热工基础第八章-第九章
第八章 习 题
8-1. 一大平板，高3m ，宽2m ，厚 0.02m ，导热系数为45 W/(m ·K)，两侧表面温度分别为1001=t ℃、502=t ℃，试求该板的热阻、热流量、热流密度。
解：解：由傅立叶导热定律： 热阻 W K A R /407.745
2302.0=??=
＝λδm 热流量 W t t A Q w w 67500002
.050
10045232
1=?
??-=－＝δ
λ
热流密度 2/1125002
3675000m W S Q q ＝?==
8-2. 空气在一根内径50mm ，长2.5m 的管子内流动并被加热，已知空气平均温度为80℃，管内对流换热的表面传热系数为70=h W/(m 2 ·K)
，
5000=q W/m 2，试求管壁温度及热流量。
解：由牛顿冷却公式：()
f w t t h q -=得到 C t h q t f w 042.1518070
5000=+=+=
W s q Q 53.2405.04
5.250002=??
??=π
＝
8-3. 一单层玻璃窗，高1.2m ，宽1m ，玻璃厚0.3mm ，玻璃的导热系数为051.=λ W/(m ·K)，室内外的空气温度分别为20℃和5℃，室内外空气与玻璃窗之间对流换热的表面传热系数分别为51=h W/(m 2 ·K)和202=h W/(m 2 ·K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热阻。
解：对流换热计算公式： W h h t t s Q f f 9.7120
105.10003.0515
2012.11
12
121=+?
?++-?
=＋－＝λδ
导热热阻为：W K R /000286.005
.10003
.01===
λδ 内侧对流换热热阻为：W K h R /2.05
1
112===
外侧对流换热热阻为：W K h R /05.020
1123===
8-4. 如果采用双层玻璃窗，玻璃窗的大小、玻璃的厚度及室内外的对流换热条件与1-3题相同，双层玻璃间的空气夹层厚度为5mm ，夹层中的空气完全静止，空气的导热系数为025.0=λ W/(m ·K)。试求玻璃窗的散热损失及空气夹层的导热热阻。
解：对流换热计算公式：
W h h t t s Q f f 95.3920
1025.0005.005.10003.02515
2012.11212
221112
1=+??
?+?+-?
=＋＋－＝＋λδλδ
空气夹层的导热热阻为：W K R /2.0025
.0005.0===λδ
8-5. 有一厚度为=δ400mm 的房屋外墙，热导率为5.0=λ W/(m ·K)。冬季室内空气温度为201=t ℃，和墙内壁面之间对流换热的表面传热系数为41=h W/(m 2 ·K)。室外空气温度为=2t -10℃，和外墙之间对流换热的表面传热系数为62=h W/(m 2 ·K)。如果不考虑热辐射，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。
解：传热系数W K h h h /822.06
15.04.0411
1
112
1=++=
++=
λδ
热流通量为：()
()2
/66.241020822.021m W t t h q f f ＝＋?=-= 由()
w f t t h q -=1得到： C h q t t f w 084.13466
.242011=-=-= C h q t t f w 089.56
66.241022-=+-=+=
8-6. 如果冬季室外为大风天气，室外空气和外墙之间对流换热的表面传热系数为
102=h W/(m 2 ·K)，其它条件和题1-5相同，并假设室内空气只通过外墙与室外有
热量交换，试问：要保持室内空气温度不变，需要多大功率的电暖气?
解：传热系数W K h h h /8696.010
15.04.0411
1112
1=++=
++=
λδ
热流通量为：()
()2/087.2610208696.021m W t t h q f f ＝＋?=-=
为了维持室内温度不变。必须保证电暖气的散热量等于通过墙壁的换热量，所以电暖气的功率为sW qs W 087.26==
第九章
9-1 一冷库的墙由内向外由钢板、矿渣绵和石棉板三层材料构成，各层的厚度分别为0.8 mm 、150 mm 和10 mm ，热导率分别为45 W/(m ?K)、0.07 W/(m ?K)和0.1 W/(m ?K)。冷库内、外气温分别为-2 ?C 和30 ?C ，冷库内、外壁面的表面传热系数分别为2 W/(m 2?K)和3 W/(m 2?K)。为了维持冷库内温度恒定，试确定制冷设备每小时需要从冷库内取走的热量。
解:根据多层复壁及对流换热计算公式:
22
3322111/2.103
11.001.007.015.0450008.021)
2(301
12
1m W h h t t q f f =++--+++-=
＋＋＝
＋λδλδλδ
所以为了维持冷库内温度恒定，需要从冷库内每小时取走的热量为：
sJ s qst Q 7.37448
36002.10=??== 9-2 炉墙由一层耐火砖和一层红砖构成，厚度都为250 mm ，热导率分别为0.6 W/(m ?K)和0.4 W/(m ?K)，炉墙内外壁面温度分别维持700 ?C 和80 ?C 不变。（1）试求通过炉墙的热流密度；（2）如果用热导率为0.076 W/(m ?K)的珍珠岩混凝土保温层代替红砖层并保持通过炉墙的热流密度及其它条件不变，试确定该保温层的厚度。
解：根据多层复壁导热计算公式: 22
2
11/2.5954.0250
.06.0250.080
7002
1m W t t q w w =--=
＋＝
＋λδλδ
由2.595076
.06.0250.080
7002
2
2
112
1=--=
δλδλδ＋＝
＋w w t t q 得到：
mm 5.472=δ
9-3 有一炉墙，厚度为20 cm ，墙体材料的热导率为1.3 W/(m ?K)，为使散热损失不超
过1500 W/m 2 ,紧贴墙外壁面加一层热导率为0.1 W/(m ?K)的保温层。已知复合墙壁内外两侧壁面温度分别为800 ?C 和50 ?C ，试确定保温层的厚度。
解：根据多层复壁导热计算公式: 22
2
2
11/15001
.03.120.050
8002
1m W t t q w w =--=
δλδλδ＋＝
＋
得到： mm 6.342=δ
9-4 图2-43为比较法测量材料热导率的装置示意图。标准试件的厚度151=δ mm ，热导率
15.01=λ W/(m ?K)；待测试件的厚度162=δ
mm 。试件边缘绝热良好。稳态时测得壁面温度
