p₁V₁=mRgT₁，T₁=20+273=293K（2分）

m=p₁V₁/(RgT₁)=(0.1×10⁶Pa×0.5m³)/(287J/(kg·K)×293K)≈0.59kg（3分）

（2）终态体积：定温过程p₁V₁=p₂V₂（2分）

V₂=p₁V₁/p₂=(0.1MPa×0.5m³)/0.2MPa=0.25m³（3分）

（3）热力学能变化：由热力学第一定律Q=ΔU+W（2分）

ΔU=Q-W=100kJ-60kJ=40kJ（3分）

（4）终态温度：定温过程温度不变，t₂=t₁=20℃（3分）

（步骤完整，公式正确，单位齐全得满分，某一步错误扣对应分值）（2分）

答案及解析：

（1）水的物性参数（tₘ=50℃时）：ρ=988kg/m³，μ=5.47×10⁻⁴Pa·s，λ=0.647W/(m·K)，cp=4.181kJ/(kg·K)（4分）

（2）Re数、Pr数：

Re=ρud/μ=(988kg/m³×2m/s×0.05m)/(5.47×10⁻⁴Pa·s)≈180620（3分）

Pr=μcp/λ=(5.47×10⁻⁴Pa·s×4181J/(kg·K))/0.647W/(m·K)≈3.54（3分）

（3）流态判断：Re≈180620>4000，为湍流（2分）

（4）对流换热系数h：湍流管内对流换热公式h=0.023Re⁰.8Pr⁰.4λ/d（3分）

h=0.023×(180620)⁰.8×(3.54)⁰.4×0.647W/(m·K)/0.05m≈4850W/(m²·K)（2分）

（5）换热量Φ：Φ=hAΔt=h×πdL×(t_w-tₘ)（2分）

Φ=4850W/(m²·K)×3.14×0.05m×10m×(80-50)℃≈228855W≈228.9kW（1分）

答案及解析：

（1）循环各状态点参数（题目已给出关键参数）：

h₁=3500kJ/kg（初态，过热蒸汽），h₂=2100kJ/kg（汽轮机出口，湿蒸汽）（2分）

h₃=138.5kJ/kg（凝汽器出口，饱和水），h₄=138.5kJ/kg（给水泵出口，高压水，绝热压缩忽略焓变）（2分）

（2）循环净功w₀=(h₁-h₂)-(h₄-h₃)≈(3500-2100)-0=1400kJ/kg（4分）

（3）循环热效率ηₜ=w₀/q₁=(h₁-h₂)/(h₁-h₄)（3分）

ηₜ=(3500-2100)/(3500-138.5)×100%≈1400/3361.5×100%≈41.6%（3分）

（4）循环净功率P₀=qₘ×w₀=100kg/s×1400kJ/kg=140000kW=140MW（4分）

（公式正确，计算过程无误得满分，结果保留1位小数）（2分）

三、综合分析题（40分）答案及解析：火力发电厂的核心设备包括锅炉、汽轮机、凝汽器，三者协同工作完成热能向电能的转换，结合热力学第一、第二定律，各设备的作用、热力过程及能量转换规律如下：

1.锅炉：核心作用是将燃料的化学能转换为蒸汽的热能，为汽轮机提供高温高压的过热蒸汽（5分）。锅内主要热力过程为定压吸热过程，对应朗肯循环的4-1过程：高压水进入锅炉后，依次经过省煤器（预热）、水冷壁（蒸发）、过热器（过热），定压吸收燃料燃烧释放的热量，从饱和水变为高温高压的过热蒸汽（6分）。能量转换规律：燃料燃烧的化学能→热能→蒸汽的焓值，遵循热力学第一定律，能量守恒，即燃料燃烧释放的热量一部分被水和蒸汽吸收，一部分通过排烟、散热损失，锅炉效率η_b=吸收的热量/燃料燃烧释放的热量（4分）。

2.汽轮机：核心作用是将蒸汽的热能转换为机械能，驱动发电机发电（5分）。机内主要热力过程为绝热膨胀过程，对应朗肯循环的1-2过程：高温高压的过热蒸汽进入汽轮机，在内部绝热膨胀，推动汽轮机转子旋转对外做功，蒸汽的焓值降低，温度、压力下降，从过热蒸汽变为湿蒸汽（6分）。能量转换规律：蒸汽的热能（焓差）→机械能，遵循热力学第一定律，ΔU=Q-W，因绝热Q=0，故W=-ΔU，即蒸汽对外做功等于其热力学能的减少；同时遵循热力学第二定律，蒸汽的热能不能全部转换为机械能，存在不可逆损失（如摩擦损失、漏汽损失），汽轮机相对内效率ηᵢ=实际功/理想绝热功（4分）。

