热工基础(3次)

1、参考答案：答：Uab=4Uac；第一次:54.某定量工质经历了1-2-3-4-1循环，试填充下表所缺的数据三、主观题（共9道小题）过程Q/kJW/kJU/kJ1-2013902-303953-40-10004-10过程Q/kJW/kJU/kJ1-21390013902-30395-3953-4-10000-10004-10-5555.如图所示，b、c两状态点在同一条等温线上，试判断：Uab与Uac谁大Sab与Sac谁大Sab<Sac56.有一循环发动机工作于热源Ti=1000K和冷源T2=400K之间，若该热机从热源吸热1360kJ,对外作功833kJ。问该热机循环是可逆的不可逆的还是根

2、本不能实现的参考答案：解一厂；急依二1一9二一上400二60%1000”中违背了卡诺定理结论：该循环根本不可能实现。（也可用克劳修斯积分不等式或孤立系嫡增原理求解）57.气球直径为直径增大到m,功量Wo参考答案：解：已知m,球内充有压力为150kPa的空气，由于太阳辐射加热，气球若球内气体压力正比于气球的直径，试求过程中气体对外的做Di=m时，pi=150kPa,且气球内压力正比于气球直径，即p=kD,可求得：k=375kPa/mdW=pd昨文D*)=kldD62甲=2.27U答：过程中气体对外作功量为kJ58 .水在绝热混合器中与水蒸汽混合而被加热，水流入的压力为200kPa,温度为20C,

3、比始为84kJ/kcj,质量流量为100kg/min；水蒸汽流入的压力为200kpa,温度为300C,比始为3072kJ/kg,混合物流出的压力为200kPa,温度为100C,比始为419kJ/kg0问每分钟需要多少水蒸汽。参考答案：解：此绝热混合器所围空间为一稳流系，根据能量方程:Q=十;十叫乂+R12Q=OiAc=0,mgiz=0,%=0AH=0（吗+m2）力一（"也+m/G=0的？=-=12,651工工111111管：每帮中需要12.63kg不蒸气口59 .有5g氧气，经历一热力学能不变的状态变化过程，初始状态pi=xi0Pa,Ti二600K,膨胀终了的容积V2=3Vi,氧气可

4、作为理想气体。已知氧气的Rg=kJ/(kgK),cp=kJ/(kgK),求：(1)终了状态的温度丁2、压力p2；(2)过程中系统热力学能、始和嫡的变化量。参考答案：解：由题意：4U=0一T2=Ti=600K由理想气体气体状态方程，有:_"Mp-Lp-2.0x105PaTxT2T.231U=0#hi=-mRin=0,005<0,208<In3目吕Pi=11426>10-31;JK=1,1426(J/K)60. 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)参考答案：解：:定压过程总加热量为：q=CpAT其中用来改变热力学

5、能的部分为：=C/AT而Cp=cv+Rg定压过程用来作功的部分为：w=RgAT61. 2kg某种理想气体按n=可逆多变过程膨胀到原有体积的3倍，稳定地从300c降低到60C,膨胀过程中作功kJ,吸热kJ,求：气体的Cp和cv。解：由闭口系能量方程:2-jy=8336-418.68=-334.944kJ口rAC7=mcy(T2-7)AU-334.96一用（可方）-2（33357）=0.69"8kJ/(kg-K)AH=R%=83,736L2；418.68=-418.58kJ+:SH=mcp(T2-T)AH-418.68m(73-7)2(333-573)=0823kl(kg-K)，62.

6、3kg温度为80c的热水在绝热容器中与5kg温度为20c的冷水等压混合,水的比热为kJZ（kgK）；求此混合过程的嫡变，并根据嫡变的计算结果说明为什么混合过程是不可逆过程（提示：先由热力学第一定律求混合后水的状态）参考答案：解：思路：利用孤立（绝热）系嫡增原理进行判断。取该绝热容器为闭口系，设热水用角标H表示，冷水用角标C表示，并注意液体cp=cv=C由闭口系能量方程:g=AL7+JT0=0,jr=o即ALT+ALfc=07Px与一4p一m/产(与一几p三0_m目7Hl+阳已几_33?3十-293_*'与穴J-2ULJQPtmff-mc3+?固体或液体中=£r=c燧意物计算公

7、式为，口,medTdS=T加马超的=十SSC-cmHIn-+emcIn"%(43sQ41=4.1S73xln+5«Ui-=01249kTK!、353£93J*该闭口绝热系的嫡增相当于孤立系嫡增，黑口。，故该泡合过程为不可逆过程。第二次:三、主观题（共6道小题）33 .压力pi=、温度ti=24C的空气，经喷管射入压力为MPa的大气中，问应采用何种喷管答:对于空气三二14,临界压力比¥=0.528由题意知；入口处匚口很小，可认为巧咫为二。,3MPh%=0.1MFa乐Pi二无。一322403cp=kJ/（kgK）速为多少（3）参考答案：解：（1）选喷管（题目

