工程熱力學參考答案?一、選擇題

1.下列哪項不是狀態參數（）A.壓力B.溫度C.熱量D.比體積答案：C解析：狀態參數是描述熱力系統狀態的物理量，具有狀態的單值性、與路徑無關等特性。壓力、溫度、比體積都是狀態參數，而熱量是過程量，不是狀態參數。

2.理想氣體的內能取決于（）A.氣體的壓力B.氣體的溫度C.氣體的比體積D.氣體的質量答案：B解析：對于理想氣體，其內能僅取決于溫度，與壓力和比體積無關。

3.熱力學第一定律的表達式為（）A.$q=\Deltau+w$B.$q=\Deltah+w$C.$q=\Deltauw$D.$q=\Deltahw$答案：A解析：熱力學第一定律是能量守恒與轉換定律在熱現象中的應用，其表達式為$q=\Deltau+w$，其中$q$為熱量，$\Deltau$為內能變化，$w$為功。

4.定容過程中，工質吸收的熱量全部用于增加（）A.內能B.焓C.熵D.壓力答案：A解析：定容過程中，體積不變，$w=0$，根據熱力學第一定律$q=\Deltau+w$，此時$q=\Deltau$，即吸收的熱量全部用于增加內能。

5.可逆絕熱過程又稱為（）A.定溫過程B.定壓過程C.定熵過程D.定容過程答案：C解析：可逆絕熱過程中，工質與外界沒有熱量交換，熵不變，所以又稱為定熵過程。

6.卡諾循環的熱效率只與（）有關A.高溫熱源溫度B.低溫熱源溫度C.工質性質D.高溫熱源溫度和低溫熱源溫度答案：D解析：卡諾循環的熱效率公式為$\eta_{c}=1\frac{T_{2}}{T_{1}}$，其中$T_{1}$為高溫熱源溫度，$T_{2}$為低溫熱源溫度，所以熱效率只與高溫熱源溫度和低溫熱源溫度有關。

7.濕空氣的含濕量是指（）A.1kg干空氣中所含的水蒸氣質量B.1m3濕空氣中所含的水蒸氣質量C.濕空氣中水蒸氣的質量分數D.濕空氣中干空氣的質量分數答案：A解析：濕空氣的含濕量定義為1kg干空氣中所含的水蒸氣質量。

8.水蒸氣的定壓形成過程不包括以下哪個階段（）A.預熱階段B.汽化階段C.過熱階段D.定溫階段答案：D解析：水蒸氣的定壓形成過程包括預熱階段、汽化階段和過熱階段，不包括定溫階段。

9.朗肯循環的主要設備不包括（）A.鍋爐B.汽輪機C.壓縮機D.冷凝器答案：C解析：朗肯循環的主要設備包括鍋爐、汽輪機、冷凝器和給水泵，不包括壓縮機。

10.制冷系數是指（）A.制冷量與壓縮機耗功之比B.制冷量與冷凝器放熱量之比C.制冷量與蒸發器吸熱量之比D.壓縮機耗功與制冷量之比答案：A解析：制冷系數定義為制冷量與壓縮機耗功之比。

二、填空題

1.工程熱力學中，系統與外界之間的相互作用有兩種，即（）和（）。答案：熱量傳遞；功量傳遞解析：系統與外界之間通過熱量傳遞和功量傳遞來實現相互作用。

2.狀態方程$pV=nRT$適用于（）氣體。答案：理想解析：理想氣體狀態方程為$pV=nRT$。

3.閉口系統是指系統與外界之間（）物質交換的系統。答案：沒有解析：閉口系統的特征是與外界沒有物質交換。

4.可逆過程的特點是（）和（）。答案：準平衡過程；沒有耗散效應解析：可逆過程是準平衡過程且沒有耗散效應。

5.熵增原理指出，孤立系統的熵只能增加，或者保持不變，絕不會（）。答案：減少解析：孤立系統的熵增原理表明熵不會減少。

6.水蒸氣的臨界壓力為（）MPa，臨界溫度為（）℃。答案：22.12；374.15解析：水蒸氣的臨界壓力為22.12MPa，臨界溫度為374.15℃。

7.朗肯循環的熱效率公式為（）。答案：$\eta_{t}=1\frac{h_{2}h_{1}}{h_{3}h_{2}}$（其中$h_{1}$為凝結水焓，$h_{2}$為飽和水焓，$h_{3}$為過熱蒸汽焓）解析：朗肯循環熱效率公式由進出設備的焓值關系得出。

8.制冷循環中，制冷劑在蒸發器中進行（）過程。答案：汽化吸熱解析：制冷劑在蒸發器中汽化吸熱，實現制冷。

9.濕空氣的相對濕度定義為（）與（）之比。答案：水蒸氣分壓力；飽和水蒸氣分壓力解析：相對濕度是水蒸氣分壓力與飽和水蒸氣分壓力之比。

10.理想氣體的比定壓熱容$c_{p}$與比定容熱容$c_{v}$的關系為（）。答案：$c_{p}c_{v}=R_{g}$（$R_{g}$為氣體常數）解析：理想氣體比定壓熱容與比定容熱容的關系為$c_{p}c_{v}=R_{g}$。

