熱力學與傳熱學課程綜合復習資料

1、熱力學與傳熱學課程綜合復習資料、判斷題:1、理想氣體吸熱后，溫度一定升高。2、對于順流換熱器，冷流體的出口溫度可以大于熱流體的出口溫度。3、工程上常用的空氣的導熱系數(shù)隨溫度的升高而降低。4、工質進行膨脹時必須對工質加熱。5、工質的嫡增就意味著工質經(jīng)歷一個吸熱過程。6、已知濕蒸汽的壓力和溫度，就可以確定其狀態(tài)。7、同一溫度場中兩條等溫線可以相交。二、簡答題：1、夏天，有兩個完全相同的儲存液態(tài)氮的容器放置在一起，一個表面上已結霜，另一個沒有。請問 哪一個容器的隔熱性能更好？為什么？2、有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中進行冷卻。為使稀飯涼的更快一些，你認為他應該攪拌碗中的 稀飯還是盆中的涼水？為什么？

2、3、一諾熱機工作于 500 C和200 c的兩個恒溫熱源之間。已知該卡諾熱機每秒中從高溫熱源吸收100 kJ,求該卡諾熱機的熱效率及輸出功率。4、輻射換熱與對流換熱、導熱相比，有什么特點？5、Nu數(shù)和Bi數(shù)均可寫成h.的形式，二者有何區(qū)別？三、計算題：1、將氧氣壓送到容積為2m3的儲氣罐內(nèi)，初始時表壓力為0.3bar ,終態(tài)時表壓力為 3bar,溫度由ti=45C升高到t2=80C。試求壓入的氧氣質量。當?shù)卮髿鈮簽镻b=760mmHg氧氣Rg=260J/(kg K)。2、2kg溫度為25 C,壓力為2 bar的空氣經(jīng)過一個可逆定壓過程后，溫度升為200 C。已知空氣的比定壓熱容cp=1.0 k

3、J/(kg K),比定容熱容cv=0.71 kJ/(kg K)。試計算：(1)該過程的膨脹功；(2)過 程熱量。3、流體受迫地流過一根內(nèi)直徑為25 mm的直長管，實驗測得管內(nèi)壁面溫度為120C,流體平均溫度為60 C,流體與管壁間的對流換熱系數(shù)為350 W/(m 2 K)。試計算單位管長上流體與管壁間的換熱量。4、在一根外直徑為120mm的蒸汽管道外包一厚度為25mm的石棉保溫層，保溫層的導熱系數(shù)為 0.10W/(m K)。已知管子外表面溫度為 250C,保溫層外表面的溫度為38C,試求單位管長的熱損失。5、絕熱容器由隔板分成兩部分，左邊為壓力600kPa,溫度為300K的空氣；右邊為真空，容

4、積是左邊的5倍。如將隔板抽去，空氣迅速膨脹，充滿整個容器。試求：該過程中1千克空氣的熱力學能、溫度和嫡的變化?！究諝釸g=287J/(kg K)】6、外徑為100 mm,表面溫度為100 C ,黑度為0.76的圓筒壁，被水平放置于一溫度為20c的大房間中。已知圓筒壁外表面與空氣的純對流換熱系數(shù)為7.03W/(m 2 K),試計算單位長度圓筒壁散失到房間中的總熱量。7、已知有一根內(nèi)直徑為 200mm、壁厚為36 mm的長圓筒壁，兩側表面溫度分別為50c和20C。已知圓筒壁材料的導熱系數(shù)為入=0.56( 1+0.0018t) W/(m K)(其中t的單位為C )，試計算通過單位長度圓筒壁的導熱量。

5、熱力學與傳熱學課程綜合復習資料參考答案一、判斷題：1、不正確。原因：氣體吸熱 Q0,而 U=Q-W,理想氣體 U=mcv T,則T是否大于零還取決于W的大小。2、不正確。原因：存在傳熱溫差或傳熱面積有限，對于順流換熱器冷流體的出口溫度總是低于熱流 體的出口溫度_3、不正確。原因：工程溫度范圍內(nèi)，常用空氣的熱導率隨溫度的升高而升高。_4、不正確。原因：工質也可進行絕熱膨脹。5、不正確。原因：在可逆過程中，工質的嫡增意味著工質經(jīng)歷一個吸熱過程。但在不可逆過程中， 由于不可逆因素引起的嫡產(chǎn)恒大于零。因此即使是絕熱過程，工質的嫡增也可能大于零。6、不正確。原因：濕蒸汽的壓力與溫度是互相對應的數(shù)值，不是

