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《工程热力学与传热学》——期末复习题docx

归档日期:09-06       文本归类:发射角      文章编辑:爱尚语录

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  中国石油大学(北京)远程教育学院期末复习题 《工程热力学与传热学》 一. 选择题 1. 孤立系统的热力状态不能发生变化; ( × ) 孤立系统就是绝热闭口系统; ( × ) 气体吸热后热力学能一定升高; ( × ) 4. 只有加热,才能使气体的温度升高; ( × ) 气体被压缩时一定消耗外功; ( √ ) 6. 封闭热力系内发生可逆定容过程,系统一定不对外作容积变化功; ( √ ) 7. 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态,而与工质经历的过程无关; ( √ ) 8. 在闭口热力系中,焓 h 是由热力学能 u 和推动功 pv 两部分组成。( × ) 9. 理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。 ( × ) 10. 对于确定的理想气体,其定压比热容与定容比热容之比 cp/cv 的大小与气体的温度无 关。( ×) 一切可逆热机的热效率均相同; ( × ) 12. 不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率; ( × ) 如果从同一状态到同一终态有两条途径:一为可逆过程,一为不可逆过程,则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变; ( √ ) 如果从同一状态到同一终态有两条途径:一为可逆过程,一为不可逆过程,则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变; ( × ) 不可逆过程的熵变无法计算; ( × ) 16. 工质被加热熵一定增大,工质放热熵一定减小; ( × ) 17. 封闭热力系统发生放热过程,系统的熵必然减少。 ( × ) 由理想气体组成的封闭系统吸热后其温度必然增加;( × ) 知道了温度和压力,就可确定水蒸气的状态;( × ) 20. 水蒸气的定温膨胀过程满足 Q=W ;( ×) 21. 对未饱和湿空气,露点温度即是水蒸气分压力所对应的水的饱和温度。 ( √ ) . 问答题 说明什么是准平衡过程?什么是可逆过程?指出准平衡过程和可逆过程的关系。 《工程热力学与传热学》期末复习题 第1页 共12页 答:( 1)准平衡过程:是假设过程中系统所经历的每一个状态都无限接衡态的过程,( 2)可逆过程:是指如果系统完成了某一过程之后,再沿着原路逆行,恢复 到原来的状态,外界也随之回复到原来的状态的过程。 ( 3 )准平衡过程和可逆过程的 关系:准平衡过程着眼于系统内的平衡, 可逆过程着眼于系统和外界的总平衡。 一个准 平衡过程不一定是可逆过程, 但一个可逆过程一定是一个准平衡过程。 可逆过程是无耗散的准平衡过程。 试指出膨胀功,技术功,流动功的区别和联系?写出流动功的计算公式,说明流动功大小与过程特性有无关系? 答:( 1 )膨胀功:是由于工质体积的变化对外所做的功;技术功:是指工程技术上可以直接利用的功,包括宏观动能,宏观位能,轴功;流动功:推动工质流动而做 的功称为流动功。膨胀功,技术功,流动功的联系为: w wt ( p2 v2 p1v1 ) ws 1 cf2 g z ( pv) 。 2 ( 2)流动功的计算公式: wf p2 v2 p1v1 ( pv) ,其大小与过程的特性无关,只与 进出口的状态有关。 试指出膨胀功,轴功,技术功,流动功的区别和联系,写出可逆过程中膨胀功,技术功的计算公式。 答:( 1 )膨胀功:是由于工质体积的变化对外所做的功;技术功:是指工程技术上可以直接利用的功,包括宏观动能,宏观位能,轴功;流动功:推动工质流动而做 的功称为流动功。膨胀功,技术功,流动功的联系为: w wt ( p2v2 p1v1 ) ws 1 cf2 g z ( pv) 。 2 ( 2)可逆过程中膨胀功的计算公式: 2 pdv ;技术功的计算公式: wt 2 w vdp 。 1 1 写出开口系统稳定流动能量方程式的表达式,说明式中各量的含义。 答:(1)开口系统稳定流动的能量方程式为: qh 1 c f2 g z ws 。( 2)式 2 中各量含义: q 为工质与外界交换的热量, h 为工质进出口焓的变化, 1 c f2 为工质 2 宏观动能的变化, g z 为工质宏观位能的变化, ws 系统对外所作轴功。 5. 试将满足空气下列要求的多变过程表示在 p-v 图和 T-s 图上 ( 1)理想气体的定温,定压,定容和定熵过程; 《工程热力学与传热学》期末复习题 第2页 共12页 ( 2)空气升压,升温,又放热的热力过程。 