《热力学与传热学》课程综合复习资料.doc

热力学与传热学综合复习题一、判断说明下列说法是否正确，并说明理由。1、某种理想气体经过一个不可逆循环后，其熵的变化值大于零。2、功的数值仅仅取决于工质的初态和终态，与过程无关。3、理想气体吸热后，温度一定升高。4、牛顿冷却公式中的t可以改为热力学温度之差T。5、工质进行膨胀时必须对工质加热。6、在温度同为T1的热源和同为T2的冷源之间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。7、工质的熵增就意味着工质经历一个吸热过程。8、已知湿蒸汽的压力和温度，就可以确定其状态。9、同一温度场中两条等温线可以相交。二、简答题1有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉的更快一些，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？2对于高温圆筒壁来说，加保温层一定能降低对外散热量，对吗？为什么？3在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？4同一物体内不同温度的等温线能够相交，对吗？为什么?5、在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1秒。从传热学角度，你认为此值可信吗？为什么？三、计算题1一循环，工质从高温热源吸热3.4106 kJ，输出功率1.1106 kJ 。试计算该循环的热效率t。若循环是在温度分别为577 和30 的恒温热源间完成的，试计算该循环的热效率t与同温限下卡诺循环的热效率c之比。2可视为理想气体的空气在活塞中从1 bar、20经历一可逆绝热过程后，压力升为6bar。已知空气的比定压热容cp=1.0 kJ/(kgK)，比定容热容cV=0.71 kJ/(kgK)。试计算该过程终了时空气的温度，每千克空气所作的膨胀功。3有一直径为5cm初始温度为400的钢球，将其突然放到温度为30的空气中。设钢球表面与周围环境间的总换热系数为24 W/(m2K)，试计算钢球冷却到180所需的时间。已知钢球的c=480 J/(kgK)， =7753 kg/m3，=33 W/(mK)。4将氧气压送到容积为2m3的储气罐内，初始时表压力为0.3bar，终态时表压力为3bar，温度由t1=45升高到t2=80。试求压入的氧气质量。当地大气压为Pb=760mmHg，氧气Rg=260J/(kgK)。5流体受迫地流过一根内直径为25 mm的直长管，实验测得管内壁面温度为120，流体平均温度为60 ，流体与管壁间的对流换热系数为350 W/(m2K)。试计算单位管长上流体与管壁间的换热量。6相距甚近而平行放置的两个面积相等的灰体表面，黑度各为0.6和0.5，温度各为700和350，试计算它们之间的辐射换热量。7一卡诺热机工作于500 和200 的两个恒温热源之间。已知该卡诺热机每秒中从高温热源吸收100 kJ，求该卡诺热机的热效率及输出功率。8在一根外直径为120mm的蒸汽管道外包一厚度为25mm的石棉保温层，保温层的导热系数为0.10 W/(mK)。已知管子外表面温度为250，保温层外表面的温度为38，试求单位管长的热损失。9一定量的空气，经过下列四个可逆多变过程组成的循环。试求：（1）填充下表所缺数据；（2）循环净功；（3）该循环的热效率。过程Q（kJ）U(kJ)W(kJ)1-2121002-302503-4-98004-1010、厚为36 mm的无限大平壁，两侧表面温度分别为50 和20 。已知平壁材料的导热系数为 =0.56（1+0.0018t）W/(mK) (其中t的单位为)，试计算通过平壁的热流密度。11、绝热容器由隔板分成两部分，左边为压力600kPa，温度为300K的空气；右边为真空，容积是左边的5倍。如将隔板抽去，空气迅速膨胀，充满整个容器。试求：该过程中1千克空气的热力学能、温度和熵的变化。【空气Rg=287J/(kgK)】12、外径为100 mm，表面温度为100 ，黑度为0.76的圆筒壁，被水平放置于一温度为20的大房间中。已知圆筒壁外表面与空气的纯对流换热系数为7.03W/(m2K)，试计算单位长度圆筒壁散失到房间中的总热量。