热量传递试卷
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一、填空题（本题共9小题，每空1分，共30分）
1、探讨三传类比，不仅在理论上有意义，而且具有一定的实用价值。在质量传递中，雷诺类似律把整个边界层作为_ _处理，故雷诺类似律有一定的局限性，只有当Pr= 时才适用；普朗特-泰勒类似律将整个边界层视为由___和____组成；冯﹒卡门类似律认为湍流边界层是由____、____和____组成，提出了三层模型。
2、固体内部发生非稳态热传导时，若固体内部存在明显温度梯度，则Bi ____。
3、流动进口段长度为____至____的轴向距离，流动进口段长度L e 的估算式为_____；传热进口段长度为____至____的轴向距离，传热进口段长度L t 的估算式为_____。
4、毕渥数Bi 的数学表达式为_____，其表示的物理意义为_______。
5、热量传递的基本方式为_____、______和_______。
6、无界固体壁面上的稳态湍流主体速度分布形状为______。
7、不稳态热传导边界条件视具体情况一般可分为三类： 、_ 和___ 。 8、管内流动时,若摩擦系数与对流传热系数均趋于稳定则表明边界层内速度与温度分
布属于 和___ ；其数
学表达式为 和___ 。 9、边界层积分动量方程的形式为： 。
温度边界层热流方程的形式为： 。浓度边界层积分传质方程的形式为： 。
二、简答题（本题共2小题，每小题8分，共16分）
1、由局部对流传热系数
x
h 与壁面温度梯度的关系为
0=--=y s x dy dt t t k h )(，试简述利用该式求解局部对流传热系数x h 的
步骤？
2、简述速度边界层和温度边界层的定义和特点？
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三、推导题（本题共1题，共14分）
设平板壁面上层流边界层的速度分布方程和温度分布方程分别为：
2
2222111y c y b a t t y c y b a u s ++=-++=;试应
用适当的边界条件求出),(21=i c b a i i i
、、各值及速度分布
方程和温度分布方程。。 解，
四、计算题（本题共2小题，每小题20分，共40分）
1．在制药过程中，温度为310.93K （37.78 ℃）的蓖麻油以0.061m/s 的速度流过一个非常宽的、长为6.096m 的热平板。热平板的表面温度为366.48K （93.33 ℃）。试确定：（1）在板末端的流动边界层厚度δ；（2）每单位宽度表面上的总阻力；（3）在板末端的流动边界层厚度
t
δ；(4) 板末端的
局部传热系数x h ；
（5）每单位宽度表面的总热流量。假定导温系数
h m /.2310260-?=α，在该膜温下的导热系数k=0.213W/(m?K)，
密度s m m kg /.,/.2
431065030866957-?==νρ。
2，如图所示，有一冷凝液膜沿壁面温度为T s 的无限宽垂直固壁下流，从而被冷却。设液膜主体温度为T 0，假定只有离壁面很近的液体其温度才有明显变化，过程为稳态，流动为层流，有关的物性为常数。
（1） 试证明???
?
???????? ??-???? ??=2max 2δδy y u u z ，并写出u max 的表达式； （2） 试根据题意对u z 的表达式进行适当的化简；
（3） 结合上述结果化简能量方程，并写出相应的定解条件；
热量的计算
热量的计算 计算公式： ①经某一过程温度变化为△t，它吸收(或放出)的热量．Q表示热量(J)， Q=c×m×△t． Q吸=c×m×（t－t0） Q放=c×m×（t0－t） （t0是初温；t是末温） 其中c是与这个过程相关的比热容 ②固体燃料完全燃烧释放的热量的计算公式：Q放=mq 气体燃料完全燃烧释放的热量的计算公式：Q=Vq Q表示热量(J)，q表示热值(J/kg)，m表示固体燃料的质量(kg)，V表示气体燃料的体积(m3）。 q=Q放/m(固体）；q=Q放/v(气体） Q———某种燃料完全燃烧后放出的热量———焦耳J m———表示某种燃料的质量———千克kg q———表示某种燃料的热值———焦耳每千克J/kg 单位： 热量的单位与功、能量的单位相同．在国际单位制中热量的单位为焦耳(简称焦，缩写为J)．历史上曾定义热量单位为卡路里(简
称卡，缩写为cal)，只作为能量的辅助单位，1卡=4.184焦．注意：1千卡=1000卡=1000卡路里=4184焦耳=4.184千焦 例题详解： 例1将100g水从20℃加热至90℃，要供给多少热量?一根铁钉的质量约10g，从1000℃的红热状态冷却至25℃，会放出多少热量?[c水=4．2×103J／(kg·℃)；c铁=0．46×103J／(kg·℃)] 解析：水吸收的热量Q吸=c水m1(t1-t01)=4．2×103J／(kg·℃)×0．1kg×(90℃一20℃)=2．94×104J，铁钉放出的热量Q放=c铁m2(t02一t2)=0．46×103J／(kg·℃)×0．01kg×(1000℃一25℃)=4．485×103J。
能量传递计算
生态系统中能量流动的计算是近几年高考的热点，考生常因缺乏系统总结和解法归纳而容易出错。下面就相关问题解法分析如下： 一、食物链中的能量计算 1.已知较低营养级生物具有的能量（或生物量），求较高营养级生物所能获得能量（或生物量）的最大值。 例1.若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第四营养级生物最多能获得的能量是（） A. 24kJ B. 192kJ D. 960kJ 解析：据题意，生态系统固定的总能量是生态系统中生产者（第一营养级）所固定的能量，即24000kJ，当能量的传递效率为20%时，每一个营养级从前一个营养级获得的能量是最多的。因而第四营养级所获得能量的最大值为：24000×20%×20%×20%=192kJ。 答案：D 规律：已知较低营养级的能量（或生物量），不知道传递效率，计算较高营养级生物获得能量（或生物量）的最大值时，可按照最大传递效率20%计算，即较低营养级能量（或生物量）×(20%)n（n为食物链中由较低营养级到所需计算的营养级的箭头数）。 2.已知较高营养级的能量（或生物量），求较低营养级应具备的能量（或生物量）的最小值。 例2.在一条有5个营养级的食物链中，若第五营养级的生物体重增加1 kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物量为（） A. 25 kg B. 125 kg C. 625 kg D. 3125 kg
