热工基础答案张学学

1、热工基础答案第一章1-1 解：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1-3 解：14 解：1-4 解：1-5 解：由于压缩过程是定压的，所以有1-6 解：改过程系统对外作的功为1-7 解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设 p cD ,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：该过程空气对外所作的功为1-8 解：(1)气体所作的功为：(2)摩擦力所消耗的功为:所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为:1-9

2、 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0.09MPq所以气体对外所作的功为：1-11解：确定为了将气球充到2m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自）前两种情况能使气球充到2m情况三：所以气球只能被充到V气球= 3.33M2= 1.333m3的大小，故气体对外作的功为：第二章习题2-1 解：W Q AU 50 8030kJ ,所以是压缩过程2-2 解：W膨 Q 吸 W压 Q 放 2000 650 1200 1450kJ2-3 解：AU Q 2 103 3600 7.2 106J/h2 4解：状

3、态b和状态a之间的内能之差为：所以，a-d-b过程中工质与外界交换的热量为： 工质沿曲线从b返回初态a时，工质与外界交换的热量为: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: 由于d-b过程为定容过程，系统不对外作功，所以 d-b过程与外界交换的热量为：所以a-d-b过程系统对外作的功也就是 a-d过程系统对外作的功，故a-d过程系统与外界交换的热量为：2 5过程Q kJWkJ?U kJ1-21390013902-30395-3953-4-10000-10004-10-552-5解：由于汽化过程是定温、定压过程，系统始的变化就等于系统从外界吸收的热量,即汽化潜热，所以有：内能

4、的变化为：2-6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:当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为: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：根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为：所以活塞上升的距离为：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：2-8 解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：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：所以带动此压气机所需的功率至少为：2-9 解

5、：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外界的热量，室内热源每小时产生的热量为：小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为 3?105 kJ ,所以必须外加取暖设备，供热量为：2-10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：V2 2(上)11.21 ()11.21.78m3p20.5过程中系统对外所作的功为:所以过程中系统和外界交换的热量为:为吸热。2-11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：由稳定流动过程进出口工质的质量守恒可得到：所以整个系统的能量平衡式为：故发电机的功率为：2-1

6、2 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：其中，气体在进口处的比始为：气体在出口处的比始为：气体流过系统时对外作的轴功为：所以气体流过系统时对外输出的功率为：第三章习 题3-1解：设定嫡压缩过程的终态参数为 P2、T2和S2,而定温压缩过程的终态参数为P2、丁2和S2，根据给定的条件可知：又因为两个终态的嫡差为 S,固有：所以有：对于定嫡压缩过程有：所以：3-2 解：设气体的初态参数为pi、Vi、Ti和mi,阀门开启时气体的参数为P2、V2、T2和m2, 阀门重新关闭时气体的参数为 p3、V、T3和m3,考虑到刚性容器有：V1 V2 V3,且

7、m1 m2 o当阀门开启时，贮气筒内压力达到 8.75 105 Pa,所以此时筒内温度和气体质量分别为：阀门重新关闭时，筒内气体压力降为8.4 105Pa,且筒内空气温度在排气过程中保持不变，所以此时筒内气体质量为：所以，因加热失掉的空气质量为：3-3解：气体可以看作是理想气体，理想气体的内能是温度的单值函数，选取绝热气缸 内的两部分气体共同作为热力学系统，在过程中，由于气缸绝热，系统和外界没有热量交换，同时气缸是刚性的，系统对外作功为零，故过程中系统的内能不变，而系统的初温为30 C,所以平衡时系统的温度仍为 30 C o设气缸一侧气体的初始参数为 pi、Vi、Ti和mi,终态参数为pi、V

