热工基础与应用课后习题答案

山东大学热工基础课后习题解答第一章考虑题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。,而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念,是为了能对系统,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可见平衡必稳定的宏观性质用状态参数来进行描述。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估计变化?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估计变化,因为测量所处的环境压力估计发生变化。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依然愈小？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,因此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情况下使系统回复到初态,并不是不能不能在外界不遗留任何变化的回复到初态。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1—1解:1.2.3.4.1-2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、假如微压机的斜管倾斜角,管内水解:依照微压计原理,烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差p＝ghsin10009.82001030.5980Pa7.35mmHg水柱1-3解:1－4解:1-4解:ppp＋p＝760＋3009.81/133.3＋800＝1582mmHg2.11barb水柱汞柱1-5解:由于压缩过程是定压的,因此有WpdVp(VV)0.510(0.80.4)200KJ6V212V11-6解:改过程系统对外作的功为

pV1.3dVp1V1(V0.3V0.3)85.25kJ1.3WpdV0.50.511V0.31.3210.30.31-7解:由于空气压力正比于气球的直径,因此可设,式中c为常数,Ｄ为气球的直径,由题中给定的初始条件,能够得到:该过程空气对外所作的功为D1D2cDd(11D11dDc(DDWpdV3)cD2D4DV4)1326282V115000000(0.440.34)34.36kJ81-8解:(１)气体所作的功为:(2)摩擦力所消耗的功为:因此减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为:1-9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,恒等于大气压力0、09MＰa,因此气体对外所作的功为持相等:1－１1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)p(V2)p(V2)0.910(22)1.8105p1Pa21V21V1521前两种情况能使气球充到2m3情况三:因此气球只能被充到的大小,故气体对外作的功为:第二章考虑题绝热刚性容器,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:⑴空气的热力学能如何变化？⑵空气是否作出了功？⑶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?⑴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。⑵气体被压缩时一定消耗外功。对,因为依照热力学第二定律,气体是不估计自压缩的,要想压缩体积,必须借助于外功、⑶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。⑷气体边膨胀边放热是估计的。对,比如多变过程,当n大于k时,能够实现边膨胀边放热。⑸气体边被压缩边吸入热量是不估计的。错,比如多变过程,当n大于k时,能够实现边压缩边吸热、⑹对工质加热,其温度反而降低,这种情况不估计、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？,比如电磁功、表面张力功等等,假如只考虑体积答:不正确,因为外功的含义特别广功的话,那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。5.试比较图2—6所示的过程1－2与过程１－a—2中下列各量的大小:⑴W与W;(2)１212ａU12与U1a2;(3)Ｑ与Ｑ121ａ２答:(1)W1a2大、(2)一样大、(３)Q大。a１２图2-6思考题4附图6.说明下列各式的应用条件:⑴闭口系的一切过程⑵闭口系统的准静态过程⑶⑷开口系统的稳定流动过程,同时轴功为零开口系统的稳定定压流动过程,同时轴功为零;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,因此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、关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。关于稳定流动,工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。假如工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化特别小,可忽略不计,则技术功等于轴功、习题2-1解:,因此是压缩过程2-2解:2-3解:2－4解:状态ｂ和状态a之间的内能之差为:因此,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:

依照题中给定的a点内能值,可知b点的内能值为6０kJ,因此有:由于d—b过程为定容过程,系统不对外作功,因此ｄ-ｂ过程与外界交换的热量为:因此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:QUUWUW40(20)60kJaddaadadadb2-5ＷkJＵkＪ过程1—2QkJ139０013９02-３3—403９５０－5—３95－100０5-１0004-102-5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,即汽化,因此有热量潜热:内能的变化为: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,因此系统的初温和终温相等,都等于环境温度即:依照理想气体的状态方程可得到系统的终态体积,为:pV2.93910510010410102V21.526103m311p1.9591052因此活塞上升的距离为:ΔLVV1.526103100101060.0526m5.26cm21100104A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,因此气体与外界交换的热量为:QWpAΔL1.9591051001040.0526103.04J2２-8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,因此生产每kg压缩空气所需的轴功为:wqΔh50146.5(0.80.1750.10.845)10s252kJ/kg3因此带动此压气机所需的功率至少为:2-9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5310ｋJ,因此必须外加取暖设备,供热量为:2-10解:取容器内的气体作为研究的热力学系统,依照系统的状态方程可得到系统终态体积为:过程中系统对外所作的功为:(V0.2V0.210.2)544.6kJW1.78pdV1.78111.2dVpV1.2pV2V1.21111因此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:因此整个系统的能量平衡式为:故发电机的功率为:PWQ(hh)q(hh)qm1s67m7615010700418003(41812)700(41842)2.415103kW3600360036002-12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,因此系统的能量平衡式为:其中,气体在进口处的比焓为hupv2100100.62100.372329400J/kg6:31111气体在出口处的比焓为:hupv1500100.13101.21656000J/kg362222气体流过系统时对外作的轴功为:WQH12mcm(qh1c)222sff4[30103(16560002329400)1(15023002)]22708600W2708.6kW因此气体流过系统时对外输出的功率为:第三章考虑题1.理想气体的和之差及和之比是否在任何温度下都等于一个常数?答:理想气体的和之差在任何温度下都等于一个常数,而和之比不是。假如比热容是温度t的单调增函数,当时,平均比热容、、中哪一个最大？哪一2.个最小？答:由、、的定义可知,其中,其中,其中因为比热容是温度t的单调增函数,因此可知>,又因为t2ct2tct1t1(ct2ct2)t(ct20cct1)t1t2ct22ttc002t1t10t1t10021故可知最大,又因为:因此最小。假如某种工质的状态方程式遵循,这种物质的比热容一定是常数不？这种物3.质的比热容仅是温度的函数不？答:不一定,比如理想气体遵循此方程,然而比热容不是常数,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:cdqd(uw)dTdTdTdT由此能够看出,假如工质的dudwdudupddTvRdTdTg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。12u34v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为可积v不变,过程中系统内能逆绝热膨胀过程、因为可逆定容加热过程容增加,因此为曲线1,从下向上、可逆定压加热过程有:因此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:因此为曲线3,从左到右。可逆绝热膨胀过程有:因此为图中的双曲线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图图上,升温,又放热,升温,又放热;(ﻩ此过程不估计,并判断、、的正负,判断、、的正负。⑴空气升压;⑵空气膨胀)⑶的膨胀过程;⑷的压缩过程答:pTn=0n=0An=1n=1A1<n<k1<n<ksn=±∞n=kn=±∞n=kv(1)空气升温、升压、又放热有:此多变过程如图所示,在p-v图上,此过程为沿着几条曲线的交点A向上,即沿压力－;在Ts图上此过程为和温度增加的方向沿着几条曲线的交点Ａ向上。pTn=0n=0An=1n=1A1<n<k1<n<kn=±∞n=kn=±∞n=kvs(2)空气膨胀,升温,又放热有:此多变过程如图所示,然而要想是过程同时满足膨胀过程是不估计的。n=1.6n=1.6n=kTpn=0n=1n=0n=1n=1AAn=kn=±∞n=1.6n=±∞n=1.6n=kvs(3)的膨胀过程,在p-ｖ图上,膨胀过程体积增大,过程从几条曲线的交点A向下;在－Ts图上,过程从几条曲线的交点Ａ向下。此过程为放热,对外做功,内能减少。pTn=0n=0An=1n=1An=1.3n=1.3sn=±∞n=kn=±∞n=kv(4)的压缩过程,在p—ｖ图上,压缩过程体积减小,过程从几条曲线的交点A向上;在Ｔ—s图上,过程从几条曲线的交点A向上。此过程为放热,外界对空气做功,内能增加。6.在图上,如何将理想气体任意两状态间的热力学能和焓的变化表示出来。答:理想气体的内能和焓都是温度的单值函数,因此在图上,定内能和定焓线为一条平行于T轴的直线,只要明白初态和终态的温度,分别在图上找到对应温度下的定内能和定焓直线,就能够确定内能和焓的变化值。7.凡质量分数较大的组元气体,其摩尔分数是否也一定较大？试举例说明之。答:依照质量分数和摩尔分数的关系,有:从上式能够看出,对成分一定的混合气体,分母为常数,因此摩尔分数取决于其质量分数和摩尔质量的比值,关于质量分数较大的组元,假如摩尔质量也特别大,那么它的摩尔分数估计并不大。8.理想混合气体的比热力学能是否是温度的单值函数?其是否仍遵循迈耶公式？答:不是。因为理想混合气体的比热力学能为:其中xi是摩尔组分,而ui是温度的单值函数,因此理想混合气体的比热力学能不仅是温度的函数,依然成分的函数,或者说关于成分固定的混合理想气体,其内能仅是温度的单值函数。其仍遵循迈耶公式,因为:9.有人认为由理想气体组成的封闭系统吸热后,其温度必定增加,这是否完全正确？您认为哪一种状态参数必定增加？答:不正确,因为关于成分固定的混合理想气体,其内能是仅是温度的单值函数,假如在过程中吸热的同时对外作正功,当作的正功大于吸热量,其内能必定减少,温度必定降低。