第一部分　章节习题及详解[视频讲解]

第1章　工程热力学

1.1　基本概念

单项选择题（每题的备选项中，只有1个最符合题意）

1．如果由工质和环境组成的系统，只在系统内发生热量和质量交换关系，而与外界没有任何其他关系或影响，该系统称为（　　）。[2014年真题]

A．孤立系统

B．开口系统

C．刚体系统

D．闭口系统

【答案】A

【解析】与外界既无能量交换又无物质交换的系统为孤立系统；与外界没有热量传递的热力学系统称为绝热系统；与外界有物质交换的热力系统为开口系统；与外界无物质交换的热力系统为闭口系统，刚体系统与本题无关。

2．当系统在边界上有能量和质量交换，但总体无质量变化时，该系统可能是（　　）。[2013年真题]

A．闭口系统

B．开口系统

C．稳态系统

D．稳定系统

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【答案】B

【解析】按系统与外界的质量和能量交换不同，热力学系统可分为闭口系统、开口系统、绝热系统和孤立系统。A项，闭口系统没有质量穿过边界，但可以存在能量的交换，错误；B项，开口系统既可以有能量交换又可以有质量交换，正确；CD两项，稳态系统与稳定系统不以有无热质交换为判据，两项均错。

3．闭口热力系与开口热力系的区别在于（　　）。[2008年真题]

A．在界面上有、无物质进出热力系

B．在界面上与外界有无热量传递

C．对外界是否做功

D．在界面上有无功和热量的传递及转换

【答案】A

【解析】闭口系统是指与外界之间没有物质传递的系统，例如活塞式汽缸内的气体、屋内的空气整体等；开口系统是指与外界有物质传递的系统。注意区分两者的关键是有没有质量越过了边界而不是系统的质量有没有改变，如果某系统的质量输入与输出相等，那么即便系统质量没有变化，该系统依然是开口系。

4．状态参数是描述系统工质状态的宏观物理量，下列参数组中全部是状态参数的是（　　）。[2012年真题]

A．p，V，T，pu²，　

B．Q，W，T，V，p

C．T，H，U，p　 　 

D．z，p，V，T，H

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【答案】C

【解析】热力学中主要涉及六大基本状态参数，包括温度（T）、压力（p）、系统的体积（V）、热力学能（U）、焓（H）、熵（S）。其中，温度（T）、压力（P）、比体积（），与热力系的质量无关，称为强度状态参数；热力学能（U）、焓（H）、熵（S）与热力系的质量成正比，且可相加，称为广延状态参数。B项，功（W）和热量（Q）都为过程参数；D项，参数z在热力学中可用以指代重力场中的高度、压缩因子等多个物理量，此处指代不明。

5．热力学系统的平衡状态是指（　　）。[2010年真题]

A．系统内部作用力的合力为零，内部均匀一致

B．所有广义作用力的合力为零

C．无任何不平衡势差，系统参数到处均匀一致且不随时间变化

D．边界上有作用力，系统内部参数均匀一致且保持不变

【答案】C

【解析】平衡状态是指在没有外界影响（重力场除外）的条件下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。实现平衡的充要条件是系统内部及系统与外界之间不存在各种不平衡势差（力差、温差、化学势差等）。因此热力系统的平衡状态应该是无任何不平衡势差，系统参数到处均匀一致而且是稳态的状态。

6．状态参数用来描述热力系统状态特性，此热力系统应满足（　　）。[2005年真题]

A．系统内部处于热平衡和力平衡　

B．系统与外界处于热平衡

C．系统与外界处于力平衡　   

D．不需要任何条件

【答案】A

【解析】状态参数是用以描述热力系统工质状态特性的物理量。此热力系统应满足处于平衡状态，否则系统各部分状态不同，就无法用确定的参数值来描述,处于平衡状态不仅包括热平衡还有力平衡。

7．压力的常用国际单位表达中不正确的是（　　）。[2014年真题]

A．N／m²

B．kPa

C．MPa

D．bar

【答案】D

【解析】压力的定义是垂直作用于流体或固体界面单位面积上的力，即N／m²，压力的基本国际单位是Pa，1kPa=10³Pa，1MPa=10⁶Pa；bar是工程中经常用到的压力单位，但不是国际单位。

8．表压力、大气压力、真空度和绝对压力中只有（　　）。[2009年真题]

A．大气压力是状态参数　

B．表压力是状态参数

C．绝对压力是状态参数　

D．真空度是状态参数

【答案】C

【解析】大气压与地理位置有关；表压和真空度是指工质的真实压力（绝对压力）与环境介质压力的差；绝对压力是真实的压力。因此，只有绝对压力才是系统的状态参数。

9．热力学中常用的状态参数有（　　）。[2006年真题]

A．温度、大气压力、比热容、内能、焓、熵等

B．温度、表压力、比容、内能、焓、熵、热量等

C．温度、绝对压力、比容、内能、焓、熵等

D．温度、绝对压力、比热容、内能、功等

【答案】C

【解析】热力学常用的状态参数有压力（p）、温度（T）、比容（γ）、内能（U）、焓（H）和熵（S）。AD两项，比热容属于物性参数，不属于状态参数；B项，基本的过程参数（过程量）有功和热量。

10．大气压力为B，系统中工质真空表压力读数为p₁时，系统的真实压力P为（　　）。[2011年真题]

A．p₁　

B．B＋p₁　 

C．B－p_l　

D．p₁－B

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【答案】C

【解析】系统的真实压力P称为绝对压力，真空表测出的压力为真空度P₁，表明实际压力小于大气压力，P₁与大气压力B、绝对压力P的关系为：P=B－p₁；测压表测出的为表压力P_e，表明实际压力大于大气压力，P_c与大气压力B、绝对压力P的关系为：P=B＋P_e。

11．图1－1－1为一热力循环的T－S图，该循环中工质的吸热量是（　　）。[2008年真题]

A．（a－b）（d－c）／2

B．（a＋b）（d－c）／2

C．（a－b）（d＋c）／2

D．（a＋b）（d＋c）／2

图1－1－1

【答案】B

【解析】在T－S图上，面积代表热量，三角形123的面积表示循环过程的净热量，矩形23cd的面积表示循环过程的放热量，两者面积之和表示循环过程的吸热量，其中，，所以将该面积的表达式代入整理得：。

12．如图1－1－2所示为一热力循环1—2—3—1的T－S图，该循环的热效率可表示为（　　）。[2006年真题]

A．

B．

C．

D．

图1－1－2

【答案】A

【解析】动力循环热效率计算表达式以及在T－s图上的面积关系为：

应用几何关系计算得：；。

则循环热效率：。

13．与外界只有能量交换而没有质量交换的热力学系统称为（　  ）。

A．孤立系统

B．闭口系统

C．静止系统

D．可压缩系统

【答案】B

【解析】闭口系统是与外界没有物质传递的系统，但可以有能量交换。闭口系统的边界可以是固定或活动的，系统整体可以是静止或运动的。

14．下列属于状态参数的是（　　）。

A．热量　

B．焓　

C．膨胀功　

D．轴功

【答案】B

【解析】热量和所有功都是过程量，不是状态参数，焓是六大基本状态参数之一，属于状态量，与过程路径无关。

15．工质经历了不可逆的热力循环，则工质熵的变化（ 　 ）。

A．大于零

B．等于零

C．小于零

D．不确定

【答案】B

【解析】熵为状态参数，状态参数的变化只取决于给定的初、终状态，与变化过程所经历的路径无关。经过一个循环，工质的终态与初态一致，所以不论何种循环，熵的变化均为0。

16．简单可压缩系统状态方程式的基本形式为（　　）。

A．

B．

C．方程组和

D．

【答案】D

【解析】对于简单可压缩系统，可逆功只有体积变化功这一种，n=l，于是，独立参数的数目为2。只要基本状态参数量、和之中只要有任意两个参数取值，就能确定它的平衡状态，故其状态方程式可以写成

。

17．表示工质性质的下列各物理量中，（　　）的数值与工质数量有关。

A．压力

B．密度

C．温度

D．热容量

【答案】D

【解析】物质系统在准静态加热过程中温度微小升高所需要的外界传入微小量热量称为系统的热容量，用表示，单位为J/K，即，其中为质量热容（比热容），因此热容量与工质数量相关；密度是物质固有特性，压力和温度是强度量，与工质数量均无关。

18．某容器中气体的表压力为0.04MPa，当地大气压力为0.1MPa，则该气体的绝对压力（　　）MPa。

A．0.06

B．0.04

C．0.14

D．0.05

【答案】C

【解析】压力表测量的是表压P_g，它表示此时气体的绝对压力大于当地大气压力B，绝对压力P=B＋P_g。此题P=0.1＋0.04=0.14MPa。

19．压力表测量的压力是（　　）。

A．绝对压力

B．标准大气压

C．真空度

D．相对压力

【答案】D

【解析】压力表测量的压力是气体的绝对压力与当地大气压力之间的差值，是相对压力，相对压力包括表压力和真空度，压力表测出的为表压力，真空表测出的为真空度。

1.2　准静态过程、可逆过程与不可逆过程

单项选择题（每题的备选项中，只有1个最符合题意）

1．与准静态相比，可逆过程进行时，系统一定要满足的条件是（　　）。[2013年真题]

A．系统随时到处均匀一致

B．只要过程中无功耗散

C．边界上和内部都不存在任何力差或不均匀性

D．边界上无作用力差，过程进行缓慢

【答案】B

【解析】可逆过程实现的充要条件：过程应为准静态过程且无任何耗散效应，即无耗散的准静态过程为可逆过程。准静态过程和可逆过程的差别就在于有无耗散损失。ACD三项均为准静态过程的条件。

2．准静态是一种热力参数和作用力都有变化的过程，具有特性为（　　）。[2011年真题]

A．内部和边界一起快速变化　 　

B．边界上已经达到平衡

C．内部状态参数随时处于均匀　

D．内部参数变化远快于外部作用力变化

【答案】C

【解析】准静态过程有以下两个特点：①系统与外界的压力差、温度差等势差无限小、系统变化足够缓慢；②系统在该过程中的每一瞬间都将呈现无限接近平衡的状态。因此内部状态随时处于均匀。

3．完成一个热力过程后满足下述哪个条件时，过程可逆（　　）。[2010年真题]

A．沿原路径逆向进行，系统和环境都恢复初态而不留下任何影响

B．沿原路径逆向进行，中间可以存在温差和压差，系统和环境都恢复初态

C．只要过程反向进行，系统和环境都恢复初态而不留下任何影响

D．任意方向进行过程，系统和环境都恢复初态而不留下任何影响

【答案】A

【解析】可逆过程是指如果系统完成某一热力过程后，如果有可能使工质沿相同的路径逆行而回复到原来状态，并使相互作用中所涉及的外界全部都恢复到原来状态，而不留下任何改变的过程。