45w1=t ?C 、23w2=t ?C 、18w3=t ?C 。忽略
试件边缘的散热损失。试求待测试件的热导率2λ。
解：根据题意： 2
21
1
3
22
1λδλδw w w w t t t t q --=
＝
得到：
2
016.018
2315.0015.02345λ--＝
K m W ?=/704.02λ
9-5 有一3层平壁，各层材料热导率分别为常数。已测得壁面温度600w1=t ?C 、
500w2=t ?C 、250w3=t ?C 及50w4=t ?C 。试比较各层导热热阻的大小并绘出壁内温
度分布示意图。
解：根据题意： 3
2
1
4
33
22
1R R t t R t t t t q w w w w w w -=
--=
＝
得到：
3
21200
250R 100R R =
＝ 即4:5:2::321=R R R
9-6 热电厂有一外径为100 mm 的过热蒸汽管道（钢管），用热导率为04.0=λ W/(m ?K)的玻璃绵保温。已知钢管外壁面温度为400 ?C ，要求保温层外壁面温度不超过50 ?C ，并且每米长管道的散热损失要小于160 W ，试确定保温层的厚度。
解：根据圆筒壁稳态导热计算公式： 160
1
.0ln 04.02150
400ln 212
1221=?--=
d d d t t q w w ππλ＝ 解得mm d 3.1732= 所以保温层厚度为mm d d l 65.362
)
(12=-=
9-7 某过热蒸汽管道的内、外直径分别为150 mm 和160 mm ，管壁材料的热导率为45 W/(m ?K)。管道外包两层保温材料：第一层厚度为40 mm ，热导率为0.1 W/(m ?K)；第二层厚度为50 mm ，热导率为0.16 W/(m ?K)。蒸汽管道内壁面温度为400 ?C ，保温层外壁面温度为50 ?C 。试求：（1）各层导热热阻；（2） 每米长蒸汽管道的散热损失；（3）各层间的接触面温度。
解： W m K d d R /000228.0150
160
ln 4521ln
21121
1?=?==
ππλ W m K d d R /645.0160
240ln 1.021ln
21
232
2?=?==
ππλ W m K d d R /346.0240
340ln 16.021ln
21343
3?=?==
ππλ 根据圆筒壁稳态导热计算公式： m W R R R t t w w l /1.353346.0645.0000228.050
4003
2141=++-++-=
Φ＝
由3
2
1
3
214
33
22
141R t t R t t R t t R R R t t w w w w w w w w l -=-=-++-=
Φ＝得到：
C t t l w w 019.399000228.027.401400R 12=?-=?Φ-=
C R t t l w w 0211.141)645.0000228.0(27.401400)R (13=+?-=+?Φ-= 9-8 有一直径为d 、长度为l 的细长金属圆杆，其材料热导率λ为常数，圆杆两端分别与温度为
21t t 和的表面紧密接触，如图2-44所示。杆的侧面
与周围流体进行对流换热，表面传热系数为h ，流体的温度为f t ，且f t <21t t 及。试写出圆杆内温度场的数学描述。
解：边界条件： 1,0t t x == 2,t t l x == 换热方程： d
t t h x d t t xh d f f )
(44
1)
(2
-=
?-?=
Φ?
ππ
λλ
d t t h dx t d f )(422
-=
Φ=?
9-9 已知9-8题中的20=d mm 、300=l mm 、398=λ W/(m ?K)、2001=t ?C 、
1002=t ?C 、20f =t ?C 、20=h W/(m 2?K)。试求每小时金属杆与周围流体间的对流换
热量。
解：对上题的计算公式进行积分计算，可以得到： ml
ml mx mx x l m x l m e e e e e e -------+-=
)
()(2)()(1θθθ
其中：λd h m 4=
有：)(2
1
)()(
2132210
θθλπθθλθθλ-=
-=+
-=Φ==d h m A dx
d dx
d A l
x x 代入计算即可得解。
9-10 测量储气罐内空气温度的温度计套管用钢材制成，热导率为45=λ W/(m ?K)，套管壁厚5.1=δ mm ，长120=H mm 。温度计指示套管的端部温度为80 ?C ，套管另一端与储气罐连接处的温度为40 ?C 。已知套管与罐内空气间对流换热的表面传热系数为 5 W/(m 2?K)。试求由于套管导热引起的测温误差。
解: 忽略测温套管横截面上的温度变化，并认为套管端部绝热，则套管可以看成是等截面直肋，测温误差为f l t t -
根据（2－47） )
(0ml ch t t t t f f l -=
-
套管截面面积δπd A =，套管换热周长d U π=， 033.1=?=?=
l h
l A hU ml λδ
λ 查附录13得到：
582.1)033
.1()(==ch ml ch ?=?--?=--=
7.1481
582.14080582.11)()(0C chml t t chml t l f
C C t t f l ?-=?-=-7.68)7.14880(
9-11 同上题，若改用热导率15=λ W/(m ?K)、 厚度为0.8 mm 的不锈钢套管，其它条件不变，试求其测温误差。
解：解: 忽略测温套管横截面上的温度变化，并认为套管端部绝热，则套管可以看成是等截面直肋，测温误差为f l t t -
根据（2－47） )
(0ml ch t t t t f f l -=
-
套管截面面积δπd A =，套管换热周长d U π=， 449.2=?=?=
l h
l A hU ml λδ
λ 查附录13得到：
834.5)033
.1()(==ch ml ch
方法如上。
9-12 热电偶的热接点可以近似地看作球形，已知其直径5.0=d mm 、材料的密度8500=ρ kg/m 3、
比热容400=c J/(kg ?K)。热电偶的初始温度为25 ?C ，突然将其放入120 ?C 的气流中，热电偶表面与气流间的表面传热系数为90 W/(m 2?K)，试求：（1）热电偶的时间常数；（2）热电偶的过余温度达到初始过余温度的1%时所需的时间。
解:先判断能否用集总参数法： λ
λ
0005
.090?=
=hR
B i 看是否小于0.1
由hA
Vc
c ρτ=
得到:
o n d s d d hA Vc c sec 6.12249040023485002
3
=?
