第2學(xué)期西南交大《熱工基礎(chǔ)》主觀(guān)題

1、第一次作業(yè)三、主觀(guān)題(共9道小題)54. 某定量工質(zhì)經(jīng)歷了1-2-3-4-1循環(huán)，試填充下表所缺的數(shù)據(jù) 過(guò)程Q/kJW/kJU/kJ1-2013902-303953-40-10004-10答： 過(guò)程Q/kJW/kJU/kJ1-21390013902-30395-3953-4-10000-10004-10-5555. 如圖所示，b、c兩狀態(tài)點(diǎn)在同一條等溫線(xiàn)上，試判斷：uab與uac誰(shuí)大？sab與sac誰(shuí)大？ 答：uab=uac ； sabsac56. 有一循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)工作于熱源T1=1000K和冷源T2=400K之間，若該熱機(jī)從熱源吸熱1360 kJ，對(duì)外作功833 kJ。問(wèn)該熱機(jī)循環(huán)是可逆的？不

2、可逆的？還是根本不能實(shí)現(xiàn)的？ ttc 違背了卡諾定理結(jié)論：該循環(huán)根本不可能實(shí)現(xiàn)。（也可用克勞修斯積分不等式或孤立系熵增原理求解）57. 氣球直徑為0.4 m，球內(nèi)充有壓力為150 kPa的空氣，由于太陽(yáng)輻射加熱，氣球直徑增大到0.45 m，若球內(nèi)氣體壓力正比于氣球的直徑，試求過(guò)程中氣體對(duì)外的做功量W。 解：已知D1 = 0.4 m時(shí)，p1 =150 kPa，且氣球內(nèi)壓力正比于氣球直徑，即p = kD，可求得：k =375 kPa/m 答：過(guò)程中氣體對(duì)外作功量為2.27 kJ58. 水在絕熱混合器中與水蒸汽混合而被加熱，水流入的壓力為200 kPa，溫度為20，比焓為84 kJ/kg，質(zhì)量流量為

3、100 kg/min；水蒸汽流入的壓力為200 kPa，溫度為300，比焓為3072 kJ/kg，混合物流出的壓力為200 kPa，溫度為100，比焓為419 kJ/kg。問(wèn)每分鐘需要多少水蒸汽。 答：此絕熱混合器所圍空間為一穩(wěn)流系，根據(jù)能量方程：59. 有5g氬氣，經(jīng)歷一熱力學(xué)能不變的狀態(tài)變化過(guò)程，初始狀態(tài)p1=6.0?05 Pa，T1=600K，膨脹終了的容積V2=3V1，氬氣可作為理想氣體。已知?dú)鍤獾腞g=0.208 kJ/(kg·K)，cp=0.523 kJ/(kg稫)，求：（1）終了狀態(tài)的溫度T2、壓力p2；（2）過(guò)程中系統(tǒng)熱力學(xué)能、焓和熵的變化量。 答：由題意：U = 0

4、 T2 = T1 = 600 K 由理想氣體氣體狀態(tài)方程， 有：60. 試求在定壓過(guò)程中加給理想氣體的熱量中有多少用來(lái)作功？有多少用來(lái)改變工質(zhì)的熱力學(xué)能（比熱容取定值）？ 答： 定壓過(guò)程總加熱量為： q =cpT 其中用來(lái)改變熱力學(xué)能的部分為：u= cVT而 cp = cV+Rg 定壓過(guò)程用來(lái)作功的部分為：w =RgT 61. 2kg某種理想氣體按n=1.2可逆多變過(guò)程膨脹到原有體積的3倍，穩(wěn)定地從300降低到 60，膨脹過(guò)程中作功418.68 kJ，吸熱83.736 kJ，求：氣體的cp和cV。答： 由閉口系能量方程：62. 3 kg溫度為80的熱水在絕熱容器中與5 kg溫度為20的冷水等壓

