热工学的期末复习题

说明：题和答案以黑体字为主，仿宋体和楷体字属于辅助性说明。

1．热工学是什么样的课程？《热工学》课程面向非能源动力类专业的学生，其主要教学要求就是将能源利用的一般原理和技术，或者说工程热物理的基本理论介绍给大家，使大家掌握合理用能、节约用能、清洁用能和可持续用能的一般方法与基本规律，在各自专业领域的工程实践中实现高效用能、节能减排的目的。

2．生产和生活中存在哪些与热能工程有关的现象？热能与机械能（电能）之间的转换，热量的传递，流体（气体和液体）的流动，燃料的燃烧：汽车发动机、发电厂、各种锅炉和炉窑、冰箱、空调，棉袄、电风扇。

3．《热工学》课程包括哪些内容？1热工理论基础部分包括工程热力学和传热学；热工设备部分包括锅炉、蒸汽动力装置、内燃机、燃气动力装置、气体压缩机（压气机）、制冷装置等等。

4．工程热力学和传热学的研究内容是什么？热能与动力工程学科（专业）的基础理论是工程热力学、流体力学、传热传质学和燃料燃烧学，统称为工程热物理理论。

工程热力学研究热能与其它形式能量（主要是机械能）的转换规律以及影响转换的各种因素。

其基本任务是从工程观点出发探讨能量有效利用的基本方法。

无论是热能转化成为机械能或电能的热动力设备，还是热能直接利用于工艺上的加热过程，都要研究如何提高热能利用的效率，减少热能利用中的损失，以提高热能利用的经济性。

流体力学主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态、运动状态以及流体与固体之间有相对运动时的相互作用和流动规律。

传热学研究热量在2温度差的作用下从高温处向低温处传递和转移的规律与机理。

燃烧学研究燃料燃烧现象和机理及其控制技术，包括与其相关的流动、传热、传质和反应热力学研究。

5．热力学第一定律暨能量守恒与转换定律的内容是什么？自然界中一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态；在能量的转变过程中，一定量的一种形态的能量总是确定地相应于另一种形态的能量，能的总量保持不变。

对于任何一个热力系统，热力学第一定律可以表达成：进入系统的能量–离开系统的能量=系统贮存能量的变化6．请叙述热力学第二定律的开尔文–普朗克说法和克劳修斯说法以及孤立系统熵增原理。

开尔文–普朗克说法：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机（第二类永动机是不可能制造成功的。

）3克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地、从低温物体传到高温物体。

孤立系统熵增原理：ds孤立系统=0+ ds g= ds g 0自然界的一切过程总是自发地、不可逆地朝着使孤立系统的熵增加的方向进行的。

7．热量的传递有几种方式？工程上，热量往往是如何传递的？热传导（导热）、热对流和热辐射。

工程上，热量从一种流体通过一个壁面传递给另一侧流体的过程称为综合传热过程。

传热过程中，各种传热方式共同存在，构成了传热过程的各个环节。

8．什么是热传导（导热）？物体各个部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子以及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。

9．什么是热对流？对流是指由于流体的宏观运动，使得流体各个部分之间发生相对位移，导致冷热流4体相互掺混所引起的热量传递过程。

10．什么是热辐射？什么是辐射换热？物体由于热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。

物体之间通过热辐射而交换热量的过程称为辐射换热。

11．影响工程材料导热系数的因素有哪些（≥5个）？工程材料在使用时表现出来的导热系数还常常与材料内部结构有关，是一种综合导热系数，或称为折合导热系数、当量导热系数、折算导热系数、表观导热系数等等，但通常仍称为导热系数。

它显然不再是物性参数，而受材料状态、成分、结构、密度、组成、孔隙度、含气率、含水率等等因素影响。

12．现有0.1MPa，20℃的空气1kg，绝热压缩到1.4MPa，然后定容加热到1200℃，56再定压加热使体积膨胀1.5倍，其后绝热膨胀，最终定容变化到初始状态。

求：各状态点的基本状态参数和各个过程的能量变化关系。

现有0.1MPa ，20℃的空气1kg ，绝热压缩到1.4MPa ，然后定容加热到1200℃，再定压加热使体积膨胀1.5倍，其后绝热膨胀，最终定容变化到初始状态。