8、i、Ti ,另一侧气体的初 始参数为P2、V2、T2和m2,终态参数为P2、V2、T2,重新平衡时整个系统的总体积不变， 所以先要求出气缸的总体积终态时，两侧的压力相同，即Pl P2 p ,对两侧分别写出状态方程，联立求解可得到终态时的压力为：3-4解：由于Ar可看作理想气体，理想气体的内能时温度的单值函数，过程中内能不变,故终温T2 600K ,由状态方程可求出终压为：嫡的变化为：3-5 解：由于活塞和氢气侧气缸均是绝热的，所以氢气在过程中没有从外界吸入热量，可看可逆绝热过程，所以氢气的终温为：根据状态方程可得到终态时氢气的体积：所以，空气终态的体积为：故空气的终温为：把空气和氧气作为热力学

9、系统，根据热力学第一定律可得到外界加入的热量为：3-6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：当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为：过程可看作可逆绝热膨胀过程，所以：所以，活塞的上升距离为：3-7解： 定温：Ti T2 303K ,由理想气体的状态方程可得到初终态的体积:所以气体对外所作的功和吸收的热量分别为: 定嫡：相当于可逆绝热过程，气体对外所作的功和热量分别为：终温为：n=1.2:为多方过程，根据过程方程可得到气体的终温为：气体对外所作的功和热量分别为：3-7解：(1)如果放气过程很快，瓶内气体来不及和外界交换热量，同时假设容器内的气体在放气过程中，时时处于

10、准平衡态，过程可看作可逆绝热过程，所以气体终温为：瓶内原来的气体质量为：放气后瓶内气体的质量为：所以放出的氧气质量为：(2)阀门关闭后，瓶内气体将升温，直到和环境温度相同，即 T3 293K,压力将升高，根据理想气体状态方程可得到，最终平衡时的压力为：(3)如果放气极为缓慢，以至瓶内气体与外界随时处于热平衡，即放气过程为定温过程，所以放气后瓶内的气体质量为：故所放的氧气比的一种情况多。3-8解：理想气体可逆多变过程对外作的功和吸收的热量分别为:Rg两式相除，并考虑到Cvk 1由多方过程的过程方程可得到：所以有：把n值带入多方过程功的表达式中，可求出：所以有：3-10 解：根据理想气体状态方程，

11、每小时产生烟气的体积为：所以可得到烟囱出口处的内直径为：3-11解：因为假定燃气具有理想气体的性质，查空气平均比定压热容表得：所以过程中燃气的嫡变为：由于嫡减少，对于可逆过程，嫡减少意味着过程是放热过程312解：根据刚性容器A和弹性球B中气体的初态参数，可求出A和B中包含的气体质量分别为：打开阀门，重新平衡后，气体温度 T依然保持不变，球内压力p （也即总压力）和球的直径成正比，故设：带入弹性球B的初始体积和压力值可得到：根据理想气体状态方程有:所以，球B终态的压力和体积分别为:3-13解：假设气体的定压和定容比热容都是常数，首先计算此理想气体的气体常数和定压、定容比热容：所以其始变和嫡变分别

12、为：3-14 解：设气体的初态参数为 6、T1、V1 ,终态参数为P2、T2、V2。可逆绝热膨胀：根据过程方程可得到终温：气体对外所作的功和嫡变分别为： 气体向真空自由膨胀：气体对外不作功，且和外界无热量交换，故内能不变，由于理想气体的内能和始均是温度的单值函数，所以气体温度保持不变，始也保持不变，即过程中气体嫡变为：3-15解：按定值比热容计算：空气可看作是双原子分子气体，故有：根据可逆绝热过程的过程方程，可得到终态压力为：内能和与外界交换的功量分别为：按空气热力性质表的数据计算：查表得所以有:3-16 解：首先把标准状态下空气的体积流量值转换为入口状态下和出口状态下的体积流量值：转化为质量

13、流量为：根据开口系统的能量方程，忽略进出口宏观动能和势能的变化并考虑到气体流动时对外不作轴功，故有烟气每小时所提供的热量为：(1)用平均定压质量比热容数据计算查表并通过插值可得到：?所以有：Q m质(h2 h1)139667.6 1.0179 250 35541912.5kJ / h(2)将空气视为双原子理想气体，用定比热容进行计算?所以有：Q m质(h2 h1)139667.6 1.004 250 35056567.6kJ / h3-17 解：混合后各成分的质量分数为：折合分子量为：3-18 解：体积分数等于摩尔分数：体积流量为：3-19 解：根据混合理想气体的状态方程有：又因为:联立求解得

