2025年熱工基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題含參考答案一、基本概念與熱力學(xué)基本定律1.選擇題（1）下列關(guān)于熱力學(xué)系統(tǒng)的描述中，正確的是（）A.閉口系統(tǒng)與外界無物質(zhì)交換，但可能有能量交換B.開口系統(tǒng)的質(zhì)量一定變化C.絕熱系統(tǒng)與外界無熱量交換，但可能有功交換D.孤立系統(tǒng)的內(nèi)能保持不變（2）狀態(tài)參數(shù)的基本性質(zhì)是（）A.僅取決于系統(tǒng)的初始狀態(tài)B.其變化量只與初、終狀態(tài)有關(guān)，與路徑無關(guān)C.可以表示為其他狀態(tài)參數(shù)的線性組合D.是過程量的累積結(jié)果（3）關(guān)于可逆過程與不可逆過程，下列說法錯誤的是（）A.可逆過程中不存在耗散效應(yīng)（如摩擦、溫差傳熱）B.實際過程都是不可逆的，可逆過程是理想化模型C.不可逆過程的熵變一定大于可逆過程的熵變D.可逆過程可以在p-v圖或T-s圖上用連續(xù)曲線表示參考答案（1）A、C、D（解析：開口系統(tǒng)的質(zhì)量可能保持穩(wěn)定，如穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，故B錯誤；孤立系統(tǒng)與外界無任何交換，內(nèi)能不變，D正確）（2）B（解析：狀態(tài)參數(shù)的變化量僅與初終態(tài)有關(guān)，與路徑無關(guān)，如溫度、壓力、熵等）（3）C（解析：熵變是狀態(tài)參數(shù)變化，與過程無關(guān)，不可逆過程的熵產(chǎn)大于可逆過程，但熵變相同）2.填空題（1）熱力學(xué)平衡態(tài)是指系統(tǒng)在無外界影響的條件下，其______、______、______等宏觀性質(zhì)不隨時間變化的狀態(tài)。（2）理想氣體的比熱容比κ=______（用定壓比熱容cp和定容比熱容cv表示），對于單原子氣體，κ≈______。（3）熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：______；開爾文表述是：______。參考答案（1）溫度、壓力、密度（或其他強(qiáng)度量）（2）cp/cv；1.67（單原子氣體cp=5R/2，cv=3R/2，κ=5/3≈1.67）（3）“不可能將熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化”；“不可能從單一熱源吸熱并使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?.簡答題（1）說明平衡態(tài)與穩(wěn)定態(tài)的區(qū)別與聯(lián)系。（2）為什么說“第二類永動機(jī)”無法實現(xiàn)？參考答案（1）平衡態(tài)是指系統(tǒng)在無外界影響下，所有宏觀性質(zhì)不隨時間變化的狀態(tài)（內(nèi)部無勢差）；穩(wěn)定態(tài)是指系統(tǒng)宏觀性質(zhì)不隨時間變化，但可能受外界影響（如穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中溫度分布不變，但存在外界熱流）。平衡態(tài)一定是穩(wěn)定態(tài)，但穩(wěn)定態(tài)不一定是平衡態(tài)（如穩(wěn)定態(tài)可能存在溫差或力差）。（2）第二類永動機(jī)是指從單一熱源吸熱并全部轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器。根據(jù)熱力學(xué)第二定律的開爾文表述，不可能從單一熱源吸熱并使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓幢厝挥幸徊糠譄崃颗畔虻蜏責(zé)嵩矗?，因此第二類永動機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律，無法實現(xiàn)。二、熱力學(xué)第一定律1.計算題某閉口系統(tǒng)中，1kg空氣經(jīng)歷一個可逆過程，初始狀態(tài)為p?=0.1MPa，T?=300K，終態(tài)為p?=0.5MPa，T?=500K。已知空氣的內(nèi)能變化Δu=cv(T?