热工流体基础简答题参考解读

热工流体基础复习题（18学时）

时间仓促，可能有不对的地方，请谅解，希望对大家有帮助。

一、简答题部分

1、需要几个参数才能确定汽轮机或锅炉中水蒸气的状态？

答：需要两个独立的状态参数才能确定汽轮机或锅炉中水蒸气的状态。

2、二回路中水蒸气总能量由几部分构成？

答：由内部储存能（包括化学能，核能，热力学能），外部储存能（宏观动能，宏观位能）

3、造成系统熵变的原因有哪些？

答：系统与外界进行的热量交换，系统与外界进行的质量交换与系统内的不可逆过程

4、可逆过程的功和热量如何计算？功和热量有什么异同点？如何理解功转变为热是无条件的而热转变为功是有限度的？

答：w u q +?=，热量?=2

1Tds q ，功?=2

1pdv w ；功和热量都是过程量，都是通过边界传递的能量，但功是与宏观整体运动形态相关的能量，其推动力是压力差，其标志是比体积的变化，热量是与杂乱的微粒运动相联系的能量，起推动力是温度差，其标志是比熵变化；功是与宏观整体运动形态相关的能量，其能量品质高，可以无条件全部转为热量，热量是与杂乱的微粒运动相联系的能量，其能量品质低，转为功是有限度的；

5、什么是卡诺循环？卡诺循环给我们什么样的启示？什么是卡诺定理？为什么今天我们还要讨论卡诺循环、卡诺定理？

答：卡诺循环由等温膨胀， 绝热膨胀，等温压缩，绝热压缩组成，最后工质返回初态；给我们的启示：1卡诺循环热效率取决于热源、冷源温度，最高不超过（1-Tc/Th);2热机的效率永小于1；3当Tc=Th 时，效率为0，单一热源的动力装置不存在；卡诺定理：在两个不同温度的恒温热源之间工作的所有热机中，以可逆热机的效率为最高；卡诺循环指出了热效率的极限，并给出了提高热效率的方法

6、热力学第一定律的实质是什么？请举核工程和生活中各2例说明。

答：热力学第一定律实质是能量守恒与转换定律在热现象中的应用，蒸汽发生器中冷却剂的热能转换成二回路工质的热能，汽轮机中工质的热能转换成汽轮机的机械能，

7、自发过程方向性的实质是什么？使自发过程的逆过程能进行的热力学本质是什么？

答：一切自发过程都像着系统熵增的方向进行；其热力学本质：消耗高品质能量，如机械能，使系统熵增。

8、热力学第二定律的本质是什么？请举工程和生活中各2例说明。

答：热力学第二定律实质是指出了热过程的方向性、条件和限度；第二类永动机不存在，热

机效率不能到1

9、什么是孤立系统的熵增原理？孤立系统内经过一个过程后其总能如何变化？举例说明孤立系统内经过不可逆过程后机械能损失与孤立系统熵变的关系。

答：S T g I 0=，孤立系统一切实际过程都像着是系统熵增大的方向进行，I 是系统熵增；

其总能不变，但机械能减少；S T g I 0=，例子：

10、什么是饱和状态？饱和状态的温度和压力能否单独变化？如何才能使未饱和水变为饱和水？什么是干度？为什么引进干度？什么是临界状态？水的临界压力和临界温度分别是多少？压水堆内温度是否可超过临界温度？

答：相变过程中，蒸发量和凝结量达到动态平衡的状态称为饱和状态；饱和状态下温度和压力存在着一一对应的关系，无法单独变化；使未饱和水成为饱和水的方法：一是保持压力不变提高温度，一是保持温度不变降低压力；干度是1kg 湿蒸汽中含有干蒸汽的质量百分数；对于湿蒸汽，仅依靠温度和压力无法确定其状态，需要知道饱和水和饱和蒸汽的比例，即干度；当温度和压力升高到某一确定值时，饱和水和饱和蒸汽有同样的比体积和熵，他们之间无差异，这一状态成为临界状态；水的临界参数，t=374.15，p=22.120MPa 。压水堆内温度不能超过临界温度。

