熱工流體基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題(含有計算題答案)

熱工流體基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題（18學(xué)時）

一、簡答題部分

1.常用的狀態(tài)參數(shù)有哪些？狀態(tài)參數(shù)的特征是什么？絕對壓力、表壓力、真空度之間

有什么關(guān)系？

2.水蒸氣的氣體常數(shù)是多少？若壓力降低，溫度升高，其氣體常數(shù)值如何變化？

3.需要幾個參數(shù)才能確定汽輪機(jī)或鍋爐中水蒸氣的狀態(tài)？

4.壓水堆核電廠一回路和二回路循環(huán)中實施了哪些能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)？功和熱量有什么異

同點？如何理解功轉(zhuǎn)變?yōu)闊崾菬o條件的而熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣κ怯邢薅鹊?？二回路工質(zhì)在蒸汽發(fā)生

器內(nèi)吸收的熱量是否全可用來轉(zhuǎn)換成功？

5.熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)和熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)各是什么？請舉核工程和生活中各

2例說明。

6.什么是卡諾循環(huán)和卡諾定理？為什么今天我們還要討論卡諾循環(huán)、卡諾定理？

7.什么是孤立系統(tǒng)的爆增原理？孤立系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)過一個過程后其總能如何變化？舉例說

明孤立系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)過不可逆過程后機(jī)械能損失與孤立系統(tǒng)牖變的關(guān)系。

8.什么是飽和狀態(tài)？飽和狀態(tài)的溫度和壓力能否單獨變化？如何才能使未飽和水變?yōu)?/p>

飽和水？什么是干度？為什么引進(jìn)干度？什么是臨界狀態(tài)？水的臨界壓力和臨界溫度分別

是多少？

9.水定壓加熱汽化分幾個階段？水蒸氣的汽化潛熱是常數(shù)嗎？隨壓力升高如何變化？

10.壓水堆核電廠二回路基本循環(huán)有什么過程構(gòu)成？為什么現(xiàn)在運行的二回路不采用

過熱蒸汽？能進(jìn)一步提高二回路蒸汽的溫度或壓力嗎，為什么？

11.為什么蒸汽動力循環(huán)要采用再熱？壓水堆核電廠的再熱循環(huán)和火電廠和有什么異

同，為什么有這些不同？什么是抽汽回?zé)?？抽汽回?zé)崽岣邿嵝实谋举|(zhì)何在？

12.流體的基本特性有哪些？空氣、水、水蒸氣等是理想流體嗎？

13.理想流體的伯努利方程的物理意義及幾何意義怎樣理解？總流伯努利方程、黏性

流體的伯努利方程與理想流體伯努利方程差異在哪里？

14.層流和紊流各有什么特征？如何判別？

15.工程上如何確定管道（圓管、非圓管）的阻力損失？管內(nèi)流動的局部阻力系數(shù)和

沿程阻力系數(shù)如何確定？

16.傳熱的基本型式有哪幾種？

17.物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的變化特征是什么？

18.對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)受那些因素的影響？影響反應(yīng)堆內(nèi)燃料棒包殼與一回路

冷卻劑的換熱的因素有哪些？

19.沸騰換熱有幾個階段？為什么要設(shè)置DNB?影響冷凝傳熱的主要因素有哪些？

20.什么是傳熱過程和傳熱系數(shù)？增強和削弱傳熱原則有哪些？換熱器溫差如何確

定？

二、計算題部分

1.穩(wěn)定流動能量方程和孤立系統(tǒng)燧增原理應(yīng)用。

1-20某蒸汽動力廠中，鍋爐以質(zhì)流量40000kg/h向汽輪機(jī)供汽。汽輪機(jī)進(jìn)口處壓力

表的讀數(shù)是8.9MPa,蒸汽的焙是3441kJ/kg。汽輪機(jī)出口處真空表的讀數(shù)是

730.6mmHg,出口蒸汽的燃是2248kJ/kg,汽輪機(jī)向環(huán)境散熱為6.81xlO’kJ/h。若當(dāng)?shù)?/p>

大氣壓是760mmHg,求：(1)進(jìn)、出口處蒸汽的絕對壓力；(2)不計進(jìn)、出口動能差和位

能差時汽輪機(jī)的功率；(3)若進(jìn)、出口處蒸汽的速度分別為70m/s和140m/s時對汽輪機(jī)

