热工基础(3次)

第一次：三、主观题(共9道小题)54.某定量工质经历了1-2-3-4-1循环，试填充下表所缺的数据过程Q/kJ W/kJ△U/kJ1-2013902-303953-40-10004-10过程Q/kJ W/kJ△U/kJ1-21390013902-30395-3953-4-10000-10004-10-5555.ab acs ab与△s ac谁大参考答案：答：△u ab=△u ac；△s ab＜△s ac56.有一循环发动机工作于热源T1=1000K和冷源T2=400K之间，若该热机从热源吸热1360 kJ，对外作功833 kJ。

问该热机循环是可逆的不可逆的还是根本不能实现的参考答案：ηt＞ηtc违背了卡诺定理结论：该循环根本不可能实现。

（也可用克劳修斯积分不等式或孤立系熵增原理求解）57.气球直径为 m，球内充有压力为150 kPa的空气，由于太阳辐射加热，气球直径增大到 m，若球内气体压力正比于气球的直径，试求过程中气体对外的做功量W。

参考答案：解：已知D1 = m时，p1=150 kPa，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD，可求得：k =375 kPa/m答：过程中气体对外作功量为 kJ58.水在绝热混合器中与水蒸汽混合而被加热，水流入的压力为200kPa，温度为20℃，比焓为84kJ/kg，质量流量为100kg/min；水蒸汽流入的压力为200kP a，温度为300℃，比焓为3072kJ/kg，混合物流出的压力为200kPa，温度为10 0℃，比焓为419kJ/kg。

问每分钟需要多少水蒸汽。

参考答案：解：此绝热混合器所围空间为一稳流系，根据能量方程：59.有5g氩气，经历一热力学能不变的状态变化过程，初始状态p1=×105 Pa，T1 =600K，膨胀终了的容积V2=3V1，氩气可作为理想气体。

已知氩气的Rg= kJ/(k g·K)，c p= kJ/(kg·K)，求：（1）终了状态的温度T2、压力p2；（2）过程中系统热力学能、焓和熵的变化量。

参考答案：解：由题意：△U = 0 →T2 = T1 = 600 K由理想气体气体状态方程，有：60.试求在定压过程中加给理想气体的热量中有多少用来作功有多少用来改变工质的热力学能（比热容取定值）参考答案：解：∵定压过程总加热量为：q =c p△T其中用来改变热力学能的部分为：△u= c V△T而c p = c V+R g∴定压过程用来作功的部分为：w =R g△T61.2kg某种理想气体按n=可逆多变过程膨胀到原有体积的3倍，稳定地从30 0℃降低到60℃，膨胀过程中作功kJ，吸热kJ，求：气体的c p和c V。

参考答案：解：由闭口系能量方程：62. 3 kg温度为80℃的热水在绝热容器中与5 kg温度为20℃的冷水等压混合，水的比热为 kJ/(kg·K)，求此混合过程的熵变，并根据熵变的计算结果说明为什么混合过程是不可逆过程（提示：先由热力学第一定律求混合后水的状态）参考答案：解：思路：利用孤立（绝热）系熵增原理进行判断。

取该绝热容器为闭口系，设热水用角标H表示，冷水用角标C表示，并注意液体c p = c V = c由闭口系能量方程：第二次：三、主观题(共6道小题)33.压力p1=、温度t1=24℃的空气，经喷管射入压力为 MPa的大气中，问应采用何种喷管参考答案：34.在lg p—h图上画出蒸气压缩制冷的理论循环图，并用线段分别标出单位质量制冷剂的制冷量q2和压缩机的耗功量w0。

参考答案：35.空气进入喷管前的温度t1 =27℃，压力p1 = bar，出口背压p b= 1bar，空气的c p= kJ/（kg·K），R g= kJ/（kg·K），问：（1）应选何种喷管（2）出口截面的流速为多少（3）若A2 = m2，喷管的流量为多少参考答案：解：（1）选喷管（题目没有提到c1，可认为其很小）（2）计算出口截面的流速，由（1）可判断：c2＜c cr36.某内燃机混合加热循环，压缩始点工质参数p1 = bar，t1 = 40℃，ε=15，燃烧终了的工质参数t4=2000℃， p4 =75bar，膨胀终了温度t5=760 K。

求：（1）在p -v图、T-s图上绘出其理想循环图；（2）循环中1kg工质（工质为空气）的加热量、放热量、循环功及热效率。

参考答案：37.活塞式内燃机的混合加热理想循环，工质可视为理想气体空气，若循环压缩比ε=14，循环中工质的总吸热量为1000 kJ/kg，其中定容过程和定压过程各占一半，压缩过程的初始状态为100kPa、27℃。

试计算：（1）输出净功；（2）循环热效率。

参考答案：38.某冷库温度需保持在－20C，而环境温度则为30C，若采用氨制冷机，压缩机入口处为干饱和氨蒸气，而进入节流阀的是饱和氨溶液，循环中压缩机耗功率kW，试计算：①压缩机的压缩比是多少②循环的制冷系数是多少③制冷量为多少冷吨（1冷吨＝kW）④放热量为多少⑤制冷剂的质量流量是多少参考答案：第三次：三、主观题(共14道小题)36.对流换热计算中，定型尺寸是对对换热过程有明显影响或起主要作用的尺寸。