三、簡答題

1.簡述工程熱力學的研究對象和任務。答案：工程熱力學的研究對象是能量以熱和功的形式在工程領域中的傳遞和轉換規律。其任務主要包括以下幾個方面：研究熱力系統的基本狀態參數，如壓力、溫度、比體積等，以及它們之間的相互關系。建立能量守恒與轉換定律在熱現象中的應用，即熱力學第一定律，并用于分析熱力過程中能量的傳遞和轉換。研究可逆過程和不可逆過程，以及熵增原理等，揭示熱力過程的方向性和限度。分析各種熱力循環，如卡諾循環、朗肯循環等，提高循環熱效率，為能源的有效利用提供理論依據。研究工質的性質，如水蒸氣、制冷劑等，為熱力設備的設計和運行提供基礎數據。

2.什么是理想氣體？理想氣體有哪些假設條件？答案：理想氣體是一種假想的氣體模型，在實際應用中，當氣體的壓力較低、溫度較高，分子間的距離較大，分子間的作用力可以忽略不計時，可將其視為理想氣體。理想氣體的假設條件包括：氣體分子是大量的、無規則運動的彈性小球，分子間沒有相互作用力。分子與分子之間、分子與容器壁之間的碰撞是完全彈性碰撞，沒有能量損失。理想氣體的狀態方程為$pV=nRT$，其中$p$為壓力，$V$為體積，$n$為物質的量，$R$為氣體常數，$T$為熱力學溫度。

3.簡述熱力學第一定律的實質及表達式，并說明其各項的含義。答案：熱力學第一定律的實質是能量守恒與轉換定律在熱現象中的應用。它表明，熱可以變為功，功也可以變為熱；一定量的熱消失時，必產生與之數量相當的功；消耗一定量的功時，必出現相應數量的熱。其表達式為$q=\Deltau+w$。其中，$q$表示系統與外界交換的熱量，系統吸熱時$q$為正，放熱時$q$為負；$\Deltau$表示系統內能的變化，內能增加時$\Deltau$為正，內能減少時$\Deltau$為負；$w$表示系統與外界交換的功量，系統對外做功時$w$為正，外界對系統做功時$w$為負。

4.什么是定容過程？定容過程有哪些特點？答案：定容過程是指熱力系統在狀態變化過程中，體積保持不變的過程。定容過程的特點如下：體積功$w=0$，因為$w=\int_{1}^{2}pdV$，$V$不變則$dV=0$。根據熱力學第一定律$q=\Deltau+w$，此時$q=\Deltau$，即定容過程中工質吸收的熱量全部用于增加內能。壓力與溫度成正比，即$p/T=const$（常數），這是由理想氣體狀態方程$pV=nRT$和$V$不變推導得出的。

5.簡述卡諾循環的組成及熱效率公式，并說明提高卡諾循環熱效率的方法。答案：卡諾循環由兩個定溫過程和兩個定熵過程組成。定溫吸熱過程：工質在高溫熱源$T_{1}$下定溫吸熱，從狀態1變化到狀態2。定熵膨脹過程：工質絕熱膨脹，從狀態2變化到狀態3。定溫放熱過程：工質在低溫熱源$T_{2}$下定溫放熱，從狀態3變化到狀態4。定熵壓縮過程：工質絕熱壓縮，從狀態4回到狀態1?？ㄖZ循環的熱效率公式為$\eta_{c}=1\frac{T_{2}}{T_{1}}$，其中$T_{1}$為高溫熱源溫度，$T_{2}$為低溫熱源溫度。提高卡諾循環熱效率的方法有：提高高溫熱源溫度$T_{1}$，在低溫熱源溫度$T_{2}$不變的情況下，$T_{1}$升高，熱效率增大。降低低溫熱源溫度$T_{2}$，在高溫熱源溫度$T_{1}$不變時，$T_{2}$降低，熱效率也增大。

6.簡述水蒸氣的定壓形成過程及各階段的特點。答案：水蒸氣的定壓形成過程包括預熱階段、汽化階段和過熱階段。預熱階段：水在定壓下從初溫$t_{1}$加熱到飽和溫度$t_{s}$，此階段工質溫度升高，比體積略有增大，壓力不變，吸收的熱量用于增加工質的內能。汽化階段：水在飽和溫度$t_{s}$下不斷吸收熱量汽化為干飽和蒸汽，此階段溫度不變，比體積急劇增大，壓力不變，吸收的熱量用于增加工質的汽化潛熱，使工質從液態變為氣態。過熱階段：干飽和蒸汽在定壓下繼續加熱成為過熱蒸汽，此階段工質溫度升高，比體積繼續增大，壓力不變，吸收的熱量用于增加工質的顯熱，使蒸汽溫度高于飽和溫度。