答: p s v 空气升温,升 空气升温,升 T压,放热过程 v T p 压,放热过程 . p . T s 0 v 0 s 6. 试将满足空气下列要求的多变过程表示在 p-v 图和 T-s 图上 1)理想气体的定温,定压,定容和定熵过程; 2)空气膨胀,升温,又吸热的热力过程。 答: p T v 工质膨胀,升 s v T 温,吸热过程 工质膨胀,升 p 温,吸热过程 p . T s 0 v 0 s 7. 试将满足空气下列要求的多变过程表示在 p-v 图和 T-s 图上 1)理想气体的定温,定压,定容和定熵过程; 2)工质又膨胀,又降温,又放热的多变过程。 答: p T v s v p T . p 工质膨胀,降 . T 工质膨胀,降 温,放热过程 s 温,放热过程 0 v 0 s 回答什么是热力学第一定律?什么是热力学第二定律?写出两个与热力学第二定律相等价的数学表达式。 答:( 1)热力学第一定律:在热能和机械能的相互转换过程中,能的总量保持不 变。(2 )热力学第二定律:克劳修斯表述:不可能将热从低温物体传至高温物体而不 引起其他变化。开尔文 -普朗克表述:不可能从单一热源取热,使之全部转变为功而不 《工程热力学与传热学》期末复习题 第3页 共12页 产生其他影响。 ( 3 )与热力学第二定律等价的数学表达式: 1 )克劳修斯积分式: 0 ,用于判断一个循环是否可能,是否可逆。式中等号用于可逆循环,不等号 T 用于不可逆循环。 2 )孤立系统熵增原理: dSiso dSg 0。孤立系统熵增原理指出孤 立系统的熵只能增大,或者不变,绝不能减小。孤立系统的熵增完全由熵产组成,式 中等号用于可逆过程,不等号用于不可逆过程。 3 )过程熵变的计算式:S 2 Q , 1 T 用于判断过程能否进行, 是否可逆, 等号为可逆过程,不等号为不可逆过程。 (以上等价数学表达式写出 2 个即可) 说明什么是第一类永动机?什么是第二类永动机的含义,它们是否违反了热力学第一定律和热力学第二定律。 答:( 1)第一类永动机:是指不花费代价就能够产生功的机器。 ( 2)第二类永动 机:是指能够从单一热源取热并使之完全变为功的机器。 ( 3 )第一类永动机违反了热力学第一定律。第二类永动机不违反热力学第一定律,但却违反了热力学第二定律。 什么是饱和湿空气?什么是未饱和湿空气?如何将未饱和湿空气转变为饱和湿空气? 答:( 1)饱和湿空气:是由干空气和干饱和水蒸气组成的空气。 (2 )不饱和湿空气:是由干空气和过热水蒸气组成的空气。 ( 3)将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种: 方法 1 :湿空气温度 T 一定时,增加水蒸气分压力 p v p v max p s (T ) , 方法 2:保持水蒸气含量 p v 不变,降低湿空气温度 T Ts( pv ) 。 解释相对湿度,含湿量的含义。写出水蒸气分压力,相对湿度,含湿量之间的相互关系。 答:(1 )相对湿度:湿空气的绝对湿度 ρv 与同温度下湿空气的最大绝对湿度ρs 之比称为湿空气的相对湿度,即: v 。( 2)含湿量:在湿空气中,与单位质量干 s 空气共存的水蒸气的质量,称为湿空气的含湿量。 ( 3 )水蒸气分压力,相对湿度,含 p v 0.622 p s 湿量的关系为: d 0.622 p s p b p v p b 说明朗肯循环的基本系统组成,指出在每个设备中完成的热力过程。 《工程热力学与传热学》期末复习题 第4页 共12页 答:( 1 )朗肯循环的基本系统组成:锅炉,汽轮机,冷凝器,给水泵。 ( 2)锅 炉中:未饱和水定压加热成为过热水蒸气过程; 汽轮机中: 过热水蒸汽在汽轮机中可 逆绝热膨胀对外作功至冷凝压力过程; 冷凝器中: 湿蒸气可逆定压放热冷凝为饱和水 过程;给水泵中:饱和水在凝结水泵中可逆绝热被压缩过程。 写出朗肯循环热效率的计算公式?分析提高朗肯循环热效率的方法有哪些? 答:( 1 )朗肯循环热效率公式为:由: Q1 h1 h3 ,Q2 h2 h3 得: Q1 Q2 ( h1 h4 ) ( h2 h3 ) h1 h2 ( 2)提高朗肯循环热效率的方法有: Q1 h1 h 4 h1 h3 1)保持蒸汽的初压 p1 ,终压 p2 不变,提高蒸汽的初温 T1 ;2 )保持蒸汽的初温 T1 , 终压 p2 不变,提高蒸汽的初压 p1 ;3)保持蒸汽的初压 p1 ,初温 T1 不变,降低蒸汽 的终压 p2 ; 4)在朗肯循环基础上,改进循环,如采用再热循环,回热循环等。 分析采用再热循环的目的是什么? 答:再热循环的目的主要在于增加蒸汽干度,以便在蒸气初温度限制下可以采用 较高的初压力,从而提高循环热效率。 分析采用回热循环的目的是什么? 答:回热循环的目的主要是提高进入锅炉之前的给水, 且减少冷源损失, 从而提 高循环的热效率。 