4．通过搅拌器对容器内的水输入功而使水定温蒸发。从能量传递过程对系统和外界产生的效果看，此蒸发过程为（　  ）。

A．定压过程

B．可逆过程

C．不可逆过程

D．搅拌功增大水分子能量而逸出水面的过程

【答案】C

【解析】搅拌过程伴随着能量的损失，属于不可逆的耗散，故此过程为不可逆过程。

5．若工质经历一可逆过程和一不可逆过程，且其初态和终态相同，则两过程中工质与外界交换的热量（　　）。

A．相同

B．不相同

C．不确定

D．与状态无关

【答案】C

【解析】工质与外界交换的热量是过程量，即热量不仅与初态和终态有关，还与中间经历的路径有关。尽管此题可逆与不可逆两过程的初态和终态相同，但没有给出两者的具体过程，所以无法确定两者交换的热量的多少。

6．判断后选择正确答案是（　　）。

A．无约束的自由膨胀为一可逆过程

B．混合过程是一不可逆过程

C．准平衡过程就是可逆过程

D．可逆过程是不可实现过程

【答案】B

【解析】不论是否有约束，自由膨胀均为不可逆过程；可逆过程即为准平衡(准静态)过程，反之准静态过程不一定是可逆过程；混合过程伴随能量损失，损失的能量属于不可逆的耗散，是不可逆过程；可逆过程在一定条件下可以实现。

7．下列陈述中（　　）是正确的表述。

A．不可逆的热力过程是指逆过程没有恢复到初始状态的工质热力过程

B．由于准静态过程由一系列微小偏离平衡的状态组成，故从本质上说，准静态过程是可逆过程

C．任何可逆过程都必须是准静态过程

D．平衡状态是系统的热力状态参数数值不随时间变化的状态

【答案】C

【解析】不可逆过程是指系统经历一个热力过程和它的逆过程，系统和环境都未恢复到初始状态，过程中存在能量损失；准静态过程存在微小的势差，只是势差很小，系统不至于偏离平衡态太多，所以准静态过程不能称为可逆过程，但无耗散效应的准静态过程称作可逆过程；平衡状态不仅要求状态参数不随时间变化，也要求状态参数保持均一性以及不存在任何不平衡势差。

1.3　热力学第一定律

单项选择题（每题的备选项中，只有1个最符合题意）

1．由热力学第一定律，开口系能量方程为δq=dh－δw，闭口系能量方程为δq=du－δw，经过循环后，可得出相同结果形式正确的解释是（　　）。

A．两系统热力过程相同

B．同样热量下可以做相同数量的功

C．结果形式相同但内涵不同

D．除去q和w，其余参数含义相同

【答案】C

【解析】表达式δq=dh－δw中δw为技术功，而δq=du－δw中δw为膨胀功，因此经过循环后两式虽得出了相同的结果,但是对于两者其内涵不同，热力过程也不同。

2．热力学第一定律是关于热能与其他形式的能量相互转换的定律，适用于（　　）。[2011年真题]

A．一切工质和一切热力过程　

B．量子级微观粒子的运动过程

C．工质的可逆或准静态过程　

D．热机循环的一切过程

【答案】A

【解析】热力学第一定律是能量转换与守恒定律在热力学上的应用，其表述为：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换；但在转换的过程中，能量的总值保持不变。因此，热力学第一定律是热力学的基本定律，它适用于一切工质和一切热力过程。

3．内能是储存于系统物质内部的能量，有多种形式，下列（　　）不属于内能。[2010年真题]

A．分子热运动能　

B．在重力场中的高度势能

C．分子相互作用势能　

D．原子核内部原子能

【答案】B

【解析】系统物质的能量包括宏观机械能和微观机械能。内能属于物质微观能量，包括分子动能、分子势能、化学能和核内原子能；外部宏观机械能包括物质的宏观动能和宏观势能。重力场的高度势能属于是外部能。

4．热能转换成机械能的唯一途径是通过工质的体积膨胀，此种功称为容积功，它可分为（　　）。[2007年真题]

A．膨胀功和压缩功　

B．技术功和流动功

C．轴功和流动功　   

D．膨胀功和流动功

【答案】A

【解析】容积功是指热力系统通过体积变化所完成的与外界进行的能量交换，膨胀功和压缩功统称为体积变化功。

5．系统的总储存能包括内储存能和外储存能，其中外储存能是指（　　）。[2008年真题]

A．宏观动能＋重力位能　

B．宏观动能＋流动功

C．宏观动能＋容积功　 　

D．容积功＋流动功

【答案】A

【解析】系统具有的总能量称系统储存能，用E表示。系统储存能可分为内部储存能与外部储存能两部分。系统内部由于分子、原子等微观粒子热运动所具有的能量为内部储存能，又称热力学能U。系统整体宏观运动的动能E_k和重力位能E_p为外部储存能。

6．系统经一热力过程，放热9kJ，对外做功27kJ。为使其返回原状态，若对系统加热6kJ，需对系统做功（　　）kJ。[2007年真题]

A．42　

B．27　

C．30　

D．12

【答案】C

【解析】由热力学第一定律Q=W＋ΔU列出过程方程：－9=27＋ΔU，解得ΔU=－36kJ；为使其返回原状态，逆过程需满足ΔU=36kJ，当对系统加热6kJ时，计算得出需对系统做功W=36－6=30kJ。

7．某理想气体吸收3349kJ的热量而做定压变化。设定容比热容为0.741kJ／（kg·K），气体常数为0.297kJ／（kg·K），此过程中气体对外界做容积功 （　　）kJ。[2008年真题]

A．858　

B．900　

C．245　

D．958

【答案】D

【解析】已知气体的定容比热，由公式c_p－c_v=R_g可以求得定压比热c_p=R_g＋c_v=1.038kJ/（kg·K）；由于过程为定压过程，所以q=Δh=c_p（T₂－T₁）=3349kJ，进而求得温度变化ΔT=（T₂－T₁）=3226.4K，则此过程对外界做的容积功为：w=q－Δu=q－c_v（T₂－T₁）=958kJ。

8．某闭口系统吸热100kJ，膨胀做功30kJ，同时由摩擦而耗功15kJ为系统内吸收，则该系统的内能变化为（　　）。[2013年真题]

A．85kJ

B．70kJ

C．55kJ

D．45kJ

【答案】A

【解析】闭口系统热力学第一定律，即能量守恒定律：Q=ΔU＋W。系统吸热，内能增加，系统放热，内能减少；系统对外做功，内能减少，外界对系统做功，内能增加。本题中，内能为：ΔU＝Q－W＝100＋15－30＝85（kJ）。

9．气体在某一过程中放出热量l00kJ，对外界做功50kJ，其内能变化量是（　  ）kJ。[2009年真题]

A．－150　

B．150　

C．50　

D．－50

【答案】A

【解析】根据热力学第一定律q=W＋Δu，q=－100kJ，W=50kJ，将数值代入得此过程中内能变化量是－150kJ。

10．有一流体以3m／s的速度通过7.62cm直径的管路进入动力机，进口处的焓为2558.6kJ／kg，内能为2326kJ／kg，压力为P_l=689.48kPa，而在动力机出口处的焓为1395.6kJ／kg。若过程为绝热过程，忽略流体动能和重力位能的变化，该动力机所发出的功率是（　　）kW。[2005年真题]

A．4.65　

B．46.5　

C．1163　

D．233

【答案】B

【解析】由焓与内能的关系，求得进口处的比容为：；

进口处的质量流量：；

单位质量流体经过动力机所做的功：；

则该动力机所发出的功：。

11．某物质的内能只是温度的函数，且遵守关系式：U=125＋0.125t kJ，此物质的温度由100℃升高到200℃。温度每变化1℃所做的功δw/δt =0.4610kJ／℃，此过程中该物质与外界传递的热量是（　　）kJ。[2006年真题]

A．57.5　

B．58.5　

C．50.5　

D．59.5

【答案】B

【解析】热力学第一定律应用于控制质量时的表达式为：ΔU＝Q－W，则在该过程中内能的变化：

；

过程中功的变化为：；

则该物质与外界传递的热量为：。

12．热力学第一定律单个入口和单个出口系统表达式δq＝dh－νdρ使用的条件为（　  ）。[2013年真题]

A．稳定流动，微元，可逆过程

B．稳定流动，微元，准静态过程

C．理想气体，微元，可逆过程

D．不计动能和势能，微元，可逆过程

【答案】B

【解析】焓是工质流经开口系统中的能量总和，在闭口系统中焓没有实际意义。题中公式采用的是小写h，而且没有与时间有关的量，因此是稳定流动。热力学第一定律第二解析式δq＝dh＋δw_t中，可逆过程的技术功δw_t=－vdp。

13．对于热泵循环，输入功，可以向高温环境放出热量，在低温环境得到热量，下列关系中不可能存在的是（　  ）。[2012年真题]

A．

B．

C．

D．

【答案】D

【解析】热泵循环向高温环境放出的热量等于输入的功和在低温环境得到的热量之和，即，由于

，故不可能存在。

14．下列有关热力学第一定律的解读中，（　　）是不正确的。

A．系统具有的热力学能属于热能，因此，工质系统可以只依靠本身的热力学能不断做功

B．在孤立系统中，能量的总量保持不变

C．第一类永动机是不可能实现的

D．热机的热效率不可能大于1

【答案】A

【解析】第一类永动机是不可能实现，因此，工质系统不能只依靠本身的热力学能不断做功，即热机的效率永远小于1。

15．下列关于内能的表述不正确的是（　　）。

A．内能是指储存于系统内部的能量

B．内能的变化与过程路径无关

C．内能包括内动能、内位能和维持一定分子结构的化学能等

D．工质经循环变化后，内能的变化不一定为零

【答案】D

【解析】热力学能（内能）为状态量，它包括内动能、内位能、化学能的总和、原子核能以及电磁能等，内能的变化与路径无关，状态参数经循环变化后变化量为零，即。

16．热力学第一定律基本表达式写成的形式的适用条件为（　  ）。

A．闭口系统、可逆过程

B．理想气体、稳定流动开口系统

C．理想气体、闭口系统、可逆过程

D．理想气体、闭口系统

【答案】C

【解析】对于闭口系统，热力学第一定律微元表达式为；对于理想气体；对可逆过程。

17．气体在某一过程中吸入了l00kJ的热量，同时内能增加了150kJ，该过程是（　　）。

A．膨胀过程

B．压缩过程

C．定容过程

D．均不是

【答案】B

【解析】由热力学第一定律，此过程膨胀功为W=Q－ΔU=100－150=－50kJ<0，说明此过程为压缩过程。

18．有一闭口系统沿过程a从状态1变化到状态2，又从状态2沿另一过程b回到状态1。如果已知系统在1－a－2过程中向外界吸热量10kJ，外界在2－b－1过程中对系统做压缩功8kJ而系统向外界放热9kJ，那么，系统在1－a－2过程中对外界做功为（　　）。

