2026年工程热力学期末试题附答案

2026年工程热力学期末试题附答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.关于热力系统的分类，下列描述正确的是（）A.绝热系统与外界无热量交换但可能有物质交换B.孤立系统与外界既无物质交换也无能量交换C.开口系统的质量一定随时间变化D.闭口系统的体积必须保持恒定答案：B2.下列参数中，属于广延量状态参数的是（）A.温度TB.压力pC.内能UD.比熵s答案：C3.某理想气体经历可逆绝热过程，其状态变化满足（）A.p1v1^κ=p2v2^κ（κ为比热容比）B.T1v1^(κ-1)=T2v2^(κ-1)C.p1^(κ-1)T1^κ=p2^(κ-1)T2^κD.以上均正确答案：A4.热力学第一定律的数学表达式ΔU=QW适用于（）A.任意系统、任意过程B.闭口系统、任意过程C.开口系统、可逆过程D.闭口系统、可逆过程答案：B5.卡诺循环的热效率仅取决于（）A.热源与冷源的温度B.工质的性质C.循环的吸热量D.循环的做功量答案：A6.某理想气体在定温过程中吸热50kJ，则其内能变化为（）A.50kJB.-50kJC.0D.无法确定答案：C7.水蒸气的饱和温度与饱和压力的关系是（）A.饱和温度越高，饱和压力越低B.饱和温度与饱和压力无关C.饱和温度越高，饱和压力越高D.饱和温度随饱和压力升高先增后减答案：C8.下列过程中，熵一定增加的是（）A.理想气体可逆绝热膨胀B.实际气体节流膨胀（焦耳-汤姆逊效应）C.工质在冷凝器中定压放热D.孤立系统内的不可逆过程答案：D9.布雷顿循环（燃气轮机循环）的理论效率主要取决于（）A.压气机的增压比B.燃气轮机的进口温度C.工质的流量D.燃烧室的加热量答案：A10.某制冷循环的制冷系数为4，若外界输入功为10kJ，则从低温热源吸收的热量为（）A.40kJB.50kJC.10kJD.2.5kJ答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1.理想气体的内能和焓仅为____的函数。答案：温度2.热力学第二定律的克劳修斯表述为：____。答案：不可能将热量从低温物体传至高温物体而不引起其他变化3.可逆过程中，系统与外界交换的热量可用____积分计算（用符号表示）。答案：∫Tds4.某理想气体的气体常数Rg=0.287kJ/(kg·K)，定容比热容cv=0.718kJ/(kg·K)，则其定压比热容cp=____kJ/(kg·K)。答案：1.0055.水蒸气的临界状态是指____的状态。答案：饱和液体与饱和蒸气无区别（或气液两相分界消失）6.绝热过程中，若过程不可逆，则系统的熵变Δs____0（填“>”“=”或“<”）。答案：>7.奥托循环（定容加热循环）的热效率随压缩比的增大而____（填“增大”“减小”或“不变”）。8.答案：增大9.对于朗肯循环，提高蒸汽初温可____循环热效率（填“提高”“降低”或“不影响”）。答案：提高10.某闭口系统经历一个循环，其净吸热量为Qnet，则系统对外做的净功Wnet=____。答案：Qnet11.湿空气的相对湿度φ=0时，空气处于____状态。答案：干饱和（或完全干燥）三、判断题（每题2分，共20分。正确打“√”，错误打“×”）1.热量和功都是过程量，其大小与路径有关。（）答案：√2.理想气体的比体积v=RT/p，因此v是状态参数。（）答案：√（v是状态参数，公式仅表示其与p、T的关系）3.可逆绝热过程是等熵过程，不可逆绝热过程熵增大。（）答案：√4.水蒸气的过热度是指过热蒸汽温度与同压力下饱和温度的差值。（）答案：√5.卡诺定理指出，在相同热源间工作的一切可逆循环热效率相等，与工质无关。（）答案：√6.理想气体在定压过程中吸热，其温度一定升高。（）答案：√（定压过程q=cpΔT，cp>0，q>0则ΔT>0）7.孤立系统的熵可以保持不变或增大，但不能减小。（）答案：√8.压气机的定温压缩比绝热压缩更省功。（）答案：√（定温压缩功小于绝热压缩功）9.朗肯循环中，乏汽在冷凝器中放热是定压过程，且温度不变。（）答案：×（冷凝器中压力不变，但温度等于对应压力下的饱和温度，若压力不变则温度不变）10.湿空气的含湿量d是指单位质量干空气中所含有的水蒸气质量。（）答案：√四、计算题（共40分）1.（10分）1kg空气（视为理想气体）初始状态为p1=100kPa，T1=300K，经历定容加热过程至p2=200kPa。已知空气的cv=0.718kJ/(kg·K)，Rg=0.287kJ/(kg·K)，求：（1）终态温度T2；（2）过程中吸收的热量Q；（3）内能变化ΔU；（4）对外做功W。