工程热力学重点知识解析题集

综合试卷第=PAGE1*2-11页（共=NUMPAGES1*22页） 综合试卷第=PAGE1*22页（共=NUMPAGES1*22页）PAGE①姓名所在地区姓名所在地区身份证号密封线1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和所在地区名称。2.请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写您的答案。3.不要在试卷上乱涂乱画，不要在标封区内填写无关内容。一、选择题1.热力学第一定律的数学表达式是？

A.ΔU=QW

B.ΔU=QW

C.ΔU=QWΔV

D.ΔU=WQ

2.热力学第二定律的克劳修斯表述是什么？

A.热量不能自发地从低温物体传递到高温物体

B.热量不能从单一热源取出并完全转换为功，而不引起其他变化

C.热量不能自发地从高温物体传递到低温物体

D.任何热机都不可能在不与外界交换热量的情况下工作

3.理想气体的状态方程是什么？

A.PV=nRT

B.PV=RT

C.PV=nR

D.PV=mRT

4.热功当量的定义是什么？

A.单位热量所做的功

B.单位功所吸收的热量

C.单位热量所具有的功

D.单位功所放出的热量

5.热力学温标的定义是什么？

A.以绝对零度为起点，以水的冰点为0K，沸点为100K的温度标尺

B.以绝对零度为起点，以水的冰点为0°C，沸点为100°C的温度标尺

C.以绝对零度为起点，以空气的冰点为0K，沸点为100K的温度标尺

D.以绝对零度为起点，以空气的冰点为0°C，沸点为100°C的温度标尺

6.热膨胀系数的定义是什么？

A.单位体积物体温度升高1K时，其体积的相对变化

B.单位长度物体温度升高1K时，其长度的相对变化

C.单位质量物体温度升高1K时，其质量的相对变化

D.单位体积物体温度降低1K时，其体积的相对变化

7.定容比热容与定压比热容的关系是什么？

A.定容比热容等于定压比热容

B.定容比热容大于定压比热容

C.定容比热容小于定压比热容

D.定容比热容与定压比热容无直接关系

8.热交换器的基本类型有哪些？

A.间壁式、混合式、辐射式

B.间壁式、对流式、辐射式

C.间壁式、传导式、辐射式

D.间壁式、对流式、传导式

答案及解题思路：

1.答案：B.ΔU=QW

解题思路：热力学第一定律表述能量守恒，系统内能的增加等于系统吸收的热量加上对外做的功。

2.答案：A.热量不能自发地从低温物体传递到高温物体

解题思路：克劳修斯表述是热力学第二定律的一种表述，表明热量自然流动的方向是从高温到低温。

3.答案：A.PV=nRT

解题思路：理想气体状态方程由玻意耳马略特定律、查理定律和盖·吕萨克定律综合得出。

4.答案：B.单位功所吸收的热量

解题思路：热功当量是指将一定量的功转换为热量的比例关系。

5.答案：B.以绝对零度为起点，以水的冰点为0°C，沸点为100°C的温度标尺

解题思路：热力学温标（开尔文温标）以绝对零度为起点，水的冰点和沸点分别对应特定的绝对温度。

6.答案：A.单位体积物体温度升高1K时，其体积的相对变化

解题思路：热膨胀系数定义为物体温度变化1K时，体积的相对变化量。

7.答案：C.定容比热容小于定压比热容

解题思路：定容比热容是在恒定体积下加热物体所需的热量，而定压比热容是在恒定压力下加热所需的热量，由于压力变化，后者包含更多的气体做功的能量。

8.答案：A.间壁式、混合式、辐射式

解题思路：热交换器按工作原理分为间壁式（如管式、板式）、混合式（如喷流式）和辐射式。二、填空题1.热力学第一定律的表达式为△U=QW。

2.热力学第二定律的熵增原理表明，在一个封闭系统中，熵不会自发减少。

3.理想气体的内能只与温度有关。

4.热功当量表示1kg燃料完全燃烧时放出的热量等于4.2×10^3J的功。

5.热力学温标中的绝对零度对应的摄氏温度是273.15℃。

6.材料的热膨胀系数表示在某一温度区间的温度范围内，材料每单位长度膨胀或收缩的量。

7.定容比热容是指单位质量的物质在恒定体积过程中温度升高1K所吸收的热量。

8.热交换器按照传热方式可分为传导式和对流式。

答案及解题思路：

1.热力学第一定律的表达式为△U=QW

解题思路：根据热力学第一定律，能量守恒定律在热力学系统中的应用，系统的内能变化等于系统吸收的热量与系统对外做的功的差。其中，△U表示内能变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。

