热力学与传热学.docx

1、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

2、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06 kJ,输出功率1.1 XO6 kJ。试计算该 循环的热效率 n。若循环是在温度分别为 577 C和30 C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

3、率 n之比。2 .可视为理想气体的空气在活塞中从 1 bar、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=1.0 kJ/(kg K)，比定容热容cv=0.71 kJ/(kg K)。 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 24 W/(m 2 K)，试计算钢球冷却到180 C所需的时间。已知钢球的 c=480 J/(kg K), p =7753 kg/用，入=33 W/(mK)。34. 将氧气压送到容积为 2m 的储气罐内,初始时表

4、压力为 0.3bar ,终态时表 压力为3bar,温度由11=45C升高到12=80 C。试求压入的氧气质量。当地大气压为 Pb=760mmH,g 氧气 Rg=260J/(kg K)。5. 流体受迫地流过一根内直径为 25 mm 的直长管,实验测得管内壁面温度为120 C,流体平均温度为 60 C,流体与管壁间的对流换热系数为 350 W/(m 2 K)。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 500 C和200 C的两个恒温热源之间。已

5、知该卡诺热机每秒中从高温热源吸收 100 kJ,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 0.10 W/(m K)。已知管子外表面温度为 250 C,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)1-2121002-302503-4-98004-1010、 厚为36 mm的无限大平壁，两侧表面温度分别为 50 C和20 C。已知平 壁材料的导

6、热系数为 入=0.56( 1+0.0018t) W/(m K)(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/(kg K)12、 外径为100 mm，表面温度为100 C，黑度为0.76的圆筒壁，被水平放 置于一温度为 20 C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/(m 2 K)，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

7、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 Q0，而 U=Q-W，理想气体 U=mcv T,贝U 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

8、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 d

9、c 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=0.05mu 141.68kJ/kg对球体V/A=R/3M=1

10、/3则h(V/A)hR24 0.0250.006 01可用集总参数法计算33 333hAtteVc则 -cV . In0 tthA 0R=d/2=0.025 m t0=400 Ct =30 C代入数据，7753 480 0.025 180 30 1166 66ln 1166.66s24 3 400 304.解：V=2 m 3pb=760mmHg=1.01325bar p=pe+pbpi=pei+pb=0.3+1.01325=1.31325 bar理想气体状态方程：pV=mR gTp2=pe2+pb=3+1.01325=4.01325 bar5 解：管内强迫对流换热问题。由牛顿冷却公式计算:l

11、hA(tw tj/l h d(tw tf)由题意知，A1=A2=A X1,2= X 2,1 = 1.01,2q1,215863.087 W/m25 67 1 0 8 ( 973.154 6 23.154)丄丄10.6 0.57 .解：该卡诺热机的热效率:T2200 273.15c 1 -1 -0.38838.8%T1500 273.15输出功率为：p01 c 100 0.38838.8kW8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+2 25=170mm twi=250oC tw2=38cC则 i tw1 250 38 382.432 :W/m:1

12、1 , d2 1 , 170In - In2 d1 2 3.14 0.10 1209.解：(1)填表对每一过程有：Q= U+W 对循环有:dU 0 Q0 W0过程Q(kJ) U(kJ)W (kJ)1-21210(1210)02-30(-250)250 :3-4-980(-980)04-10(20)(-20)(2)循环净功W0=W 1-2+W2-3+W 3-4+W4-1 =0+250+0-20=230 kJ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=0b(TW T4)贝U u=q-w=O(2) u=Cv (T2-T1)

13、 =0，则 T2=Ti(3)s=Rg|n (V2/V1) =287 x In(6)=514 J/(kg K)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=373K1 .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

14、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,

15、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

16、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