解答：（1）定容过程，v1=v2，由理想气体状态方程p1/T1=p2/T2，得T2=T1(p2/p1)=300(200/100)=600K。（1）定容过程，v1=v2，由理想气体状态方程p1/T1=p2/T2，得T2=T1(p2/p1)=300(200/100)=600K。（2）定容过程做功W=0（体积不变，W=∫pdv=0），由热力学第一定律Q=ΔU+W=ΔU。ΔU=mcv(T2-T1)=10.718(600-300)=215.4kJ，故Q=215.4kJ。ΔU=mcv(T2-T1)=10.718(600-300)=215.4kJ，故Q=215.4kJ。（3）ΔU=215.4kJ（同（2））。（4）W=0。2.（10分）某卡诺热机工作在高温热源T1=1000K和低温热源T2=300K之间，若热机从高温热源吸热Q1=2000kJ，求：（1）热机的热效率η；（2）热机对外做功W；（3）向低温热源放出的热量Q2；（4）若实际热机效率为卡诺效率的80%，求实际做功W’。解答：（1）卡诺效率η=1-T2/T1=1-300/1000=0.7（70%）。（2）W=ηQ1=0.72000=1400kJ。（2）W=ηQ1=0.72000=1400kJ。（3）由能量守恒Q1=W+Q2，得Q2=Q1-W=2000-1400=600kJ。（4）实际效率η’=0.8η=0.80.7=0.56，实际做功W’=η’Q1=0.562000=1120kJ。（4）实际效率η’=0.8η=0.80.7=0.56，实际做功W’=η’Q1=0.562000=1120kJ。3.（10分）某理想气体经历一个可逆多变过程，初始状态p1=1MPa，v1=0.2m³/kg，终态p2=0.1MPa，v2=1.2m³/kg，求该多变过程的多变指数n，并判断过程是吸热还是放热（已知该气体的比热容比κ=1.4，cv=0.7kJ/(kg·K)）。解答：（1）多变过程满足p1v1^n=p2v2^n，取对数得n=ln(p1/p2)/ln(v2/v1)=ln(1/0.1)/ln(1.2/0.2)=ln(10)/ln(6)≈2.3026/1.7918≈1.285。（2）判断吸放热：多变过程的热量q=cv(κ-n)/(κ-1)(T2-T1)。由理想气体状态方程T1=p1v1/Rg，T2=p2v2/Rg（Rg=cp-cv=κcv-cv=cv(κ-1)=0.7(1.4-1)=0.28kJ/(kg·K)）。由理想气体状态方程T1=p1v1/Rg，T2=p2v2/Rg（Rg=cp-cv=κcv-cv=cv(κ-1)=0.7(1.4-1)=0.28kJ/(kg·K)）。T1=1000kPa0.2m³/kg/0.28kJ/(kg·K)=(200)/(0.28)≈714.29K，T1=1000kPa0.2m³/kg/0.28kJ/(kg·K)=(200)/(0.28)≈714.29K，T2=100kPa1.2m³/kg/0.28≈428.57K，故T2-T1≈-285.72K。T2=100kPa1.2m³/kg/0.28≈428.57K，故T2-T1≈-285.72K。q=0.7(1.4-1.285)/(1.4-1)(-285.72)=0.7(0.115)/0.4(-285.72)≈0.70.2875(-285.72)≈-57.14kJ/kg（负号表示放热）。q=0.7(1.4-1.285)/(1.4-1)(-285.72)=0.7(0.115)/0.4(-285.72)≈0.70.2875(-285.72)≈-57.14kJ/kg（负号表示放热）。4.（10分）某蒸汽动力循环（朗肯循环）的初参数为p1=10MPa，t1=500℃，乏汽压力p2=0.005MPa。求：（1）循环中各状态点的焓值（利用h-s图或查表）；（2）汽轮机做功wT；（3）泵做功wP；（4）循环热效率η。（注：已知h1=3373kJ/kg，h2=2130kJ/kg，h3=137.8kJ/kg，h4≈h3+wp）解答：（1）状态点1（锅炉出口）：h1=3373kJ/kg（p1=10MPa，t1=500℃的过热蒸汽）；状态点2（汽轮机出口）：h2=2130kJ/kg（p2=0.005MPa的湿蒸汽）；状态点3（冷凝器出口）：h3=137.8kJ/kg（p2=0.005MPa的饱和水）；状态点4（泵出口）：h4≈h3+wp（泵功较小，近似h4≈h3+wp）。（2）汽轮机做功wT=h1-h2=3373-2130=1243kJ/kg。（3）泵做功wp=v3(p1-p2)，v3为饱和水比体积，p2=0.005MPa时v3≈0.001005m³/kg，wp=0.001005(10000-5)=0.0010059995≈10.04kJ/kg，故h4=h3+wp=137.8+10.04≈147.84kJ/kg。wp=0