A．8kJ

B．11kJ

C．9kJ

D．6kJ

【答案】C

【解析】根据热力学第一定律基本表达式，其中，代入数据可得

，故。

19．下列陈述中只有（　　）是正确的。

A．任何没有体积变化的过程必定没有对外界做功

B．应该设法利用烟气离开锅炉时带走的热量

C．工质的焓是代表用状态函数（u＋pv）描述的那部分能量

D．技术功代表通过轴输出的全部机械能

【答案】C

【解析】体积不变时，压强变化同样可以有外界做功；烟气离开锅炉带走的热量是耗散热量，利用时反而会消耗更多能量；动能与位能的轴功合称为技术功。

20．关于稳定流动能量方程式的普遍表达式，（　　）写法不正确。

A．

B．

C．

D．

【答案】A

【解析】稳定流动能量方程式原式为，其中为内部功，它等于轴功与摩擦损失功之和，而技术功，代入上式式即可得：。

1.4　气体性质

单项选择题（每题的备选项中，只有1个最符合题意）

1．如果将常温常压下的甲烷气体作为理想气体，其定值比热容比为（　　）。[2012年真题]

A．1.33　

B．1.40　

C．1.50　

D．1.67

【答案】A

【解析】多原子分子的定压热容c_P为9R_g／2，定容热容c_V为7R_g／2，因此比热容比k=c_P/c_V=1.29；单原子分子的定压热容c_P为5R_g／2，定容热容c_V为3R_g／2，因此比热容比k=c_P/c_V=1.67；双原子分子的定压热容c_P为7R_g／2，定容热容c_V为5R_g／2，因此比热容比k=c_P/c_V=1.4。甲烷（CH₄）为多原子分子，则其定值比热容比k=c_P/c_V=1.29，A项最为接近。

2．把空气作为理想气体，当其中O₂的质量分数为21％，N₂的质量分数为78％，其他气体的质量分数为l％，则其定压比热容c_p为（　　）J／（kg·K）。[2011年真题]

A．707　

B．910　

C．1010　

D．1023

【答案】C

【解析】根据空气中氧气和氮气的摩尔质量，可求得空气的摩尔质量为：（可忽略其他气体）M_混=x_氧气×M_氧气＋x_氮气×M_氮气=0.21×32＋0.78×28=28.56g/mol。

气体常数：。

由于空气的主要组成部分氮气和氧气都是双原子分子，k=C_P/C_V=1.4，C_P－C_V=R_g，根据双原子分子定压比热计算公式：。

3．理想气体的p－V－T关系式可表示成微分形式（　　）。[2008年真题]

【答案】A

【解析】对理想气体状态方程pV=RT两边进行微分，得到，等式两边同时除以RT，再利用理想气体状态方程pV=RT的关系即可得出。

4．钢瓶内理想气体的计算公式可适用的范围是（　  ）。[2013年真题]

A．准静态过程

B．可逆过程

C．绝热过程

D．任意过程后的两个平衡态之间

【答案】D

【解析】理想气体状态方程式（克拉贝隆方程）为：pV=nRT（pv=RgT），该方程与气体的种类和工质经历的热力过程都无关。

5．在煤气表上读得煤气消耗量为668.5m³，若煤气消耗期间煤气压力表的平均值为456.3Pa，温度平均值为17℃，当地大气压力为100.1kPa，标准状态下煤气消耗量为（　  ）m³。[2007年真题]

A．642　

B．624　

C．10649　

D．14550

【答案】B

【解析】本题已知煤气在17℃时的体积和压力，求解标准状态（273K，101.325kPa）下煤气的体积。可根据理想气体状态方程，式中，P₀、T₀为标准状态下的压力与温度；P₁为所给状态下的绝对压力，等于压力表读数（表压）与当地大气压之和，即。将数值代入得标准状态下煤气的消耗量V_N约为624m³。

6．有3台锅炉合用一个烟囱，每台锅炉每秒钟产生烟气73m³（已折算到标准状态下的容积）。烟囱出口处的烟气温度为100℃，压力近似等于1.0133×10⁵Pa，烟气流速为30m／s，则烟囱的出口直径是（　  ）m。[2009年真题]

A．3.56　

B．1.76   

C．1.66　

D．2.55

【答案】A

【解析】3台锅炉产生的标准状态下的烟气总体积流量为：=73m³／s×3=219m³／s，烟气可作为理想气体处理，由于不同状态下，烟囱内的烟气量应相等。根据理想气体状态方程，可知本题中压力近似不变，可近似等于，则V₂=299.22m³。烟气的流速已知，通过圆柱体体积公式可解得d=3.56m。

7．0.3标准立方米的氧气，在温度t=45℃和压力P₁=103.2kPa下盛于一个具有可移动活塞的圆筒中，先在定压下对氧气加热，热力过程为1—2，然后在定容下冷却到初温45℃，过程为2—3，已知终态压力P₃=58.8kPa。若氧气的气体常数R=259.8J／（kg·K），在这两个过程中氧气与外界净交换热量为（　  ）kJ。[2009年真题]

A．56.56　

B．24.2　

C．26.68　

D．46.52

【答案】C

【解析】整个过程包括定压加热和定容冷却两个过程，氧气与外界交换的总热量为两个过程中氧气与外界交换热量之和，即Q=Q₁＋Q₂，0.3标准立方米的氧气的质量：，

1－2定压过程中的吸热量：

2－3定容过程中的吸热量：

由1－2过程为定压过程，因此p₁=p₂=103.2kPa，2－3过程为定容过程，已知状态点3的压力和温度，可以求得状态点2的温度T₂：

8．已知氧气的表压为0.15MPa，环境压力0.1MPa，温度123℃，钢瓶体积0.3m³，则计算该钢瓶质量的计算式m=0.15×10⁶×0.3／（123×8314）中（　　）。[2010年真题]

A．一处错误　

B．两处错误　

C．三处错误　

D．无错误

【答案】C

【解析】本题第一处错误为：压力不应是表压，而是绝对压力；第二处错误为：温度应是热力学温标而不是摄氏温度；第三处错误为：气体常数在此不是通用气体常数，而是氧气的气体常数。

9．实际气体分子间有作用力且分子有体积，因此同样温度和体积下，若压力不太高。分别采用理想气体状态方程式计算得到的压力p_理和实际气体状态方程式计算得到的压力

p_实之间关系为（　  ）。[2014年真题]

A．p_实≈p_理

B．p_实>p_理

C．p_实<p_理

D．不确定

【答案】A

【解析】若考虑存在分子间作用力，气体对容器壁面所施加的压力要比理想气体的小；而存在分子体积，会使分子可自由活动的空间减小，气体体积减小压力相应稍有增大，因此综合考虑得出p_实≈p_理。

10.z压缩因子法是依据理想气体计算参数修正后得出实际气体近似数，下列说法中不正确的是（　　）。[2011年真题]

A．z=f（p，T）

B．z是状态的函数，可能大于l或者小于l

C．z表明实际气体偏离理想气体的程度

D．z是同样压力下实际气体体积与理想气体体积的比值

【答案】D

【解析】ACD三项，压缩因子是指在给定状态下（相同压力和温度），实际气体的体积和理想气体的体积的比值，它是温度与压力的函数，即z=f（p，T），表明实际气体偏离理想气体的程度；而D项没有强调同温度。B项，对于理想气体z=1；对于实际气体，它的值可能大于1也可能小于1。

11．理想气体的性质可以归纳为除（　　）以外的下列各项。

A．遵循克拉贝龙状态方程和阿伏伽德罗假说

B．定压质量热容和定容质量热容只是温度的函数，它们的差值恒等于气体常数

C．质量热力学能和质量焓都只是温度的函数

D．质量熵与质量体积无关

【答案】D

【解析】理想气体状态方程又称克拉贝龙状态方程，满足阿伏伽德罗假说；根据理想气体模型，理想气体的热力学能和焓都只是温度的函数，与质量体积无关。因此，理想气体的c_p和c_V都只是温度的函数,且c_p－c_v=Rg；理想气体熵与温度、压力有关，这些量与质量体积存在关系，故质量熵与质量体积有关。

12．气体模型的下列描述中，（　　）不符合理想气体模型。

A．分子没有体积

B．分子之间没有相互作用力

C．分子为完全弹性体

D．临界温度低于常温

【答案】D

【解析】理想气体模型假设气体分子是不占体积的质点、分子间没有相互作用力、分子之间的碰撞是无动量损失的弹性碰撞，D选项未提及。

13．一绝热刚体容器用隔板分成两部分。左边盛有高压理想气体，右边为真空。抽去隔板后，容器内的气体温度将（　　）。

A．升高

B．降低

C．不变

D．无法确定

【答案】C

【解析】此过程为自由膨胀过程。因为绝热，与外界无功量交换，所以由热力学第一定律，ΔU=0，即抽去隔板前后状态总内能不变。又因为理想气体内能只是温度的函数，而前后状态内能并未发生改变，所以容器内气体温度不变。

14．某种理想气体，气体常数R=0.277 1kJ／kg·K，绝热指数k=1.384，则=（　　）。

A．0.116kJ／（kg·K）　

B．0.998kJ／（kg·K）

C．0.393kJ／（kg·K）　

D．0.721kJ／（kg·K）

【答案】D

【解析】绝热指数，求得。

15．某理想气体经历了一个内能不变的热力过程，则该过程中工质的焓变（　　）。

A．大于零

B．等于零

C．小于零

D．不确定

【答案】B

【解析】理想气体的内能和焓均是温度的单值函数，内能不变的热力过程即为温度不变的热力过程，所以该过程焓变为零。或由理想气体ΔH=ΔU＋RΔT也可导出，由于ΔT=0，故ΔH=ΔU，因为该热力过程内能不变，所以焓值也不变。

16．道尔顿分压定律适用于（　　）。

A．理想气体

B．非理想气体

C．所有气体

D．实际气体

【答案】A

【解析】道尔顿分压定律适用于理想气体，对于实际气体，由于分子间作用力的存在，道尔顿分压定律将出现偏差。

17.2kg氧气与5kg某种未知理想气体混合。混合气体的体积为4m³，压力为3×10⁵Pa，温度为283.69K。该未知气体的气体常数为（　  ）J/(kg·K)。氧气被视为理想气体。

