热工基础与应用课后习题答案

1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11解2KPABARPB1006100610133375551KPAPPPGB6137001360061002KPABARPPPBG414949410061523KPAMMHGPPPVB33157557007554KPABARPPPBV650506050006112图18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30，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MMHGPAGHP3579805010200891000SIN3水柱MMHGPPPB65748357756水柱13解BARPPPAB0721019701BARPPPB32005107212BARPPPBC650320970214解KPAHPPPB2GMM15745760汞柱真空室KPAPPPA36236021真空室KPAPPPB19217036212KPAPPPBC1902192真空室KNAPPFB8150454113337452真空室14解BARMMHGPPPPB11215828003133/819300760汞柱水柱315解由于压缩过程是定压的，所以有KJVVPPDVWVV200408010506212116解改过程系统对外作的功为05033013023111133115030258503VW1KJVVVPDVVPPDV17解由于空气压力正比于气球的直径，所以可设CDP，式中C为常数，D为气球的直径，由题中给定的初始条件，可以得到5000003015000011DPDPC该过程空气对外所作的功为KJDDCDDDCDCDDPDVWDDDDVV363430405000000818121614441423321212118解（1）气体所作的功为03014610176D10004024JVVW（2）摩擦力所消耗的功为JLFW10000103201000摩擦力所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为JWWW410661摩擦力活塞19解由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程中，内外压力始终保持相等，恒等于大气压力009MPA，所以气体对外所作的功为JVPW561081210090111解确定为了将气球充到2M3的体积，贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐的压力等于气球中的压力，同时等于外界大气压BP）PAVVPVVPP5511211211018222100922前两种情况能使气球充到2M3JVPWB55101821009情况三4333330902150MPVPVB贮气罐贮气罐气球贮气罐所以气球只能被充到3333123333MV气球的大小，故气体对外作的功为JW55101231331009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。问空气的热力学能如何变化空气是否作出了功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。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。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。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。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。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5答不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面张力功等等，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26所示的过程12与过程1A2中下列各量的大小W12与W1A2；2U12与U1A2；3Q12与Q1A2答（1）W1A2大。2一样大。（3）Q1A2大。6说明下列各式的应用条件WUQ闭口系的一切过程PDVUQ闭口系统的准静态过程1122VPVPUQ开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零12VVPUQ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，由于这个机械工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。图26思考题4附图6习题21解KJUQW308050，所以是压缩过程22解KJQWQW145012006502000放压吸膨23解HJQU/107236001026324解状态B和状态A之间的内能之差为KJWQUUUABAB6040100所以，ADB过程中工质与外界交换的热量为KJWUQABBDA802060工质沿曲线从B返回初态A时，工质与外界交换的热量为KJWUWUUQABBAAB903060根据题中给定的A点内能值，可知B点的内能值为60KJ，所以有KJUUUDBAD204060由于DB过程为定容过程，系统不对外作功，所以DB过程与外界交换的热量为KJUUUQDBBDBD20所以ADB过程系统对外作的功也就是AD过程系统对外作的功，故AD过程系统与外界交换的热量为KJWUWUUQBDAADDAADDA60204025过程QKJWKJUKJ12139001390230395395341000010004105525解由于汽化过程是定温、定压过程