安全工程热力学与传热学复习题

1、黑科技安全工程热力学与传热学复习题填空.工程热力学是从工程应用的角度研究热能和机械能的转换规律和工质的性质，找出能量利用 经济性的最有效途径。.包括热源、冷源和功的接受装置在内的整套蒸汽动力装置属于孤立系统。.实现准静态过程的充分和必要条件是过程进行的时间比弛豫时间大的多.如下列图所示，一刚性容器被分成两部分。外界环境压力为0.1MPa,压力表B的读数为40kPa,真空计C的读数30 kPa,则容器两部分内气体绝对压力Pi=(30 ), P2=( 70 )。以kPa表示4题图2对刚性容器内的水做功，使其在.由两个过程：1对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发。恒温下蒸发。这两个过程， 1过程可

2、以是可逆的。 19199.稳th流动能重万程的表达式 q h cws或qh2h1一(c；c1)ws；应用于锅炉22时的表达式为q=h2-h1。.某热机中工质先从 T1=1000K的热源吸热 150 kJ/kg,再从T2=1500K的热源吸热 450 kJ/kg，向T3=500K的热源放热360 kJ/kg ,该循环能能、不能实现；是不可逆可逆、不可逆循环。.某地区当地的音速为400m/s,空气的流速为 20m/s,则当地的马赫数 Ma等于0.05，该地区空气流动为亚音速流动亚音速流动、超音速流动、临界流动。.黑体辐射能量按波长分布服从普朗克定律定律，按空间分布服从兰贝特定律定律，辐射力大 小由

3、斯蒂芬-波尔兹曼定律定律确定。T2/T1 T2；.工作在高温热源 T1和T2之间的逆向卡诺循环，用于制冷时的性能系数可表示为用于供暖时的性能系数可表示为T1/一T2。用状态参数T1和T2表示11题图如上图所示空腔内辐射换热系统，则X1,2 1，X2,101。0、1、01.影响膜状凝结换热的主要因素是蒸汽流速和蒸汽中不凝结气体的含量.假设所有落在物体上的辐射能全部被该物体吸收，则这一类物体叫做黑体或绝对黑体，如果全部 TOC o 1-5 h z 被反射，则这一类物体被叫做白体或绝对白体。.一黑体温度为1000K，则该黑体的辐射力为5.669 X 104W/rn 。.某气轮机的喷管入口处蒸汽的比烙

4、h1=2780 kJ/kg ,出口处的比烙 h2=2340 kJ/kg ,不考虑蒸汽的入口流速，则蒸汽的出口流速为938.1m/s。.单位质量的工质流入膨胀阀时的比烙为438 kJ/kg，那么离开膨胀阀时工质的比烙为438 kJ/kg 。.肋片效率是实际肋片的换热量/整个肋片壁面的温度等于肋根温度时的换热量。18.黑体辐射的角系数具有三个性质，它们是:1相对性，数学表达式为 AX1,2n2完整性，数学表达式为X” 1;i 1A2X2;n3可加性，数学表达式为X1,2 X12i 119 .传热学就是研究由温差引起的热能传递规律的科学。20.稳定运行中的蒸汽锅炉属于 开口系统。21.某油船蒸汽锅炉

5、的表压力为1.3Mpa,冷凝器的真空度为 0.094Mpa,当地大气压力为 0.1Mpa。则锅炉的绝对压力为1.4Mpa，冷凝器的绝对压力为0.006Mpa。以Mpa表示.有一封闭系统沿过程 a从状态1变化到状态2,然后又分别沿过程 b、c又回到状态1。这些过程中的Q和W列于下表中，试按热力学第一定律填写表中空白处的数值。过程QWa1一 215W=2b2一 1-85c2 一 1Q=-310.在温度为T1的高温热源和温度为 T2的低温热源之间工作的热机循环，以卡诺循环热效率为最高。.有一 n级压缩机，要使该压缩机所消耗的机械功到达最小值，则应使 每级的增压比均相等 。.热传递的三种基本方式：热传