A．742.3

B．103.6

C．259.8

D．288.1

【答案】A

【解析】已知混合物的状态，由状态方程式计算出一个混合物的摩尔质量

。由成分气体单独存在的状态方程式求出未知气体的摩尔质量

。可得未知气体的气体常数为

。

18．范德瓦尔状态方程式针对理想气体模型中分子不占体积和分子之间没有相互作用力两个因素做出修正，能反映出实际气体在定温状态变化时气态与液态互相转变的现象，方程式可以写成（　　）。

A．

B．

C．

D．

【答案】B

【解析】范德瓦尔方程式能反映出实际气体在定温状态变化时气态与液态互相转变的现象，液态密度和气态密度的差别随压力升高而减小，并且存在液态和气态密度没有差别的状态。

19．某种理想气体的气体常数，质量热容比，则定容质量热容（　　）

。

A．0.116

B．0.998

C．0.393

D．0.721

【答案】D

【解析】根据迈耶公式：，

将，，代入可得。

1.5　理想气体基本热力过程及气体压缩

单项选择题（每题的备选项中，只有1个最符合题意）

1．容积为2m³的储气罐内盛有t_l=20℃、P₁=500kPa的空气[已知C_p=1.005kJ／（kg·K），Rg=0.287kJ／（kg·K）。若使压力提高到P₂=1MPa，空气的温度将升高到（　　）℃。[2006年真题]

A．313　

B．40　

C．400　

D．350

【答案】A

【解析】定容过程有，将数值代入得空气温度升高到t₂=313℃。

2．某理想气体吸收3349kJ的热量而做定压变化。设定容比热容为0.741kJ／（kg·K），气体常数为0.297kJ／（kg·K），此过程中气体对外界做容积功 （　　）kJ。[2008年真题]

A．858　

B．900　

C．245　

D．958

【答案】D

【解析】已知气体的定容比热，由公式c_p－c_v=R_g可以求得定压比热c_p=R_g＋c_v=1.038kJ/（kg·K）；由于该过程为定压过程，所以q=Δh=c_p（T₂－T₁）=3349kJ，进而求得温度变化ΔT=（T₂－T₁）=3226.4K，则此过程对外界做的容积功为：w=q－Δu=q－c_v（T₂－T₁）=958kJ。

3．某热力过程中，氮气初态为v₁=1.2m³／kg和p₁=0.1MPa，终态为v₂=0.4m³／kg和 p₂=0.6MPa，该过程的多变比热容c_n为（　  ）。[2014年真题]

A．271J／（kg·K）

B．297J／（kg·K）

C．445J／（kg·K）

D．742J／（kg·K）

【答案】A

【解析】多变指数，氮气为双原子气体，k=1.4，氮气的恒容比热容c_v=742J／（kg·K），多变比热容

。

4．空气的初始容积V₁=2m³、压力P₁=0.2MPa、温度T_l=40℃，经某一过程被压缩为V₂=0.5m³，P₂=1MPa。该过程的多变指数是（　　）。[2006年真题]

A．0.50　

B．1.16　

C．1.0　

D．－1.3

【答案】B

【解析】多变指数n的计算式为，将数值代入，得此过程的多变指数为n=1.16。

5．压气机最理想的压缩过程是采用（　　）。[2007年真题]

A．n=k的绝热压缩过程　   

B．n=1的定温压缩过程

C．1<n<k的多变压缩过程　

D．n>k的多变压缩过程

【答案】B

【解析】从同一初态压缩到某预定压力终态，定温过程的耗功量最小，压缩终了的排气温度也最低，如图1－5－1所示。所以定温过程是压气机最理想的压缩过程，但是实际过程中很难达到定温压缩，工程上根据具体情况调整压缩比。

图1－5－1  压气机三种压缩过程

6．采用任何类型的压气机对气体进行压缩，所消耗的功能都可用下式计算（　　）。[2005年真题]

A．  　

B．

C．　  　 

D．

【答案】A

【解析】压气机耗功可用技术功表示，因此任何类型的压缩过程压气机所消耗功

均可表示为。B项，适用于绝热压缩；C项，适用于闭口系统的压缩过程；D项，可逆压缩过程。

7．空气进行可逆绝热压缩，压缩比为6.5，初始温度为27℃，则终了时气体温度可达（　　）。[2011年真题]

A．512K　

B．450K　

C．168℃　

D．46℃

【答案】A

【解析】空气进行可逆绝热压缩是等熵过程。等熵过程温度与压力之间的关系为：

代入已知数据可得终了时温度为：T=512K。

8．压气机压缩制气过程有三种典型过程，即等温过程、绝热过程和多变过程，在同样初始条件和达到同样压缩比的条件下，三者耗功量之间的正确关系为 （　　）。[2012年真题]

A．W等温=W多变=W绝热　

B．W等温>W多变>W绝热

C．W等温<W多变<W绝热　

D．不确定

【答案】C

【解析】p－v图上曲线与坐标轴所围图形的面积即为循环消耗的功。同样的初终状态、压缩比条件下，由图1－5－2所示三种热力过程与P轴围成的面积大小可知，等温压缩功耗最小，绝热压缩功耗最高，实际的压气机的多变压缩过程耗功介于二者之间。

图1－5－2  压气机压缩过程

9．1kg空气从压力3MPa和温度800K，进行一不可逆膨胀过程到达终态，其终态压力为1.5MPa，温度为700K。若空气的气体常数为0.287kJ／（kg·K）、绝热指数为1.4，此过程中空气的熵变化量是（　  ）。[2007年真题]

A．64.8kJ／（kg·K）　

B．64.8J／（kg·K）

C．52.37kJ／kg　   

D．102.3J／（kg·K）

【答案】B

【解析】本题可将已知热力参数带入理想气体熵变的计算公式：，其中，代入已知数据得：。

　 10．理想气体初态V₁=1.5m³，P₁=0.2MPa，终态V₂=0.5m³，P₂=1.0MPa，其多变指数为（　　）。[2010年真题]

A．1.46　

B．1.35　

C．1.25　

D．1.10

【答案】A

【解析】由多变过程多变指数计算公式，得，所以多变指数n的计算为

，代入数据得多变指数n=1.46。

11．理想气体定温膨胀，必然有（　　）。

A．Q=W

B．Q>W

C．Q<W

D．Q与W无关

【答案】A

【解析】理想气体内能仅与温度有关，所以定温膨胀，内能变化为零，由热力学第一定律：Q=W＋ΔU,则Q=W。

12．在有关理想气体4种基本过程特征的下列陈述中，（　　）不正确。

A．定容加热过程中，加热量全部提高了系统的热力学能

B．定压过程中，系统必定输出体积变化功而热力学能增大

C．定温加热过程中，加热量全部用于系统做体积膨胀功

D．绝热膨胀过程中，系统减少热力学能而输出体积变化功

【答案】B

【解析】定容加热过程，由热力学第一定律：Q=W＋ΔU，W=0，故Q=ΔU，即加热量全部提高了系统的热力学能；定压过程包括系统输出功和输入功两种情况，系统输出功，温度降低，热力学能减小；定温加热过程，由热力学第一定律：Q=W＋ΔU，ΔU =0，故Q=W，即加热量全部用于系统做体积膨胀功；绝热膨胀过程，由热力学第一定律：Q=W＋ΔU，Q=0，故W=－ΔU，即系统减少热力学能而输出体积变化功。

13．某理想气体吸收4349kJ的热量作定压变化。设定容比热为0.741kJ／kg·K，气体常数为0.297kJ/kg·K，则该理想气体对外所作的功为（　　）。

A．3105kJ　

B．1244kJ　

C．4189kJ

D．5593kJ

【答案】B

【解析】理想气体做定压变化，吸收热量一部分来自气体内能的增加，一部分来自气体做功，得：

。

14．1kg空气自初态（，）经可逆膨胀到终态（，），膨胀过程的多变指数，该过程中、和的变化情况为（　　）。

A．

B．

C．

D．

【答案】D

【解析】空气经可逆膨胀（）过程，且，根据图1－5－3热力过程图可得。

图1－5－3  热力过程图

15．工质进行了一个吸热、升温、压力下降的多变过程，则多变指数（　　）。

A．0<n<l

B．1<n<k

C．n>k

D．n→∞

【答案】A

【解析】工质进行了一个吸热，升温，压力下降的多变过程，即q>0，ΔU>0，并且压力变小，所以由图1－5－4多变过程的热力状态图可判断出n在0～1之间。

图1－5－4  热力过程图

16.1kg空气稳定流过控制体积，入口状态为，，；出口状态为

，，。在此过程中，多变指数______；当空气的体积变化功时，技术功______。（　  ）

A．1.25；－185kJ/kg

B．1.25；－148kJ/kg

C．1.4；－185kJ/kg

D．1.4；－148kJ/kg

【答案】A

【解析】由空气的出口状态和入口状态可得，而。

17．气机采用三级压缩，P_l是压气机第一级进口压力，P₄是最后一级的出口压力，则最佳的压力比π为（　　）。

A．

B．

C．

D．

【答案】B

【解析】多级压缩最佳压缩比是各级间压力比相等，当压缩机采用z级压缩时，压力比，所以三级压缩时，。

1.6　热力学第二定律

单项选择题（每题的备选项中，只有1个最符合题意）

1．进行逆卡诺循环制热时，其供热系数ε'_c将随着冷热源温差的减小而（　  ）。[2014年真题]

A．减小

B．增大

C．不变

D．不确定

【答案】B

【解析】热泵供热系数ε'_c=1＋ε_c，式中为逆卡诺循环制冷系数，当冷热源温差T_k—T₀减小时，逆卡诺循环制冷系数ε_c增大，故热泵供热系数ε'_c增大。

2．进行逆卡诺循环时，制冷系数或供热系数均可以大于1，即制冷量Q₂或供热量Q₁都可以大于输入功W，下列说法正确的是（　　）。[2012年真题]

A．功中含有较多的热量

B．功的能量品位比热量高

C．热量或冷量可以由其温度换算

D．当温差为零时可以得到无限多的热量或冷量

【答案】B

【解析】在逆卡诺循环中，制冷机的制冷系数COP=Q₂/（Q₁－Q₂）=T₂/（T₁－T₂），热泵的供热系数ε′=Q₁/（Q₁－Q₂）=T₁/（T₁－T₂）。功和热量没有互相包含的关系，功的能量品位比热量高，但不是逆卡诺循环能效大于1的原因。由制冷系数或供热系数计算公式可以看出，当温差为零，其值将趋于无穷。

3．卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，过程的条件是 （　　）。[2011年真题]

A．绝热过程必须可逆，而等温过程可以任意

B．所有过程均是可逆的

C．所有过程均可以是不可逆的

D．等温过程必须可逆，而绝热过程可以任意

【答案】B

【解析】由定义可知，卡诺循环由工作于两个恒温热源之间的两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成，因此过程的条件应是所有过程均是可逆的。

