公用設備工程師-專業基礎（暖通空調、動力）-工程熱力學-1.5理想氣體基本熱力過程及氣體壓縮[單選題]1.容積為2m3的儲氣罐內盛有t1＝20℃、P1＝500kPa的空氣[已知Cp＝1（江南博哥）.005kJ/（kg·K），Rg＝0.287kJ/（kg·K）。若使壓力提高到P2＝1MPa，空氣的溫度將升高到()℃。[2006年真題]A.313B.40C.400D.350正確答案：A參考解析：由理想氣體狀態方程pV＝mRgT可知，在定容過程中，壓力與溫度成正比，即p1/p2＝T1/T2。因此，當壓力提高到P2＝1MPa，空氣的溫度T2＝T1P2/P1＝（20＋273）×1/0.5＝586K＝313℃。[單選題]2.某熱力過程中，氮氣初態為v1＝1.2m3/kg和p1＝0.1MPa，終態為v2＝0.4m3/kg和p2＝0.6MPa，該過程的多變比熱容cn為()。[2014年真題]A.271J/（kg·K）B.297J/（kg·K）C.445J/（kg·K）D.742J/（kg·K）正確答案：A參考解析：計算步驟如下：①計算多變指數n。多變指數n的計算公式為：n＝[ln（p2/p1）]/[ln（v1/v2）]＝[ln（0.6/0.1）]/[ln（1.2/0.4）]＝1.631。②計算恒容比熱容cv。氮氣為雙原子氣體，絕熱指數k＝1.4，氮氣的摩爾質量M為28g/mol，氣體常數R取8.314J/（mol·K），根據恒容比熱容計算公式，計算氮氣的恒容比熱容：cv＝Rg/（k－1）＝（R/M）·[1/（k－1）]＝（8.314/28）×[1/（1.4－1）]＝742J/（kg·K）。③計算多變比熱容cn。氮氣的恒容比熱容cv＝742J/（kg·K），多變比熱容cn為：cn＝[（n－k）/（n－1）]·cv＝[（1.631－1.4）/（1.631－1）]×742＝271J/（kg·K）。[單選題]4.在一個剛體絕熱系統中理想氣體進行自由膨脹，其過程是()。[2019年真題]A.等壓過程B.等溫過程C.等熵過程D.多變過程正確答案：D參考解析：A項，等壓過程為壓力不變的過程；B項，等溫過程為溫度不變的過程；C項，等熵過程為絕熱過程，熱量變化為零的過程；D項，多變過程中，pvn＝0。在一個剛體絕熱系統中理想氣體進行自由膨脹的過程為不可逆過程，故其為多變過程。[單選題]5.活塞式壓縮機留有余隙的主要目的是()。[2018年真題]A.減少壓縮制氣過程耗功B.運行平穩和安全C.增加產氣量D.避免高溫正確答案：B參考解析：活塞式壓縮機留有余隙的主要目的是保證壓縮機的安全平穩運行，防止活塞受熱膨脹撞擊氣缸底部。而留有余隙容積后會使得壓縮機容積效率減小，實際輸氣量低于理論輸氣量，而實際耗功量與理論耗功量相同。[單選題]6.壓氣機最理想的壓縮過程是采用()。[2007年真題]A.n＝k的絕熱壓縮過程B.n＝1的定溫壓縮過程C.1＜n＜k的多變壓縮過程D.n＞k的多變壓縮過程正確答案：B參考解析：從同一初態壓縮到某預定壓力終態，定溫過程（n＝1）的耗功量最小，壓縮終了的排氣溫度也最低，如圖1-5-1所示。所以定溫過程（n＝1）是壓氣機最理想的壓縮過程，但是實際過程中很難達到定溫壓縮，工程上根據具體情況調整壓縮比。a）b）圖1-5-1壓氣機三種壓縮過程[單選題]7.采用任何類型的壓氣機對氣體進行壓縮，所消耗的功都可用下式計算()。[2005年真題]A.wt＝q－ΔhB.wt＝ΔhC.wt＝q－ΔD.