5、混合，水的比熱為4.187 kJ/(kg·K)，求此混合過(guò)程的熵變，并根據(jù)熵變的計(jì)算結(jié)果說(shuō)明為什么混合過(guò)程是不可逆過(guò)程？（提示：先由熱力學(xué)第一定律求混合后水的狀態(tài)） 答：思路：利用孤立（絕熱）系熵增原理進(jìn)行判斷。 取該絕熱容器為閉口系，設(shè)熱水用角標(biāo)H表示，冷水用角標(biāo)C表示，并注意液體 cp = cV = c 由閉口系能量方程：第二次作業(yè)三、主觀(guān)題(共6道小題)33. 壓力p1=0.3MPa、溫度t1=24的空氣，經(jīng)噴管射入壓力為0.1 MPa的大氣中，問(wèn)應(yīng)采用何種噴管？ 34. 在lg ph圖上畫(huà)出蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)圖，并用線(xiàn)段分別標(biāo)出單位質(zhì)量制冷劑的制冷量q2和壓縮機(jī)的耗功量w

6、0。 答： 35. 空氣進(jìn)入噴管前的溫度t1 =27，壓力p1 =1.5 bar，出口背壓pb= 1bar，空氣的cp=1.004 kJ/（kg·K） ，Rg=0.287 kJ/（kg·K），問(wèn)：（1）應(yīng)選何種噴管？（2）出口截面的流速為多少？（3）若A2 = 0.02 m2，噴管的流量為多少？ 答：（1）選噴管（題目沒(méi)有提到c1 ，可認(rèn)為其很?。?）計(jì)算出口截面的流速，由（1）可判斷：c 2ccr 36. 某內(nèi)燃機(jī)混合加熱循環(huán)，壓縮始點(diǎn)工質(zhì)參數(shù)p1 =0.85 bar，t1 = 40， =15，燃燒終了的工質(zhì)參數(shù)t4=2000， p4 =75bar，膨脹終了溫度t5=7

7、60 K。求：（1）在p-v圖、T-s圖上繪出其理想循環(huán)圖；（2）循環(huán)中1kg工質(zhì)（工質(zhì)為空氣）的加熱量、放熱量、循環(huán)功及熱效率。37. 活塞式內(nèi)燃機(jī)的混合加熱理想循環(huán)，工質(zhì)可視為理想氣體空氣，若循環(huán)壓縮比 =14，循環(huán)中工質(zhì)的總吸熱量為1000 kJ/kg，其中定容過(guò)程和定壓過(guò)程各占一半，壓縮過(guò)程的初始狀態(tài)為100 kPa、27。試計(jì)算：（1）輸出凈功；（2）循環(huán)熱效率。 38. 某冷庫(kù)溫度需保持在20 °C，而環(huán)境溫度則為30 °C，若采用氨制冷機(jī)，壓縮機(jī)入口處為干飽和氨蒸氣，而進(jìn)入節(jié)流閥的是飽和氨溶液，循環(huán)中壓縮機(jī)耗功率3.5 kW，試計(jì)算： 壓縮機(jī)的壓縮比是多少？

8、循環(huán)的制冷系數(shù)是多少？ 制冷量為多少冷噸（1冷噸3.86 kW）？ 放熱量為多少？ 制冷劑的質(zhì)量流量是多少？ 第三次作業(yè)三、主觀(guān)題(共14道小題)36. 對(duì)流換熱計(jì)算中，定型尺寸是對(duì)對(duì)換熱過(guò)程有明顯影響或起主要作用的尺寸。試寫(xiě)出矩形槽道（設(shè)槽寬為B、流體深度為H）和同心套管環(huán)狀通道（設(shè)環(huán)狀通道內(nèi)徑為d1，外徑為d2）的當(dāng)量直徑計(jì)算式。 37. 用比較法測(cè)得某一表面在800K時(shí)的輻射力恰等于黑體400K時(shí)的輻射力，試求該表面的黑度。 38. 如圖所示，1、2表面在同一平面上，均垂直于表面3，A 1 = 2 m2，A 2 = 4 m2 ，A 3 = 6 m2, 現(xiàn)已求得X3,2 = 0.16，X3

9、，1+2 = 0.18，求X1，3 解：利用角系數(shù)的可加性，有：X3，1+2 = X3，1 + X3,2 求得：X3,1= X3，1+2X3,2=0.180.16=0.02 再利用角系數(shù)的相對(duì)性，有：A1 X1，3=A 3 X3,1所以 X1，3=A 3 X3,1/A 1=6×0.02/2=0.0639. 寫(xiě)出冷熱流體通過(guò)單層平壁傳熱時(shí)單位面積傳熱量q的計(jì)算式答：40. 對(duì)管徑較小的管道，在包裹附加層削弱傳熱時(shí)，為什么會(huì)出現(xiàn)包裹附加層后傳熱反而增強(qiáng)的現(xiàn)象？什么情況下才能保證包裹附加層后總可以起到減少熱損失的作用。 答：管道包裹附加層雖在傳熱過(guò)程串聯(lián)熱路上增加了一個(gè)導(dǎo)熱熱阻，但同時(shí)增加