4．根据卡诺循环得出热效率，下列结果中不能由卡诺循环得出的是（　  ）。[2010年真题]

A．热效率　

B．单一热源下做功为0

C．热效率与工质无关　   

D．热源温差大则做功量多

【答案】D

【解析】热源温差大比值不一定小，温差大则净功较大，但是如果吸热量过大，二者比值具有不确定性。根据卡诺循环热效率N_TC=1－（T₂／T_l）可以得出：①热效率取决于两热源温度T₁、T₂，与工质性质无关；②由于T₁≠∞，T₂≠0，因此热效率不能为1；③若T_l=T₂，热效率为零，即单一热源，热机不能实现。

5．如图1－6－1所示为卡诺制冷循环的T－s图，从图中可知，表示制冷量的是（　　）。[2009年真题]

A．面积efghe

B．面积hgdch

C．面积efghe＋面积hgdch

D．面积achba＋面积efghe

图1－6－1

【答案】B

【解析】在T－s图上，面积代表热量，矩形efghe的面积表示循环过程的净热量，矩形dfecd的面积表示循环过程的放热量，矩形hgdch的面积表示循环过程的吸热量即制冷量。

6．关于孤立系统熵增原理，下述说法中错误的是（　　）。[2014年真题]

A．孤立系统中进行过程dS_iso≥0

B．自发过程一定是不可逆过程

C．孤立系统中所有过程一定都是不可逆过程

D．当S达到最大值S_max时系统达到平衡

【答案】C

【解析】根据孤立系统熵增原理有dS_iso≥0。当dS_iso>0时系统内部进行的为不可逆过程，而当dS_iso=0时，系统内部为可逆过程，熵增原理可以作为系统平衡的判据：当孤立系统的熵达到最大值时，系统处于平衡状态。

7．熵是状态函数，因此只要初终状态确定，则熵变化也确定。下列说法中错误的是（　　）。[2013年真题]

A．工质的循环过程

B．孤立系统的熵变ΔS是状态参数

C．完成循环后，环境的熵变不一定为零

D．同样初终态，可逆或不可逆，工质的熵变相同

【答案】B

【解析】ACD三项，熵是系统的状态参数，只取决于系统的初终状态，故熵的循环积分为0，熵变等于初终状态两者之差，但环境的熵变不一定为零；B项，熵变ΔS是过程量，与系统经历的过程有关，同样初终态，系统经历的路径不同，熵变也不同。

8．在如下有关热力学第二定律的解读中，不正确的是（　　）。

A．不可能实施一种过程把吸热量全部转变为功

B．当两个不同温度的物体接触时，热量总是由高温物体向低温物体转移

C．不可能实现只依靠向巨量环境空气吸热而工作的热机

D．任何热机的热效率都不能等于1

【答案】A

【解析】热力学第二定律的说法强调不可能实施一种过程把吸热量全部转变为功而不引起其他变化，但是若能够引起外界的变化，把吸热量全部转变为功的过程也能实现。

9．有人声称设计了一种循环装置，从热源吸热1000KJ，向热源放热400kJ，输出功500kJ。此设计（　　）。

A．违反了热力学第一定律

B．违反了热力学第二定律

C．既违反热力学第一定律，又违反热力学第二定律

D．不违反热力学第一定律和第二定律

【答案】A

【解析】，能量不守恒，违反了热力学第一定律，而违反了热力学第一定律就谈不上是否违反热力学第二定律的问题。

10．在如下有关卡诺循环和卡诺定理的解读中，正确的是（　　）。

A．一切不可逆循环的热效率都小于可逆循环的热效率

B．一切可逆循环中以卡诺循环的热效率为最高

C．提高循环热效率的基本途径在于提高高温热源温度、降低低温热源温度及尽可能减小不可逆因素

D．同类型的可逆热机在相同的高温热源和低温热源之间工作的理想热效率相等

【答案】C

【解析】可逆循环和不可逆循环的热效率没有强调在相同热源间，故没有比较基础；卡诺循环是一个实际不可能存在的理想循环；提高循环热效率的基本途径在于提高高温热源温度、降低低温热源温度及尽可能减小不可逆因素；在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切可逆热机理想热效率都相等，与热机的类型无关。

11．某理想气体在高温热源和低温热源之间进行卡诺循环，若，则此循环放给低温热源的热量是从高温热源吸热量的（　　）。

A．倍　

B．倍　

C．倍　

D．倍

【答案】D

【解析】卡诺循环热效率为，因为而又等于，即

。

12．一卡诺机，当它被作为热机使用时，两热源的温差越大对热变功就越有利。当被作为制冷机使用时，两热源的温差越大，则制冷系数（　　）。

A．越大　

B．越小　

C．不变　

D．不确定

【答案】B

【解析】卡诺机效率为，制冷系数为。两热源温度差越大，即越小，所以越大；也越大，即越小。

13．一热机按某种循环工作，自热力学温度为T_l=2000K的热源吸收热量l000kJ，向热力学温度为T₂=300K的冷源放出热量100kJ。则该热机是（　　）。

A．可逆热机

B．不可逆热机

C．不可能热机

D．三者均可

【答案】C

【解析】工作在T₁=2000K，T₂=300K之间的热机循环最高效率η_max=1－(T₂／T₁)=1－300／2000=0.85，此循环效率η=1－(q₂／q_l)=0.9>0.85，所以是不可实现的。

14．某封闭热力系，经历了一个可逆过程，热力系对外作功20kJ，外界对热力系加热5kJ，热力系的熵变为（　  ）。

A．零　

B．正　

C．负　

D．无法确定

【答案】B

【解析】因为是可逆过程，所以热力系统的熵变等于熵流。由于此过程外界对系统加热，热量Q为正，熵流

大于零，因此熵变大于零。

15．定量空气体积为，设经过可逆的定温加热（过程a）或绝热向真空自由膨胀（过程b），终体积都为

。对于过程b中的确定，正确的是（　  ）。

A．过程b中

B．过程b不可逆， 

C．虽然过程b不可逆，但是

D．过程b不输出功，

【答案】C

【解析】熵是状态函数。过程a中；而对于过程b，由得。两过程的初状态与终状态都相同，熵的变化量相同。

1.7　水蒸气和湿空气

单项选择题（每题的备选项中，只有1个最符合题意）

1．确定湿空气的热力状态需要的独立参数为（　　）。[2014年真题]

A．1个

B．2个

C．3个

D．4个

【答案】C

【解析】根据相律公式r=k－f＋2，式中，r为需要的独立参数；k为组元数；f为相数。湿空气是指由空气与水蒸气组合而成的二元单相混合工质，因此k=2，f=1，则r=3。因此，要确定湿空气的热力状态需要的独立参数为3个。

2.确定水蒸气两相区域焓、熵等热力参数需要给定参数为（　  ）。[2011年真题]

A．x　

B．P和T　

C．P和v　

D．P和x

【答案】D

【解析】确定水蒸气两相区域焓、熵等热力参数需要两个给定参数，即T、P和v中的任意一个以及干度x。

3．水在定压下被加热可从未饱和水变成过热蒸汽，此过程可分为三个阶段，其中包含的状态有（　　）种。[2005年真题]

A．3　

B．4　

C．5　

D．6

【答案】C

【解析】水在定压下被加热从未饱和水变成过热蒸汽的过程分为三个阶段、包括五种状态，即：未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态和过热蒸汽状态。

4．湿空气是干空气和水蒸气组成的混合气体，工程应用中水蒸气（　　）。[2013年真题]

A．是理想气体

B．是实际气体，必须按水蒸气图表计算

C．是实际气体，近似作为理想气体

D．有时作为理想气体，有时作为实际气体

【答案】B

【解析】水蒸气是由液态水汽化而来的一种气体，液相较近，不能把它当作理想气体处理。它的性质比一般的实际气体复杂的多，工程应用水蒸气时要严格按照水蒸气的热力性质图表来计算。

5．水蒸气的干度被定义为（　　）。[2007年真题]

A．饱和水的质量与湿蒸汽的质量之比

B．干蒸汽的质量与湿蒸汽的质量之比

C．干蒸汽的质量与饱和水的质量之比

D．饱和水的质量与干蒸汽的质量之比

【答案】B

【解析】在湿饱和蒸汽区，湿蒸汽的成分用干度x表示，干度是指1kg是饱和蒸汽中含有干蒸汽的质量，即

。

6．湿空气是由（　　）。[2005年真题]

A．湿饱和蒸汽与干空气组成的混合物

B．干空气与过热蒸汽组成的混合物

C．干空气与水蒸气组成的混合物

D．湿蒸汽与过热蒸汽组成的混合物

【答案】C

【解析】湿空气是由干空气和水蒸气所组成的混合气体。

7．湿空气的含湿量是指（　　）。[2007年真题]

A．1kg干空气中所含有的水蒸气质量

B．1m³干空气中所含有的水蒸气质量

C．1kg湿空气中所含有的水蒸气质量

D．1kg湿空气中所含有的干空气质量

【答案】A

【解析】湿空气的含湿量是指1kg干空气中所含有的水蒸气质量，其定义式为：

。

8．水蒸气的干度为x：从水蒸气表中查得饱和水的焓为h′，湿饱和蒸汽的焓为h"，计算湿蒸汽焓的表达式是（　　）。[2008年真题]

A．h_X=h′＋x（h"－h′）　

B．h_X=x（h"－h′）

C．h_X=h′－x（h"－h’）　

D．h_X=h"＋x（h"－h′）

【答案】A

【解析】湿蒸汽干度x是指1kg湿蒸汽中含有的干蒸汽的质量，即每千克质量的湿蒸汽中应有xkg的干饱和蒸汽和（1－x）kg的饱和液，故。若已知某湿蒸汽的焓，则干度

，式中，为干饱和蒸汽焓；为饱和水的焓。

9．湿空气的焓可用h=1.01t＋0.001d（2501＋1.85t）来计算，其中温度t是指（　　）。[2009年真题]

A．湿球温度　

B．干球温度　

C．露点温度　

D．任意给定的温度

【答案】B

【解析】湿空气的焓表达式为：h=1.01t＋0.001d（2501＋1.85t）kJ／kg(干空气)。式中，t为干球温度；d为含湿量；1.0lkJ／(kg·K)为干空气的平均定压质量热容(以O℃的焓值为零)；2501为O℃干饱和水蒸气的焓值；1.85为常温下水蒸气的平均比定压热容。

10．湿空气的焓可用h=1.01t＋0.001d（2501＋1.85t）来计算，其中给定数字1.85是（　　）。[2008年真题]