14、到:3-20 解：该未知气体白气体常数Rg及摩尔质量M根据混合理想气体状态方程可得：气体组元的质量分数分别为：所以未知气体白气体常数：M 1 M未知28Mi该未知气体的分压力：未知气体为氮气，先求出它的摩尔分数：所以氮气的分压为：3-21 解：理想气体两过程之间的嫡差为：由于假设理想气体的比热容为常数，所以有：考虑到理想气体多变过程（n 1）的过程方程及定容比热容和G、R的关系: 把上面三式带入嫡的表达式并整理可得：考虑到理想气体多变过程（n 1）的过程方程及定容比热容和G、R的关系: 把上面两式带入嫡的表达式并整理可得：3-22 解：在T-s图上任意两条定压线之间的水平距离为，在相同的温度T

15、下，压力分别为Pl和P2时两态的嫡差，故有: 显然不管在任何温度下，它们都相等；在T-s图上任意两条定容线之间的水平距离为，在相同的温度 T下，体积分别为Vi和时两态的嫡差，故有：显然不管在任何温度下，它们都相等。3-23 解：根据理想气体的状态方程，可求出初态和终态气体的比容分别为：由Cp和Cv的关系，可得到：所以每千克气体内能和嫡的变化分别为：3-24 解：可逆定压过程系统从外界吸收的热量等于系统始的变化，所以有：系统内能的变化为：所以系统对外所作的功为：3-25 解：设理想气体的摩尔数为 n,由理想气体的状态方程可得：由于过程的始变已知，所以可得到该理想气体的摩尔定压热容：所以气体的摩尔

16、定容热容为：由此可求出该气体的摩尔质量：所以气体的内能变化为:气体的定压热容为:3-26 解：可逆膨胀；可逆定温膨胀过程系统对外所作的功及嫡变为：向真空膨胀；理想气体的绝热真空自由膨胀系统对外不作功W=0嫡变为：在外压包为0.1 MPa勺环境中膨胀。此过程系统对外所作的功无法计算，如果过程终态为平衡态，则系统嫡变依然为：3-27 解：要想判断喷管的形状，必须计算临界压力Pcr,k1.412 k-21.41 1Pcr P1 0.7 0.368 MPak 11.41 1可见被压大于临界压力，故在出口处没有达到当地声速，所以此喷管为渐缩喷管。计算喷管出口截面面积，首先要知道喷管出口截面的参数，所以喷

17、管的出口截面面积为：3-28 解：当被压取临界压力时可达到最大质量流量，根据临界压力与初压的关系可得:最大质量流量为:所以临界压力，即被压为：最大质量流量为：由绝热过程方程可得到出口比容为：所以出口流速为：3-30 解：温度计测量的是空气的滞止温度，所以空气实际温度为：3-31解：如果在喷管中气体是理想的流动，即为可逆绝热稳定流动，则根据过程方程,可得到理论出口参数为：所以理论出口流速为：所以实际出口流速为：所以实际出口温度为：由理想气体的状态方程可得到：所以喷管中气体的流量为：3-32 解：滞止温度分别为：滞止压力分别为：第四章41解：由热量守恒由克劳休斯不等式：它的设计是不合理的4 2解：

18、采用电炉取暖时，当采用电动机带动卡诺热泵时,4-3 解：(1)热效率为(2)吸热放热(3)性能系数得到所以4-4 解：对于制冷机对于热机4 5 解：理想气体的内能是温度的单值函数，气体向真空的膨胀过程系统对外不作功, 且过程绝热，系统的内能不变，故气体温度不变：PV 0 7 3由 PV P'V'得到 P' PV 0.0.525MPa V' 4热力学能变化为 U U' U 0嫡的变化为 SRln P20.287 ln0.525 0.0826kJ/kg KP10.74-6 解：(1)气体嫡变为热源嫡变为总嫡变为(2)气体嫡变为热源嫡变为总嫡变为(3)气体嫡变

