热力学与传热学.docx
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热力学与传热学
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，其熵的变化值大于零。
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△T。
5、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、工质的熵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1．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？
2．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？
3．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？
4．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？
三、计算题
1.一循环，工质从高温热源吸热3.4氷06kJ,输出功率1.1XO6kJ。
试计算该循环的热效率n。
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n与同温限下卡诺循环的热效率n之比。
2.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。
3.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/用，入=33W/（mK）。
3
4.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11=45C升高到12=80C。
试求压入的氧气质量。
当地大气压
为Pb=760mmH,g氧气Rg=260J/（kgK）。
5.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。
6.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。
7.一^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。
8．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。
9．一定量的空气,经过下列四个可逆多变过程组成的循环。
试求：
（1）填充
F表所缺数据；
（2）循环净功；（3）该循环的热效率。
过程
Q
（kJ）
△U
（kJ）
W（kJ）
1-2
1210
0
2-3
0
250
3-4
-980
0
4-1
0
10、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、温度和熵的变化。
【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7.03W/（m2K），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：
熵是状态参数，不管循环是否可逆，工质的熵变均为零。
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U=Q-W，理想气体U=mcvT,贝UT
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，t=T。
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，工质的熵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熵产恒大于零。
因此即使是绝热过程，工质的熵增也可能大于零。
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
1．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。
2．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de时，在一定的保温层厚度范围内，其散热量是增加的。
3.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。
4.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。
5.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。
6.
三、计算题
3.解：
d=5cm=0.05m
u141.68kJ/kg
对球体
V/A=R/3
M=1/3
则
h（V/A）
hR
240.025
0.00601可用集总参数法计算
3
333
3
hA
t
t
e
Vc
则-
cV.In
0t°
t
hA0
R=d/2=0.025mt0=400C
t=30C
代入数据，
77534800.02518030116666[]
ln1166.66[s]
24340030
4.解：
V=2m3
pb=760mmHg=1.01325barp=pe+pb
pi=pei+pb=0.3+1.01325=1.31325bar
理想气体状态方程：
pV=mRgT
p2=pe2+pb=3+1.01325=4.01325bar
5•解：
管内强迫对流换热问题。
由牛顿冷却公式计算:
lhA（twtj/lhd（twtf）
由题意知，A1=A2=AX1,2=X2,1=1.0
1,2
q1,2
15863.087W/m2
567108（973.154623.154）
丄丄1
0.60.5
7.解：
该卡诺热机的热效率:
T2
200273.15
c1-
1-
0.388
38.8%
T1
500273.15
输出功率为：
p0
1c1000.388
38.8
kW
8•解：
此为通过圆筒壁的稳态导热问题。
由题意知：
di=120mmd2=di+2=120+225=170mmtwi=250oCtw2=38cC
则itw1⑺25038382.432:
W/m:
11,d21,170
In-In
2d123.140.10120
9.解：
（1）填表
对每一过程有：
Q=U+W对循环有:
dU0Q0W0
过程
Q
（kJ）
△U
（kJ）
W（kJ）
1-2
1210
（1210）
0
2-3
0
（-250）
250:
3-4
-980
（-980）
0
4-1
0
（20）
（-20）
（2）循环净功
W0=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
（4）
（1）满足q=u+w绝热q=0自由膨胀w=0
b（TWT4）
贝Uu=q-w=O
（2）u=Cv（T2-T1）=0，则T2=Ti
（3）s=Rg|n（V2/V1）=287xIn（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。
T=20+273=293K
先求辐射换热量rl：
已知Tw=100+273=373K
1.第1题判断题实际物体的吸收率仅仅取决于物体的本身性（物体的种
类、表面温度、表面状况）。
标准答案：
错误
3．第3题判断题在辐射换热过程中，只能有高温物体向低温物体辐射能量。
标准答案：
错误
4．第4题判断题角系数的互换性只有在热平衡条件下才能成立。
标准答案：
错误
5．第5题判断题导电体的黑度（发射率）小于非导电体的黑度（发射率）。
标准答案：
正确
6．第6题判断题黑体的吸收和辐射能力仅仅是温度的单值函数。
标准答案：
正确
7．第7题判断题对于工业高温下的热辐射来说，对射线的吸收和反射有重大影响的是表面的颜色，而不是表面的粗糙度。
8．第8题判断题在一般情况下，固体和液体的透过率为零。
标准答案：
正确
9．第9题判断题角系数不仅取决于物体的形状、大小、距离和相对位置，也与物体的种类和温度有关。
标准答案：
错误
10．第10题判断题黑度（发射率）就是物体的实际辐射力与黑体的辐射力之比。
标准答案：
错误
1．第1题判断题对于一种确定的理想气体，（cp,m-cv,m）一定为一定值。
标准答案：
正确
2．第2题判断题因热量是过程量，所以比热容也和过程特性有关，不同的热力过程，比热容也不相同。
那么
3．第3题判断题闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统。
标准答案：
错误
4．第4题判断题气体吸热后温度一定升高。
气体膨胀时一定对外作功。
标准答案：
错误
5．第5题判断题状态参数是热力系统状态的单值函数。
标准答案：
正确
6．第6题判断题通过定容或压缩可以把热能转变成机械能。
标准答案：
错误
7．第7题
判断题功的数值仅仅取确于工质的初态和终态，与过程无关。
8．第8题判断题比热容仅仅是温度的单值函数。
标准答案：
错误
9．第9题判断题气体膨胀时一定对外作功。
标准答案：
错误
10．第10题判断题热力学能与热量均是状态参数。
标准答案：
错误
1．第1题判断题熵增大的过程必定为吸热过程。
标准答案：
错误
2．第2题判断题熵增大的过程必为不可逆过程。
标准答案：
错误
3．第3题判断题自发过程是不可逆过程，非自发过程必为可逆过程。
标准答案：
错误
4．第4题判断题不可逆过程的熵变无法计算。
标准答案：
错误
5．第5题判断题气体膨胀时一定对外作功。
标准答案：
错误
6．第6题判断题多变过程即任意过程。
标准答案：
错误
7．第7题判断题绝热过程即定熵过程。
标准答案：
错误
8．第8题判断题卡诺循环的热效率一定很高。
标准答案：
错误
9．第9题判断题不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。
标准答案：
错误
10．第10题判断题定熵过程必为可逆绝热过程。
标准答案：
正确
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