?
?
??????
?
???==ππρτ 由
τθθ
Vc
hA
e -
=0
得到:
01.00
==-τρθθVc hA
e 计算得到:
onds d d Vc hA sec 0.582490400
234850061.401.0ln 2
3
=??
? ??????
?
????=-=ππρτ 9-13 将初始温度为80 ?C 、直径为20 mm 的紫铜棒突然横置于温度位20 ?C 、流速为12 m/s 的风道中冷却，5分钟后紫铜棒的表面温度降为34 ?C 。已知紫铜棒的密度8950=ρ kg/m 3、比热容380=c J/(kg ?K)、热导率390=λ W/(m ?K)，试求紫铜棒表面与气体间对流换热的表面传热系数。
解: 由λ
hr
B i =得到:
1.0390
01.0<=
=h
hr
B i λ
，可以用集总参数法计算。
233.060
140==θθw
由
τρθθ
Vc
hA
e -
=0
得到:
023.00
==-τρθθVc
hA
e
计算得到: C m W d Vc
A h 0249.824300380
895077.3023.0ln ?=????=-=
ρτ 9-14 将一块厚度为5 cm 、初始温度为250 ?C 的大钢板突然放置于温度为20 ?C 的气流中，钢板壁面与气流间对流换热的表面传热系数为100 W/(m 2?K)，已知钢板的热导率47=λ W/(m ?K)、热扩散率5
1047.1-?=a m 2/s ，试求：（1）5分钟后钢板的中心温度和距壁面1.5 cm 处的温度；（2）钢板表面温度达到150 ?C 时所需的时间。
解：这是一个一维平板非稳态导热的问题，由λ
hr
B i =得到:
1.0053.047
100
025.0<=?=
=
λ
hr
B i ，可以用集总参数法计算。
由
τθθVc
hA
e -=0
得到:
687.0025
.0471047.13001000
5
===????---e
e Vc
hA
τρθθ
计算得到:
C t t w 05.1178687.023020=?+==
由
τθθ
Vc
hA
e -
=0
得到:
230
130
025
.0471047.11000
5
=
==????---ττρθθe
e Vc
hA
计算得到:
min 6.7sec 45610
47.1100025.047230130ln 5==??????? ??-=-τ 9-15 一直径为50 mm 的细长钢棒，在加热炉中均匀加热到温度为400 ?C 后取出，突然放入温度为30 ?C 的油浴中，钢棒表面与油之间对流换热的表面传热系数为500 W/(m 2?K)。
已知钢棒材料的密度8000=ρ kg/m 3、比热容450=c J/(kg ?K)、热导率45=λ W/(m ?K)。试求：（1）10分钟后钢棒的中心和表面温度；（2）钢棒中心温度达到180 ?C 时所需的时间。
解：（1）由λ
hr
B i =得到:
278.0450
500
025.0=?=
=
λhr
B i
12025.0600
450
800045
2
20=??==r a F τ
查图表得到：
0016.00
=θθm
即C t t f m 06.300016.0)30400(=?-+=
0014.00016.0875.00=?=?=m
m
m w w θθθθθθ 即C t t f w 05.300014.0)30400(=?-+= （2）由
405.0370
1500==θθm 查表得到：4.30=F 由4.3025
.0450
800045
2
20=??==τ
τr a F 计算得到onds sec 170=τ 9-16 如图2-45所示，一个横截面尺寸为200300? mm 的二维导热物体，边界条件分别为：左边绝热；右边与接触的流体对流换热，表面传热系数为50 W/(m 2?K)，流体温度为20 ?C ；上边维持均匀的温度400 ?C ；下边被常热流加热，热流密度为1500 W/m 2。已知该物体的热导率为45 W/(m ?K)。采用均匀网格，
50==y x ?? mm ，试用数值方法计算该物体的温度分
布。
9-17 一块厚度为200 mm 的大平壁，初始温度为30 ?C ，突然一侧壁面以每小时温升5 ?C 的规律加热，另一侧
壁面绝热。已知平壁的热扩散率为5
102.1-? m 2/s ，试计算平壁的非稳态导热进入正规状况阶段时平壁内的温度分布。
解：此题用数值计算方法进行计算。
07360110材料工程课程设计教学大纲
材料工程课程设计 Course Exercise for Material Engineering 课程编号：07360110 学分： 2 学时：2周（其中：讲课学时：实验学时：上机学时：2周） 先修课程：材料工程基础 适用专业：无机非金属材料专业本科三年级学生 教材： 开课学院：材料科学与工程学院 一、课程的性质与任务： 《材料工程课程设计》目的在于加强实践教学环节，加深对理论知识的理解，培养学生综合运用基础理论和专业知识分析、解决实际问题的能力。 课程设计的任务是通过设计各种型号的窑炉，加深对专业课《材料热工工程》的全面理解，掌握无机材料工业的重要设备－窑炉的工作原理，设计与计算的方法，提高分析问题与解决问题的能力，同时也培养学生应用计算机辅助设计与绘图的能力。 二、课程的基本内容及要求： 1.课程的基本内容 （1）掌握窑炉的工作原理 （2）掌握窑体的主要尺寸计算 （3）掌握窑炉的热工计算 （4）掌握窑体材料的选择 （5）熟练应用CAD软件制图 （6）撰写设计说明书 2.课程要求： 要求通过给定设计内容及原始数据，结合专业课《热工工程》的教学内容，掌握窑炉的工作原理，掌握窑炉的设计与计算的方法，并能熟练应用CAD软件制图，完成设计说明书和结构简图一份。
四、大纲说明 1、根据学生完成的课程设计说明书和图纸的质量和设计阶段的表现综合评定成绩，分优、良、中、及格、不及格五等。 2、按每天8小时计，总工作量不少于80小时。 五、参考书目及学习资料 1、《硅酸盐工业热工基础》；孙晋源主编；武汉工业出版社，1992年 2、《陶瓷工业热工设备》，刘根群主编；武汉工业出版社，1989年 3、《玻璃工业热工设备》，孙承绪主编；武汉工业大学出版社，1996年 4、《玻璃窑炉设计与计算》，孙承绪主编；中国建筑工业出版社，1983年 制定人：陈彩凤审定人：刘军批准人：杨娟 2013 年4 月10 日
硅酸盐工业热工设备(陶瓷)教学大纲pdf
《陶瓷热工设备》课教学大纲 Thermal equipment in ceramics 课程编码： 学分：课程类别： 计划学时：32 其中讲课：32 实验或实践：上机： 适用方向：材料科学与工程（陶瓷） 推荐教材： 姜洪舟主编《无机非金属材料热工设备》武汉理工大学出版社 2010 参考教材： 孙承绪主编《陶瓷工业热工设备》武汉工业大学出版社 2008 刘振群著《陶瓷工业热工设备》化工出版社 1994 姜金宁主编《耐火材料热工设备》冶金工业出版社 1998 课程的教学目的与任务 陶瓷热工设备课是材料科学与工程专业的一门专业性课程。主要学习内容是：学习和掌握陶瓷工业生产中所用的烧结设备—工业热工设备的知识。通过该课程的学习，使学生掌握陶瓷工业热工设备的发展历史；结构、工作原理与操作制度；工业热工设备的设计、计算；掌握各种不同陶瓷工业热工设备的特点、性能及进行优劣比较；掌握热工设备的热工测量技术和自动调节知识。使学生具有使用、改进和设计热工设备以及初步引进科研的能力. 课程的基本要求 1、本课程以隧道窑为主要内容。因此，要求学生认真学习和掌握隧道窑的结构、热工设备的发展历史、陶瓷产品的烧成制度，耐火材料与隔热的种类与性能，各种热工设备的工作原理、结构设计计算等 2、通过对本课程的学习，使学生对陶瓷工业热工设备的实际工程问题具有一定的分析和解决能力。 3、本课程的先行课程为：工程制图、材料机械、材料力学、流体力学、热工基础等课程。本课程学习时最好与陶瓷工艺学同步进行,或略后于该课程。 4、课程采用课堂教学为主，见习为辅，结合生产实习，以课程设计作为实践教学环，学习工业热工设备的设计以达到对热工设备结构的了解和掌握。 各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验） 第一章:隧道窑。计划学时：12 [教学目的与要求] 掌握隧道窑的分类，各部结构特点、工作原理及操作原理。掌握隧道窑与辊道窑操作控制及常用气体燃烧设备及隧道窑与辊道窑耐火材料选择。了解窑炉的发展方向及节能途径