，系统焓的变化就等于系统从外界吸收的热量，即汽化潜热，所以有KGKJQH/22577内能的变化为KGKJVVPHPVHU/20881674000110101225721226解选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为PAAGPPB545111029391010098195101028当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为PAAGPPB54522101959101009895101028由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度即021TTT根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为3352452112102615101959101010100102939MPVPV所以活塞上升的距离为CMMAVVL2652600510100101010010261546312由于理想气体的内能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的内能变化为零，同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为JLAPWQ04103260051010010195945228解压缩过程中每千克空气所作的压缩功为KGKJUQW/1965146550忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每KG压缩空气所需的轴功为KGKJHQW/252100845010175081465503S所以带动此压气机所需的功率至少为KWWPS42601029解是否要用外加取暖设备，要看室内热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给8外界的热量，室内热源每小时产生的热量为KJQ51098136001005050000热源小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3105KJ，所以必须外加取暖设备，供热量为HKJQ/1010210981103555210解取容器内的气体作为研究的热力学系统，根据系统的状态方程可得到系统终态体积为321121121121785011MPPVV过程中系统对外所作的功为178117812012021211121211645402KJVVVPDVVVPPDVW所以过程中系统和外界交换的热量为KJWUQ6450645440为吸热。211解此过程为开口系统的稳定流动过程，忽略进出口工质的宏观动能和势能变化，则有SMMMWQHQHQHQ117766由稳定流动过程进出口工质的质量守恒可得到176MMMQQQ所以整个系统的能量平衡式为S767161WHHQHHQQMM故发电机的功率为KWQHHQHHQWPMM33116776S1015244241836007001241836001050418003600700212解由于过程是稳定流动过程，气体流过系统时重力位能的变化忽略不计，所以系统的能量平衡式为SFWCMHQ221其中，气体在进口处的比焓为9KGJVPUH/232940037010620102100631111气体在出口处的比焓为KGJVPUH/16560002110130101500632222气体流过系统时对外作的轴功为KWWCHQMCMHQWFFS627082708600300150212329400165600010304212122322所以气体流过系统时对外输出的功率为KWWPS67082第三章思考题1理想气体的PC和VC之差及PC和VC之比是否在任何温度下都等于一个常数答理想气体的PC和VC之差在任何温度下都等于一个常数，而PC和VC之比不是。2如果比热容是温度T的单调增函数，当12TT时，平均比热容10|TC、20|TC、21|TTC中哪一个最大哪一个最小答由10|TC、20|TC、21|TTC的定义可知D10011TCTTCCTT，其中10TD20022TCTTCCTT，其中20TD122121TCTTTCCTTTT，其中21TT因为比热容是温度T的单调增函数，所以可知21|TTC10|TC，又因为2021121202112021010212102TTTTTTTTTTTTTCCTCCTCCTTTCTCC故可知21|TTC最大，又因为100DDDD210112211120121211021210201001212112111212TTCCTTTTTCTTTCTTTTTTCTTCTTTTTCTTCTCCTTTTTTTTTTTTT所以10|TC最小。3如果某种工质的状态方程式遵循TRPVG，这种物质的比热容一定是常数吗这种物质的比热容仅是温度的函数吗答不一定，比如理想气体遵循此方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。这种物质的比热容不一定仅是温度的函数。由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到GRTUTVPTUTWTUTWUTQCDDDDDDDDDDDDDD由此可以看出，如果工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。4在VU图上画出定比热容理想气体的可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆定温加热过程和可逆绝热膨胀过程。UV1234答图中曲线1为可逆定容加热过程；2为可逆定压加热过程；3为可逆定温加热过程；4为可逆绝热膨胀过程。因为可逆定容加热过程容积V不变，过程中系统内能增加，所以为曲线1，从下向上。可逆定压加热过程有VCUCUVCCCVCUDVCDVRCPDVPVTCDUPP12212110001，所以时，为常数，且考虑到和所以此过程为过原点的射线2，且向上。