熱工學(xué)習(xí)題集

1、熱工學(xué)習(xí)題集1、熱工設(shè)備有哪些?鍋爐設(shè)備、蒸汽動(dòng)力設(shè)備、內(nèi)燃機(jī)、以及燃?xì)廨啓C(jī)裝置等屬于熱工設(shè)備,壓縮機(jī)、制冷設(shè)備和熱泵消耗機(jī)械能的設(shè)備也屬熱工設(shè)備。 特點(diǎn):熱能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換。2、國際單位制基本單位有哪些。量的名稱:長度、質(zhì)量時(shí)間、電流、熱力學(xué)溫度、物質(zhì)的量、發(fā)光強(qiáng)度。單位名稱:分別為米、千克 (公斤 、秒、安培、 開爾文、摩爾、坎德拉。單位符號(hào)分別為:m 、 kg 、 s 、 A 、 K 、 mol 、 cd 。3、力的單位:力 =質(zhì)量×加速度。國際單位牛頓。簡(jiǎn)稱牛, N 。4、能量、熱量和功的單位。國際單位制單位為焦耳。簡(jiǎn)稱焦, J 。電力系統(tǒng)中常用千瓦時(shí) (kw.h, 1 kw.

2、h=1 kw×3600s=3600kJ。5、工質(zhì)的基本狀態(tài)參數(shù)有哪些。 溫度、 壓力、 比體積、 焓、 熵、 內(nèi)能 (熱力學(xué)能 等參數(shù),屬熱工工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。6、什么是溫度?定義:溫度是物體的冷熱的程度。溫度是物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)激烈程度的量度。溫度是物質(zhì)大量分子平均平移動(dòng)能的量度。三個(gè)都是溫度的定 義。國際單位制是熱力學(xué)溫度,符號(hào) T ,單位開。7、熱學(xué)學(xué)溫度是如何規(guī)定水的三相點(diǎn)的?熱學(xué)學(xué)溫度規(guī)定水的三相點(diǎn) (純冰、 純水和水蒸汽三相平衡點(diǎn) 的溫度為 273.16K 。每 1K 為水的三相點(diǎn)的 273.16分 之一。攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的換算關(guān)系為:T=t+273.158、熱力學(xué)第一定律

3、數(shù)學(xué)表達(dá)式熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式 Q =E+W規(guī)定:熱力系統(tǒng)吸熱, Q 為正值。對(duì)外做功, W 為正值。內(nèi)能增加,E 為 正值。 Q =E+W q=du+w(閉口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式 q=u+w, 即 q=du+pdv, du 和 pdv為微分方程式,前一式為單位質(zhì)量方程式,q=dh-vdp9、熱力系統(tǒng)的總能量,熱力學(xué)能熱力系的總能量 E :宏觀動(dòng)能 E k ,宏觀勢(shì)能 E p 和微觀熱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)能 U (熱 力學(xué)能 E=U+Ek +Ek 單位質(zhì)量 e=u+ek +ek 熱力系統(tǒng)的總能量和溫度壓力一樣屬于 工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。熱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)能 U 是物質(zhì)微觀熱運(yùn)動(dòng)的能量, 它是下列總和:分

4、子熱運(yùn)動(dòng)內(nèi) 動(dòng)能 (如氣體 、 分子間相互作用內(nèi)位能 (氣體分子間距離越大, 內(nèi)位能相對(duì)較高 、 分子結(jié)構(gòu)間的化學(xué)能、電磁能和原子核內(nèi)的核能。10、狀態(tài)參數(shù)焓的物理意義H =mh=U+pV 比焓 h=u+pv焓的物理意義是工質(zhì)流進(jìn)或流出熱力系統(tǒng)時(shí)帶入或帶出的熱力學(xué)能與推動(dòng) 功 pv 的各。焓可以看作隨工質(zhì)轉(zhuǎn)移的能量, h=f(T,p,它表示能量 (熱能 和做 功能力,是工質(zhì)熱力學(xué)參數(shù)之一。11、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式應(yīng)用11.1工質(zhì)在鍋爐 (加熱器 中吸熱量 q=h2-h1(等于工質(zhì)焓的增量 11.2汽輪機(jī)和燃?xì)廪k機(jī)動(dòng)力機(jī)械做的軸功 Ws(可以認(rèn)為是絕熱過程 = h1-h2(等 于工質(zhì)的焓降 11

