2025年大学第三学年（能源动力工程）工程热力学测试题及答案.doc

2025年大学第三学年（能源动力工程）工程热力学测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共40分）

答题要求：本大题共20小题，每小题2分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在括号内。

1. 热力学第零定律主要涉及（ ）
A. 热平衡 B. 能量守恒 C. 熵增原理 D. 可逆过程
2. 理想气体的内能是（ ）的函数。
A. 压力和体积 B. 温度和比容 C. 温度 D. 压力
3. 工质经历一个可逆定温吸热过程，其熵变（ ）
A. 大于零 B. 小于零 C. 等于零 D. 不确定
4. 对于闭口系统，下列说法正确的是（ ）
A. 系统与外界无物质交换 B. 系统与外界无能量交换
C. 系统质量不变 D. 系统体积不变
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. 高温热源和低温热源温度 D. 工质性质
6. 实际气体在（ ）条件下可近似看作理想气体。
A. 高温低压 B. 低温高压 C. 高温高压 D. 低温低压
7. 某热力过程中，工质从外界吸热50kJ，对外做功30kJ，则工质内能变化为（ ）kJ。
A. 20 B. -20 C. 80 D. -80
8. 稳定流动能量方程中，技术功的表达式为（ ）
A. wt = h2 - h1 B. wt = -Δ(pv) C. wt = q - Δu D. wt = -vΔp
9. 水蒸气的定压比热（ ）
A. 是常数 B. 随温度升高而增大 C. 随温度升高而减小 D. 不确定
10. 湿空气的含湿量是指（ ）
A. 1kg干空气中所含的水蒸气质量
B. 1m³湿空气中所含的水蒸气质量
C. 1kg湿空气中所含的水蒸气质量
D. 1m³干空气中所含的水蒸气质量
11. 朗肯循环中，汽轮机内工质的过程是（ ）
A. 定压膨胀 B. 定温膨胀 C. 绝热膨胀 D. 多变膨胀
12. 提高朗肯循环热效率的有效方法是（ ）
A. 提高初温 B. 降低初压 C. 提高排汽压力 D. 减小凝汽器散热损失
13. 燃气轮机装置循环中，压气机压缩过程可近似看作（ ）
A. 定温过程 B. 定压过程 C. 绝热过程 D. 多变过程
14. 回热循环可以提高循环热效率，主要是因为（ ）
A. 减少了工质向冷源的放热 B. 提高了工质的吸热温度
C. 降低了工质的排气温度 D. 增加了循环净功
15. 对于制冷循环，制冷系数越大，表明制冷机的制冷效果（ ）
A. 越好 B. 越差 C. 不变 D. 不确定
16. 蒸汽压缩制冷循环中，制冷剂在蒸发器内的过程是（ ）
A. 等温吸热 B. 定压吸热 C. 绝热吸热 D. 多变吸热
17. 热泵循环的工作目的是（ ）
A. 获得冷量 B. 获得热量 C. 提高热效率 D. 降低能耗
18. 理想气体绝热节流后，其（ ）
A. 温度升高 B. 温度降低 C. 温度不变 D. 焓值减小
19. 热机循环中，循环净功等于（ ）
A. 吸热量减去放热量 B. 放热量减去吸热量
C. 工质内能变化 D. 技术功
20. 熵产大于零的过程是（ ）
A. 可逆过程 B. 不可逆过程 C. 定温过程 D. 绝热过程

第II卷（非选择题 共60分）

一、填空题（每题2分，共10分）

1. 热力学能包括______、______、______等。
2. 工质经历一个可逆绝热压缩过程，其熵变______。
3. 水蒸气的汽化潜热随压力升高而______。
4. 简单可压缩系统的状态参数有______个。
5. 制冷系数的定义式为______。

