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大連理工大學網絡教育學院

2020年春《工程熱力學》

期末考試復習題

☆注意事項：本復習題滿分共：400分。

一、單項選擇題（本大題共39小題，每小題3分,共117分）

1、外界（或環境）的定義是指（）

A、與系統發生熱交換的熱源B、與系統發生功交換的功源

C、與系統發生質量交換的物源D、系統邊界之外與系統發生聯系的一切物體

答案：D

2、無熱交換的熱力系統為（）

A、孤立系統B、閉口系統

C、絕熱系統D、開口系統

答案：C

3、準靜態過程中，系統經過的所有的狀態都接近（）

A、相鄰狀態B、初狀態

C、低能級狀態D、平衡狀態

答案：D

4、某容器中氣體的表壓力為0.04MPa,當地大氣壓為O.IMPa,則該氣體的絕對壓力為（）MPa

A、0.06B、0.04

C、0.14D、0.05

答案：C

5、某理想氣體經歷了一個內能不變的熱力過程，則該過程中工質的焰變（）

A、大于零B、等于零

C、小于零D、不確定

答案：B

6、可逆定壓穩定流動過程中，系統的（）

A、焙不變B、系統與外界交換的熱量為零

C、技術功為零

D、燃不變

答案：C

7、兩股質量相同、壓力相同的空氣絕熱混合，混合前一股氣流溫度為200C,另一股的溫度為100C,則

混合空氣的溫度為（）°C。

A、200B、100

C、150D、300

答案：C

8、某封閉熱力系，經歷了一個可逆過程，熱力系對外做功20kJ,外界對熱力系加熱5kJ,熱力系的燃變為

)

A、零B、正

C、負D、尢法確定

答案：B

9、氣體在某一過程中吸入了100kJ的熱量，同時內能增加了150kJ,該過程是（)

A、膨脹過程B、壓縮過程

C、定容過程D、均不是

答案：B

10、熱力學第一定律是關于熱能與其他形式的能量相互轉換的定律,適用于（)

A、一切工質和一切熱力過程

B、量子級微觀粒子的運動過程

C、工質的可逆或準靜態過程

D、熱機循環的一切過程

答案：A

11、某熱機，在溫度為tI的熱源卻溫度為t2的冷源間進行卡諾循環,其熱效率為()

T

A、B、n,=1--1

,T,

C、Z=1/

D、n,=l-y

答案：B

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12、水蒸氣在定壓汽化過程中，其內能的變化Au為（)

A、Au=OB、

Au=h2-%

C>Au=h2-h1-p（v2-V1）

DsAu=jAT

答案:C

13、在氣液兩相共存區內，定壓比熱（）

A、cp=0B、0<cp<QO

C、cp->ooD、%不存在

答案：C

14、工質經歷任意絕熱過程，則工質所做的技術功為（)

A、w.=h.h?

