2025年熱工基礎(chǔ)考試題（含答案）一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.下列參數(shù)中，屬于狀態(tài)參數(shù)的是（）。A.熱量B.功C.熵D.焓變2.理想氣體的熱力學(xué)能僅取決于（）。A.溫度B.壓力C.比體積D.熵3.某熱力循環(huán)中，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰?000kJ，向低溫?zé)嵩捶艧?00kJ，則循環(huán)熱效率為（）。A.40%B.50%C.60%D.70%4.對(duì)于定容過程，理想氣體的熱量計(jì)算公式為（）。A.\(Q=mc_p\DeltaT\)B.\(Q=mc_v\DeltaT\)C.\(Q=mR_gT\ln\frac{v_2}{v_1}\)D.\(Q=0\)5.下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律的表述中，正確的是（）。A.不可能從單一熱源吸熱并全部轉(zhuǎn)化為功B.熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體C.第二類永動(dòng)機(jī)可以制造D.熵產(chǎn)大于零的過程一定不可逆6.已知空氣的氣體常數(shù)\(R_g=287\,\text{J/(kg·K)}\)，定容比熱容\(c_v=717\,\text{J/(kg·K)}\)，則其定壓比熱容\(c_p\)為（）。A.430\,\text{J/(kg·K)}B.717\,\text{J/(kg·K)}C.1004\,\text{J/(kg·K)}D.1287\,\text{J/(kg·K)}7.平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，熱流量與（）成正比。A.壁面面積B.壁厚C.導(dǎo)熱系數(shù)的倒數(shù)D.溫差的倒數(shù)8.下列過程中，熵不變的是（）。A.理想氣體的定溫膨脹B.理想氣體的絕熱自由膨脹C.可逆絕熱過程D.實(shí)際氣體的節(jié)流過程9.某理想氣體經(jīng)歷一個(gè)多變過程，多變指數(shù)\(n=1.2\)，則該過程中氣體對(duì)外做功時(shí)，氣體的溫度（）。A.升高B.降低C.不變D.無法確定10.對(duì)流換熱的基本計(jì)算公式是（）。A.傅里葉定律B.牛頓冷卻公式C.斯蒂芬-玻爾茲曼定律D.基爾霍夫定律二、填空題（每空2分，共20分）1.熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是__________在熱現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)。2.理想氣體的焓\(h\)與熱力學(xué)能\(u\)的關(guān)系為\(h=\)__________（用\(u\)和狀態(tài)參數(shù)表示）。3.卡諾循環(huán)由兩個(gè)__________過程和兩個(gè)__________過程組成。4.傅里葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為\(q=\)__________（符號(hào)說明：\(q\)為熱流密度，\(\lambda\)為導(dǎo)熱系數(shù)，\(\frac{\partialT}{\partialx}\)為溫度梯度）。5.理想氣體的比熱容比\(\gamma=\)__________（用\(c_p\)和\(c_v\)表示）。6.絕熱過程中，理想氣體的狀態(tài)參數(shù)滿足\(pv^\gamma=\)常數(shù)，其中\(zhòng)(\gamma\)為__________。7.熵產(chǎn)是衡量過程__________程度的指標(biāo)，不可逆過程的熵產(chǎn)__________（填“大于”“等于”或“小于”）零。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述熱力學(xué)第一定律和第二定律的區(qū)別與聯(lián)系。2.說明理想氣體的假設(shè)條件，并解釋為何實(shí)際氣體在高溫低壓下可近似為理想氣體。3.什么是多變過程？其與四種基本熱力過程（定容、定壓、定溫、絕熱）的關(guān)系如何？