解析：据题意，要计算消耗的第一营养级的生物量，应按照能量传递的最大效率20%计算。设需消耗第一营养级的生物量为X kg，则X=1÷(20%)4=625 kg。 答案：C 规律：已知能量传递途径和较高营养级生物的能量（或生物量）时，若需计算较低营养级应具有的能量（或生物量）的最小值（即至少）时，按能量传递效率的最大值20%进行计算，即较低营养级的生物量至少是较高营养级的能量（或生物量）×5n（n为食物链中，由较低营养级到所需计算的营养级的箭头数）。 3.已知能量的传递途径和传递效率，根据要求计算相关生物的能量（或生物量）。 例3.在能量金字塔中，生产者固定能量时产生了240molO2，若能量传递效率为10%～15%时，次级消费者获得的能量最多相当于多少mol葡萄糖（） B. 解析：结合光合作用的相关知识可知：生产者固定的能量相当于240÷6＝40mol 葡萄糖；生产者的能量传递给次级消费者经过了两次传递，按最大的能量传递效率计算，次级消费者获得的能量最多相当于40×15%×15%＝葡萄糖。 答案：C 规律：已知能量传递效率及其传递途径时，可在确定能量传递效率和传递途径的基础上，按照相应的能量传递效率和传递途径计算。 二、食物网中能量流动的计算 1.已知较高营养级从各食物链中获得的比例，未告知传递效率时的能量计算。 例4.右图食物网中，在能量传递效率为10%～20%时，假设每个营养级的生物从前一营养级的不同生物处获得的能量相等。则人的体重每增加1 kg，至少需要消耗水藻 kg。 解析：由题意知：人从大鱼和小鱼处获得的能量是相等的，小鱼从虾和水藻处获得的能量是相等的，而且，题中“至少”需要多少，应按能量传递的最大效率计算。计算方法如下：
热量的综合计算专题训练
热量的综合计算 1．(2017·重庆A卷)世界卫生组织倡导大家饮用烧开后的水．用天然气灶烧水的过程是通过________(填“做功”或“热传递”)的方法改变水的内能，在标准大气压下，将5 kg初温为20 ℃的水烧开，需要吸收热量____________J．[水的比热容c水＝4.2×103J/(kg·℃)]． 2．(2017·安徽)农作物的秸秆可以回收加工制成秸秆煤．完全燃烧0.5 kg秸秆煤可放出____________J的热量；若这些热量完全被质量为100 kg，初温为20 ℃的水吸收，可使水温升高到________℃[已知q秸秆煤＝2.1×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]． 3．(2017·鄂州)我国是第一个宣布成功实现对可燃冰试开采获得连续稳定产气的国家．可燃冰是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，能直接点燃，1 m3可燃冰在常温常压下可释放出164 m3的天然气．根据以上信息可知，可燃冰是________(填“可再生”或“不可再生”)能源；若1 m3的可燃冰产生的天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则可将____________kg水从0 ℃加热到100 ℃.[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值为 4.2×107 J/m3] 4．(2016·赤峰)如图1所示，做“探究水沸腾时温度变化的特点”实验，在烧杯中加入200 g的水，测得初始温度为18 ℃.用酒精灯加热一段时间后，如图2所示，温度变为________℃；若水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，则水吸收的热量为________J，这些热量相当于完全燃烧________g热值为3.0×107 J/kg的酒精放出的热量． 5．(2017·咸宁)2017年5月18日，我国宣布在南海进行的可燃冰试采获得成功．可燃冰是一种固态晶体，在常温常压下会迅速________(填物态变化)为气态．它的热值约为 1.4×1010 J/m3，2 m3的可燃冰完全燃烧后可放出________J的热量，若这些热量60%被水吸收，可以将________kg的水从0 ℃加热到100 ℃.[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)] 6．(2017·南充)在探究水的沸腾实验中，用酒精灯对水进行加热，实验中完全燃烧了5.6 g酒精，则放出了________J的热量；若这些热量的30%被150 g、25 ℃的水吸收，则水升高的温度是________℃.[已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，酒精的热值为3.0×107 J/kg，环境为1标准大气压] 7．(2016·德州)天然气灶使用方便、经济环保．如图所示，在一个标准大气压下，天然气灶将一壶质量为3 kg、温度为20 ℃的水加热至沸腾，大约需要10 min，已知：水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值为3.5×107 J/m3.求： (1)水吸收的热量； (2)若天然气完全燃烧放出的热量60%被水吸收，烧开这壶水需要多少天然气．
能量传递计算