11B、w

C、wt=kwD、W[=0

答案：A

15、空氣進行可逆絕熱壓縮，壓縮比為6.5,初始溫度為27C,則終了時氣體溫度可達（）

A、512KB、450K

C、168℃D、46℃

答案：D

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、（）<n<lB、l<n<k

C、n>kD、n->co

答案：A

17、某裝置在完成一循環中從單一熱源吸收10（）kJ熱量，同時做功lOOkJ,則為（）

A、違反熱力學第一定律，不違反熱力學第二定律

B、不違反熱力學第一定律，違反熱力學第二定律

C、兩個定律均違反

D、兩個定律均不違反

答案：B

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D、提而循環的最高壓力，提高循環熱效率

答案：C

24、濕空氣在總壓力不變，干球溫度不變的條件下，濕球溫度越低，其含濕量（）

A、不變B、不確定

C、越大D、越小

答案:D

25、壓強的國際單位是。（）

A、barB、kgf7ni2

C>mmHgD、N/m2

答案：D

26、絕熱真空剛性容器內充入理想氣體后，容器內氣體的溫度比充氣前氣體的溫度（）

A、低B、高

C、不確定D、相同

答案：B

27、剛性容器中儲有空氣2kg,初態參數T）=293K,內裝攪拌器，輸入軸功率Ws=0.2kW,而通過容器壁

向環境放熱速率為Q=O.lkW。工作lh后系統溫度T?為（〕Ko

A、200-300B、300-400

C、400-500D、500-600

答案：D

28、理想氣體狀態方程式為。（）

A、PH=P2y2B、pv=RT

c、A=AP/二彩

工I~T

T22

答案：B

29、理想氣體定溫膨脹，必然有。（）

A、Q=WB、Q>W

C、Q<WD、Q與W無關

答案：A

30、在冬天，室內開動?臺沒裝任何東西的電冰箱，若運行穩定，電冰箱內部溫度不變，則開動電冰箱取

暖與用電爐取暖，從耗電的角度來比較。（）

A、用電冰箱省電B、用電爐省電

C、兩者相同D、無法比較

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答案；A

31、某理想氣體在高溫熱源Ti和低溫熱源T2之間進行卡諾循環，若Ti=nT2,則此循環放給低溫熱源的熱

量是從高溫熱源吸熱量的。（）

A、n倍B、n-1喑

C、（n+1）/n倍D、1/n倍

答案：D

32、噴管中工質參數的變化為。（）

A、dp<0,dv>0,dc>0B、dp<0,dv<0,dc<0

C、dp<0,dv<0,dc>0D、dp>0,dv<0,dc<0

答案：A

33、朗肯循環熱效率不高的原因是。（）

A、放熱量大B、平均加熱溫度較低

C、新蒸汽溫度不高D、新蒸汽的壓力不高

答案：B

34、濕空氣壓力一定時，其中水蒸氣的分壓力取決于。（）

A、含濕量B、相對濕度

C、干球溫度D、露點溫度

答案:A

35、確定濕蒸汽狀態的條件是。（）

八、壓力與溫度B、壓力或溫度

C、壓力與比容D、溫度或比容

答案：C

36、未飽和濕空氣的濕球溫度為口干球溫度為3露點溫度為如他們之間的關系為。（）

A、lv>Ot<iB、tv=t=td

C、l>tv>tdD、tv>tj>t

答案:C

37、壓力表測量的壓力是。（）

A、絕對壓力B、標準大氣壓

C、真空度D、相對壓力

答案：D

38、理想氣體流過閥門（絕熱節流），前后參數變化為（）

A、A7=0,AS=OB、ATVO,AS>0

C、Ar=O,AS<0D、AT=O,AS>0

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答案；D

39、大氣壓力為B,系統中工質真空表壓力讀數為pi時，系統的真實壓力為。（）

A、piB、B+pi

C、B-piD、pi-B

答案：C

二、判斷題（本大題共24小題，每小題2分，共48分）

】、開口系統不可能是絕熱系統。

答案：錯誤。

2、可逆過程是不可實現過程。

答案：錯誤。

3、混合過程是一不可逆過程。

答案：正確。

4、系統經歷一個不可逆循環后，能夠恢復到原來的狀態。

答案：正確。

5、孤立系統婚增越大，說明不可逆性越嚴重。

答案：正確。

6、多變過程即任意過程。

答案：錯誤。

7、準平衡過程就是可逆過程。

答案：錯誤。

8、功、熱量、熱力學能是具有相同性質的參數。

答案：錯誤。

9、氣體流入真空容器不需要推動功。

答案：正確.

10、氣體吸熱后端一定增大。

答案：正確。

II、物質的溫度愈高，所具有的熱量也愈多。

答案：錯誤。

12、氣體吸熱后溫度一定升高。

答案：錯誤。

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13、氣體膨脹時一定做功。

答案：錯誤。

14、定容過程即無膨脹（或壓縮）功的過程。

答案：正確。

15、實際氣體的壓縮因子z=f（p,T）。

答案：正確。

16、壓縮因子z是同樣壓力下實際氣體體枳與理想氣體體積的比值。

答案：錯誤。

17、壓縮因子z表明實際氣體偏離理想氣體的程度。

答案：正確。

18、卡諾循環的循環凈功Wnei愈大則循環熱效率愈高。

答案：錯誤。

T,

19、可逆循環熱效率都相等,7=1

T.

