熱力學(xué)與傳熱學(xué)

1、熱力學(xué)與傳熱學(xué)綜合復(fù)習(xí)題一、判斷說明下列說法是否正確，并說明理由。1、某種理想氣體經(jīng)過一個(gè)不可逆循環(huán)后，其熵的變化值大于零。2、功的數(shù)值僅僅取決于工質(zhì)的初態(tài)和終態(tài)，與過程無關(guān)。3、理想氣體吸熱后，溫度一定升高。4、牛頓冷卻公式中的 t可以改為熱力學(xué)溫度之差 T。5、工質(zhì)進(jìn)行膨脹時(shí)必須對(duì)工質(zhì)加熱。6、在溫度同為 Ti的熱源和同為 T2的冷源之間工作的一切不可逆循環(huán)，其熱 效率必小于可逆循環(huán)。7、工質(zhì)的熵增就意味著工質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)吸熱過程。8、已知濕蒸汽的壓力和溫度，就可以確定其狀態(tài)。9、同一溫度場中兩條等溫線可以相交。二、簡答題 1有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中進(jìn)行冷卻。為使稀飯涼的更快一些，你 認(rèn)

2、為他應(yīng)該攪拌碗中的稀飯還是盆中的涼水？為什么？2對(duì)于高溫圓筒壁來說，加保溫層一定能降低對(duì)外散熱量，對(duì)嗎？為什么？3在寒冷的北方地區(qū)，建房用磚采用實(shí)心磚還是多孔的空心磚好？為什么？ 4同一物體內(nèi)不同溫度的等溫線能夠相交，對(duì)嗎？為什么?5、在某廠生產(chǎn)的測溫元件說明書上，標(biāo)明該元件的時(shí)間常數(shù)為1 秒。從傳熱學(xué)角度，你認(rèn)為此值可信嗎？為什么？三、計(jì)算題1. 一循環(huán)，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰?3.4氷06 kJ,輸出功率1.1 XO6 kJ。試計(jì)算該 循環(huán)的熱效率 n。若循環(huán)是在溫度分別為 577 C和30 C的恒溫?zé)嵩撮g完成的， 試 計(jì)算該循環(huán)的熱效率 n與同溫限下卡諾循環(huán)的熱效率 n之比。2 .可視為理想

3、氣體的空氣在活塞中從1 bar、20C經(jīng)歷一可逆絕熱過程后，壓力升為6bar。已知空氣的比定壓熱容 Cp=1.0 kJ/(kg K)，比定容熱容cv=0.71 kJ/(kg K)。 試計(jì)算該過程終了時(shí)空氣的溫度,每千克空氣所作的膨脹功。3. 有一直徑為5cm初始溫度為400C的鋼球，將其突然放到溫度為30C的空氣中。設(shè)鋼球表面與周圍環(huán)境間的總換熱系數(shù)為24 W/(m 2 K)，試計(jì)算鋼球冷卻到180 C所需的時(shí)間。已知鋼球的c=480 J/(kg K), p =7753 kg/用，入=33 W/(mK)。34. 將氧氣壓送到容積為2m 的儲(chǔ)氣罐內(nèi),初始時(shí)表壓力為 0.3bar ,終態(tài)時(shí)表 壓力

4、為3bar,溫度由11=45C升高到12=80 C。試求壓入的氧氣質(zhì)量。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?Pb=760mmH,g 氧氣 Rg=260J/(kg K)。5. 流體受迫地流過一根內(nèi)直徑為25 mm 的直長管,實(shí)驗(yàn)測得管內(nèi)壁面溫度為120 C,流體平均溫度為 60 C,流體與管壁間的對(duì)流換熱系數(shù)為350 W/(m 2 K)。試計(jì)算單位管長上流體與管壁間的換熱量。6. 相距甚近而平行放置的兩個(gè)面積相等的灰體表面,黑度各為0.6 和 0.5,溫 度各為700C和350C,試計(jì)算它們之間的輻射換熱量。7. 一諾熱機(jī)工作于 500 C和200 C的兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g。已知該卡諾熱機(jī)每秒中從高溫?zé)嵩次?00 kJ