3.凝汽器：核心作用是将汽轮机排出的湿蒸汽凝结为饱和水，维持凝汽器内的低压力，提高汽轮机的做功能力（5分）。器内主要热力过程为定压放热过程，对应朗肯循环的2-3过程：湿蒸汽进入凝汽器，与冷却水进行热交换，定压放出热量，凝结为饱和水，饱和水经给水泵送入锅炉循环使用（6分）。能量转换规律：蒸汽的热能→冷却水的热能，遵循热力学第一定律，蒸汽放出的热量等于冷却水吸收的热量（忽略散热损失）；凝汽器的真空度直接影响汽轮机的排汽压力，排汽压力越低，蒸汽在汽轮机内的膨胀做功越多，循环热效率越高（5分）。

提高火力发电厂整体效率的措施：结合热力学定律，主要从减少能量损失、优化循环参数入手：①提高锅炉效率，减少排烟损失、散热损失，优化燃烧方式；②提高汽轮机相对内效率，减少内部不可逆损失，采用高效叶片设计；③降低凝汽器排汽压力，维持高真空度；④采用回热循环、再热循环，提高蒸汽的平均吸热温度，降低平均放热温度，根据卡诺定理，提高循环温差可提升热效率；⑤减少管道漏汽、散热损失，优化系统运行参数。

（注：要点齐全、逻辑清晰，结合热力学定律和设备热力过程，字数达标得满分，要点缺失、逻辑混乱酌情扣分）

2025年西安交大考研904热工基础真题及答案一、简答题（每小题10分，共50分）简述热力学第二定律的两种表述，说明二者的等价性，并解释热力学第二定律的实质。什么是定容过程、定压过程？写出定容过程和定压过程的热量计算公式，说明其适用条件。简述自然对流换热的产生原因，说明Gr数对自然对流换热的影响，列举2个自然对流换热的工程实例。简述蒸汽压缩式制冷循环的四个热力过程，画出循环的p-h图，并说明各过程的能量转换规律。简述传热过程的三个基本环节，写出通过平壁的传热速率计算公式，并说明各物理量的含义。二、计算题（每小题20分，共60分）某开口系统稳定流动，流体为空气，已知进口参数：p₁=0.2MPa，t₁=300℃，h₁=574.5kJ/kg，流速c₁=100m/s；出口参数：p₂=0.1MPa，t₂=100℃，h₂=303.5kJ/kg，流速c₂=50m/s。系统对外输出轴功Wₛ=250kJ/kg，忽略重力势能变化，试求：（1）系统与外界的换热量Q；（2）若流体流量qₘ=1kg/s，求系统的换热量Φ；（3）判断系统是吸热还是放热。有一水平放置的平壁，壁厚δ=50mm，导热系数λ=0.8W/(m·K)，平壁内侧温度t₁=100℃，外侧温度t₂=20℃。试求：（1）通过平壁的导热速率q（单位面积导热热流密度）；（2）若在平壁外侧加一层保温层，保温层厚度δ₂=30mm，导热系数λ₂=0.04W/(m·K)，求加保温层后的总导热热流密度q'；（3）计算保温层的保温效果（热流密度降低的百分比）。某蒸汽压缩式制冷循环，工质为R134a，已知蒸发压力p₁=0.1MPa，冷凝压力p₂=0.7MPa，压缩机进口为饱和蒸汽（h₁=401.5kJ/kg），出口为过热蒸汽（h₂=446.5kJ/kg），冷凝器出口为饱和液体（h₃=243.5kJ/kg），节流阀出口h₄=h₃。试求：（1）循环各状态点的焓值；（2）单位质量制冷量q₀；（3）单位质量耗功w₀；（4）制冷系数ε；（5）若制冷量Φ₀=100kW，求制冷剂流量qₘ和压缩机功率P。三、综合分析题（40分）结合热工基础知识点，分析导热、对流、辐射三种传热方式的区别与联系，举例说明三种传热方式在工程中的联合应用，阐述影响传热过程的主要因素，并说明如何强化传热、削弱传热，结合具体工程实例说明其应用价值。要求：条理清晰、要点明确，结合公式或理论分析，不少于800字。2025年西安交大考研904热工基础真题答案及解析一、简答题（每小题10分，共50分）答案及解析：热力学第二定律的两种表述：