19、为热源嫡变为总嫡变为4-7 解:(1)由孤立系统嫡增原理:所以有：(2)总功量为：(3) Qa Qb所以总嫡变为：4 8解：选取两个容器中的气体为热力学系统，过程中系统绝热且无外功，所以设终态容积分别为Vi',V2'联立求解所以有：左侧气体嫡变：右侧气体嫡变：总嫡变为4-9解：把闭口系统和热源取为研究的热力学系统，为孤立系，根据孤立系统嫡增原理:所以该过程是不可能的4-10解：(1)根据稳定流动方程，烟气放热：(2) Q取最小时，此过程可逆，取烟气、工质和低温热源为系统，此系统为孤立系统,孤立系统的可逆过程嫡不变(3) WQ1 Q2 4116 2389 1727kJmax 24

20、-11解：此过程为等容过程，所以取空气和螺旋桨为研究的系统，此系统为孤立系统，假设空气为理想气体，并假设螺旋桨为功源，过程中嫡不变，此孤立系统的嫡变等于嫡产，所以有：TPc293293SSqmcpln Rln11004.5In287In0.0124kJ/K所以做gpT1P288288功能力的损失为：假设环境温度为20度，所以：4-12 解：根据温度流动的过程方程有：所以空气在压缩过程中的嫡变为：所以做功能力的损失为：4-13 解：混合后的温度为：嫡变为：4-14 解：依题意：故制冷机得到的功为:所以4-15 解：(1)根据稳定流动的过程方程可得:(2)进口处出口处(3) 所以压气机所需的最小有

21、用功为：(4) 作功能力损失为：4-16 解：依题意：所以：4-17 解：(1)冬季所以(2)夏季即所以 t,440C4-18 解：因为cP R 29 8.314 20.686J/(mol K)n k cP 1.402所以该过程为放热过程C4-19解：根据热力学第一定律有:环境的嫡变为:选取气缸中的气体和环境为研究的热力学系统,此系统为孤立系统，其嫡变等于嫡产所以:第五章5-2 解：用水蒸气表:'=0.00109250.35 '' 0.37486,所以为湿饱和蒸汽。查h-s图得到：5-3解：1、查表得：所以：2 、当 P 0.2MPa 时，比容仍然为0.52427m3/

22、kg所以为湿饱和蒸汽。0.52427 0.001060559.1%0.88585 0.0010605传出的热量为:5-4 解：查表得：所以：t 800C 时，所以为湿饱和蒸汽。传出的热量为:5-5 解：查表得到：t 3500 c 时理想的绝热变，所以有：1 MPa2 Mpa1.3 MPa过程，燧不h (kJ/kg )3157.73137.23151.55s(kJ/kg.K7.30186.95747.1985)P2 0.005MPa,s2s17.1985kJ / kg K查表得到P2时的参数：s' 0.4762kJ / kg K , s'' 8.3952kJ / kg K

23、所以干度为:所以出口乏气的始为:根据稳定流动的过程方程，可得：5 6解：查表并插值得到：P 4.5MPa,t 1000C,hi 422.95KJ/kgP 4.5MPa,t 4800 C , h2 3399.40KJ / kg吸热量为：需要媒量为：5-7解：查表得到：当饱和压力为P 1.5MPa时h' 844.82KJ / kg , h'' 2791.46KJ / kg所以：查表得到：当 P2 0.005MPa 时过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，嫡不变，所以有:查图得到：当 P 1.5MPa, s= 7.601kJ / kg K 时，h1 3390.2KJ / kg

24、所以:58解：查表得到：当饱和压力为P 0.4MPa时h' 604.87KJ/kg, h'' 2738.49KJ / kgv1' 0.0010835m3/kg , v2' 0.46246m3/kg所以：加热后为P 1MPa的干饱和蒸汽吸热过程为定容过程，所以吸热量为所需时间为解：pi 3.5MPa t 430c的蒸汽处于过热状态，k=1.30由临界压力比可得:所以查图表并插值得到：理想绝热过程嫡不变，所以有：查表可得：所以出口速度为：5-10 解:查表得到:t 250C 时，Ps 0.003174MPa所以：5-11 解：由匕 10 C,=0.25查表得

