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(全版本)蒸发器的热量与面积计算方法

1. 引言

本文档旨在提供一种详细的计算方法，用于确定蒸发器的热量和所需的面积。蒸发器是一种设备，用于在热力学过程中从流体中去除热量，从而实现冷却。为了确保蒸发器的性能和效率，需要对其热量和面积进行精确计算。本文将介绍如何根据流体的物性和操作条件进行这些计算。

2. 热量计算方法

蒸发器的热量可以通过以下公式计算：

\[ Q = U \cdot A \cdot \Delta T \cdot n \]

其中：

- \( Q \) 是热量（单位：千瓦或千焦耳）

- \( U \) 是热传递系数（单位：瓦特/平方米·开尔文）

- \( A \) 是蒸发器的传热面积（单位：平方米）

- \( \Delta T \) 是流体在蒸发器进出口之间的温差（单位：开尔文）

- \( n \) 是流体在蒸发器中的流量（单位：立方米/小时）

2.1 热传递系数 \( U \) 的确定

热传递系数 \( U \) 取决于流体的物性、流动状况和换热表面的特性。通常，可以通过实验或文献查询获得 \( U \) 的值。如果需要进行计算，可以使用努塞尔特数（Nusselt number，\( Nu \)）来关联\( U \)、流体的普朗特数（Prandtl number，\( Pr \)）和雷诺数（Reynolds number，\( Re \)）：

\[ Nu = \frac{U \cdot L}{h} \]

其中：

- \( L \) 是换热表面的特征长度（单位：米）

- \( h \) 是对流传热系数（单位：瓦特/平方米·开尔文）

(完整word版)热力学与统计物理期末复习题

热力学统计物理

1、请给出熵、焓、自由能和吉布斯函数的定义和物理意义

解：熵的定义：S B−S A=∫dQ

T ⟹

B A dS=dQ

沿可逆过程的热温比的积分，只取决于始、末状态，而与过程无关，与保守力作功类似。因而可认为存在一个态函数，定义为熵。

焓的定义：H=U+pV

焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。

自由能的定义：F=U−TS

自由能的减小是在等温过程中从系统所获得的最大功。

吉布斯函数的定义：G =F+pV= U – TS + pV

在等温等压过程中，系统的吉布斯函数永不增加。也就是说，在等温等压条件下，系统中发生的不可逆过程总是朝着吉布斯函数减少的方向进行的。

2、请给出热力学第零、第一、第二、第三定律的完整表述

解：热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。

热力学第一定律：自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递过程中能量的总和不变。热力学第二定律：

克氏表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化；

开氏表述：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其他变化。

热力学第三定律：

能氏定理：凝聚系的熵在等温过程中的改变随热力学温度趋于零，即lim

T→0

(∆S)T=0

绝对零度不能达到原理：不肯能通过有限的步骤使一个物体冷却到热力学温度的零度。通常认为，能氏定理和绝对零度不能达到原理是热力学第三定律的两种表述。

3、请给出定压热容与定容热容的定义，并推导出理想气体的定压热容与定容热容关系式：

化工热力学马沛生第一版第三章习题答案

习题

3－1. 单组元流体的热力学基本关系式有哪些？答：单组元流体的热力学关系包括以下几种：

（1）热力学基本方程：它们适用于封闭系统，它们可以用于单相或多相系统。

V p S T U d d d -= p V S T H d d d += T S V p A d d d --= T S p V G d d d -=

（2）Helmholtz 方程，即能量的导数式

V S H S U T ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= T S V A V U p ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂=- T

S p G p H V ⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= p V T G T A S ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=- （3）麦克斯韦（Maxwell ）关系式 V S S p V T ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂ p S S V p T ⎪⎭⎫ ⎝

⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ T

V V S T p ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂ T

p p S T V ⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂ 3－2. 本章讨论了温度、压力对H 、S 的影响，为什么没有讨论对U 的影响？