答案：錯誤。

20、不可逆熱力循環中端變大于零。

答案：錯誤

21、烯增大的過程必為不可逆過程。

答案：錯誤。

22、不可逆過程中的燧變AS無法計算。

答案：錯誤。

23、孤立系統燧只能增加不能減少。

答案：錯誤。

24、如果從同一初始態到同一終態有兩條途徑，一為可逆，另一為不可逆，則

不可逆可逆,Sf,不可逆可逆，不可逆可逆。

△S＞AS＞SfSg,＞Sg,

答案：錯誤。

三、名詞解釋（本大題共20小題，每小題5分，共100分）

I、絕熱系統：與外界間無熱量交換的熱力系統。

2、孤立系統：與外界既無能量交換乂無質量交換的系統。

3、可逆過程：可以使工質沿相同的路徑逆行而恢復到原來狀態，并使相q作用中所涉及的外界亦恢復到

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原來狀態，而不留下任何改變的過程。

4、平衡狀態：一個熱力系統，在不受外界影響的條件下系統的狀態能始終保持不變的狀態。

5、穩定流動：流動流動過程中，開口系統內部及其邊界上各點工質的熱力學參數及運動參數都不隨時間

而改變。

6、三相點：氣固、液固、和氣液相平衡曲線的交點。

7、理想氣體：滿足分子是彈性的、不具體積的質點以及分子間相互沒有作用力這兩點假設的假象氣體。

8、余隙容積：活塞式壓氣機當活塞運動到上死點位置時，在活塞頂面與氣缸蓋間有一定的空隙，該空隙

的容積稱為余隙容積。

9、絕對濕度：單位體積（In?）的濕空氣中所含水蒸氣的質量c

io、露點溫度：在??定的水蒸氣分壓力下（指不與水或濕物料相接觸的情況），未飽和濕空氣冷卻達到飽

和海空氣，即將結出露珠時的溫度。

11、相對濕度：濕空氣中水蒸氣分壓力小，與同一溫度同樣總壓力的飽和濕空氣中水蒸氣分壓力p$的比值。

12、邊界：系統和外界之間的分界血。

13、推動功：因工質在開口系統中流動而傳遞的功。

14、凝結：物質由氣相轉變為液相的過程。

15、卡諾循環：工作于溫度分別為T1和T2的兩個熱源之間的正向循環，由兩個可逆定溫過程和兩個可逆

絕熱過程組成。

16、濕空氣：含有水蒸氣的空氣，

17、絕熱滯止過程：氣體在絕熱流動過程中，因受到某種物體的阻礙，而流速降低為零的過程稱為絕熱滯

止過程。

18、蒸發：在液體表面進行的汽化過程。

19、閉口系統：和外界只有能量交換而無物質交換的系統

20、工質：實現熱能和機械能相互轉化的媒介物質。

四、簡答題（本大題共4小題，每小題15分，共60分）

1、試用反證法證明卡諾定理?「在相同溫度的高溫熱源和相同溫度的低溫熱源之間工作的一切可逆循環,

其熱效率都相等，與可逆循環的種類無關，與采用哪一種工質也無關二

答案：設有兩臺可逆機A和B,A是用理想氣體作為工質的卡諾循環，B時應用實際氣體作為工質的其他

可逆機。它們都在相同的高溫熱源Ti和低溫熱源T2間工作。適當地調節兩臺機器的容量，使他們的循環

吸熱量同為Q”當A和B都按正向循環工作時:根據循環過程的熱力學第一定律，他們各自的循環凈功

2020年春季《工程熱力學》課程期末復習題第7頁共21頁

為WA二QIQA、WB=QIQB，熱效率為%=△，%二野。比較其大小，有三種可能：⑴r|A>r|B;