正確答案：A參考解析：壓氣機耗功可用技術功表示，因此任何類型的壓縮過程壓氣機所消耗功的計算均可利用熱力學第一定律的第二解析式，其表達示為：wt＝q－Δh。式中，wt為技術功；q為熱量；Δh為焓變。B項，在絕熱壓縮過程中，q＝0，則wt＝Δh適用于絕熱壓縮過程；C項，wt＝q－Δu適用于閉口系統的壓縮過程；D項，適用于可逆壓縮過程。[單選題]8.空氣進行可逆絕熱壓縮，壓縮比為6.5，初始溫度為27℃，則終了時氣體溫度可達()。[2011年真題]A.512KB.450KC.168℃D.46℃正確答案：A參考解析：空氣進行可逆絕熱壓縮是等熵過程。等熵過程溫度與壓力之間的關系為：由題意可得，空氣的絕熱指數k＝1.4，壓縮比p2/p1＝6.5，初始溫度T1＝27＋273＝300K，代入已知數據可得，終了時的氣體溫度T2為：[單選題]9.壓氣機壓縮制氣過程有三種典型過程，即等溫過程、絕熱過程和多變過程，在同樣初始條件和達到同樣壓縮比的條件下，三者耗功量之間的正確關系為()。[2012年真題]A.W等溫＝W多變＝W絕熱B.W等溫＞W多變＞W絕熱C.W等溫＜W多變＜W絕熱D.不確定正確答案：C參考解析：p-v圖上曲線與坐標軸所圍圖形的面積即為循環消耗的功。同樣的初終狀態、壓縮比條件下，由圖1-5-2所示三種熱力過程與p軸圍成的面積大小可知，等溫壓縮功耗最小，絕熱壓縮功耗最高，實際的壓氣機的多變壓縮過程耗功介于二者之間，即W等溫＜W多變＜W絕熱。圖1-5-2壓氣機壓縮過程[單選題]10.1kg空氣從壓力3MPa和溫度800K，進行一不可逆膨脹過程到達終態，其終態壓力為1.5MPa，溫度為700K。若空氣的氣體常數為0.287kJ/（kg·K）、絕熱指數為1.4，此過程中空氣的熵變化量是()。[2007年真題]A.64.8kJ/（kg·K）B.64.8J/（kg·K）C.52.37kJ/kgD.102.3J/（kg·K）正確答案：B參考解析：理想氣體熵變的計算公式為：Δs＝cpln（T2/T1）－Rgln（p2/p1）。式中，cp為定壓比熱容，本題中，cp＝kRg（k－1）＝1.4×0.287/（1.4－1）＝1.0045kJ/（kg·K）；T1、T2分別為初末狀態下的溫度，本題中，T1＝800K，T2＝700K；Rg為氣體的氣體常數，本題中，Rg＝0.287kJ/（kg·K）；p1、p2分別為初末狀態的壓力，本題中，p1＝3MPa，p2＝1.5MPa。因此，熵變化量Δs＝1.0045×ln（700/800）－0.287×ln（1.5/3）＝0.0648kJ/（kg·K）＝64.8J/（kg·K）。[單選題]11.某理想氣體的初終態分別為V1＝1.5m3，p1＝0.2MPa，V2ub>＝0.5m3，p2sub>＝1.0MPa，則多變指數n為()。[2010年真題]A.1.47B.1.35C.1.25D.1.10正確答案：A參考解析：多變過程的計算公式為：p1V1n＝p2V2n，即V2n/V1n＝p1/p2。所以，多變指數n的計算式為：n＝ln（p₂/p<sub>1）/ln（V1/V2）＝ln（1/0.2）/ln（1.5/0.5）＝1.47。[單選題]12.理想氣體定溫膨脹，必然有()。A.Q＝WB.Q＞WC.Q＜WD.Q與W無關正確答案：A參考解析：理想氣體的內能僅與溫度有關，所以理想氣體定溫膨脹過程中，內能變化為零即ΔU＝0。根據熱力學第一定律Q＝W＋ΔU，則Q＝W。[單選題]13.在有關理想氣體4種基本過程特征的下列陳述中，()不正確。A.定容加熱過程中，加熱量全部提高了系統的熱力學能B.