生态系统中能量流动的计算方法 湖北省恩施州清江外国语学校彭邦凤 生态系统中能量流动的计算是近几年高考的热点，考生常因缺乏系统总结和解法归纳而容易出错。下面就相关问题解法分析如下： 一、食物链中的能量计算 1.已知较低营养级生物具有的能量（或生物量），求较高营养级生物所能获得能量（或生物量）的最大值。 例1.若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第四营养级生物最多能获得的能量是（） A. 24kJ B. 192kJ C.96kJ D. 960kJ 解析：据题意，生态系统固定的总能量是生态系统中生产者（第一营养级）所固定的能量，即24000kJ，当能量的传递效率为20%时，每一个营养级从前一个营养级获得的能量是最多的。因而第四营养级所获得能量的最大值为：24000×20%×20%×20%=192kJ。 答案：D 规律：已知较低营养级的能量（或生物量），不知道传递效率，计算较高营养级生物获得能量（或生物量）的最大值时，可按照最大传递效率20%计算，即较低营养级能量（或生物量）×(20%)n（n为食物链中由较低营养级到所需计算的营养级的箭头数）。 2.已知较高营养级的能量（或生物量），求较低营养级应具备的能量（或生物量）的最小值。 例2.在一条有5个营养级的食物链中，若第五营养级的生物体重增加1 kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物量为（）
A. 25 kg B. 125 kg C. 625 kg D. 3125 kg 解析：据题意，要计算消耗的第一营养级的生物量，应按照能量传递的最大效率20%计算。设需消耗第一营养级的生物量为X kg，则X=1÷(20%)4=625 kg。 答案：C 规律：已知能量传递途径和较高营养级生物的能量（或生物量）时，若需计算较低营养级应具有的能量（或生物量）的最小值（即至少）时，按能量传递效率的最大值20%进行计算，即较低营养级的生物量至少是较高营养级的能量（或生物量）×5n（n为食物链中，由较低营养级到所需计算的营养级的箭头数）。 3.已知能量的传递途径和传递效率，根据要求计算相关生物的能量（或生物量）。 例3.在能量金字塔中，生产者固定能量时产生了240molO2，若能量传递效率为10%～15%时，次级消费者获得的能量最多相当于多少mol葡萄糖？（） A.0.04 B. 0.4 C.0.9 D.0.09 解析：结合光合作用的相关知识可知：生产者固定的能量相当于240÷6＝40mol葡萄糖；生产者的能量传递给次级消费者经过了两次传递，按最大的能量传递效率计算，次级消费者获得的能量最多相当于40×15%×15%＝0.9mol葡萄糖。 答案：C 规律：已知能量传递效率及其传递途径时，可在确定能量传递效率和传递途径的基础上，按照相应的能量传递效率和传递途径计算。 二、食物网中能量流动的计算 1.已知较高营养级从各食物链中获得的比例，未告知传递效率时的能量计算。
传递过程原理复习题最后报告
《传递工程基础》复习题 第一单元传递过程概论 本单元主要讲述动量、热量与质量传递的类似性以及传递过程课程的内容及研究方法。掌握化工过程中的动量传递、热量传递和质量传递的类似性，了解三种传递过程在化工中的应用，掌握牛顿粘性定律、付立叶定律和费克定律描述及其物理意义，理解其相关性。熟悉本课程的研究方法。 第二单元动量传递 本单元主要讲述连续性方程、运动方程。掌握动量传递的基本概念、基本方式；理解两种方程的推导过程，掌握不同条件下方程的分析和简化；熟悉平壁间的稳态层流、圆管内与套管环隙中的稳态层流流动情况下连续性方程和奈维－斯托克斯方程的简化，掌握流函数和势函数的定义及表达式；掌握边界层的基本概念；沿板、沿管流动边界层的发展趋势和规律；边界层微分和积分动量方程的建立。 第三单元热量传递 本单元主要讲述热量传递基本方式、微分能量方程。了解热量传递的一般过程和特点，进一步熟悉能量方程；掌握稳态、非稳态热传导两类问题的处理；对一维导热问题的数学分析方法求解；多维导热问题数值解法或其他处理方法；三类边界问题的识别转换；各类传热情况的正确判别；各情况下温度随时间、地点的分布规律及传热通量。结合实际情况，探讨一些导热理论在工程实践中的应用领域。 第四单元传量传递 本单元主要介绍传质的基本方式、传质方程、对流传质系数；稳定浓度边界层的层流近似解；三传类比；相际传质模型。掌握传质过程的分子扩散和对流传质的机理；固体中的分子扩散；对流相际传质模型；熟悉分子扩散微分方程和对流传质方程；传质边界层概念；沿板、沿管的浓度分布，传质系数的求取，各种传质通量的表达。
第一部分 传递过程概论 一、填空题： 1. 传递现象学科包括 动量 、 质量 和 热量 三个相互密切关联的主题。 2. 化学工程学科研究两个基本问题。一是过程的平衡、限度；二是过程的速率以及实现工程所需要的设备。 3. 非牛顿流体包括假塑性流体，胀塑性流体，宾汉塑性流体 （至少给出三种流体）。 4．分子扩散系数（ν ，α ，D AB ）是物质的物理性质常数，它们仅与__温度__ ， ___压力 ___和___组成__等因素有关。 5.涡流扩散系数（E ）则与流体的__性质____无关、而与__湍动程度_____，流体在管道中的 ____所处位置____和___边壁糙度_____等因素有关。 6.依据流体有无粘性，可以将流体分为____粘性_______流体和理想_______流体。 7.用于描述涡流扩散过程传递通量计算的三个公式分别为：____ _、_______ 和 ________ __。 8.动量、热量及质量传递的两种基本方式是 对流 和 扩散 ，其中，前者是指由于 流 体宏观流动 导致的传递量的迁移，后者指由于传递量 浓度梯度 所致传递量的迁移。 9.分子传递的基本定律包括 牛顿粘性定律 ， 傅立叶定律 和 费克定律 ，其数学定 义式分别为 dy du μτ-= ， dy dt k A q -=?? ? ?? 和 dy dC D j A AB A -= 。 10. 