6、导、热对流、热辐射。.将尺寸一样的铜棒和橡木棒插入沸水中，持铜棒的手已感到很烫，而持橡木棒的手还没有感到温度上升，原因是导温系数大的物体，各处温度能较快地趋于均匀一致或铜棒比木棒的导温系数大。.流体受加热或冷却引起的自然对流换热与由温度差异所形成的浮升力有关。.绝热系与外界没有热量的交换。.参看下列图，答复下列问题:第30题图1+2是闭口系系统，1+2+3+4是孤立系系统。.系统恢复平衡所需的时间称为弛豫时间。实际过程的不可逆因素有(耗散效应 卜有限温差下的热传递、自由膨胀、不同工质的混合。.相对湿度值越小，说明湿空气继续吸水的能力越强。.水蒸气汽化过程的 p-v图中2线是指饱和水线、饱和蒸汽

7、线。.渐缩喷管出口的流速最大只能和当地音速相等 。.稳态传热过程是指物体中各点温度不随时间而变化的热量传递过程。. 一传热过程的热阻为0.035K/W,温差为70 C,则其热流量为2KW.已知一平壁厚 0.02m,热阻为0.02m2.K/W,其导热系数为1W/m.K.发电机水冷、空冷两种方式，水冷方式的冷却效果好。.冬天用手分别触摸同一环境中的木块和铁块，感到铁块很凉，这是因为因为铁块的导温系数比木块大 .大容器沸腾曲线分为自然对流、核态沸腾 、过渡沸腾、膜态沸腾四个区段。二简答题.简述卡诺定理？答：在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与采用哪 一种

8、工质无关。在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。.压气机增压比过高时为什么采用多级压缩、中间冷却方式？答：采用多级压缩中间冷却，有如下好处：1可降低压缩终温；2压气机消耗功率减小。.在P V图上表示出既膨胀、又吸热、又降温这个过程？.简述实现辐射传热的强化的几种途径？答：1外表改性处理1、外表粗糙化2、外表氧化3、外表涂料(2)添加固体颗粒 循环流化床、流化床反应器、流化干燥3使用广谱选择性涂料 吸收短波，长波只有微弱的发射性能.简述蒸汽凝结换热中珠状凝结是怎么形成的？目前常用的使壁面形成珠状凝结的一种方法是什么？答：当冷凝液体不能湿润冷却壁

9、面时，它就在冷外表上形成小液滴，饱和蒸汽在这些液滴上凝结，使液滴形成半径越来越大的液珠。当液珠的重力大于其对壁面的附着力时，液珠便脱离凝结核心而沿壁面滚下。这些滚下的液珠冲掉了沿途所有的液滴，于是蒸汽又在这些裸露的冷壁面上重新在凝结核心处形成小液滴，这称之为珠状凝结。一种方法是，将壁面进行改性处理，使之成为非湿润外表。.冬季利用玻璃窖培植蔬菜的道理何在？答：普通的玻璃很容易让波长小于2um的热射线通过，因此它可以把照射到它上面的大部分太阳能透射过去。然而，这种玻璃对于 3或4um以上的长波辐射基本上是不透明的。由于玻璃窖内的物体所发出的低温 辐射实际上全是这种长波辐射，所以它们仍然被阻止在玻璃

10、窖内。这样，鉴于玻璃允许进来的辐射壁出去的多，因而玻璃窖内就产生了温室效应，即温度比较高，适合 培植蔬菜。.提高循环热效率的基本途径？答：1对于卡诺循环，无论使用什么工质，也不管可逆热机的结构形式，提高热源的热力学温度和降低 冷源的热力学温度，均可提高循环热效率。2对于不可逆热机，应尽量防止其实际循环中所包含的不可逆因素，即减少循环的不可逆性，使其 热效率接近相同热源条件下卡诺循环的热效率。.钢锭在炉中加热时，随着温度的升高，钢锭的颜色发生由黑-暗红-红-橙黄-白的变化，为什么？ 答：由维恩位移定律可知，对应于最大单色辐射力的波长与该黑体热力学温度成反比，黑体在不同温度 下的单色辐射力的最高峰

11、是随着温度增高而移向波长较短的一边。所以钢锭会出现这种现象。.假设室内的温度在夏季和冬季都保持在20C,那么在夏季和冬季人在室内所穿的衣服能否一样？试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？答：穿的衣服不能一样。虽然夏季和冬季室内的温度都在20度，但是室外的温度是不一样的，夏季高，冬季低，这样室外的温度和室内的温度就形成了温度差，进而就有了热传递，夏季室外比室内高，则热量向室外传递，冬季则相反，所以所穿的衣服不能一样。挂上窗帘，相当于多加了一层热阻，所以感觉暖和。.影响对流换热的主要因素有哪些？答：1流体流动产生的原因；2流体有无相变发生；3流体流动状态的影响；4流体物理