5、.3水泵、風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)消耗的有效功 -Ws= h2-h1外界對(duì)工質(zhì)壓縮為負(fù)值,根 據(jù) Q =E+W,外界做功等于工質(zhì)溫度提高后工質(zhì)焓的增加值。 11.4噴管 (汽輪機(jī)噴嘴竺 1/2×(C F22-C F12 = h1-h2 流體速度的增加等于工質(zhì)焓的減少12、理想氣體狀態(tài)方程式 理想氣體的壓力 P =2/3n0×(mC-2/2, (mC-2/2=3/2KT, (mC-2/2表示物質(zhì)分 子熱運(yùn)動(dòng)平均平移動(dòng)能(還有振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)能 狀態(tài)方程式 pv=RgTRg 為氣體常數(shù),單位是 J/(kg.K ,除以摩爾質(zhì)量等于為變常數(shù) Rg 為 不變常數(shù) R =8.3145 J/(mol.

6、K ,氣體摩爾體積為 22.4141升。13、理想氣體的比熱容比熱容定義有三個(gè)單位質(zhì)量比熱容 c ,單位是 J/(kg.K 同氣體常數(shù) Rg 。單位體積比熱容 C ,單位是 J/(m3.K 單位物質(zhì)的量比熱容 Cm ,單位是 J/(mol.K 14、理想氣體的四個(gè)基本熱力過程是什么,它的氣體狀態(tài)方程表達(dá)式和特點(diǎn)一定容過程,方程表達(dá)式 v=常數(shù),特點(diǎn)溫度與壓力成正比例關(guān)系二定壓過程, P=常數(shù),特點(diǎn)溫度與體積成正比例關(guān)系三定溫過程, T=常數(shù),特點(diǎn)體積與壓力成反比例關(guān)系四絕熱過程,方程表達(dá)式 pv k =常數(shù),特點(diǎn)工質(zhì)不吸熱也不放熱15、熱力學(xué)第二定律,二種表達(dá)方式見書本16、邁耶公式:表達(dá)式說

7、明什么 (定壓比熱容與定容比熱容的關(guān)系 17、水蒸汽的汽化潛熱對(duì)一定壓力下的飽和水繼續(xù)加熱, 不開始沸騰并且為斷汽化, 而水溫保持飽 和溫度, 當(dāng)飽和水全部汽化為干飽和蒸汽時(shí), 在汽化階段吸收的熱量叫汽化潛熱。 它的大小等于飽和蒸汽焓減去飽和水焓。18、 濕蒸汽狀態(tài)參數(shù)的是如何確定的?濕蒸汽是由相同的壓力和溫度的飽和蒸汽 和飽和水所組成的混合物。它的溫度和壓力是確定的,只能算一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。 其 他的狀態(tài)參數(shù),由蒸汽的干度確定,蒸汽的干度確定后,它的比體積、焓、熵、 熱力學(xué)能 (內(nèi)能 等狀態(tài)參數(shù)就確定了?？梢酝ㄟ^ 1kg 的濕蒸汽由 x kg的干飽和 蒸汽和 (1-x的飽和水蒸汽混合成而計(jì)算相應(yīng)