11、水的定压加热汽化分几个阶段？各阶段的热量如何计算？水蒸气的汽化潜热是常数吗？随压力升高如何变化？

答：分为预热、汽化、过热三个阶段。43页公式42,43,45；不是，随压力升高而减小。

12、为什么蒸汽动力循环要采用再热？压水堆核电厂的再热循环有什么特点？

答：再热为了是减小进入汽轮机末阶的湿度，保证汽机安全；1重点是提高蒸汽干度；2汽水分离再热过程在增设的汽水分离再热器内进行

13、什么是抽汽回热？抽汽回热提高热效率的本质何在？

答：在蒸汽热力循环中，通常是从汽轮机抽出一部分蒸汽，用于循环工质的加热；本质：提高进入蒸汽发生器工质的平均温度，降低传热温差，循环可逆性减小。

14、理想流体的伯努利方程的物理意义及几何意义怎样理解？总流伯努利方程、黏性流体的伯努利方程与理想流体伯努利方程差异在哪里？

答：物理意义：单位质量流体具有的位势能、压力势能及动能之和是一个常数，或总机械能是常数；几何意义：同一流线上的同种流体，其速度水头、压力水头和位置水头之和是个常数； 理想流体伯努利方程g g c P z c P z f f 2222222111++=++γγ

总流伯努利方程：g g c P z c P z f f 222222

221111ααγγ++=++ 黏性流体的伯努利方程：

h c P z c P z w f f g g +++=++2222222111γγ

由于总流的有效断面上各运动参数一般是变化的，因此总流伯努利方程要修正；流层间的摩擦阻力会消耗机械能，因此总机械能将沿流程减小，黏性流体的伯努利方程多了损耗项。

15、层流和紊流各有什么特征？如何判别？

答：层流各流层之间无扰动，流动平稳；紊流时流体质点互相混杂，作无定向、无规律运动，流体内各点的速度、压力等参数在时间与空间上均具有随机性变化；用雷诺数进行判

断:μd

c f =Re .

16、工程上如何确定管道（圆管、非圆管）的阻力损失？管内流动的局部阻力系数和沿程阻力系数如何确定？

答：通过确定沿程阻力损失和局部阻力损失来确定管道的阻力损失。对于层流，其沿程阻力损失系数采用达西公式Re

64=λ；对于紊流采用查莫迪曲线图的方式确定沿程阻力损失系数沿程阻力损失系数；计算局部阻力损失时要采用相关的图表；如计算非圆管道时，要注意采用当量直径。

17、传热的基本型式有哪几种？

答：热传导，热辐射，热对流。

18、物质导热系数的变化特征是什么？

答:1固定>液体>气体2金属的最高；3良导电体也是良导热体；4纯金属大于合金的

19、对流换热的表面传热系数受那些因素的影响？对流换热的基本计算式是什么？影响反应堆内燃料棒与一回路冷却剂的换热的因素有哪些？

答：1流动原因；2流动状态；3流体的物性；4换热面的形状和位置；5流体有无相变 对流换热的基本计算式是牛顿冷却公式：)(t t f w hA -=Φ

反应堆内燃料棒与一回路冷却剂的换热属于强制对流的管内流动：其影响因素为：入口段效应、弯管效应和相对粗糙度

20、什么是传热过程和传热系数？

答：两种流体通过固体壁面进行热量传递的过程称为传热过程；

)

(21t t f f A k -Φ=，k 为传热系数 21、一维稳态导热（平壁、圆筒壁）如何计算？

155页28式和156页34式

22、 影响冷凝表面传热系数的因素有哪些？举例几何形状对冷凝表面传热系数的影响？

答：不凝结气体、蒸汽流速凝结表面几何形状和布管参数。同样情况下，竖管需要的管子数是横管的2倍。

23、大容器沸腾换热有几个阶段？什么是沸腾危机？

答：自然对流、核态沸腾、过度沸腾和稳态沸腾； 由于沸腾换热机理的变化引起表面传热系数急剧下降而导致壁面温度骤然升高的现象称为沸腾危机。

24、增强传热的原则有哪些？在平壁增设保温层是否一定削弱传热？在圆管增设保温层是否一定削弱传热？在冷凝器内管外侧加肋对增强冷凝器内的传热是否有实质的意义，为什么？

答：增大换热面积，增大换热温差和增大传热系数；在平壁增设保温层一定削弱传热；在圆管增设保温层不一定削弱传热；在冷凝器内管外侧加肋对增强冷凝器内的传热没有实质的意义，因为冷凝器传热系数主要取决与管内的换热系数（它较小）。

