熱工基礎B卷真題2007年

1、2007年碩士學位研究生入學統(tǒng)一考試試題熱工基礎B卷工程熱力學一、簡答題1. 寫出熱力學第一定律對不同系統(tǒng)的表達式。2 可逆過程的定義，建立可逆過程概念的好處和實際意義。3. 寫出用壓縮因子表示的實際氣體狀態(tài)方程式，說明壓縮因子的物理意義。4. 卡諾定理的理論價值和實用價值。5 .用攪拌器攪拌絕熱容器中的水：(a)水溫20C； (b)水溫60C。在攪拌器耗功相同條件下，試問兩種情況哪種的不可逆損失大？為什么？6 .壓氣機高壓比時為什么采用多級壓縮中間冷卻方式？二、某燃氣輪機裝置中燃燒室的溫度為1800C，來自壓氣機的壓縮空氣的溫度為220C。根據(jù)燃氣輪機葉片強度的要求，進入燃氣輪機的氣體溫度不

2、得超過 850C。試確定來自燃燒室的燃氣與來自壓氣機的壓縮空氣的混合比例。(設燃燒室燃氣的比熱c”=1.170kJ/(kg K)，壓縮空氣的比熱為Cp,2=1.004kJ/(kg K)。)三、冬季室外溫度-15C、室內(nèi)溫度18C，耗電3kW的熱泵能向室內(nèi)提供的最大 熱量是多少？夏季熱泵以空調(diào)方式工作，要求室內(nèi)溫度為 22E，允許的室外溫度 最高為多少？假定室內(nèi)無熱源，且室內(nèi)外之間的熱交換的熱流量是常數(shù)。四、下圖為一煙氣余熱回收方案。片乍27它p| - Oh-37 VPi O.lAffti設煙氣比熱容 Cp=1.4kJ/(kg K)，Cv=1kJ/(kg K)。求：1. 煙氣流經(jīng)換熱器時傳給熱機

3、工質(zhì)的熱量：2. 熱機放給大氣的最小熱量Q;3. 熱機輸出的最大功W傳熱學五、簡答題1. 冬季晴朗的夜晚，測得室外空氣溫度Ta高于0C，有人卻發(fā)現(xiàn)地面上結(jié)有 層薄冰，試解釋原因(若不考慮水表面的蒸發(fā))2. 有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中進行冷卻。為使稀飯涼得更快一些，你認 為應該攪拌碗中稀飯還是盆中涼水？為什么？3. 試從沸騰過程分析，為什么用電加熱器加熱時當加熱功率q> qmax時易發(fā)生壁 面被燒毀的現(xiàn)象，而采用蒸汽加熱則不會 ？4. 寫出普朗特數(shù)Pr的表達式，并說明其物理意義。5. “善于發(fā)射的物體必善于吸收”，即物體輻射力越大，其吸收比也越大。你 認為對嗎？為什么？6. 設計肋片時

4、，是否肋片越長越好？六、利用數(shù)量級分析的方法，對流體外掠平板的流動，從動量微分方程肛 勿 創(chuàng) 導出邊界層厚度的如下變化關系式兀 E，其中0七、某廠由于生產(chǎn)需要，將冷卻水以 20X 10325X 103kg/h的質(zhì)量流量向距離 3km的車間供應，供水管道外直徑為160mm為防止冬天水在管道內(nèi)結(jié)冰，在管 道外包裹導熱系數(shù) 入=0.12W/(mK)的瀝青蛭石管殼。保溫層復合換熱表面的 傳熱系數(shù)h°=35W/(nV K)。該廠室外空氣溫度達-15C，此時水泵的出口水的溫 度為4C。試確定為使冷卻水不結(jié)冰的最小保溫層厚度。忽略管壁熱阻及管內(nèi)水 的對流換熱熱阻。八、 兩個直徑為0.4m,相距0.

5、1m的平行同軸圓盤，放在環(huán)境溫度保持在 300K 的大房間內(nèi)。兩圓盤背面不參與換熱。其中一個圓盤絕熱，另一個保持均勻溫度 500K,發(fā)射率為0.6。且兩圓盤均為漫射灰體。試確定絕熱圓盤的表面溫度及等溫圓盤表面的輻射熱流密度。(注：從傳熱學教材圖8-9 “兩同軸平行圓盤 問角系數(shù)”可知X1,2=0.62)2007年熱工基礎B卷參考答案工程熱力學一、解：1.g 二 Az/+ 甲g = Am 十 J： pdyg = AA 中 l/2dLy1 + gz + AA +? = Aft - vdp辺=dE + H2勺三十gz)肌卅-(血+ “*辭屁槁+囲爲,2. 可逆過程：無耗散的準平衡過程?？赡孢^程是實際

6、過程的理想極限、可以用 來衡量實際過程的完善程度；實際過程的計算可以簡化為可逆過程加一修正系 數(shù)。pv-zRT, z = 一3. 表示了實際氣體的比體積與同溫同壓下理想氣體的比體積之比，z的大小表明實際氣體偏離理想氣體的程度。4卡諾定理指出了熱效率的極限值；指出了提高熱工效率的方向；表示了在大 氣環(huán)境下熱功轉(zhuǎn)換的極限。5情況(a)的不可逆損失大于情況(b)。因攪拌器耗功 W=mpt，在W相同情 況下，兩種情況的mc相同，所以溫升也相同。但低溫引起的熵產(chǎn)大于高溫引起 的熵產(chǎn)。6采用多級壓縮、中間冷卻，有如下好處：a) 可降低排氣溫度，壓氣機出口溫度降低了。b) 可減少壓氣機耗功量。c) 對于活塞