理想气体的可逆定温加热过程有11加，气体对外做功，体积增00WQWQU所以为曲线3，从左到右。可逆绝热膨胀过程有为常数、21211111CCCVKCUDVVCPDVDUKK所以为图中的双曲线4，且方向朝右（膨胀过程）。5将满足空气下列要求的多变过程表示在VP图ST图上空气升压，升温，又放热；空气膨胀，升温，又放热；此过程不可能61N的膨胀过程，并判断Q、W、U的正负；31N的压缩过程，判断Q、W、U的正负。答SVTPNN0N1NK1湿球温度露点温度饱和湿空气干球温度湿球温度露点温度398在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大答干空气的密度大。9同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低答阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。10若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问温度高的湿空气含湿量大还是温度低的湿空气含湿量大为什么答由，在相同相对湿度的情况下，温度高，PS大，所以，温度高含湿量大。11早晨有雾，为什么往往是好天气答早晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。习题52解用水蒸气表，所以为湿饱和蒸汽。查HS图得到4053解1、查表得所以2、当时，比容仍然为所以为湿饱和蒸汽。3、传出的热量为54解查表得所以时，所以为湿饱和蒸汽。41传出的热量为55解查表得到时1MPA2MPA13MPAKJ/KG3157731372315155KJ/KGK730186957471985理想的绝热过程，熵不变，所以有,查表得到P2时的参数,所以干度为所以出口乏气的焓为根据稳定流动的过程方程，可得56解查表并插值得到,吸热量为需要媒量为4257解查表得到当饱和压力为时，所以查表得到当时过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有查图得到当，时，所以58解查表得到当饱和压力为时，所以加热后为的干饱和蒸汽43吸热过程为定容过程，所以吸热量为所需时间为59解MPA、的蒸汽处于过热状态，K130由临界压力比可得所以查图表并插值得到理想绝热过程熵不变，所以有查表可得所以出口速度为510解查表得到时，所以44511解由查表得到加热过程比湿度不变，沿定D线到，在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定H线到，所以干空气的流量为湿空气的流量为所消耗的热量为512解由查表得到沿定D线到在沿定到得到析出水量为沿定D线到得到45加热量为513解查表知对应的饱和压力为对应的饱和压力为所以514解由查表得到加入的水蒸气的量为由及得到515解查表知对应的饱和压力为对应的饱和压力为所以相对湿度为加热到40OC,绝对湿度不变，查表得到516解由查表得到,所以46当冷却到300C时,比容仍为,此时为湿蒸汽查表得总传热量为环境的熵变为蒸汽熵变为金属球的熵变为总熵变为第六章思考题1试画出简单蒸汽动力装置的系统图、简单蒸汽动力循环的PV图与TS图。2既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将全部蒸汽抽出来用于回热为什么回热能提高热效率答采用回热措施，虽然对每KG蒸汽来说做功量减少，但抽汽在凝结时所放出的潜热却全部得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每KG工质在锅炉中吸收的热量大为减少，因此，提高了循环效率。但抽汽量不是越多越好，是根据质量守恒和能量守恒的原则确定的。473蒸汽动力装置循环热效率不高的原因是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机将乏气直接升压送回锅炉是否可以答乏气如果是水汽混合的，则不能进行压缩。如果全部是气体进行压缩，则体积流量太大，需要采用大尺寸的机器设备，是不利的。4卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环答与郎肯循环相同温限的卡诺循环，吸热过程将在气态下进行，事实证明气态物质实现定温过程是十分困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用。那么，能否利用饱和区（气液两相区）定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环，从原理上看是可能的，但是实施起来，有两个关键问题，一是，汽轮机出口位于饱和区干度不高处，湿度太大使得高速运转的汽轮机不能安全运行，同时不可逆损失增大，其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区进行，气液混和工质的压缩会给泵的设计和制造带来难以克服的困难，因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循环。5如果柴油机在使用过程中，喷油嘴保养不好，致使燃油雾化不良，燃烧延迟，问此时柴油机的经济性如何答燃烧延迟，没有充分膨胀便开始排气，这将使热效率显著降低，且排气冒黑烟，这是很不好的。6今有两个内燃机的混合加热循环，它们的压缩比、初态、总的加热量相同，但两者的定容升压比不同，（1）请在PV图与TS图上表示出这两个循环的相对位置；（2）利用TS图定性地比较这两个循环的热效率。7燃气轮机装置循环与内燃机循环相比有何优点为什么前者的热效率低于后者答燃气轮机与内燃机相比，没有往复运动机构，可以采用很高的转速，并且可以连续进气，因而可以制成大功率的动力装置。但要保持燃气轮机长期安全运行，必须限制燃气进燃气轮机时的最高温度，目前为700800C，所以效率比较低。