25、换热器的温差如何确定？

答：使用对数温差，如有复杂的组成结构还需修正系数。

二、计算题部分

1．稳定流动能量方程

1-20 某蒸汽动力厂中，锅炉以质流量40000kg/h 向汽轮机供汽。汽轮机进口处压力表的读数是8.9MP a ，蒸汽的焓是3441 kJ /kg 。汽轮机出口处真空表的读数是

730.6mmHg ，出口蒸汽的焓是2248 kJ /kg ，汽轮机向环境散热为56.8110kJ/h 。若当地

大气压是760mmHg ，求：（1）进、出口处蒸汽的绝对压力；（2）不计进、出口动能差和位能差时汽轮机的功率；（3）若进、出口处蒸汽的速度分别为70m/s 和140m/s 时对汽轮机的功率有多大的影响?（4）若汽轮机进、出口的高度差为1.6m 时对汽轮机的功率又有多大的影响?

1-22 向大厦供水的主管线埋在地下5m 处，管内压力600kPa ，由水泵加压，把水送到大厦各层。经水泵加压，在距地面150m 高处的大厦顶层水压仍有200kPa ，假定水温为10C ，流量为10kg/s ，忽略水热力学能差和动能差，假设水的比体积为30.001m /kg ，求水泵消耗的功率。

2．循环热效率

7-14 某太阳能动力装置利用水为工质，从太阳能集热器出来

的是175C 的饱和水蒸气，在汽轮机内等熵膨胀后排向7.5kPa 的

冷凝器，求循环的热效率。

7-15 核电站蒸汽动力装置的构成与工作过程与一般的蒸汽动

力装置比较，主要区别就是用反应堆和蒸汽发生器取代了蒸汽锅炉。

二回路的工作介质在蒸汽发生器中从反应堆冷却剂吸收热量，成为具有作功能力的水蒸气，然后膨胀、排热、压缩，进行循环。由于冷却剂为液态水，进、出蒸汽发生器的平均温度约300℃左右，故蒸汽发生器产生的蒸汽是约6.54MPa 的饱和水蒸气，在汽轮机内膨胀后排向7kPa 的冷凝器，求二回路循环理论热效率。

3．单层及多层平壁、圆筒壁稳态导热；通过平壁、圆筒壁的传热

8-8 锅炉过热器合金钢管的内、外直径分别为32mm 和42mm ，导热系数

132.6W/(m K)λ=?，过热器钢管内、外壁面温度分别为1560C t =、2580C t =。试求：

（1）不积灰时每米管长的热流量l q ；（2）倘若管外积有1mm 厚的烟炱，其导热系数

20.06W/(m K)

λ=?，如总温压保持不变，求此时每米管长的热流量l q '。 8-9 一单层玻璃窗，高1.2m ，宽1m 玻璃厚0.003m ，玻璃导热系数g 1.05W/(m K)λ=?，室内、外的空气温度分别为20℃和-5℃，室内、外空气与窗玻璃之间对流传热的表面传热系数分别为215W/(m K)h =?、2220W/(m K)h =?，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、

两侧的对流传热热阻。若其它天件不变，改用双层玻璃窗，双层玻璃间的空气夹层厚度为3mm ，夹层中的空气完全静止，空气的导热系数a 0.025W/(m K)λ=?。再求玻璃窗散热损失。

8-10 有一厚度300 mm δ=的房屋外墙，热导率b 0.5W/(m K)λ=?。冬季，室内空气温度120C t =，与墙内壁面之间对流传热的表面传热系数214W/(m K)h =?室外空气温度

23C t =-与外墙之间对流传热的表面传热系数228W/(m K)h =?。如果不考虑热辐射，（1）

试求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内外壁面温度；（2）若内墙表面增设厚10mm ，w 0.35W/(m K)λ=?的护墙板，其它条件不变，再求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内外壁面温度。