QIQi

⑵HA=HB-⑶以<%。（3分）

先假定nA〉“B，因為Q1相同，克制WA>WB及Q2A<Q2B。既然A和B都是可逆機，現在令B尋原路線

按反向運行。B稱為制冷劑將從T2吸熱Q2B，向T|排熱Q1,消耗循環凈功WB，WB由熱機A提供，它只

占WA中的一部分。熱機A與制冷劑B聯合運行一個循環后總的結果是：A和B中工質經過循環都回復原

狀，高溫熱源無所得失，低溫熱源凈失熱量Q2B-Q2A，復合系統對外輸出凈功WA-WB，此外沒有其他變化。

根據能量守恒原則，WA-WB=Q2B-Q2A，因此總效果相當于取出低溫熱源的熱量Q2B-Q2A轉化為功WA-WB，

這將違反熱力學第二定律的開爾文說法，因此假定DA〉%的條件是不成立的。（5分）

再假定丁<加，這時令A按反方向運行，可逆熱機B帶動可逆制冷劑A,按類似的方法和步驟，也可得

出總效果為低溫熱源凈失熱量Q2A-Q2B轉化為功WB-WA。這也違反了熱力學第二定律的結論，同

樣被否定。（5分）

因而，唯一的可能是必=皿。A是卡諾機，所以在「和T2之間工作的所用可逆機的熱效率均為

1二1—工o（2分）

T.

考點：卡諾定理

課件出處：第五章熱力學第二定律，5.1.3第二定律各種表述的等效性的證明

2、描述濕空氣的熔濕圖中的幾種線簇，簡繪濕空氣焰濕圖并將各個線簇標出。

答案：

（5分）

2020年春季《工程熱力學》課程期末復習題第8頁共21頁

濕空氣焰濕圖簡圖如上圖所示。

（I）等濕線（等d線）：一組平行于縱坐標的直線群；（2分）

（2）等焰線（等h線）：一組與橫坐標成135°角的平行直線；（2分）

（3）等溫線（等t線）：一組互不平行的直線，t愈高，等t線斜率越大；（2分）

（4）等相對濕度線（等（p線）：等（p線是一組上凸形的曲線。（p=100%的曲線，稱臨界線。臨界線上部是

未飽和濕空氣，相對濕度小于I：臨界線上的個點是飽和濕空氣；臨界線下部分沒有實際意義。（2分）

（5）水蒸氣分壓力線：水蒸氣分壓力線與等濕線成直線關系，畫在相對濕度線的下方。（2分）

考點：焰濕圖的組成

課件出處：第十二章理想氣體混合物及濕空氣，I243h-d圖

3、請在p-v圖及T-s圖上繪制四種基本熱力過程的過程線，并簡單描述多變過程的熱力過程線隨多變指數

n的變化規律。

答案：

（I）基于p-v圖的分析

即

-O

-‘即定壓線為一水平曲線；（I分）

dv

d-pp

---

dv<0,即定溫線為--斜率為負的等邊雙曲線；（1分）

即V

一

小

--KR<o,即定炳線為?-斜率為負的高次雙曲線;（1分）

v

n=±8,8,即定容線為一垂直線。（1分）

由國可見，多變指數n值愈大，過程線斜率的絕對值也愈大。（1分）

（2）基于T-s圖的分析

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n=0,—=—>0,即定壓線為一斜率為正的對數曲線；（1分）