二、简答题（每题5分，共20分）

1. 简述热力学第一定律的实质。
2. 说明卡诺定理的内容。
3. 为什么说水蒸气不能看作理想气体？
4. 分析提高蒸汽动力循环热效率的途径。

三、计算题（每题10分，共20分）

1. 某理想气体在定温过程中从外界吸热100kJ，对外做功100kJ，求气体的内能变化及熵变。
2. 已知水蒸气的压力p = 3MPa，温度t = 400℃，求其比焓、比熵和比体积。

四、分析题（10分）

材料：某燃气轮机装置循环，工质从大气吸入，经压气机压缩后进入燃烧室，与燃料混合燃烧，产生高温高压燃气，燃气进入燃气轮机膨胀做功后排出，最后进入大气。

问题：分析该燃气轮机装置循环中各过程的特点及对循环性能的影响。

五、论述题（10分）

材料：随着能源需求的不断增长和对环境保护的日益重视，提高能源动力系统的效率和降低污染物排放成为研究热点。

问题：请论述如何通过改进能源动力工程技术来实现这一目标。

答案：
第I卷：1. A 2. C 3. A 4. A 5. C 6. A 7. A 8. B 9. B 10. A 11. C 12. A 13. D 14. A 15. A 16. B 17. B 18. C 19. A 20. B
第II卷：
一、1. 分子动能、分子势能、化学能 2. 等于零 3. 减小 4. 2 5. ε = q2/w0
二、1. 热力学第一定律实质是能量守恒与转换定律在热现象中的应用，它表明热是能的一种形式，可与机械能、电能等其他形式的能相互转换，且在转换过程中总量保持不变。
2. 卡诺定理内容为：在两个不同温度的恒温热源间工作的所有热机，以可逆热机的热效率为最高；在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆热机，其热效率都相等，与工质性质无关，且等于工作在这两个热源间的卡诺循环热效率。
3. 水蒸气不能看作理想气体，因为理想气体假设分子间无相互作用力且分子本身无体积，而水蒸气分子间距离较小，分子间作用力不可忽略，分子本身体积也不能忽略，不符合理想气体假设条件。
4. 提高蒸汽动力循环热效率的途径有：提高蒸汽初温，可提高循环平均吸热温度；降低蒸汽初压，使蒸汽膨胀比增大；降低排汽压力，减少冷源损失；采用回热循环，减少工质向冷源放热。
三、1. 理想气体定温过程，内能变化Δu = 0。熵变Δs = q/T = 100/T（T为气体温度，若已知温度代入计算）。
2. 根据水蒸气图表，查得p = 3MPa，t = 400℃时，比焓h = 3230.9kJ/kg，比熵s = 6.921kJ/(kg·K)，比体积v = 0.09936m³/kg。
四、压气机压缩过程：消耗功，使气体压力升高、温度升高、比体积减小，为后续燃烧和膨胀做功创造条件。燃烧室燃烧过程：燃料与空气混合燃烧，释放大量热量，使燃气温度大幅升高，压力略有升高，为燃气轮机提供高温高压工质。燃气轮机膨胀做功过程：燃气在燃气轮机中膨胀，对外做功，压力和温度降低，比体积增大。该循环通过压气机压缩提高气体压力，燃烧室燃烧增加能量，燃气轮机膨胀做功输出动力，各过程相互配合，共同影响循环性能，提高循环热效率关键在于提高燃烧温度和燃气轮机膨胀比。
五、可从以下方面改进能源动力工程技术来实现目标：提高能源转换效率，如采用先进的热力循环，如联合循环技术，将不同类型循环有机结合，提高整体热效率；研发高效燃烧技术，使燃料充分燃烧，减少化学不完全燃烧损失；利用新能源和可再生能源，降低对传统化石能源依赖，减少污染物排放；加强余热回收利用，提高能源综合利用率；优化动力设备设计，提高设备性能和可靠性，减少运行过程中的能量损失和污染物泄漏；发展智能能源管理系统，实现能源的优化调度和高效利用，从而在提高能源动力系统效率的同时降低污染物排放。