只有熵值必定增加,因为依照克劳休斯不等式有:其中等号适用于可逆过程,不等号适用于不可逆过程,关于不可逆过程,T为热源的温度,由于温度Ｔ恒大于零,因此当过程为吸热过程()时,系统的熵必定增加、10.图３－17所示的管段,在什么情况下适合作喷管？在什么情况下适合作扩压图3-17思考题11附图管？答:当时,要想使气流的速度增加,要求喷管的截面积沿气流方向逐渐减小,即渐缩,即流的流速做喷管,渐扩管适用于流,渐缩管适用于做扩压管,渐扩管适喷管;而当时,要想使气流的速度增加,要求喷管的截面积沿气流方向逐渐增加渐扩喷;而关于先缩后扩的缩放喷管(也称拉戈尔喷管),在最小截面处气流,渐缩管适用于做做喷管;关于超声速气恰好等于当地声速。因此关于亚声速气扩压管,缩放管适用于用于做喷管、习题压缩过程的终态参数为,而定温的条件可知:3-1解:设定熵压缩过程的终态参数为,依照给定又因为两个终态的熵差为,固有:因此有:关于定熵压缩过程有:因此:pp(T1)1kpexp[((1k)mc]pexp(MS)pexp(S)kSk21T211mR1mRpg3-2解:设气体的初态参数为,阀门开启时气体的参数为,阀门重新关闭时气体的,考虑到刚性容器有:,且、,贮气筒内压力达到Pa,因此此时筒内温度和气体质量分别为参数为⑴当阀门开启时:⑵阀门重新关闭时,筒内气体压力降为Pa,且筒内空气温度在排气过程中保持不变,因此此时筒内气体质量为:因此,因加热失掉的空气质量为:3-3解:⑴气体能够看作是理想气体,理想气体的内能是温度的单值函数,在过程中,由于气缸绝热,系统,同时气缸是刚性的,系统对外作功为零,故过程中系统,而系统的初温为30℃,因此30℃。,终态参数为,另一侧气体的初,终态参数为,重新平衡时整个系统的总体积不变,因此先要求出气缸的总体积。,选取绝热气缸内的两部分气体共同作为热力学系统和外界没有热量交换的内能不变平衡时系统的温度仍为⑵设气缸一侧气体的初始参数为始参数为终态时,两侧的压力相同,即,对两侧分别写出状态方程,1pVp(VV－）总T2pVpVpVpV211T112221,TTT2T1112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,由状态方程可求出终压为:熵的变化为:dT25208ln1pΔS1.143kJ/K32mRlngcTpp113-5解:由于活塞和氢气侧气缸均是绝热的,因此氢气在过程中没有从外界吸入热量,可看可逆绝热过程,因此氢气的终温为:依照状态方程可得到终态时氢气的体积:因此,空气终态的体积为:故空气的终温为:TpVT1.96141050.139288800.64K空空2空12pV0.9807100.15空2空1空1把空气和氧气作为热力学系统,依照热力学第一定律可得到外界加入的热量为:1QUUU＝mc(T－T)mvR(TT)氢氢2氢1k1＝c(T－T)pVR(TT)空氢空空空2空1氢gpV空1空1氢1氢1RT空空2空1RTg氢氢1g氢氢2氢1v空1g空＝0.98071050.10.71594(800.64288）287288＋0.98071050.1415728811.411（352.31－288)44.83J3-6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,因此:VV(p1)1/k10010410102(2.939)1/1.41.34103m31.95921p2因此,活塞的上升距离为:3-7解:⑴定温:,由理想气体的状态方程可得到初终态的体积:因此气体对外所作的功和吸收的热量分别为:WV2pdVmRTlnV6287303ln5.217661.73922573.22kJ2V1g1V1⑵定熵: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:⑶＝。为多方过程,依照过程方程可得到气体的终温为:ｎ12:气体对外所作的功和热量分别为:[1()]6287303[1()]436.5kJWmRT111.21png121.2nn1p11.213nk60.717(252.3303)1.21.4218.11kJQmc(TT)n11.21V21３—7解:(1)假如放气过程特别快,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,时时处于准平衡态,过程可看作可逆绝热过程,因此气体终温为:瓶内原来的气体质量为:放气后瓶内气体的质量为:因此放出的氧气质量为:(2)阀门关闭后,瓶内气体将升温,直到和环境温度相同,即,压力将升高,依照理想气体状态方程可得到,最终平衡时的压力为:(3)假如放气极为缓慢,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,因此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:两式相除,并考虑到,可得到:由多方过程的过程方程可得到:ln(T/T)1ln(333/573)1.494TVn1TVn1n121ln(V/V)ln(1/3)112212因此有:把值带入多方过程功的表达式中,可求出:Rw(n1)418.68103(1.4941)430.8915J/kg.K2240TTg12因此有:３—１0解:依照理想气体状态方程,每小时产生烟气的体积为:10132550010pVT11473V20.1108773m/h362Tp273.1512因此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:t1300C时，ct11.117kJ/(kg.K)1P0t400C时，ct21.028kJ/(kg.K)2P0t2tct1t1.0284001.11713001.157kJ/(kg.K)t2cP0c2tt1P0900Pt121因此过程中燃气的熵变为:由于熵减少,关于可逆过程,熵减少意味着过程是放热过程3－12解:依照刚性容器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,气体温度依然保持不变,球内压力(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:依照理想气体状态方程有:11mRT总gcpVmRTcD(D3V)mRTD4VD66总gA总gA带入数值，通过叠代可得到：D0.6926m3因此,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:因此其焓变和熵变分别为:hcT1415.72620877.75kJ/kgsclnT2Rln1129.03ln1213593808.00kJ/kgPv2TvVg113－14解:设气体的初态参数为,终态参数为。