《热力学与传热学》课程综合复习资料

共享知识 分享快乐共享知识 分享快乐页眉内容页眉内容《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，其嫡的变化值大于零。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4To5、工质进行膨胀时必须对工质加热。6、在温度同为Ti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、工质的嫡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.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？.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？.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？.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？.一循环，工质从高温热源吸热3.4106kJ,输出功率1.1106kJ。试计算该循环的热效率月。若循环是在温度分别为577c和30C的恒温热源间完成的，试计算该循环的热效率rt与同温限下卡诺循环的热效率小之比。.可视为理想气体的空气在活塞中从 1bar、20c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=1.0kJ/(kgK)，比定容热容cv=0.71kJ/(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。.有一直径为5cm初始温度为400c的钢球，将其突然放到温度为 30c的空气中。设钢球表面与周围环境间的总换热系数为 24W/(m2K),试计算钢球冷却到180c所需的时间。已知钢球的c=480J/(kgK),p=7753kg/m3,入=33W/(mK)。34,将氧气压送到容积为2m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=45C升高到t2=80C。试求压入的氧气质量。当地大气压为R=760mmHg氧气Rg=260J/(kgK)。.流体受迫地流过一根内直径为 25mm的直长管，实验测得管内壁面温度为120C,流体平均温度为60C,流体与管壁间的对流换热系数为 350W/(m2K)。试计算单位管长上流体与管壁间的换热量。.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700c和350C,试计算它们之间的辐射换热量。.一^诺热机工作于 500C和200C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 100kJ,求该卡诺热机的热效率及输出功率。.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0.10W/(mK)。已知管子外表面温度为 250C,保温层外表面的温度为38C,试求单位管长的热损失。.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)填充卜表所缺数据；(2)循环净功；(3)该循环的热效率。过程Q(kJ)AU(kJ)W(kJ)1-2121002-302503-4-98004-1010、厚为36mm的无限大平壁，两侧表面温度分别为50c和20C。已知平壁材料的导热系数为入=0.56(1+0.0018t)W/(mK)(其中t的单位为C)，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、温度和嫡的变化。 【空气Rg=287J/(kgK)】12、外径为100mm,表面温度为100C,黑度为0.76的圆筒壁，被水平放置于一温度为20c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27.03W/(mK),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：嫡是状态参数，不管循环是否可逆，工质的嫡变均为零。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Q>0,而AU=Q-W,理想气体iU=mcvAT,则AT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， &3。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，工质的嫡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嫡产恒大于零。因此即使是绝热过程，工质的嫡增也可能大于零。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.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。.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。.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。.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。.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:W0 1.1 101.解：循环热效率的计算:t=—= m 100% =32.35%Q1 3.4 106相应卡诺循环的热效率：.T2. 39273.15相应卡诺循环的热效率：.T2. 39273.15=1——=1 =0.6434=64.34%Ti577273.15二者比值为:32.35%二者比值为:32.35% =0.502864.34%2.解：pi2.解：pi=1barp2=6barTi=20+273.15=293.15Kk=cp/cv=1.4由题意知：1-2为可逆绝热过程,k1_ _P由题意知：1-2为可逆绝热过程,k1_ _P2.■ ,T2=T1— =293.15M<pU1.4a6E—। =49269K<1J皿2=G/(T2—T1)=0.71M(492.69—293.15)=141.68kJ/kgq=0,贝Uw=q—Au=*u=-141.68kJ/kg3.解：d=5cm=0.05mR=d/2=0.025mto=400Ct卡30c对球体V/A=R/3M=1/3则B”h(V/A)hR240.025对球体V/A=R/3M=1/3则B”h(V/A)hR240.025333=0.006C01可用集总参数法计算3t—t二hAiVc二eto一t二代入数据,=1166.66[s]77534800.025in180-30代入数据,=1166.66[s]243 400-30.解：V=2m3 pb=760mmHg=1.01325bar p=pe+pbpi=pei+pb=0.3+1.01325=1.31325barp2=pe2+pb=3+1.01325=4.01325bar理想气体状态方程：pV=mRgT初态时罐内氧气质量为m1=&V=13132"105』2=3178kgRgF260(45273.15)终态时罐内氧气质量为p2V4.013251052终态时罐内氧气质量为m2= = =8.748kgRgT2 260(80273.15)则压入的氧气质量为 ，m=m2-m1=8.748-3.178=5.57kg.解：管内强迫对流换热问题。由牛顿冷却公式计算:%=hA(tw-tf)/l=h二：d(tw-tf)=350M3.14父0.1父0.02/(120—60)=164934W/m.解：T1=700+273.15=973.15K T2=350+273.15=623.15K由题意知，A1=A2=AX1,2=X2,1=1.0",2A(Eb1-Eb2)Eb1-Eb21",2A(Eb1-Eb2)Eb1-Eb21A1A1X122A2q1,21,2Eb1-Eb2_；"--)5.6710"(973,154-623.155.6710"(973,154-623.154)二0.60.5二15863.087W/m27.解：该卡诺热机的热效率:200273.157.解：该卡诺热机的热效率:200273.15500273.15=0.388=38.8%输出功率为：p0-3c=1000.388=38.8kW.解：此为通过圆筒壁的稳态导热问题。由题意知:di=120mm d2=di+2、=120+225=170mm twi=250oCtw2=38oC则11tw1-则11tw1-tw2250-381 ,170 In23.140.10120=382.432[W/m].解：（1）填表过程Q(kJ)AU(kJ)w(kJ)1-21210(1210)02-30(-250)250 13-4-980(-980)04-10(20)丁(-20)对每一过程有：Q=.U+W对循环有,dU=0 Qo=Wo(2)循环净功Wo=W1-2+W2-3+W3-4+W4-1=0+250+0-20=230kJ或W0=Q0=1210+0-980+0=230kJ(3)循环热效率Qi=1210kJ c=W=刎=0.19=19%Qi 1210.解：大平壁的平均温度为 tm=(tw1+tw2)/2=(50+20)/2=35C平均热导率为：垢=0.56(1+0.0018tm)=0.56><1+0.0018>35)=0.5953W/(mK)热流密度为：q=—=m"—"2=0.5953―—―=496.07W/m2

A、 0.036.解：以容器内的空气为研究对象。已知： Ti=300Kp1=600kPaV"Vi=6(1)满足q=^u+w 绝热q=0自由膨胀w=0贝U.：u=q-w=0Au=Cv(T2-T1)=0，则T2=TiAs=Rgln(V2/V1)=287Xln(6)=514J/(kgK)12.解：这是一个复合表面的换热问题， 该圆管壁既与周围气体有对流换热,又与周围环境有辐射换热。先求辐射换热量61：已知Tw=100+273=373K To(=20+273=293KAi=「d1Xi,2=1.0 Ai?A2, A1(Ebw-E