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/kJ
1-201390
2-30395
3-40-1000
4-10
参考答案：
过程Q/kJ W/kJ△U/kJ
1-2139001390
2-30395-395
3-4-10000-1000
4-10-55
55.如图所示，b、c两状态点在同一条等温线上，试判断：△u ab与△u ac谁大？△s ab 与△s ac谁大？
参考答案：答：△u ab=△u ac；△s ab＜△s ac
56.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0.4 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0.45 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 = 0.4 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2.27 kJ
58.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2 0℃，比焓为84kJ/kg，质量流量为100kg/min；水蒸汽流入的压力为200kPa，温度为300℃，比焓为3072kJ/kg，混合物流出的压力为200kPa，温度为100℃，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=6.0×105 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=0.208 kJ/(k g·K)，c p=0.523 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△T
61.2kg某种理想气体按n=1.2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418.68kJ，吸热83.736kJ，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4.187 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=0.3MPa、温度t1=24℃的空气，经喷管射入压力为0.1 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 =1.5 bar，出口背压p b= 1bar，空气的c p=1.004 k /（kg·K），R g=0.287 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 = 0.02 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 cr
36.某内燃机混合加热循环，压缩始点工质参数p1 =0.85 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00kPa、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－20 ︒C，而环境温度则为30 ︒C，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3.5 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＝3.86 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 = 0.16，X3，1+2 = 0.18，求X1，3
参考答案：
解：利用角系数的可加性，有：X3，1+2 = X3，1 + X3,2
求得：X3,1= X3，1+2－X3,2=0.18－0.16=0.02
再利用角系数的相对性，有：A1X1，3=A 3X3,1
所以X1，3=A 3X3,1/A 1=6×0.02/2=0.06
39.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4.24×104 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20 mm，其导热系数。

为了使每平方米墙的热损失不超过1
830w，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1 300 ︒C和30 ︒C，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=2.95×10-5m2/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0.08 m、长0.2m）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383.1 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ε
=0.2，ε2=0.5，ε3=0.8，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1
不计）。

参考答案：
解：对平行板，A1＝A2＝A，X1，
=X2，1，故可由辐射换热的基本公式
2
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0.8，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= 0.8
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/(m2·℃)，已知室内空气的结露温度t d=1 4℃，若墙壁由λ=0.6W/(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4 0℃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。