10、了外表面的對(duì)流換熱面積，使外表面的對(duì)流換熱熱阻減小。如果增加的導(dǎo)熱熱阻小于對(duì)流換熱熱阻的減小量，包裹附加層后反而會(huì)強(qiáng)化傳熱。因此，只有在包裹層超過(guò)一定厚度的前提下，才能起到削弱傳熱的作用。41. 用平底鍋燒開(kāi)水，鍋底有一層3mm厚的水垢，水垢導(dǎo)熱系數(shù)為1 W/（m·K),當(dāng)熱流密度為4.24×104 W/m2時(shí)，與水接觸的鍋垢表面溫度為110，試問(wèn)此時(shí)鍋底與水垢接觸面的溫度為多少？ 42. 平面墻厚20 mm，其導(dǎo)熱系數(shù) 。為了使每平方米墻的熱損失不超過(guò)1830w，在墻外覆蓋了一層導(dǎo)熱系數(shù)的保溫材料。已知復(fù)合壁的兩側(cè)溫度為1 300 °C和30 °C，試

11、確定保溫層應(yīng)有的厚度。 43. 一直徑為50mm的鋼球具有均勻溫度450，突然放入恒溫30的空氣中冷卻。已知鋼球表面與環(huán)境的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h =24W/（m2 ·K），鋼球的熱容量（密度和比熱的乘積）c = 3721 kJ/（m3·K），導(dǎo)熱系數(shù)=35W/（m·K），試問(wèn)10 min后鋼球的溫度。44. 直徑50 mm的銅球，其導(dǎo)熱系數(shù)=85W/ (m·)，熱擴(kuò)散率a=2.95×10-5m2/s,初始時(shí)溫度為300，現(xiàn)把銅球置于36的大氣中，銅球表面對(duì)流換熱系數(shù)為30 W/(m2·)，試用集總參數(shù)法計(jì)算銅球溫度達(dá)到90時(shí)所需的時(shí)間。 4

12、5. 將初始溫度為80的紫銅棒（直徑為0.08 m、長(zhǎng)0.2m）突然置于20的氣流中，5分鐘后紫銅棒的表面溫度降到34。已知紫銅的密度為8954 kg/m3，比熱容為383.1 J/(kg·)，導(dǎo)熱系數(shù)=386W/ (m·)。試求紫銅棒表面的對(duì)流換熱系數(shù)。 可以用集總參數(shù)法，上述計(jì)算有效。46. 如圖所示，三個(gè)無(wú)限大的平行平板，平板1的溫度為1200 K，平板3的溫度為600 K，且1 =0.2，2=0.5，3 =0.8，求平板2 的溫度，并畫(huà)出熱路圖、標(biāo)出熱阻（平板2 的導(dǎo)熱熱阻不計(jì)）。 答： 對(duì)平行板，A1A2A，X1，2=X2，1，故可由輻射換熱的基本公式導(dǎo)得 3個(gè)平

13、行平板的輻射換熱熱路為串聯(lián)熱路，1、2 板和2、3板之間的熱流密度相等，由于板面積相等，所以輻射換熱量相等。即 熱路圖如下（各熱阻已標(biāo)出）：47. 用熱電偶溫度計(jì)測(cè)得爐膛內(nèi)煙氣的溫度為800，爐墻溫度為600。若熱電偶表面與煙氣的對(duì)流換熱系數(shù)h=50W/(m2·)，熱電偶表面的發(fā)射率為0.8，試求煙氣的真實(shí)溫度。 答：已知：t1 = 800，tw = 600, h=50 W/（m2.），1= 0.8 求：t f = ？ 本題可由熱平衡法求解。 48. 冬季室內(nèi)空氣溫度tf1=20，室外大氣溫度tf2 =10，室內(nèi)空氣與壁面的對(duì)流換熱系數(shù)h1=8W/(m2·)，室外壁面與大氣的對(duì)流換熱系數(shù)h2=20W/(m2·)，已知室內(nèi)空氣的結(jié)露溫度td=1