综合复习题参考答案一、判断下列说法是否正确，并说明理由。1、不正确。原因：熵是状态参数，不管循环是否可逆，工质的熵变均为零。2、不正确。原因：功是过程量，其数值与工质所经历的中间途径有关。即使初终态相同，但若经历的途径不同，功值是不同的。3、不正确。原因：气体吸热Q0，而DU=Q-W，理想气体DU=mcVDT，则DT是否大于零还取决于W的大小。4、正确。原因：摄氏度与热力学温度的温差相等，Dt =DT。5、不正确。原因：工质也可进行绝热膨胀。6、正确。原因：卡诺定理二7、不正确。原因：在可逆过程中，工质的熵增意味着工质经历一个吸热过程。但在不可逆过程中，由于不可逆因素引起的熵产恒大于零。因此即使是绝热过程，工质的熵增也可能大于零。8、不正确。原因：湿蒸汽的压力与温度是互相对应的数值，不是相互独立的参数，故仅知其压力和温度不能决定其状态，必须再另有一个独立参数才行，如干度x。9、不正确。原因：同一物体内任一点在同一瞬间只有一个温度值，不可能具有两个以上的温度。二、简答题1答：应该搅拌碗中的稀饭。这是一个传热过程。相对而言，稀饭侧的对流换热系数较小、换热热阻较大。搅拌稀饭时增大了其对流换热系数，最大限度的降低总传热热阻，可显著地增强传热，加速冷却速率。2答：不对。因为对于圆筒壁的保温，存在一个临界热绝缘直径dc问题。当圆筒壁外径大于临界热绝缘直径dc时，加保温层一定能降低散热量；但当圆筒壁外径小于临界热绝缘直径dc时，在一定的保温层厚度范围内，其散热量是增加的。3答：采用多孔的空心砖较好。因为气体的热导率远小于固体的热导率，相对实心砖而言 ，空心砖的热导率较小、导热热阻较大，在冬天可减少房屋的散热损失，利于保温。4答：不对。同一物体内任一点在同一瞬间只有一个温度值，不可能具有两个以上的温度。5答：不可信。因为测温元件的时间常数不仅取决于其几何参数、物理性质，还同换热条件有关。它随着具体的测温过程而变化，并不是一个确定的数值。三、计算题1解：循环热效率的计算： 相应卡诺循环的热效率： 二者比值为： 2解：p1=1bar p2=6bar T1=20+273.15=293.15K k=cp/cV=1.4由题意知：12为可逆绝热过程，则 q=0，则 3解：d=5cm=0.05m R=d/2=0.025 m t0=400 t=30 对球体 V/A=R/3 M=1/3 则 可用集总参数法计算 则代入数据， 4解：V=2 m3 pb=760mmHg=1.01325bar p=pe+pb p1=pe1+pb=0.3+1.01325=1.31325 bar p2=pe2+pb=3+1.01325=4.01325 bar 理想气体状态方程：pV=mRgT 初态时罐内氧气质量为 终态时罐内氧气质量为 则压入的氧气质量为 Dm=m2-m1=8.748-3.178=5.57 kg 5解：管内强迫对流换热问题。由牛顿冷却公式计算： W/m 6解：T1=700+273.15=973.15K T2=350+273.15=623.15K 由题意知，A1=A2=A X1,2= X2,1=1.0 W/m2 7解：该卡诺热机的热效率： 输出功率为： kW 8解：此为通过圆筒壁的稳态导热问题。由题意知：d1=120mm d2=d1+2d=120+225=170mm tw1=250C tw2=38C 则 W/m 9解：（1）填表 对每一过程有：Q=DU+W 对循环有 过程Q（kJ）U(kJ)W(kJ)1-21210(1210)02-30(-250)2503-4-980(-980)04-10(20)(-20) （2）循环净功 W0=W1-2+W2-3+W3-4+W4-1=0+250+0-20=230 kJ 或 W0=Q0=1210+0-980+0=230kJ （3）循环热效率 Q1=1210 kJ 10解：大平壁的平均温度为 tm=(tw1+tw2)/2=(50+20)/2=35 平均热导率为：lm=0.56（1+0.0018tm）=0.56(1+0.001835) = 0.5953 W/(mK) 热流密度为： W/m2 11解：以容器内的空气为研究对象。已知：T1=300K p1=600kPa V2/V1=6 （1）满足q=Du+w 绝热q=0 自由膨胀w=0 则Du=q-w=0 （2）Du=cV（T2-T1）=0 ，则 T2=T1 （3）Ds=Rgl