如图所示为蒸汽一次回热循环的T-s 图,指出图中与回热相关的热力过程,并写出一次回热循环热效率的计算公式。 答:( 1 )与回热有关的热力过程为: T  1 5 1 kg 6 过程 7-8-9 : kg 工质在回热加热器中定压放热过程; 过程 4-9 : (1 ) kg 工质在回热加热器中定压吸热过程。  10 α kg 7 9 8 4 ( 1-α ) kg 3 2 ( 2 )热效率计算公式: 0 s 由: Q1 h1 h10 , ( )( h 2 ) T-s 图 Q2 1 h3 Q1 Q2 (h1 ( ) h 3 ) ( ) h 3 ) 得: Q1 h1 h10 1 h1 h9 17. 如图所示为蒸汽一次再热循环的 T-s 图,指出与一次再热相关  T 1 1 ’ 5 6 7 《工程热力学与传热学》期末复习题 第5页 共12页 4 3 2 2 ‘ 0 s 再热循环 T –s图 的热力过程及过程特点,并写出一次再热循环热效率的计算公式。 答:( 1)与再热有关的热力过程为: 过程 7-1 :工质在再热器中的定压加热过程。 ( 2 )热效率计算公式: 由: Q1 (h1 h 4)( h1 h7 ), Q2 h2 h3 得: Q1 Q2 (h1 h4 ) (h1 h7 ) ( h2 h3 ) 。 Q1 (h1 h 4 ) (h1 h 7 ) 写出傅里叶定律表达式的一般形式,说明其适用条件及式中负号的含义。 答:(1 )傅里叶定律的表达形式用向量式表示:热流量为: Q A t n, 或用 n 热流密度表示为: q t n 。( 2)适用条件:各向同性物体。式中负号含义:负号 n 说明导热热流量的方向与温度梯度的方向共线反向,温度梯度的方向为沿着等温面的 法线方向,并指向温度升高的方向,热流量的方向为温度降落的方向。 写出直角坐标系下,非稳态,常物性,有内热源的导热微分方程形式,写出导温系数的定义式和物理意义。 答:( 1)导热微分方程形式: t 2t 2t 2t , a ( 2 y 2 z 2 ) ;( 2)导温系数: a x c 其物理意义为:材料传播温度变化能力大小的指标。 一个具体导热问题的完整数学描述应包括哪些方面? 答:( 1 )一个具体导热问题的完整数学描述包括:导热微分方程和相应的单值性条件(单值性条件包括 4 个方面:几何条件,物理条件,时间条件和边界条件。 什么是导热问题的单值性条件?它包含哪些内容? 答:( 1 )单值性条件:说明了导热过程的具体特点,是使导热微分方程获得唯 一解的条件。(2 )单值性条件一般包括 4 个方面:几何条件,物理条件,时间条件和边界条件,边界条件又有第一类边界条件, 第二类边界条件和第三类边界条件之分。 说明影响对流换热的因素有哪些?分析在相同的流动和换热壁面条件下,体积热容 ρc大的流体,表面传热系数是大还是小? p 答:( 1)影响对流换热的因素有:流动的起因(自然对流或强迫对流) ,流动的 状态(层流和湍流) ,流体有无相变,流体的物理性质(如: , , , c, 等),换热 表面的几何因素。 ( 2 ) c 反映单位体积流体热容量的大小,在相同的流动和换热壁 面条件下, c 数值愈大,通过对流转移的热量愈多,对流换热愈强烈。 《工程热力学与传热学》期末复习题 第6页 共12页 23. 说明影响对流换热的因素有哪些?分析在相同的流动和换热壁面条件下,导热系数 λ 大的流体,表面传热系数是大还是小。 答:( 1 )影响对流换热的因素有:流动的起因(自然对流或强迫对流) ,流动的 状态(层流和湍流) ,流体有无相变,流体的物理性质(如: , , ,c, 等),换热 表面的几何因素。 (2 )导热系数 λ 愈大的流体,导热热阻愈小,对流换热愈强烈。 说明对流换热微分方程组由哪几个方程组成?它们各自导出的理论依据是什么? 答:( 1 )对流换热的微分方程组包括:连续性方程,动量微分方程,能量微分方 程。( 2)导出的理论依据: 1)连续性方程:根据微元体的质量守恒导出; 2)动量微 分方程: 根据微元体的动量守恒导出; 3)能量微分方程, 根据微元体的质量守恒导出。 什么是流动边界层?什么是热边界层?说明边界层的特点有哪些? 答:( 1 )流动边界层:是流体流过固体表面时,存在着较大的速度梯度,粘性力 起主要作用的流体薄层。 ( 2 )热边界层:是流体流过与之温度不同的固体表面时,存 在着较大的温度梯度,发生热量交换的流体薄层。 ( 3 )边界层的特点: 1 )边界层的 厚度与壁面特征长度相比是很小的量; 2)流场划分为边界层区和主流区; 3 )根据流 动状态,边界层分为层流边界层和湍流边界层。湍流边界层分为层流底层,缓冲层与湍流核心三层。 4 )在层流边界层与层流底层,垂直于壁面方向的热量传递主要靠导热,湍流边界层的主要热阻在层流底层。 分别写出毕渥数 Bi ,努谢尔特数 Nu 的定义式及物理意义。 