的功率有多大的影響？

56

解：(1)/?!=pb+/2cl=(760xl33.3+90xl0)Pa=9.1013xl0Pa

p2=pb-p、=(760-730.6)x133.3Pa=3919Pa

⑵他-九)+￡

pt-(由-4)

=-6.8IxlO5kJ/h-40x103kg/hx(3441-2248)kJ/kg

=4.704xlO7kJ/h=13066.7kW

(3)計及動能差，qQ=qm(h2-hi)+P[+^-(c-2-c^)

弓=-q,”(H-4)-:付2-4)

3

=-6.81x10,kj/h-40x10kg/hx(3441-2248)kJ/kg-小冬也x

[(140m)2-(70m)2]xlO-3=12985kW

[一4'=13066.7kW-12985kW=81.7kW

81.7kW

=0.63%。

413066.7kW

(4)計及位能差，qQ=qm仇-4)+々+qmg(Z2-Z,)

-心仇一九)一心g02-4)=《一q,“g(Z2-Z,)

3

=13066.7kW-Ml°*^力x9-81mzs2xl.6mx10'=13066.5kW

3600

￡_13066.7kW—13066.5kW?0

p,13066.7kW'

5-2有一循環(huán)發(fā)動機(jī)，工作于熱源7；=1000K及冷源7；=400K之間，若該熱機(jī)從熱

源吸熱1360kJ作功833kJ?問該熱機(jī)循環(huán)是可逆還是不可逆？或是根本不能實現(xiàn)的？

解：據(jù)卡諾定理，在兩個熱源之間可逆循環(huán)的熱效率最高

T,400K,

77=1--^-=1------------=0.6

7；1000K

W,833kJ八…

該熱機(jī)77,=—^=---------=0.613

21360kJ

%〉小,所以，不可能實現(xiàn)。

5-7有1kg飽和水蒸汽在100C下等壓凝結(jié)為飽和水，凝結(jié)過程中放出熱量2260kJ

并為環(huán)境所吸收，若環(huán)境溫度為30C，求：（1）工質(zhì)燧變；（2）由工質(zhì)和環(huán)境大氣組成的

孤立系統(tǒng)的懶變。

解:M=「必=g=_2260kJ/kgjgkJ/gK)

wJi丁T(100+273)K

,2的—q2260kJ/kg

冊=..................-=-7.459kJ/(kg-K)

〒一下(273+30)K

Asw=斗+Sg,Sg=Asw一4=(-6.059+7.459)kJ/(kg-K)=1.40kJ/(kg?K)

7k

瓜=及+國=-6.059kJ/(kg-K)+2、觸」.=1.40kJ/(kg?K)

，s0°303K

2.循環(huán)熱效率

5-1一卡諾熱機(jī)在溫度為873K和313K的兩個熱源之間，若該熱機(jī)每小時從高溫?zé)?/p>

源吸熱36x10"kJ,試求：（1）熱機(jī)的熱效率；（2）熱機(jī)產(chǎn)生的功率；（3）熱機(jī)每小時排向

冷源的熱量。

解:ZL=l./=64-％

T}873K

360000kJ

P=rtq=0.641x-------------=64.1kW

°m°3600s

=%「p=360°°°.-64.1U/S=35.9kW=129240kJ/h

°°3600s

7-14某太陽能動力裝置利用水為工質(zhì)，從太陽能集熱器出來的是175C的飽和水蒸

?=168.65kJ/kg、"'=2573.85kJ/kg；s'=0.5760kJ/(kg-K)、s"=8.2493kJ/(kg-K)；

v'=0.00101mVkg.圖7-2循環(huán)T-s圖

據(jù),v,=4,sY,v2<s"，所以狀態(tài)2為飽和濕蒸汽狀態(tài)

s,-s'6.6253kJ/(kg-K)-0.5760kJ/(kg-K)人

x,=-------=-----------------------------------------------------=0.788

■s"-s'8.2493kJ/(kg-K)-0.5760kJ/(kg-K)

h2=h'+x2(h"~h')

=168.65kJ/kg+0.788x(2573.85-168.65)kJ/kg=2063.95kJ/kg

3

狀態(tài)3：4=/?'=168.65kJ/kg,v3=v'=0.00101m/kg.