克劳修斯表述：不可能将热量从低温物体自发地传递到高温物体而不引起其他变化（2分）；

开尔文-普朗克表述：不可能从单一热源吸热，使之完全变为有用功而不引起其他变化（2分）。

等价性：两种表述本质一致，若克劳修斯表述不成立，则开尔文-普朗克表述也不成立，反之亦然（举例说明：若热量可自发从低温传到高温，则可从低温热源吸热，传递到高温热源，再从高温热源吸热做功，实现单一热源做功，违反开尔文表述）（3分）。

实质：自然界的一切自发过程都是不可逆的，能量的转换和传递具有方向性，不可能自发地从无序向有序转化，只能从有序向无序转化（3分）。

答案及解析：定容过程：系统体积保持不变的热力过程，v=常数（2分）；定压过程：系统压力保持不变的热力过程，p=常数（2分）。

定容过程热量计算公式：Qᵥ=mcvΔT=mcv(T₂-T₁)（2分），适用条件：定容过程、理想气体、cv为常数（1分）；

定压过程热量计算公式：Qₚ=mcpΔT=mcp(T₂-T₁)=ΔH（2分），适用条件：定压过程、理想气体、cp为常数（1分）。

答案及解析：自然对流换热的产生原因：流体内部因温度差导致密度差，密度小的流体上升，密度大的流体下降，形成自然对流，进而实现热量传递（3分）。

Gr数（格拉晓夫数）：Gr=gαΔtL³/ν²，反映流体浮升力与粘性力的比值（2分）；Gr数越大，浮升力越大，流体湍动程度越强，自然对流换热系数h越大，换热越强；Gr数越小，流体流动越平缓，换热越弱（3分）。

工程实例：①暖气片散热；②锅炉水冷壁外侧的自然对流；③室内墙壁与空气的自然对流（任举2个，各1分）。

答案及解析：蒸汽压缩式制冷循环四个热力过程：

①1-2：绝热压缩过程（压缩机内）：饱和蒸汽被绝热压缩，压力、温度升高，变为过热蒸汽（2分）；

②2-3：定压放热过程（冷凝器内）：过热蒸汽定压冷却、凝结，变为饱和液体（2分）；

③3-4：绝热节流过程（节流阀内）：饱和液体经节流阀绝热降压，温度降低，变为湿蒸汽（2分）；

④4-1：定压吸热过程（蒸发器内）：湿蒸汽定压吸热，蒸发为饱和蒸汽（2分）。

p-h图（简要描述）：以焓h为纵坐标，压力p为横坐标，四个过程依次为：1-2（竖直线，绝热压缩）、2-3（水平线，定压放热）、3-4（竖直线，节流）、4-1（水平线，定压吸热）（1分）。

能量转换规律：压缩机消耗机械能→蒸汽热能；冷凝器蒸汽放热→冷却水热能；蒸发器蒸汽吸热→被冷却介质的热能（1分）。

答案及解析：传热过程的三个基本环节：①热量从高温流体通过对流换热传递到壁面；②热量通过壁面导热传递到另一侧壁面；③热量从另一侧壁面通过对流换热传递到低温流体（3分）。

通过平壁的传热速率计算公式：Φ=kAΔtₘ（2分），其中k为总传热系数（W/(m²·K)），A为传热面积（m²），Δtₘ为冷热流体的平均温度差（K）（3分）。

总传热系数k的计算公式：1/k=1/h₁+δ/λ+1/h₂，其中h₁为高温流体侧对流换热系数，h₂为低温流体侧对流换热系数，δ为平壁厚度，λ为平壁导热系数（2分）。