5、,求該卡諾熱機(jī)的熱效率及輸出功率。8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(dǎo)熱系數(shù)為 0.10 W/(m K)。已知管子外表面溫度為250 C,保溫層外表面的溫度為38C，試求單位管長的熱損失。9一定量的空氣,經(jīng)過下列四個(gè)可逆多變過程組成的循環(huán)。試求：(1)填充第 3 頁 共 14 頁F表所缺數(shù)據(jù)；(2)循環(huán)凈功；(3)該循環(huán)的熱效率。過程Q(kJ) U(kJ)W (kJ)1-2121002-302503-4-98004-1010、 厚為36 mm的無限大平壁，兩側(cè)表面溫度分別為 50 C和20 C。已知平 壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為 入=0.56(

6、1+0.0018t) W/(m K)(其中t的單位為C )，試計(jì)算通 過平壁的熱流密度。11、 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，容積是左邊的5倍。如將隔板抽去，空氣迅速膨脹，充滿整個(gè)容器。試求：該過程中1千克空氣的熱力學(xué)能、溫度和熵的變化。【空氣Rg=287J/(kg K)12、 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20 C的大房間中。已知圓筒壁外表面與空氣的純對(duì)流換熱系數(shù)為 7.03W/(m 2 K)，試計(jì)算單位長度圓筒壁散失到房間中的總熱量。第5頁共14頁綜合復(fù)習(xí)題參考答案一、判斷下列說

7、法是否正確，并說明理由。1、不正確。原因：熵是狀態(tài)參數(shù)，不管循環(huán)是否可逆，工質(zhì)的熵變均為零。2、不正確。原因：功是過程量，其數(shù)值與工質(zhì)所經(jīng)歷的中間途徑有關(guān)。即使 初終態(tài)相同，但若經(jīng)歷的途徑不同，功值是不同的。3、不正確。原因：氣體吸熱Q0，而 U=Q-W，理想氣體 U=mcv T,貝U T是否大于零還取決于 W的大小。4 、正確。原因：攝氏度與熱力學(xué)溫度的溫差相等，t = T。5 、不正確。原因：工質(zhì)也可進(jìn)行絕熱膨脹。6、正確。原因：卡諾定理二7 、不正確。原因：在可逆過程中，工質(zhì)的熵增意味著工質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)吸熱過程。 但在不可逆過程中，由于不可逆因素引起的熵產(chǎn)恒大于零。因此即使是絕熱過程， 工質(zhì)

8、的熵增也可能大于零。8、不正確。原因：濕蒸汽的壓力與溫度是互相對(duì)應(yīng)的數(shù)值，不是相互獨(dú)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(gè)獨(dú)立參數(shù)才行， 如干 度 x。9、不正確。原因：同一物體內(nèi)任一點(diǎn)在同一瞬間只有一個(gè)溫度值，不可能具 有兩個(gè)以上的溫度。二、簡答題1答： 應(yīng)該攪拌碗中的稀飯。這是一個(gè)傳熱過程。相對(duì)而言，稀飯側(cè)的對(duì)流 換熱系數(shù)較小、 換熱熱阻較大。 攪拌稀飯時(shí)增大了其對(duì)流換熱系數(shù)， 最大限度的降 低總傳熱熱阻，可顯著地增強(qiáng)傳熱，加速冷卻速率。2答： 不對(duì)。因?yàn)閷?duì)于圓筒壁的保溫，存在一個(gè)臨界熱絕緣直徑dc 問題。當(dāng)圓筒壁外徑大于臨界熱絕緣直徑dc 時(shí)，加保溫層一定能降低散

9、熱量；但當(dāng)圓筒壁外徑小于臨界熱絕緣直徑 de時(shí)，在一定的保溫層厚度范圍內(nèi)，其散熱量是增加的。3.答：采用多孔的空心磚較好。因?yàn)闅怏w的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)小于固體的熱導(dǎo)率，相 對(duì)實(shí)心磚而言，空心磚的熱導(dǎo)率較小、導(dǎo)熱熱阻較大，在冬天可減少房屋的散熱 損失，利于保溫。4. 答：不對(duì)。同一物體內(nèi)任一點(diǎn)在同一瞬間只有一個(gè)溫度值，不可能具有兩 個(gè)以上的溫度。5. 答：不可信。因?yàn)闇y溫元件的時(shí)間常數(shù)不僅取決于其幾何參數(shù)、物理性質(zhì), 還同換熱條件有關(guān)。它隨著具體的測溫過程而變化，并不是一個(gè)確定的數(shù)值。三、計(jì)算題1.解：循環(huán)熱效率的計(jì)算： 相應(yīng)卡諾循環(huán)的熱效率：eWoQ1.1 io63.4 106100%32.35%二者比