答：本章详细讨论了温度、压力对H 、S 的影响，由于pV H U -=，在上一章已经讨论了流体的pVT 关系，根据这两部分的内容，温度、压力对U 的影响便可以方便地解决。 3－3. 如何理解剩余性质？为什么要提出这个概念？

答：所谓剩余性质，是气体在真实状态下的热力学性质与在同一温度、压力下当气体处于理想气体状态下热力学性质之间的差额，即：

热工基础课后答案超详细版(张学学)

第一章

思考题

1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？

答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。

2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表

或真空计的读数是否可能变化？

答：

7.用U

1-1解：

1-2图

α，管内水

备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角︒

=30

解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差

1-3解：

1－4解：

1-4解：

1-5解：由于压缩过程是定压的，所以有

1-6解：改过程系统对外作的功为

1-7解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设cD

p ，式中c为常数，D为气球的直径，由题中给定的初始条件，可以得到：

该过程空气对外所作的功为

1-8解：（1）气体所作的功为：

（2）摩擦力所消耗的功为：

所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为：

1-9解：由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程中，内外压力始终保持相等，恒等于大气压力0.09MPa，所以气体对外所作的功为：

1-11

情况三

容器。

答：（1

（2

（3

错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。

⑵气体被压缩时一定消耗外功。

对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。

⑶气体膨胀时必须对其加热。

热力学练习题全解

热力学是研究热能转化和热力学性质的科学，它是物理学和化学的

重要分支之一。在热力学中，我们通过解决一系列练习题来巩固和应

用所学知识。本文将为您解答一些热力学练习题，帮助您更好地理解

和应用热力学的基本概念和计算方法。

1. 练习题一

题目：一个理想气体在等体过程中，吸收了50 J 的热量，对外界做

了30 J 的功，求该气体内能的变化量。

解析：根据热力学第一定律，内能变化量等于热量和功之和。即

ΔU = Q - W = 50 J - 30 J = 20 J。

2. 练习题二

题目：一摩尔理想气体从A状态经过两个等温过程和一段绝热过程

转变为B状态，A状态和B状态的压强和体积分别为P₁、P₂和V₁、V₂，已知 P₂ = 4P₁，V₁ = 2V₂，求这个过程中气体对外界做的总功。

解析：由两个等温过程可知，气体对外界做的总功等于两个等温过

程的功之和。即 W = W₁ + W₂。根据绝热过程的特性，绝热过程中气体对外做功为零。因此，只需要计算两个等温过程的功即可。

根据理想气体的状态方程 PV = nRT，结合已知条件可得：

P₁V₁ = nRT₁①

P₂V₂ = nRT₂②

又已知 P₂ = 4P₁，V₁ = 2V₂，代入式①和式②可得：

8P₁V₂ = nRT₁③

4P₁V₂ = nRT₂④

将式③和式④相减，可得：

4P₁V₂ = nR(T₁ - T₂) ⑤

由于这两个等温过程温度相等，即 T₁ = T₂，代入式⑤可得：

4P₁V₂ = 0

所以，这个过程中气体对外界做的总功 W = 0 J。

通过以上两个练习题的解答，我们可以看到在热力学中，我们通过应用热力学第一定律和理想气体的状态方程等基本原理，可以解答各种热力学问题。熟练掌握这些计算方法，有助于我们更深入地理解热力学的基本概念，并应用于实际问题的解决中。

传热学计算题

1、用简捷方法确定附图中的角系数X 12。

2、一直径为4cm 的小铜球，初始温度为500℃，突然放置于10℃的空气中，假设铜球表面与周围环境的对流换热系数为30W/(m 2.K)，试计算铜球冷却到200℃所需要的时间。已知铜球的比热c p =0.377KJ/(Kg.K)，

ρ=8440Kg/m 3，λ=109W/(m.K)。

3、水以1.5m /s 的速度流过内径为25mm 的加热管。管的内壁温度保持

100℃，水的进口温度为15℃。若要使水的出口温度达到85℃，求单位管长换热量（不考虑修正）。已知50℃的水λf =0.648 W/(m.K)，νf =0.566×10-6m 2/s ，Pr =3.54