7.什么是朗肯循環？畫出朗肯循環的Ts圖，并簡述其工作過程。答案：朗肯循環是以水蒸氣為工質的一種基本熱力循環，主要由鍋爐、汽輪機、冷凝器和給水泵四個設備組成。朗肯循環的Ts圖如下：

（此處可簡單手繪或用文字描述Ts圖的形狀，包括定壓吸熱、絕熱膨脹、定壓放熱、絕熱壓縮四個過程曲線的大致走向）

其工作過程如下：定壓吸熱過程：水在鍋爐中定壓加熱，從液態變為過熱蒸汽，此過程中工質吸收熱量，狀態沿定壓線從狀態1變化到狀態2。絕熱膨脹過程：過熱蒸汽在汽輪機中絕熱膨脹做功，推動汽輪機轉子旋轉，對外輸出功，狀態沿定熵線從狀態2變化到狀態3。定壓放熱過程：乏汽在冷凝器中定壓凝結成水，放出熱量，狀態沿定壓線從狀態3變化到狀態4。絕熱壓縮過程：凝結水在給水泵中絕熱壓縮，壓力升高，被送回鍋爐，狀態沿定熵線從狀態4變化到狀態1。

8.簡述制冷循環的工作原理，并說明制冷系數的定義。答案：制冷循環的工作原理是利用制冷劑在低溫下汽化吸熱、在高溫下凝結放熱的特性，通過壓縮機、冷凝器、節流閥和蒸發器等設備，將低溫物體的熱量傳遞到高溫物體，從而實現制冷目的。具體過程如下：壓縮機將低溫低壓的制冷劑蒸汽壓縮成高溫高壓的蒸汽，送入冷凝器。在冷凝器中，高溫高壓的制冷劑蒸汽與冷卻水或空氣進行熱交換，凝結成高壓液體。高壓液體通過節流閥節流降壓，變成低溫低壓的濕蒸汽，進入蒸發器。在蒸發器中，低溫低壓的濕蒸汽吸收被冷卻物體的熱量而汽化，使被冷卻物體溫度降低，制冷劑蒸汽又回到壓縮機，完成一個循環。制冷系數定義為制冷量與壓縮機耗功之比，即$\varepsilon=\frac{q_{0}}{w_{c}}$，其中$q_{0}$為制冷量，$w_{c}$為壓縮機耗功。制冷系數反映了制冷循環的制冷效率。

9.簡述濕空氣的含濕量、相對濕度的概念，并說明它們與濕空氣狀態的關系。答案：含濕量：是指1kg干空氣中所含的水蒸氣質量，用$d$表示，單位為$kg/kg$（干空氣）。含濕量反映了濕空氣中水蒸氣含量的多少，它只與水蒸氣的質量和干空氣的質量有關，與濕空氣的壓力和溫度無關。相對濕度：是指濕空氣中水蒸氣分壓力$p_{v}$與同溫度下飽和水蒸氣分壓力$p_{s}$之比，用$\varphi$表示。相對濕度反映了濕空氣接近飽和的程度，$\varphi=0$時為干空氣，$\varphi=100\%$時為飽和濕空氣。相對濕度與濕空氣的溫度和水蒸氣含量有關，溫度一定時，水蒸氣含量越多，相對濕度越大；水蒸氣含量一定時，溫度越高，相對濕度越小。

10.簡述熵增原理及其意義。答案：熵增原理指出，孤立系統的熵只能增加，或者保持不變，絕不會減少，即$\DeltaS_{iso}\geq0$，等號對應可逆過程，大于號對應不可逆過程。熵增原理的意義在于：它揭示了熱力過程的方向性，不可逆過程總是朝著使系統熵增加的方向進行，而可逆過程則使系統熵保持不變。可以用來判斷孤立系統中過程進行的方向和限度，當系統熵達到最大值時，系統達到平衡狀態，過程不再進行。為分析和改進熱力設備及熱力系統提供了理論依據，通過減少不可逆因素，降低系統的熵增，提高能源利用效率。

四、計算題

1.1kg某種理想氣體，初態壓力$p_{1}=0.1MPa$，溫度$t_{1}=27^{\circ}C$，經定溫膨脹過程壓力變為$p_{2}=0.05MPa$。已知該氣體的氣體常數$R_{g}=287J/(kg\cdotK)$，求：（1）氣體初態和終態的比體積；（2）氣體在過程中吸收的熱量和對外做的功。

答案：（1）首先將溫度換算為熱力學溫度：$T_{1}=t_{1}+273=300K$。根據理想氣體狀態方程$pV=mR_{g}T$，可得初態比體積$v_{1}=\frac{R_{g}T_{1}}{p_{1}}=\frac{287\times300}{0.1\times10^{6}}=0.861m^{3}/kg$。定溫過程中$p_{1}v_{1}=p_{2}v_{2}$，所以終態比體積$v_{2}=\frac{p_{1}}{p_{2}}v_{1}=\frac{0.1}{0.05}\time