中国石油大学(北京)工程热力学与传热学-试题04

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工程热力学与传热学-试题类型

工程热力学与传热学》试题参考类型一.填空与选择题（每题2分，共68分）1. 在____________________________________的条件下（重力场除外），如果系统的宏观性质不随____________________ 变化，则该系统处于平衡状态。

2. 在工程热力学中，热力学能是指不涉及化学能和原子能的 ___________________________________与_______________________________ 之和，即所谓的热能。

3. 理想气体在p-v图上的4个过程如图所示，放热并升温的过程是 _________________ 。

4. ____________________________________________________________________________ 理想气体在T-s图上的4个过程如图所示，压力升高且体积膨胀的过程是______________________________n-k5. 开口系统稳定流动的能量方程可写成____________________________________________ ，对节流孔板可简化为_____________________________________________________________ 。

6. 状态公理指出，对于简单可压缩系统，只需____________________________________________ 便可确定它的平衡状态。

7. 理想气体的 C P -6= _________________________ ，与温度 ___________________ （有关或无关）。

8. 某理想气体由状态 1（p i , T i ）变化到状态2（P 2,T 2）,其比熵的变化丄s = _________________________9. 绝热刚性容器被一隔板分成 A 、B 两部分，A 中装有空气（理想气体），B 为真空。

工程热力学与传热学_第4章_热力学第二定律(1)

0 T T1 T2 0
1 2
v
0
T T1 T2
1 2
v
4 Δs
3
4
3
s
0
Δs
s
卡诺循环
逆向卡诺循环
卡诺制冷循环的制冷系数：

q2 w net q2 q 1 q 2 T
2 2
T 1 T
高温热源 T1
q1 wnet=q1-q2
制冷机热泵
卡诺热泵循环的供热系数：

q1 w net q1 q 1 q 2 T
2 1
整理：
Q2 T2

Q1 T
1
Q1，Q2 改为代数值：
Q1 T1

Q T
2 2
0
对任意不可逆循环：
p
1
s
a
用一组可逆绝热线分割成许多个微元不可逆循环。
对微元不可逆循环abcda：
Q1
T1
b
A
2
B 0
d
c v
Q
T
2
2
0
对全部不可逆循环积分：

Q1
T1

1A2

Q 2
4-3-3 闭口系统的熵方程
不可逆过程中的熵变：
dS dS
dS
Q
T
Q
T
Q
T
dS
g
令：因此：
说明
dS
f

Q
T
f
dS dS
dS g
——闭口系统的熵方程。适用：闭口系统的各种过程和循环。
熵流 dS
ห้องสมุดไป่ตู้

《工程热力学》(第四版)习题提示及答案04章习题提示与答案

习题提示与答案第四章理想气体的热力过程4-1 设气缸中有0.1 kg 二氧化碳，其压力为0.1 MPa 、温度为27 ℃。

如进行一个定压过程，气体对外作功3kJ 。

设比热容为定值，试求过程中气体热力学能和熵的变化以及气体吸收的热量。

提示：理想气体；Q =ΔU +W ；ΔU =mc V 0ΔT ；12120ln lnp pR T T c s p g Δ-=。

答案：ΔU ＝10.5 kJ ，ΔS ＝0.036 11 kJ/K ，Q ＝13.5 kJ 。

4-2 有一气缸，其中氮气的压力为0.15 MPa 、温度为300 K 。

如果按两种不同的过程变化：(1)在定压下温度变化到450 K ；(2)在定温下压力下降到0.1 MPa 。

然后在定容下变化到0.15 MPa 及450 K 。

设比热容为定值，试求两种过程中热力学能和熵的变化以及从外界吸收的热量。

提示：略。

答案：(1)u Δ＝111.15 kJ/kg ，s Δ＝0.421 kJ/(kg ·K)，q 1-2＝155.7 kJ/kg 。

(2)u Δ＝111.15 kJ/kg ，s ∆＝0.421kJ/(kg ·K)，q 1-3-2＝147.25 kJ/kg 。

4-3 设气缸中空气的压力为0.5 MPa 、温度为600 K ，若经绝热过程膨胀到0.1 MPa ，试求膨胀终了的温度及比体积：(1)按定值比热容计算；(2)按空气的热力性质表进行计算。

