工程热力学期末试题及答案

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.工程热力学是研究（）中热能与机械能相互转换规律的科学。A.工程技术领域B.自然界C.热力设备D.能源系统答案：A

2.下列状态参数中，属于基本状态参数的是（）。A.内能B.焓C.熵D.温度答案：D

3.理想气体的内能是（）的函数。A.压力B.温度C.比体积D.熵答案：B

4.可逆过程的特点是（）。A.过程进行得无限缓慢B.没有摩擦C.系统和外界随时保持平衡D.以上都是答案：D

5.卡诺循环的热效率只与（）有关。A.高温热源温度B.低温热源温度C.循环的压缩比D.高温热源温度和低温热源温度答案：D

6.下列哪种气体可视为理想气体（）。A.水蒸气B.空气C.氨D.氟利昂答案：B

7.定容过程中，工质吸收的热量全部用于增加（）。A.内能B.焓C.熵D.对外做功答案：A

8.湿空气的含湿量是指（）。A.1kg湿空气中所含干空气的质量B.1kg湿空气中所含水蒸气的质量C.1kg干空气中所含水蒸气的质量D.1m³湿空气中所含水蒸气的质量答案：C

9.朗肯循环由（）组成。A.定压加热、绝热膨胀、定压放热、绝热压缩B.定温加热、绝热膨胀、定温放热、绝热压缩C.定容加热、绝热膨胀、定容放热、绝热压缩D.定压加热、绝热膨胀、定容放热、绝热压缩答案：A

10.提高蒸汽动力循环效率的主要途径是（）。A.提高初参数B.降低终参数C.采用回热循环D.以上都是答案：D

二、填空题（每题2分，共20分）1.工程热力学的研究方法有宏观研究方法和（微观研究方法）。2.状态参数是描述热力系统（状态）的物理量。3.理想气体状态方程为（pV=mRT）。4.热力学第一定律的实质是（能量守恒与转换定律）在热现象中的应用。5.可逆过程的熵变（等于）不可逆过程的熵变。（填"大于""小于"或"等于"）6.卡诺循环的热效率为（1T₂/T₁），其中T₁为高温热源温度，T₂为低温热源温度。7.气体的比热容有（定容比热容）和定压比热容之分。8.湿空气的相对湿度等于（水蒸气分压力与同温度下饱和水蒸气分压力之比）。9.蒸汽动力循环中，汽轮机的作用是（将蒸汽的热能转化为机械能）。10.热泵是一种能使热量从（低温物体）传向高温物体的装置。

三、简答题（每题10分，共40分）1.简述工程热力学的研究对象和任务。工程热力学的研究对象是能量以热的形式在工程技术领域中的转换和传递规律，以及与这些过程有关的工质的热力性质。其任务主要包括：研究各种热力过程中工质的状态变化规律以及能量转换关系，为分析和改进热力设备提供理论依据。研究提高能量转换效率的途径和方法，以节约能源，提高经济效益。研究与热力过程有关的工质的热力性质，为热力设备的设计、计算和运行提供必要的物性数据。

2.什么是状态参数？状态参数有哪些特性？状态参数是描述热力系统状态的物理量。其特性包括：状态一定，状态参数具有唯一确定的值。状态变化时，状态参数的变化量只与初、终状态有关，而与变化过程无关。循环积分特性，即工质经历一个循环后，状态参数的变化量为零。

3.简述热力学第二定律的两种表述。克劳修斯表述：热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。开尔文表述：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机。

4.简述蒸汽动力循环中采用回热循环的意义。提高了给水温度，减少了锅炉中吸收的热量，降低了锅炉的热负荷，从而减少了燃料消耗。由于抽汽加热给水，减少了进入凝汽器的蒸汽量，降低了冷源损失。提高了循环的平均吸热温度，从而提高了循环热效率。

四、计算题（每题20分，共20分）1.某理想气体在定温过程中，初态压力p₁=0.5MPa，体积V₁=0.1m³，终态体积V₂=0.2m³，求该过程中气体与外界交换的热量及对外做的功。已知该理想气体的比热容比k=1.4。解：（1）定温过程中气体对外做的功：根据定温过程功的计算公式\(W=p₁V₁ln(V₂/V₁)\)\(W=0.5×10⁶×0.1×ln(0.2/0.1)\)\(W=34657.4J=34.66kJ\)（2）定温过程中气体与外界交换的热量：根据热力学第一定律\(Q=W\)所以\(Q=34.66kJ\)

答：该过程中气体对外做的功为34.66kJ，与外界交换的热量为34.66kJ。

2.某蒸汽动力循环，新蒸汽压力p₁=3MPa，温度t₁=400℃，排汽压力p₂=0.004MPa，试计算该循环的热效率。已知新蒸汽的焓h₁=3230.9kJ/kg，排汽的焓h₂=2133.8kJ/kg，凝结水的焓h₃=121.4kJ/kg。解：（1）循环吸热量\(q₁\)：\(q₁=h₁h₃=3230.9121.4=3109.5kJ/kg\)（2）循环放热量\(q₂\)：\(q₂=h₂h₃=2133.8121.4=2012.4kJ/kg\)（3）循环热效率\(\eta_t\)：\(\eta_t=1q₂/q₁=12012.4/3109.5=0.353=35.3\%\)