dsCp

n=l,—=0,即定溫線為一水平線；（1分）

ds

n=K,c=0,—^oo,即定懶線為一垂直線；（1分）

nds

dTT

n=±oo,=—>0,即定容線為一斜率為正的對數曲線，由于因此通過同一狀態的定容線斜

dsCv

率大于定壓線斜率，即定容線比定壓線陡。（1分）

考點：基本熱力過程在P-V圖及T-s上過程線的變化規律

課件出處：第四章氣體和蒸汽的基本熱力過程，4.4理想氣體多變過程

4、請畫出朗肯循環的p-v圖、T-s圖和h-s圖并推導朗肯循環的熱效率。

答案：p-v圖，T-s圖和h-s圖如下

2020年春季《工程熱力學》課程期末復習題第10頁共21頁

<6分）

汽輪機作功：（1分）

凝汽器中的定壓放熱量：q2=h：—h,（1分）

水泵絕熱壓縮耗功：W，,3_4=h4-ha（1分）

鍋爐中的定壓吸熱量：q^h.-h.（1分）

ww-w

nc<=SJ2s34（2分）

q.q.

忽略泵功可以得到：

h—h

環熱效率：7二」-L（3分）

hl-h3

考點：朗肯循環的熱力循環及效率計算

課件出處：第十章蒸汽動力裝置循環，10.1.2朗肯循環

五、計算題（本大題共5小題，每小題15分，共75分）

1、0.3標準立方米的氧氣，在溫度1產45℃和壓力pi=103.2kPa下盛于一個具有可移動活塞的圓筒中，先在

定壓下對氧氣加熱，過程為1-2,然后在定容下冷卻到初溫45C,過程為2-3。已知在定容冷卻終了時氧

氣的壓力pi=58.8kPa試求這兩個過程中所加入的熱量與熱力學能、烙和端的變化，以及所做的功。比熱容

取定值比熱容計算。

解；僦氣的氣體常數：R=259.8J/（kg.K）

各狀態點的基本參數:

RT,_259.8(273+45)

=0.8m3/kg

-p7~~103.2x1()3

因為，Tx=T],p3V3=P[V]

