热动工程师热力基础题库

热动工程师热力基础题库一、选择题

（一）热力系统与工质1.下列属于闭口系统的是（）A.正在运行的汽车发动机B.与外界有物质交换的热力系C.用隔板分成两部分的刚性绝热容器，两部分工质不同D.汽缸与活塞组成的可移动边界的热力系，汽缸内气体质量不变答案：D解析：闭口系统与外界无物质交换，D选项中汽缸内气体质量不变，符合闭口系统定义；A选项发动机有物质进出，不是闭口系统；B选项与外界有物质交换不符合；C选项容器内有物质交换也不是闭口系统。

2.工质经历一个不可逆循环后，其熵（）A.增大B.减小C.不变D.可能增大也可能减小答案：C解析：熵是状态参数，循环过程初终态相同，所以熵不变，无论循环是否可逆。

3.对于理想气体，以下说法正确的是（）A.遵守理想气体状态方程，且比热容为常数B.遵守理想气体状态方程，但比热容与温度有关C.不遵守理想气体状态方程，但比热容为常数D.不遵守理想气体状态方程，比热容与温度有关答案：B解析：理想气体遵守理想气体状态方程，其比热容与温度有关，不是常数。

（二）热力过程1.定容过程中，工质吸收的热量（）A.全部用于增加内能B.全部用于对外做功C.一部分用于增加内能，一部分用于对外做功D.既不增加内能也不对外做功答案：A解析：定容过程体积不变，W=0，根据热力学第一定律Q=ΔU+W，所以吸收的热量全部用于增加内能。

2.绝热过程的特点是（）A.Q=0，ΔU=WB.Q=W，ΔU=0C.Q=ΔU，W=0D.Q=0，W=0答案：A解析：绝热过程与外界无热量交换Q=0，根据热力学第一定律Q=ΔU+W，所以ΔU=W。

3.定温过程中，理想气体的内能（）A.增大B.减小C.不变D.与压力有关答案：C解析：理想气体内能只与温度有关，定温过程温度不变，所以内能不变。

（三）热力学定律1.热力学第一定律的实质是（）A.能量守恒与转换定律在热现象中的应用B.描述热量传递规律C.描述功与热量的关系D.描述内能变化规律答案：A解析：热力学第一定律就是能量守恒与转换定律在热现象中的体现。

2.卡诺循环的热效率只与（）有关A.高温热源温度和低温热源温度B.工质性质C.循环的压缩比D.循环的膨胀比答案：A解析：卡诺循环热效率公式为ηc=1T2/T1，只与高温热源温度T1和低温热源温度T2有关。

3.下列说法正确的是（）A.一切实际过程都是不可逆的B.可逆过程是可以反向进行的过程C.不可逆过程的熵一定增加D.可逆过程的熵不变答案：A解析：根据热力学第二定律，一切实际过程都是不可逆的；可逆过程不仅可以反向进行，且反向进行后系统和外界都恢复原状；不可逆过程熵变大于零，但不是所有不可逆过程熵都增加；可逆过程熵变等于零。

（四）水蒸气1.水蒸气的定压形成过程包括（）A.预热、汽化、过热B.预热、冷凝、过热C.汽化、冷凝、过热D.汽化、预热、冷凝答案：A解析：水蒸气定压形成过程依次是预热、汽化、过热三个阶段。

2.湿蒸汽的干度x是指（）A.饱和蒸汽质量与湿蒸汽质量之比B.湿蒸汽质量与饱和蒸汽质量之比C.饱和蒸汽质量与干蒸汽质量之比D.干蒸汽质量与湿蒸汽质量之比答案：D解析：干度x定义为干蒸汽质量与湿蒸汽质量之比。

3.水蒸气的比体积（）A.随压力升高而增大B.随温度升高而减小C.随干度增大而增大D.与压力、温度、干度均无关答案：C解析：干度越大，水蒸气中干蒸汽比例越大，比体积越大；压力升高比体积减小，温度升高比体积增大。

（五）气体动力循环1.郎肯循环的主要设备有（）A.锅炉、汽轮机、凝汽器、给水泵B.锅炉、压缩机、凝汽器、给水泵C.热机、汽轮机、凝汽器、给水泵D.热机、压缩机、凝汽器、给水泵答案：A解析：郎肯循环由锅炉产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机做功，做完功的蒸汽在凝汽器中冷凝，凝结水由给水泵送回锅炉，主要设备是锅炉、汽轮机、凝汽器、给水泵。