4．管内单相流体对流换热特征数方程应用

9-2 给水流过锅炉省煤器时，从1170C t =被加热到2230C t =，若管子的内径

30mm d =，水在管内的平均流速0.5m/s u =，管壁的平均温度w 250C t =。试确定该省煤

器水侧的表面传热系数h 。

5．黏性流体能量方程

#1 如图示吹风装置，c f1= c f2求风扇前后压强

p 1与p 2。已知：出口处风速f340m/s c =，空气密度

3 1.293kg/m ρ=，当地大气压b 98060Pa p =。

三、选择题部分

1．热能动力装置中热能通过 才能源源不断转变成机械能。

A 工质从高温热源吸热；

B 工质从高温热源吸热，向低温热源放热；

C 工质膨胀；

D “B ”+“C ”。

2．热能工程中工质必须具备

A 良好的膨胀性；

B 良好的流动性；

C 安全、环保、价廉；

D “A ”+“B ”+“C ”。

3． 就是孤立系统。

A 与外界没有质量交换的系统；

B 与外界没有功交换的系统；

C 系统与外界构成的复合系统；

D 与外界没有质量和功交换的简单可压缩系统。

4．下述说法错误的是

A 功和热量都是越过边界传递的能量，所以它们是等价的；

B 功和热量都是越过边界传递的能量，所以它们是过程量；

C 系统作功的标志是比体积变化，传热的标志是比熵变化；

D 功转变为热量是无条件的，热量转变为功是有条件、有限度的。

5．下列说法中，正确的是

A 孤立系统内工质的状态不能发生变化；

B 系统在相同的初、终状态之间的可逆过程中作功相同；

C 经过一个不可逆过程后，工质可以回复到原来的状态；

D 质量相同的物体A 和B ，因A B T T >，所物体A 具有的热量较物体B 为多。

6．经过一个不可逆循环，工质不能恢复原来状态

A 这种说法是错的；

B 这种说法是正确的；

C 这种说法在一定条件是正确的；

D 无法判断。

7．下列说法错误的是

A 动力循环在p v -图上顺时针进行；

B 动力循环在T s -图上逆时针进行；

C p v -图上动力循环的膨胀线在压缩线上方；

D T s -图上动力循环的吸热线在放热线上方。

8．两个容器内分别储有mkg20℃的冷水和80℃的热水，则

A 冷水的热量小于热水的热量；

B 冷水的热力学能小于热水的热力学能；

C 冷水的热力学能小于热水的热力学能，且冷水的热量小于热水的热量；

D 冷水的能量小于热水的能量，且冷水的热量小于热水的热量。

9．在密闭门窗的房间内，启动一台打开的冰箱，经一段时间运行，则室温将

A 降低；

B 升高；

C 不变；

D 不能确定。

10．当设备内工质的温度等于该压力对应饱和温度时，该工质可能为

A 饱和水蒸气；

B 饱和水；

C 湿蒸汽；

D A 、B 、C 都可能。

11．液态水温度为65℃（其饱和压力为0.025MPa ），可以判定其压力

A 大于0.025MPa ；

B 等于0.025MPa ；

C 大于或等于0.025MPa ；

D 无法确定。

12．下列说法正确的是

A 临界状态是水特有的状态；

B 临界状态是压力最高和温度最高的饱和状态；

C 一般认为压力高于临界压力的液态是不存在的；

D 一般认为气体的温度不能高于临界温度。

13．水蒸气的汽化潜热随压力升高而 。

A 降低；

B 增大；

C 不变；

D 不定。

14．若水蒸气的s s ''>，则水蒸气处于 状态。

A 过热蒸汽；

B 湿饱和蒸汽；

C 饱和液；

D 无法确定。

15．将未饱和水（1T ）定压加热到过热蒸汽（2T ），加热量为

A s 12s ()()p p q c T T c T T γ=-++-；

B 21q h h =-

C 21()p q c T T =-

D 21q h h γ=-+

16．有位发明家声称他设计了一种机器，当这台机器完成一个循环时，可以从单一热源吸收了1000kJ 的热，并输出1200kJ 的功，这台热机

A 违反了第一定律；

B 违反了第二定律；

C 违反了第一定律和第二定律；

D 既不违反第一定律也不违反第二定律。

17．如果热源温度不变增大卡诺循环净功，则卡诺循环的热效率将

A 增大

B 不变

C 减小

D 不定

18．卡诺定理指出：

A 相同温限内一切可逆循环的热效率相等；

B 相同温限内可逆循环的热效率必大于不可逆循环的热效率；

C 相同温度的两个恒温热源间工作的一切可逆循环的热效率相等；

D 相同温度的两个恒温热源间工作的一切循环的热效率相等。