提示：(2) 1200ln 12p p R S S g T T +=；依02T S ,由热力性质表确定T 2 及v r2。

答案：(1) T 2＝378.8 K ，v 2＝1.089 m 3/kg ；(2) T 2＝382.6 K ，v 2＝1.10 m 3/kg 。

4-4 柴油机吸气终了时气缸中空气的温度为60 ℃、压力为0.1 MPa 。

为使压缩终了时空气温度超过柴油的自燃温度以使其着火，故要求压缩终了的温度至少为720 ℃。

2020年中国石油大学北京网络学院工程热力学与传热学-第二阶段在线作业参考答案

中国石油大学北京网络学院
工程热力学与传热学-第二阶段在线作业
参考答案
1.（
2.5分）干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为：
A、未饱和水
B、饱和水
C、湿蒸汽
D、过热蒸汽
我的答案：D 此题得分：2.5分
2.（2.5分）湿空气的d一定时，温度越高，其吸湿能力：
A、越强
B、越弱
C、相等
我的答案：A 此题得分：2.5分
3.（2.5分）湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于：
A、含湿量
B、相对湿度
C、露点
我的答案：A 此题得分：2.5分
4.（2.5分）再热循环的目的是：
A、提高蒸汽初温
B、提高蒸汽初压
C、降低冷凝压力
D、增加蒸汽干度
我的答案：D 此题得分：2.5分
5.（2.5分）回热循环的主要目的是：
A、提高蒸汽初温
B、提高蒸汽初压
C、降低冷凝压力
D、提高进入锅炉的给水温度。

中国石油大学热工基础典型问题第三章理想气体的性质与热力过程

工程热力学与传热学第三章理想气体的性质与热力过程典型问题分析一. 基本概念分析1 c p ，c v ，c p -c v ，c p /c v 与物质的种类是否有关，与状态是否有关。

2 分析此式各步的适用条件:3将满足下列要求的理想气体多变过程表示在p-v 图和T-s 图上。

（1）工质又膨胀，又升温，又吸热的过程。

（2）工质又膨胀，又降温，又放热的过程。

4 试分析多变指数在 1<n<k 范围内的膨胀过程特点。

二. 计算题分析理想气体状态方程式的应用 1某蒸汽锅炉燃煤需要的标准状况下，空气量为 q V =66000m 3/h ，若鼓风炉送入的热空气温度为t 1=250°C ，表压力 p g1=20.0kPa 。

当时当地的大气压力 p b =101.325kPa 。

求实际的送风量为多少？理想气体的比热容 2在燃气轮机动力装置的回热器中，将空气从150ºC 定压加热到350ºC ，试按下列比热容值计算对每公斤空气所加入的热量。

01 按真实比热容计算；02 按平均比热容表计算（附表2，3）； 03 按定值比热容计算；04 按空气的热力性质表计算（附表4）； 3已知某理想气体的比定容热容c v =a+bt ，其中a ，b 为常数，试导出其热力学能，焓和熵变的计算式。

理想气体的热力过程 4一容积为 0.15m 3 的储气罐，内装氧气，其初始压力 p 1=0.55MPa ，温度 t 1=38ºC 。

若对氧气加热，其温度，压力都升高。

储气罐上装有压力控制阀，当压力超过 0.7MPa 时，阀门便自动打开，dTm c dHpV U d pV d dU pdV dU WdU Q P ==+=+=+=+=)()(δδ典型问题放走部分氧气，即储气罐中维持的最大压力为 0.7MPa 。