答:( 1 ) Bi hl ,物理意义为:物体内部的导热热阻 / 与边界处的对流换热 热阻 1/ h 之比。( 2 ) Nu hl ,物理意义为:表征流体在壁面外法线方向上的平均无 量纲温度梯度,其大小反映对流换热的强弱。 努塞尔特数 Nu 和毕渥数 Bi 的表达式的形式完全相同,二者有何区别? 答:努谢尔特数 Nu 与毕渥数 Bi 的表达形式完全相同,但具有不同的物理意义。 1 )毕渥数 Bi 表示在第三类边界条件下的固体导热热阻与边界处的对流换热热阻之比,表达式中的表面传热系数由第三类边界条件确定,导热系数是固体的导热系数, 特征长度是反映固体导热温度场几何特征的尺度。 (2 )努谢尔特数 Nu 反映了对流换 热的强弱,表达式中的表面传热系数是待定参数,导热系数是流体的导热系数,特征 长度是反映对流换热固体表面几何特征的尺度。 28. 分别写出傅里叶数 Fo ,普朗特数 Pr 的定义式及物理意义。 《工程热力学与传热学》期末复习题 第7页 共12页 a 答:( 1 ) Fo 2 ,物理意义为: 分子为从非稳态导热过程开始到 时刻的时间, 分母可理解为温度变化涉及到 2 面积所需要的时间。是非稳态导热过程的无量纲时 间。( 2) Pr ,物理意义为:流体的动量扩散能力与热量扩散能力之比。 a 分别写出雷诺数 Re 和格拉晓夫数 Gr 的定义式和物理意义。 ul ,物理意义为: 表征流体粘性力与惯性力的相对大小, 答:( 1)雷诺数: Re Re 越大,惯性力的影响越大。 g tl 3 根据 Re数的大小可以判断流态; (2 ) Gr 2 , 物理意义为:浮升力与粘性力的相对大小,反映自然对流的强弱。 Gr 越大,浮升力 的相对作用越大,自然对流越强。 30. 简述相似原理的主要内容。 答:相似原理包括相似三定理, ( 1 )相似第一定理:彼此相似的现象,必定具有相同的同名准数的数值; ( 2)相似第二定理:所有相似的物理现象的解必定可用同一个特征数关系式描述; ( 3 )相似第三定理:凡同类现象,若同名已定特征数相等,且单值性条件相似,那么这两个现象一定相似。 说明如何判断两个现象相似? 答:利用相似第三定理判断:凡同类现象,若同名已定特征数相等,且单值性条件相似,那么这两个现象一定相似。 指出组成辐射换热网络的热阻有哪两类?如何表示?当辐射表面为黑体时,热阻如何表示? 答:( 1)组成辐射换热网络的热阻有表面辐射热阻和空间辐射热阻,表面辐射热 阻为 1 ,空间辐射热组为1 。( 2) 当辐射表面为黑体时, 1 ,其表面辐射 A AX1,2 热阻 1 0 ,只有空间辐射热阻 1 。 A AX1,2 写出角系数的相对性,完整性,可加性的表达式。 答:(1)角系数的相对性: A1X1,2 A2X2,1;(2)完整性: n X i , jX i ,1 X i , 2 . . . X i , n ;( 3)可加性: A1 X 1,(2 3) A1 X 1,2 A1X1,3。 i 1 《工程热力学与传热学》期末复习题 第8页 共12页 如图所示为一漫射灰体表面,试指出与此漫灰表面有关的辐射能量有哪些?写出有效辐射,表面净辐射换热量的表达式。 答:( 1 )与此漫射灰体表面有关的辐射能量有:投入辐射 G,吸收辐射 αG,反 射辐 ρG, 辐射力 E=εE,有效辐射 J=E+ρG,灰体表面净辐射换热量: Eb J q 1 什么是黑体?什么是灰体? 答:( 1 )黑体:吸收比 α=1 的物体称为绝对黑体, 简称黑体; (2 )灰体:是指光谱辐射特性不随波长而变化的假想物体。 三 . 计算题 有效辐射法 1. 2 kg 空气经过定温膨胀的可逆过程,从初态压力为 p 1=9.807 bar , t1=300 o C 膨胀到 终态容积为初态容积的 5 倍。试计算: ( 1)空气的终态参数; ( 2 )对外界所作的膨胀 功和交换的热量; ( 3 )热力学能,焓和熵的变化量。设空气的 cp =1.004 kJ/(kg · K) , Rg=0.287 kJ/(kg · K) , K=1.4 。 解:( 1)取空气为热力系统,对可逆定温过程 1-2 ,由参数间的相互关系得: p 2 v2 9.807 1 1.961bar. p1 v1 5 由理想气体状态方程式得; RgT1 0.287 10 3 (273 300) 0.167 7 kg / m3 v1 p1 9.807 105 v2 5v1 0.8385 m3 / kg 定温过程: T1 T2 573 K ( 2 )气体对外所作的功及交换的热量: WT QT p1V1 ln V2 9.807 105 (2 0.1677) ln 5 529.4 kJ V1 ( 3 )过程中热力学能,焓,熵的变化为: U 1 2 0, H 1 2 0, S1 2 mRg ln V2 0.923 8 kJ / K V1 2. 两质量相同,比热容相同(为常数)的物体 A, B,初温各为 T A 与 T B,用它们作高温 热源和低温热源,使可逆机在其间工作,直至两物体温度相等为止。 