解答

1、（1）11,21,222,11==X X A X A ，则5.02

/4221,2122,1===R R X A A X ππ （2）同上125.02

/44/221,2122,1===R R X A A X ππ 2、首先检验是否可以采用集总参数法。 ()

M A V h Bi v 1.000183.01093/02.030/<=⨯=

=λ（其中M=1/3）可以采用集总参数法，

)/1(1014.143

/02.0437*******.04304

s V c hA P -⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=ππρ ()

τ⨯⨯-=--=---∞∞401014.14ex p 1050010200t t t t 可得：hour s 186.0670==τ

3、定性温度502

85152=+=+=out in f t t t （℃） 446101074.610

物理热学计算题

题目：一热水壶中装有质量为2千克的水，初始温度为20°C。现将一电加热器开启，使水在10分钟内温度升高到100°C。假设电加热器的效率为80%，求此过程中消耗的电能。

解：首先，我们需要计算水吸收的热量。

已知水的比热容为4.18J/g°C，因此，水从20°C升高到100°C所需的热量Q可以计算为：

Q = m * c * ΔT

= 2000g * 4.18J/g°C * (100°C - 20°C)

= 66880J

接下来，我们根据电加热器的效率来计算消耗的电能。

设电加热器消耗的电能为W，则我们有：

Q = η* W

因此，

W = Q / η

= 66880J / 0.8

= 83600J

所以，此过程中消耗的电能为83600J。

再者，我们要将消耗的电能转化为度电。已知1度电等于1千瓦时，即1kWh = 3600000J，所以：

消耗的电能= 83600J / 3600000J/kWh ≈0.23kWh

综上所述，为了使2千克的水在10分钟内从20°C升高到100°C，我们需要消耗约0.23kWh的电能。

北京工业大学工程热力学考研真题答案

北京工业大学历年研究生入学考试试题及详细参考答案
852 工程热力学
目录
北京工业大学 2000 年研究生入学考试试题........................................... 1 北京工业大学 2000 年研究生入学考试试题参考答案...........................3 北京工业大学 2001 年研究生入学考试试题........................................... 7 北京工业大学 2001 年研究生入学考试试题参考答案...........................9 北京工业大学 2002 年研究生入学考试试题......................................... 13 北京工业大学 2002 年研究生入学考试试题参考答案.........................15 北京工业大学 2003 年研究生入学考试试题......................................... 19 北京工业大学 2003 年研究生入学考试试题参考答案.........................22 北京工业大学 2004 年研究生入学考试试题......................................... 27 北京工业大学 2004 年研究生入学考试试题参考答案.........................30 北京工业大学 2005 年研究生入学考试试题......................................... 37 北京工业大学 2005 年研究生入学考试试题参考答案.........................40 北京工业大学 2006 年研究生入学考试试题......................................... 48 北京工业大学 2006 年研究生入学考试试题参考答案.........................50 北京工业大学 2007 年研究生入学考试试题......................................... 57 北京工业大学 2007 年研究生入学考试试题参考答案.........................59 北京工业大学 2010 年研究生入学考试试题......................................... 67 北京工业大学 2010 年研究生入学考试试题参考答案.........................69 北京工业大学 2011 年研究生入学考试试题......................................... 75 北京工业大学 2011 年研究生入学考试试题参考答案.........................77 北京工业大学 2012 年研究生入学考试试题......................................... 84 北京工业大学 2012 年研究生入学考试试题参考答案.........................86 852 工程热力学考试大纲........................................................................ 93 北京工业大学近四年硕士研究生 0807 及 0852 复试分数线.............. 94 2015 年动力工程专硕（08056）初试录取人员成绩汇总表............... 95 2015 年动力工程复试成绩汇总表.......................................................... 97 2015 年动力工程及工程热物理初试录取人员成绩汇总表................. 99 2015 年动力工程及工程热物理复试录取人员成绩汇总表............... 101 历年真题考察重点汇总笔记................................................................. 102