问当罐中氧气温度为 285ºC 时，对罐中氧气共加入了多少热量？设氧气的比热容为定值。

工程热力学和传热学课后题答案

其中：Q1＋Q1－ Q2＝W Q2 Q1＋Q1－ W 1200J 400J 800J 800J
（2）Siso

(1200 600
400) ( 750) 800 300
0, 可行，且为可逆循环
（3）Siso

(1250 600
400) ( 750) 800 300
解：（1）可逆绝热过程
T2

T1
(V2 V1
)1

T1
(
2V1 V1
)1

340 21-1.33＝270.48K
其中： Mcp 33.44 1.33 Mcv 25.12
Q

U
W
W

cM ,V
(T1
T2 )

25.12 （340 - 270.48）＝1746 kJ kmol
第四章
答案：错。加上“孤立系统”的限制就对了。
(2)不可逆过程的S无法计算；
“错” 答案：熵是一状态参数，只和热力过程的初、终态有关，而与所进行热力过程无
关。计算可逆过程的克劳修斯积分即可。
(3)若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的S必大于可逆
途径的S；
答案“错。两者的S是相等的。理由同（2）。
h2 h1 58
第十三章
2、包扎柴油机排气管的绝缘材料厚度是以表层温度不得大于50C为准。当不包绝缘材料时裸管的表层温度为200C，机舱空气温度为30C，表层对空气的
总换热系数为＝10W (m2 K ).求两种不同情况的热流密度q。
解：
q裸管＝1t
200 30 1700W 1 10

工程热力学与传热学

工程热力学与传热学一、选择题 (共41题)1、以下系统中,和外界即没有质量交换,又没有能量交换的系统是（）。

A、闭口系统B、开口系统C、绝热系统D、孤立系统考生答案：D2、等量空气从相同的初态出发,分别经历可逆绝热过程A和不可逆绝热过程B到达相同的终态,则两过程中热力学能的变化（）。

A、可逆过程>不可逆过程B、二者相等C、可逆过程<不可逆过程D、无法确定考生答案：B3、定量气体吸收热量50kJ,同时热力学能增加了80kJ,则该过程是（）。

A、压缩过程B、膨胀过程C、熵减过程D、降压过程考生答案：A4、下列各热力过程,按多变指数大小排序,正确的是（）A、定熵过程>定温过程>定压过程>定容过程B、定容过程>定熵过程>定温过程>定压过程C、定压过程>定容过程>定熵过程>定温过程D、定温过程>定压过程>定容过程>定熵过程考生答案：B5、对于理想气体的定容过程,以下说法正确的是（）。

A、定容过程中工质与外界没有功量交换B、定容过程中技术功等于工质的体积变化功C、工质定容吸热时,温度升高,压力增加D、定容过程中工质所吸收的热量全部用于增加工质的焓值考生答案：C6、关于热力学第二定律的表述,以下说法错误的是（）。

A、功可以自发地无条件的转变为热B、热量可以自发地由高温物体传递至低温物体C、第二类永动机是不可能制造出来的D、可以从大气中取热并使之全部转变为功考生答案：D7、在高温恒温热源和低温恒温热源之间有卡诺热机,任意可逆热机以及任意不可逆热机, 以下说法正确的是（）。

A、卡诺热机是一种不需要消耗能量就能对外做功的机器B、热机的热效率:卡诺热机>可逆热机>不可逆热机C、热机的热效率:卡诺热机=可逆热机D、热机的热效率:可逆热机>不可逆热机8、某液体的温度为T,若其压力大于温度T对应的饱和压力,则该液体一定处于（）状态。

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中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期石工2004《工程热力学与传热学》期末试卷——B卷（闭卷）工程热力学部分一. 判断对错（每题1分，共计6分） 1 孤立系统就是绝热闭口系统；（） 2 只有加热，才能使气体的温度升高；（） 3 不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（） 4 如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（） 5 水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（） 6 湿空气的相对湿度为100% 时，表示空气中全部都是水蒸气。（）

二. 问答题（共计20分） 1 将满足空气下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上（1）理想气体的定温，定压，定容和定熵过程；（2） n=1.3的压缩过程，并判断q,w,u的正负。（6分） 2 写出两个与热力学第二定律相对应的数学表达式，并对表达式进行简单说明。（4分） 3 解释湿空气的露点温度，说明将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法。（4分） 4 分析提高朗肯循环热效率的方法有哪些，解释回热循环的目的。（6分）