所以，町吧J03.2x*0.8-kg

3

p358.8x103&

3

又因為,p2=P|,v2=v3=1.40m/kg

所以，T、=1?L=318XU=556.5K

-v.0.8

2020年春季《工程熱力學》課程期末復習題第11頁共21頁

vI4

氧氣的質量：T,=T-^=318x—=556.5K

2'v,0.8

氧氣的定值比熱容：

cv=-R=-x0.2598=0.6495kJ/（kg-K）

77

Cp=-R=-x0.2598=0.9093kJ/（kgK）（2分）

（I）定壓過程1-2

熱力學能變化：AU=mc、,（T2—Tj=0.4286x0.6495（556.5—318）=66.39kJ（1分）

焙變化：AH=mcp（7；-T,）=0.4286x0.9093（556.5-318）=92.95kJ（1分）

端變化：AS=meJn二一0.4286x0.90931n^^=0.218kJ/K（1分）

PT,318

熱量：Qp=AH=92.95kJ（1分）

膨脹功：W=Q-AU=92.95-66.39=26.56kJ（1分）

（2）定容過程2-3：

熱力學能變化：△U=mcv（1-G）=0.4286><0.6495（318-556.5）=-66.39kJ（1分）

焰變化：AH=mcp（1；-T2）=0.4286x0.9093（318-556.5）=-92.95kJ（1分）

端變化：AS=me,In-0.4286x0.6495ln=-0.156kJ/K（1分）

p

T2556.5

熱量：Qv=AU=-66.39kJ（1分）

膨脹功：W=0（1分）

由于理想氣體熱力學能和焰都是溫度的單值函數，而過程1-2-3中T尸T3,所以

AU13=AU12+AU,3=0

分）

AHInJ=IXAHP+/AJH,,=0（3

考點：基本熱力過程的分析及計算

課件出處：第四章氣體和蒸汽的基本熱力過程，4.2.3,424,4.3.3,4.3.4

2、烘干裝置入口處濕空氣ti=20℃、5=30%、p=0.1013MPa,加熱到t2=853試計算從濕物體中吸收Ikg

水分所需干空氣質量和加熱量。

2020年春季《工程熱力學》課程期末復習題第12頁共21頁

解：h-d圖中，ti=20"C、9]=30%兩條等值線交于點1,讀得：di=0.0045kg/kg（干）、hi=31.4kJ/kg（F）。

（2分）

過程1-2為等d過程，與t2=85℃等2,溫度線交點2讀出h2=96.3kJ/kg（干）。（2分）

過程1-3為等h過程，與t3=35℃等溫線交于3,讀出d3=0.024kg/kg（干）。（2分）

1kg干空氣吸收水分

Ad=d3-d,=（0.024-0.0045）kg/kg（干）=0.0195kg/kg（干）

每吸收1kg水分需要干空氣質量

m,=---------%-------=51.3kg（干空氣）（4分）

d0.0195kg/kg（干）

1kg干空氣加熱量

q=h2-h1=（96.3-31.4）kJ/kg（干”64.9kJ/kg（干空氣）

每吸收1kg水分需加熱

Q=maq=51.3kgx64.9kJ/kg=3329kJ（5分）

考點：濕空氣加熱過程的計算

課件出處：第十二章理想氣體混合物及濕空氣，1251冷卻、冷卻去濕及加熱

3、35c的熱水回，3=20xl（）3kg/h的流量進入冷卻塔，被冷卻到20℃后離開。進入冷卻塔的空氣t尸20℃,

6=60%,在30℃的飽和狀態下離開。求進入冷卻塔的濕空氣質量流量，離開冷卻塔的濕空氣質量流量及

蒸發損失的水量。設當地大氣壓力為10i325Pao

解：由h=20℃,物=60%及1尸3。℃,6=100%從h-d圖查得,

hf=42.4kJ/kg,d]=8.6g/kg

h2=100kJ/kg,d2=27.3g/kg（3分）

2020年春季《工程熱力學》課程期末復習題第13頁共21頁

由t3=35"C及t4=2（）C,取水的平均定壓比熱容Cpm=4.1868kJ/（kg?K）,則水的熔值為

hw3=4.1868x35=146.54kJ/kg(1分)

hw4=4.1868x20=83.74kJ/'kg(1分)

進入冷卻塔的濕空氣中干空氣的質量流量為

由“3仇3一鼠，420xl03(146.54-83.74)

=29.1xl03kg(a)/h

-33

(h2-h,)-hw4(d2-d)xl0(100-42.4)-83.74(27.3-8.6)x10

(3分)

進入冷卻塔的濕空氣質量流量為：

33

m,=ma(14-O.OOld,)=29.1x10x1.0086=29.35x10kg/h(2分)

離開冷卻塔的濕空氣質量流量為：

33

m2=ma(l+0.001d2)=29.1xl0xl.0273=29.894xlOkg/h(2分)

蒸發損失的水量為：

33-3

mw=ma(d2-d,)x10-=29.1xIO(27.3-8.6)x10=544kg/h

3

mw=m2-m,=(29.894-29.35)xlO=544kg/h(3分)

考點：濕空氣冷卻去濕過程的熱力計算

課件出處：第十二章理想氣體混合物及濕空氣，1251冷卻、冷卻去濕及加熱

4、如果忽略空氣中的稀有氣體，則可以認為其質量成分為g。？=23.2%,g$=76.8%試求空氣的折合

分子量、氣體常數、容積成分及在標準狀態下的比體積和密度。

解：（1）折合分子量：

3228

（2）氣體常數:

（3）容積成分:

28.86x23.2%

=20.9%

r?=1-20.9%=79.1%(3分)

2020年春季《工程熱力學》課程期末復習題第14頁共21頁

（4）標準狀態下的比容和密度:

M28.86.

p=----=-----=1.288kg/m:

22.422.4

v=l=0.776m3/kg（6分）

P

考點：混合氣體的成分及相應計算

課件出處：第十二章理想氣體混合物及濕空氣，I2.L3混合氣體成分

5、已知天然氣的容積成分RH4=97