12、性质的 影响；5放热面几何因素的影响；6流体流动速度的影响。.简述蒸汽凝结换热中膜状凝结是怎么形成的？其中，什么影响了热量传递的效果？答：如果冷凝体能很好的湿润壁面，就会沿整个壁面凝成一层膜， 并且在重力作用下流动， 称为膜状凝结。凝结放出的汽化潜热必须通过液膜。因此，液膜厚度直接影响了热量传递。.近年来地球环境温度逐年上升，形成了所谓的“温室效应” 。你认为“温室效应”的产生和现代工业生活方式的发展有什么联系？答：气体发射辐射和吸收辐射对波长具有强烈的选择性，其中二氧化碳和水蒸汽的光带主要有三个，且 这三个光带范围位于红外光带，属于长波。地球上的物体大部分都发射长波，在现代工业生活方式中，二

13、 氧化碳和水蒸汽的含量越来越高，吸收地球上物体发射出来的长波。这部分别吸收的电磁波，又被二氧化碳和水蒸汽发射到地球上，再加上太阳辐射的短波，导致地球温度约来越高，就出现了温室效应。13、饱和湿蒸气与饱和湿空气的区别？答：二者差异有二，其一，湿蒸气是一种化学成分 HaO构成的，而饱和湿空气是空气和水蒸气多种化学成分构成的；其二，饱和湿蒸气是饱和液体水和干饱和蒸汽的混合物，其中水和蒸汽都是饱和的；饱和湿空气虽是干空气和水蒸气的混合物，其中水蒸气是饱和的，但空气远未到达饱和。14、过热水蒸气与过冷水的区别？答：(1)过热水蒸气是水蒸气所处的温度高于水蒸气压力所对应的饱和温度时的水蒸气；(2)过冷水是

14、水所处温度低于水具有的压力所对应的饱和温度时的水。15、对流换热的概念和特点？答：指流动的流体与固体壁面之间直接接触，当两者温度不同时发生的热量传递现象。1对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式；2导热与热对流同时存在的复杂热传递过程；3必须有直接接触流体与壁面和宏观运动；也必须有温差。16、等温面与等温线的特点有哪些？答：1温度不同的等温面或等温线不相交；2在连续的温度场中，等温面或等温线或者在物体中构成封闭的曲面或曲线，或者终止于物体的边界，不可能在物体中中断；3沿等温线 面无热量传递；4等温线的疏密可直观反应不同区域温度梯度的相对大小。17、解释水蒸气的定压汽化过程

15、 p-v图上的1点、2线、3区、5态？答：一点：临界点。两线：上、下界限线。三区：液相区、汽液两相共存区、汽相区。五态：未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽。18、何为湿空气的露点温度；为什么湿润的夏天水管上常出现水珠？答：湿空气中水蒸气的分压力所对应的饱和温度成为湿空气的露点温度，简称露点。湿润的夏天，水房中水管的温度比较低，低于水房空气中水蒸气所对应的露点温度，因此，水蒸气便以水滴形式析出，挂在水管上。19、什么是接触热阻，接触热阻的影响因素有哪些？答：普遍认为接触面两侧保持同一温度，即假定两层壁面之间保持了良好的接触。而在工程实际中由于任何固体外表之间的接触都不可能是紧密的

16、，如下图，此时接触面两侧存在温度差。在这种情况下，两壁面 之间只有接触的地方才直接导热，在不接触处存在空隙，热量是通过充满空隙的流体的导热、对流和辐射 的方式传递的，因而存在传热阻力，称为接触热阻。接触热阻等于热源温度减去外表温度除以加热功率。1、相互接触的物体外表的 粗糙度2、相互接触的物体外表的硬度3、相互接触的物体外表之间的压力20、制冷的热力学原理？答：利用了饱和压力和饱和温度一一对应的关系。可以让制冷工质在低压下蒸发，使其饱和温度低于低温区的温度，而能从低温区吸收汽化潜热；再让 制冷工质在高压下凝结，使其饱和温度高于高温区的温度，能把凝结潜热在较高温度下释放出去。这样就 完成了把热量

