工程热力学试题

工程热力学试题一、选择题（每题2分，共20分）1.热力学第零定律表明（）A.若两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡B.能量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体C.不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响D.孤立系统的熵永不减少

2.理想气体经历绝热自由膨胀过程后，下列表述正确的是（）A.内能增加，温度升高，熵增加B.内能不变，温度不变，熵增加C.内能减少，温度降低，熵减少D.内能不变，温度升高，熵增加

3.工质经历一个不可逆循环后，其熵变（）A.大于零B.小于零C.等于零D.不确定

4.对于定比热理想气体，其焓变\(\Deltah\)与温度变化\(\DeltaT\)的关系为（）A.\(\Deltah=c_p\DeltaT\)B.\(\Deltah=c_v\DeltaT\)C.\(\Deltah=R\DeltaT\)D.\(\Deltah=c_pc_v\DeltaT\)

5.水蒸气的定压比热\(c_p\)与定容比热\(c_v\)相比，（）A.\(c_p>c_v\)B.\(c_p<c_v\)C.\(c_p=c_v\)D.不确定

6.卡诺循环的热效率\(\eta_{carnot}\)与（）有关。A.工质性质B.热源温度\(T_1\)和冷源温度\(T_2\)C.循环的压缩比D.循环的膨胀比

7.某热机从高温热源吸收热量\(Q_1\)，向低温热源放出热量\(Q_2\)，则该热机的效率\(\eta\)为（）A.\(\eta=\frac{Q_1}{Q_2}\)B.\(\eta=\frac{Q_2}{Q_1}\)C.\(\eta=1\frac{Q_2}{Q_1}\)D.\(\eta=1+\frac{Q_2}{Q_1}\)

8.实际气体在（）条件下可近似看作理想气体。A.高温、高压B.高温、低压C.低温、高压D.低温、低压

9.对于一个简单可压缩系统，其独立的状态参数有（）个。A.1B.2C.3D.4

10.如图所示的闭口系统经历\(abca\)循环，其中\(ab\)为定容过程，\(bc\)为定压过程，\(ca\)为定温过程。已知\(p_1=1MPa\)，\(V_1=0.001m^3\)，\(p_2=2MPa\)，\(T_3=T_1=300K\)，则该循环的净功\(W_{net}\)为（）

A.\(100J\)B.\(200J\)C.\(300J\)D.\(400J\)

二、填空题（每题2分，共20分）1.状态参数是描述热力系统状态的宏观物理量，具有______性和______性。2.热力学能是指系统内部______、______、______等各种形式能量的总和。3.理想气体的状态方程为______。4.可逆过程是指______，______的过程。5.熵是系统______的度量，其单位为______。6.定容过程中，工质吸收的热量全部用于增加______，即\(q_v=\Deltau\)。7.定压过程中，工质吸收的热量一部分用于增加______，一部分用于对外______，即\(q_p=\Deltah=\Deltau+w\)。8.卡诺循环由两个______过程和两个______过程组成。9.热机是将______转化为______的装置。10.湿空气是由______和______组成的混合气体。

三、简答题（每题5分，共20分）1.简述热力学第一定律的内容及表达式。2.什么是可逆过程？引入可逆过程的意义是什么？3.简述理想气体内能的特点。4.说明湿空气的含湿量、相对湿度的物理意义。

四、计算题（每题15分，共30分）1.一定质量的理想气体，初始状态参数为\(p_1=0.5MPa\)，\(V_1=0.2m^3\)，\(T_1=300K\)。该气体经历一个定温膨胀过程，体积变为\(V_2=0.4m^3\)。求：气体对外所做的功\(W\)；气体吸收的热量\(Q\)；气体内能的变化\(\DeltaU\)。2.一蒸汽动力装置工作于高温热源\(T_1=1273K\)和低温热源\(T_2=300K\)之间，循环由定压加热、绝热膨胀、定压放热和绝热压缩四个过程组成。已知蒸汽在定压加热过程中从热源吸收热量\(Q_1=5000kJ/kg\)，求：循环的热效率\(\eta\)；循环的净功\(W_{net}\)；蒸汽在绝热膨胀过程中对外所做的功\(W_{s}\)。（假设蒸汽为理想气体，定压比热\(c_p=1.04kJ/(kg\cdotK)\)，定容比热\(c_v=0.74kJ/(kg\cdotK)\)）