西安交通大学能源与动力工程学院805工程热力学历年真题及答案

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考试科目：805工程热力学

适用专业：所有专业课考805工程热力学的专业

物理化学沈文霞版热力学第二定律总结(含详细讲解和题型方法归纳讲解)

计算结果表明：用电能驱动热泵，可得到16倍电能的热，而通电予电炉却只能得到与电能等量的热
§3.2
热力学第二定律
1、自发过程举例（1）自发过程在自然条件下，能够发生的过程。（2）自发过程的特点 ①自发过程有一定的方向性 ◐高温物体向低温物体的传热过程(T1>T2)
◐高压气体向低压气体的扩散过程 (p1>p2)

W Q
在高低温两个热源间工作的所有热机中，以可逆热机（即卡诺热机）的热机效率为最大。 ◐热力学第二定律
◎克劳修斯说法：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其它影响
◎开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为功而不产生其它影响 ◐熵变
5 、克劳修斯不等式 ◐由卡诺定理可知 , 对于任意循环过程， ◐令可逆途径逆向进行，使之与不可逆途径构成循环。整个不可逆循环过程： Q T 对于可逆途径，热温商是状态函数，则：
Qr V p nR ln 2 nR ln 2 T V1 p1
T2 V nR ln 2 T1 V1
S nCv ,m ln
◐克劳修斯不等式 ◐熵判据
复习2
◐环境熵变的计算
◐凝聚态物质变温过程理想气体理想气体
S
恒压变温 ◐气体恒容变温
T2 nC p ,m ln T1
nCV ,m ln

专题11 热力学三定律——学生版选择性必修人教版第二册

专题11 热力学三定律（学生版）

一、目标要求

二、知识点详细解析

1．热力学第一定律

(1)改变系统内能的两种方式:做功和热传递；

(2)热力学第一定律

①定义:一个热力学系统内能的增量等于外界对它做的功与外界向它传递的热量的和:ΔU=W+Q

若外界对系统做功,则W>0,若系统对外界做功,则W<0；

若外界向系统传热,则Q>0,若系统向外界传热,则Q<0．

②意义:热力学第一定律是能量守恒定律的一种表现形式；

(3)能量守恒定律:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化成另一种形式,或从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中其总量保持不变；

(4)第一类永动机:不消耗任何动力或燃料,却能源源不断地对外做功的机器称为第一类永动机,第一类永动机不可制成,原因就是因为违背了能量守恒定律．

2．热力学第二定律

(1)宏观热现象的方向性

(2)热力学第二定律:反映宏观自然过程的方向性的定律称为热力学第二定律,它有如下几种表述形式； ①克劳修斯表述:热量不可能自发地从低温物体传向高温物体；

②开尔文表述:不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不引起其他变化；开尔文表述还可以描述成工质不可能将从某热源吸收的热量全部用于做功,它必然会向其他温度低于自身的热源排出部分热量,即任何热机的效率都不可能达到100%,如图所示；

热机的效率:121112

1100%W Q Q Q Q Q Q η-=

==-< (3)第二类永动机:能从单一热源吸收热量,并将这些热量全部转化为有用功的机器称为第二类永动机；第二类永动机不可制成,虽然它没有违背热力学第一定律,但违背了热力学第二定律；

高二物理人教版选修3-3第十章热力学定律单元练习题(含详细答案)

第十章热力学定律

一、单选题(

1.一定质量的理想气体，在某一状态变化过程中，气体对外界做功8 J，气体内能减少12 J，则在该过程中()

A．气体吸热4 J

B．气体放热4 J

C．气体吸热20 J

D．气体放热20 J

2.关于一定质量的气体，下列叙述正确的是()

A．气体体积增大时，其内能一定减少

B．外界对气体做功，气体内能一定增加

C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加

D．气体温度升度，其分子平均动能一定增加

3.下列现象属于能量耗散的有()

A．利用水能发电转化为电能

B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能

C．电池的化学能转化为电能

D．火炉把房子烤暖

4.一个孤立的热力学系统处于非平衡态和平衡态相比()