依据守恒原理运用微分衡算方法所导出的变化方程包括连续性方程、能量方程、运动方 程和对流扩散方程。 11.描述分子传递的现象方程及牛顿粘性定律 、傅立叶定律和费克定律称为本构方程。 12. 依据质量守恒、能量守恒和动量守恒原理，对设备尺度范围进行的衡算称为总衡算或宏 观衡算；对流体微团尺度范围进行的衡算称为微分衡算或微观衡算。 13.通过微分衡算，导出微分衡算方程，然后在特定的边界和初始条件下通过梳理解析方法， 将微分方程求解，才能得到描述流体流动系统中每一点的有关物理量随空间位置和时间的变 化规律。 14. 传递现象所遵循的基本原理为一个过程传递的通量与描述该过程的强度性质物理量的 梯度成正比，传递的方向为该物理量下降的方向。 15.传递现象的基本研究方法主要有三种，即理论分析方法、实验研究方法和数值计算方法。 二、基本概念 1. 流体质点 2. 连续介质 3. 稳态流动、非稳态流动 三、名词解释 1.压力、黏度、通量 2 不可压缩流体，可压缩流体，粘性流体，理想流体，非牛顿流体，非牛顿流体的几种类型？
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有关热量的计算例题 [例1]有一高温物体被投入质量为10kg、温度为20℃的水中，如果传给水的热量是2.73×106J，则水的温度会升高到多少度。 [分析]将热量的计算公式变形，然后代入数值即可求解。 [解]由公式Q吸=cm(t t0)变形可得 [答]水的温度会升高到85℃。 [例2]甲物体的质量是乙物体质量的4倍，当甲的温度从20℃升高到70℃，乙的温度从40℃升高到60℃时，甲，乙两物体吸收的热量之比为5∶1，则甲 的比热与乙的比热之比是多少？ [答]甲、乙两物体的比热之比是1∶2。 [例3]使质量相等的铜块和铁块吸收相等的热量后互相接触(c铜 D．无法确定 [分析]发生热传递的条件是两物体存在温度差，要确定铜块和铁块之间是否有热量传递，决定于它们吸收了相同的热量后，各自的末温是否相等，如果相等，则不发生热传递；如果不相等，那么热量就从高温物体传到低温物体，根据热量公式 Q吸=cm·Δt升 质量相等时，由于c铜 化工原理习题第二部分热量传递 一、填空题： 1.某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料，其厚度为240mm，λ=0.57w/m.K，此时单位面积的热损失为____ 1140w ___。(注:大型容器可视为平壁) 2.牛顿冷却定律的表达式为____ q=αA△t _____，给热系数（或对流传热系数）α的单位是__ w/m2.K _____。 3.某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=____27.9K _____。 3. 某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃，冷流体的进出口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=____ 41.6K _____。 4.热量传递的方式主要有三种:__ 热传导___、___热对流 ____、热辐射。 5.对流传热中的努塞特准数式是＿＿Nu＝αｌ/λ＿＿＿＿, 它反映了对流传热过程几何尺寸对α的影响。 6.稳定热传导是指传热系统中各点的温度仅随位置变不随时间而改变。 7.两流体的间壁换热过程中，计算式Q＝α.A.△ｔ，A表示为α一侧的换热壁面面积_______。 8.在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K.A.△t中，A表示为____________ A 泛指传热面, 与K 相对应________。 9.两流体进行传热,冷流体从10℃升到30℃,热流体从80℃降到60℃，当它们逆流流动时, 平均传热温差△tm=_____ 50℃_______，当并流时,△tm=___ 47.2℃______。 10.冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T＝400℃，出口温度T 为200℃，冷气体进口温度ｔ＝50℃，两股气体的质量流量相同,物性数据可视为相同,若不计热损失时，冷气体出口温度为＿250_＿℃；若热损失为5％时，冷气体出口温度为＿＿240℃＿。 11.一列管换热器，列管规格为φ38×3, 管长4m,管数127根，则外表面积F=__F1=127×4π×0.038=60.6m2，而以内表面积计的传热面积F____ F2=127×4π×0.032=51.1m2__________。 专题专练——能量传递效率的计算 一、选择题 1．一只羊在一年内吃了100 kg的草，排出20 kg的粪，长了10 kg的肉(不考虑其他散失)，下列有关说法不正确的是( ) A．该羊一年的同化量是80 kg B．第一营养级到第二营养级的能量传递效率为10% C．20 kg的粪属于羊未同化的能量 D．该羊一年的呼吸量是70 kg [解析]羊一年的同化量＝摄入量－粪便量＝80(kg)。粪便中的能量是羊未同化的能量。羊一年的呼吸量＝同化量－有机物积累量＝70(kg)。题干中未指出草的同化量，故不能计算出第一营养级到第二营养级的能量传递效率。 [答案] B 2．有一食物网如下图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚增加1 kJ的能量，丙最少含多少能量( ) A．550 kJ B．500 kJ C．400 kJ D．100 kJ [解析]设丙的能量为x，经丙→丁→己→庚传递到庚的能量为0.5 kJ，则需要丙0.5÷(10%)3＝500(kJ)，经丙→戊→庚传递到庚的能量为0.5 kJ，则需要丙0.5÷(10%)2＝50(kJ)，即丙最少含500＋50＝550(kJ)的能量。 [答案] A 3．右图为一食物网。