热工基础 (3次)

第一次：

三、主观题(共9道小题)

54.

55. ab ac △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T 1=1000K 和冷源T 2=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20℃，比焓为84kJ/kg，质量流量为100kg/min；水蒸汽流入的压力为20

0kPa，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p 1=6.0×105 P a ，T 1=600K ，膨胀终了的容积V 2=3V 1，氩气可作为理想气体。已知氩气的Rg=0.208 kJ/(kg·K)，c p =0.523 kJ/(kg·K)，求：（1）终了状态的温度T 2、压力p 2；（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 → T 2 = T 1 = 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300℃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 kJ/（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－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=2.95×10-5 m2/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/m 3

，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ε1 =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/(m 2·℃)，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：t 1 = 800℃，t w = 600℃, h =50 W/（m 2.℃），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h 1=8W/(m 2·℃)，室外壁面与大气的对流换热系数h 2=20W/(m 2

·℃)，已知室内空气的结露温度t d =14℃，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