三. 计算题（共计29分） 1 有两个容器，A容器的体积V1=3m3，内有压力为0.7MPa，温度为17℃的空气。B容器的体积V2=1 m3，为真空。现将两容器连通，让A容器的空气流入B容器直至两容器压力相同。若整个过程中空气与外界无热交换。试计算过程前后：（1）空气的温度变化为多少？（2）空气的压力变化为多少？（3）空气的熵变值为多少？（14分） 2 图示为一烟气余热回收方案。设烟气比热容Cp = 1.4 kJ/(kg.K)，Cv = 1.0 kJ/(kg.K)。试计算：（1）烟气流经换热器时传给热机工质的热量；（2）热机放给大气的最小热量Q2；（3）热机输出的最大功W。（本题15分）

t t t 热机大气0=27℃p0=0.1MPa

Ｑ１

Ｑ２

Ｗ1 =527℃p1=0.1MPam=6kg2 =37℃p2=0.1MPa传热学部分四. 回答问题（共计17分） 1 比较下列三种物质：空气，金属，水导热系数的大小。（2分） 2 写出Nu,Pr, Bi准则的表达形式及物理意义。（6分） 3 说明影响对流换热的因素有哪些，分析在相同的流动和换热壁面条件下，ρcp大的流体，表面传热系数是大还是小。（2分） 4 对管内强制对流换热，为何采用弯管可以强化流体的换热？（3分） 5 分析组成辐射换热网络的热阻有哪两类，如何表示，当辐射表面为黑体时，热阻如何表示。（4分）

五. 计算题（共计28分） 1 蒸汽管道的外直径d1=30mm，准备包扎两层厚度都是15mm的不同材料的热绝缘层。a种材料的导热系数λa = 0.04 W/(m.K)，b种材料的导热系数λb = 0.1W/(m.K)。若温差一定，试问从减少热损失的观点看下列两种方案：（1） a在里层，b在外层（2） b在里层，a在外层，哪一种好，为什么？（本题12分） 2 发射率分别为0.2和0.8的两个大平行平板，其温度分别维持在1200K和60K，在它们之间放置一个两面发射率均为0. 5的辐射遮热板。试计算：（1）没有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？（2）有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？（3）辐射遮热板的温度。（4）绘制无，有遮热板的辐射网络图。（本题16分）

中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期石工2004《工程热力学与传热学》期末试卷——B卷答案工程热力学部分一. 判断对错（每题1分，共计6分） 1 X； 2 X； 3 X； 4 √； 5 X； 6 X 。二. 问答题（共计20分） 1 （6分） Q<0 放热；W<0被压缩，外界对气体作功；U>0 热力学能增加。 2 （4分）

答：（1）克劳修斯积分式：0TQ。用于判断一个循环是否可能，是否可逆。式中等号用于可逆循环，不等号用于不可逆循环。（2）热力过程熵的变化：21TQS。用于判断过程能否进行，是否可逆。等号适用于可逆过程，不等号适用于不可逆过程。（3）孤立系统熵增原理：0isoS。孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。等号用于可逆过程，不等号用于不可逆过程。

（4）卡诺循环热效率：121TTc。根据卡诺定理一：在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率，与工质的性质无关；定理二：在相同的高温热源和低温热源间工作的任何不可逆热机的热效率，都小于可逆热机的热效率。以上相应数学表达式写出任意两个即可。 3 （4分）

答：湿空气中水蒸气分压力vp所对应的饱和温度，称为露点温度。将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种：法1：湿空气温度T一定时，增加水蒸气分压力 )(maxTpppsvv,

法2：保持水蒸气含量vp不变，降低湿空气温度)(vspTT。 4 （6分）答：提高朗肯循环热效率的方法有：

（1）保持蒸汽的初压1p，终压2p不变，提高蒸汽的初温1T；

（2）保持蒸汽的初温1T，终压2p不变，提高蒸汽的初压1p；

n=1.3.