狀態(tài)4：s}=s4

%a4+匕(凡-2)

=168.65kJ/kg+0.00101mVkgx(891.8-7.5)kPa=169.54kJ/kg

汽輪機(jī)輸出功：々=九一4=2773.23kJ/kg-2063.95kJ/kg=709.28kJ/kg

水泵耗功：絳=%一八=169.54kJ/kg-168.65kJ/kg=0.89kJ/kg

從集熱器吸熱量：=%一九=2773.23kJ/kg-169.54kJ/kg=2603.69kJ/kg

冷凝器中放熱量：q2=h2-h3=2063.95kJ/kg-168.65kJ/kg=1895.3kJ/kg

循環(huán)熱效率：-4=4=709.28kJ/kg-。&kJ/kg_0272

q、q、2603.69kJ/kg

2609.69kJ/kg

7-15核電站蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽是約6.54MPa的飽和水蒸氣，在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹后排

向7kPa的冷凝器，求二回路循環(huán)(圖2)理論熱效率。

解：由6.54MPa查水蒸氣圖表，得》=1242.9kJ/kg，r|

〃”=2777.6kJ/kg;s'=3.079kJ/(kg-K)，s”=5.847kJ/(kg-K);

7kPa時/7'=163.4kJ/kg，Z?n=2571.6kJ/kg;LL

s'=0.559kJ/(kg?K)，s”=8.274kJ/(kg-K)。

據(jù)題意九=2777.6kJ/kg,占=5.847kJ/(kg-K),h2,=163.4kJ/kg。

%—s'不一s'5.847kJ/(kg?K)-0.559kJ/(kg?K)

_s'_s"_s'.8.274kJ/(kg-K)-0.559kJ/(kg?K)

生=花+—h')

=163.4kJ/kg+0.6854x(2571.6-163.4)kJ/kg=1814.0kJ/kg

忽略水泵功

2777.6kJ/kg-1814.0kJ/kg…八

-----=----------------E-----------------=0.369

八一h2.2777.6kJ/kg-163.4kJ/kg

3.單層及多層平壁、圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和通過平壁、圓筒壁的傳熱

8-8鍋爐過熱器合金鋼管的內(nèi)、外直徑分別為32mm和42mm,導(dǎo)熱系數(shù)

4=32.6W/(m.K),過熱器鋼管內(nèi)、外壁面溫度分別為4=560C、q=580C。試求：(1)

不積灰時每米管長的熱流量外;(2)倘若管外積有1mm厚的煙莫，其導(dǎo)熱系數(shù)

%=0.06W/(m-K)，如總溫壓保持不變，求此時每米管長的熱流量q\。

2碼42%x32.6W/(m-K)0.032m

f

a________九3_'wl____________

「4i<

-----In—H-------I1n一

2研42成？d2

2〃x(580C-560C)

=160.4W/m

-10.042m1,0.044m

-----------------xtIn----------+-------------------xIn----------

32.6W/(m-K)0.032m0.060W/(m-K)0.042m

8-9一單層玻璃窗，高1.2m,寬1m玻璃厚0.003m,玻璃導(dǎo)熱系數(shù)4=1.05W/(m-K),

室內(nèi)、外的空氣溫度分別為20℃和-5℃,室內(nèi)、外空氣與窗玻璃之間對流傳熱的表面?zhèn)鳠?/p>

2

系數(shù)分別為九=5W/(n?.K)、h2=20W/(m?K),試求玻璃窗的散熱損失及玻璃的導(dǎo)熱熱

阻、兩側(cè)的對流傳熱熱阻。若其它天件不變，改用雙層玻璃窗，雙層玻璃間的空氣夾層厚

度為3mm,夾層中的空氣完全靜止，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)4=0Q25W/(m.K)。再求玻璃窗散