17、从低温区向高温区的转移。21、黑体辐射的三个基本定律？.答：1普朗克定律2斯特潘一波尔兹曼定律3兰贝特定律22、按热量交换的原理和方式，换热器分为几种？答：1混合式2蓄热式3间壁式三判断题 TOC o 1-5 h z 1、气体常数Rg与气体种类无关，与状态无关。x2、工质经过不可逆过程的嫡变必然大于经历可逆过程的嫡变。x3、理想气体的热力学能和始都仅仅是温度的单值函数。V4、任何气体经过绝热节流后，温度必然降低。X5、沸腾状态的水总是烫手的 X。6、活塞式空气压缩机可以采用多级压缩的方法提高它的容积效率 7、湿空气的相对湿度越大，其中水蒸气的分压力也越大。8、任意循环的热效率都是1 二。xT1

18、9、绝热闭口系就是孤立系。 x TOC o 1-5 h z 10、热力系是人们研究问题而指定的热力学的研究对象。V11、热量传递的原因是由于物质不能储存热能。x12、传热问题的数学描述包括传热方程和单值性条件。V13、实际热机效率比卡诺热机效率小。x14、对流换热系数和导热系数一样，都是物质的物性参数。x15、热阻叠加原则适用的前提是串联路上各处热量传递相等。V16、稳态传热中，圆筒管壁沿半径方向的每一个壁面热流密度都相等。X17、黑色物体的吸收能力很强，而辐射能力很弱。X18、北方深秋季节，树叶容易结霜，结霜的部位是树叶的上面。V19、温度不同的等温面或等温线可以相交。X22 ，t t、 q

19、 _20、二维、稳态、常物性有内热源的导热微分方程式为（1）0。，x y c21、通用气体常数对理想气体都是一个不变的常数。V22、理想气体绝热节流后温度不变。V23、在TS图上，理想气体的定压线比定容线陡。XT124、卡诺循环的热效率是1TL。， TOC o 1-5 h z 25、空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的含量就越大。X26、任何动力循环，循环净功 W0总等于循环净热量q().，27、热力系是指所有参与热力过程的物体群。X28、绝热闭口系的嫡增就是孤立系的嫡增。V29、在导热能力方面，金属小于非金属，固态小于液态，但液态大于气态。X30、热扩散率反映了导热过程中材料的导热能力与沿途物

20、质储热能力之间的关系。31、常物性、稳态导热方程是2t q，/c 0，32、白体的反射能力强，吸收能力弱。V33、假设速度边界层与热边界层同一厚度，普朗特数等于1。，四、计算题封闭系统沿 acb途径从状态a变化到状态b时，吸入热量80kJ/kg ,并对外界做功30kJ/kg 。(1)假设过程沿adb进行，系统做功10kJ/kg ,问系统吸热多少？2当系统沿曲线从 b返回到初态a,外界对系统做功 20 kJ/kg，则系统与外界交换热量的方向及大小 如何？3假设U a 0,U d 40kJ / kg ,求过程ad和db的吸热量？解：Uab Ub Ua 80 30 50kJ / kg(1)对过程ad

21、b,由封闭系统热力学第一定律得：Qadb Uab Wadb 50 10 60kJ/kg2对b-a过程，同样由封闭系统热力学第一定律得：QbaUab Wba50 20 70kJ/kg即系统从b至Ua时，系统向外界放热 70 kJ/kg 。3Ua0,Ud 40kJ /kg, Uba Ub Ua 50kJ/kg,Ub 50kJ/kgWadb Wad Wdb Wad 0 10kJ/kg (定容过程膨胀功为0)对ad过程由封闭系统热力学第一定律得：QadUad Wad40 10 50kJ/kg对db过程由封闭系统热力学第一定律得：QdbUdb Wdb Ub Ud 50 40 10kJ/kg2.设一可逆卡

22、诺热机中工作于1600c和300c的两个热源之间，工质从高温热源吸热400KJ,试求：1循环热效率；2工质对外作的净功；3工质向低温热源放出的热量。解：,Q, T Qi Q W卡诺循环的热效率可表示为：i Q2 i T2 Q1 Q2 W TOC o 1-5 h z QiT1Q1Q1 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document T300273所以 12 11 0.31 0.69 69%T11600273WQ1 0.69 400 276KJQ2Q1W400276124KJ3. 一蒸汽管道，内外直径分别为90 mm、100 mm,管壁导热系数158W/(m K