2.热力学第二定律的熵增原理表明，在一个封闭系统中，熵不会自发减少

解题思路：熵是表示系统混乱程度的物理量。热力学第二定律指出，在任何自发过程中，孤立系统的总熵总是增大的。因此，封闭系统中熵不会自发减少。

3.理想气体的内能只与温度有关

解题思路：理想气体的内能仅与温度有关，与体积和压强无关。这是因为理想气体的内能是由气体分子的动能组成的，而动能与温度直接相关。

4.热功当量表示1kg燃料完全燃烧时放出的热量等于4.2×10^3J的功

解题思路：热功当量是指1kg燃料完全燃烧所释放的热量转换为做功的量。在工程热力学中，该数值通常被取为4.2×10^3J。

5.热力学温标中的绝对零度对应的摄氏温度是273.15℃

解题思路：热力学温标也称为开氏温标，其中绝对零度为0K。对应的摄氏温度是273.15℃。

6.材料的热膨胀系数表示在某一温度区间的温度范围内，材料每单位长度膨胀或收缩的量

解题思路：热膨胀系数描述了材料随温度变化而膨胀或收缩的能力。它在某一温度范围内对材料单位长度变化进行定量描述。

7.定容比热容是指单位质量的物质在恒定体积过程中温度升高1K所吸收的热量

解题思路：定容比热容是指在一定体积条件下，物质温度每升高1K所需吸收的热量。

8.热交换器按照传热方式可分为传导式和对流式

解题思路：热交换器按照传热方式可以分为两种，一种是通过材料壁面直接传递热量的传导式，另一种是通过流体间对流进行热交换的对流式。三、判断题1.热力学第一定律表明，热量可以与功相互转换。

答案：正确

解题思路：热力学第一定律，也称为能量守恒定律，指出在一个封闭系统中，能量不能被创造或销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。因此，热量可以与功相互转换。

2.热力学第二定律表明，热量不能自发地从低温物体传到高温物体。

答案：正确

解题思路：热力学第二定律指出，在一个孤立系统中，热量自然流动的方向是从高温物体到低温物体，而不会自发地从低温物体传到高温物体，这是熵增原理的体现。

3.理想气体的内能只与温度有关。

答案：正确

解题思路：对于理想气体，其内能仅取决于温度，与体积和压强无关，因为理想气体的分子之间没有相互作用力。

4.热功当量越大，燃料的燃烧效率越高。

答案：错误

解题思路：热功当量是指在一定条件下，单位热量所对应的做功能力。虽然热功当量可以影响能量转换的效率，但燃料的燃烧效率还取决于燃烧过程中热能的利用率等因素。

5.热力学温标的单位是开尔文（K）。

答案：正确

解题思路：开尔文（K）是热力学温标的单位，它以绝对零度（273.15°C）为基准，是国际单位制中温度的基本单位。

6.热膨胀系数越大，材料的膨胀量越大。

答案：正确

解题思路：热膨胀系数是材料对温度变化的敏感度，表示温度每变化一度时，材料长度的相对变化量。因此，热膨胀系数越大，材料的膨胀量也越大。

7.定容比热容与定压比热容相同。

答案：错误

解题思路：定容比热容是指在恒定体积下加热或冷却时，单位质量物质的温度变化所需要的热量。定压比热容是指在恒定压强下加热或冷却时所需的热量。两者由于体积变化引起的内能变化不同，因此数值不同。

8.热交换器的作用是将热量从一个物体传递到另一个物体。

答案：正确

解题思路：热交换器是用于在两个或多个流体之间传递热量的设备，通过温差驱动热量的传递，实现热能的有效利用或废热处理。四、简答题1.简述热力学第一定律和第二定律的物理意义。