《工程热力学与传热学》期末复习题 第9页 共12页 试求:( 1)平衡时的温度 Tm ; ( 2)可逆机的总功量; ( 3)如果两物体直接进行热交换至温度相等,求此平衡温度 T m 及两物体的总熵 变。 解:( 1 )取 A, B 物体及热机为孤立系统, 则有: Siso SA SB SE 0 , 其中: S 0 , E Tm dT T m dT 因此: Siso SA SB m c T mc 0 T1 T B T 即: mcln Tm mcln Tm 0, ln T m2 0 TA TB TATB 或 T m2 1,所以 Tm TATB TATB ( 2 )A 物体为有限热源, 过程中放出热量 Q1 ,B 物体为有限冷源, 过程中要吸收热量 Q2 , 并且: Q1 mc (TA Tm ), Q 2 mc( Tm TB), 热机为可逆热机时,由能量守恒: W Q1 Q 2 mc(T1 Tm ) mc (Tm TB ) mc(TA TB 2Tm ) 。 ( 3)两物体直接进行能量交换直至温度相等时,可列出能量守恒方程: mc ( T1 ) ( TA ) T m mc T m 因此: T m TA TB 2 3. 1 Kmol 的理想气体,从初态 p 1=0.5 MPa ,T 1 =340 K 绝热膨胀到原来体积的 2 倍。已 知气体的 C p,m = 33.44 kJ/(mol ·K) , Cv,m = 25.12 kJ/(mol · K),试确定在下述情况下 气体的终温,对外所作的功及熵的变化量。 ( 1 )可逆绝热过程; ( 2)气体向真空自由 膨胀。 解:首先计算比热容比: C p ,m 33.44 1.33 CV ,m 25.12 (1)对可逆绝热过程: 《工程热力学与传热学》期末复习题 第 10页 共 12页 终温: T2 V1 ) 1 340K ( 1 ) 1.33 1 270K 。 T1( 2 V2 W mcV (T1 T2 ) nCV ,m (T1 T2 ) 对外所作的功: 1 103 mol 25.12 J/(mol K ) (340 270) K 1 758 J 熵的变化量: S 0 (2)气体向线 ,又过程绝热,则 Q 0 ,因此由闭口系能量方 程 Q W U ,得 U 0 。 即终温: T2 T1 340 K 熵的变化量: S m(cV ln T2 R g ln V2 ) mRg ln V 2 nR ln V2 T1 V1 V1 V1 1 103 mol 8.314 J /(mol K ) ln 2 5.77 kJ / K 欲设计一热机,使之能从温度为973 K 的高温热源吸热 2 000 kJ ,并向温度为 303 K 的冷源放热 800 kJ 。试确定( 1 )此循环能否实现?( 2 )若把此热机当作制冷机用, 从冷源吸热 800 kJ ,是否可能向热源放热 2 000 kJ ?此时,至少需耗多少功? 解:( 1 )方法 1:利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行, Q Q1 Q 2 2 000 kJ 800 kJ T T1 T 2 973 K 0.585 kJ / K 0 303 K 所以此循环能实现,且为不可逆循环。 或方法 2 :利用孤立系统熵增原理来判断循环是否可行,孤立系统由高温热源,低温热 源,热机及功源组成,因此: Siso SH SLSR Q1 Q 2 2 000 kJ 800 kJ SW 0 0 973 K 0.585 kJ / K 0 T1 T2 303 K 孤立系统的熵是增加的,所以此循环可以实现。 2 )若将此热机当作制冷机使用,使其逆行,显然不可能进行。也可借助与上述方法的任一种重新判断。 若使制冷机能从冷源吸热 800 kJ ,假设至少耗功 W min,根据孤立系统熵增原理, Si iso SHSL SR Q1 Q 2 800 kJ Wnet 800 kJ SW 0 0 973 K 0 T1 T2 303 K 《工程热力学与传热学》期末复习题 第 11页 共 12页 解得: Wmin 1 769 kJ 。 热电厂有一外径为 100 mm 的过热蒸汽管道(钢管) ,用热导率 λ =0.04 W/(m ·K) 的玻 璃棉保温。已知钢管外壁面温度为 400 ℃,要求保温层外壁面温度不超过50 ℃,并且 每米长管道的散热损失要小于 160 W ,试确定保温层的厚度。 解:依题可写出每米长管道的散热损失为:q l t w1 t w 2 , 1 d 2 2 ln d1 若要求每米长管道散热损失小于 160 W ,代入已知数据: 400 50 160 W / l , ln 2 2 3.14 1 0.1 0.04 W /( m K ) 0.1 解之,得: 36 .6 mm 。 