热力学与传热学.docx
《热力学与传热学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热力学与传热学.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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T1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3.4×106kJ，输出功率1.1×106kJ。
试计算该循环的热效率ηt。
若循环是在温度分别为577℃和30℃的恒温热源间完成的，试计算该循环的热效率ηt与同温限下卡诺循环的热效率ηc之比。
2．可视为理想气体的空气在活塞中从1bar、20℃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400℃的钢球，将其突然放到温度为30℃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180℃所需的时间。
已知钢球的c=480J/（kgK），ρ=7753kg/m3，λ=33W/（mK）。
4．将氧气压送到容积为2m3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=45℃升高到t2=80℃。
试求压入的氧气质量。
当地大气压为Pb=760mmHg，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120℃，流体平均温度为60℃，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700℃和350℃，试计算它们之间的辐射换热量。
7．一卡诺热机工作于500℃和200℃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250℃，保温层外表面的温度为38℃，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）填充下表所缺数据；
（2）循环净功；（3）该循环的热效率。
过程
Q
（kJ）
ΔU
（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50℃和20℃。
已知平壁材料的导热系数为λ=0.56（1+0.0018t）W/（mK）（其中t的单位为℃），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100℃，黑度为0.76的圆筒壁，被水平放置于一温度为20℃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，则T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dc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。
三、计算题
1．解：
循环热效率的计算：
相应卡诺循环的热效率：
二者比值为：
2．解：
p1=1barp2=6barT1=20+273.15=293.15Kk=cp/cV=1.4
由题意知：
1→2为可逆绝热过程，则
q=0，则
3．解：
d=5cm=0.05mR=d/2=0.025mt0=400℃t=30℃
对球体V/A=R/3M=1/3
则
可用集总参数法计算
则
代入数据，
4．解：
V=2m3pb=760mmHg=1.01325barp=pe+pb
p1=pe1+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
终态时罐内氧气质量为
则压入的氧气质量为m=m2-m1=8.748-3.178=5.57kg
5．解：
管内强迫对流换热问题。
由牛顿冷却公式计算：
W/m
6．解：
T1=700+273.15=973.15KT2=350+273.15=623.15K
由题意知，A1=A2=AX1,2=X2,1=1.0
W/m2
7．解：
该卡诺热机的热效率：
输出功率为：
kW
8．解：
此为通过圆筒壁的稳态导热问题。
由题意知：
d1=120mmd2=d1+2=120+225=170mmtw1=250ºCtw2=38ºC
则
［W/m］
9．解：
（1）填表
对每一过程有：
Q=U+W对循环有
过程
Q
（kJ）
ΔU
（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
Q1=1210kJ
10．解：
大平壁的平均温度为tm=（tw1+tw2）/2=（50+20）/2=35℃
平均热导率为：
m=0.56（1+0.0018tm）=0.56×（1+0.0018×35）=0.5953W/（mK）
热流密度为：
W/m2
11．解：
以容器内的空气为研究对象。
已知：
T1=300Kp1=600kPaV2/V1=6
（1）满足q=u+w绝热q=0自由膨胀w=0
则u=q-w=0
（2）u=cV（T2-T1）=0，则T2=T1
（3）s=Rgln（V2/V1）=287×ln（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rl：
已知Tw=100+273=373KT=20+273=293K
A1=dlX1,2=1.0A1«A2
则
W/m
再求对流换热量cl：
W/m
则总散热损失为：
W/m
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
2．第2题判断题自然界中存在绝对的黑体。
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。
标准答案：
错误
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。
标准答案：
错误
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，那么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。
标准答案：
错误
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
升级会员 