热力学第一定律，即能量守恒定律，其物理意义是指在一个封闭系统中，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。在工程热力学中，这一原理被用来分析能量的转化和传递过程。

热力学第二定律表明，在一个封闭系统中，孤立系统的总熵不会减少。在工程热力学中，这反映了热能转化为机械能的过程是不可逆的，且总是伴熵的增加。

2.简述理想气体状态方程的物理意义。

理想气体状态方程（PV=nRT）描述了理想气体的压力（P）、体积（V）、物质的量（n）、气体常数（R）和温度（T）之间的关系。这表明，在一定条件下，理想气体的压力、体积和温度之间存在一定的比例关系。

3.简述热功当量的物理意义。

热功当量是指1卡路里（cal）热量在完全转化为机械功时所能做的功。这一概念揭示了热能与机械能之间的等效关系，为热能利用提供了理论依据。

4.简述热力学温标的物理意义。

热力学温标以绝对零度（273.15°C）为起点，温度越高，表示系统内分子热运动越剧烈。热力学温标在工程热力学中具有重要作用，它使得温度的测量和比较更加准确。

5.简述热膨胀系数的物理意义。

热膨胀系数是指物体在温度变化1°C时，其长度的相对变化量。这一系数描述了物体在温度变化时的体积膨胀或收缩程度，对于工程设计具有重要意义。

6.简述定容比热容和定压比热容的物理意义。

定容比热容是指在恒定体积条件下，单位质量物质升高1°C所需吸收的热量。定压比热容是指在恒定压力条件下，单位质量物质升高1°C所需吸收的热量。这两个物理量描述了物质在加热过程中温度变化与热量吸收之间的关系。

7.简述热交换器的工作原理。

热交换器通过热传导、对流和辐射将热量从一个系统传递到另一个系统。其工作原理主要包括：热传导使热量从高温区域传递到低温区域；对流使热量在流体中传递；辐射使热量通过电磁波形式传递。

答案及解题思路：

1.答案：热力学第一定律：能量守恒定律；热力学第二定律：孤立系统的总熵不会减少。

解题思路：回顾热力学第一定律和第二定律的定义和物理意义。

2.答案：描述了理想气体的压力、体积、物质的量、气体常数和温度之间的关系。

解题思路：理解理想气体状态方程的构成和各物理量的含义。

3.答案：1卡路里热量在完全转化为机械功时所能做的功。

解题思路：回顾热功当量的定义和物理意义。

4.答案：以绝对零度（273.15°C）为起点，温度越高，表示系统内分子热运动越剧烈。

解题思路：理解热力学温标的定义和物理意义。

5.答案：物体在温度变化1°C时，其长度的相对变化量。

解题思路：理解热膨胀系数的定义和物理意义。

6.答案：在恒定体积和压力条件下，单位质量物质升高1°C所需吸收的热量。

解题思路：回顾定容比热容和定压比热容的定义和物理意义。

7.答案：通过热传导、对流和辐射将热量从一个系统传递到另一个系统。

解题思路：了解热交换器的工作原理，包括热传导、对流和辐射。五、计算题1.已知理想气体在等压条件下温度从T1升到T2，求气体的内能变化。

解答：

理想气体的内能变化ΔU只与温度变化有关，与压强无关。对于单原子理想气体，内能变化可以用以下公式计算：

ΔU=(3/2)nR(T2T1)

其中，n是气体的摩尔数，R是理想气体常数，其值为8.314J/(mol·K)。

如果已知气体的质量m和摩尔质量M，则n=m/M。

2.计算热功当量为1kg燃料完全燃烧时放出的热量等于多少J的功。

解答：

热功当量是指燃料完全燃烧时放出的热量等于多少J的功。假设热功当量为q，则

q=放出的热量/功

如果假设1kg燃料完全燃烧放出的热量为H，则

q=H/(mg)

其中，m是燃料质量，g是重力加速度（约9.81m/s²）。

3.计算水的比热容为4.18kJ/(kg·K)，若10kg水从20℃升温到30℃，求吸收的热量。

解答：

吸收的热量Q可以用以下公式计算：

Q=mcΔT

其中，m是水的质量，c是水的比热容，ΔT是温度变化。

代入数值得到：

Q=10kg4.18kJ/(kg·K)(30℃20℃)