⑴可逆绝热膨胀:依照过程方程可得到终温:气体对外所作的功和熵变分别为:WnC(TT)100025.12(340257.67)2068.13kJV,m12s0⑵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焓均是温度的单值函数,因此气体温度保持不变,焓也保持不变,即过程中气体熵变为:Sn(clnT2Rln)n[clnT2(cc)ln]vv22Tv110008.32ln25766.99J/KTPm,,Vmv1VV113-15解:⑴按定值比热容计算:空气可看作是双原子分子气体,故有:依照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:⑵按空气热力性质表的数据计算:查表得因此有: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:1101325108000830133.3106154m3/h293pmT标•m标体1273Tp标1m101325108000830133.3196729.4m3/h543pmT2•标标体2273Tp标2转化为质量流量为:•m＝＝101325108000＝139667.6kg/h38.80kg/s体，标287273pm标•质RTg标依照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:•:Qm（hh）139667.61.017925035541912.5kJ/h质21因此有(2)将空气视为双原子理想气体,用定比热容进行计算•因此有:Qm（hh）139667.61.00425035056567.6kJ/h质213—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:MM0.12440.05320.79280.041829.72ii体积流量为:pm•T1013253010105533•m标p0.981056.28105m3/h标2体，标T273标23－19解:依照混合理想气体的状态方程有:又因为:联立求解得到:3—20解:⑴该未知气体的气体常数及摩尔质量M:依照混合理想气体状态方程可得:气体组元的质量分数分别为:因此未知气体的气体⑵该未知气体的分压力:氮气,先求出它的摩尔分数:常数:未知气体为因此氮气的分压为:3-21解:理想气体两过程之间的熵差为:由于假设理想气体的比热容为常数,因此有:考虑到理想气体多变过程()的过程方程及定容比热容和C、R的关系:Vg把上面三式带入熵的表达式并整理可得:考虑到理想气体多变过程()的过程方程及定容比热容和C、R的关系:Ｖｇ把上面两式带入熵的表达式并整理可得:1(nk)RgRTTTln2n1sslnRlng21k1T21g121３-22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下,压力分别为p和p2时两态的熵差,故有:１显然不管在任何温度下,它们都相等;在T-s图上任意两线之间的水平距离为,在相同的温度T下,体积分别为V和Ｖ时两１2,故有条定容态的熵差:显然不管在任何温度下,它们都相等、3—２3解:依照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c和c的关系,可得到:ＰＶcPk1.35cVccR260.28c1003.94J/(kg.K),c743.66J/(kg.K)PVgPV因此每千克气体内能和熵的变化分别为:uc(TT)743.66175130140.5J/kgV21sclnT2Rlnp21003.94ln260.28ln4.2103.00J/(kg.K)473Tp12981.05Pg1３—2４解:可逆定压过程系统从外界吸收的热量等于系统焓的变化,因此有:HQmc(TT)Qp21m(TT)QcRQ33491037412973.2264103(kg.K)21cpVg系统内能的变化为:因此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:pVnT0.5171060.1428830.17(K.mol)nT111R8.3141pVnT0.1721060.2745668.51(K.mol)nT222R8.3142由于过程的焓变已知,因此可得到该理想气体的摩尔定压热容:因此气体的摩尔定容热容为:由此可求出该气体的摩尔质量:因此气体的内能变化为:气体的定压热容为:3-2６解:⑴可逆膨胀;可逆定温膨胀过程系统对外所作的功及熵变为:nRTgVWPdVdVnRTlnV28314373ln107140.6kJ22Vg111⑵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,熵变为⑶在外压恒为0、１ＭPa的环境中膨胀、此过程系统对外所作的功无法计算,假如过程终态为平衡态,则系统熵变依然为:３－2７解:要想判断喷管的形状,,必须计算临界压力ＰcrＭPa可见被压大于临界压力,故在出口处没有达到当地声速,因此此喷管为渐缩喷管。计算喷管出口截面面积,首先要明白喷管出口截面的参数,11RTP28710230.711.410.532m3/kgPvv1k11kPPP0.71060.521212c1.414cTT1.4141004.51023926.8439.6m/s2P12因此喷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,依照临界压力与初压的关系可得:kk10.61051.421.410.32105Pa1.412PPk1cr1最大质量流量为:22k2pk2p2qA2mink11A21k1k1RT1k1k1k1vm,maxmin121.421.411.410.361012510421.412878530.42kg/s３－２9解:首先计算入口参数c1683.9K2c1.414cTTTTa1.414caP1a1aP因此临界压力,即被压为:最大质量流量为:2kk1k12P1251042.820.533210122qA2()2.1kg/s0.4k1v2.42.4287673maxmin1由绝热过程方程可得到出口比容为:11PRT0.533287683.90.582m3/kg1P1k1k1v2v11.4P0.2810.53310PP6221因此出口流速为:3—30解:温度计测量的是空气的滞止温度,因此空气实际温度为:3—３１解:假如在喷管中气体是理想的流动,即为可逆绝热稳定流动,则依照过程方程,可得到理论出口参数为:因此理论出口流速为:c1.414cTT1.4141004.5353321.38252m/s2P12因此实际出口流速为:因此实际出口温度为:由理想气体的状态方程可得到:因此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:第四章考虑题1、循环的热效率公式和有何区别？