25、到：加热过程比湿度不变，沿定d线到t2 50 C,在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其始值近似不变，沿定h线到t3 30 C ,所以干空气的流量为湿空气的流量为所消耗的热量为：5-12 解：由ti 35oC,0.8查表得到：沿定d线到 1在沿定t2 10oC到得到析出水量为：沿定d线到t325oC得到加热量为：5-13 解：查表知tg 21oC对应的饱和压力为Ps 1818.3Pa gsti 16oC对应的饱和压力为Ps' 2491.45PaPS73%所以Ps'5-14 解：由t222oC, 2 1查表得到：加入的水蒸气的量为：P由 d 0.622q及 Pq 2.65KPa 得到

26、：P Pqq5-15 解：查表知t 8oC对应的饱和压力为 Ps 1072.8Pa, d 6.65g/kg干空气t 18oC对应的饱和压力为Ps' 2064Pa所以相对湿度为：加热到40oC,绝对湿度不变d 6.65g/kg干空气,查表得到：5-16 解：由t1 250 C,P 2MPa查表得到：h12897.8kJ/kg,0.0152m3 / kg, s 6.603kJ / Kg K所以：当冷却到300C时，比容仍为0.0152m3/kg，此时为湿蒸汽：查表得：h' 125.68kJ/kg,h'' 2553.35kJ/kg总传热量为环境的嫡变为：蒸汽嫡变为：金

27、属球的嫡变为总嫡变为：第六章习题6-1 解： 1 点：Pi=4MPa ti=400?C查表得：hi=3215.71kJ/kg , Si=6.773kJ/(kg.K)2 点：S2=Si=6.773kJ/( kg.K), P2=4KPa查表得：h2=2040.13kJ/kg , x =0.7893(4)点：由 P3=R=4KPa查表得：h3=121.29kJ/kg吸热量：q尸h-h3=3215.71 121.29=3094.42 kJ/kg净功量：Wet=h1-h2=3215.71 2040.13=1175.58 kJ/kg 热效率：?= wnet J7558 =37.99%q13094.42干度

28、：x=0.7891 点：由 R=4MPa ti=550?C查表得：hi=3558.58kJ/kg , Si=7.233kJ/(kg.K)2 点：由 S2=Si=7.233kJ/( kg.K), P2=4kPa查表得：h2=2179.11kJ/kg , x=0.8463(4) 点：由 P3=4kPa,查表得：h3=121.29kJ/kg吸热量：q尸h h3=3558.58 121.29=3437.29 kJ/kg净功量：皿et=>h2=3558.58-2179.11=1379.47 kJ/kg热效率：?=wnet = 1379-47 =40.13% q13437.29干度：x=0.8466

29、-2 解：1 点：由 P1=13MPa t1=535?C 得：h1=3430.18kJ/kg , S1=6.559kJ/( kg.K) 5 点:由 s5H1=6.559kJ/( kg.K),得:P5=1.082 MPa, h5=2779.07kJ/kg 1 点：由 P P5, ti t5 535 C 得：2 点：由 s2 s1 ,的=7KPa 得：h2=2430.67kJ/kg , X2=0.9413(4)点：由 P3=R 得：h3=163.38 kJ/kg吸热量：净功量：热效率：6-3 解：1 点：由 Pi=6MPa, ti=560?C 得:hi=3562.68kJ/kg ,S1=7.057

30、kJ/ (kg.K)2 点：由 S2=S1, P2=6kPa 得：h2=2173.35kJ/kg ,x=0.83693(4)点：由 P3=R 得：h3=151.5kJ/kg吸热量qi=hi h3=3562.68 151.5=3411.18 kJ/kg净功量：wet=h1- h2=3562.68-2173.35=1389.33 kJ/kg热效率：6-4 解：1 点：由 R=10MPa t1=400?C 得:h1=3099.93kJ/kg , s二6.218kJ/(kg.K)a 点：由 sa=&, Pa=2MPa得：ha=2739.62 kJ/kg2 点：由 S2=Sa, R=0.05MP