某过热蒸汽管道的内,外直径分别为150 mm 和 160 mm ,管壁材料的热导率为45 W/(m ·K),管道外包两层保温材料。 第一层材料厚度为 40 mm ,热导率为 0.1 W/(m ·K). ; 第二层厚度为 50 mm ,热导率为 0.16 W/(m · K) 。蒸汽管道内壁面温度为 400 ℃,保 温层外壁面温度为 50 ℃。试计算:( 1 )各层材料导热热阻; ( 2)每米长蒸汽管道的散 热损失。 解( 1 )首先计算各层材料的导热热阻: 管道层: R t1 1 d 2 1 ln 160 2.28 10 4 m K / W ln 2 2 1 d1 45 150 第一保温层: Rt 2 2 1 ln d3 2 1 ln 240 0.646 m K / W 2 d 2 0.1 160 第二保温层: Rt 3 1 d 4 1 ln 340 0.347 m K / W 2 ln 2 3 d3 0.16 240 ( 2 )单位长度热流量: L t w 1 t w 4 400 50 352.7 W / m Rt 2.28 104 0.646 0.347 《工程热力学与传热学》期末复习题 第 12页 共 12页 1. 如果热力系统与外界之间没有任何形式的能量交换,那么这个热力系统一定是 D 、孤立系统 2. (2.5 分) 理想气体的热力学能只与( )有关。 A、温度 (2.5 分) 理想气体的比热容只与()参数有关。 A、温度 (2.5 分) 以下哪个描述适合自发过程。 C 、一定是不可逆过程 5. (2.5 分) 第二类永动机违反了以下哪个基本定律。 C 、热力学第二定律 6. (2.5 分) 热力循环可分为正向循环和逆向循环,以下循环中为正向循环的是( )。 A 、热机循环 7. (2.5 分) 动力循环的经济性可用热效率来表示,热机的热效率( )B 、总是小于 1 8. (2.5 分) 制冷循环的经济性可用制冷系数来表示,制冷机的制冷系数( ) D、都有可能 9. (2.5 分) 热泵循环的经济性可用供热系数来表示,热泵的供热系数( )B、大于 1 10. (2.5 分) 任何可逆循环的热效率都( )卡诺循环的热效率。 D、无法比较 11. (2.5 分) 任何可逆循环的热效率都( )不可逆循环的热效率。 D 、无法比较 (2.5 分) 工质的压力可以用绝对压力,表压力和真空度来表示,以下哪种压力可以作为工质的状态参数 A、绝对压力 13. ( 2.5 分) 在相同的高温恒温热源和低温恒温热源间工作的任何可逆热机的热效率都( )卡诺热机的 热效率。 B 、等于 14. ( 2.5 分) 在相同的高温恒温热源和低温恒温热源间工作的任何可逆热机的热效率都( )不可逆热机 的热效率。 A 、大于 (2.5 分) 若工质分别经历可逆过程 A 和不可逆过程 B ,均从同一初始状态出发,而两过程中工质从 B 、SA=SB 16. (2.5 分) 如果从同一初态出发到达同一终态有两个过程:可逆过程 A 和不可逆过程 B ,则两过程的 熵变关系是 ( ). B、 SA= SB 17. (2.5 分) 等熵过程一定是一个( )过程。 C 、两种情况都有可能 18. ( 2.5 分) 当 m 公斤的河水和 G 公斤的沸水具有相同的热能时,它们的可用能( )。 C 、沸水可用 能多 (2.5 分) 若组成热力系统的各部分之间没有热量传递,热力系统将处于热平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( )。 A 、温度差 (2.5 分) 若组成热力系统的各部分之间没有相对位移,热力系统将处于力平衡状态。此时热力系统 内部一定不存在( )。 B、压力差 21. (2.5 分) 等量空气从相同的初态出发,分别经过可逆绝热过程 A 和不可逆绝热过程 B 到达相同的终 态,两个过程中空气热力学能变化的关系为( )。 C、 UA= UB 22. ( 2.5 分) 热力系统的总储存能包括内部储存能和外部储存能,下列哪种能量是内部储存能。 A 、热力 学能 23. (2.5 分) 第一类永动机违反了以下哪个基本定律。 A、热力学第零定律 24. (2.5 分) 封闭热力系内发生可逆定容过程时,系统一定不对外作( )。 C 、体积变化功 25. (2.5 分) 下面所列物理量中,哪一个不是系统的状态参数。 D、流动功 多选题 (共 12 道题 ) 收起 26. (2.5 分) 工质从同一初态出发,分别经历可逆过程和不可逆过程达到相同的终态,则两过程中( ) 相同。 C 、热力学能的变化 D 、焓的变化 ( 2.5 分) 自发过程是指不需要任何外力作用,就能自动进行的过程,分析下列哪些过程是自发过程。 A 、混合过程 B 、自由膨胀过程 ( 2.5 分) 自发过程是指不需要任何外力作用,就能自动进行的过程,分析下列哪些过程是自发过程。 A 、热由高温物体传到低温物体 B 、摩擦生热过程 《工程热力学与传热学》期末复习题 第 13页 共 12页 29. (2.5 分) 以下哪种表述是热力学第二定律的表述。 