热工基础(张学学--第三版)复习知识点
热工基础（第三版） 张学学 复习提纲
第一章基本概念 1.工程热力学是从工程角度研究热能与机械能相互转换的科学。 2.传热学是研究热量传递过程规律的一门科学。 3.工质：热能转换为机械能的媒介物。 4.热力系统：选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统，简称系统。 5.外界（或环境）：系统之外的一切物体。 6.边界：系统与外界的分界面。 7.系统的分类： （1）闭口系统：与外界无物质交换的系统。 （2）开口系统：与外界有物质交换的系统。 （3）绝热系统：与外界之间没有热量交换的系统。 （4）孤立系统：与外界没有任何的物质交换和能量（功、热量）交换。 8.热力状态：系统中的工质在某一瞬间呈现的各种宏观物理状况的总和称为工质（或系统）的热力状态，简称为状态。 9.平衡状态：在不受外界影响的条件下，工质（或系统）的状态参数不随时间而变化的状态。 10.基本状态参数：压力、温度、比容、热力学能（内能）、焓、熵。 11.表压力Pg、真空度Pv、绝对压力P P g = P - P b P v = P b - P 12.热力学第零定律(热平衡定律) ：如果两个物体中的每一个都
分别与第三个物体处于热平衡，则这两个物体彼此也必处于热平衡。 13.热力过程：系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。 14.准平衡过程（准静态过程）：热力过程中，系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 15.可逆过程：一个热力过程完成后，如系统和外界能恢复到各自的初态而不留下任何变化，则这样热力过程称为可逆过程。 16.不可逆因素：摩擦、温差传热、自由膨胀、不同工质混合。 17.可逆过程是无耗散效应的准静态过程。 18.系统对外界做功的值为正，外界对系统做功的值为负。 系统吸收热量时热量值为正，系统放出热量时热量值为负。 第二章热力学第一定律 1.热力学第一定律：在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 也可表述为：不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。进入系统的能量－离开系统的能量=系统储存能量的变化。 2.闭口系统的热力学第一定律表达式：Q =?U +W 微元过程：δQ =dU +δW 可逆过程：Q =?U +? 1pdV δQ =dU +pdV 2
热工基础_期末总复习_重点(张学学)
1.系统：在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为热力系统，简称系统。 2.系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为平衡状态。 3.状态参数：用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数，如温度、压力、比体积等。工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等，其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积，称为基本状态参数。 4.可逆过程：如果系统完成了某一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态，并且不给外界留下任何变化，这样的过程为可逆过程。 准平衡过程：所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 可逆过程的条件：准平衡过程＋无耗散效应。 5.绝对压力p 、大气压力p b 、表压力p e 、真空度p v 只有绝对压力p 才是状态参数 1.热力学能：不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运动动能和分子之间的位能之和（热能）。热力学能符号：U ，单位：J 或kJ 。 热力系统储存能=宏观动能、宏观位能+热力学能 储存能：E ，单位为J 或 kJ 2.热力学第一定律实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律，可表述为：a.在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 b.不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。 c.进入系统的能量－离开系统的能量 = 系统储存能量的变化 3.闭口系统：与外界无物质交换的系统。系统的质量始终保持恒定，也称为控制质量系统 闭口系统的热力学第一定律表达式 对于微元过程 对于可逆过程 对于单位质量工质 对于单位质量工质的可逆过程 4.开口系统稳定流动实现条件 1）系统和外界交换的能量（功量和热量）与质量不随时间而变； 2）进、出口截面的状态参数不随时间而变。 理想气体状态方程 R g 为气体常数，单位为J/(kg·K) 2.比热容：物体温度升高1K （或1℃）所需要的热量称为该物体的热容量，简称热容 比热容（质量热容）：单位质量物质的热容，c ，J/(kg·K) 道尔顿定律：混合气体的总压力等于各组元分压力之和（仅适用于理想气体） d q u w δ=+ δ2f s 1 2 Q H m c mg z W =?+?+?+g pv R T =pV nRT =d d q q c T t δδ==
热工基础课后题答案第二版第四章-第五章
第四章 思考题 1. 循环的热效率公式 121q q t - =η 和 121T T t -=η 有何区别？各适用什么场合？ 答：前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。 2. 循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一 定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？ 答： 不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。 3. 热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械 能”？ 答： 不对， 必须保证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以全部变为机械能，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。 4. 下列说法是否正确？为什么？ ⑴ 熵增大的过程为不可逆过程； ⑵ 不可逆过程的熵变S ?无法计算； ⑶ 若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的S ?必大于 可逆途径的S ?； ⑷ 工质经历不可逆循环后0>?S ； ⑸ 自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现； ⑹ 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。 答： （1）不正确，只有孤立系统才可以这样说； （2）不正确，S 为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算； （3）不对，S 为状态参数，和过程无关，S ?相等； （4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。 （5）不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。 （6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。如果是可逆过程，熵
硅酸盐工业热工基础(重排本)课后答案