4.比較導(dǎo)熱、對(duì)流換熱和輻射換熱的本質(zhì)區(qū)別。5.解釋“熵增原理”的物理意義，并舉例說明其應(yīng)用。四、計(jì)算題（每題10分，共40分）1.質(zhì)量為2kg的空氣在定壓下從20℃加熱到120℃，已知空氣的定壓比熱容\(c_p=1004\,\text{J/(kg·K)}\)，氣體常數(shù)\(R_g=287\,\text{J/(kg·K)}\)。求：（1）空氣吸收的熱量；（2）空氣熱力學(xué)能的變化；（3）空氣對(duì)外做的功。2.某理想氣體經(jīng)歷一個(gè)可逆絕熱膨脹過程，初始狀態(tài)為\(p_1=0.5\,\text{MPa}\)，\(T_1=300\,\text{K}\)，終態(tài)壓力\(p_2=0.1\,\text{MPa}\)，比熱容比\(\gamma=1.4\)。求終態(tài)溫度\(T_2\)和單位質(zhì)量氣體對(duì)外做的功（假設(shè)氣體常數(shù)\(R_g=287\,\text{J/(kg·K)}\)）。3.一平壁厚度\(\delta=0.3\,\text{m}\)，導(dǎo)熱系數(shù)\(\lambda=1.2\,\text{W/(m·K)}\)，兩側(cè)表面溫度分別為\(T_1=300\,\text{K}\)和\(T_2=100\,\text{K}\)，壁面面積\(A=2\,\text{m}^2\)。求：（1）平壁的熱阻；（2）通過平壁的熱流量；（3）熱流密度。4.某制冷循環(huán)中，工質(zhì)從低溫?zé)嵩矗╘(T_L=270\,\text{K}\)）吸熱\(Q_L=500\,\text{kJ}\)，向高溫?zé)嵩矗╘(T_H=300\,\text{K}\)）放熱\(Q_H=600\,\text{kJ}\)。判斷該循環(huán)是否可逆？若不可逆，計(jì)算其熵產(chǎn)（環(huán)境溫度為\(T_0=300\,\text{K}\)）。參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.C（熵是狀態(tài)參數(shù)，熱量和功是過程量，焓變是狀態(tài)參數(shù)的變化量，但題目中選項(xiàng)為“焓變”，嚴(yán)格來說狀態(tài)參數(shù)是焓本身，故正確選項(xiàng)為C）2.A（理想氣體的熱力學(xué)能僅與溫度有關(guān)）3.C（熱效率\(\eta=\frac{W}{Q_1}=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}=\frac{1000-400}{1000}=60\%\)）4.B（定容過程功為0，熱量等于熱力學(xué)能變化，\(Q=mc_v\DeltaT\)）5.B（A選項(xiàng)未排除“對(duì)外做功”的情況；C錯(cuò)誤，第二類永動(dòng)機(jī)違反第二定律；D錯(cuò)誤，熵產(chǎn)大于零是不可逆的充分條件，但熵產(chǎn)等于零的過程可能可逆）6.C（\(c_p=c_v+R_g=717+287=1004\,\text{J/(kg·K)}\)）7.A（平壁導(dǎo)熱公式\(\Phi=\lambdaA\frac{T_1-T_2}{\delta}\)，熱流量與面積成正比）8.C（可逆絕熱過程熵不變，絕熱自由膨脹是不可逆絕熱過程，熵增加；定溫膨脹熵增加；節(jié)流過程熵增加）9.B（多變指數(shù)\(n>1\)且\(n<\gamma\)時(shí)，膨脹過程溫度降低）10.B（牛頓冷卻公式\(\Phi=hA\DeltaT\)）二、填空題1.能量守恒定律2.\(u+pv\)（或\(u+R_gT\)）3.可逆等溫；可逆絕熱4.\(-\lambda\frac{\partialT}{\partialx}\)（負(fù)號(hào)表示熱流方向與溫度梯度相反）5.\(\frac{c_p}{c_v}\)6.比熱容比（或絕熱指數(shù)）7.不可逆；大于三、簡答題1.區(qū)別：第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn)，說明能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系；第二定律指明能量轉(zhuǎn)換的方向、條件和限度，說明并非所有符合第一定律的過程都能自發(fā)進(jìn)行。