各适用什么场合?答:前式适用于各种可逆和不可逆的循环,后式只适用于可逆的卡诺循环。2、循环输出净功愈大,则热效率愈高;可逆循环的热效率都相等;不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率,这些说法是否正确？为什么？答:不正确,热效率为输出净功和吸热量的比,因此在相同吸热量的条件下,循环输出的出净功愈大,则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等,必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下,不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。3、热力学第二定律可否表述为“机械能能够全部变为热能,而热能不估计全部变为机械能”？答:不对,必须保证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能能够全部变为机械能,比如理想气体的定温膨胀过程,系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能,外界尽管没有任何任何变化,然而系统的体积发生改变、了4、下列说法是否正确？为什么?⑴熵增过程为不可逆过程;⑵不可逆过程的熵变无法计算;大的⑶若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态,则不可逆途径的必大于可逆途径的;⑷工质经历不可逆循环后;自然界的朝着熵增的方向进行的,因此工质被加热熵一定增大,工质放热熵一定减小。答:(1)不正确,只有孤立系统才能够如此说;⑸过程都是熵减小的过程不估计实现;⑹(2)不正确,S为状态参数,和过程无关,明白初态和终态(3)不对,Ｓ为状态参数,和过程无关,相等;就能够计算;(4)不对,工质经历(5)不对,比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程,系统对外放热,熵减小、(6)工质被加热熵一定增大,然而系统放热,熵不一定减小。假如是可逆过程,熵才一定减小。绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同的终力,两过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图进行分析、答:不可逆过程熵大,可逆过程作功大可逆和不可逆循环后都回到初态,因此熵变为零。5。若工质从同一初态出发,分别经历可逆压

６、假如工质从同一初态出发,分别经历可逆定压过程与不可逆定压过程,从同一热源吸收了相同的热量,工质终态的熵是否相同？为什么？答:不相同,因为二者对外所作的功不同,而它们从同一热源吸收了相同的热量,因此最终二者内能的变化不同,故此二者的终态不同,由于熵是状态参数,它们从同一初态出发,故终态的熵不同。７、工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态,问能否通过一个绝热过程使工质回到初态?答:不能,工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态,其熵增加,要想使其回到初态,过程的熵必须减少,而绝热过程是不能使其熵减少的,故不能通过一个绝热过程使其回到初态。8、系统在某过程中从热源吸热20kJ,对外作功25kJ,请问能否通过可逆绝过程使系统回到初态?为什么？能否通过不可逆绝热过程使系统回到初态？答:依照克劳休斯不等式,我们明白系统在过程中的熵变满足:即:系统的熵增加,要想使系统回到初态,新的过程必须使系统熵减少,而可逆绝热过程熵不变,不可逆绝热过程熵增加,因而不估计通过一个可逆过程或者一个不可逆过程使系统回到初态。9。闭口系统经历了一不可逆过程对外作功10kJ,同时放出热量5kＪ,问系统的熵变是正、是负依然不能确定？答:熵是状态参数,功和热量都是过程量,因此不能确定系统的熵变、习题4－1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:采纳电炉取暖时,

当采纳电动机带动卡诺热泵时,４—3解:(1)热效率为(2)吸热放热(３)性能系数得到因此４-4解:关于制冷机关于热机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:由得到热力学能变化为熵的变化为4—6解:

(1)气体熵变为热源熵变为总熵变为热源熵变为总熵变为(３)气体熵变为热源熵变为(1)由孤立系统熵增原理:(3)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,因此设终态容积分别为,联立求解因此有:左侧气体熵变:右侧气体熵变:总熵变为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,依照孤立系统熵增原理:因此该过程是不估计的4—10解:(1)依照稳定流动方程,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2系统的可逆过程熵不变为等容过程,因此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,并假设螺旋桨为功因此做功能力的损失为:４－１2解:依照温度流动的过程方程有:因此做功能力的损失为:４—1３解:混合后的温度为:4－15解:(1)依照稳定流动的过程方程可得:(2)进口处出口处(3)因此压气机所需的最小有用功为:(4)作功能力损失为:4—1６解:依题意:因此:4-17解:因此4—１8解:因为环境的熵变为: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,其熵变等于熵产因此:第五章考虑题1、热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方,而不能安装在热水容器上面,为什么？答:保证其压力。2。锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足的关系？为什么?答:不对,因为水蒸气不能看作是理想气体,其内能不仅是温度的函数,依然压力的函数,故此定温过程内能是改变的0℃或低于0℃的蒸,不等于0。３、有无汽存在？有无低于０℃的水存在?为什么?答:有0℃或低于0℃的蒸汽存在,只要压力足够低就估计,然而没有低于0℃的水存在,因为水的三相点温度为０。