工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)試題

1、姓名： 班級： 學(xué)號： 工程熱力學(xué)傳熱學(xué)總分題號一二三四五得分All the answers be written on the answer sheetThermodynamics一. PROBLEMS ( 30 points for total )1 Consider a well insulated rigid tank that is divided into two compartments by a partition. Initially, one side holds air, while the other side is evacuated. The partition I

2、s now removed, and the air fills the entire tank. Analysis: (1) the change of internal energy of the air;(2) Is the work done by air? （6 points）2 Write the applicable conditions of the expressions.（8 points）.(1); (2); (3); (4) 3 Describe the change of enthalpy（焓）of ideal gas during a process from an

3、 initial state 1 to a final state 2 in T-s diagram.（4 points）4 A system undergoes a process between two fixed states first in a reversible manner and then in an irreversible manner. For which case is the entropy change greater? Why? （4 points）5 According to the T-s figure of an ideal regenerative ra

4、nkle cycle（回?zé)嵫h(huán)）, describe the thermal processes involved in the cycle. Write the expression of thermal efficiency. （8 points）二. CALCULATION（30 points for total）1 Consider a well insulated horizontal rigid cylinder that is divided into two compartments by a piston that is free to move but does not a

5、llow either gas to leak into the other side. Initially, one side holds 0.5kg of the ideal gas at 30C, and 0.4MPa, while the other side holds 0.5kg of the same ideal gas at 30C, and 0.12MPa. Now thermal equilibrium is established in the cylinder as a result of heat transfer through the piston.（1） Fin

6、d expressions for the equilibrium temperature T and pressure P reached. （2） Calculate the entropy changes for A and B and the total entropy change of the cylinder. Assume that Cv,m is constant, Rg=0.287kJ/(kg.K). （15 points）2 An inventor claims to have devised a heat pump which exchanges heat with r

7、eservoirs at 393K and 300K, the work is provided by a heat engine which exchanges heat with two constant temperature reservoirs at 1200 K and 300 K. The heat engine absorbs heat QH=1100 kJ, produces work Wnet=742.5kJ Determine：(1) Can the heat engine work? reversible or irreversible?(2) If the heat

8、pump rejects heat Q1=2400 kJ，can the heat pump work? reversible or irreversible?(3) The maximum amount of heat that heat pump produces Q1,max.（15 points）Heat Transfer三. PROBLEMS ( 24 points for total )1 Describe the expressions (1) Fouriers law; (2) Fin efficiency;(3) The surface resistance to radia

9、tion（表面輻射熱阻）;(4) The space resistance to radiation（空間輻射熱阻）.（6 points）2 The nondimensionalized equation of laminar boundary layer on a flat plate of constant temperature is . Write the definitions and meanings of Nu, Re, Pr.（6 points）3 Describe the characteristics of the velocity and thermal boundary

10、 layer.（6 points）4 The figure shows a ideal gray diffuse surface.Try to write the radiation energy involved with the surface. Write the expressions of radiosity（有效輻射） and net radiation heat transfer（凈輻射熱流）of the surface. （6 points）四. CALCULATION（16 points for total）A Steam pipe with an outside radiu

11、s of 4cm is covered with a layer of asbestos（石棉）insulation =0.15W/(m.) 1cm thick, which is in turn covered with fiberglass（玻璃纖維）insulation =0.05W/(m.) 3cm thick. The outside surface of the steam pipe is at a temperature of 330, and the outside surface of the fiberglass insulation is at 30.Determine

12、(1) the heat transfer rate per meter length of the pipe and; (2) the interface temperature between the asbestos and the fiberglass insulation. 中國石油大學(xué)（北京）2006-2007學(xué)年度第一學(xué)期儲運2004工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)期末試卷A卷（閉卷）工程熱力學(xué)部分五. 判斷對錯（每題1分，共計5分）1 氣體被壓縮時一定消耗外功；（ ）2 理想混合氣體中，各組元的體積分?jǐn)?shù)等于其摩爾分?jǐn)?shù)；（ ）3 不可逆過程的熵變無法計算；（ ）4 當(dāng)m公斤的河水與G公斤的沸水

13、具有相同的熱力學(xué)能時，它們的可用能一定相同；（ ）5 濕空氣的含濕量d一定時，溫度越高，其吸濕能力越強；（ ）六. 問答題（共計18分）1. 將滿足以下要求的理想氣體多變過程表示在同一個p-v圖和T-s圖上(1)理想氣體的定溫，定壓，定容和定熵過程；(2)工質(zhì)又膨脹，又降溫，又放熱的多變過程。（5分）2. 欲設(shè)計一臺熱機，使之能從溫度為973K的高溫?zé)嵩次鼰?000 kJ，并向溫度為303K的低溫?zé)嵩捶艧?00 kJ，問此循環(huán)能否實現(xiàn)？（4分）3. 解釋濕空氣的露點溫度，說明將未飽和濕空氣轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜐窨諝獾姆椒?。?分）4. 如圖為蒸汽一次回?zé)嵫h(huán)的T-s圖， 指出各相應(yīng)過程的特點，并寫出熱效

14、率的計算公式。（5分）七. 計算題（共計30分）1 有一汽缸和活塞組成的系統(tǒng)，汽缸壁和活塞均由絕熱材料制成，活塞可在汽缸中無摩擦地自由移動。初始時活塞位于汽缸中間，A，B兩側(cè)各有1 kg空氣，兩邊的壓力、溫度都相同, 并有PA1= PB1 =0.45 MPa，TA1= TB1= 900K。現(xiàn)對A側(cè)冷卻水管通水冷卻，A側(cè)壓力逐漸降低，直至壓力降低到PA2= PB2= 0.3 MPa時。試計算：（1） A，B兩側(cè)的體積，溫度是多少？（2） 冷卻水從系統(tǒng)帶走的熱量是多少？（3） A，B腔內(nèi)氣體的熵變及整個氣體組成的系統(tǒng)熵變是多少？按定值比熱容計算。且k=1.4, cV=0.717 kJ/(kgK)