二、计算题（每小题20分，共60分）答案及解析：

（1）开口系统稳定流动能量方程：h₁+c₁²/2+Q=h₂+c₂²/2+Wₛ（忽略重力势能变化，gz₁=gz₂）（4分）

整理得：Q=(h₂-h₁)+(c₂²-c₁²)/2+Wₛ（2分）

代入数据：(303.5-574.5)+(50²-100²)/2×10⁻³+250（3分）

=-271+(2500-10000)/2000+250=-271-3.75+250=-24.75kJ/kg（3分）

（2）流体流量qₘ=1kg/s时，换热量Φ=qₘ×Q=1kg/s×(-24.75kJ/kg)=-24.75kW（4分）

（3）判断吸放热：Q为负值，Φ为负值，说明系统向外界放热（4分）

答案及解析：

（1）无保温层时，通过平壁的导热热流密度：q=λ(t₁-t₂)/δ（4分）

q=0.8W/(m·K)×(100-20)℃/0.05m=0.8×80/0.05=1280W/m²（3分）

（2）加保温层后，总热阻R₀=δ/λ+δ₂/λ₂（3分）

R₀=0.05m/0.8W/(m·K)+0.03m/0.04W/(m·K)=0.0625+0.75=0.8125m²·K/W（3分）

总导热热流密度q'=(t₁-t₂)/R₀=80℃/0.8125m²·K/W≈98.46W/m²（3分）

（3）保温效果：热流密度降低百分比=(q-q')/q×100%（2分）

=(1280-98.46)/1280×100%≈92.3%（2分）

答案及解析：

（1）循环各状态点焓值：h₁=401.5kJ/kg（压缩机进口，饱和蒸汽），h₂=446.5kJ/kg（压缩机出口，过热蒸汽），h₃=243.5kJ/kg（冷凝器出口，饱和液体），h₄=h₃=243.5kJ/kg（节流阀出口）（4分）

（2）单位质量制冷量q₀=h₁-h₄=401.5-243.5=158kJ/kg（4分）

（3）单位质量耗功w₀=h₂-h₁=446.5-401.5=45kJ/kg（4分）

（4）制冷系数ε=q₀/w₀=158/45≈3.51（4分）

（5）制冷剂流量qₘ=Φ₀/q₀=100kW/158kJ/kg≈0.633kg/s（2分）

压缩机功率P=qₘ×w₀=0.633kg/s×45kJ/kg≈28.49kW（2分）

三、综合分析题（40分）答案及解析：导热、对流、辐射是三种基本的传热方式，三者既有区别，又相互联系，在工程中常联合应用，具体分析如下：

一、三种传热方式的区别与联系

1.区别：①传递机理不同：导热是通过分子、原子的热运动传递热量，不需要流体流动，可在固体、液体、气体中进行，固体中导热最强；对流是通过流体的宏观运动传递热量，仅存在于液体和气体中，需流体流动（强制或自然）；辐射是通过电磁波传递热量，不需要中间介质，可在真空中进行（6分）。②传递条件不同：导热需要物体间直接接触且存在温度差；对流需要流体存在且有温度差、流体流动；辐射不需要接触，只要存在温度差即可（4分）。③热量传递速率影响因素不同：导热主要受物体导热系数、温度差、厚度影响；对流主要受流体物性、流速、温度差、几何参数影响；辐射主要受物体温度、发射率、表面积、距离影响（4分）。

2.联系：三种传热方式往往同时存在、相互补充，构成复合传热过程；例如，锅炉水冷壁的传热：火焰辐射换热将热量传递到水冷壁外侧，热量通过水冷壁导热传递到内侧，再通过对流换热传递给锅内的水，三种方式联合作用完成传热（6分）。

二、工程中的联合应用实例

1.暖气片散热：暖气片内热水通过对流换热将热量传递到暖气片壁面，壁面通过导热将热量传递到外侧，外侧通过自然对流和辐射换热将热量传递到室内空气，实现采暖，是对流与辐射、导热的联合应用（4分）。

2.航天器热控制：航天器在太空中，表面通过辐射换热与宇宙环境进行热量交换，内部设备通过导热将热量传递到航天器表面，同时航天器内部通过对流换热（密闭空间内）均匀温度，三种方式联合保证设备正常工作（4分）。

三、影响传热过程的主要因素及强化、削弱传热的方法

1.影响因素：温度差（温差越大，传热越快）、传热面积（面积越大，传热越快）、传热系数（系数越大，传热越快）、传热介质（介质不同，传热能力不同）（4分）。

2.强化传热：目的是提高传热速率，适用于需要快速换热的场景（如锅炉、换热器），方法：①提高传热系数（增大对流换热系数，如增加流速、采用肋片；选用导热系数大的材料）；②增大传热面积（采用肋片、紧凑式换热器）；③增大温度差（提高高温流体温度、降低低温流体温度