试写出矩形槽道（设槽宽为B、流体深度为H）和同心套管环状通道（设环状通道内径为d1，外径为d2）的当量直径计算式。

参考答案：37.用比较法测得某一表面在800K时的辐射力恰等于黑体400K时的辐射力，试求该表面的黑度。

参考答案：38.如图所示，1、2表面在同一平面上，均垂直于表面3，A 1 = 2 m2，A 2= 4 m2，A 3= 6 m2, 现已求得X3,2 = ，X3，1+2 = ，求X1，3参考答案：= X3，1 + X3,2解：利用角系数的可加性，有：X3，1+2求得：X3,1= X3，1+2－X3,2=－=再利用角系数的相对性，有：A1X1，3=A 3X3,1所以X1=A 3X3,1/A 1=6×2=，339.写出冷热流体通过单层平壁传热时单位面积传热量q的计算式参考答案：40.对管径较小的管道，在包裹附加层削弱传热时，为什么会出现包裹附加层后传热反而增强的现象什么情况下才能保证包裹附加层后总可以起到减少热损失的作用。

参考答案：答：管道包裹附加层虽在传热过程串联热路上增加了一个导热热阻，但同时增加了外表面的对流换热面积，使外表面的对流换热热阻减小。

如果增加的导热热阻小于对流换热热阻的减小量，包裹附加层后反而会强化传热。

因此，只有在包裹层超过一定厚度的前提下，才能起到削弱传热的作用。

41.用平底锅烧开水，锅底有一层3mm厚的水垢，水垢导热系数为1 W/（m·K),当热流密度为×104 W/m2时，与水接触的锅垢表面温度为110℃，试问此时锅底与水垢接触面的温度为多少参考答案：42.平面墙厚20mm，其导热系数。

为了使每平方米墙的热损失不超过1830w ，在墙外覆盖了一层导热系数的保温材料。

已知复合壁的两侧温度为1300C和30C，试确定保温层应有的厚度。

参考答案：43.一直径为50mm的钢球具有均匀温度450℃，突然放入恒温30℃的空气中冷却。

已知钢球表面与环境的表面传热系数h =24W/（m2 ·K），钢球的热容量（密度和比热的乘积）ρc = 3721 kJ/（m3·K），导热系数λ=35W/（m·K），试问10 min后钢球的温度。

参考答案：44.直径50 mm的铜球，其导热系数λ=85W/ (m·℃)，热扩散率a=×10-5m2/s,初始时温度为300℃，现把铜球置于36℃的大气中，铜球表面对流换热系数为30 W/(m2·℃)，试用集总参数法计算铜球温度达到90℃时所需的时间。

参考答案：45.将初始温度为80℃的紫铜棒（直径为 m、长）突然置于20℃的气流中，5分钟后紫铜棒的表面温度降到34℃。

已知紫铜的密度为8954 kg/m3，比热容为J/(kg·℃)，导热系数λ=386W/ (m·℃)。

试求紫铜棒表面的对流换热系数。

参考答案：可以用集总参数法，上述计算有效。

46.如图所示，三个无限大的平行平板，平板1的温度为1200 K，平板3的温度为600 K，且ε1=，ε2=，ε3=，求平板2 的温度，并画出热路图、标出热阻（平板2 的导热热阻不计）。

参考答案：解：对平行板，A1＝A2＝A，X1，2=X2，1，故可由辐射换热的基本公式导得3个平行平板的辐射换热热路为串联热路，1、2 板和2、3板之间的热流密度相等，由于板面积相等，所以辐射换热量相等。

即热路图如下（各热阻已标出）：47.用热电偶温度计测得炉膛内烟气的温度为800℃，炉墙温度为600℃。

若热电偶表面与烟气的对流换热系数h=50W/(m2·℃)，热电偶表面的发射率为，试求烟气的真实温度。

参考答案：已知：t1= 800℃，t w = 600℃, h=50 W/（m2.℃），ε1=求：t f =解：本题可由热平衡法求解。

48.冬季室内空气温度t f1=20℃，室外大气温度t f2 =―10℃，室内空气与壁面的对流换热系数h1=8W/(m2·℃)，室外壁面与大气的对流换热系数h2=20W/(m 2·℃)，已知室内空气的结露温度t d=14℃，若墙壁由λ=(m·℃) 的红砖砌成，为了防止墙壁内表面结露，该墙的厚度至少应为多少参考答案：解：传热问题热阻网络：49.在一换热器中，热流体的进出口温度分别为300℃和200℃，冷流体的进出口温度分别为40℃和150℃，流动方式为逆流，换热器的散热面积为30 m2，传热系数k为100 W/（m2·℃），求换热器的传热量。

参考答案：解：逆流时的对数平均温差为。