31、a得：h2=2157.95kJ/kg , x=0.7883(4)点：由 P3=R 得：h3=340.58 kJ/kg5(6)点：由 P5=R 得：h5=908.57kJ/kg抽汽量：热效率:轴功:ws=( hl- h5)?=(3099.93-908.57)0.3671=804.45 kJ/kg6-5 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：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。6-6 解：(1) k=1.4循环热效率为：压缩过程为可

32、逆绝热过程，所以有： k=1.3循环热效率为：压缩过程为可逆绝热过程，所以有:6-7 解：循环热效率为:每kg空气对外所作的功为：所以输出功率为：6-8 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：所以循环的净功为：6-9 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:6-10 解:(1) ?=1.5由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以

33、有: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:彳k 1彳1 k T所以热效率为:1.5 1,71117T 63.90%161.5 11.4 1.5 1.71 1(2) ?=1.75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: 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:k_ 1.465.10%d1d1.75 1.50711-kn1 _1 4 11 k 116.1.75 11.4 1.75 1.507 1？=2.25由1到2的压缩过程可看作

34、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: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:_ _1 4111k 166.46% 6-112.25 1.235 .1_1 4 1 _ _ _16.2.25 11.4 2.25 1.235 1解：压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有:6-12 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：热效率：6-13 解：根据理想绝热过程得过程方程，可得:所以有:热效率为：第七章习题7-1 解：(1)绝热压缩：(2) 定温压缩：(3)多变压缩：7-2 解：(1)绝

35、热压缩：(2)等温压缩：(3) 多变压缩：7-3解：首先求多变指数每秒钟带走的热量=2 233.35 6 1.778kJ 607-4 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：7-5 解：求多变指数n：所以功率为：7-6 解：查表得到：hi=1670kJ/kg Pi=0.29MPah2=1789kJ/kg P2=1.5MPah4=h3=489kJ/kg吸热量：q2=hi?h4=1181kJ/kg流量：耗功：功率：7-7 解：（1）可逆绝热压缩压气机所需的技术功

36、为：功率:压气机出口温度:(2)压气机的绝热效率为0.85功率：7-8 解：制冷系数：膨胀机出口温度：制冷量：放热量：耗功：7-9 解：因为制冷系数为：制冷量：供热系数：供热量：7-10 解：查表得到：h3=h4=536kJ/kghi=1532kJ/kgh2=1703kJ/kg流量：制冷量:7-11 解：查表得到:h1=1670kJ/kgh2=1820kJ/kg h3=h4=512kJ/kg由 Q1m h2h3得流量为:一 Q1m=m h2 h3后IF" 61kg/h耗功:供热系数:电炉功率:7-12解：供热系数:耗功率:7-13 解：查表得到:hi=495kJ/kgh2=540kJ

37、/kg h3=h4=240kJ/kg流量:功率：7-14解：(1)室内温度20?C查表得到：hi=500kJ/kgh2=525kJ/kgh3=h4=225kJ/kg室内温度为30?C:查表得到：h2=550kJ/kg h3=h4=240kJ/kgSi 500 240 6 2所以，应该保才I室内温度为20?。h2 hi 550 500第八章习题8-1.一大平板，高3m,宽2ml厚0.02m,导热系数为45 W/(m K),两侧表面温度分别为ti 100 C、t2 50 C,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R0.02A 3 2 457.407K /W m热流量 Q

38、A tw-tw2 = 3 2 45 10050 675000W 0.02热流密度 q Q 675000 =ii2500W/m2 S 3 28-2.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 80C, 管内对流换热的表面传热系数为 h 70 W/(m2 K)，热流密度为q 5000W/rm,试求管 壁温度及热流量。解：由牛顿冷却公式：q htw tf得到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1.05 W/(m K),室内外的空气温度分别为20C和5C,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h1 5 W/(m2 和h