8、没有提到ci,可认为其很小），应选择缩放型喷管0p34 .在lgp-h图上画出蒸气压缩制冷的理论循环图，并用线段分别标出单位质量制冷剂的制冷量q2和压缩机的耗功量wo0参考答案35 .空气进入喷管前的温度ti=27C,压力pi=bar-,出口背压pb=ibar,空气的,Rg=kJ/（kgK）,问：（1）应选何种喷管（2）出口截面的流若A2=m2,喷管的流量为多少-=0.66->0.528A15"应选渐缩喷管.，（2）计算出口截面的流速，由（1）可判断：C2<CcrPaIPiJ1.4-11=300x=2CK"Jj=72(-)=V2xL004xl05(3()0-26

9、-2)=256.67ms（3）计算喷管的流量一A2c2_0,02决256.6"0:669=6.6937(kg&)=401.622(kgniin)+,36 .某内燃机混合加热循环，压缩始点工质参数pi=bar,ti=40C,e=15,燃烧终了的工质参数t4=2000C,p4=75bar,膨胀终了温度t5=760K。求：（1）在p-v图、T-s图上绘出其理想循环图；（2）循环中1kg工质（工质为空气）的加热量、放热量、循环功及热效率。解：（1）理想循环的B,图,为图如下1#C2）本小题的重点是需求得各状态点的温度.但在求温度的过程中有时需求得咎状态点的压力或容积。本题已知”,八，

10、和%所以只需求将和Ty1点，（1=085bar,H=27升40=313K2点1Pa=P1II=O.8?xl?14=37,6658bir=300=886,2533点；P3=Pa="5bm：.=S662?3<=24897K(37,66581=2000+273=2273K.丁，=760K/优环中1崛工质的加热量0;qj+加=加2一刃+仁-马)=0.718(1724.880-886,253)+1,004(2273-1724.880)二602.134+550312=1152446日侬放热量循环功热效率gr2=c(-7；)=0.718(760-313)=320.946kJ/kg.w0=7i

11、-=11?2.446-320.946=S31.51<J,l<g.r=%=1-鱼=0215=2,159A.宪5i37 .活塞式内燃机的混合加热理想循环，工质可视为理想气体空气，若循环压缩比£=14,循环中工质白总吸热量为1000kJ/kg,其中定容过程和定压过程各占一半，压缩过程的初始状态为100kPa27Co试计算：(1)输出净功；(2)循环热效率。解：已知初始状态.p1=WOkPaJ7；=273+27=300K；压缩比曰=14；a工质吸热量生=更t+Gx=1°。°10；1遑:业=L4"1之定将则4乜含=300x140*=86X1KpV2/设

12、g=，则匕=14，i234.由=的_4二4（弓丁2）二%（“一丁3）二5001里刀?2500cv+T-2+862.1=1?8,?K0J1S=5Q0/%十4=-十1558f=2056,0Kp1,00545.定熠，E门319Y北二2056.0x-=-99.2K.14；川q2=%T=cv(r5-)=0.718'("99.2-300)=358.4IJ.lcg,ii口=%仇=641.6kJ'kg*%=1”二641696,38 .某冷库温度需保持在-20C,而环境温度则为30C,若采用氨制冷机，压缩机入口处为干饱和氨蒸气，而进入节流阀的是饱和氨溶液，循环中压缩机耗功率kW,试计算

13、：压缩机的压缩比是多少循环的制冷系数是多少制冷量为多少冷吨（1冷吨=kW）放热量为多少制冷剂的质量流量是多少解：己知：4=3。+273=303KqT=-20+23=253K；=3.5kw，；查氨的压熔图（直圉值可能不完全相同，以下是蓼考值）=%=凤=450"侬?审2=L1MPa；7=1825kJkg4Pi=9,17MPa；4=1570kJ<kg/*=6.47.口小_九一九_1570T50_1,口（5s439.阴%九1825-1570：&=启（匕一4）=0.0137><（1570-450”3/6=3.9*冷吨：卡,放热量=4牝-4）=°0】37乂。8

14、25-4501=18另712"&=-=0.0137ks/£ym用一人1825-1570第三次：三、主观题（共14道小题）36 .对流换热计算中，定型尺寸是对对换热过程有明显影响或起主要作用的尺寸。试写出矩形槽道（设槽宽为B、流体深度为H）和同心套管环状通道（设环状通道内径为di,外径为d2）的当量直径计算式。参考答案：解：箱形槽道当量直径：&=4月/=4BH（2H+E）-）小甲同心套管环状通道当量直径；公=4山"=4m=-小，蜀I37 .用比较法测得某一表面在800K时的辐射力恰等于黑体400K时的辐射力,试求该表面的黑度。解：黑体的辐射力工&am