C 、不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起 其它变化。 D 、不可能从单一热源取热,并使之全部转变为功而不产生 其它影响。 30. (2.5 分) 理想气体的等温热力过程一定也是( )热力过程。 A 、等热力学能 B、等焓 ( 2.5 分) 自发过程是指不需要任何外力作用,就能自动进行的过程,分析下列哪些过程是自发过程。 A 、混合过程 B 、自由膨胀过程 (2.5 分) 以下哪种表述是热力学第二定律的表述。 C、不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。 D 、不可能从单一热源取热,并使之全部转变为功而不产生 其它影响。 (2.5 分) 系统与外界之间可以进行热量和功量交换,在热力学中,通常规定,系统吸收热量时,热 量为( ),系统放出热量时,热量为()。 A、正 B 、负 (2.5 分) 系统与外界之间可以进行热量和功量交换,在热力学中,通常规定,系统对外作功时,功 量为( ),外界对系统作功时,功量为( )。 A 、正 B、负 36. (2.5 分) 工质从同一初态出发,分别经历可逆过程和不可逆过程达到相同的终态,则两过程中( ) 相同。 C 、热力学能的变化 D 、焓的变化 我的答案: CD 此题得分: 2.5 分 37. (2.5 分) 理想气体的等温热力过程一定也是( )热力过程。 A 、等热力学能 B 、等焓 判断题 (共 3道题) 收起 38. (2.5 分) 闭口系统具有恒定的质量 ,但具有恒定质量的系统不一定就是闭口系统。 正确 (2.5 分) 孤立系统一定是闭口的 ,反之则不然。 正确 40. (2.5 分) 孤立系统一定是绝热系统,但绝热系统不一定都是孤立的。 正确 1. (2.5 分) 干饱和蒸汽被定熵压缩,将变为: D 、过热蒸汽 2. (2.5 分) 湿空气的 d 一定时,温度越高,其吸湿能力: A 、越强 3. (2.5 分) 湿空气压力一定时,其中水蒸气的分压力取决于: A、含湿量 (2.5 分) 再热循环的目的是: D 、增加蒸汽干度 (2.5 分) 回热循环的主要目的是: D 、提高进入锅炉的给水温度 6. (2.5 分) 以下哪中传热方式是热量传递的基本方式: A 、热传导 7. (2.5 分) 对于同一种物质来说,哪种状态下的热导率值最大。 A 、固态 多选题 (共 2 道题) (2.5 分) pV=nRT 公式适用于: B、湿空气 C、理想气体 (2.5 分) 热量传递的基本方式有: A 、热传导 B 、热对流 C 、热辐射 10. (2.5 分) 未饱和湿空气是由干空气和湿蒸汽组成的湿空气。 错误 (2.5 分) 饱和水的干度 x=0 ,干饱和蒸汽的干度 x=1 正确 12. (2.5 分) 未饱和水的干度 x 0 ,过热蒸汽的干度 x 1 错误 13. (2.5 分) 湿空气可以看作是理想气体的混合物。 正确 14. (2.5 分) 因为湿空气中含有水蒸气,因此湿空气不能被看作是理想气体 错误 15. (2.5 分) 相对湿度越小,湿空气中水蒸气偏离饱和状态越远,空气越干燥。 正确 16. (2.5 分) 在蒸汽初压和冷凝压力不变的条件下,提高蒸汽初温,可以提高朗肯循环的热效率。 正确 17. (2.5 分) 在蒸汽初压和蒸汽初温不变的条件下,提高冷凝压力,可以提高朗肯循环的热效率。 错误 18. (2.5 分) 在蒸汽初温和冷凝压力不变的条件下,提高蒸汽初压,可以提高朗肯循环的热效率。 正确 19. (2.5 分) 无论固体,液体,还是气体,只要有温度差,它们在接触时就会发生导热现象。 正确 20. (2.5 分) 临界点时,饱和液体的焓等于干饱和蒸汽的焓。 正确 21. (2.5 分) 单纯的导热只能发生在密实的固体中。 正确 22. (2.5 分) 温度梯度是沿着等温面的法线方向,并且指向温度升高的方向。 正确 (2.5 分) 针对各向同性介质,傅立叶定律中的负号说明温度梯度的方向和热量传递的方向共线 分) 热对流只能发生在流体之中,而且必然伴随有微观粒子热运动所产生的导热。 正确 (2.5 分) 对流换热是热量传递的基本方式。 错误 26. (2.5 分) 材料的热导率数值大小反映了材料的导热能力,是物体的物性量。 正确 27. (2.5 分) 对流换热的表面传热系数大小反映了对流换热的强弱,是物体的物性量。 错误 28. (2.5 分) 所有温度大于 0K 的实际物体都具有发射热辐射的能力。 正确 29. (2.5 分) 热辐射过程中,不仅有能量的传递,而且还有能量形式的转化。 正确 《工程热力学与传热学》期末复习题 第 14页 共 12页 (2.5 分) 温度不同的两个物体之间可以进行辐射换热,温度相同的两个物体之间不发生辐射换热。