8试述动力循环的共同特点。答有工质在高温热源吸热，在低温热源放热，并对外输出功。习题61解1点P14MPA,T1400C查表得H1321571KJ/KG,S16773KJ/KGK2点S2S16773KJ/KGK,P24KPA查表得H2204013KJ/KG,X07894834点由P3P24KPA查表得H312129KJ/KG吸热量Q1H1H332157112129309442KJ/KG净功量WNETH1H2321571204013117558KJ/KG热效率3799干度X07891点由P14MPA,T1550C查表得H1355858KJ/KG,S17233KJ/KGK2点由S2S17233KJ/KGK,P24KPA查表得H2217911KJ/KG,X084634点由P34KPA,查表得H312129KJ/KG吸热量Q1H1H335585812129343729KJ/KG净功量WNETH1H2355858217911137947KJ/KG热效率4013干度X084662解1点由P113MPA,T1535C得H1343018KJ/KG,S16559KJ/KGK5点由S5S16559KJ/KGK,得P51082MPA，H5277907KJ/KG点由得2点由，P27KPA得H2243067KJ/KG，X2094134点由P3P2得H316338KJ/KG吸热量49净功量热效率63解1点由P16MPA,T1560C得H1356268KJ/KG,S17057KJ/KGK2点由S2S1,P26KPA得H2217335KJ/KG,X0836934点由P3P2得H31515KJ/KG吸热量Q1H1H33562681515341118KJ/KG净功量WNETH1H2356268217335138933KJ/KG热效率64解1点由P110MPA,T1400C得H1309993KJ/KG,S16218KJ/KGKA点由SAS1,PA2MPA得HA273962KJ/KG2点由S2SA,P2005MPA得50H2215795KJ/KG,X078834点由P3P2得H334058KJ/KG56点由P5PA得H590857KJ/KG抽汽量热效率轴功WSH1H5309993908570367180445KJ/KG65解（1）循环热效率为（2）1到2为可逆绝热过程，所以有2到3为定容吸热过程，所以有3到5为可逆绝热过程，又因为所以有51放热过程为定压过程，所以循环的放热量为所以循环的热效率为之所以不采用此循环，是因为实现气体定容放热过程较难。66解1K14循环热效率为压缩过程为可逆绝热过程，所以有2K13循环热效率为压缩过程为可逆绝热过程，所以有67解循环热效率为52每KG空气对外所作的功为所以输出功率为68解1到2为可逆绝热过程，所以有2到3为定容过程，所以有所以定容增压比为3到4为定压过程，所以有所以预胀比为所以循环热效率为53所以循环的净功为69解首先求出压缩比、定容增压比和预胀比1到2为绝热压缩过程，所以有2到3为定容加热过程，所以有5到1为定容过程，所以有3到4为定压过程，所以有所以循环热效率为相同温度范围卡诺循环的热效率为610解115由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有54由2到3的过程为定容加热过程，所以由于循环的加热量已知，所以有由3到4为定压过程，所以有所以预胀比为所以热效率为2175由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有55由2到3的过程为定容加热过程，所以由于循环的加热量已知，所以有由3到4为定压过程，所以有所以预胀比为所以热效率为3225由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有由2到3的过程为定容加热过程，所以56由于循环的加热量已知，所以有由3到4为定压过程，所以有所以预胀比为所以热效率为611解压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有612解根据理想绝热过程得过程方程，可得所以压气机所耗轴功燃气轮机所作轴功输出净功57热效率613解根据理想绝热过程得过程方程，可得所以有热效率为第七章思考题1什么情况下必须采用多级压缩多级活塞式压缩机为什么必须采用级间冷却答为进一步提高终压和限制终温,必须采用多级压缩。和绝热压缩及多变压缩相比，定温压缩过程，压气机的耗功最小，压缩终了的气体温度最低，所以趋近定温压缩是改善压缩过程的主要方向，而采用分级压缩、中间冷却是其中一种有效的措施。采用此方法，同样的压缩比，耗功量比单级压缩少，且压缩终温低，温度过高会使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质。理论上，分级越多，就越趋向于定温压缩，但是无限分级会使系统太复杂，实际上通常采用24级。同时至于使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质,必须采用级间冷却。2从示功图上看，单纯的定温压缩过程比多变或绝热压缩过程要多消耗功，为什么还说压气机采用定温压缩最省功答这里说的功是技术功，而不是体积功，因为压缩过程是可看作稳定流动过程，不是闭口系统，在PV图上要看吸气、压缩和排气过程和P轴围成的面积，不是和V轴围成的面积。3既然余隙不增加压气机的耗功量，为什么还要设法减小它呢58答有余隙容积时，虽然理论压气功不变，但是进气量减少，气缸容积不能充分利用，当压缩同量的气体时，必须采用气缸较大的机器，而且这一有害的余隙影响还随着增压比的增大而增加，所以应该尽量减小余隙容积。4空气压缩制冷循环能否用节流阀代替膨胀机，为什么答蒸汽制冷循环所以采用节流阀代替膨胀机，是因为液体的膨胀功很小，也就是说液体的节流损失是很小的，而采用节流阀代替膨胀机，成本节省很多，但是对于空气来说，膨胀功比液体大的多，同时用节流阀使空气的熵值增加很大，从TS图上可以看出，这样使吸热量减少，制冷系数减少。