2.提高郎肯循环热效率的有效方法是（）A.提高蒸汽初压力B.降低蒸汽初温度C.提高乏汽压力D.增加循环净功答案：A解析：提高蒸汽初压力可提高循环平均吸热温度，从而提高热效率；降低蒸汽初温度会降低热效率；提高乏汽压力会降低热效率；增加循环净功不一定能提高热效率。

3.燃气轮机循环中，压气机压缩空气消耗的功（）A.全部用于增加空气内能B.一部分用于增加空气内能，一部分用于对外做功C.全部用于对外做功D.既不增加内能也不对外做功答案：A解析：压气机压缩空气是绝热压缩过程，消耗的功全部用于增加空气内能。

二、填空题

（一）热力系统与工质1.热力系统按与外界的物质和能量交换情况可分为闭口系统、开口系统和______。答案：绝热系统解析：绝热系统与外界无热量交换，是热力系统分类的一种。

2.工质的基本状态参数有压力、温度和______。答案：比体积解析：压力、温度、比体积是描述工质状态的基本参数。

3.理想气体状态方程为______。答案：pV=mRT（或pV=nRT）解析：这是理想气体状态的基本表达式。

（二）热力过程1.定压过程中，工质的体积变化与温度变化关系为______。答案：V/T=常数解析：根据理想气体状态方程pV=mRT，定压时p不变，可得V/T=常数。

2.绝热过程中，工质的熵______（填"增大""减小"或"不变"）。答案：不变解析：绝热过程与外界无热量交换，熵不变。

3.定温过程中，工质的内能______（填"增大""减小"或"不变"）。答案：不变解析：理想气体内能只与温度有关，定温过程内能不变。

（三）热力学定律1.热力学第一定律的数学表达式为______。答案：Q=ΔU+W解析：这是热力学第一定律的基本数学形式。

2.卡诺循环由两个定温过程和两个______过程组成。答案：绝热解析：卡诺循环的构成特点。

3.熵增原理指出，孤立系统的熵______（填"只能增大不能减小"或"可能增大也可能减小"）。答案：只能增大不能减小解析：这是熵增原理的核心内容。

（四）水蒸气1.水蒸气的汽化潜热随压力升高而______。答案：减小解析：压力升高，汽化潜热减小。

2.湿蒸汽是______和______的混合物。答案：饱和水、饱和蒸汽解析：湿蒸汽的组成。

3.水蒸气的焓值等于______与______之和。答案：饱和水焓、汽化潜热解析：水蒸气焓值的构成。

（五）气体动力循环1.郎肯循环的热效率公式为______。答案：η=1T2/T1（其中T2为乏汽温度，T1为蒸汽初温度）解析：郎肯循环热效率的表达式。

2.燃气轮机循环的基本组成包括压气机、燃烧室和______。答案：燃气轮机解析：燃气轮机循环的主要设备。

3.提高布雷顿循环热效率的方法有提高压比和______。答案：提高初温解析：提高布雷顿循环热效率的途径。

三、简答题

（一）热力系统与工质1.简述闭口系统和开口系统的区别。答：闭口系统与外界无物质交换，系统内质量保持不变；开口系统与外界有物质交换，系统内质量可变化。闭口系统主要研究系统内能量转换关系，开口系统不仅研究能量转换，还涉及物质进出系统的能量和质量变化。

2.什么是工质？对工质有哪些要求？答：工质是实现热能和机械能相互转换的媒介物质。对工质的要求有：良好的膨胀性和流动性，以利于能量转换过程；比热容较大，能携带较多热量；对设备腐蚀性小；来源广泛，价格低廉等。

3.说明理想气体的假设条件。答：理想气体假设条件为：气体分子是弹性的，不占体积；分子间无相互作用力。实际气体在压力较低、温度较高时，可近似看作理想气体。

（二）热力过程1.定容过程有什么特点？答：定容过程中，工质体积保持不变，即V=常数。此时，外界对工质做功W=0。根据热力学第一定律Q=ΔU+W，吸收的热量全部用于增加工质内能，即Q=ΔU。

2.绝热过程与等温过程有何不同？答：绝热过程是与外界无热量交换的过程，即Q=0，根据热力学第一定律，工质内能变化等于外界对工质做的功，即ΔU=W。等温过程是温度不变的过程，理想气体等温过程中内能不变，吸收的热量等于对外做的功，即Q=W。绝热过程中工质温度会变化，等温过程温度恒定。