【解】查表知硅砖的导热系数λ= 0.92 + 0.7×10-3 t W/（m.o C ） 硅砖的平均温度 o 121300300800C 22 av t t t ++=== 硅砖的平均导热系数 λ = 0.92 + 0.7×10-3 t av = 0.92 + 0.7×10-3 ×800 = 1.48 W/（m.o C ） 散热损失量 (1300300) 1.481032889W 0.45t t F Q F λδδλ??-?? ==== 习题【2-2】 【解】设硅藻土砖的厚度和导热系数分别为δ1，λ1 红砖的厚度和导热系数分别为δ2，λ2 如果不用硅藻土，红砖的厚度为δ2 用红砖替代硅藻土后，要保持炉墙的散热量不变，即保持炉墙的热阻不变 替换前，炉墙热阻12 112R δδλλ= +，替换后，炉墙热阻322 R δλ= 令R 1=R 2，得 3 12122 δδδλλλ+=，则 213210.390.04 0.250.37 m =370 mm 0.13 λδδδλ?=+ =+= 习题【2-3】 【解】该拱形窑顶的导热可以视为1/4单层圆筒壁的导热 查表知耐火粘土砖的导热系数λ= 0.835+ 0.58×10-3 t W/（m.o C ） 耐火粘土砖的平均温度 o 12700100400C 22av t t t ++=== 硅砖的平均导热系数 λ = 0.835 + 0.58×10-3 t av = 0.835 + 0.58×10-3 ×400 = 1.067 W/（m.o C ） 根据单层圆筒壁的传热量公式可得每米窑长拱顶散失热量 21 11700100 4197W/m 10.850.23 14 4 ln ln 2 1.06710.85 2t Q d l d ππλ?-= == +??
工程热力学第三版电子教案第5章
第5章热力学第二定律 5．1 本章基本要求 (45) 5．2 本章重点: (45) 5．3 本章难点 (45) 5．4 例题 (46) 5．5思考及练习题 (55) 5．6 自测题 (60)
5．1 本章基本要求 理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。 熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用、火无的概念。 5．2 本章重点: 学习本章应该掌握以下重点内容:, l．深入理解热力学第二定律的实质，它的必要性。它揭示的是什么样的规律；它的作用。 2．深入理解熵参数。为什么要引入熵。是在什么基础上引出的。怎样引出的。它有什么特点。 3．系统熵变的构成，熵产的意义，熟练地掌握熵变的计算方法。 4．深入理解熵增原理,并掌握其应用。 5．深入理解能量的可用性，掌握作功能力损失的计算方法 5．3 本章难点 l．过程不可逆性的理解，过程不可逆性的含义。不可逆性和过程的方向性与能量可用性的关系。 2．状态参数熵与过程不可逆的关系。 3．熵增原理的应用。 4．不可逆性的分析和火用分析.
5．4 例题 例1：空气从P1=0.1MPa ，t1=20℃，经绝热压缩至P2=0.42MPa ，t2=200℃。求：压缩过程工质熵变。（设比热为定值）。 解：定压比热： k kg kJ R C P ?=?== /005.1287.027 27 由理想气体熵的计算式： k kg kJ P P R T T C S P ?=-=-=?/069.01.042 .0ln 287.0293473ln 005.1ln ln 121212 例2：刚性容器中贮有空气2kg ，初态参数P1=0.1MPa ，T1=293K ，内装搅拌器，输入轴功率WS=0.2kW ，而通过容器壁向环境放热速率为kW Q 1.0. =。求：工作1小时后孤立系统熵增。 解：取刚性容器中空气为系统，由闭系能量方程：U Q W s ?+=. . 经1小时， () 12. .36003600T T mC Q W v s -+=()K mC Q W T T v 5447175.021.02.036002933600..12=?-+=? ?? ??-+ = 由定容过程： 1 2 12T T P P =， MPa T T P P 186.0293 5441.0121 2=?== 取以上系统及相关外界构成孤立系统： sur sys iso S S S ?+?=? K kJ T Q S sur /2287.1293 1 .036000=?== ? K kJ S iso /12.22287.18906.0=+=? 例3：压气机空气由P1=100kPa ，T1=400K ，定温压缩到终态P2=1000kPa ，过程中实际
硅酸盐工业热工基础知识课后复习标准答案
硅酸盐工业热工基础作业答案2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁 单值条件tw1=1300C tw2=300Cδ=450mm F=10 m 2 胸墙的平均温度Tav＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值 λav＝0.92＋0.7x0.001 x800＝1。48w/m.c Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=1.48X10X（1300－300）/0.48=3.29X104 W 2－2解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁 由Q=t?/R或q=t?/Rt知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才 行 单值条件δ1＝40mm δ2=250mm λ1=0.13W/m.C λ2=0.39W/m. 硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层) Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=0.04/0.13+0.25/0.39+δ3/λ3 若仅有红砖（两层）Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/0.39+δ3/λ3 Rt1=Rt2?0.04/0.13+0.25/0.39=δ/0.39 得δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm。 2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁 单值条件δ＝230mm R1=0.85m Tw1=700C Tw2=100C 粘土砖的平均导热系数 λav=0.835X0.58X103- X(Tw1+Tw2)/2=0.835+0.58X400X10 3- =1.067W/m.C R2=R1+δ=1.08m 当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln21d d=2X3.14X1.067X1X600/4Ln1.08 0.85 =4200W/m 因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav＝（R1＋R2）/2求出。做法与2－1同。 2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁 单值条件λ1＝50W/m。C λ2＝0.1 W/m。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量 Q=( Tw1-Tw2)X2π/(1213 1122 d d Ln Ln d d λλ +)= 2502 222.27 11851375 501750.1185 X W Ln Ln π = + 若仅考虑石棉的热阻，则
热工基础第二版(张学学著)高等教育出版社课后答案讲解
第一章 思考题 1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的 压力表或真空计的读数是否可能变化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习题 1-1 解：
热工基础课后答案超详细版(张学学)
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第一章 思考题 1.平衡状态与稳定状态有何区别热力学中为什幺要引入平衡态的概念 2. 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 3.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算若工质的压力不变，问测量 其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化 4. 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？
