熱工基礎B卷真題2007年

1、2007年碩士學位研究生入學統(tǒng)一考試試題熱工基礎B卷工程熱力學一、簡答題1寫出熱力學第一定律對不同系統(tǒng)的表達式。2可逆過程的定義，建立可逆過程概念的好處和實際意義。3寫出用壓縮因子表示的實際氣體狀態(tài)方程式，說明壓縮因子的物理意義。4卡諾定理的理論價值和實用價值。5用攪拌器攪拌絕熱容器中的水：(a) 水溫20；(b) 水溫60。在攪拌器耗功相同條件下，試問兩種情況哪種的不可逆損失大?為什么?6壓氣機高壓比時為什么采用多級壓縮中間冷卻方式?二、某燃氣輪機裝置中燃燒室的溫度為1800，來自壓氣機的壓縮空氣的溫度為220。根據燃氣輪機葉片強度的要求，進入燃氣輪機的氣體溫度不得超過850。試確定來自燃燒

2、室的燃氣與來自壓氣機的壓縮空氣的混合比例。(設燃燒室燃氣的比熱cp,1=1.170kJ/(kgK) ，壓縮空氣的比熱為cp,2=1.004kJ/(kgK) 。) 三、冬季室外溫度-15、室內溫度18，耗電3kW的熱泵能向室內提供的最大熱量是多少?夏季熱泵以空調方式工作，要求室內溫度為22，允許的室外溫度最高為多少?假定室內無熱源，且室內外之間的熱交換的熱流量是常數。四、下圖為一煙氣余熱回收方案。設煙氣比熱容cp=1.4kJ/(kgK) ，cv=1kJ/(kgK) 。求：1煙氣流經換熱器時傳給熱機工質的熱量：2熱機放給大氣的最小熱量Q2；3熱機輸出的最大功W。傳熱學五、簡答題1冬季晴朗的夜晚，測

3、得室外空氣溫度Ta高于0，有人卻發(fā)現地面上結有一層薄冰，試解釋原因(若不考慮水表面的蒸發(fā)) 2有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中進行冷卻。為使稀飯涼得更快一些，你認為應該攪拌碗中稀飯還是盆中涼水?為什么?3試從沸騰過程分析，為什么用電加熱器加熱時當加熱功率qqmax時易發(fā)生壁面被燒毀的現象，而采用蒸汽加熱則不會?4寫出普朗特數Pr的表達式，并說明其物理意義。5“善于發(fā)射的物體必善于吸收”，即物體輻射力越大，其吸收比也越大。你認為對嗎?為什么?6設計肋片時，是否肋片越長越好?六、利用數量級分析的方法，對流體外掠平板的流動，從動量微分方程導出邊界層厚度的如下變化關系式，其中。七、某廠由于生產需要，將冷

4、卻水以2010325103kg/h的質量流量向距離3km的車間供應，供水管道外直徑為160mm。為防止冬天水在管道內結冰，在管道外包裹導熱系數=0.12W/(mK) 的瀝青蛭石管殼。保溫層復合換熱表面的傳熱系數h0=35W/(m2K) 。該廠室外空氣溫度達-15，此時水泵的出口水的溫度為4。試確定為使冷卻水不結冰的最小保溫層厚度。忽略管壁熱阻及管內水的對流換熱熱阻。八、兩個直徑為0.4m，相距0.1m的平行同軸圓盤，放在環(huán)境溫度保持在300K的大房間內。兩圓盤背面不參與換熱。其中一個圓盤絕熱，另一個保持均勻溫度500K，發(fā)射率為0.6。且兩圓盤均為漫射灰體。試確定絕熱圓盤的表面溫度及等溫圓盤表

5、面的輻射熱流密度。(注：從傳熱學教材圖8-9“兩同軸平行圓盤問角系數”可知x1,2=0.62) 2007年熱工基礎B卷參考答案工程熱力學一、解：1 2可逆過程：無耗散的準平衡過程?？赡孢^程是實際過程的理想極限、可以用來衡量實際過程的完善程度；實際過程的計算可以簡化為可逆過程加一修正系數。3表示了實際氣體的比體積與同溫同壓下理想氣體的比體積之比，z的大小表明實際氣體偏離理想氣體的程度。4卡諾定理指出了熱效率的極限值；指出了提高熱工效率的方向；表示了在大氣環(huán)境下熱功轉換的極限。5情況(a) 的不可逆損失大于情況(b) 。因攪拌器耗功W=mcpt，在W相同情況下，兩種情況的mcp相同，所以溫升也相同