15、p;二arJ灰体的辐射力：£二田事由题意？有西4-贞7口该表回的黑度.f=4=T=C5+=Q.Q625，4<800J38 .如图所示，1、2表面在同一平面上，均垂直于表面3,A1=2m2,A2=4m2,A3=6m2,现已求得X3,2=,X3,1+2=,求Xi,3解：利用角系数的可加性，有：X3,1+2=X3,1+X3,2求得：X3,1=X3,1+2-X3,2=再利用角系数的相对性，有：A1X1,3=A3X3,1所以X13=A3X3,1/A1=6X2=39 .写出冷热流体通过单层平壁传热时单位面积传热量q的计算式qHflg-11k+”"%40 .对管径较小的管道，在包裹

16、附加层削弱传热时，为什么会出现包裹附加层后传热反而增强的现象什么情况下才能保证包裹附加层后总可以起到减少热损失的作用。答：管道包裹附加层虽在传热过程串联热路上增加了一个导热热阻，但同时增加了外表面的对流换热面积，使外表面的对流换热热阻减小。如果增加的导热热阻小于对流换热热阻的减小量，包裹附加层后反而会强化传热。因此，只有在包裹层超过一定厚度的前提下，才能起到削弱传热的作用。41 .用平底锅烧开水，锅底有一层3mm厚的水垢，水垢导热系数为1W/(mK),当热流密度为xi0W/m2时，与水接触的锅垢表面温度为110C,试问此时锅底与水垢接触面的温度为多少解；设锅底与水垢接触面的温度为加与水接触的捐

17、垢表面温度为口通过水垢层的热流密度为中z142 .平面墙厚20mm,其导热系数：4=L3W/(m."C),。为了使每平方米墙A=035W/(m)的热损失不超过1830w,在墙外覆盖了一层导热系数的保温材料。已知复合壁的两侧温度为1300C和30C,试确定保温层应有的厚度。参考答案：q=解:由多层壁导热公式;可得办二二一二的二结论e保温层最小厚度为137,5皿zu,43 .一直径为50mm的钢球具有均匀温度450C,突然放入恒温30c的空气中冷却。已知钢球表面与环境的表面传热系数h=24W/(m22，钢球的热容量(密度和比热的乘积)p尸3721kJ/(m3K),导热系数2=35WZ(m

18、K),试问10min后钢球的温度。hR警10p3721xlOyJOxlO-3=068,解二R二二三=0.017<01可用集总蓼数法“ypade瓦et-t.上二二0.628力%1-。t=0.6郑仁-。)+。=0,6285(450-30)+30=293.旷匕口44.直径50mm的铜球，其导热系数2=85WZ(m°C),热扩散率a=x10m2/s,初始时温度为300C,现把铜球置于36c的大气中，铜球表面对流换热系数为30W/(m2C),试用集总参数法计算铜球温度达到90c时所需的时间。已知才&=5011MdA=85W/UIIC)；i=2.95HCrhM溪tD=300&quo

19、t;C；if=36；30W/(in3*)it-901Ctj求,铜球达到90c时所需的时间kR30x0.025解.*/Bi=9.0088府A85<0.1可以用集总参数法45.将初始温度为80c的紫铜棒(直径为m、长)突然置于20c的气流中，5分钟后紫铜棒的表面温度降到34Co已知紫铜的密度为8954kg/m3,比热容为J/(kgC),导热系数号386W/(mC)。试求紫铜棒表面的对流换热系数。已知：d=0.09m;=m：4=80七；。=20七；t="60=劲0s;二34：X?=8954kgj3；c;=383.1J/(kg):月=求；对流换热系数块解工设本题满足集忌参数法使用条件，

20、由集息参数法公式，有山7_欣弓_0>04x0.2_1AlRl4-InR22x0,2+2)0.0460卜=一加急2”校核历:2"7.3355<0.045860,028"<0.1,可以用集总参数法，上述计算有效。46.如图所示，三个无限大的平行平板，平板1的温度为1200K,平板3的温度为600K,且曰二,E2=,s=,求平板2的温度，并画出热路图、标出热阻(平板2的导热热阻不计)I"A'l1Irfe'11-七£/A邑凡与屈4不工2Al解：对平行板，Ai=A2=A,Xi,2=X21,故可由辐射换热的基本公式琦_%/-%2免1

21、2一立-1-司111J同4堂42比4弘,为口,4)3个平行平板的辐射换热热路为串联热路，1、2板和2、3板之间的热流密度相等，由于板面积相等，所以辐射换热量相等。即代人求解，得r=901.26KaA热路图如下（各热阻已标出）：174E®J32%r*,t3.加I-£1111七。4AMj与4JA)4毛2曷4山47.用热电偶温度计测得炉膛内烟气的温度为800C,炉墙温度为600Co若热电偶表面与烟气的对流换热系数h=50W/(m2C),热电偶表面的发射率为，试求烟气的真实温度。参考答案：已知：ti=800C,tw=600C,h=50W/(m2C),£i=求：tf=解：本题