求：各状态点的基本状态参数和各个过程的能量变化关系。

14:04:041NEU-SMM-ETP气体和蒸气的性质与过程pv12345解：p 1=0.1MPa ，T 1=20+273.15=293.15Kv 1== 0.8413m 3/kgp 2=1.4MPav 2==0.1277m 3/kgT 2==623.10K 611101.015.293287⨯⨯=p T R g 8413.04.11.04.111121⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛v p p k 2871277.0104.1622⨯⨯=g R v p13．——水和水蒸气的状态变化（选考其中的部分内容）1）1kg、0.1MPa、20℃的水，它的体积：V=0.0010017m3，焓：H=84 kJ/kg，熵：S=0.2963 kJ/(kgK)。

定压升温到沸点：饱和温度t s=99.63℃，V=0.0010434m3，H=417.51kJ/kg，S=1.3027 kJ/(kgK)。

完全汽化后：V=1.6946m3，H=2675.7kJ/kg，S=7.3608kJ/(kgK)。

2）0.1MPa、20℃的水，用泵送入辊底式加热炉的辊道梁与转辊中，保护辊道梁与转辊。

离开辊底炉时水变成了0.7 MPa的饱和蒸汽，求该蒸汽的焓、熵、比体积和在炉内的吸热量。

答：0.7MPa饱和蒸汽的焓2763.29 kJ/kg、熵6.7079 kJ/(kgK)、比体积0.27281 m3/kg。

在炉内的吸热量Q吸热=2763.29 kJ/kg–84 kJ/kg=2679.29 kJ/kg。

3）某采暖锅炉额定压力0.8MPa，额定温度140℃，其焓为多少？把其温度降为90℃，其焓又为多少？期间每kg热水可以放出多少热量？答：0.8 MPa、140℃的水焓为589.49 kJ/kg，90℃的水焓为377.56 kJ/kg，每kg7热水可以放出589.49 kJ/kg–377.56 kJ/kg=211.93 kJ/kg的热量。

4）前述采暖锅炉每秒钟产生3.3kg的热水，如果每平方米住宅需要供热33W才能维持舒适的室内温度，该采暖锅炉产生的热水可供多少平方米的住宅采暖使用？答：3.3kg/s⨯211.93 kJ/kg ⨯1000÷33W/ m2 =21193 m2。

未饱和水和过热水蒸气热力性质表8914．如图2-4所示，一炉壁由三层材料组成。

第一层是耐火砖，导热系数λ1=1.7W/(m ⋅℃)，允许的最高使用温度为1450℃，第二层是绝热砖，导热系数λ2=0.35W/(m ⋅℃)，允许的最高使用温度为1100℃，第三层是铁板，厚度δ3=6mm ，导热系数λ3=40.7W/(m ⋅℃)。

炉壁内表面温度t 1=1350℃，外表面温度t 2=220℃，热稳定状态下，通过炉壁的热流密度q =4652W/m 2。

试问：各层壁应多厚才能使炉壁的总厚度最小？（10分）解：要使炉壁总厚度最小，需尽可能增大导热系数最小的材料的厚度，但由于材料耐热性能的限制，绝热砖与耐火砖交界处最高温度为1100℃，于是对于耐火层，有220℃钢板1350℃耐火砖绝热砖图2-410q =11λδ∆t ⇒ δ1=()4652110013507.111-=qt ∆λ=0.0914m绝热砖与铁板间的温度q =33λδ∆t ⇒ t 3=33λδq +t 4=46527.40006.0+220=220.69℃ 绝热砖厚度：δ2=()465269.220110035.022-=qt ∆λ=0.066m炉壁总厚度： δ=δ1+δ2+δ3=0.0914+0.066+0.006=0.1634m15．室式加热炉炉体，在安装烧嘴侧，炉墙厚度为450mm ，其形式是：30mm 厚耐火纤维毡＋116mm 轻质保温砖＋304mm 厚低水泥浇注料，炉体外壳采用不锈钢。

已知耐火纤维毡的导热系数λ1=0.30 W/(m ⋅℃)，轻质保温砖的导热系数λ2=0.11W/(m ⋅℃)，低水泥浇注料的导热系数λ3=0.8 W/(m ⋅℃)。

炉子内侧炉墙表面温度1200℃，若炉子外侧壁面温度不得超过40℃，求单位面积散热损失量。

解：113322111183041111630311---=⎪⎭⎫⎝⎛++=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=∑......λδλδλδαλδα外侧内侧ni iik=0.6516 W/(m2⋅℃)Q=kA(t内–t外)=0.6516⨯1⨯(1200–40)=755.92 Wq=k(t内–t外)=0.6516⨯(1200–40)=755.92 W/m211。