A．干空气的定压平均质量比热容　

B．水蒸气的定容平均质量比热容

C．干空气的定容平均质量比热容　

D．水蒸气的定压平均比热容

【答案】D

【解析】湿空气的焓表达式为：h=1.01t＋0.001d（2501＋1.85t）kJ／kg(干空气)。式中，t为干球温度；d为含湿量；1.0lkJ／(kg·K)为干空气的平均定压质量热容(以O℃的焓值为零)；2501为O℃干饱和水蒸气的焓值；1.85为常温下水蒸气的平均比定压热容。

11．湿饱和蒸汽是由饱和水和干饱和蒸汽组成的混合物，表示湿饱和蒸汽的成分用（　　）。[2006年真题]

A．干度　

B．含湿量　

C．容积成分　

D．绝对湿度

【答案】A

【解析】在湿饱和蒸汽区，用干度x表示湿饱和蒸汽的成分，即湿饱和蒸汽中干蒸汽的质量。

12．饱和湿空气的露点温度，湿球温度及干球温度t之间的关系为（　  ）。[2010年真题]

A．　

B． 

C．　

D．

【答案】B

【解析】露点温度是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度；湿球温度是定焓冷却至饱和湿空气时的温度，故饱和湿空气的三种温度值是相同的；未饱和湿空气三者的关系为：干球温度>湿球温度>露点温度。

13．夏季皮肤感觉潮湿时，可能因为空气中（　　）。[2012年真题]

A．空气压力低

B．空气压力高

C．相对湿度大

D．空气湿度高

【答案】C

【解析】相对湿度是指湿空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度的比值，它反映湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度。夏季空气相对湿度大，近于饱和湿空气状态，空气的吸湿能力较差，所以皮肤感到潮湿。

14．4m³湿空气的质量是4.55kg，其中干空气4.47kg，此时湿空气的绝对湿度是（　  ）kg／m³。[2006年真题]

A．1.14　

B．1.12　

C．0.02　

D．0.03

【答案】C

【解析】湿空气的绝对湿度为1m³湿空气中所具有的水蒸气的质量，又称湿空气的密度，即湿空气的绝对湿度=水蒸气的质量／湿空气体积。代入数值，得湿空气的绝对湿度为。

15．对水蒸气而言，下列说法错误的是（　　）。

A．某一饱和温度必对应于某一饱和压力

B．水蒸气的内能和焓是温度的单值性函数

C．在湿蒸气的定温过程中，加入的热量等于膨胀功

D．湿蒸汽是指混有饱和水滴的饱和水蒸气

【答案】B

【解析】水蒸气不是理想气体，所以内能不是温度的单值函数，水蒸气的内能和焓是温度和压力的函数，水在三相点，时饱和水的内能和熵为零。

16．关于水蒸气性质的下列描述中，不正确的是（　　）。

A．饱和温度和饱和压力是单值对应关系，温度高于临界温度时液态水不复存在

B．湿蒸汽是混合着饱和水的饱和蒸汽

C．汽化潜热随压力升高而变小，临界压力的汽化潜热值为零

D．1kg过热蒸汽喷入少许同压力的饱和水，饱和水立即汽化而温度不变

【答案】D

【解析】饱和水需要汽化热，这些热量来自于蒸汽放热降温，故向过热蒸汽喷入少许同压力的饱和水，饱和水汽化温度会下降。

17．水蒸气在定压汽化过程中．其内能的变化为（　  ）。

A．　  　

B．

C．　

D．

【答案】C

【解析】水蒸气不是理想气体，所以内能不是温度的单值函数，根据 ，水蒸气在定压汽化过程中，所以内能变化为。

18．湿空气在压力不变和干球温度不变的条件下，湿球温度越低，含湿量（　　）。

A．不变

B．越大

C．越小

D．不确定

【答案】C

【解析】湿球温度低表明未饱和空气因吸湿量大而温度降低多，未饱和空气的含湿量小。

19．湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于（　　）。

A．含湿量　

B．相对湿度　

C．干球温度　

D．露点温度

【答案】A

【解析】湿空气压力一定时，水蒸气的分压力取决于含湿量，。

20．确定湿蒸汽状态的条件是（　　）。

A．压力与温度　

B．压力或温度　

C．压力与比容　

D．温度或比容

【答案】C

【解析】确定湿蒸汽状态需要两个状态参数，由于在饱和区内饱和温度与饱和压力只有一个是独立的，所以只能取压力与比容或温度与比容两组状态参数。

21．对未饱和湿空气，露点温度为（　　）。

A．干球温度 　

B．湿球温度　

C．0℃　

D．水蒸气分压力对应的水的饱和温度

【答案】D

【解析】露点温度是指在一定的p_v下（指不与水或湿物料相接触的情况），未饱和湿空气冷却达到饱和湿空气，即将结出露珠的温。根据定义可知，露点温度即水蒸气分压力对应的水的饱和温度，对饱和湿蒸汽有干球温度=湿球温度=露点温度；对未饱和湿空气有露点温度<湿球温度<干球温度。

22．干饱和蒸汽被定熵压缩将变为（　　）。

A．饱和水　

B．湿蒸汽　

C．过热蒸汽　

D．干饱和气体

【答案】C

【解析】图1－7－1为水蒸气的图，如图所示，干饱和蒸汽定熵压缩是沿着等熵线垂直向上的过程，从而使干饱和状态进入过热蒸汽状态。

图1－7－1  水蒸气的图

1.8　气体和蒸汽的流动

单项选择题（每题的备选项中，只有1个最符合题意）

1．对于喷管内理想气体的一维定熵流动，流速c、压力p、比焓h及比体积v的变化，正确的是（　　）。[2014年真题]

A．dc>0，dp>0，dh<0，dv>0

B．dc>0，dp<0，dh<0，dv<0

C．dc>0，dp<0，dh>0，dv>0

D．dc>0，dp<0，dh<0，dv>0

【答案】D

【解析】气体流经喷管时，速度逐渐升高，即dc>0；实现内能向速度能的转变，根据cdc=－vdp可知：dc>0时dp<0；由Tds=dh－vdp，对于喷管内的等熵过程有dh=vdp，可知dp<0时有dh<0；根据过程方程pv^k=C，可知压力降低时比容增大，即dv>0。

2．多股流体绝热混合，计算流体出口参数时，下列哪个过程应该考虑流速的影响？（ 　 ）[2012年真题]

A．超音速流动

B．不可压缩低速流动

C．各股流体速度不大，温度不同

D．流动过程可简化为可逆过程

【答案】A

【解析】对于稳定绝热流动，流入控制体的能量等于流出控制体的能量；流体的能量包含内部储能和外部储能，其中外部储能为机械能，是动能和势能之和；当流体流速不大、位置变化不大时，相对于内部储能来说，可忽略外部储能，但当流体流速很大时，不能忽略动能；流体的混合，是典型的不可逆过程，任何时候都不能简化为可逆过程。

3．气体和蒸汽在管内稳态流动中面积f与c关系式为，该式适用的条件为（　　）。[2010年真题]

A．一维理想气体可逆K为常数　 

B．一维绝热理想气体常物流

C．一维可逆绝热理想气体比热为常数 

D．一维可逆绝热实际气体

【答案】C

【解析】关系式的推导过程利用了理想气体技术功表达式及理想气体可逆绝热的过程方程pv^k=常数；该式适用条件为：定熵、可逆、比热为定值。

4．理想气体流经喷管后会使（　　）。[2006年真题]

A．流速增加、压力增加、温度降低、比容减小

B．流速增加、压力降低、温度降低、比容增大

C．流速增加、压力降低、温度升高、比容增大

D．流速增加、压力增加、温度升高、比容增大

【答案】B

【解析】气体在喷管中的流动由于速度足够快，因此可以认为是绝热流动。由于喷管截面积逐渐缩小，气体在喷管中被加速，速度和动能增加。而动能增加量来自气体自身焓的减小，理想气体的焓是温度的单值函数，因此温度降低；同时压力降低，比容增大。

5．某喷管内空气初始流速为20m／s，温度为115℃，出口温度为85℃，空气定压比热容c_p=1004.5J／（kg·K），则出口流速为（　  ）m／s。[2012年真题]

A．238　

B．242　

C．246　

D．252

【答案】C

【解析】流体在喷管内流动，其焓值和动能相互转化，焓值增加，动能减少，焓值减少，动能增加，但能量总量保持不变。进出口能量平衡方程式为：，

解得：。

6．理想气体流经一渐缩形喷管，若在入口截面上的参数为c_l、T_l、P_l，测得出口截面处的温度和压力分别为P₂、T₂，其流动速度c₂等于（　　）。[2007年真题]

【答案】A

【解析】由能量方程及理想气体焓和比热的公式h=c_pT、c_p=kR/（k－1）即可导出

。

7．空气以150m／s的速度在管道内流动，用水银温度计测量空气的温度。若温度计上的读数为70℃，空气（c_p=1.001kJ／（kg·K））的实际温度是（　  ）℃。[2008年真题]

A．56　

B．70　

C．59　

D．45

【答案】C

【解析】工质在绝热流动中，因遇着障碍物或某种原因而受阻，气流定熵减速至流速为零的过程称为绝热滞止过程。水银温度计在管道中测得的温度是流体的滞止温度，空气在管道内流动可视为绝热流动，进口处的滞止焓为：，由于空气为理想气体，所以h=c_Pt，将已知数值代入，得实际温度为：

。

8．压力为9.807×10⁵Pa，温度为30℃的空气，流经阀门时产生绝热节流作用，使压力降为6.865×10⁵Pa，此时的温度为（　　）℃。[2009年真题]

A．10　

B．30　

C．27　

D．78

【答案】B

【解析】绝热节流前后温度的变化规律是：①对于理想气体，温度不变，表现为零热流效应；②对于实际气体，其温度可能升高、可能降低也可能保持不变。实际气体在温度不太低，压力不太高的情况下可以近似看做是理想气体，此题认为空气为理想气体，因此绝热节流后温度保持不变，为30℃。

9．过热水蒸气在喷管内流动，其临界压力比β的数值为（　　）。[2013年真题]

A．0.48

B．0.50

C．0.52

D．0.55

【答案】D

【解析】喷管中临界压力比为临界压力与滞止压力的比值，即β=。式中，k为绝热指数。水蒸气定熵流动比较复杂，为简化计算，假设水蒸气定熵流动也符合以上公式。对于过热蒸汽，取k=1.3，代入上式计算得β＝0.546。

10．流体节流前后其焓保持不变，其温度将（　　）。[2005年真题]

A．减小　

B．不变　

C．增大　

D．不确定

【答案】D

【解析】液体属于实际气体，节流前后，焓值不变，但其温度是可以升高或降低变化的，因此不确定。

11．理想气体绝热节流过程中节流热效应为（　　）。[2011年真题]