10、值為:T2T39 273.15577 273.150.6434 64.34%丄咤0.5028e 64.34%2.解：p1=1barp2=6barT1=20+273.15=293.15Kk=cp/cv=1.4k 1由題意知：1宀2為可逆絕熱過程，則t2 T1上 293.15P11.4 16 492.69K1U1,20/ 仃2TJ0.71 (492.69 293.15)141.68kJ/kg3 .解：d=5cm=0.05mu 141.68kJ/kg對(duì)球體V/A=R/3M=1/3則h(V/A)hR24 0.0250.006 01可用集總參數(shù)法計(jì)算33 333hAtteVc則-cV . In0 tth

11、A0R=d/2=0.025 mt0=400 Ct =30 C代入數(shù)據(jù)，7753 480 0.025180 301166 66ln1166.66s24 3400 304.解：V=2 m 3pb=760mmHg=1.01325barp=pe+pbpi=pei+pb=0.3+1.01325=1.31325 bar理想氣體狀態(tài)方程：pV=mR gTp2=pe2+pb=3+1.01325=4.01325 bar初態(tài)時(shí)罐內(nèi)氧氣質(zhì)量為piVm1RgTl1.31325 105 2260 (45 273.15)3.178 kg終態(tài)時(shí)罐內(nèi)氧氣質(zhì)量為m2P2V4.01325 1052260 (80 273.15)8

12、.748kg則壓入的氧氣質(zhì)量為m=m 2-m 1 =8.748-3.178=5.57 kg5 解：管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱問題。由牛頓冷卻公式計(jì)算:l hA(tw tj/l h d(tw tf)350 3.14 0.10.025 (120 60) 164934 w/m6 .解：T1=700+273.15=973.15KT2=350+273.15=623.15K由題意知，A1=A2=A X1,2= X 2,1 = 1.0Eb1 Eb2A( Eb1Eb2)1,2q1,21A1A1 X 1,2Eb1Eb2A2b(T： T；)第9頁共14頁15863.087 W/m25 67 1 0 8 ( 973.1546

13、 23.154)丄丄10.60.57 .解：該卡諾熱機(jī)的熱效率:T2200 273.15c1-1 -0.38838.8%T1500273.15輸出功率為：p01 c 100 0.38838.8kW8 解：此為通過圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題。由題意知：di=120mmd2=di+2 =120+2 25=170mmtwi=250oC tw2=38cC則 i tw1 250 38382.432 :W/m:11 , d21, 170In -In2 d12 3.14 0.101209 .解：(1)填表對(duì)每一過程有：Q= U+W對(duì)循環(huán)有:dU 0Q0 W0過程Q(kJ) U(kJ)W (kJ)1-21210(1

14、210)02-30(-250)250:3-4-980(-980)04-10(20)(-20)(2) 循環(huán)凈功W0=W 1-2+W2-3+W 3-4+W4-1 =0+250+0-20=230 kJ或 W0=Q0=1210+0-980+0=230kJ(3) 循環(huán)熱效率Q1=1210 kJWoQ123012100.1919%10解：大平壁的平均溫度為tm=(tw1+tw2)/2=(50+20)/2=35 C平均熱導(dǎo)率為:m=0.56( 1+0.0018tm) =0.56 (0+0.001835) = 0.5953 W/(m K)熱流密度為：q -0.595350 200.036496.07 W/m1

15、1解：以容器內(nèi)的空氣為研究對(duì)象。已知:T1=300K p1=600kPa V 2/V 1=6(1) 滿足q= u+w 絕熱q=0 自由膨脹w=0A1= dl X1,2=1.0A 1?A2A1 (EbW Eb )r111A1 121 X 1,2A221A(E bWEb )b(TW T4)0.763.140.15.67 10 8(373.154293.154)162.49 W/m再求對(duì)流換熱量Cl:cl hcd (tw)7.03 3.14 0.1(10020)176.68 W/m則總散熱損失為:176.68162.49 339.17w/m貝U u=q-w=O(2) u=Cv (T2-T1) =0，

16、則 T2=Ti(3) s=Rg|n (V2/V1) =287 x In(6)=514 J/(kg K)12.解：這是一個(gè)復(fù)合表面的換熱問題，該圓管壁既與周圍氣體有對(duì)流換熱,又與周圍環(huán)境有輻射換熱。T =20+273=293K先求輻射換熱量rl：已知Tw=100+273=373K1 .第1題 判斷題 實(shí)際物體的吸收率僅僅取決于物體的本身性(物體的種類、表面溫度、表面狀況)。標(biāo)準(zhǔn)答案：錯(cuò)誤2第2題判斷題自然界中存在絕對(duì)的黑體。標(biāo)準(zhǔn)答案：錯(cuò)誤3第 3 題 判斷題 在輻射換熱過程中， 只能有高溫物體向低溫物體輻射能 量。標(biāo)準(zhǔn)答案：錯(cuò)誤4第 4 題 判斷題 角系數(shù)的互換性只有在熱平衡條件下才能成立。標(biāo)準(zhǔn)

17、答案：錯(cuò)誤5第 5題 判斷題 導(dǎo)電體的黑度 （發(fā)射率）小于非導(dǎo)電體的黑度 （發(fā)射率）。 標(biāo)準(zhǔn)答案：正確6第 6 題 判斷題 黑體的吸收和輻射能力僅僅是溫度的單值函數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)答案：正確7第 7 題 判斷題 對(duì)于工業(yè)高溫下的熱輻射來說， 對(duì)射線的吸收和反射有 重大影響的是表面的顏色，而不是表面的粗糙度。8第 8 題 判斷題 在一般情況下，固體和液體的透過率為零。 標(biāo)準(zhǔn)答案：正確9第 9 題 判斷題 角系數(shù)不僅取決于物體的形狀、 大小、距離和相對(duì)位置， 也與物體的種類和溫度有關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)答案：錯(cuò)誤10第10題 判斷題 黑度(發(fā)射率) 就是物體的實(shí)際輻射力與黑體的輻射 力之比。標(biāo)準(zhǔn)答案：錯(cuò)誤1第 1 題 判

18、斷題 對(duì)于一種確定的理想氣體， (cp,m-cv,m) 一定為一定值。 標(biāo)準(zhǔn)答案：正確2第 2 題 判斷題 因熱量是過程量， 所以比熱容也和過程特性有關(guān)， 不同 的熱力過程，比熱容也不相同。那么3第 3 題 判斷題 閉口系與外界無物質(zhì)交換， 系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定， 系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)答案：錯(cuò)誤4第 4 題 判斷題 氣體吸熱后溫度一定升高。氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功。標(biāo)準(zhǔn)答案：錯(cuò)誤5第 5 題 判斷題 狀態(tài)參數(shù)是熱力系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)答案：正確6第 6 題 判斷題 通過定容或壓縮可以把熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。標(biāo)準(zhǔn)答案：錯(cuò)誤7第 7 題判斷題 功的數(shù)值僅僅取確于工質(zhì)的初態(tài)和終態(tài)，與過程無關(guān)。8第 8 題 判斷題 比熱容僅僅是溫度的單值函數(shù)。 標(biāo)準(zhǔn)答案：錯(cuò)誤9第 9 題 判斷題 氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功。 標(biāo)準(zhǔn)答案：錯(cuò)誤10第 10 題 判斷題 熱力學(xué)能與熱量均是狀態(tài)參數(shù)。 標(biāo)準(zhǔn)答案：錯(cuò)誤1第 1 題 判斷題 熵增大的過程必定為吸熱過程。 標(biāo)準(zhǔn)答案：錯(cuò)誤2第 2 題 判斷題 熵增大的過程必為不可逆過程。標(biāo)準(zhǔn)