6、。但低溫引起的熵產大于高溫引起的熵產。6采用多級壓縮、中間冷卻，有如下好處：a) 可降低排氣溫度，壓氣機出口溫度降低了。b) 可減少壓氣機耗功量。c) 對于活塞式壓氣機還可提高壓氣機的容積效率，有利于壓比的提高。二、解：設燃燒室燃氣質量為m1，壓縮空氣質量為m2，由能量守恒m1cP,1t1=m2cP,2t2，因此有m11.170(1800-850) =m21.004(850-220) ，所以，三、解：使用冬季熱泵情況下：TR=273+18=291K，T=18-(-15) =33K熱泵最大制熱系數為因此熱泵能向室內提供的最大熱量是Q=26.4kW。室內外熱交換的熱流量：夏季熱泵以空調方式下工作：

7、TR=273+22=295K，T=T0-295熱泵最大制冷系數為因此室外溫度最高為T0=328K。四、解：1煙氣放熱為Q1=mcp(t2-t1) =61.4(527-37) =4116103J=4116kJ。2方法1：若使Q2最小，則熱機必須是可逆循環(huán)，由孤立系統(tǒng)熵增原理得方法2：熱機為可逆機時Q2最小，由卡諾定理得即 3輸出的最大功為：傳熱學五、解：1假定地球溫度為Te，太空溫度為Tsky，設換熱過程達到穩(wěn)態(tài)，空氣與地面的表面?zhèn)鳠嵯禂禐閔，地球表面近似看成溫度為Te的黑體，太空可看成溫度為Tsky的黑體，則由熱平衡：由 于Ta0，而Tsky0，因此，地球表面溫度Te有可能低于0，即有可能結冰

8、。2從稀飯到涼水是一個傳熱過程。顯然稀飯和水的換熱在不攪拌時屬于自然對流。而稀飯的換熱比水要差。因此，要強化傳熱增加散熱量，應該攪拌稀飯側以強化傳熱。3用電加熱時，加熱方式是控制表面的熱流密度。而采用蒸汽加熱則是壁面溫度可控的情形。由大容器飽和沸騰曲線可知，當加熱功率q稍超過qmax值時，工況將沿大容器飽和沸騰曲線中qmax虛線跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰線，使壁面溫度飛升，導致設備燒毀。4，動量擴散厚度與熱量擴散厚度之比的一種度量。5基爾霍夫定律對實際物體成立必須滿足兩個條件：物體與輻射源處于熱平衡，輻射源為黑體。即物體輻射力越大，其對同樣溫度的黑體輻射吸收比也越大，善于發(fā)射的物體，必善于吸收同溫度下的

9、黑體輻射。所以上述說法不正確。6不是。肋片長，其傳出的熱量較多，但過長時，會增加肋片導熱熱阻，且再過長部分溫差很小，均會降低肋片的使用效率。六、解：由外掠平板流動的動量微分方程(1) 由于uu,xx,y，而由連續(xù)性方程(2) 可知，因此，動量微分方程(1) 式中各項的數量級如下：在邊界層內，粘性力項與慣性力項具有相同數量級，即即 所以 七、解：本題屬導熱和復合換熱的熱阻分析問題。先由管內水確定換熱量，然后按熱阻條件確定絕熱層厚度，最小絕熱層厚度發(fā)生在管道出口水溫降至0的時刻，且此時水的質量流量最低(20103kg/h) 。水由4降至冰點時的放熱量： 定性溫度 對應水的定壓比熱容 考慮到忽略管壁熱阻及管內對流熱阻，因而保溫層內壁溫度近似為水的平均溫度，即twi=20。從保溫層內壁溫twi到外部空氣溫度tf=-15，中間有保溫層的導熱熱阻及空氣側復合換熱熱阻，即： 而d0=di+2，為保溫層厚度。即： 利用迭代法(試湊法) 求得=0.0372m=37.2mm。八、解：這是三個表面組成封閉系的輻射換熱問題，表面1為漫灰表面，表面2為絕熱表面，表面3相當于黑體。如圖8-(a) 所示。輻射網絡圖見8-(b) 所示。計算角系數分別為X1,2=0.62X1,3