10级热工基础B卷答案.doc

杭州电子科技大学学生考试卷（ B ）卷考试课程热工基础考试日期2012年 9月 日成绩课 程 号教 师 号任课教师姓名考生姓名学号（8位）年级2010专业车辆工程一、 问答简算题（共36分）：1、 在p-v图和T-s图上，标出空气的升压、升温又放热的过程1-2和膨胀、升温又吸热的过程1-3。（本题6分）SVS2T2v3P3TP2、 家用冰箱的使用说明书指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？（本题6分）根据逆向卡诺循环制冷系数，冷库温度与环境温度的差值越小，制冷系数就越大。把冰箱放置在通风处，并保持与墙壁适当的距离，保证了冰箱散热器附近局部温度不致过高，从而减少了冷库温度与环境温度的 差值。不把冰箱温度设置过低，同样使冷库温度与环境温度的差值降低，提高了制冷系数，这样可使冰箱使用的费用降低3、 空气在气缸中经历某种过程，内能减少22kJ，对外做功12kJ，试分析空气的熵变有哪几种可能性？为什么？（本题6分）由Q=U+W，Q=-10kJ，因此系统对外放热，空气在该过程中熵流为负Sf0，但Sg0，因此，空气的熵变可能大于零，小于零，或等于零。4、 写出Bi数和Nu数的数学表达式，并说明它们的物理意义，指出它们之间的区别。（本题6分）形式上Nu与Bi完全相同，但Nu中的为流体导热系数，而一般h未知，Nu为待定数，Nu表示壁面附近流体的无量纲温度梯度，表示流体对流换热的强弱。Bi中的为导热物体的导热系数，一般h已知，Bi为已定数，表示物体内部导热热阻与外部对流热阻的相对大小。5、 解释下列名词：（1）有效辐射；（2）黑体；（3）遮热板。（本题6分）（1）有效辐射：单位时间内离开单位面积表面的总辐射能，即自身辐射力与反射的投入辐射之和；（2）黑体：吸收比为1的物体 称为黑体；（3）遮热板：插入两个辐射换热表面之间可以用于削弱辐射换热的薄板6、 为了测量管道内空气的温度，常采用热电偶并在管道壁上安装金属套管以保护热电偶。热电偶端点镶嵌在套管的端部。如套管长H=100mm，外径d=15mm，壁厚=1mm，套管材料的导热系数=45 W/(m.K)。已知热电偶指示温度为200，套管根部温度为50，套管外表面与空气之间的对流换热系数为40 W/(m2.K)。试求出测温误差并说明产生测温误差的原因。（本题6分）忽略测温套管横截面上的温度变化，并认为套管端部绝热，则套管可看成是等截面直肋H=tH-t=t0-tch（mH)mH=hUAH=hH=2.98ch2.98=9.87， t=216.9测温误差H=tH-t=-16.9热电偶指示的读数为测温套管端部的温度tH， 由于套管的导热，造成读数和实际流体温度的误差。二、 计算题（共 64 分）1、有一循环装置在温度为1000K和300K的恒温热源间工作，装置与高温热源交换的热量为2000kJ，与外界交换的功量为1200kJ，试用孤立系统熵增原理判别此装置是热机还是制冷机？可逆还是不可逆？（本题13分）Q2=Q1-Wnet=2000-1200=800 kJ（1）假设此装置为制冷机，则循环中，低温热源向工质放热，Q2=-800kJ， 高温热源吸热Q1=2000kJ。取热源、制冷机、冷源为系统，因为外界向制冷机输入功，这是一个闭口绝热系，根据孤立系统熵增原理：热源熵变Sr、冷源熵变Sc、热机熵变Se之和应大于零：Siso=Sr+Sc+Se=Q1T1+Q2T2+0=20001000+-800300=-0.66kJ/K0符合孤立系统熵增原理，所以该装置循环是不可逆热机循环。2、有一等压燃烧内燃机，输出功率为3700kW，燃料热值为4.65104 kJ/kg。假定可将循环简化为空气的等压加热理想循环，循环压缩比为14，预胀比为2。空气比热容为定值，cp =1.004 kJ /(kg. K) ，气体常数Rg=0.287 kJ/（kg.K）。试求：（1）在T-s 图上画出循环过程线；（2）循环热效率；（3）燃料消耗量。（本题14分）1-2过程T2=T1(v1v2)-1=T1-1=141.4-1T1=2.87T12-3过程T3=T2v3v2=T2=2T2=5.74T13-4过程T4=T3(v3v4)-1=T3(2v2v1)-1=5.74T1(2)-1=2.64T1循环吸热量：q1=cpT3-T2=2.883T1循环放热量：q2=cvT4-T1=Rg-1T4-T1=1.177T1循环效率=1-q2q1=0.592P=qmwnet=qmq1 qm=Pq1=37000.592*46500=0.134kg/s3、热电偶的热接点可以近似看作球形，已知其直径d=0.5mm，材料的密度8500 kg/m3，比热容c=400 J/(kg.K)。热电偶的初始温度为25。突然将其放入120的气流中，热电偶表面与气流间的表面传热系数为90W/(m2.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，需要多长时间？（本题12分），可用集总参数法t=30时间常数 c=cVhA=85004000.00025/390=3.15 s0=t-tt0-t=e-c=0.01 =14.5 s4、用热线风速仪测定气流速度的试验中，将直径为 0.1mm的电热丝与来流方向垂直放置，来流温度为25，电热丝温度为55，测得电加热功率为20W/m。假定除对流外其他热损失可以忽略不计，试确定此时的气流来流速度。已知：确定平均表面传热系数的准则式为 Nu=0.683Ref0.466Pr1/3空气的物性参数为：=0.0276W/(m.K), =16.9610-6 m2/s, Pr=0.699（本题12分）l=20W/m由牛顿冷却公式l=hA(tw-tf)=hd(tw-tf)H=l/d(tw-tf)=20/(*0.1/1000*(55-25)=2122 W/m2K因此，Nu=hd/=7.689因此Re=233.12u=Re/d=39.54 m/s5、在某产品的制造中，厚度为2.0mm的基板上紧贴一层厚度为0.1mm的透明薄膜，薄膜表面上有一股冷气流流过，其温度为10，对流换热系数为50W/(m2.K)，同时有辐射能q透过薄膜投射到薄膜与基板的结合面上，如图所示。基板的另一面维持在30。生产工艺要求薄膜与基板的结合面温度应为60。试确定辐射热流密度q应为多大？已知薄膜导热系数为1=0.02 W/(m.K)，基板导热系数为2=0.06 W/(m.K