2026年《工程热力学》期末试题及答案

2026年《工程热力学》期末试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列参数中属于强度量的是（）。A.热力学能B.焓C.比容D.熵答案：C2.某理想气体经历一个可逆绝热过程，若初态温度为300K，终态温度为450K，该过程的熵变（）。A.大于0B.等于0C.小于0D.无法确定答案：B3.对于闭口系统，热力学第一定律的表达式为（）。A.Q=ΔU+WB.Q=ΔH+WtC.Q=ΔU+WtD.Q=ΔH+W答案：A4.卡诺循环在T1=1000K和T2=300K的两个恒温热源间运行，其热效率为（）。A.30%B.70%C.60%D.40%答案：B5.水蒸气的定压汽化过程中，下列参数保持不变的是（）。A.温度B.比体积C.焓D.熵答案：A6.某理想气体的比热容比γ=1.4，其定容比热容cv与气体常数R的关系为（）。A.cv=R/(γ-1)B.cv=γR/(γ-1)C.cv=(γ-1)RD.cv=R/γ答案：A7.实际循环的热效率总是低于卡诺循环的主要原因是（）。A.存在散热损失B.过程不可逆C.工质非理想气体D.热源温度波动答案：B8.空气在压气机中被压缩时，若采用多级压缩中间冷却，其主要目的是（）。A.减少功耗B.提高排气温度C.增大容积效率D.简化结构答案：A9.朗肯循环中，提高新蒸汽压力可使循环效率提高，但受限于（）。A.汽轮机材料耐高温性能B.冷凝器冷却能力C.水泵功耗D.锅炉热负荷答案：A10.某热力过程中，工质与外界交换的热量Q=100kJ，对外做功W=80kJ，该过程的热力学能变化ΔU为（）。A.20kJB.-20kJC.180kJD.-180kJ答案：A二、填空题（每空1分，共15分）1.热力学中，系统与外界的相互作用包括______、______和质量交换。答案：热量传递；功传递2.理想气体的状态方程为______，其中Rg为______。答案：pν=RgT；气体常数3.熵增原理指出，孤立系统的熵只能______或保持不变，绝不可能______。答案：增大；减小4.定温过程中，理想气体的热力学能变化ΔU=______，焓变化ΔH=______。答案：0；05.水蒸气的临界参数包括临界温度、______和______。答案：临界压力；临界比体积6.奥托循环的热效率取决于______，其表达式为ηt=1-______。答案：压缩比；1/ε^(γ-1)7.压气机的容积效率定义为______与______的比值。答案：实际吸气容积；活塞排量8.换热器中，逆流换热的平均温差______顺流换热的平均温差。答案：大于三、简答题（每题6分，共30分）1.简述热力学平衡态的定义及条件。答案：热力学平衡态指系统在没有外界影响的情况下，宏观性质不随时间变化的状态。其条件包括热平衡（系统内部及与外界温度均匀）、力平衡（压力均匀）、化学平衡（成分及浓度均匀），无相变和化学反应时无需考虑后两者。2.为什么可逆过程的熵变可以用δQ/T计算，而不可逆过程不行？答案：熵是状态参数，其变化仅与初末状态有关，与路径无关。对于可逆过程，δQrev/T是熵变的精确微分（dS=δQrev/T）；但不可逆过程中，δQirrev/T小于熵变（dS>δQirrev/T），因此不能直接用δQirrev/T计算不可逆过程的熵变，需通过可逆路径计算初末状态的熵差。3.分析回热循环提高蒸汽动力循环效率的原理。答案：回热循环通过将汽轮机中膨胀做功后的部分蒸汽引入回热器，加热锅炉给水，减少了低温热源的排热量。由于给水温度升高，锅炉中需要加热的温差减小，减少了不可逆传热损失，同时提高了平均吸热温度，根据卡诺定理，平均吸热温度升高、平均放热温度不变时，循环效率提高。4.说明理想气体绝热自由膨胀过程的特点（温度、热力学能、熵的变化）。答案：绝热自由膨胀中，Q=0，W=0（气体向真空膨胀不对外做功），由热力学第一定律ΔU=0。理想气体热力学能仅与温度有关，故温度不变（ΔT=0）。过程不可逆，熵变ΔS>0（可用定温过程计算熵变：ΔS=mRgln(v2/v1)，v2>v1，故ΔS>0）。5.比较活塞式压气机与叶轮式压气机的工作特点（至少3点）。答案：①活塞式压气机通过活塞往复运动改变容积，适用于高压小流量；叶轮式通过高速旋转叶片做功，适用于低压大流量。②活塞式效率较高（接近等温压缩），叶轮式因流动损失效率较低。③活塞式结构复杂、振动大；叶轮式结构紧凑、运行平稳。