39、2 20 W/(m2 - 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：导热热阻为：R1 00003 0.000286K/W1.05内侧对流换热热阻为：R2 1 0.2K/W打 511外侧对流换热热阻为：R3 一 0.05K/Wh2208-4.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0.025 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：空气夹层的导热热阻为：R 0005 0.2K/W0.0258-5.有一

40、厚度为 400mm勺房屋外墙，热导率为 0.5 W/(m K)。冬季室内空气温度为 ti 20 C ,和墙内壁面之间对流换热的表面传热系数为 “ 4 W/(m2 K)。室外空气温度 为t2 -10 C,和外墙之间对流换热的表面传热系数为 h2 6 W/(m2 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。11解：传热系数 h -一T 0.822K/W111 0.4 1打h2 4 0.5 6热流通量为：q htfi tf20.822 20+ 10=24.66W/m2由q htf tw得到：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

41、数为h2 10W/(m 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？11解：传热系数 h ;0.8696K/W工_210.41%h240.510热流通量为：q htf1 tf20.8696 20+10 =26.087W/m2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W qs 26.087sW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0.8mm 150 mmf口 10 mm 热导率分别为 45 W/(m?K)、0.07 W/(m?K

42、)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/(m2?K)和3 w/(m2?K)o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：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

43、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：595.2 得至 IJ：tw1 tw2700 80=十上 0.250 2120.60.0769-3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/m2 ,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得至上9-4图2-43为比较法测量材料热导率的装法T冷却水,r置示意图。标准试件的厚度i 15 mm热导率i 0.15 W/(m?

44、K)；待测试件的厚度2 16 mm试件边缘绝热良好。稳态时测得壁面温度 twi 45 ?C、tw2 23 ?C、tw3 18 ?C。忽略试件边缘的散热损失。试求待测试件的热导率2。解：根据题意:得至上45 23 23 18 = 0.0150.016tw1 600 ?C、0.1529-5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tw2 500 ?C、tw3 250 ?C及tw4 50 ?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 R : R2 ： R32:5:49-6热电厂有一外径为100 mm勺过热蒸汽管道(钢管)，用热导率为 0.04 W/(m?

45、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：解得 d2 173.3mm所以保温层厚度为l (d2 d1) 36.65mm29-7某过热蒸汽管道的内、外直径分别为150 mrnffi 160 mm,管壁材料的热导率为45W/(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

46、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:tw3tw1tw1tw4tw1tw2二R1R2R3Rl (R1R2)tw2tW3tw3 tw4"RT得至上400 401.27 (0.000228 0.645)141.10C加k49-8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ti和t2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tf ,且tf<t1及t2。试写出圆杆内温度场的数学描述。解:边界条件:换热方程:9-9已知 9-8 题中的 d 20

47、 mm l 300 mm 398 W/(m?K)、t1 200 ?C、t2 100 ?C、tf20 ?C、h 20 W/(m2?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:其中：m有:A (d dxdx 0 dx1)A m( 12) 一、： hx 122d3( i 2)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 W/(m?K),套管壁厚 1.5 mm长H 120 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/(m2

48、?K)。试求由于套管导热引起的测温误差o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ti tf根据(247)套管截面面积A d ,套管换热周长U d ,查附录13得到：9-11同上题，若改用热导率15 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tl tf根据(247)套管截面面积A d ,套管换热周长U d ,查附录13得到：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d 0.5 mm材料

49、的密度 8500 kg/m3、比热容c 400 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?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%寸所需的时间。解:先判断能否用集总参数法：BihR 90 0.0005看是否小于0.1Vc得到：hAhA-Vc34 d计算得到:ln0.01F 4.61-VC8500400322 58.0secondsd90 4 -29-13将初始温度为80 ?C、直彳全为20 mm勺紫铜棒突然横置于温度位 20 ?G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 kg/m 3、比热容c 380 J/(kg?K)、热导率390 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Bi hr得到：Bi hr ”也 0.1,可以用集总参数法计算。 390hAVc由 e 得到： 0计算得到：9-14将