7、式壓氣機還可提高壓氣機的容積效率，有利于壓比的提高。二、解：設燃燒室燃氣質(zhì)量為m，壓縮空氣質(zhì)量為m，由能量守恒mcp,iti=mcp,2t2，因此有 mX 1.170 X (1800-850) =m2X 1.004 X (850-220)，所以,叫004x(-220)“托沢旳 1.17x(1800-850)'°三、解：使用冬季熱泵情況下：Tr=273+18=291K T=1 &(-15) =33K熱泵最大制熱系數(shù)為因此熱泵能向室內(nèi)提供的最大熱量是Q=26.4kW夏季熱泵以空調(diào)方式下工作:熱泵最大制冷系數(shù)為室內(nèi)外熱交換的熱流量：Tr=273+22=295K T=Td-2

8、95一丄一 295P 兀一幾一2950.80（7； 295） _295P"7295 6因此室外溫度最高為To=328K四、解：1 煙氣放熱為Q=m(c(t 2-t i)=6X 1.4 X (527 - 37) =4116 X 103J=4116kJ。2 方法1:若使Q2最小，則熱機必須是可逆循環(huán)，由孤立系統(tǒng)熵增原理得A5鹹之站日+= 0血"=勢叫 齊叫In#527 + 273=7.694 x 1037 / A： =-7.649W/ , A5 百=0AS =理=工生A (27 + 273)300于是解得564 +歸 0,二23892疋 方法2:熱機為可逆機時Q2最小，由卡諾定

9、理得5 F t5?2， mcndTQ = TomcP - TQmcP 1口¥= 300x6xL4xln37 + 273527 + 273=-2389.2紗 o3 輸出的最大功為：W = Qr -|QJ 二 4116 - 2389.2 = 1726.8U傳熱學五、解:1 假定地球溫度為Te，太空溫度為Tsky，設換熱過程達到穩(wěn)態(tài)，空氣與地面的表 面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h,地球表面近似看成溫度為 Te的黑體，太空可看成溫度為 Tsky的 黑體，則由熱平衡：h T） =T映）”由于Ta> 0C,而Tsky V 0C,因此，地球表面溫度Te有可能低于0C，即有可能結(jié)冰。2 從稀飯到?jīng)鏊且粋€傳熱

10、過程。顯然稀飯和水的換熱在不攪拌時屬于自然對 流。而稀飯的換熱比水要差。因此，要強化傳熱增加散熱量，應該攪拌稀飯側(cè)以 強化傳熱。3用電加熱時，加熱方式是控制表面的熱流密度。而采用蒸汽加熱則是壁面溫 度可控的情形。由大容器飽和沸騰曲線可知，當加熱功率q稍超過qmax值時，工況將沿大容器飽和沸騰曲線中qmax虛線跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰線，使壁面溫度飛升， 導致設備燒毀。Pr=-、曰、.曰4. ：，動量擴散厚度與熱量擴散厚度之比的一種度量。5. 基爾霍夫定律對實際物體成立必須滿足兩個條件：物體與輻射源處于熱平衡，輻射源為黑體。即物體輻射力越大，其對同樣溫度的黑體輻射吸收比也越大，善于發(fā)射的物體，必善于吸收

11、同溫度下的黑體輻射。所以上述說法不正確。6. 不是。肋片長，其傳出的熱量較多，但過長時，會增加肋片導熱熱阻，且再 過長部分溫差很小，均會降低肋片的使用效率。六、解：由外掠平板流動的動量微分方程duIf-_ l r 1otxdy由于uux '-x,y S，而由連續(xù)性方程04一 =玉Vy(2)可知 ；，因此，動量微分方程（1）式中各項的數(shù)量級如下:du duU F U = V rdy dy “XX在邊界層內(nèi)，粘性力項與慣性力項具有相同數(shù)量級，即所以 七、解：本題屬導熱和復合換熱的熱阻分析問題。先由管內(nèi)水確定換熱量，然后按熱阻條 件確定絕熱層厚度，最小絕熱層厚度發(fā)生在管道出口水溫降至 0C的

12、時刻，且此 時水的質(zhì)量流量最低(20 x 103kg/h)。水由4 °C降至冰點時的放熱量:=1(/ +/) = ix(0 + 4) = 2°C&定性溫度?cp 4.208fc/(fcg*fc ) >=4208X (4 -0) 9351,對應水的定壓比熱容考慮到忽略管壁熱阻及管內(nèi)對流熱阻，因而保溫層內(nèi)壁溫度近似為水的平均溫 度，即 twi=20C。從保溫層內(nèi)壁溫twi到外部空氣溫度tf=-15C，中間有保溫層的導熱熱阻及空氣側(cè)復合換熱熱阻，即：而d°=d +2 3，S為保溫層厚度即：2十15)； := 93511 a沖 - + 111( )35x(0

13、.16 + 2x3000 2x0/12x30000.16利用迭代法(試湊法)求得S =0.0372m=37.2mm八、解：這是三個表面組成封閉系的輻射換熱問題，表面1為漫灰表面，表面2為絕熱表面，表面3相當于黑體。如圖8-(a)所示。輻射網(wǎng)絡圖見8-(b)所示。計算角系數(shù)分別為Xi,2=0.62Xi,3=X2,3=1-0.62=0.38。吸收熱量面積分別為= -d2 =xD42 = 01257m2,44A, =7udl =xO4xOJ=OJ257/w對于Ji, J2列節(jié)點方程：Jl節(jié)點節(jié)點A*2J(2)其中 J3=&3= c T34=5.67 X 10-8 X 3004=459.27W/m,4-842曰=c Ti =5.67 X 10 X 500 3543.75W/m。節(jié)點間的熱阻分別為l-£.1-0.6l = 53垃勺 0.6x0.1257 _'=-=2(193544*竹 &X 空 0.1257x038=1= 12.8314Xi2 0.