答：该循环的热效率为35.3%。

工程热力学期末复习要点

一、基本概念1.工程热力学的研究对象和任务研究能量以热的形式在工程技术领域中的转换和传递规律，以及与这些过程有关的工质的热力性质。2.状态参数描述热力系统状态的物理量，如温度、压力、比体积、内能、焓、熵等。特性：状态一定，参数唯一；变化量只与初终态有关；循环积分特性。3.热力平衡状态系统在不受外界影响的条件下，宏观性质不随时间变化的状态。4.准静态过程过程进行得非常缓慢，系统在任意时刻都无限接近平衡状态的过程。5.可逆过程系统完成某一过程后，若能使系统和外界都恢复到原来状态，而不留下任何变化的过程。

二、基本定律1.热力学第零定律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。2.热力学第一定律能量守恒与转换定律在热现象中的应用，表达式\(Q=\DeltaU+W\)。3.热力学第二定律克劳修斯表述：热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。开尔文表述：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机。4.熵增加原理孤立系统的熵只能增加，或保持不变，绝不能减少，这一规律称为熵增加原理。

三、理想气体1.理想气体状态方程\(pV=mRT\)，其中\(p\)为压力，\(V\)为体积，\(m\)为质量，\(R\)为气体常数，\(T\)为热力学温度。2.理想气体的内能、焓内能\(U=mc_vT\)，焓\(H=mc_pT\)，\(c_v\)为定容比热容，\(c_p\)为定压比热容，\(c_pc_v=R\)。3.理想气体的热力过程定容过程：\(W=0\)，\(Q=\DeltaU=mc_v\DeltaT\)。定压过程：\(W=p\DeltaV\)，\(Q=\DeltaH=mc_p\DeltaT\)。定温过程：\(pV=const\)，\(U=const\)，\(H=const\)，\(W=Q=mRTln(V₂/V₁)\)。绝热过程：\(Q=0\)，\(pV^k=const\)，\(TV^{k1}=const\)，\(W=\DeltaU=mc_v(T₁T₂)\)。

四、实际气体1.实际气体状态方程范德瓦尔方程等。2.压缩因子\(Z=pV/(mRT)\)，反映实际气体与理想气体的偏差程度。

五、气体混合物1.成分表示方法质量分数、摩尔分数等。2.混合物的性质平均摩尔质量、比热容等的计算。

六、湿空气1.湿空气的参数含湿量、相对湿度、露点温度等。含湿量\(d=622p_v/(pp_v)\)，其中\(p_v\)为水蒸气分压力，\(p\)为湿空气压力。相对湿度\(\varphi=p_v/p_s\)，\(p_s\)为同温度下饱和水蒸气分压力。2.湿空气的热力过程加热过程、冷却过程、加湿过程、减湿过程等。

七、蒸汽动力循环1.朗肯循环由定压加热、绝热膨胀、定压放热、绝热压缩四个过程组成。提高循环热效率的途径：提高初参数、降低终参数、采用回热循环等。2.回热循环利用抽汽加热给水，减少冷源损失，提高循环热效率。

八、制冷循环1.压缩制冷循环由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成。制冷系数\(\varepsilon=Q₂/W\)，其中\(Q₂\)为制冷量，\(W\)为压缩机耗功。2.吸收式制冷循环以热能为动力，利用吸收剂吸收制冷剂的原理实现制冷。

工程热力学学习方法与技巧

一、深入理解基本概念1.抓住关键定义对于状态参数、热力平衡、可逆过程等重要概念，要准确理解其定义的每一个字。例如，状态参数强调与状态的一一对应关系，可逆过程强调系统和外界能同时完全恢复原状。2.对比相似概念将容易混淆的概念进行对比，如内能和焓，定容比热容和定压比热容等。通过对比明确它们的区别和联系，加深对概念的理解。3.结合实际例子把概念与实际的热力设备或过程相结合。比如，用汽车发动机的工作过程来理解热力循环中的各个过程，有助于更直观地把握概念。

二、熟练掌握基本定律1.理解定律本质热力学第一定律体现的能量守恒与转换思想，要深入领会其在不同热力过程中的应用方式。热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述，要明白其物理意义以及对工程实际的限制。2.掌握数学表达式牢记各定律的数学表达式，如热力学第一定律\(Q=\DeltaU+W\)，并能根据具体问题正确应用。3.多做定律应用练习通过做大量的练习题，熟练运用定律解决各种热力过程中的能量分析问题，提高解题能力。

三、善于总结热力过程1.梳理过程特点对定容、定压、定温、绝热等热力过程，分别总结其过程方程式、状态参数变化规律、能量转换关系等特点。例如，定容过程中\(W=0\)，能量变化主要体现在内能上。2.对比不同过程对比不同热力过程的异同点，有助于更好地理解每个过程的特性。比如，定压过程和定温过程在能量变化和参数关系上的差异。3.制作过程总结图表可以制作表格或流程图，将各个热力过程的关键信息整理在一起，便于复习和记忆。

四、强化计算能力1.掌握计算公式牢记理想气体状态方程、内能和焓的计算式、热力过程中功和热量的计算公式等。2.规范解题步骤养成规范的解题习惯，从已知条件分析入手，明确求解目标，选择合适的公式，逐步推导计算，最后得出准确答案。3.多做计算练习通过大量的计算题练习，提高计算速度和准确性，熟悉各种题型的解题方法。

五、结合实际案例学习1.分析热力设备工作过程以蒸汽动力循环中的汽轮机、锅炉，制冷循环中的冰箱、空调等设备为例，分析其工作过程中涉及的工程热力学原理。2.关注能源与动力工程领域应用了解工程热力学在能源利用、动力系统优化等实际工程中的应用，增强学习的兴趣和动力。3.思考实际问题解