A．处于非平衡态比处于平衡态有序

B．处于平衡态比处于非平衡态有序

C．处于非平衡态和处于平衡态有序程度相同

D．有序程度要根据其他情况来定

5.汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中()

A．汽车的机械能守恒

B．汽车的动能和势能相互转化

C．汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少

D．汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒

6.下列说法正确的是()

A．热力学第二定律否定了以特殊方式利用能量的可能性

B．电流流过导体转化为内能，反过来，可将内能收集起来，再转化成相同大小的电流

C．可以做成一种热机，由热源吸取一定的热量而对外做功

D．冰可以熔化成水，水也可以结成冰，这个现象违背了热力学第二定律

7.关于内能的变化，以下说法正确的是()

A．物体吸收热量，内能一定增大

B．物体对外做功，内能一定减少

C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变

热工基础课后答案超详细版(张学学)

第一章

思考题

1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？

2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的

压力表或真空计的读数是否可能变化？

答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。

3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？

答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。

4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？

答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。

5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？

答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。

6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？

答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。

7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？

热工基础课后答案解析超详细版(张学学]

第一章

思考题

1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？

2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的

压力表或真空计的读数是否可能变化？

3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？

答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。

4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？

答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。

5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？

答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。

6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？

7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？

葛华才-物理化学习题详细答案

9. 在 101325Pa 下把 1mol CO2(g)由 300K 加热到 400K。分别通过两个过程：(1) 恒压可逆过程；(2) 恒容可逆过程。计算上述两个过程的 W、Q、∆U 和∆H。已知在 300-1500K 范围 CO2 的 Cp, m 与 T 的关系式为
Cp, m/(J·K-1·mol-1)=26.75 + 42.258×10-3(T/K) – 14.25×10-6(T/K)2
V(O2)= y(O2) V 总 = 0.6×4 dm3 = 2.4 dm3 3. 在 25℃，101325Pa 下，采用排水集气法收集氧气，得到 1dm3 气体。已知该温度下水的饱和蒸气压
为 3173Pa，试求氧气的分压及其在标准状况下的体积。
解：p(O2)= p 总－p(H2O)= 101325Pa－3173Pa = 98152 Pa V(O2,STP) = (TSTP /T)( p /pSTP)V = (273.15/298.15) × (98152/101325) × 1dm3 = 0.8875 dm3 STP 表示标准状况。
分压
y(O2)=1- y(N2)=1-0.4=0.6 p(N2)= y(N2) p 总 = 0.4×62.5 kPa= 25 kPa
p(O2)= y(O2) p 总 = 0.6×62.5 kPa= 37.5 kPa 分体积 V(N2)= y(N2) V 总 = 0.4×4 dm3 = 1.6 dm3

传热学计算题

当涉及到传热学的计算题时，通常会涉及热传导、对流和辐射等传热方式。以下是一个简单的计算题示例：

问题：一块厚度为2 cm，面积为0.5 m²的铝板，其表面温度为100°C，远离其他热源的环境温度为20°C。已知铝板的导热系数为 200 W/(m·K)，求铝板上的热流量。

解答：

首先，我们需要确定铝板两侧的温度差ΔT。ΔT = 表面温度 - 环境温度 = (100°C - 20°C) = 80°C。

根据热传导的公式 Q = kAΔT/d，其中 Q 是热流量，k 是导热系数，A 是面积，ΔT 是温度差，d 是物体的厚度。

将已知值代入公式进行计算：

Q = (200 W/(m·K)) × (0.5 m²) × (80°C) / (0.02 m)

= 40000 W = 40 kW

因此，铝板上的热流量为 40 kW。这个计算结果表示在给定的温度差

下，铝板单位时间内从高温端传输的能量量。

请注意，这只是一个基本的计算示例，实际的传热问题可能会更加复杂，涉及更多的因素和传热方式。在解决具体的传热计算题时，需根据所给条件选择适当的公式，并注意单位的一致性。

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