6、相互獨立的參數(shù)，故僅知其壓力和溫度不能決定其狀態(tài)，必須再另有一個獨立參數(shù)才行，如干度 X。7、不正確。原因：同一物體內(nèi)任一點在同一瞬間只有一個溫度值，不可能具有兩個以上的溫度。 二、簡答題：1、答：表面沒有結霜的容器的隔熱性能更好。對于儲存液態(tài)氮的容器來說，內(nèi)部液體溫度低，外部 四周空氣溫度高，熱量自外向內(nèi)傳遞。表面上已結霜的容器外表面換熱溫差較大，對流換熱量大， 亦即傳遞到容器內(nèi)部的熱量就多，說明其隔熱性差。2、應該攪拌碗中的稀飯。這是一個傳熱過程。相對而言，稀飯側的對流換熱系數(shù)較小、換熱熱阻較 大。攪拌稀飯時增大了其對流換熱系數(shù)，最大限度的降低總傳熱熱阻，可顯著地增強傳熱，加速冷 卻速率。

7、T2TiT2Ti,200 273.151 0.388 38.8%500 273.15c 11 c 100 0.388 38.8 kW輸出功率為：1 c 100 0.388 38.8 kW4、答：(1)輻射換熱可以在真空下進行，無需媒介物質，且在真空中傳遞最有效。(2)伴隨熱能與輻射能之間的相互轉換。熱能轉換為輻射能向外輻射，而吸收時將輻射能能轉換為熱能。5、答：(1) Nu數(shù)中的 為流體的熱導率；Bi數(shù)中的 為導熱物體的熱導率。(2) Nu數(shù)中的h為待定參數(shù)，Nu為待定特征數(shù)；Bi數(shù)中的h為已知參數(shù)，由第三類邊界條件確定，Bi為已定特征數(shù)(3)物理意義不同。Nu表示貼壁流體的無量綱的溫度梯度，

8、在其它條件相同的情況下，Nu數(shù)可反映對流換熱的強弱。Bi數(shù)表示第三類邊界條件下物體內(nèi)部導熱熱阻和表面處換熱熱阻的比值。三、計算題：1、解：V=2 m3 pb=760mmHg=1.01325barp=pe+pbp=pe1+pb=0.3+1.01325=1.31325 bar理想氣體狀態(tài)方程：pV=mR gp=pe1+pb=0.3+1.01325=1.31325 bar理想氣體狀態(tài)方程：pV=mR gTp2=p e2+p b=3+1.01325=4.01325 bar初態(tài)時罐內(nèi)氧氣質量為m1里RgTi51.31325 105 23.178 kg260 (45 273.15)終態(tài)時罐內(nèi)氧氣質量為P2

9、Vm2RgT24.01325 105 28.748kg 260 (80 273.15)則壓入的氧氣質量為m=m 2-m i =8.748-3.178=5.57 kg則壓入的氧氣質量為2、解：p1=2barTi=25+273.15=298.15KT2=200+273.15=473.15K對狀態(tài)1有：p1V1=mRgT1 對狀態(tài)1有：p1V1=mRgT1 則V1mRgT12 287 298.151一 2為定壓過程p2= p=2barV2Pi1050.8557m3T27 V1473.15298.150.8557 1.3579m3(1)過程功2W(1)過程功2W1 2pdV p1 (V2 V1)110

10、5 (1.3579-0.8557) 100.45kJ(2)過程熱量Qp HQp Hi,2 mCp(T2T1)1.0 (473.15298.15) 350kJ3、解：管內(nèi)強迫對流換熱問題。由牛頓冷卻公式計算:l hA(tw tf)/l h d(tw tf350 3.14 0.1 0.025 350 3.14 0.1 0.025 (12060) 164934 W/m4、解：此為通過圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導熱問題。由題意知:d1=120mmd2=d1+2 =120+2 25=170mmtw1 =250oC tw2=38oC則 tw1 tw2 250 38 382.432 W/ml 1 , d21, 170ln

11、 -ln2 dl 2 3.14 0.10 1205、解：以容器內(nèi)的空氣為研究對象。已知：T1=300K p1=600kPa V2/V 1=6(1)滿足q= u+w 絕熱q=0 自由膨脹 w=0貝U u=q-w=0u=Cv (T2-T1) =0 ,則 T2=T1s=Rgln (V2/V1) =287X ln(6)=514 J/(kg K)6、解：這是一個復合表面的換熱問題，該圓管壁既與周圍氣體有對流換熱，又與周圍環(huán)境有輻射換 熱。先求輻射換熱量rl：已知 Tw=100+273=373K T =20+273=293KAi= dl Xi,2=1.0Al?A2A1(EbWEb )r t! :111A1 121 X1,2A221 Ai= dl Xi,2=1.0Al?A2A1(EbWEb )r t! :111A1 121 X1,2A221 A1 (EbWEb )0.763.14再求對流換熱量cl:cl hcd (tW則總散熱損失為:7、解:b(T4 T4)0.15.67 10 8(373.154)7.03 3.14 0.1cr 176.68cI此為通過圓