-T?)，cv=0.718kJ/(kg·K)，過程中系統(tǒng)向外界放熱50kJ。求：（1）該過程中空氣的體積變化（v?、v?）；（2）系統(tǒng)對外做功或外界對系統(tǒng)做功的大??；（3）若該過程為多變過程（n=1.2），驗證功的計算是否與（2）一致。參考答案（1）由理想氣體狀態(tài)方程v=RT/p，R=0.287kJ/(kg·K)（空氣的氣體常數(shù)），則：v?=RT?/p?=0.287×300/(0.1×103)=0.861m3/kgv?=RT?/p?=0.287×500/(0.5×103)=0.287m3/kg（體積減?。?）根據(jù)熱力學(xué)第一定律Q=ΔU+W（閉口系統(tǒng)，W為系統(tǒng)對外做功）。ΔU=mcv(T?-T?)=1×0.718×(500-300)=143.6kJ已知Q=-50kJ（系統(tǒng)放熱），代入得：-50=143.6+W→W=-193.6kJ（負(fù)號表示外界對系統(tǒng)做功193.6kJ）（3）多變過程功的計算公式為W=(p?v?-p?v?)/(n-1)（n≠1）。p?v?=RT?=0.287×300=86.1kJ/kg（注意單位：p單位為kPa時，pV=RT的單位為kJ/kg）p?v?=RT?=0.287×500=143.5kJ/kg則W=(86.1-143.5)/(1.2-1)=(-57.4)/0.2=-287kJ/kg（與（2）結(jié)果不一致，說明題目中給定的過程并非多變指數(shù)n=1.2的過程，或題目條件存在矛盾，需檢查假設(shè)）三、熱力學(xué)第二定律與熵1.計算題1kg空氣在可逆絕熱過程中由p?=0.1MPa、T?=300K膨脹至p?=0.05MPa。已知空氣的κ=1.4，cv=0.718kJ/(kg·K)，R=0.287kJ/(kg·K)。求：（1）終態(tài)溫度T?；（2）過程中空氣的熵變Δs；（3）若過程不可逆（存在熵產(chǎn)s_gen），但初終態(tài)相同，熵變Δs是否變化？參考答案（1）可逆絕熱過程（等熵過程）滿足p?^(1-κ)T?^κ=p?^(1-κ)T?^κ，或T?=T?(p?/p?)^[(κ-1)/κ]代入數(shù)據(jù)：T?=300×(0.05/0.1)^[(1.4-1)/1.4]=300×(0.5)^(0.4/1.4)≈300×0.5^0.2857≈300×0.82≈246K（2）可逆絕熱過程的熵變Δs=0（等熵過程）。（3）熵是狀態(tài)參數(shù)，僅與初終態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)。因此即使過程不可逆，只要初終態(tài)相同，Δs仍為0，但不可逆過程的熵產(chǎn)s_gen>0（總熵變=熵流+熵產(chǎn)，可逆時熵產(chǎn)為0）。四、理想氣體熱力性質(zhì)與熱力過程1.綜合題某理想氣體（雙原子氣體，κ=1.4，R=287J/(kg·K)）經(jīng)歷以下循環(huán)：①定容加熱：從狀態(tài)1（p?=0.1MPa，T?=300K）到狀態(tài)2（T?=900K）；②定壓膨脹：從狀態(tài)2到狀態(tài)3（v?=2v?）；③定溫放熱：從狀態(tài)3到狀態(tài)4（p?=p?）；④定壓壓縮：從狀態(tài)4回到狀態(tài)1。（1）計算各狀態(tài)點的p、v、T參數(shù)；（2）計算循環(huán)中各過程的熱量和功；（3）繪制循環(huán)的p-v圖和T-s圖。參考答案（1）狀態(tài)1：p?=0.1MPa=100kPa，T?=300K，v?=RT?/p?=287×300/100000=0.861m3/kg狀態(tài)2：定容過程（v?=v?=0.861m3/kg），T?=900K，由p?/p?=T?/T?→p?=p?×T?/T?=100×900/300=300kPa狀態(tài)3：定壓膨脹（p?=p?=300kPa），v?=2v?=1.722m3/kg，T?=p?v?/R=300000×1.722/287≈1800K（或由定壓過程T?/T?=v?/v?=2→T?=2×900=1800K）狀態(tài)4：定溫過程（T?=T?=1800K），p?=p?=100kPa，v?=RT?/p?=287×1800/100000=5.166m3/kg（或由定溫過程p?v?=p?v?→v?=p?v?/p?=300×1.722/100=5.166m3/kg）（2）各過程熱量與功：①定容加熱（1→2）：W??