０1℃,低于三相点温度,只估计是固态或是气态。4、25ＭＰa的水,是否也象1ＭPa的水那样经历汽化过程？为什么?答:不能够,因为水的临界点压力为２2、１2MPa,故此,当压力高于临界压力时,它的汽化不经过气液两相区,而是由液相连续的到达气相。5、适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中dＴ＝0,由此得出结论,水定压汽化时,此结论是否正确？为什么？答:不正确,因为定压汽化过程中发生了相变,上式只适用于不发生相变的过程、６。试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。答:湿空气:含水蒸汽的空气;湿蒸汽:含有液态水的水蒸气;饱和湿空气:相对湿度为100％的湿空气。7、对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大小、答:未饱和湿空气:干球温度＞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8、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依然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,P大,因此,温度高含湿量大、s11。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,因此往往是好天气、习题５-2解:用水蒸气表:,因此为湿饱和蒸汽。

查h—s图得到:5－3解:1、查表得:因此:传出的热量为:５-4解:查表得:因此:时,因此为湿饱和蒸汽。传出的热量为:5-５解:查表得到:时１ＭPａ2Mpａ1、3MPａ3151、55(ｋＪ/ｋg)315７、７3137、２(kJ/kg。K)7、３0186、9574７。1985理想的绝热过程,熵不变,因此有:,查表得到P时的参数:２,因此干度为:因此出口乏气的焓为:依照稳定流动的过程方程,可得:5-6解:查表并插值得到:,,吸热量为:需要媒量为:5－７解:查表得到:当饱和压力为时,因此: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,因此有:查图得到:因此:当,时,５—8解:查表得到:当饱和压力为时,,因此:加热后为的干饱和蒸汽吸热过程为定容过程,因此吸热量为所需时间为５-９解:MPａ、℃的蒸汽处于过热状态,k=１、30由临界压力比可得:因此查图表并插值得到:理想绝热过程熵不变,因此有:查表可得:因此出口速度为:5-1０解:查表得到:

时,因此:5—１1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,因此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线到得到加热量为:5－1３解:查表知对应的饱和压力为对应的饱和压力为因此5-14解:由查表得到:,此时为湿蒸汽:0蒸汽熵变为:总熵变为:第六章考虑题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p—v图与T—s图。2、既然利用抽气回热能够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:采纳回热措施,尽管对每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,是依照质量守恒和能量守恒的原则确定的、３、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截了当升压送回锅炉是否能够?答:乏气假如是水汽混合的,则不能进行压缩、假如全部是气体进行压缩,则体积流量太大,需要采纳大尺寸的机器设备,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纳卡诺循环？答:与郎肯循环相同温限的卡诺过程是十分困难的,因此过热蒸汽卡诺循环至今没有被采纳。那么,能否利用饱和区(气液两)定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环,从原理上看是估计的,然而实施起来,有两个循环,吸热过程将在气态下进行,事实证明气态物质实现定温相区关键问题,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,如此的卡诺循环,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纳卡诺循环。5、假如柴油机在使用过程中,喷油嘴保养不行,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,这是特别不行的。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λ不同,(1)请在ｐ—ｖ图与T—s图上表示出这两个循环的相对位置;(2)利用T—s图定性地比7、燃气轮机装置循环与内燃机循环相比有何优答:燃气轮机与内燃机相比,没有往复运动机构,能够采纳特别高的转速,同时能够连续进气,因而能够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较这两个循环的热效率。点？为什么前者的热效率低于后者？机时的最高温度,目前为70０—80０C,因此效率比较低。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6—1解:①1点:P1=4MPa,t1=4０0C查表得:ｈ1=3２15。71kJ／kg,ｓ1＝６。773ｋJ/(ｋg、K)２点:s2=s1=6、７73ｋJ/(kg、K),P2＝４KPa查表得:ｈ2=20４0。1３kJ／kg,x=0、7893(4)点:由P＝Ｐ2＝4KPa３查表得:h3=121、29kJ／ｋg吸热量:q1=ｈ1-ｈ3=3215。71—1２1、29=３094、42ｋJ／kｇ净功量:ｗ=h－h2=3215、71－２04０、１3＝１１75、５8kJ／kgnet１热效率:==＝3７、99％干度:x=0。７89②1点:由P=4MPａ,t1=550C1查表得:h1＝355８。58kJ/kg,s=７、233kJ/(kｇ、K)１2点:由ｓ2=ｓ1=7。23３kJ/(kｇ、K),Ｐ=4kＰa2查表得:ｈ2=2179、11kJ/kg,x=0。８4６3(4)点:由P=４ｋＰa,3查表得:h＝12１。2９kJ/ｋg3吸热量:q1＝h－ｈ=3５58。５8—121、29=3437、２9ｋＪ/kg47kJ／ｋ１３净功量:wt=h1—ｈ2=35５8、５8—217９、11=137９。ｎｅg热效率:＝=＝40、13%干度:x=０。8４6P=13ＭPa,t1＝535C得:6—2解:1点:由１h1=3４30、18kJ/kg,s1=6。559ｋＪ/(kg、K)５点:由s=s=６。５59ｋJ/(kg、K),得:51Ｐ5=1。082MPa,h=2７79。0７kＪ/kg５点:由得:２点:由,P=７KＰa得:２h2＝2430。6７ｋ／ｋJｇ,=0、941x2