答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习 题 1-1 解： kPa bar p b 100.61.00610133.37555==??=- 1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+= 2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-= 3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-= 4. kPa bar p p p b v 6.50506.0 5.000 6.1==-==- 1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅 炉设 备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角?=30α， 管内水 解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差 mmHg Pa gh p 35.79805.0102008.91000sin 3==????=-αρ＝水柱 mmHg p p p b 65.74835.7756=-=-=水柱 1-3 解： bar p p p a b 07.210.197.01=+=+=
热工基础张学学思考题答案.docx
热工基础第十章思考题答案 1何谓表面传热系数？写出其定义式并说明其物理意义。 答： q=h（t w-t f），牛顿冷却公式中的 h 为表面传热系数。表面传热系数的大小反映对流换热的强弱。 2用实例简要说明对流换热的主要影响因素。 答：（ 1）流动起因室内暖气片周围空气的流动是自然对流。而风机中的流体由于受到 外力的作用属于强迫对流。强迫对流和自然对流的换热效果是不同的。 （2 ）流动的状态流动状态有层流和湍流，层流和湍流的对流换热强度不同，输水 管路，水流速度不同，会导致水的流动状态由层流到湍流，那么这两种流动状态对流换热效果是不同的。 （3）流体有无相变水在对流换热过程中被加热变成水蒸气，蒸气在对流换热过程 中被冷却变成水，这个过程会吸收和放出汽化潜热，两个换热过程的换热量不同。 （4）流体的物理性质流体的物理性质对对流换热影响很大，对流换热是导热和对 流两种基本导热共同作用的结果。因此，比如水和油，金属和非金属对流换热效果不同。 （5）换热表面的几何因素换热器管路叉排和顺排换热效果不同，换热管线直径大小对换热效果也有影响。 3对流换热微分方程组有几个方程组组成，各自到处的理论依据是什么？ 答：（1 ） 连续性微分方程 （2） 热量平衡方程 （ 1） （ 2）ρ?u + u ?u + v ?u?p? 2 u? 2 u ) 动量平衡方程 ( ?x?y ) = F x - ?x + η( + ?y 2 ?τ?x 2连续性微分程的依据是根据质量守恒导出的
热量平衡方程是根据能量守恒导出的 动量平衡方程是根据动量守恒导出的 4何谓流动边界层和热边界层？它们的厚度是如何规定的。 答：流动边界层是由于流体粘度造成速度变化的区域，即速度发生明显变化的流体薄层。速度达到∞处的 y 值作为边界层的厚度，用δ表示。 当温度均匀的流体与它所流过的固体壁面温度不同时，在壁面附近会形成一层温度变化较大的流体层，称为热边界层。过于温度 t- t w =（ t∞ - t w）处到壁面的距离为热边界层的厚度。 5简述边界层理论的基本内容。 答：（1）边界层的厚度与壁面特征长度L 相比是很小的量。 （2）流场划分为边界层区和主流区。流动边界层内存在较大的速度梯度，是发生动量扩散的主要区域。在流动边界层之外的主流区，流体可近似为理想流体。热边界层内存在较大的温度梯度，是发生热量扩散的主要区域，热边界层之外的温度梯度可以忽略。 （3）根据流动状态，边界层分为层流边界层和湍流边界层。湍流边界层分为层流底层、缓冲层与湍流核心三层。层流底层内的速度梯度和温度梯度远大于湍流核心。 （4）在层流边界层与层流底层内，垂直于壁面方向上的热量传递主要靠导热。湍流边界层的主要热阻在层流底层。 6边界层理论对求解对流换热问题有何意义？ 忽略高阶小量，可以使对答：应用边界层理论分析对流换热微分方程中各项的数量级， 流换热微分方程组得到合理的简化，更容易分析求解。 7层流边界层和湍流边界层在传热机理上有何区别？ 答：在层流边界层内，热边界层内的温度梯度的变化比较平缓，垂直于壁面方向上的 热量传递主要依靠导热。而湍流边界层内，层流底层有很大的温度梯度，热量传递主要靠导热；而湍流核心内由于强烈的扰动混合使温度趋于均匀，温度梯度较小，热量传递主要靠对流。 8何谓两个物理现象相似？ 答：如果同类物理现象之间所有同名物理量场都相似，即同名的物理量在所有对应瞬间、对应地点的数值成比例，称物理现象相似。
《硅酸盐工业热工设备(陶瓷)》课程教学大纲
《硅酸盐工业热工设备(陶瓷)》课程教学大纲 一、基本信息 课程编号：01A32205 课程名称：硅酸盐工业热工设备（陶瓷） 英文名称：Thermal Equipment for Silicate Industry (Ceramic) 课程类型: □通识必修课□通识核心课□通识选修课□学科基础课 □专业基础课■专业必修课□专业选修课□实践环节 总学时：32 讲课学时：32 实验学时：0 学分：2.0 适用对象：材料科学与工程（陶瓷方向）本科生 先修课程：热工基础、流体力学、工程制图、材料机械、材料力学等课程。本课程学习时最好与陶瓷工艺学同步进行,或略后于该课程。 课程负责人：刘永杰 二、课程的性质与作用 《硅酸盐工业热工设备（陶瓷）》课是材料科学与工程专业（陶瓷方向）的一门专业必修程，其主要任务是阐明陶瓷工业生产中所用的热工设备—窑炉的结构、作用、工作原理等知识，并及时的介绍一些陶瓷热工设备方面的有关新技术的新成果。使学生对陶瓷工业生产所用热工设备的类型、构造、工作原理、工作参数及性能、用途有全面、系统和深入的理解，熟悉陶瓷工业热工设备设计和使用的知识，了解陶瓷工业热工设备的现状及发展趋势，为后续生产实践和科学实验过程中进行设备选型、使用和维护奠定理论和技术基础。 三、教学目标 通过该课程的学习，使学生掌握陶瓷工业热工设备的用途及作用；热工设备的结构、工作原理与操作方法；陶瓷工业热工设备的设计；掌握各种不同陶瓷工业热工设备的特点、性能及进行优劣比较；了解热工设备的热工测量技术和自动调节知识。使学生具备使用、改进和设计热工设备的初步能力。认识陶瓷工业热工设备对于环境保护、行业发展以及企业效益的重要性，并关注其发展动态和环保理念，能够在以后的生产实践和科学实验过程中正确地进行设备选型、使用、维护和更新。 课程目标与相关毕业要求指标点的对应关系
热工基础课后题答案第二版第四章-第五章
第四章 思考题 1. 循环的热效率公式 121q q t - =η 和 12 1T T t -=η 有何区别？各适用什么场合？ 答：前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。 2. 循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一 定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？ 答： 不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。 3. 热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械 能”？ 答： 不对， 必须保证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以全部变为机械能，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。 4. 下列说法是否正确？为什么？ ⑴ 熵增大的过程为不可逆过程； ⑵ 不可逆过程的熵变S ?无法计算； ⑶ 若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的S ?必大于 可逆途径的S ?； ⑷ 工质经历不可逆循环后0>?S ； ⑸ 自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现； ⑹ 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。 答： （1）不正确，只有孤立系统才可以这样说； （2）不正确，S 为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算； （3）不对，S 为状态参数，和过程无关，S ?相等； （4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。 （5）不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。