答案

一、选择题1.A2.B3.C4.A5.A6.B7.C8.B9.B10.C

二、填空题1.状态，单值2.分子动能，分子势能，内位能3.\(pV=mRT\)4.系统与外界在无限接近平衡条件下进行，且没有摩擦等耗散效应5.无序程度，\(J/K\)6.内能7.内能，做功8.等温，绝热9.热能，机械能10.干空气，水蒸气

三、简答题1.热力学第一定律的内容及表达式：内容：热力系内储存能量的变化等于热力系与外界交换的热量与外界对热力系所做的功之和。表达式：\(\DeltaU=QW\)（闭口系统），对于开口系统有\(\DeltaU+\Delta(pv)=QW\)。2.可逆过程：定义：系统与外界在无限接近平衡条件下进行，且没有摩擦等耗散效应的过程。意义：可逆过程是一种理想化的过程，实际过程往往是不可逆的。引入可逆过程的概念可以为分析实际过程提供一个标准和比较的基础。通过研究可逆过程，可以得到一些极限情况下的规律和结论，有助于理解实际过程的性能和改进方向。例如，可逆热机的效率是最高的，通过与可逆热机效率比较，可以评估实际热机的完善程度。3.理想气体内能的特点：理想气体的内能是温度的单值函数，即\(U=U(T)\)。对于一定质量的理想气体，内能的变化只与温度变化有关，\(\DeltaU=mc_v\DeltaT\)。理想气体分子之间无相互作用力，不存在分子势能，其内能仅为分子动能的总和。4.湿空气的含湿量、相对湿度的物理意义：含湿量：单位质量干空气中所含有的水蒸气质量，用\(d\)表示。它反映了湿空气中水蒸气含量的多少。相对湿度：湿空气中水蒸气分压力\(p_v\)与同温度下饱和水蒸气分压力\(p_s\)之比，用\(\varphi\)表示。相对湿度反映了湿空气接近饱和的程度，\(\varphi=0\)时为干空气，\(\varphi=1\)时为饱和湿空气。

四、计算题1.已知理想气体定温膨胀过程，\(p_1=0.5MPa\)，\(V_1=0.2m^3\)，\(T_1=300K\)，\(V_2=0.4m^3\)。定温过程气体对外做功：\(W=p_1V_1\ln\frac{V_2}{V_1}\)\(=0.5\times10^6\times0.2\times\ln\frac{0.4}{0.2}\)\(=0.5\times10^6\times0.2\times\ln2\)\(\approx69314.7J\approx69.3kJ\)因为定温过程\(\DeltaU=0\)，根据热力学第一定律\(\DeltaU=QW\)，可得：\(Q=W=69.3kJ\)气体内能变化\(\DeltaU=0\)。2.已知\(T_1=1273K\)，\(T_2=300K\)，\(Q_1=5000kJ/kg\)，\(c_p=1.04kJ/(kg\cdotK)\)，\(c_v=0.74kJ/(kg\cdotK)\)。卡诺循环热效率：\(\eta_{carnot}=1\frac{T_2}{T_1}=1\frac{300}{1273}\approx0.764\)循环净功：\(W_{net}=\eta_{carnot}Q_1=0.764\times5000=3820kJ/kg\)对于理想气体的卡诺循环，绝热膨胀过程中，\(Q_1=mc_p(T_1T_2)\)，可得\(m=\frac{Q_1}{c_p(T_1T_2)}\)。绝热膨胀过程中，\(W_{s}=mc_p(T_1T_2)mc_p(T_2T_2)=mc_p(T_1T_2)\)\(m=\frac{5000}{1.04\times(1273300)}\)\(W_{s}=5000kJ/kg\)（这里计算绝热膨胀功可直接根据卡诺循环的特点，\(W_{net}=Q_1Q_2\)，绝热膨胀功等于净功，因为卡诺循环中绝热过程与外界无热