8、的比體積比焓和比熵。19、 查水蒸汽焓熵圖:t=450, p=4.0Mpa對(duì)應(yīng)的比體積、 比焓和比熵。 t=540, p=10Mpa對(duì)應(yīng)的比體積、比焓和比熵。20、判斷題1、氣體吸熱后一定膨脹,熱力學(xué)能一定增加。錯(cuò)誤,不一定膨脹,后一個(gè)錯(cuò)如 果膨脹熱力學(xué)能不一定增加。2、氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功。錯(cuò)誤,如真空中孤立熱力學(xué)系統(tǒng)膨脹不做功。3、氣體被壓縮時(shí)一定消耗外功。正確。4、熱量是吸熱放熱的概念,熱能是工質(zhì)含熱量的多少。正確5、氣體的定壓比熱容 Cp 比定容比熱容 Cv 大。正確6、理想氣體的摩爾定壓比熱容 Cp 減去摩爾定容比熱容 Cv , 差值 8.3145 J/(kgK7、機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)

9、變熱能,而熱能不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。正確8、自發(fā)過程是不可逆過程,而非自發(fā)過程是可逆過程。錯(cuò)誤9、空氣濕度為零時(shí),空氣中完全沒有水蒸汽,濕度為 100%時(shí),完全是水蒸汽。 10、空氣的相對(duì)溫度愈大,含濕量越高。錯(cuò)誤,另一指標(biāo)是溫度。11、導(dǎo)熱的熱流方向與溫度梯度方向相同。錯(cuò)誤12、水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較空氣的大。正確13、 提高朗肯循環(huán)循環(huán)熱效率的途徑有提高蒸汽初壓力和蒸汽初溫度以及降低乏 汽壓力。正確14、汽輪機(jī)真空主要取決于冷卻水的溫度。正確15、回?zé)嵫h(huán)可以減少冷源損失。正確16、 燃料燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,通過一定機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,這些裝置統(tǒng)稱 熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。正確17、蒸汽機(jī)和汽輪機(jī)都是

10、外燃式熱機(jī)。正確18、燃?xì)廨啓C(jī)是內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。正確19、消耗外功使氣體升壓的設(shè)備,叫壓氣機(jī)。正確20、多級(jí)壓縮中間冷卻的目的是減少壓縮功。正確21、熱泵與制冷裝置都是將低溫?zé)嵩吹臒崃克偷礁邷責(zé)嵩?。正確22、汽輪機(jī)凝汽器的作用是冷卻汽輪機(jī)軸承。錯(cuò)誤23、 速度級(jí)汽輪機(jī)工作原理是從噴嘴中調(diào)整汽流的速度, 依次在幾列葉片中轉(zhuǎn)化 為轉(zhuǎn)子的機(jī)械能。24、煙塵中主要有害物質(zhì)是粉塵、二氧化硫和氧化氮。正確25、煙氣離開鍋爐本體時(shí)溫度一般在 100以下。錯(cuò)26、鍋爐蒸汽設(shè)備主要是省煤器。錯(cuò)27、鏈條爐主要用于高壓鍋爐。錯(cuò)28、煤中可燃燒元素主要為氫氧硫。錯(cuò)29、氣體的絕對(duì)壓力不能從壓力表上直接測(cè)量。30、熱力

11、學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。正確21、 -10的空氣中為什么還含有水蒸汽,這些水蒸汽為什么不凝結(jié)成冰呢? 答:在大氣中,一定的溫度對(duì)應(yīng)一定的飽和水蒸汽分壓力。如 33時(shí),飽 和水蒸汽分壓力為 5.03kpa ,而空氣中水蒸汽分壓力一般沒有達(dá)到某一溫度對(duì)應(yīng) 的飽和水蒸汽分壓力。 溫度 0時(shí), 飽和水蒸汽分壓力為 0.61Kpa ; 溫度 -10時(shí), 飽和水蒸汽分壓力為 0.29Kpa , 只要此時(shí)空氣中水蒸汽分壓力沒有達(dá)到 0.29Kpa , 這些水蒸汽以蒸汽形式存在在空氣中。22、 某鍋爐中的蒸汽壓力為 3.8Mpa , 某凝汽器中水蒸汽的真空壓力表讀數(shù)為 93kpa ,當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?/p>