热工基础1-3章部分习题答案及附加例题
m l h m mm l m kg cm g 1.05.02.030sin 2.0200/800/8.033=?======ρ已知： 烟气的真空度为： Pa h g p v 8.78430sin 2.081.9800=??=??=ρ ∵ 1 mmH 2O = 9.80665 Pa ∴ 1 Pa = 0.10197 mmH 2O O mmH Pa p v 2027.808.784== 烟气的绝对压力为： kPa Pa p p p v b 540.98388.985408.7843224.133745==-?=-= 2.2填空缺数据（兰色）： 2.9 题略 已知：D 1 = 0.4 m ，p 1 =150 kPa ，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD ，太阳辐射加热后D 2 = 0.45 m 求：过程中气体对外作功量 解：由D 1=0.4 m ，p 1=150 kPa ，可求得：k =375 kPa/m kJ D D k dD kD W dD kD D d kD pdV dW D D 27.2) (8 22 )6 (41423332 1 =-= == ?==? π π π π 答：过程中气体对外作功量为2.27 kJ
解：由题意：△U = 0 → T 2 = T 1 = 600 K 由理想气体气体状态方程， 有： Pa p p T V p T V p T V p 5121 1 2222111100.23 1 3?== == △U =△H = 0 3.7 题略 解：（1）混合后的质量分数： ωCO 2 = 5.6 %， ωO 2 =16.32 %， ωH 2O =2 %， ωN 2 =76.08 % （2） 折合摩尔质量： M eq = 28.856 kg/kmol （3） 折合气体常数： R eq = 288.124 J/（kg ·K ） （4） 体积分数： φCO 2 = 3.67 %， φO 2 =14.72 %， φH 2 O =3.21 %， φN 2 =78.42 % （5）各组分气体分压力： p CO 2 = 0.01101 MPa ， p O 2 =0.04416 MPa ， p H 2O =0.00963 MPa ， p N 2 =0.2353 MPa 下面是附加的一些例题，供参考： 一、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）？ 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 K J K kJ p p mR V V mR s m S g g /1426.1/101426.13ln 208.0005.0ln ln 31 212=?=??=-==?=?-
工程热力学思考题答案,第五章.doc
第五章热力学第二定律 热力学第二定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当 ? 答：不能这样表述。表述不正确，对于可逆的定温过程，所吸收的热量可以全部转化为机械能，但是自身状态发生了变化。所以这种表述不正确。 理想气体进行定温膨胀时，可从单一恒温热源吸入的热量，将之全部转变功对外输出，是否与热力学第二定律的开尔文叙述矛盾？提示：考虑气体本身是否有变化。 答：不矛盾，因为定温膨胀气体本身状态发生了改变。 自发过程是不可逆过程，非自发过程必为可逆过程，这一说法是否正确？ 答：不正确。自发过程是不可逆过程是正确的。非自发过程却不一定为可逆过程。 请归纳热力过程中有哪几类不可逆因素？ 答：。不可逆因素有：摩擦、不等温传热和不等压做功。 试证明热力学第二定律各种说法的等效性：若克劳修斯说法不成立，则开尔文说也不成立。 答：热力学第二定律的两种说法反映的是同一客观规律——自然过程的方向性→是一致的，只要一种表述可能，则另一种也可能。假设热量Q2 能够从温度T2 的低温热源自动传给温 度为 T1 的高温热源。现有一循环热机在两热源间工作，并且它放给低温热源的热量恰好等 于 Q2。整个系统在完成一个循环时，所产生的唯一效果是热机从单一热源（T1）取得热量Q1-Q2，并全部转变为对外输出的功W。低温热源的自动传热Q2 给高温热源，又从热机处接受 Q2，故并未受任何影响。这就成了第二类永动机。? 违反了克劳修斯说法，? 必须违反了开尔文说法。反之，承认了开尔文说法，克劳修斯说法也就必然成立。 下列说法是否有误： （1）循环净功 Wnet 愈大则循环效率愈高；（×） （2）不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率；（×） （3）可逆循环的热效率都相等，t 1 T 2（×）T1 循环热效率公式t q1 q2 和t T1 T 2是否完全相同？各适用于哪些场合？ q1 T1 答：这两个公式不相同。t q1 q 2适用于任何工质，任何循环。 t T 1 T 2适用于任 q1 T1 何工质，卡诺循环。 下列说法是否正确： （1）熵增大的过程必定为吸热过程（×）； （2）熵减小的过程必为放热过程（×）； （3）定熵过程必为可逆绝热过程（×）。 （4）熵增大的过程必为不可逆过程（×） （5）使系统熵增大的过程必为不可逆过程（×） （6）熵产S g 0 的过程必为不可逆过程（√）
硅酸盐工业热工基础作业答案
硅酸盐工业热工基础作业答案 2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁 单值条件 tw1=1300C tw2=300C δ=450mm F=10 m 2 胸墙的平均温度 Tav ＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值 λav ＝＋ x800＝1。48w/ Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=（1300－300）/=4 2－2 解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁 由Q=t ?/R 或q=t ?/Rt 知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才行 单值条件 δ1＝40mm δ2=250mm λ1= λ2=m. 硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层) Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=++δ3/λ3 若仅有红砖（两层） Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/+δ3/λ3 Rt1=?+=δ/ 得 δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm 。 2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁 单值条件 δ＝230mm R1= Tw1=700C Tw2=100C 粘土砖的平均导热系数 λav= 3-3 - R2=R1+δ= 当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln 21d d =1.080.85 因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁
当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav ＝（R1＋R2）/2求出。做法与2－1同。 2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁 单值条件 λ1＝50W/m 。C λ2＝ W/m 。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量 Q=( Tw1-Tw2)X2π/(12131122d d Ln Ln d d λλ+)=2502222.2711851375 501750.1185 X W Ln Ln π =+ 若仅考虑石棉的热阻，则 Q ’= (12)22502222.31131375220.1185 Tw Tw X X W d Ln Ln d ππ λ-== 可见Q ≈Q ’，因而在计算中可略去钢管的热阻。 2—5解：本题属于稳定的无内热源的多层圆筒壁 若忽略交界面处的接触热阻，每单位长度通过粘土砖的热量Q1与通过红砖热量Q2相同 单值条件 d1=2m d2= d3= Tw1=1100C Tw2=80C 先假设交界处温度为600C ，则粘土转与红砖的平均导热系数 1100600 10.000580.835 1.328/.260080 2X0.000510.470.6434/.2 21(1100600)2 1.328500114076/20.29641 av X W m C av W m C av X X Q W m d Ln d λλλ+= +=-===∏∏＋＝＋＝
硅酸盐工业热工基础作业答案2-1-32
硅酸盐工业热工基础作业答案 2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁 单值条件tw1=1300C tw2=300Cδ=450mm F=10 m 2 胸墙的平均温度Tav＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值 λav＝0.92＋0.7x0.001 x800＝1。48w/m.c Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=1.48X10X（1300－300）/0.48=3.29X104 W 2－2解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁 由Q=t?/R或q=t?/Rt知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才 行 单值条件δ1＝40mm δ2=250mm λ1=0.13W/m.C λ2=0.39W/m. 硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层) Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=0.04/0.13+0.25/0.39+δ3/λ3 若仅有红砖（两层）Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/0.39+δ3/λ3 Rt1=Rt2?0.04/0.13+0.25/0.39=δ/0.39 得δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm。 2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁 单值条件δ＝230mm R1=0.85m Tw1=700C Tw2=100C 粘土砖的平均导热系数 λav=0.835X0.58X103- X(Tw1+Tw2)/2=0.835+0.58X400X10 3- =1.067W/m.C R2=R1+δ=1.08m 当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln21d d=2X3.14X1.067X1X600/4Ln1.08 0.85 =4200W/m 因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav＝（R1＋R2）/2求出。做法与2－1同。 2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁 单值条件λ1＝50W/m。C λ2＝0.1 W/m。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量 Q=( Tw1-Tw2)X2π/(1213 1122 d d Ln Ln d d λλ +)= 2502 222.27 11851375 501750.1185 X W Ln Ln π = + 若仅考虑石棉的热阻，则
热工基础第二版_课后答案(全)_张学学
第二章 思考题 绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：⑴空气的热力学能如何变化？⑵空气是否作出了功？⑶能否在坐 标图上表示此过程？为什么？ 答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。 （2）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。 2. 下列说法是否正确？ ⑴气体膨胀时一定对外作功。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 ⑵气体被压缩时一定消耗外功。 对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。 ⑶气体膨胀时必须对其加热。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 ⑷气体边膨胀边放热是可能的。 对，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边膨胀边放热。 ⑸气体边被压缩边吸入热量是不可能的。 错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。 ⑹对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。 错，比如多变过程，当n大于1，小于k时，可实现对工质加热，其温度反而降低。 4. “任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？ 答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面力功等等，如果只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。 5. 试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列 各量的大小：⑴W12与W1a2； (2) U12与U1a2；
(3) Q 12与Q 1a2 答：（1）W 1a2大。 (2)一样大。 （3）Q 1a2大。 6. 说明下列各式的应用条件： ⑴ w u q +?= 闭口系的一切过程 ⑵ ?+ ?=pdv u q 闭口系统的准静态过程 ⑶ )(1122v p v p u q -+?= 开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零 ⑷ )(12v v p u q -+?= 开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。 7. 膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关 系？ 答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流动功又称为推进功，1kg 工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。 习 题 2-1 解：kJ U Q W 308050Δ-=-=-= ，所以是压缩过程