④活塞式排气不连续（需储气罐），叶轮式排气连续。四、计算题（共35分）1.（8分）质量为2kg的空气在活塞-气缸装置中经历定压加热过程，初态p1=0.1MPa、T1=300K，终态温度T2=500K。已知空气的cp=1.005kJ/(kg·K)，cv=0.718kJ/(kg·K)，Rg=0.287kJ/(kg·K)。求：（1）初态比体积ν1；（2）过程中吸收的热量Q；（3）对外做的功W；（4）热力学能变化ΔU。解：（1）ν1=RgT1/p1=0.287×300/100=0.861m³/kg（2）Q=mc_p(T2-T1)=2×1.005×(500-300)=402kJ（3）W=pΔV=p(V2-V1)=mRg(T2-T1)=2×0.287×200=114.8kJ（4）ΔU=mc_v(T2-T1)=2×0.718×200=287.2kJ2.（8分）某制冷循环在T1=300K（高温热源）和T2=260K（低温热源）间运行，实际制冷系数ε=3.5，循环中向高温热源放热Q1=2100kJ。求：（1）卡诺制冷系数εc；（2）循环从低温热源吸收的热量Q2；（3）输入的功W；（4）循环的不可逆损失（环境温度T0=300K）。解：（1）εc=T2/(T1-T2)=260/(300-260)=6.5（2）ε=Q2/W，Q1=Q2+W→W=Q1-Q2→ε=Q2/(Q1-Q2)→3.5=Q2/(2100-Q2)→Q2=1633.33kJ（3）W=Q1-Q2=2100-1633.33=466.67kJ（4）孤立系统熵增ΔSiso=ΔS1+ΔS2=Q1/T1Q2/T2=2100/3001633.33/260=76.282=0.718kJ/K不可逆损失I=T0ΔSiso=300×0.718=215.4kJ3.（9分）某燃气轮机循环（布雷顿循环）的压气机进口空气参数为p1=0.1MPa、T1=300K，压气机增压比π=10，燃烧室出口温度T3=1500K。假设空气为理想气体，γ=1.4，cp=1.005kJ/(kg·K)。求：（1）压气机出口温度T2；（2）涡轮机出口温度T4；（3）循环净功w_net；（4）循环热效率ηt。解：（1）压气机绝热压缩，T2=T1π^[(γ-1)/γ]=300×10^(0.4/1.4)=300×10^0.2857≈300×1.930=579K（2）涡轮机绝热膨胀，p4=p3/π=p1（因p3=πp1），故T4=T3/(π^[(γ-1)/γ])=1500/1.930≈777.2K（3）压气机耗功w_c=cp(T2-T1)=1.005×(579-300)=280.395kJ/kg涡轮机做功w_t=cp(T3-T4)=1.005×(1500-777.2)=726.414kJ/kg净功w_net=w_t-w_c=726.414-280.395=446.019kJ/kg（4）吸热量q1=cp(T3-T2)=1.005×(1500-579)=925.605kJ/kg效率ηt=w_net/q1=446.019/925.605≈48.2%4.（10分）某蒸汽动力装置采用朗肯循环，新蒸汽参数为p1=6MPa、t1=500℃，乏汽压力p2=0.005MPa。忽略泵功，求：（1）新蒸汽的比焓h1和比熵s1；（2）乏汽的干度x2；（3）汽轮机做功w_t；（4）循环热效率ηt；（5）若采用再热循环，分析效率可能提高的原因（不计算）。注：水蒸气热力性质查得：p1=6MPa、t1=500℃时，h1=3423.1kJ/kg，s1=6.8803kJ/(kg·K)；p2=0.005MPa时，s_f=0.4762kJ/(kg·K)，s_g=8.3930kJ/(kg·K)，h_f=137.77kJ/kg，h_g=2561.2kJ/kg。解：（1）h1=3423.1kJ/kg，s1=6.8803kJ/(kg·K)（已知）（2）汽轮机绝热膨胀，s2=s1=6.8803kJ/(kg·K)s2=s_f+x2(s_g-s_f)→x2=(s2-s_f)/(s_g-s_f)=(6.8803-0.4762)/(8.3930-0.4762)=6.4041/7.9168≈0.809（3）h2=h_f+x2(h_g-h_f)=137.77+0.809×(2561.2-137.77)=137.77+0.809×2423.43≈137.77+1960.5≈2098.27kJ/kgw_t=h1-h2=3423.1-2098.27≈1