12、 101kpa ,計(jì)算鍋爐蒸汽絕對(duì)壓力和凝汽器中蒸汽的絕對(duì)壓力。 23、 汽動(dòng)給水泵進(jìn)口蒸汽溫度為 270壓力 0.39Mp 焓 3006kJ/kg, 出口蒸汽溫度 205壓力 0.13Mp 焓 2884kJ/kg,如果給水泵軸功率為 300千瓦,試計(jì)算每小時(shí) 給水泵用汽量。解:設(shè)水泵每小時(shí)用汽量為 X 噸Ws=h1-h2=3006-2884=122kJ/kgP =Ws ×X ×1000/3600=300X =8.85(噸 /時(shí) 24、氧氣瓶容積為 0.05立方米,瓶?jī)?nèi)壓力為 8Mpa ,室溫為 27后來用用一部 分氧氣,壓力下降為 6Mpa ,問用去氧氣為多少千克。解:氧

13、氣體積為 0.05立方米,設(shè)它的比體積為 v1和 v2, 對(duì)應(yīng)的質(zhì)量為 m1和 m2千克。則 v1=0.05/m1, v2=0.05/m2氧氣摩爾質(zhì)量為 0.032千克,它的氣體常數(shù) Rg=R/0.032=8.3145/0.032= 259.82J/(kg.K(1使用前的氧氣重量為p1v1=RgT=p1×0.05/m1,則 m1= p1×0.05/( RgT=5.132千克(2使用后的氧氣重量為m2= p2×0.05/( RgT=3.849千克(3用于的質(zhì)量為m1-m2= p1×0.05/( RgT - p1×0.05/( RgT=(8-6&#

14、215;1000000×0.05/ (259.82×300=1.283千克25、一個(gè)房間長 8米,寬 3.5米,高 2.5米,溫度 27,計(jì)算房間內(nèi)有多少千 克的空氣量。空氣的分子量為 29,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。解:房間體積=8×3.5×2.5=70(立方米設(shè)它的質(zhì)量為 m 千克,它的比體積 為 v則 v=70/m(1空 氣 摩 爾 質(zhì) 量 為 0.029千 克 , 空 氣 氣 體 常 數(shù) Rg=8.3145/0.029= 286.71J/(kg.K(2pv=RgTm=pV/ RgT=101325×70/(286.71×300=82.46

15、(千克26、一可逆卡諾循環(huán),高溫?zé)嵩礈囟葹?127,低溫?zé)嵩礈囟葹?27,問卡諾循 環(huán)正循環(huán)的熱效率。如屬逆循環(huán),計(jì)算逆循環(huán)的制冷系數(shù)。解:正循環(huán)的熱效率=w/q1=(q1-q2/q1=1-T2/T1=1-300/400=0.25=25%。 逆循環(huán)制冷系數(shù)=q2/(q1-q2=T2/(T1-T2=300/(400-300=327、 有一鋼結(jié)構(gòu)氣體冷卻器, 氣側(cè)傳熱系數(shù) h1=80W/(m2.k, 壁厚 5mm 導(dǎo)熱系數(shù), =46W/(m.k,水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 5000W/(m2.k,計(jì)算各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻。 解:氣側(cè)熱阻 Rc1=1/h1=1/80=0.0125(m2.K/W管壁導(dǎo)熱熱阻=/=0

16、.005/46=0.00011(m2.K/W水側(cè)對(duì)流熱阻=1/h2=1/5000=0.00002(m2.K/W總傳熱熱阻 R =Rc1+R+Rc2=0.0125+0.00011+0.00002=0.01263(m2.K/W 氣側(cè)熱阻最大。28、某煤場(chǎng)貯存一萬噸煤,收到基水份為 12%,低位發(fā)熱量為 21000kJ/kg,因天 氣干燥, 水份下降到 6%, 問此時(shí)它的重量變?yōu)槎嗌賴? 收到基發(fā)熱量變?yōu)槎嗌? 解:根據(jù)煤的干燥基換算水份干燥基總重量=10000×(1-12%=8800噸。根據(jù)后來的水份反算總重量=8800÷(1-6%=9361.7噸。原低位發(fā)熱量 Q =Q1-2