错误 (2.5 分) 某液体的温度为 T ,若其压力大于 T 对应的饱和压力,则该液体一定处于未饱和液体状态。正确 32. (2.5 分) 热辐射可以不依靠中间介质,在线 分) 对于同一种物质来说,固态的热导率值最大,气体的热导率值最小。 正确 34. (2.5 分) 知道了温度和压力,就可以确定水蒸气的状态。 错误 (2.5 分) 水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W 错误 36. (2.5 分) 相对湿度为 φ=0 时,说明空气中完全没有水蒸气。 正确 (2.5 分) 相对湿度为 φ=1 时,说明空气中都是水蒸气。 错误 38. (2.5 分) 空气的相对湿度越大,其含湿量越高。 错误 39. (2.5 分) 对未饱和湿空气,露点温度即水蒸气分压力所对应的水的饱和温度。 正确 40. (2.5 分) 饱和湿空气是由干空气和干饱和水蒸气组成的湿空气。 正确 孤立系统的热力学状态不能发生变化。 错误 2.( 2.5 分) 系统中工质经历一个可逆定温过程,由于没有温度变化,故该系统中工质不能与外界交换热 量。错误 3. (2.5 分) 封闭热力系内发生可逆定容过程时,系统一定不对外作容积变化功。 正确 4. (2.5 分) 封闭热力系中,不作膨胀功的过程一定是定容过程。 错误 5. (2.5 分) 气体膨胀时一定对外作功。 错误 6. (2.5 分) 工质吸热后一定会膨胀。 错误 7. (2.5 分) 根据热力学第一定律,任何循环的净热量等于该循环的净功量。 正确 8. (2.5 分) 热力过程中,工质向外界放热,其温度必然降低。 错误 9.( 2.5 分) 工质从同一初态出发,分别经历可逆过程和不可逆过程达到相同的终态,则两过程中工质与 外界交换的热量相同。 错误 10. (2.5 分) 工质所作的膨胀功与技术功,在某种条件下,两者的数值会相等。 正确 11. (2.5 分) 功不是状态参数,热力学能与推动功之和也不是状态参数。 错误 12. (2.5 分) 平衡状态的系统不一定是均匀的,均匀系统则一定处于平衡状态。 正确 13. (2.5 分) 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态,而与工质经历的过程无关。 正确 14. (2.5 分) 不可逆性是自发过程的重要特征和属性。 正确 (2.5 分) 非自发过程就是不能进行的过程。 错误 16. (2.5 分) 有人说:“自发过程是不可逆过程,非自发过程就是可逆过程”。这种说法对吗? 错误 17. (2.5 分) 热力学第二定律可否表述为“功可以完全变为热,而热不能完全变为功。” 错误 18. (2.5 分) 第二类永动机不仅违背了热力学第二定律,也违背了热力学第一定律。 错误 19. (2.5 分) 工质经过一个不可逆循环,不能恢复原状态。 错误 20. (2.5 分) 制冷循环为逆向循环,而热泵循环为正向循环。 错误 (2.5 分) 一切可逆热机的热效率都相等。 错误 22. (2.5 分) 任何可逆循环的热效率都不可能大于卡诺循环的热效率。 错误 23. (2.5 分) 摄氏温度的零点相当于热力学温度的 273.15K 。正确 24. (2.5 分) 在任何情况下,向气体加热,熵一定增加;气体放热,熵总减少。 错误 25. (2.5 分) 熵增大的过程必为不可逆过程。 错误 (2.5 分) 熵减小的过程是不可能实现的。 错误 27. (2.5 分) 只要有不可逆性就会有熵产,故工质完成一个不可逆循环,其熵的变化量必大于 0。 错误 (2.5 分) 不可逆过程必为熵增过程。 错误 (2.5 分) 不可逆绝热过程必为熵增过程。 正确 (2.5 分) 不可逆过程不可能为等熵过程。 错误 31. (2.5 分) 封闭热力系统发生放热过程,系统的熵必减少。 错误 (2.5 分) 吸热过程必是熵增过程。 正确 33. (2.5 分) 可逆绝热过程是定熵过程,反之,亦然。 错误 34. (2.5 分) 只有绝对压力才能表示工质所处的状态,才是状态参数。 正确 35. (2.5 分) 当 m 公斤的河水和 G 公斤的沸水具有相同的热能时,它们的可用能一定相同。 错误 36. (2.5 分) 只有平衡状态,才能在状态参数坐标图上用一个对应点来表示。 正确 37. (2.5 分) 不平衡过程,一定是不可逆过程; 正确 38. (2.5 分) 不可逆过程就是指工质不能恢复原来状态的过程; 错误 39. (2.5 分) 一个可逆过程必须同时也是一个准平衡过程,但准平衡过程不一定是可逆的。 正确 40. (2.5 分) 功可以全部转变为热,但热不能全部转变为功。 错误 《工程热力学与传热学》期末复习题 第 15页 共 12页

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