3.分析定压过程中工质的能量变化。答：定压过程中，工质压力保持不变。工质吸收热量Q用于增加内能ΔU和对外做功W。根据理想气体状态方程和热力学第一定律，工质体积随温度升高而增大，对外做功W=p(V2V1)，内能变化ΔU=mcV(T2T1)，且Q=mcp(T2T1)，满足Q=ΔU+W的关系。

（三）热力学定律1.简述热力学第一定律的应用意义。答：热力学第一定律应用于热工设备中能量转换的分析，可确定热与功之间的数量关系，从而进行能量衡算，分析设备的能量利用情况，如计算热机效率、制冷系数等，为合理设计和优化热工设备提供依据。

2.卡诺循环为什么是最理想的循环？答：卡诺循环由两个定温过程和两个绝热过程组成。它的热效率只与高温热源温度和低温热源温度有关，在相同温度界限下，卡诺循环的热效率最高。其工作过程是一种理想的可逆过程，不存在任何不可逆损失，所以是最理想的循环。

3.解释熵增原理及其物理意义。答：熵增原理指出，孤立系统的熵只能增大不能减小，当孤立系统达到平衡态时，熵达到最大值。其物理意义在于揭示了自然过程的方向性，即一切自然过程总是朝着熵增加的方向进行，孤立系统中不可逆过程必然导致熵增加，只有可逆过程熵才保持不变。

（四）水蒸气1.简述水蒸气定压形成过程的三个阶段。答：水蒸气定压形成过程包括预热阶段，水从初温被加热到饱和温度；汽化阶段，饱和水在定压下汽化为饱和蒸汽，此阶段温度不变，吸收汽化潜热；过热阶段，饱和蒸汽继续被加热成为过热蒸汽，温度升高。

2.什么是湿蒸汽的干度？如何测定？答：湿蒸汽的干度x是指干蒸汽质量与湿蒸汽质量之比。测定湿蒸汽干度的方法有很多，常见的有节流法，利用湿蒸汽节流后干度增加的特性，通过测量节流前后蒸汽的状态参数来计算干度；还有电测法，利用湿蒸汽的某些电学性质与干度的关系来测量干度。

3.水蒸气图表有什么作用？答：水蒸气图表可方便地查得水蒸气的各种状态参数，如压力、温度、比体积、焓、熵等。通过图表能直观地了解水蒸气在不同状态下的参数值，便于分析水蒸气热力过程，进行热力计算，如确定热交换过程中的热量传递、功的计算等，在热动工程领域有广泛应用。

（五）气体动力循环1.画出郎肯循环的Ts图，并简述其工作过程。答：郎肯循环Ts图如下：

|状态点|过程||::|::||12|水在锅炉中定压预热成为饱和水||23|饱和水在锅炉中定压汽化成为饱和蒸汽||34|过热蒸汽在汽轮机中绝热膨胀做功||41|乏汽在凝汽器中定压凝结成水，然后经给水泵送回锅炉|

工作过程：水在锅炉中定压加热成为过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机绝热膨胀做功，带动发电机发电，做完功的乏汽进入凝汽器定压凝结成水，凝结水由给水泵升压送回锅炉，完成一个循环。

2.提高郎肯循环热效率的主要途径有哪些？答：提高郎肯循环热效率的主要途径有：提高蒸汽初压力，可提高循环平均吸热温度；提高蒸汽初温度，同样能提高平均吸热温度；降低乏汽压力，可增大循环的平均温差；减少各项不可逆损失，如减少蒸汽在管道和设备中的散热、摩擦等损失。

3.简述燃气轮机循环的工作原理。答：燃气轮机循环中，空气首先在压气机中绝热压缩，压力和温度升高；压缩后的空气进入燃烧室与燃料混合燃烧，成为高温高压燃气；高温高压燃气进入燃气轮机绝热膨胀做功，推动燃气轮机旋转；做功后的燃气排出燃气轮机，进入大气。燃气轮机输出的功一部分用于带动压气机，剩余部分为循环净功输出。

四、计算题

（一）热力系统与工质1.已知一闭口系统，初始状态参数p1=0.5MPa，V1=0.1m³，经过一个过程后，状态变为p2=1MPa，V2=0.05m³。求该过程中系统与外界交换的功。解：闭口系统功的计算公式为W=∫pdV，对于该过程，压力可近似看作常数，则：W=p(V2V1)已知p=0.5MPa（因为过程中压力变化，这里取平均值近似计算），V1=0.1m³，V2=0.05m³W=0.5×10⁶×(0.050.1