17、500×12% Q1=Q+300=21300現(xiàn)低位發(fā)熱量=Q2-2500×6%=10000÷9361.7×Q1-150=22602kJ/kg參見 P201頁公式29、 某火力發(fā)電廠的平均發(fā)電煤耗為 340克標(biāo)準(zhǔn)煤 /千瓦時(shí), 求該裝置的總效率。 解:發(fā)電煤耗為 340克標(biāo)準(zhǔn)煤 /千瓦時(shí)就是每消耗 340克標(biāo)準(zhǔn)煤,能發(fā)一度電。 熱效率=1×3600/(0.34*29308×100%=36.1%30、 140的熱水焓 589kJ/kg,在擴(kuò)容器內(nèi)降壓蒸汽到壓力為 0.05Mpa 時(shí),可得 x=0.97的濕蒸汽,飽和汽焓為 2646kJ/k

18、g熵為 7.4 kJ/kgk,飽和水焓為 341kJ/kg, 問每噸地下水可產(chǎn)生濕蒸汽多少噸?如每秒鐘這些蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)做 功,凝汽器內(nèi)壓力為 0.006Mpa 汽焓為 2276kJ/kg濕度為 0.881的濕蒸汽,求每噸地下水可產(chǎn)生多少軸功?解:x=0.97的濕蒸汽的焓=0.97×2646+0.03×341=2566.6+10.2=2577 kJ/kg 設(shè)一噸 140度的熱水,可產(chǎn)生 m 噸濕蒸汽,及 n 噸水。1=m+n589×1=m×2577+n×341解上列兩方程,得 m =0.111噸。dw =h1-h2=2577-2276=301

19、kJ/kgW=111×301=33411 (kJP =W/t=33411(千瓦31、熱量傳遞的三種方式:導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo) ,熱對(duì)流,熱輻射。32、熱傳導(dǎo)基本公式:熱流量=A t/(w,熱流密度 q=t/(w/m2 33、對(duì)流換熱基本公式:熱流量=hAt(w,熱流密度 q=ht(w/m234、 熱阻疊加原理:傳熱過程中總熱阻等于組成該過程和各個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)中各部分分熱阻的和。 Rk=1/h 1 +1/1+2/2+1/h 235、概念溫度場(chǎng):在某一瞬時(shí),物體內(nèi)各點(diǎn)的溫度分布稱為溫度場(chǎng)。36、在某一瞬時(shí),物體內(nèi)溫度相同的各點(diǎn)的所連接的面稱為等溫面。37、沿等溫面法線方向的溫度增量t 與法向距離n

20、的比值的極限,稱為溫度 梯度。38、在單位時(shí)間時(shí),通過某一給定傳熱面積 A 傳遞的熱量,稱為熱流量。39、在單位時(shí)間內(nèi),通過單位面積傳遞的熱量,稱為熱流密度或熱流通量。 40、增強(qiáng)傳熱的方法:1提高傳熱溫度差。 2提高總的換熱系數(shù),減小傳熱熱阻, 減少最大的傳熱熱阻,如去污垢,去積灰,加裝肋片,提高輻射換熱的溫度 (提 高燃燒區(qū)溫度減少漏風(fēng)等 。41、削弱傳熱的方法:用增加熱阻的方法,一般在壁面上增加一層熱絕緣層。熱 絕緣層隔離熱量的傳遞,從而起保溫、保冷、絕熱、隔熱阻斷熱量的傳遞。降低 對(duì)流換熱的流體流速或降低高溫?zé)嵩吹臏囟鹊?也是常見的方法。42、鍋爐設(shè)備的組成:P194-196頁。略43、根據(jù)煤的揮發(fā)份,原煤分類特點(diǎn)。無煙煤、貧煤、煙煤、褐煤以及石煤煤矸 石五大類。還有泥煤、泥炭、