A．零　

B．热效应

C．冷效应　

D．热效应和冷效应均可能有

【答案】A

【解析】绝热节流前后温度的变化是：对理想气体，温度不变；对于实际气体，其温度可能升高、可能降低也可能保持不变。本题中是理想气体，因此绝热节流后温度保持不变，节流效应为零。

12．渐缩喷管设计在临界压力比条件下工作。如果工作时喷管入口压力不变而背压升高，喷管流量______；背压降低时喷管流量______。（　　）

A．增大；降低

B．不变；不变

C．减小；不变

D．减小；增大

【答案】C

【解析】背压升高时，出口流速因压力比升高而达不到当地音速，流量降低；背压降低时，渐缩喷管因膨胀能力有限而只能把气流加速到出口的当地音速，流量保持设计值。

13．工质在喷管中进行等熵流动，如出口压力大于临界压力，则应采用（　　）。

A．渐缩喷管　

B．渐缩放喷管　

C．缩放喷管　

D．哪种都行

【答案】A

【解析】工质在喷管中进行等熵流动，如出口压力大于临界压力，则应采用渐缩喷管。

14．超声速气流进入截面积渐缩的管子，其出口流速比（与）进口流速（　　）。

A．大　

B．小　

C．相等　

D．无关

【答案】B

【解析】超声速气体进入截面积渐缩的管子，是增压减速，所以出口速度比进口速度小。

15．理想气体在喷管中定熵流动时，按照流动方向顺序各截面的当地音速（　　）。

A．相同

B．逐渐变大

C．逐渐变小

D．波浪形变化

【答案】C

【解析】根据音速公式，喷管中按照流动方向顺序音速逐渐变小。

16．喷管中工质参数的变化为（　  ）。

A．　 

B．

C．　 

D．

【答案】A

【解析】喷管的作用是通过压力下降来实现增速。对于喷管的定熵过程，由，得，所以流速增加（），必导致气体的压力下降（）；由于气体在喷管中是绝热过程，对于理想气体，由等熵过程状态量之间的关系可知，压力下降则比容增加。

17．当空气以的亚音速进入喷管时，流体速度（　  ），该喷管为（　  ）喷管。

A．增大，渐缩　

B．增大，渐扩　

C．减小，渐缩　

D．减小，渐扩

【答案】A

【解析】喷管的目的是使流体降压加速，当进入喷管的气流速度是的亚音速气流时，因为，必须使管道的截面缩小，这种喷管称为渐缩喷管。

18．实际气体绝热节流的温度效应（、或）决定于（　  ）。

A．节流前的气流流速

B．节流前气流的热力状态

C．节流前后的压力差

D．最大转回温度

【答案】B

【解析】根据绝热节流系数的定义，温度效应由，即节流前气流的热力状态决定。

19．理想气体绝热节流前后参数变化是（　　）。

A．

B．

C．

D．

【答案】A

【解析】绝热节流是指流体在与外界没有热交换的情况下流经阀门、孔板等截面突然变小、局部阻力引起压力急剧降低的现象。理想气体在节流前后的温度值不变，实际气体温度变化视节流前后气体所处状态而定；节流为不可逆过程，故气体绝热节流熵值增大。

1.9　动力循环

单项选择题（每题的备选项中，只有1个最符合题意）

1．在内燃机循环计算中，mkg气体放热量的计算式是（　　）。[2008年真题]

A．mC_p（T₂－T₁）　

B．mC_v（T₂－T₁）

C．mC_p（T₂＋T₁）　

D．mC_v（T₁－T₂）

【答案】B

【解析】气体动力循环放热过程均采用定容放热。因此，内燃机循环中气体的放热过程为定容过程，则计算放热量时应采用定容比热，可得mkg气体放热量为：Q=mC_v（T₁－T₂）。

2．在压缩机多级压缩中间冷却中，以理想气体计时，实现耗功最小的最佳压比配置条件是（　　）。[2013年真题]

A．各级产气量相等

B．各级等温压缩功相等

C．各级压差相等

D．各级压比相等

【答案】D

【解析】工程中压缩通常采用多级压缩、级间冷却降低压缩过程中能量消耗。在压缩机多级压缩中，级间压力不同，所需的总轴功也不同，最有利的级间压力应使所需的总轴功最小。两级压缩总轴功为：

，若使总轴功最小，则令，得：。同理推广到多级压缩、级间冷却时，按照各级升压比相等的最佳分配原则可以实现压气机总耗功最小的目的。

3．组成蒸汽朗肯动力循环基本过程的是（　　）。[2014年真题]

A．等温加热，绝热膨胀，定温凝结，定熵压缩

B．等温加热，绝热膨胀，定温凝结，绝热压缩

C．定压加热，绝热膨胀，定温膨胀，定温压缩

D．定压加热，绝热膨胀，定压凝结，定熵压缩

【答案】D

【解析】朗肯循环可理想化为两个定压过程和两个定熵过程。水在蒸汽锅炉中定压加热变为过热水蒸气，过热水蒸气在汽轮机内定熵膨胀做功，做功后的低压湿蒸汽在凝汽器内定压（也定温）冷却凝结放热成为饱和水，凝结水在水泵中的定熵压缩后由水泵送回锅炉，从而完成一个循环。

4．最基本的蒸汽动力循环朗肯循环，组成该循环的四个热力过程分别是（　　）。[2007年真题]

A．定温吸热、定熵膨胀、定温放热、定熵压缩

B．定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩

C．定压吸热、定温膨胀、定压放热、定温压缩

D．定温吸热、定熵膨胀、定压发热、定熵压缩

【答案】B

【解析】朗肯循环流程为：锅炉把水加热、汽化并加热成为过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机膨胀做功，作功后的低压蒸汽进入冷凝器中冷却凝结成为饱和水，凝结水由水泵升压送回锅炉，完成一个循环。朗肯循环可理想化为两个定压过程和两个定熵过程，即定压吸热过程、定熵膨胀过程、定压放热过程、定熵压缩过程。

5．组成四冲程内燃机定压加热循环的四个过程是（　　）。[2006年真题]

A．绝热压缩、定压吸热、绝热膨胀、定压放热

B．绝热压缩、定压吸热、绝热膨胀、定容放热

C．定温压缩、定压吸热、绝热膨胀、定容放热

D．绝热压缩、定压吸热、定温膨胀、定压放热

【答案】B

【解析】四冲程内燃机理论循环包括四个过程：定熵（绝热）压缩、定容吸热、定熵（绝热）膨胀和定容放热。

6．朗肯循环提高效率现实中不容易实现的是（　　）。[2010年真题]

A．提高蒸汽进气温度　

B．提高蒸汽吸气压力

C．降低凝气温度　

D．减少散热

【答案】C

【解析】最简单的蒸汽动力循环由水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器四个主要装置组成。水在水泵中被压缩升压；然后进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入汽轮机膨胀做功，做功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷却凝结成水。再回到水泵中，完成一个循环。可以通过如下措施提高朗肯循环的效率：①提高过热器出口蒸汽压力与温度；②降低排汽压力；③减少排烟、散热损失；④提高锅炉、汽轮机内效率（改进设计）。乏汽的凝气温度受自然环境限制，因此在现实操作中不可能将乏汽的凝气温度降低到自然环境温度以下。

7．理论上认为，水在工业锅炉内的吸热过程是（　　）。[2009年真题]

A．定容过程　

B．定压过程　

C．多变过程　

D．定温过程

【答案】B

【解析】水在工业蒸汽锅炉中被定压加热变为过热水蒸气。未饱和水的定压预热过程、饱和水的定温定压汽化过程、干饱和蒸汽定压过热过程，都在锅炉中完成。

8．热电循环是指（　　）。[2005年真题]

A．既发电又供热的动力循环　

B．靠消耗热来发电的循环

C．靠电炉作为热源产生蒸汽的循环

D．燃气轮机装置循环

【答案】A

【解析】热电循环，又称热电联合生产循环，是指既靠蒸汽发电又向用户供热的动力循环。在同一循环中既发电又供热，热能（燃料）得到最充分的利用，提高热效率的同时节约了成本。

9．将蒸汽动力循环与热能利用进行联合工作组成热电联合循环，系统可以实现（　  ）。[2012年真题]

A．热功效率　   

B．热能利用率

C．　  　 

D．热能利用率K不变

【答案】B

【解析】热电联产利用汽轮机抽汽供热，或提高排汽背压直接用于供热，目的是提高系统的能源综合利用率。与常规朗肯循环相比，热电联产汽轮机发电量减小，热功效率η有所下降，但是排汽余热用来采暖供热，因此热能利用率k有所提高。背压式热电联产循环，最大热能利用率K_max=1。

10．评价热机的经济性能指标是循环热效率，它可写成（　　）。[2009年真题]

A．（循环中工质吸热量－循环中工质放热量）／循环中工质吸热量

B．（循环中工质吸热量－循环中工质放热量）／循环中转换为功的热量

C．循环中转换为功的热量／循环中工质吸热量

D．循环中转换为功的热量／循环中工质放热量

【答案】A

【解析】实际循环热效率的表达式为：，取q₁为循环中工质吸热量，q₂为循环中工质放热量，即循环热效率为循环做功量与循环吸热量的比值。在实际循环中，由于摩擦等不可逆损失的存在，往往使得循环中转换为功的热量不等于循环做功量，因此循环热效率也不能表述为循环中转换为功的热量／循环中工质吸热量。

11．朗肯循环热效率不高的原因是（　　）。

A．放热量大

B．平均加热温度较低

C．新蒸汽温度不高

D．新蒸汽的压力不高

【答案】B

【解析】朗肯循环热效率不高的原因是进入锅炉的水温偏低，导致整体平均吸热温度低。

12．朗肯循环采用回热的效果在于（　　）。

A．减少加热量

B．减少进入凝汽器的蒸汽含水量

C．提高吸热的平均温度

D．降低放热平均温度

【答案】C

【解析】朗肯循环采用回热使进入锅炉的给水温度提高了，定压吸热过程起始点的温度提高使吸热过程的平均温度也得到提高。

13．采用蒸汽再热循环的主要目的在于（　　）。

A．降低乏汽干度，提高循环热效率

B．提高热循环的最高温度，提高循环热效率

C．提高乏汽干度，提高循环热效率

D．提高循环的最高压力，提高循环热效率

【答案】C

【解析】再热循环没有提高初蒸汽的温度和压力，其主要目的是提高膨胀终了蒸汽的干度，以克服汽轮机尾部蒸汽湿度过大造成的危害，同时也提高了循环热效率。

14．采用热电联合生产循环的效果在于（　　）。

A．提高循环热效率

B．用电站大锅炉取代分散的小锅炉

C．提供工厂工艺需要的蒸汽

D．提高燃料的利用率

【答案】D

【解析】热电联合生产中将汽轮机的排气压力提高，排气直接供给工业生产的工艺用热和建筑采暖与生活用热，热用户的凝结水返回锅炉。于是，在同一循环中既发电又供热，热能(燃料)得到最充分的利用。但是从循环热效率来看，背压式汽轮机由于放热压力(温度)大幅度提高而使循环热效率降低很多。