23、) o在管道外壁面上覆盖两层隔热保温材料，内层厚度2 30mm,导热系数20.058W/(m K)；外层厚度 3 50mm,3 0.17W/(m K)o蒸汽管道的内侧外表温度tw11各层单位管长热阻；2每米蒸汽管道的热损失；300 C ,保温材料外外表温度为50Co试求:3各层接触面上的温度 tw2、tw3。解：1各层单位管长热阻：管壁 TOC o 1-5 h z 1d211004R1In- In 2.891 10 4(m K)/W2 1d1258 90内保温层1 d31160R 2 In- In1.2897(m K)/W2 2d220.058 100外保温层R 3-In包3 d3-In 02

24、0.17 1600.4545(m K)/W2单位管长热损失q1t w1 t w4R1 R2 R 3300 502.891 10 4 1.2897 0.4545143.3W/m3tw2、tw3q1tw1t w3tw2 tw1 q1R 1300 143.3 42.891 10tw3tw1 q1(R1 R 2) 300 143.3(2.891299.6OC10 4 1.2897)115OC.内燃机的气缸中有 0.5kg空气，燃油由喷油嘴喷入，燃烧后产生的热量有84kJ为燃气所吸收，同时空气对外界做功为 78kJ，试求空气燃气比热力学能的变化量。解： 已知Q=84KJ, W=78KJ,所以由热力学第一

25、定律可知:Q=A U+W所以 U=Q-W=84-78=6KJ所以燃气比热力学能的变化量为6/0.5=12KJ 。.有一锅炉炉墙由三层组成，内层是厚1 230mm的耐火砖层，导热系数1=l.l0W/m - c；,外层是厚3 240mm的红砖层，30.58W/m-C；两层中间填以2 50mm, 2 0.10W/m-C的石棉隔热层。已知炉墙内、外两外表温度tw1 500c和tw4 50 C,试求通过炉墙的导热热流密度及红砖层的最高温度。解：1求热流密度，先计算各层单位面积的导热热阻 TOC o 1-5 h z 0 23R 1 _L 023 0.21 m2 - C /W11.1020.05R 20.5

26、0 m2 - C /W20.10R 3 呼4 0.41 /. c /W30.58t3R1500 500.21 0.50 0.41401.78 W/m22求红砖层的最高温度红砖层的最高温度是红砖层与石棉之间的接触面积温度tw3,所以tw3tw1 q(R,1 R,2) 500 401.78(0.21 0.5) 214.7 C6、如下列图所示，一个电熨斗，电功率为1200W,底面竖直于环境温度为 25c的房间中，金属底板厚5mm 2导热系数15W/ m k ,面积A=300cm。考虑辐射作用在内的外表传热系数h=80W/( m2 .K),确定稳态条件下底板两外表的温度。解:12002q040000W

27、 / m0.03d2tdx2x 0,x ,dt dx dt dxqOht t上述方程的通解为tc1x c2由左侧条件得：c1 q0,c1q。由右侧条件得:c2cic2ci曳 q0hq0代入通解得:代入给定的数值后可得:tx 0 tq0=25+40000X0.0051580=538 Ctx t q01=25+4000 0X 一80=525 C1kJ7、如果有一台热效率为 30%的热机，用来带动制冷系数为 2.5的制冷机，求制冷机每从冷物体带走 的热量，热机需要输入多少热量？解：-10 -8、可逆卡诺循环冷源吸热量及冷源嫡增量;Q=3000kJ ,试求:3如果由于不可逆使系统的嫡增解：0.2kJ/

28、K ,求冷源多吸收多少热？循环少做多少功?Q2W所以：WQ2 0.4KJ2.5WQi所以：Q W 04 1.33 KJ 0.31循环做功量；2：根据热力学第一定律：Q净热量 W净功U由于U 0所以：Q净热量亚静功因为：Qi Ti (Si S4)Q2 T2 (Si S4)所以：5女Q2 T2Q2 Qi T2 3000 273 300 I969KJTi273 600所以：W Qi Q2 3000-I969 I03IKJ92）将冷硼超限确度1969KJe增价）8i0C,求该外表的辐射力增加了多少倍?益源嫡增量： TOC o 1-5 h z 八/八一 44-2459W/m24_278000.4W /mS EQ2