熱損失。

解：

①=TloHl

—十—+—

h}2h2

lmxl.2mx[20C-(-5C)]

=118.6W

0.003m

----------------2------------1-------------------------------------1----------------------；----------

5W/(m'-K)1.05W/(m?K)20W/(m'-K)

(D'=\——0廠%)——

ias,i

—柒―+—+—

%4丸2〃2

lmxl.2mx[20C-(-5C)]

~0.003m0.003m~

5W/(nT-K)1,05W/(m-K)0.025W/(m-K)20W/(m2?K)

=80.5W

4.管內(nèi)單相流體對流換熱特征數(shù)方程應(yīng)用

9-2給水流過鍋爐省煤器時，從八=170C被加熱到G=230C,若管子的內(nèi)徑

d=30mm，水在管內(nèi)的平均流速〃=0.5m/s，管壁的平均溫度仆=250C。試確定該省煤

器水側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)6。

解：流體平均溫度4=上工(170+230)/Ooe。據(jù)此，查水的熱物理性質(zhì)表，得

22

4

4=0.663W/(m?K)，匕=0.158x1O'm2/s,=0.93，7=1.36xKTkg/(m?s);tw=250C，

r/w=1.09xlO^kg^m-s)。

ud_=OSm/sxO03m=一旺盛湍流

1%0.158x106m2/s

液體被加熱，忽略入口段效應(yīng)，選用

/yii

Nu(=0.023Re}p染"上

%=0.023幺&°￥染4風(fēng)

=0023*"的四*94937%。.93%(小駕典嚀

0.03m1.09x104kg/(m-s)J

=4853W/(m2-K)

44一4],,

V4)4x(0.013mm)--TTX(0.009mm)~___

—------------=--------------------------------------------=0.0115mm

7ud7TX0.009mm

2

據(jù)％=300C,查水的熱物理性質(zhì)表，得4=0.54W/(m?K)，vf=0.128x10^m/s,Prf=0.97>

-4

7f=0.912xl0kg/(ms)

ud器"T9375。。旺盛湍流

匕

液體被加熱，忽略入口段效應(yīng)，選用

Nu(=0.023Re，P染

/?=0.023^-/??,8P<4

2

=0.023x0$4W/(m-K)“9375OOo.sxO97o.4=49oi4W/(m-K)

0.015m

q=h(Q-%)

6

q1.75xl0kW

=300C+=303.6C

49014W/(m2-K)

因4和4溫度相差不大，故不用溫度修正系數(shù)q修正是合適的。

5.黏性流體的伯努利方程應(yīng)用

#1如圖示吹風(fēng)裝置，Cfi=Cf2求風(fēng)扇前后壓強P1與02。已知：出口處風(fēng)速7=40m/s,

空氣密度P=1.293kg/m3,當(dāng)?shù)卮髿鈮?/p>

pb=98060Pao

解：由連續(xù)方程

q““&244/3

44

c=-jx40m/s=lOm/s

n⑷IImJ

在1“截面與裝置入口處之間應(yīng)用伯努利方程

了Pl,Cfl7Pb?盆

Z.H---------1--------=Z.H-----------1--------

y2g￥2g

因C'tb=°，Z[=Z'

32

口=幾一;pci=98060Pa-1x1.293kg/mx(l()m/s)=97995.35Pa

在截面2-2與裝置出口處之間應(yīng)用伯努利方程

=A+y(4-cfi)

=98060Pa1.293kg/m?x(402-102)m2/s2=99029.75Pa

#2已知普通鍍鋅鋼管長15m,直徑為140mm,管內(nèi)水的流量為550m3/h,水的運動

粘度=1.14x10-6m2/s,鍍鋅鋼管的絕對粗糙度為0.39mm,試求能量損失高度。

解(1)求管流平均速度

-4型=992mzs

7Td24(0.14)23600

(2)求管內(nèi)流動雷諾數(shù)

9.92x0.14

Re上=1.218x1()6

V1.14x10"

⑶求4/d

A0.00039

?0.003

d~0.14

(4)求阻力系數(shù)

據(jù)9=0.003,/?^=1.218xio6,查莫迪線圖；1=0.026

d

(5)計算損失高度

/159.92

h=A---c=0.026x------x------=13.98mHQ

d2g0.142x9.8

三、選擇題部分

1.壓水堆核電廠反應(yīng)堆內(nèi)運行壓力為15.5MPa(飽和溫度344.7C),因此一回路冷卻劑

溫度344.7℃.