定壓過程中，系統必定輸出體積變化功而熱力學能增大C.定溫加熱過程中，加熱量全部用于系統做體積膨脹功D.絕熱膨脹過程中，系統減少熱力學能而輸出體積變化功正確答案：B參考解析：熱力學第一定律表達式為：Q＝W＋ΔU。式中，Q和W分別表示一閉口系統在與外界相互作用的過程中，通過邊界傳遞的熱量和功；ΔU為系統熱力學能的變化量。A項，定容加熱過程中，W＝0，因此Q＝ΔU，即加熱量全部提高了系統的熱力學能。B項，定壓過程包括系統輸出功和輸入功兩種情況，熱力學能有可能增大也有可能減小。C項，定溫加熱過程，由于理想氣體熱力學能為溫度的函數，則ΔU＝0，Q＝W，即加熱量全部用于系統做體積膨脹功。D項，絕熱膨脹過程，Q＝0，W＝－ΔU，即系統減少熱力學能而輸出體積變化功。[單選題]14.某理想氣體吸收4349kJ的熱量作定壓變化。設定容比熱容為0.741kJ/（kg·K），氣體常數為0.297kJ/（kg·K），則該理想氣體對外所作的功為()。A.3105kJB.1244kJC.4189kJD.5593kJ正確答案：B參考解析：理想氣體定容比熱容與定壓比熱容的關系為：cp－cv＝Rg。因此，定壓比熱容cp＝Rg＋cv＝0.741＋0.297＝1.038kJ/（kg·K）。熱力學第一定律表達式為：q＝w＋Δu或q＝wt＋Δh。理想氣體做定壓變化，技術功wt＝0，則熱量q＝Δh＝cpT，溫度T＝q/cp＝4349/1.038＝4189.79K。氣體吸收熱量一部分來自氣體內能的增加，一部分來自氣體做功，則理想氣體對外所作的功w＝q－Δu＝cpT－cvT＝（cp－cv）T＝0.297×4189.79＝1244kJ。[單選題]15.1kg空氣自初態（p1，v1）經可逆膨脹到終態（p2，v2），膨脹過程的多變指數n＝1.6，該過程中q、w和Δu的變化情況為()。A.q＞0，w＞0，Δu＜0B.q＜0，w＞0，Δu＞0C.q＞0，w＜0，Δu＞0D.q＜0，w＞0，Δu＜0正確答案：D參考解析：根據n＝1.6可知，對于多原子氣體，絕熱指數k＝1.3，則k＜n＜∞。又因為該過程為可逆膨脹，w＞0，n＝∞的過程為定容過程，則該過程線應在n＝∞處的左邊。綜上所述，該過程線在第四象限且處于n＝k和n＝∞之間，根據圖1-5-3熱力過程圖可得q＜0，Δu＜0，w＞0。圖1-5-3熱力過程圖[單選題]16.工質進行了一個吸熱、升溫、壓力下降的多變過程，則多變指數()。A.0＜n＜1B.1＜n＜kC.n＞kD.n→∞正確答案：A參考解析：工質進行了一個吸熱，升溫，壓力下降的多變過程，即q＞0，ΔU＞0，Δp＜0。由圖1-5-4可得，q＞0，則該過程線在n＝k線的上方；ΔU＞0，則該過程線在n＝1線的上方；Δp＜0，則該過程線在n＝0線的下方。綜上所述，該過程線在n＝0線與n＝1線之間，即0＜n＜1。圖1-5-4熱力過程圖[單選題]17.1kg空氣穩定流過控制體積，入口狀態為p1＝0.1MPa，v1＝0.897m3/kg，t1＝40℃；出口狀態為p2＝0.565MPa，v<sub>2＝0.224m3/kg，t2＝169℃。在此過程中，多變指數n＝______；當空氣的體積變化功w＝－148kJ/kg時，技術功wt＝______。()A.1.25；－185kJ/kgB.1.25；－148kJ/kgC.1.4；－185kJ/kgD.1.4；－148kJ/kg正確答案：A參考解析：根據狀態方程式p1v1n＝p2v2n可知，則多變指數n＝ln（p2/p1）/ln（v1/