聯(lián)系：二者共同構(gòu)成熱力學(xué)的基礎(chǔ)，缺一不可。第一定律是第二定律的必要條件（違反第一定律的過程必然違反第二定律），第二定律是第一定律的補(bǔ)充（限定能量轉(zhuǎn)換的可行性）。2.假設(shè)條件：分子本身無體積；分子間無相互作用力；分子間碰撞為彈性碰撞。原因：高溫低壓下，氣體分子間距大，分子體積可忽略；分子間距離遠(yuǎn)，相互作用力可忽略，因此實(shí)際氣體接近理想氣體模型。3.多變過程：滿足\(pv^n=\)常數(shù)的過程（\(n\)為多變指數(shù)，可取任意實(shí)數(shù)）。關(guān)系：四種基本過程是多變過程的特例：\(n=0\)（定壓過程）、\(n=\infty\)（定容過程）、\(n=1\)（定溫過程）、\(n=\gamma\)（絕熱過程）。4.本質(zhì)區(qū)別：-導(dǎo)熱：依靠分子、原子或自由電子的熱運(yùn)動(dòng)傳遞熱量，發(fā)生在固體或靜止流體中；-對(duì)流換熱：流體宏觀運(yùn)動(dòng)與微觀導(dǎo)熱共同作用的結(jié)果，僅發(fā)生在流體中；-輻射換熱：通過電磁波傳遞熱量，無需介質(zhì)，可在真空中進(jìn)行。5.物理意義：孤立系統(tǒng)的熵只能增加或保持不變（可逆過程熵不變，不可逆過程熵增加），反映了一切實(shí)際過程的方向性（總是朝著熵增大的方向進(jìn)行）。應(yīng)用：如判斷過程是否可逆（孤立系統(tǒng)熵增大于零則不可逆）；分析能量品質(zhì)（熵增越大，能量可用性損失越多）。四、計(jì)算題1.解：（1）定壓加熱熱量\(Q=mc_p(T_2-T_1)=2\times1004\times(120-20)=200800\,\text{J}=200.8\,\text{kJ}\)（2）熱力學(xué)能變化\(\DeltaU=mc_v(T_2-T_1)\)，其中\(zhòng)(c_v=c_p-R_g=1004-287=717\,\text{J/(kg·K)}\)，故\(\DeltaU=2\times717\times100=143400\,\text{J}=143.4\,\text{kJ}\)（3）功\(W=Q-\DeltaU=200.8-143.4=57.4\,\text{kJ}\)（或由定壓功公式\(W=p(V_2-V_1)=mR_g(T_2-T_1)=2\times287\times100=57400\,\text{J}=57.4\,\text{kJ}\)）2.解：絕熱過程溫度與壓力關(guān)系\(\frac{T_2}{T_1}=\left(\frac{p_2}{p_1}\right)^{\frac{\gamma-1}{\gamma}}\)，代入得\(T_2=300\times\left(\frac{0.1}{0.5}\right)^{\frac{0.4}{1.4}}\approx300\times0.55=165\,\text{K}\)單位質(zhì)量功\(w=\frac{R_g(T_1-T_2)}{\gamma-1}=\frac{287\times(300-165)}{0.4}\approx\frac{287\times135}{0.4}\approx96937.5\,\text{J/kg}=96.94\,\text{kJ/kg}\)3.解：（1）熱阻\(R=\frac{\delta}{\lambdaA}=\frac{0.3}{1.2\times2}=0.125\,\text{K/W}\)（2）熱流量\(\Phi=\frac{T_1-T_2}{R}=\frac{300-100}{0.125}=1600\,\text{W}\)（或直接用\(\Phi=\lambdaA\frac{T_1-T_2}{\delta}=1.2\times2\times\frac{200}{0.3}=1600\,\text{W}\)）（3）熱流密度\(q=\frac{\Phi}{A}=\frac{1600}{2}=800\,\text{W/m}^2\)4.解：可逆制冷循環(huán)的制冷系數(shù)\(\varepsilon_{rev}=\frac{T_L}{T_H-T_L}=\frac{270}{30}=9\)，實(shí)際制冷系數(shù)\(\varepsilon=\frac{Q_L}{Q_H-Q_L}=\frac{500}{100}=5<9\)，故不可逆。熵產(chǎn)\(S_{gen}=\Del