15、。（15分）2 將1 kmol理想氣體在400K下從0.1 MPa緩慢地定溫壓縮到1.0 MPa，試計算下列三種情況下此過程氣體的熵變，熱源的熵變和總熵變。（1） 過程無摩擦，熱源溫度為400K；（2） 過程無摩擦，熱源溫度為300K；（3） 過程有摩擦，比可逆壓縮多消耗20%的功，熱源溫度為300K。（15分）傳熱學(xué)部分四. 回答問題（共計21分）5 一個具體導(dǎo)熱問題的完整數(shù)學(xué)描述應(yīng)包括哪些方面？寫出直角坐標(biāo)系，無內(nèi)熱源，常物性，非穩(wěn)態(tài)三維導(dǎo)熱的微分方程。（4分）6 寫出如圖角部邊界節(jié)點溫度的有限差分方程式。（2分）7 流體自然對流換熱特征數(shù)關(guān)聯(lián)式包括哪些準(zhǔn)則，寫出各準(zhǔn)則的表達形式及物理意義

16、。（6分）8 以流體外掠平板時流動邊界層為例，分析說明邊界層內(nèi)熱量交換的特點。（5分）9 如圖，兩表面組成一封閉系統(tǒng)，試確定角系數(shù)的值。已知兩表面面積A1，A2。（4分）五. 計算題（共計26分）1 用熱電偶測量氣體的溫度。熱電偶近似為球形，直徑為0.5mm，初始溫度為25，被突然放于表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為95 W/(m2.K)，溫度為120的氣流中。試計算：（1） 熱電偶的過余溫度為初始過余溫度的1% 時需要多少時間？（2） 這時熱電偶指示的溫度是多少？已知熱電偶材料的 l=67 W/(m.K)，= 8930 kg/m3, 比熱c = 400 J/(kg.K)。（12分）2 兩塊平行放置的鋼板之間的

17、距離與其長和寬相比，可以忽略不計，已知它們的溫度分別為t1=527 ，t2=27 ，發(fā)射率為1=2=0.8。試計算：（1） 板1的自身輻射；（2） 板1的有效輻射；（3） 板1的投入輻射；（4） 板1的反射輻射；（5） 板1，2的凈輻射換熱量。（14分）中國石油大學(xué)（北京）2006-2007學(xué)年度第一學(xué)期儲運2004工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)期末試卷A卷答案工程熱力學(xué)部分一. 判斷對錯（每題1分，共計5分）1 ； 2 ； 3 X； 4 X； 5 。二. 問答題（共計18分）1 （5分）2 （4分）答：法1：利用克勞修斯積分式判斷循環(huán)是否可行：，因此此循環(huán)能實現(xiàn)，且為不可逆循環(huán)。法2；利用孤立系統(tǒng)熵增原

18、理判斷循環(huán)是否可行；孤立系統(tǒng)由高溫?zé)嵩?，低溫?zé)嵩?，熱機和功源組成。 ，故此循環(huán)能實現(xiàn)。3 （4分）答：濕空氣中水蒸氣分壓力所對應(yīng)的飽和溫度，稱為露點溫度。將未飽和濕空氣轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜐窨諝獾姆椒ㄓ袃煞N：法1：濕空氣溫度T一定時，增加水蒸氣分壓力 , 法2：保持水蒸氣含量不變，降低濕空氣溫度。4 （5分）答：熱力過程為：10-5-6-1 鍋爐中未飽和水定壓加熱成過熱水蒸氣過程；1-7 過熱蒸汽在汽輪機中可逆絕熱膨脹過程；1-2 過熱蒸汽在汽輪機中可逆絕熱膨脹對外作功至冷凝壓力過程；2-3 冷凝器中可逆定壓放熱過程；3-4 飽和水在凝結(jié)水泵中可逆絕熱被壓縮過程；4-9 工質(zhì)在回?zé)峒訜崞髦斜欢▔杭訜徇^程

19、；7-8-9 工質(zhì)在回?zé)峒訜崞髦卸▔悍艧徇^程；9-10 工質(zhì)在給水泵中可逆絕熱被壓縮過程。熱效率：由：得：三. 計算題（共計30分）1 （15分）解：（1）根據(jù)題意，B側(cè)為可逆絕熱膨脹過程，終態(tài)時A，B兩側(cè)壓力相同，且過程中總體積不變，即。初始時：先取B為熱力系，進行可逆絕熱過程，故有：，。A熱力系：，。（2） 再取（A+B）為熱力系統(tǒng)，整個系統(tǒng)對外不作功。有： （3）求熵變：整個汽缸絕熱系的熵變：2 （15分）解：（1）此過程為可逆過程。對于可逆的定溫壓縮過程，消耗功量：因此，由閉口系統(tǒng)能量守恒得：將氣體和熱源看成孤立系統(tǒng)，孤立系統(tǒng)經(jīng)歷可逆過程，由孤立系統(tǒng)熵增原理得：其中： （2）熱源和氣體之間進行有溫差的傳熱過程，故該過程為不可逆過程。因為氣體的初終狀態(tài)保持不變，則氣體的熵變?nèi)詾椋?熱源熵變：于是整個孤立系統(tǒng)熵變?yōu)椋海?）熱源和氣體之