3h3=１6３。３８ｋJ/kg吸热量:净功量:热效率:Ｃ６-3解:1点:由Ｐ＝6ＭPa,t1=５60得:１ｈ1=35６２、68kJ／kｇ,s1=７、057kJ/(kg、K)２点:由s=s,Ｐ2＝6ｋPa得:21h2=21７3。35kJ／ｋg,x＝0。83693(4)点:由P=P2得:3h=151、5kJ／ｋｇ３吸热量净功量:热效率:ﻩ:q１１=h－h3=3562、68-1５1。5＝3411。18ｋJ/kｇwnet=ｈ1—h=3562、6８—2173。35=１389、33kJ／ｋg２P=1０MPa,ｔ=４０0C得:6-4解:1点:由１１ｈ=3099、9３ｋJ/kｇ,s1=6、218kJ/(kg。K)１ａ点:由ａs＝s,P=2MPa得:１ａｈa＝2739、６2点:由s=2sa,Ｐ2=0、05ＭＰa得:h2=2１57、95kJ/kｇ,x=0、7８82ｋＪ/kｇP=Ｐ得:ｋh3＝34０。５8kJ/gP=P得:5a抽汽量:热效率:轴功:ｈ—ｈ)=(３09９、93—９08。５ws＝(ｇ７)0、367１=８04。45kJ/k156－５解:(１)循环热效率为:(２)１到２为可逆绝热过程,因此有:2到3为定容吸热过程,因此有:３到５为可逆绝热过程,又因为:因此有:放热过程为定压过程,因此循环的放热量为:因此循环的热效率为:之因此不采纳此循环,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:压缩过程为可逆绝热过程,因此有:(2)k=１、3循环热效率为:压缩过程为可逆绝热过程,因此有:6-７解:循环热效率为:每ｋｇ空气对外所作的功为:因此输出功率为:6－8解:1到２为可逆绝热过程,因此有:2到3为定容过程,因此有:因此定容增压比为:3到4为定压过程,因此有:因此预胀比为:

因此循环热效率为:因此循环的净功为:５到1为定容过程,因此有:3到4为定压过程,因此有:因此循环热效率为: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,因此有:由2到3的过程为定容加热过程,因此:因此预胀比为:因此热效率为:(2)＝１、75由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程,因此有:由3到4为定压过程,因此有:因此预胀比为:(3)＝2。25由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程,因此有:由２到3的过程为定容加热过程,因此:由于循环的加热量已知,因此有:由3到4为定压过程,因此有:因此预胀比为:6—１２解:依照理想绝热过程得过程方程,可得:输出净功:热效率:6－13解:依照理想绝热过程得过程方程,可得:因此有:热效率为:第七章考虑题1。什么情况下必须采纳多级压缩？多级活塞式压缩机为什么必须采纳级间冷却？答:为进一步提高终压和限制终温,必须采纳多级压缩。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,因此趋近定温压缩是改善压缩过程的主要方向,而采纳分级压缩、中间冷却是其中一种有效的措施。采纳此方法,同样的压缩比,碳化变质。会使系统太复杂,实际上通常采纳２-碳化变质,必须采纳级间冷却、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,为什么还说压气省功?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理论上,分级越多,就越趋向于定温压缩,然而无限分级４级。同时至于使气缸里面的润滑油升温过高而机采纳定温压缩最答:这个地方说的功是技术功,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p—v图上要看和排气过程和ｐ轴围成的面积,不是和v轴围成的面积。气机的耗功量,为什么还要设法减小它呢?吸气、压缩3。既然余隙不增加压答:有余隙容积时,尽管理论压气功不变,然而进气量减少,气缸容积不能充分利用,当压缩同量的气体时,必须采纳气缸较大的机器,而且这一有害的余隙影响还随着增压比的增大而增加,因此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:蒸汽制冷循环因此采纳节流阀代替膨胀机,是因为液体的膨胀功特别小,也就是说液体的节流损失是特别小的,而采纳节流阀代替膨胀机,成本节约特别多,然而关于空气来说,膨胀功比液体大的多,同时用节流热量减少,制冷系数减少。阀使空气的s图上能够看出,如此使吸熵值增加特别大,从Ｔ－5、绝热节流过程有什么特点?答:缩口两个截面的焓相等。关理于想气体,绝热节流6、如图7－15(b)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ｈｈ1,而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,前后温度不变。2制冷量则由ｈ1h4增大为hh,这显然是有利的,但为什么没有被采纳?15答:假如按运行,特别难控制工质状态,因此采纳节流阀,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。使用制冷装置能够获得低温,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,尽管热机效率增加,但总的循环效率是降低的。9、在图7-15(b)中,有人企图不用冷凝器,而使状态2的工质直截后去冷库吸热制冷,这是否可行?为什么？答:不可行,直截了当进行绝热膨胀降温,假如是定熵过程,那么回到了初态库吸热制冷了。温热了当进行绝热膨胀降温,然,当然不估计去冷习题