A大于；B小于；C等于；D大于、小于等于都可能。

答B(yǎng)。

2.壓水堆核電廠二回路汽輪機(jī)高壓缸排汽壓力為0.783MPa(飽和溫度169.5C),干度

85.8%,所以其排汽溫度169.5。

A大于169.5C；B小于169.5'C；C等于I69.5C；D都不對

答:Co

3.水的臨界狀態(tài)是一種平衡狀態(tài)，電力工業(yè)中超臨界意味著臨界狀態(tài)的值

A溫度；B燃；C壓力；D埔。

答：Co

4.水的臨界狀態(tài)是一種平衡狀態(tài)，當(dāng)溫度高于臨界溫度時水以存在。

A；氣態(tài)B；液態(tài)C；固態(tài)D三種都可能。

答：Ao

5.水的汽化潛熱是?

A常數(shù)；B隨溫度升高而升高；C隨飽和壓力升高而升高；D隨飽和壓力升高而降低。

答：D.

6.水和水蒸氣的給只是的函數(shù)。

A溫度；B壓力；C體積；D溫度和壓力

答:Do

7.濕飽和水蒸氣的端只是的函數(shù)。

A溫度；B壓力；C溫度和壓力；D都不全對。

答：D?

8.壓水堆核電廠二回路新蒸汽一般為飽和蒸汽，故在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹后成

A液態(tài)水；B過熱蒸汽；C濕飽和蒸汽；D液態(tài)水和過熱蒸汽的混合物。

答：C。

9.水和水蒸氣的朗肯循環(huán)熱效率相同溫限內(nèi)的卡諾循環(huán)熱效率。

A大于；B小于；C等于；D都有可能。

答B(yǎng)。

10.提高壓水堆核電廠二回路新蒸汽的溫度,可二回路循環(huán)的熱效率。

A提高；B降低；C不改變；D都有可能。

答：Ao

11.提高壓水堆核電廠二回路新蒸汽的壓力,可二回路循環(huán)的熱效率。

A提高；B降低；C不改變；D都有可能。

答：Ao

12.提高壓水堆核電廠二回路汽輪機(jī)的背壓,可二回路循環(huán)熱效率的壓力

A提高；B降低；C不改變；D都有可能。

答B(yǎng)。

13.壓水堆核電廠二回路循環(huán)采用汽水分離再熱首要目的是。

A提高循環(huán)熱效率；B提高汽輪機(jī)末級蒸汽干度；C降低汽耗率；D提高汽輪機(jī)功率。

答B(yǎng)。

14.壓水堆核電廠二回路循環(huán)采用抽汽回?zé)崮康氖恰?/p>

A提高循環(huán)熱效率；B提高汽輪機(jī)末級蒸汽干度；C降低汽耗率；D提高汽輪機(jī)功率。

答：Ao

15.壓水堆核電廠二回路循環(huán)熱效率不高，主要原因是.

A乏汽在冷凝器內(nèi)放熱量太大；B汽輪機(jī)末級蒸汽干度太大；

C水泵耗功太大；D新蒸汽溫度和壓力較低。

答：D.

16.流體流動的形態(tài)一一層流還是紊流主要取決于.

A流體的流速；B流體的物性；C流體流動相關(guān)的幾何形狀；DA+B+Co

答D。

17.判別層流還是紊流的無量數(shù)是

A雷諾數(shù)：B努塞爾數(shù)；C普朗特數(shù)；D都不對。

答A。

18.理想流體是o

A理想氣體；B溫度不變的流體；C不可壓縮的流體；D沒有粘性的流體。

答D。

19.流體的伯努利方程的指出流體流動過程__________