若要使丙体重增加x，已知其食用的动物性食物(乙)所占比例为a，则至少需要的生产者(甲)的量为y，那么x与y的关系可表示为( ) A．y＝90ax＋10x B．y＝25ax＋5x C．y＝20ax＋5x D．y＝10ax＋10x [解析]由题干中的“至少”可知，应该按最大传递效率20%计算，a表示动物性食物(乙)所占比例，则1－a表示直接从生产者(甲)获得食物所占比例，故有(1－a)x÷20%＋ax÷20%÷20%＝y，即y＝20ax＋5x。 [答案] C 4．由于“赤潮”，一条4 kg的杂食海洋鱼死亡，假如此杂食鱼的食物有1/2来自植物，1/4来自草食鱼类，1/4来自以草食鱼类为食的小型肉食鱼类，能量传递效率按20%计算，该杂食鱼从出生到死亡，共需海洋植物( ) A．28 kg B．280 kg C．16 kg D．160 kg [解析]依题意构建食物网，如图所示。 从图中可看出，杂食海洋鱼的食物来自3条食物链，分别是①海洋植物→杂食海洋鱼，②海洋植物→草食鱼类→杂食海洋鱼，③海洋植物→草食鱼类→小型肉食鱼类→杂食海洋鱼。能量传递效率按20%计算，由①得：4×(1/2)÷20%＝10(kg)；由②得：4×(1/4)÷20%÷20%＝25(kg)；由③得：4×(1/4)÷20%÷20%÷20%＝125(kg)。故共消耗海洋植物的量为10＋25＋125＝160(kg)。 [答案] D 二、非选择题 5．(2015·济南模拟)下图是某草原生态系统中部分营养结构。请据图回答下列问题。 (1)若草固定的总能量为6.8×109 kJ，食草昆虫和鼠同化的总能量是1.3×108 kJ，则人最多能获得的能量________ kJ。 (2)若蛇取食鼠的比例由1/4调整到3/4，从理论上分析，改变取食比例后蛇体重增加1 kg，人能比原来多增重________ kg(能量传递效率按20%计算)。 [解析](1)(6.8×109－1.3×108÷20%)×(20%)2＝2.46×108kJ。(2)改变前：1 kg蛇消耗草为3/4÷(20%)3＋1/4÷(20%)2＝100 kg；改变后：1 kg蛇消耗草为1/4÷(20%)3＋3/4÷(20%)2＝50 kg，所以改变后与改变前相比节余的50 kg草可流向人。故人比原来增重了50×20%×20%＝2 kg。 [答案](1)2.46×108(2)2 6．(2015·苏北四市联考)某自然保护区地震后，据不完全统计，植被毁损达到30%以 2019-2020 年中考物理小专题（一）有关热量的计算（含答案） 热量的计算包括：热传递过程中吸热与放热的计算，燃料燃烧释放热量的计算，热机、 锅炉、太阳能集热器等设备利用热量的计算. 类型 1 一般吸放热计算 吸热公式： Q吸=cm t =cm（ t － t 0）； 放热公式： Q放=cm t=cm（ t 0－ t ）； 燃料燃烧放热公式： Q=mq或 Q=V q . 放 (2015 ·曲靖 ) 人人讨厌垃圾，对其避之不及，现在人们已可将垃圾变废为宝．如通过在 封闭的炉中焚烧垃圾，臭气能得到分解，焚烧时产生的热可用来发电，利用化学方法将焚炮时所产生的一些物质可合成多种化工产品．某处理厂在高温高压下通过催化剂的作用可以用 1 吨某种垃圾生产出 170 kg的燃料油． 问：若燃料油的热值为 4.2 ×10 7J/ kg，完全燃烧 1 kg这种燃料油放出的热量 ________ J ，这些热量可以使 ________ kg 水温度从 20℃升高到 100 ℃.[c 水＝4.2 ×10 3 J /(·℃ )] kg 解答有关热量计算问题，应熟练吸热公式 Q吸＝ cm t 、燃料完全燃烧放热公 式 Q放＝ Vq、 Q放＝ mq的掌握和运用，计算时注意t指的是温度的变化量，注意固体燃料热值单位 ( J/ kg) 3 的区别． 与气体燃料热值单位 ( J/ m) 类型 2热量的利用效率问题 热机效率：热机工作时，用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的热量之比 叫做热机的效率，即η＝ Q有用 /Q 总＝ Q吸 /Q 放． 利用效率还可以求出Q吸＝ηQ放、 Q放＝ Q吸 / η . 锅炉、热机、太阳能热水器等设备的效率也可以利用公式η ＝Q有用/Q总计算． (2013 ·云南 ) 某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10 kg的水加热，同时他们绘制了如 图所示的加热过程中水温随时间变化的图线．若在 6 min内完全燃烧了 2 kg的煤，其中c 水＝4.2 ×10 3J/( kg·℃ ) ，煤的热值约为3×107J/ kg. 求： (1)煤完全燃烧产生的热量； (2)经过 6 min时间加热，水所吸收的热量； (3)煤炉烧水时的热效率． 第三章、热量传递练习题 一、填空(10小题,共20分) 1．热流体和冷流体在列管换热器内换热,若冷流体传热膜系数远大于热流体传热膜系数, 则此时管壁温度接近于流体温度。 2．某间壁式换热器传热面积为2.5 m2，传热平均温差为45 K，传热速率为9000 W，则该换热器此时的总传热系数K=。 3．由化工手册中查得常温下钢的导热系数为42 kcal·h‐1·m‐1·K‐1（原工程制单位），换算成国际单位制（SI）单位，应为。 4．流体需要加热到100～180 ℃的温度范围时,最适宜的加热剂是 ; 流体需要冷却到30～80 ℃的温度范围时,最适宜的冷却剂是。 5．在规定条件下，新的换热器用饱和水蒸气可将流体从323 K加热至338 K。使用一段时间后，管壁出现污垢，在完全相同的操作条件下进行换热，则此时被加热流体的出口温度将 338 K。 6． 两种流体在套管换热器中进行逆流换热（无相变）时，若热流体进口温度T1上升，而热流体质量流量、冷流体质量流量、冷流体的进口温度及物性数据均保持不变，则冷流体出口温度将。 7．两流体在套管换热器中逆流换热, 热流体从125 ℃降到60 ℃, 冷流体从25 ℃升到80 ℃, 则其平均温度差为K。 8．多程列管式热交换器的程数多少视需要而定。工业上，常用的U形管式列管热交换器为一种程热交换器。多程列管式热交换器有利于传热，但随程数增多，流体阻力就会。 9．用饱和蒸汽的冷凝来加热冷流体，冷热流体的进出口温度不变，以逆流和并流两种方式进行间壁换热，逆流时对数平均温差为，并流时为，其大小为。 10．管内用水作冷却剂冷凝管外水蒸气,若要强化传热,应设法增大管侧的传热膜系数才比较有效。 二、判断题(5小题,共10分) 1． 第六章 1. 试根据傅立叶定律，推导固体或静止介质中三维不稳态导热的热传导方程。设导热系数为常数。 解：如本题附图所示，将热力学第一定律应用于此微元体得 （微元体内能的增长速率） =（加入微元体的热速率） 采用欧拉方法，上述文字方程可表述如下，即 dxdydz Q dxdydz U θ ρθρ??=??? （1） 式中，ρ为微元体的密度，dxdydz 为微元体的体积，ρdxdydz 为微元体的质量。 加入流体微元的热速率有三种：一为由环境导入微元体 的热速率；二为微元体的发热速率，用q 表示，其单位为)s m /(J 3 ?；三为辐射传热速率，一般温度下其值很小，可忽略不计。 由环境导入微元体的热速率，可确定如下。 如图所示，设沿三个坐标方向输入微元体的导热通量分别为x A q )(、y A q )(和z A q )(，由于微元体沿各方向的导热系数相等，则沿x 方向输入微元体的热速率为x A q )(dydz ，而 沿x 方向输出微元体的热速率为 dydz dx A q x A q x x ? ?? ??????? ???? + )()( 于是，沿x 方向净输入微元体的热速率为 dxdydz x t k dxdydz A q x dydz dx A q x A q dydz A q x x x x 22 )()()()(??=??? ?????-=???? ??????????+- 同理，沿y 方向净输入微元体的热速率为 dxdydz A q y y ?? ? ?????- )(dxdydz y t k 2 2 ??= 沿z 方向净输入微元体的热速率为 dxdydz A q z z ?? ??????-)(dxdydz z t k 2 2 ??= 于是，以导热方式净输入微元体的热速率为 2 2 2 22 2 ()t t t k dxdydz x y z ???+ + ??? 由于向微元体中加入的热速率为导热速率与微元内部发热速率qdxdydz 之和，故式（1） 右侧可写为 习题1 附图 中考物理热量计算的压轴题及答案 中考真题 人类的祖先钻木取火，为人类文明揭开了新的一页，钻木取火的一种方法如图所示，将削尖的木棒伸到木板的洞里，用力压住木棒来回拉动钻弓，木棒在木板的洞里转动时，板与棒互相摩擦，机械能转化为内能.而热集中在洞内，不易散发，提高了木棒尖端的温度，当达到约260℃时木棒便开始燃烧，因木头是热的不良导体，故受热厚度很薄，木棒受热部分的质量只有0.25g.已知：来回拉一次钻弓需1.0s，弓长为s=0.25m，人拉弓的力为16N，木头比热c=2×103 J/(kg·℃)，室温为20℃. 问： (1)人来回拉一次钻弓克服摩擦力所做的功为多少? (2)人克服摩擦力做功使机械能转化为内能，若其中有25%被木 棒尖端吸收，则1s内可使木棒尖端温度提高多少℃? (3)请你估算用多长时间才能使木棒燃烧起来? 【示范解析】 (1)人来回拉一次钻弓克服摩擦力所做的功W=2FS=2×16N×0.25m=8J;(2)木棒尖端吸收的热量Q=ηW=25%×8J=2J，木棒尖端升高的温度△t=Q/cm=2 J/[2×103J/(kg.℃)×0.25×10-3kg]=4℃;(3)使木棒燃烧起来的时间 t=(260℃-20℃)÷4℃/s=60s. 拓展延伸 1.阅读下面的短文，回答问题， 太阳能热水器 太阳能热水器是利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要.它具有安全、节能、环保等优点. 如图1所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是妾许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空.如图1所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料;另一部分是保温储水箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通. 玻璃吸热管工作原理如图2所示：当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热.向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动;背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度.玻璃吸热管具有吸热保温作用 . 请回答以下问题： (1)玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，所受到的浮力_______重力. (2)能否将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上?简单说明理 由.___________ _____________________________________________________________________ _______. (3)将质量为100kg初温为20℃的水加热到60℃，求这些水需要吸收多少热量?[水的比热容是4.2×103J/(kg.℃)] (4)某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m2，热效率为η=40%(即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%转化为水的热能)，该地点太阳能辐射到地面的平均功率为P=1.4×103W/m2(即平均每平方米每秒钟太阳辐射能为1.4×103J).在第(3)小题中水吸收的热量由该热水器提供，求需要加热多少小时? 能量传递中的计算题 1、在能量金字塔中，生产者固定能量时产生了240molO2，若能量传递效率为10%～15%时，次级消费者获得的能量最多相当于多少mol葡萄糖？（ C ） A.0.04 B. 0.4 C.0.9 D.0.09 2、下图食物网中，在能量传递效率为10%～20%时，假设每个营养级的生物从前一营养级的不同生物处获得的能量相等。则人的体重每增加1 kg，至少需要消耗水藻 975 kg。 3、在某生态系统中，1只2 kg的鹰要吃10 kg的小鸟，0.25 kg 的小鸟要吃2 kg的昆虫，而100 kg的昆虫要吃1000 kg的绿色植物。若各营养级生物所摄入的食物全转化成能量的话，那么，绿色植物到鹰的能量传递效率为（ C ） A. 0.05% B. 0.5% C. 0.25% D. 0.025% 4、下图为某生态系统食物网简图，若E 生物种群总能量为 ，B 生物种群总能量为，从理论上计算，A贮存的总能量最少为（ B ） A. B. C. D. 5、已知某营养级生物同化的能量为1000kJ，其中95%通过呼吸作用以热能的形式散失，则其下一营养级生物获得的能量最多为（ C ） A. 200kJ B. 40kJ C. 50kJ D. 10kJ 6、在能量金字塔中，如果生产者在光合作用过程中产生240mol 的氧气，其全部用于初级消费者分解血糖，则其释放并贮存在ATP中的能量最多有（ C ）可被三级消费者捕获？ A. B. C. D 、 7、在一片草原上，假如一年中，至少有70000只昆虫生活才可养活一只食虫鸟，而食虫鸟若按10%的能量传递率将能量传给鹰，则理论上每年大约需要3000只食虫鸟才能维持一只鹰的生存，那么如果鹰只靠捕食食虫鸟来生活，则每年至少需要（ C ）只昆虫才能保证一只鹰的生存？ A. B. C. D. 无法统计 8、在“棉花→棉蚜→食蚜蝇→瓢虫→麻雀→鹰”这条食物链中，如果食蚜蝇要有5m2的生活空间才能满足自身的能量需求，则一只鹰的生活空间至少是（ D ） A. B. C. D. 9、具有三个营养级的能量金字塔，最上层的体积是最下层的（ B） A. 10%~20% B. 1%~4% C. 0.1%~1% D. 1%~10% 10、某生态系统中初级消费者和次级消费者的总能量分别是W1和W2，当下列哪种情况发生时，最有可能使生态平衡遭到破坏？（ D ） A. W1>10W2 B. W1>5W2 C. W1<10W2 D. W1<5W2 11、某海滩黄泥螺种群现存量约3000吨，正常状况下，每年该种群最多可增加300吨，为充分利用黄泥螺资源，又不影响可持续发展，理论上每年最多捕捞黄泥螺的吨数为（ D ） A. 3000 B. 1650 C. 1500 D. 不超过 300 1 小专题：热量的计算 类型1 燃料烧水 1、（2018·衡阳）我国的秦山核电站，目前每分钟的安全发电量，相当于少消耗烟煤13.0 t。 （1）如果13.0 t烟煤完全燃烧，放出的热量为多少？（烟煤的热值为2.9×107 J/kg） （2）假设13.0 t烟煤在煤炉中完全燃烧，放出的热量部分被水吸收，可以使4×105 kg的水从20 ℃升高到100 ℃，求：水吸收的热量为多少？[c水＝4.2×103 J/（kg·℃）] （3）求煤炉加热水的热效率．（用百分数表示，结果保留两位有效数字） 2、（2018·桂林）若家用天然气的热值为4.2×107 J/kg，水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃）． （1）完全燃烧0.04 m3天然气放出的热量是多少？ （2）若某新型天然气灶烧水的效率为40%，完全燃烧0.04 m3天然气，可使室温下5 kg的水温度升高多少？ 3、如图，天然气灶在一个标准大气压下，将一壶质量为3 kg、温度为20 ℃的水，加热至沸腾，大约需要10 min，已知：水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为3.5×107 J/m3.求： （1）水吸收的热量； （2）若天然气完全燃烧放出的热量60%被水吸收，烧开这壶水需要多少天然气． 答案： （1）Q放＝mq＝13.0×103 kg×2.9×107 J/kg＝3.77×1011 J （2）Q吸＝cm水Δt＝4.2×103 J/（kg·℃）×4×105 kg×（100 ℃－20 ℃）＝1.344×1011 J （3）η＝ Q吸 Q放 ＝ 1.344×1011 J 3.77×1011 J ≈36% 答案： （1）Q放＝Vq＝0.04 m3×4.2×107 J/m3＝1.68×106 J （2）Q吸＝Q放×40%＝1.68×106 J×40%＝6.72×105 J 由Q吸＝cmΔt，得：Δt＝ Q吸 cm ＝ 6.72×105 J 4.2×103 J/（kg·℃）×5 kg ＝32 ℃ 答案： （1）Q吸＝cm（t－t0）＝4.2×103 J/（kg·℃）×3 kg×（100 ℃－20 ℃）＝1.008×106 J （2）由η＝ Q吸 Q放 得，Q放＝ Q吸 η ＝ 1.008×106 J 60% ＝1.68×106 J 由Q放＝Vq得，V＝ Q放 q ＝ 1.68×106 J 3.5×107 J/m3 ＝4.8×10－2 m3 《化工传递过程导论》课程第九次作业解题参考 第5章 热量传递及其微分方程 1. 某不可压缩的黏性流体层流流过与其温度不同的无限宽度的平板壁面。设流动为定态，壁温及流 体的密度、黏度等物理性质恒定。试由方程(5-13a)出发，简化上述情况的能量方程，并说明简化过程的依据。 解：课本(5-13a)式如下： 222222()x y z T T T T T T T u u u t x y z x y z α???????+++=++??????? 由题意可知，定态流动0T t ?? =?。在直角坐标系中，三维方向对应长、宽、高，题中“无限宽度的平板壁面”则可认为是在宽这个维度上无限，姑且设定此方向垂直于纸面且为z 方向，故可认为题意所指流动过程为二维流动，且 0z u = 且2200T T z z ??=?=?? 则(5-13a)式可简化为 2222()x y T T T T u u x y x y α????+=+???? 如果引入热边界层概念，则基于尺度和量级的考虑，可进一步简化上式为 22x y T T T u u x y y α???+=??? 其中，y 方向为垂直主流方向（x ）的距壁面的距离。 2. 假定人对冷热的感觉是以皮肤表面的热损失（刘辉注：换言之，是传热或散热速率）作为衡量依 据。设人体脂肪层的厚度为3mm ，其内表面温度为36℃且保持不变。在冬天的某一天气温为-15℃。无风条件下裸露皮肤表面与空气的对流传热系数为25W/(m 2·K)；有风时，表面对流传热系数为65W/(m 2·K)。人体脂肪层的导热系数k ＝0.2W/(m ·K)。试确定： (a) 要使无风天的感觉与有风天气温-15℃时的感觉一样（刘辉注：换言之，是传热或散热速率一样），则无风天气温是多少？ (b) 在同样是-15℃的气温下，无风和刮风天，人皮肤单位面积上的热损失（刘辉注：单位面积上的热损失就是传热通量）之比是多少？ 解：（a ）此处，基本为对象是：人体皮下为脂肪层，层内传热为导热；体外或体表之外暴露在流动的空气中，紧邻表面之上为对流传热。上述导热和对流传热为串联过程，在定态下（如空气流动相 专题四有关热量的计算 一、中考考点 1.热量的概念，比热容、热值的概念。 2.利用比热解释简单的热现象，尽量利用公式Q=cmΔt进行分析。 3.分清题目的已知量、谁吸热、谁放热，找出所求量,再建立等量关系，运用Q=cmΔt或Q=mq进行计算。 二、中考题型说明 热量的计算题型在中考中有以下几种： 1.涉及热量计算求其他量比值及比较大小的问题： （1）一般是先列出相关物体的吸（放）热方程，（2）然后通过公式变形列出要求的比例式， （3）最后代入数值计算求解。 2.“探究”型试题的解题方法是： （1）抓住题中提出的“问题”；（2）围绕“问题”搜集实验数据和相关材料；（3）通过实践和实例进行分析，论证，总结；（4）运用准确的物理语言或数学表达式回答“问题”，得出结论。 3.信息题型： 物理信息题中有大量的信息，要求学生对信息进行过滤加工，把物理问题具体化，抓住本质特征，舍弃次要因素，进而解决实际问题。 三、例题解析 例一、涉及热量计算求其他量比值及比较大小的问题 质量相等的金属块A和B，放在沸水壶中煮10分钟后取出，马上分别投入质量相同、温度相同的两杯水中，到两杯水的温度不再上升时，测量发现放在A的水温高于放在B的水温，则（） A、金属块A的比热容大 B、金属块A原来的温度高 C、金属块A有较多的热量 D、金属块A有较好的导热性 [思考步骤]： （1）先列出相关物体的吸（放）热方程（2）通过公式变形列出要求的比例式（3）代入数值计算求解[针对练习]：冷水的质量为m，温度为t 1，吸收一定的热量后，温度升高到t；另有质量为2 m热水，放出同样多的热量后，温度也降到t，那么热水原来的温度为（） A. 3 2 1 t t - B. 3 2 1 t t - C. 32 3 1 t t - D. 2 3 1 t t - 例二、“探究”型试题 小明在做早餐时发现，同样情况下，煮沸一锅牛奶与煮沸同质量的豆浆用的时间不同，这是为什么呢？请你运用所学的物理知识，针对其中的原因，提出一个猜想，并简述验证这个猜想的办法。 [思考步骤]： （1）抓住题中提出的“问题”（2）围绕“问题”搜集实验数据和相关材料（3）通过实践和实例进行分析，论证，总结（4）运用准确的物理语言或数学表达式回答“问题”，得出结论 [针对性练习]：今年小麦丰收了，有的农民将小麦放在有车辆行驶的柏油马路上晾晒。请你说出这种做法的利和弊。⑴利： ； ⑵弊： 。 例三、信息题型 设计汽车发动机时，既要考虑能量的利用效率，也要考虑发动机的冷却问题。为了防止发动机过热，汽车的冷却系统常用水的循环来降低发动机的温度。5kg在冷却系统中升高50℃，所吸收的热量是多少？柴油在某汽车发动机汽缸内燃烧时，如果每分钟释放1.2×107J的能量，发动机输出的功率是8.5×104w，则此汽车发动机的效率是多少？（c 水 =4.2×103J/kg·℃） [思考步骤]： （1）学生对信息进行过滤加工（2）把物理问题具体化（3）抓住本质特征，舍弃次要因素（4）解决实际问题。 其中“吸热功率”是指：在阳光照射下，集热管每秒钟吸收太阳辐射的能量（热量）。若此热水器中装满20℃的冷水，按最大吸热功率计算，求4小时后水所达到的温度［不计热量散失，水的密度为101033 ./ ?kg m，水的比热容为42103 ./() ?J kg·℃］ 三．专题测试 1、两物体之间没有发生热传递，是因为它们具有相同的（） A、热量 B、温度 C、内能 D、比热容 2、下面说法正确的是（） A、比热大的物体放出的热量不一定多 B、质量大温度高的物体放出的热量一定多 C、质量相同初温不同的两个物体，升高相同的温度，吸收的热量也相同，则两物体的比热容一定不同 D、把一大杯热水与一小杯冷水混合，当它们温度相同时，热水放出的热量一定大于冷水吸收的热量 3、由同种物质组成的甲、乙两物体，质量之比为2：1，它们降低的温度之比为1：4，则它们放出的热量之比是（） A、2；1 B、1：2 C、1：1 D、1：4 4、一个热水袋内装1kg水，水温从90℃降到20℃，它放出的热量为J。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)] 5、随着科技的发展，现在太阳能热水器的效率越来越高，不少单位、家庭安装了太阳能热水器。安全、化工原理习题第二部分热量传递答案
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