注意将比热容单位转换为J/(kg·K)，即4.18kJ/(kg·K)=4180J/(kg·K)。

4.某物质的热膨胀系数为0.001K1，求1m长物体在温度升高1K时的膨胀量。

解答：

热膨胀量ΔL可以用以下公式计算：

ΔL=αLΔT

其中，α是热膨胀系数，L是物体的初始长度，ΔT是温度变化。

代入数值得到：

ΔL=0.001K11m1K=0.001m

5.某物体的比热容为1.00kJ/(kg·K)，求在1K温度升高时，1kg该物质所吸收的热量。

解答：

吸收的热量Q可以用以下公式计算：

Q=mcΔT

其中，m是物体的质量，c是物体的比热容，ΔT是温度变化。

代入数值得到：

Q=1kg1.00kJ/(kg·K)1K

注意将比热容单位转换为J/(kg·K)，即1.00kJ/(kg·K)=1000J/(kg·K)。

6.计算热交换器在传热过程中的效率。

解答：

热交换器的效率η可以用以下公式计算：

η=(Q_out/Q_in)100%

其中，Q_out是热交换器放出的热量，Q_in是热交换器吸收的热量。

这个问题需要具体的数值才能计算效率。

7.某热交换器传热面积为10m²，热流密度为500W/m²，求该热交换器的热通量。

解答：

热通量Q可以通过以下公式计算：

Q=qA

其中，q是热流密度，A是传热面积。

代入数值得到：

Q=500W/m²10m²=5000W

答案及解题思路：

1.答案：ΔU=(3/2)nR(T2T1)

解题思路：使用理想气体内能变化公式，根据已知温度变化计算内能变化。

2.答案：q=H/(mg)

解题思路：根据热功当量的定义，计算燃料燃烧放出的热量对应的功。

3.答案：Q=10kg4.18kJ/(kg·K)(30℃20℃)

解题思路：使用热量公式，根据水的比热容和温度变化计算吸收的热量。

4.答案：ΔL=αLΔT

解题思路：使用热膨胀公式，根据热膨胀系数和长度变化计算膨胀量。

5.答案：Q=1kg1.00kJ/(kg·K)1K

解题思路：使用热量公式，根据比热容和温度变化计算吸收的热量。

6.答案：η=(Q_out/Q_in)100%

解题思路：根据热交换器效率的定义，计算效率需要具体的热量数值。

7.答案：Q=500W/m²10m²=5000W

解题思路：使用热通量公式，根据热流密度和传热面积计算热通量。六、分析题1.分析理想气体状态方程在工程热力学中的应用。

理想气体状态方程，即PV=nRT，在工程热力学中具有广泛的应用。它能够描述气体在不同压力、体积和温度下的状态，为设计气体输送、储存以及使用设备提供理论基础。

解题思路：从理论出发，分析状态方程如何帮助确定气体在不同条件下的状态，进而应用于实际工程案例，如空调、汽车引擎、锅炉等。

2.分析热功当量在实际应用中的意义。

热功当量表示了热能与机械能之间的转换关系，对热机的效率评价具有重要意义。

解题思路：阐述热功当量的概念，分析其在热机设计、运行优化和效率评估中的应用。

3.分析热力学温标在实际测量中的重要性。

热力学温标如开尔文温标，具有无上、下限和连续性的特点，是实际测量中的可靠基准。

解题思路：说明热力学温标的特点，阐述其在实际测量中的重要性，如温度传感器校准、工业过程控制等。

4.分析热膨胀系数在实际应用中的意义。

热膨胀系数描述了材料在温度变化时尺寸变化的比例，对工程设计具有重要影响。

解题思路：分析热膨胀系数的定义，探讨其在建筑设计、热机设计、机械加工等领域的应用。

5.分析定容比热容和定压比热容在实际应用中的区别。

定容比热容和定压比热容分别表示物质在恒定体积和恒定压力下的热容量，对热力学系统分析有重要影响。

解题思路：解释定容比热容和定压比热容的概念，比较二者在实际应用中的区别，如热交换、热泵、冷库等。

6.分析热交换器在实际应用中的优势