Tsvp压缩过程1

2压缩过程T2

.pv1T

n=1.3（3）保持蒸汽的初压1p，初温1T不变，降低蒸汽的终压2p；（4）在朗肯循环的基础上，改进循环，如采用再热循环，回热循环等。回热循环的目的：减少冷源损失，提高给水温度，提高朗肯循环的吸热平均温度，从而提高热效率。

三. 计算题（共计29分） 1 （14分）解：（1）向真空自由膨胀，有W=0，又空气与外界无热交换，则Q=0，因此由闭口系能量方程

UWQ，得0U。对理想气体，可知0T。既是：KTT29012。

（2）根据理想气体状态方程式：TmRpVg，

有：2212111)(TVVpTVp，即：)(21211VVpVp，代入数值：MPammmMPaVVVpp525.01337.033321112 因此压力的变化为：MPappp175.0525.07.021。（3）熵变化：

KkJmmKmPavvTVpvvmRvvRTTcmSggv/1.234ln2903107.0lnln)lnln(333612111121212

2 （15分）解：（1）烟气放热为：

kJKKkgkJkgttmcQp4116)37527()/(4.16)(121

（2）若使2Q最小，则热机必须是可逆循环，由孤立系统熵增原理得：0WELHisoSSSSS

t t t 热机大气0=27℃p0=0.1MPa

Ｑ１

Ｑ２

Ｗ1 =527℃p1=0.1MPam=6kg2 =37℃p2=0.1MPa其中：KkJKKKkgJkgTTmcTdTmcTQSpTTpTTH/964.7)273527()27337(ln)/(14006ln122121 KQKQTQSL300)27327(2222 0ES，0WS 于是：0300/964.72KQKkJSiso 解得：kJQ2.23892 （4）热机输出的最大功：kJkJQQW8.1726)2.23894116(21

传热学部分四. 回答问题（共计17分） 1 （2分）答：空气，金属，水的导热系数大小比较：空气水金属 2 （6分）答：hlNu，物理意义为：表征流体在壁面外法线方向上的平均无量纲温度梯度，其大小反映对流换热的强弱。

aPr，物理意义为：流体的动量扩散能力与热量扩散能量之比。

hlBi，物理意义为：物体内部的导热热阻/与边界处的对流换热热阻h/1之比。

3 （3分）答：影响对流换热的因素有：流动的起因（自然对流或强迫对流），流动的状态（层流和湍流），流

体有无相变，流体的物理性质（如：,,,,c等），换热表面的几何因素。c反映单位体积流体热容量的大小，在相同的流动和换热壁面条件下，c数值愈大，通过对流转移的热量愈多，对流换热愈强烈。 4 （3分）答：管内强制对流换热，采用弯管，流体流经弯管时，由于离心力的作用，在横截面上产生了二次环流，增加了扰动，从而强化了传热。 5 （4分）答：组成辐射换热网络的热阻有：（1）空间辐射热组2,11AX，（2）表面辐射热组A1。

当辐射表面为黑体时，1，表面辐射热阻01A，只有空间辐射热阻2,11AX。五. 计算题（共计28分） 1 （12分）解（1）第1种方案，a在里层，b在外层，单位管长的热损失为：

4.3)6090ln1.013060ln04.01(21ln21ln2123121ttddddtqbal





，

（2）第2种方案，b在里层，a在外层，单位管长的热损失为：

7.2)6090ln04.013060ln1.01(21ln21ln2123122ttddddtqabl





，

比较两种方案的热损失：26.14.3/7.2/12ttqqll 因12llqq，故从减少热损失的观点看，第1种方案好。 2 （16分）解：先绘制出有无辐射遮热板时辐射换热网络图：无遮热板：

有遮热板：依题意：12,1X，12,33,1XX，

J2J1

2,11

AXE

1A

221AE

Φ1，2

Eb3331AJ3’’J2J13,11AXEb1111A221AEb2Φ1-3-2J3’

2,31

AX3

31