(2)定温压缩:(3)多变压缩:(2)等温压缩:(３)多变压缩:每秒钟带走的热量=因此必须采纳多级压缩,中间冷却的方法。假如采纳二级压缩,最佳压缩比为:因此中间压力为:7-5解:求多变指数ｎ:7-6解:查表得到:h1=1670kJ/kgP=０。2９MPa1h2=1789k2Ｊ／ｋP=1、5ＭＰａgｈ=h=489ｋ／Jkg3４吸热量:流量:q2＝h1h4=1181ｋ／Jkｇ功率:7-7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:h=h=536J/gｋｋ4３h1=１5３2kJ/ghｋ=170３ｋｋJ/g２流量:制冷量:7-11解:查表得到:h＝1６７0J/ghｋｋ=182０kJ/kg2１ｋh3＝h4＝512kJ/g由得流量为:ｍ=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:h＝４9５ｋＪ／kgh=５４0kJ/kg12h=h=24０ｋＪ/kg34流量:功率:７—1４解:(１)室内温度20C查表得到:h1＝500k/kghＪ=525kJ/ｋg２／h3=h4=２25kJkg(2)室内温度为30C:查表得到:ｋ／ｇh=550Jk２ｈ==2４0kJ/ｋｇh３4因此,应该保持室内温度为2０C、第八章习题8-１、一大平板,高３m,宽2m,厚０、02m,导热系数为45W／(ｍ·K),两侧表密度。面温度分别为℃、℃,试求该板的热阻、热流量、热流解:解:由傅立叶导热定律:热阻m热流量热流密度

8－２、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80℃,管内对流换热的表面传热系数为Ｗ/(m2·K),热流及热流量。解:由牛顿冷却公式:得到8-3。一单层玻璃窗,高1。2m,宽1m,玻璃厚0、3mｍ,玻璃的分别为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/(m2·K)和W/(ｍ2·K),试求玻璃窗的散热损失及玻璃的W/(ｍ·K),导热热阻、导热热阻为:内侧对流换热热阻为:外侧对流换热热阻为:8-４、假如采纳双层玻璃窗,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:8—５。有一厚度为4０0mm的房屋外墙,热,和墙内壁面之间对流换热的表面传热系数为Ｗ／(m2·Ｋ)。室外空气温度为,和外墙之间对流换热的表面传热系数为W/(m2·K)。假如不考虑热辐射,外壁面温度。导率为W/(ｍ·K)。冬季室内空气温度为℃－1０℃试求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内、解:传热系数热流通量为:由得到:只通过外墙与室外有热量交解:传热系数热流通量为: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,因此电暖气的功率为第九章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、１５0mm和10mｍ,热导率分别为４5W／(mK)、0。0７W／(ｍK)和0、１W／(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:依照多层复壁及对流换热计算公式:因此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墙炉由一层耐火砖和一层红砖构成,厚度都为2５0mm,热导率分别为０、6W／(mK)和0、4W/(mＫ),墙炉内外壁面温度分别维持700C和8０Ｃ不变。(1)试求通过墙炉的热流密度;(2)假如用热导率为０。076Ｗ/(mK)的珍珠岩混凝土保温层代替红砖层并保持通过墙炉的热流密度及其它条件不变,试确定该保温层的厚度。解:依照多层复壁导热计算公式:由得到:９－３有一墙炉,厚度为20cm,墙体材料的热导率为损失1、3W/(ｍK),为使散热不超过1500W／m２,紧贴墙外壁面加一层热0、1W/(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:依照多层复壁导热计算公式:导率为得到:9—4图2—43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:依照题意:得到:９－５有一３层平壁C及Ｃ。试比较解:依照题意:,各层材料热导率分别为常数。已测得壁面温度C、Ｃ、各层导热热阻的大小并绘出壁内温度分布示意图。得到:即9-6热电厂有一外径为已知钢管外壁面温度为４0０C,要求保温长管道的散热损失要小于1６０W,试确定保温1０0ｍm的过热蒸汽管道(钢管),用热导率为Ｗ/(mK)的玻璃绵保温。层外壁面温度不超过５0C,同时每米层的厚度。解:依照圆筒壁稳态导热计算公式:解得因此保温层厚度为9—7某过热4５W／(ｍK)。管道外包两层保温材料/(mK);第二层厚度为50ｍm,热导率为0。１６W／(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)蒸汽管道的内、外直径分别为1５0mm和1６０mｍ,管壁材料的热导率为:第一层厚度为40mm,热导率为０、1Ｗ各层间的接触面温度。解:

由得到:９-8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为h,流体的温度为,且<、试写出圆杆内温度场的数学描述、有:代入计算即可得解。9-10测量储气罐内空气温度的温度计mm,长ｍm。温度计指示套管的端部温度为80C,套管另一套管用钢材制成,热导率为Ｗ/(mK),套管壁厚端与储气罐连接处的温度为40系数为5W／(m２Ｋ)。试求由于套管导热Ｃ。已知套管与罐内空气间对流换热的表面传热引起的测温误差、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,则套管能够看成是等截面直肋,测温误差为依照(２-４7)套管截面面积,套管换热周长,查附录13得到:9—11同上题8mm的不锈钢套管,其它条件,若改用热导率Ｗ/(mＫ)、厚度为０、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,则套管能够看成是等截面直肋,测温误差为依照(2—4７)套管截面面积,套管换热周长,查附录1３得到:方法如上。９—12热电偶的热ｍ3、比热容Ｊ/(ｋｇK)。热电偶的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)热过余温度达到初始过余温度的１%时所需的接点能够近似地看作球形,已知其直径mm、材料的密度kg／初始温度为25C,突然将其放入１20C的气流中,热电偶表面电偶的时间、解:先判断能否用集总参数法:看是否小０于。1由得到:由得到:计算得到９—13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ｇ/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。降为34C。已知紫铜棒的密度ｋ解:由得到:,能够用集总参数法计算。

由得到:计算得到: