2025年大学（建筑环境与能源应用工程）工程热力学模拟试题及解析.doc

2025年大学（建筑环境与能源应用工程）工程热力学模拟试题及解析

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题，共40分）
本卷共20题，每题2分。每题只有一个选项符合题意。请将正确答案填在题后的括号内。

1. 热力学第零定律主要涉及的是（ ）
A. 热平衡关系
B. 能量守恒
C. 熵增原理
D. 可逆过程

2. 理想气体的状态方程是（ ）
A. pV = nRT
B. pV = mRT
C. pV = MRT
D. pV = μRT

3. 对于定容过程，工质吸收的热量等于（ ）
A. 热力学能的增加
B. 焓的增加
C. 对外做功
D. 推动功

4. 1kg某种理想气体，从同一初态分别经历可逆定温过程和可逆绝热过程，膨胀到相同的终压，则两种过程终态的熵相比（ ）
A. 定温过程熵大
B. 绝热过程熵大
C. 一样大
D. 无法确定

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. 高低温热源温度
D. 工质性质

6. 实际气体的压缩因子Z（ ）
A. 恒等于1
B. 恒大于1
C. 恒小于1
D. 可能大于、小于或等于1

7. 湿空气的含湿量d是指（ ）
A. 1kg干空气中所含的水蒸气质量
B. 1m³干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湿空气中所含的水蒸气质量

8. 水蒸气的定压发生过程中，从液态变为气态的过程是（ ）
A. 预热阶段
B. 汽化阶段
C. 过热阶段
D. 不确定

9. 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

10. 可逆过程的特点是（ ）
A. 过程进行无限缓慢
B. 没有能量损失
C. 可以反向进行且系统和外界同时恢复原状
D. 以上都是

11. 理想气体进行绝热自由膨胀，其内能（ ）
A. 增加
B. 减少
C. 不变
D. 不确定

12. 某热机从高温热源吸收热量Q1，向低温热源放出热量Q2，对外做功W，则其热效率为（ ）
A. W/Q1
B. W/Q2
C. (Q1 - Q2)/Q1
D. (Q1 - Q2)/Q2

13. 气体在喷管中流动，当流速小于当地音速时，喷管应做成（ ）
A. 渐扩形
B. 渐缩形
C. 等截面形
D. 先渐扩后渐缩形

14. 空气在定压下被加热，其比热（ ）
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 不确定

15. 活塞式内燃机定容加热理想循环中，加热过程是（ ）
A. 定容吸热
B. 定压吸热
C. 定温吸热
D. 多变吸热

16. 制冷系数是指（ ）
A. 制冷量与消耗功之比
B. 制冷量与传热量之比
C. 消耗功与传热量之比
D. 传热量与制冷量之比

17. 对于孤立系统，其熵（ ）
A. 增加
B. 减少
C. 不变
D. 可能增加、减少或不变

第II卷（非选择题，共60分）
18. 简答题（每题5分，共20分）
（1）简述热力学第一定律的实质及表达式。
（2）说明理想气体内能及焓的特点。
（3）简述湿空气的焓湿图及其应用。
（4）简述卡诺定理的内容。

19. 计算题（每题10分，共20分）
（1）某理想气体从初态p1 = 0.5MPa，V1 = 0.1m³，经可逆定温膨胀到V2 = 0.2m³，求气体对外做的功及吸收的热量。已知该气体的气体常数R = 287J/(kg·K)，初态温度T1 = 300K。
（2）一刚性绝热容器，体积为0.5m³，内装空气，初始压力p1 = 0.1MPa，温度t1 = 20℃。现用电阻丝对空气加热，当压力升高到p2 = 0.2MPa时停止加热。求空气终态温度及电阻丝所消耗的电能。已知空气的比热cv = 0.718kJ/(kg·K)，cp = 1.005kJ/(kg·K)。

20. 分析论述题（20分）
结合实际工程应用，论述工程热力学在建筑环境与能源应用工程中的重要性及应用实例。

要求：论述内容应包括但不限于空调系统、供热系统、建筑节能等方面，分析工程热力学原理如何在这些系统中发挥作用，以及对提高能源利用效率、改善室内环境质量等方面的意义。

答案
1. A
2. A
3. A
4. A
5. C
6. D
7. A
8. B
9. A
10. D
11. C
12. C
13. B
14. A
15. A
16. A
17. A

18. 简答题
（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。表达式为：Q = ΔU + W（闭口系统）或Q = ΔH + Wt（开口系统）。
（2）理想气体内能只是温度的单值函数，与压力、体积无关；焓也只是温度的单值函数，h = u + pv。
（3）湿空气焓湿图反映了湿空气的状态参数之间的关系，可用于确定湿空气的露点温度、相对湿度、含湿量等，还可进行空气处理过程的分析与计算。
（4）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；所有可逆热机的热效率均相等，且只与高低温热源温度有关，与工质性质无关。

计算题
（1）1. 由理想气体状态方程p1V1 = mRT1可得气体质量m = p1V1/RT1 = 0.5×10^6×0.1/(287×300)≈0.578kg。
2. 定温膨胀功W = mRT1ln(V2/V1)=0.578×287×300×ln(0.2/0.1)≈114354J≈114.35kJ。
3. 因为定温过程ΔU = 0，根据热力学第一定律Q = W = 114.35kJ。
（2）1. 空气可视为理想气体，由理想气体状态方程p1V = mRT1可得初始质量m = p1V/RT1 = 0.1×10^6×0.5/(287×293)≈0.585kg。
2. 刚性绝热容器，W = 0，Q = 0，由热力学第一定律Q = ΔU + W得ΔU = 0，即cv(T2 - T1)=0，T2 = p2T1/p1 = 0.2×293/0.1 = 586K。
3. 电阻丝消耗电能W = ΔU = mc v(T2 - T1)=0.585×0.718×(586 - 293)≈123kJ。

分析论述题：在建筑环境与能源应用工程中，工程热力学至关重要。例如在空调系统中，通过热力学原理计算冷热量传递，确定制冷制热系数，优化设备选型以提高能效。供热系统中，分析热媒状态变化实现高效输送与分配。建筑节能方面，依据热力学定律研究围护结构传热特性，采取保温隔热措施减少能耗。像采用高效保温材料降低外墙传热损失，利用热泵技术提高供热制冷效率，都是工程热力学在实际中的应用实例，对提升能源利用效率、改善室内环境质量意义重大。