15．从吸热平均温度和放热平均温度来分析，在四冲程点燃式汽油机的理论循环中，当循环的最高温度限定时，（　　）。

A．提高压缩比可以提高吸热平均温度，增大循环功

B．提高压缩比可以提高吸热平均温度，降低放热平均温度

C．提高压缩比可以提高吸热平均温度，放热平均温度也提高

D．压缩比降低则吸热平均温度降低，放热平均温度随之降低

【答案】B

【解析】由图1－9－1得，提高压缩比而循环的最高温度不变时，循环从变为，其加热平均温度因加热起点温度升高而升高，放热平均温度因放热起点温度下降而降低。

图1－9－1  四冲程点燃式汽油机的理论循环

16．内燃机理论循环中（　　）。

A．压缩比越大，理论热效率越高

B．压缩比越大，理论热效率越低

C．理论热效率与压缩比无关

D．理论热效率是常量

【答案】A

【解析】由内燃机的热效率与压缩比关系可知，压缩比越大，理论热效越高。

1.10　制冷循环

单项选择题（每题的备选项中，只有1个最符合题意）

1．靠消耗功来实现制冷的循环有（　　）。[2007年真题]

A．蒸汽压缩式制冷和空气压缩式制冷

B．吸收式制冷和空气压缩式制冷

C．蒸汽压缩式制冷和吸收式制冷

D．所有的制冷循环都是靠消耗功来实现的

【答案】A

【解析】蒸汽压缩式制冷循环和空气压缩式制冷循环都需要压缩机做功才能实现。BCD三项，吸收式制冷是利用吸收剂在温度不同时吸收制冷剂能力不同的原理实施制冷循环，整个循环过程中无运动部件，不消耗机械功。

2．制冷循环中的制冷量是指（　　）。[2008年真题]

A．制冷剂从冷藏室中吸收的热量

B．制冷剂向环境放出的热量

C．制冷剂从冷藏室中吸收的热量－制冷剂向环境放出的热量

D．制冷剂从冷藏室中吸收的热量＋制冷剂向环境放出的热量

【答案】A

【解析】空气压缩制冷的原理是利用常温的高压空气绝热膨胀而获得低温空气。空气自冷藏室进入压缩机升压，随后进入冷却器降温，冷却后进入膨胀机绝热膨胀至低温，进入冷藏室吸热以维持冷藏室低温，即制冷循环中的制冷量是指制冷剂从冷藏室中吸收的热量。

3．评价制冷循环优劣的经济性能指标用制冷系数，它可表示（　　）。[2005年真题]

A．耗净功／制冷量

B．压缩机耗功／向环境放出的热量

C．制冷量／耗净功

D．向环境放出的热量／从冷藏室吸收的热量

【答案】C

【解析】蒸气压缩制冷循环与设备系统在蒸汽压缩循环中：循环制冷量q₀=h₁－h₅：循环放热量q₁=h₂一h₄：循环消耗功w_o=h₂－h₁：于是，制冷系数，可表示为收益/代价，即制冷量／耗净功。

4．对于空气压缩式制冷理想循环，由两个可逆定压过程和两个可逆绝热过程组成，提高该循环制冷系数的有效措施是（　　）。[2011年真题]

A．增加压缩机功率　

B．增大压缩比P₂／p₁

C．增加膨胀机功率　

D．提高冷却器和吸收换热器的传热能力

【答案】D

【解析】该空气压缩式制冷循环的制冷系数为：

，由公式可知，增加压缩机功率、增大压缩比、增加膨胀机功率都会使制冷效率降低。

5．蒸汽制冷循环中，若要提高制冷系数大小，则采用（　　）的措施。[2010年真题]

A．提高冷凝温度　

B．提高过冷度

C．降低蒸发温度　

D．增大压缩机功率

【答案】B

【解析】影响制冷系数的主要因素为蒸发温度和冷凝温度。AC两项，提高冷凝温度和降低蒸发温度都会减小制冷系数；B项，如果工质冷凝后继续冷却成为未饱和液，可以增大制冷量，提高过冷度，可使制冷系数有所增大；D项，增大压缩机功率与制冷系数无关。

6．采用溴化锂吸收式制冷循环过程中，制冷剂和吸收剂分别是 （　　）。[2012年真题]

A．水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂

B．溴化锂为制冷剂，水为吸收剂

C．溴化锂为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂

D．溴化锂溶液为制冷剂和吸收剂

【答案】A

【解析】吸收式制冷用两种性质不同的物质所组成的溶液作为工质，且溶液中沸点较高的一种物质作为吸收剂，沸点较低的一种物质作为制冷剂。溴化锂吸收式制冷循环，水的沸点较低，作为制冷剂；溴化锂溶液沸点较高，作为吸收剂。另外一种吸收式制冷系统为氨水吸收式制冷系统，氨为制冷剂，水为吸收剂。

7．有一热泵用来冬季采暖和夏季降温，室内要求保持20℃，室内外温度每相差1℃每小时通过房屋围护结构的热损失是1200kJ，热泵按逆向卡诺循环工作，当冬季室外温度为0℃时，带动该热泵所需的功率是（　　）kW。[2005年真题]

A．4.55　

B．0.455　

C．5.55　

D．6.42

【答案】B

【解析】带动该热泵所需要的最小功率应使房间满足热平衡的条件，即对应的最小制热量应等于房屋的散热损失，同时系统还需按照逆卡诺循环运行，以期有最高的制热系数。按照逆卡诺循环系统的制热系数为：

，则所需最小功率为：。

8．热泵与制冷机的工作原理相同，但是（　　）。[2006年真题]

A．它们工作的温度范围和要求的效果不同

B．它们采用的工作物质和压缩机的形式不同

C．它们消耗能量的方式不同

D．它们吸收热量的多少不同

【答案】A

【解析】热泵和制冷机的工作原理相同，都是实施逆向循环，只是用途和工作的温度范围不同，要达到的效果也不同。热泵用于供暖，而制冷机用于制冷。以供暖热泵为例，通过蒸发器吸收低温热源(如环境空气、水源、土壤)的热量，升温后通过冷凝器加热房间内的空气。

9．冬天用一热泵向室内供热，使室内温度保持在20℃左右。已知房屋的散热损失是l20000kJ／h，室外环境温度为－10℃，则带动该热泵所需的最小功率是 （　  ）kW。[2009年真题]

A．8.24　

B．3.41　

C．3.14　

D．1.67

【答案】B

【解析】带动该热泵所需要的最小功率应使房间满足热平衡的条件，即对应的最小制热量应等于房屋的散热损失；同时系统还需按照逆卡诺循环运行以期有最小的功耗。逆卡诺循环系统的供热系数：

故所需最小功率为：。

10．热泵和制冷循环均为逆循环，都需要外部输入一定的作用力或功，实现热能从低温物体传到高温物体，它们之间的区别在于（　　）。[2013年真题]

A．换热器设备不同

B．热泵向服务区域供热，制冷机从服务区域取热

C．循环所用的压缩机不同

D．热泵只考虑供热量，制冷机只考虑制冷量，运行温度区间是相同的

【答案】B

【解析】热泵和制冷机的工作原理相同，都是实施逆向循环，只是用途和工作的温度范围不同。通俗来讲，热泵供热（向服务区供热），制冷供冷（向服务区取热）。

11．某制冷循环中，工质从温度为－73℃的冷源吸热100kJ，并将热量220kJ传给温度为27℃的热源，则此循环为（　　）。

A．可逆循环

B．不可逆循环

C．不能实现的循环

D．均有可能

【答案】B

【解析】工质在－73℃和27℃之间逆循环的最高性能参数：

，此循环的性能系数为：

 ，所以此循环为不可逆循环。

12．某制冷机在热源及冷源之间工作，其制冷量为，消耗功为，此制冷机是（　  ）。

A．不可逆的

B．可逆的

C．不可能的

D．可逆或不可逆的

【答案】A

【解析】制冷机理想循环制冷系数为：，而实际上制冷系数

，因此该制冷机是不可逆的。

13．在空气压缩制冷循环中，（　　）。

A．增压比增大则制冷系数增大

B．增压比增大则制冷系数减小

C．单位工质制冷量越大，制冷系数也越大

D．热源（环境介质）温度一定时制冷系数为定值

【答案】B

【解析】循环中单位质量工质的制冷量随增压比降低而减少。

14．空气压缩制冷循环中（　　）。

A．压力比越大，制冷系数越大

B．压力比越大，制冷系数越小

C．制冷系数与压力比无关

D．制冷系数是不变的

【答案】B

【解析】由空气压缩制冷循环制冷系数的计算公式可知，压力比越大，制冷系数越小。

15．在逆向循环中，制冷系数与供热系数的关系是（　　）。

A．供热系数等于制冷系数加1

B．制冷系数等于供热系数加1

C．制冷系数等于供热系数

D．不确定

【答案】A

【解析】制冷系数，供热系数。

16．与工作在相同的冷源与热源温度范围内的逆向卡诺循环相比较，空气压缩制冷循环在热力学方面的不完善之处在于（　　）。

A．平均吸热温度升高

B．平均放热温度升高

C．平均吸热温度降低

D．平均吸热温度降低而平均放热温度升高

【答案】D

【解析】根据空气压缩制冷循环的图，如图1－10－1所示，可见它的放热平均温度高于逆向卡诺循环放热温度，吸热平均温度低于逆向卡诺循环的吸热温度。

图1－10－1

17．影响蒸汽压缩制冷循环制冷系数的主要因素为（　　）。

A．压缩蒸汽的过热度

B．冷凝液的过冷度

C．蒸发温度和冷凝温度

D．制冷剂循环量

【答案】C

【解析】制冷系数，其中为冷源温度，T₂为热源温度。所以影响蒸汽压缩制冷循环制冷系数的主要因素为蒸发温度和冷凝温度。

18.一热机带动热泵工作，热机与热泵的排热都用于加热某一建筑物采暖的循环水。热机的热效率为30％，热泵的供热系数。如果热机从低温热源吸热10000kJ，循环水将得到的加热量为（　  ）。

A．7000kJ

B．15000kJ

C．22000kJ

D．18000kJ

【答案】C

【解析】热机的效率为，将代入，解得热机的放热量，故热机的输给热泵的功；热泵的供热系数，解得热泵放热量，所以循环水得到的加热量为。