5绝热节流过程有什么特点答缩口附近流动情况复杂且不稳定，但在缩口前后一定距离的截面处，流体的流态保持不变，两个截面的焓相等。对于理想气体，绝热节流前后温度不变。6如图715B所示，若蒸汽压缩制冷循环按运行，循环耗功量没有变化，仍为H2H1，而制冷量则由H1H4增大为H1H5,这显然是有利的，但为什么没有被采用答如果按运行，很难控制工质状态，因此采用节流阀，经济实用。7热泵与制冷装置有何区别答热泵和制冷装置都是从低温热源吸热，向高温热源放热。但热泵为供热，而制冷装置是为制冷。8使用制冷装置可以获得低温，有人试图以制冷装置得到的低温物质作为热机循环中的低温热源，达到扩大温差，提高热机循环热效率的目的，这种做法是否有利答没有利处。这是因为在这种情况之下，总的循环热效率是由热机循环效率和制冷装置效率相乘得到的，虽然热机效率增加，但总的循环效率是降低的。9在图715B中，有人企图不用冷凝器，而使状态2的工质直接进行绝热膨胀降温，然后去冷库吸热制冷，这是否可行为什么答不可行，直接进行绝热膨胀降温，如果是定熵过程，那么回到了初态，当然不可能去冷库吸热制冷了。习题71解1绝热压缩592定温压缩3多变压缩72解1绝热压缩2等温压缩3多变压缩73解首先求多变指数每秒钟带走的热量6074解如果采用一级压缩，则压气机的排气温度为所以必须采用多级压缩，中间冷却的方法。如果采用二级压缩，最佳压缩比为所以中间压力为各级排气温度相同，等于二级压缩所需的技术功为75解求多变指数N所以功率为6176解查表得到H11670KJ/KGP1029MPAH21789KJ/KGP215MPAH4H3489KJ/KG吸热量Q2H1H41181KJ/KG流量耗功功率77解1可逆绝热压缩压气机所需的技术功为功率压气机出口温度2压气机的绝热效率为085功率6278解制冷系数膨胀机出口温度制冷量放热量耗功79解因为制冷系数为制冷量供热系数供热量710解查表得到H3H4536KJ/KGH11532KJ/KGH21703KJ/KG流量63制冷量711解查表得到H11670KJ/KGH21820KJ/KGH3H4512KJ/KG由得流量为M耗功供热系数电炉功率712解供热系数耗功率713解查表得到H1495KJ/KGH2540KJ/KGH3H4240KJ/KG64流量功率714解1室内温度20C查表得到H1500KJ/KGH2525KJ/KGH3H4225KJ/KG2室内温度为30C查表得到H2550KJ/KGH3H4240KJ/KG所以，应该保持室内温度为20C。第八章习题81一大平板，高3M，宽2M，厚002M，导热系数为45W/MK，两侧表面温度分别为、，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M热流量热流密度6582空气在一根内径50MM，长25M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W/M2K，热流密度为W/M2，试求管壁温度及热流量。解由牛顿冷却公式得到83一单层玻璃窗，高12M，宽1M，玻璃厚03MM，玻璃的导热系数为W/MK，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W/M2K和W/M2K，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导热热阻为内侧对流换热热阻为外侧对流换热热阻为84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13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W/MK。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66空气夹层的导热热阻为85有一厚度为400MM的房屋外墙，热导率为W/MK。冬季室内空气温度为，和墙内壁面之间对流换热的表面传热系数为W/M2K。室外空气温度为10，和外墙之间对流换热的表面传热系数为W/M2K。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。解传热系数热流通量为由得到86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W/M2K，其它条件和题15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热流通量为67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第九章91一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08MM、150MM和10MM，热导率分别为45W/MK、007W/MK和01W/MK。冷库内、外气温分别为2C和30C，冷库内、外壁面的表面传热系数分别为2W/M2K和3W/M2K。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92炉墙由一层耐火砖和一层红砖构成，厚度都为250MM，热导率分别为06W/MK和04W/MK，炉墙内外壁面温度分别维持700C和80C不变。（1）试求通过炉墙的热流密度；（2）如果用热导率为0076W/MK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由得到93有一炉墙，厚度为20CM，墙体材料的热导率为13W/MK，为使散热损失不超过1500W/M2,紧贴墙外壁面加一层热导率为01W/MK的保温层。已知复合墙壁内外两侧壁面温度分别为800C和50C，试确定保温层的厚度。解根据多层复壁导热计算公式68得到94图243为比较法测量材料热导率的装置示意图。标准试件的厚度MM，热导率W/MK；待测试件的厚度MM。试件边缘绝热良好。稳态时测得壁面温度C、C、C。