=0（定容功為0），Q??=ΔU=mcv(T?-T?)。雙原子氣體cv=R/(κ-1)=287/(0.4)=717.5J/(kg·K)≈0.718kJ/(kg·K)，故Q??=1×0.718×(900-300)=430.8kJ②定壓膨脹（2→3）：W??=p?(v?-v?)=300×(1.722-0.861)=300×0.861=258.3kJ（系統(tǒng)對外做功），Q??=ΔH=cp(T?-T?)，cp=κcv=1.4×0.718≈1.005kJ/(kg·K)，故Q??=1×1.005×(1800-900)=904.5kJ③定溫放熱（3→4）：ΔU=0（理想氣體定溫內(nèi)能不變），W??=RT?ln(v?/v?)=287×1800×ln(5.166/1.722)=287×1800×ln3≈287×1800×1.0986≈570.3kJ（系統(tǒng)對外做功），Q??=W??=570.3kJ（放熱，故Q??=-570.3kJ）④定壓壓縮（4→1）：W??=p?(v?-v?)=100×(0.861-5.166)=100×(-4.305)=-430.5kJ（外界對系統(tǒng)做功），Q??=ΔH=cp(T?-T?)=1×1.005×(300-1800)=-1507.5kJ（放熱）（3）p-v圖：1→2為垂直線（v不變，p從100kPa升至300kPa）；2→3為水平線（p=300kPa，v從0.861m3/kg升至1.722m3/kg）；3→4為雙曲線（T=1800K，p從300kPa降至100kPa，v從1.722m3/kg升至5.166m3/kg）；4→1為水平線（p=100kPa，v從5.166m3/kg降至0.861m3/kg）。T-s圖：1→2為斜率為T/cv的曲線（定容加熱，熵增）；2→3為斜率為T/cp的曲線（定壓加熱，熵增，斜率小于定容）；3→4為水平線（定溫放熱，熵減）；4→1為斜率為T/cp的曲線（定壓冷卻，熵減）。五、水蒸氣與濕空氣1.計算題已知水蒸氣在p=1MPa時的飽和溫度T_s=179.91℃，干度x=0.9。查水蒸氣表得：飽和水焓h'=762.81kJ/kg，飽和水蒸氣焓h''=2777.1kJ/kg，飽和水比容v'=0.001127m3/kg，飽和水蒸氣比容v''=0.19444m3/kg。求：（1）該濕蒸汽的比焓h；（2）該濕蒸汽的比容v；（3）若將該濕蒸汽定壓加熱至過熱蒸汽（T=300℃），查得過熱蒸汽焓h=3051.2kJ/kg，求加熱過程中吸收的熱量。參考答案（1）濕蒸汽比焓h=h'+x(h''-h')=762.81+0.9×(2777.1-762.81)=762.81+0.9×2014.29≈762.81+1812.86=2575.67kJ/kg（2）濕蒸汽比容v=v'+x(v''-v')=0.001127+0.9×(0.19444-0.001127)=0.001127+0.9×0.193313≈0.001127+0.17398≈0.1751m3/kg（3）定壓加熱過程熱量Q=Δh=h過熱-h濕蒸汽=3051.2-2575.67=475.53kJ/kg六、傳熱學(xué)基礎(chǔ)1.綜合題一平壁由三層材料組成，厚度分別為δ?=0.3m（λ?=1.2W/(m·K)）、δ?=0.2m（λ?=0.5W/(m·K)）、δ?=0.1m（λ?=0.1W/(m·K)）。平壁左側(cè)溫度t?=500℃，右側(cè)溫度t?=50℃。求：（1）單位面積熱流量q；（2）各層間的溫度t?、t?；（3）若第三層材料受潮后λ?增加至0.3W/(m·K)，熱流量如何變化？參考答案（1）平壁總熱阻R=δ?/λ?+δ?/λ?+δ?/λ?=0.3/1.2+0.2/0.5+0.1/0.1=0.25+0.4+1=1.65(m2·K)/W單位面積熱流量q=(t?-t?)/R=(500-50)/1.65≈272.73W/m2（2）第一層熱阻R?=0.3/1.2=0.25(m2·K)/W，t?=t?-qR?=500-272.73×0.25≈500-68.18≈431.82℃第二層熱阻R?=0.2/0.5=0.4(m2·K)/W，t?=t?-qR?=431.82-272.73×0.4≈431.82-109.09≈322.73℃（3）第三層受潮后λ?'=0.3W/(m·K)，新總熱阻R'=0.25+0.4+0.1/0.3≈0.25+0.4+0.333≈0.983(m2·K)/W新熱流量q'=(500-50)/0.983≈457.78W/m2（熱流量增大，因第三層熱阻減?。┢?、典型錯誤分析1.狀態(tài)參數(shù)與過程量混淆：誤