忽略试件边缘的散热损失。试求待测试件的热导率。解根据题意得到95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C、C、C及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。解根据题意得到即6996热电厂有一外径为100MM的过热蒸汽管道（钢管），用热导率为W/MK的玻璃绵保温。已知钢管外壁面温度为400C，要求保温层外壁面温度不超过50C，并且每米长管道的散热损失要小于160W，试确定保温层的厚度。解根据圆筒壁稳态导热计算公式解得所以保温层厚度为97某过热蒸汽管道的内、外直径分别为150MM和160MM，管壁材料的热导率为45W/MK。管道外包两层保温材料第一层厚度为40MM，热导率为01W/MK；第二层厚度为50MM，热导率为016W/MK。蒸汽管道内壁面温度为400C，保温层外壁面温度为50C。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。解根据圆筒壁稳态导热计算公式由得到7098有一直径为D、长度为L的细长金属圆杆，其材料热导率为常数，圆杆两端分别与温度为的表面紧密接触，如图244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，且。试写出圆杆内温度场的数学描述。解边界条件换热方程99已知98题中的MM、MM、W/MK、C、C、C、W/M2K。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，可以得到其中有代入计算即可得解。910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W/MK，套管壁厚MM，长MM。温度计指示套管的端部温度为80C，套管另一端与储气罐连接处的温度为40C。已知套管与罐内空气间对流换热的表面传热系数为5W/M2K。试求由于套管导热引起的测温误差。71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，测温误差为根据（247）套管截面面积，套管换热周长，查附录13得到911同上题，若改用热导率W/MK、厚度为08MM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，测温误差为根据（247）套管截面面积，套管换热周长，查附录13得到方法如上。72912热电偶的热接点可以近似地看作球形，已知其直径MM、材料的密度KG/M3、比热容J/KGK。热电偶的初始温度为25C，突然将其放入120C的气流中，热电偶表面与气流间的表面传热系数为90W/M2K，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看是否小于01由得到由得到计算得到913将初始温度为80C、直径为20MM的紫铜棒突然横置于温度位20C、流速为12M/S的风道中冷却，5分钟后紫铜棒的表面温度降为34C。已知紫铜棒的密度KG/M3、比热容J/KGK、热导率W/MK，试求紫铜棒表面与气体间对流换热的表面传热系数。解由得到，可以用集总参数法计算。73由得到计算得到914将一块厚度为5CM、初始温度为250C的大钢板突然放置于温度为20C的气流中，钢板壁面与气流间对流换热的表面传热系数为100W/M2K，已知钢板的热导率W/MK、热扩散率M2/S，试求（1）5分钟后钢板的中心温度和距壁面15CM处的温度；（2）钢板表面温度达到150C时所需的时间。解这是一个一维平板非稳态导热的问题，由得到，可以用集总参数法计算。由得到计算得到由得到计算得到74915一直径为50MM的细长钢棒，在加热炉中均匀加热到温度为400C后取出，突然放入温度为30C的油浴中，钢棒表面与油之间对流换热的表面传热系数为500W/M2K。已知钢棒材料的密度KG/M3、比热容J/KGK、热导率W/MK。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180C时所需的时间。解（1）由得到查图表得到即即（2）由查表得到由计算得到916如图245所示，一个横截面尺寸为200MM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50W/M2K，流体温度为20C；上边维持均匀的温度400C；下边被常热流加热，热流密度为1500W/M2。已知该物体的热导率为45W/MK。采用均匀网格，MM，试用数值方法计算该物体的温度分布。75917一块厚度为200MM的大平壁，初始温度为30C，突然一侧壁面以每小时温升5C的规律加热，另一侧壁面绝热。已知平壁的热扩散率为M2/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。101水和空气都以速度M/S分别平行流过平板，边界层的平均温度都为50C，试求距平板前沿100MM处流动边界层及热边界层的厚度。解对水由查附录3水的物性表得到，对空气由查附录2空气的物性表得到，102试求水平行流过长度为04M的平板时沿程M处的局部表面传热系数。己知水的来流温度为20C，速度为M/S，平板的壁面温度C。解由查附录3水的物性表得到76，当X04时，为旺盛湍流，不应再用那个公式。当时，当时，当时，当时，103如果将上题中的水改为空气，其它参数保持不变，试计算整个平板的平均表面传热系数以及单位宽度平板的换热量，并对比这两种情况的计算结果。解由查附录2空气的物性表得到，当时，平均表面换热系数为单位平板宽度的换热量为77104如果用特征长度为原型15的模型来模拟原型中速度为6M/S、温度为200C的空气强迫对流换热，模型中空气的温度为20C。试问模型中空气的速度应为多少如果测得模型中对流换热的平均表面传热系数为200W/M2K，求原型中的平均表面传热系数值。解由附录2得到当空气温度为200C时，当空气温度为2