中國(guó)科學(xué)院研究生院2013年碩士研究生入學(xué)考試《熱工基礎(chǔ)》試題（精編版）

1、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)2013年招收攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)統(tǒng)一考試試題科目名稱：熱工基礎(chǔ)考生須知：1. 本試卷滿分為150 分，全部考試時(shí)間總計(jì)180 分鐘。2. 所有答案必須寫在答題紙上，寫在試題紙上或草稿紙上一律無效。3. 可以使用無字典存儲(chǔ)和編程功能的電子計(jì)算器。工程熱力學(xué)一、名詞解釋（每小題4 分，共 16 分）1、可逆過程； 2、不可用能； 3、孤立系統(tǒng)熵增原理； 4、熱力循環(huán)。二、簡(jiǎn)答題（每小題5 分，共 20 分）1、平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何共同點(diǎn)和不同點(diǎn)？2、閉口系統(tǒng)從溫度為300k 的熱源中取熱 500kj，系統(tǒng)熵增加 2.0kj/k，問這一過程能否實(shí)現(xiàn)，為什么？3、寫出熱力學(xué)第一定律

2、和第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并說明其物理意義。-2qqt1 - t24、循環(huán)熱效率公式t1和 c分別在什么情況下適用？q1t1三、（ 9 分）如圖所示，一個(gè)帶有閥門的絕熱真空容器置于壓強(qiáng)為p00.1mpa 、溫度為t0 300k 的氣體中。打開閥門后，氣體迅速進(jìn)入容器中，當(dāng)進(jìn)入容器中的氣體壓力達(dá)到 pp00.1mpa 時(shí)，立即關(guān)閉閥門，這個(gè)過程可視為絕熱過程。已知進(jìn)入容器內(nèi)的氣體在容器外時(shí)體積為v01m3 ，該氣體是摩爾定容比熱為常數(shù)的理想氣體，絕熱指數(shù)為 1.4 。試計(jì)算：（1） ）進(jìn)入容器內(nèi)氣體的內(nèi)能與它在容器外時(shí)的內(nèi)能之差? u ；（2） ）進(jìn)入容器后氣體的溫度t ；（3） ）容器的體積 v

3、 。第 3 頁，共 3 頁科目名稱：熱工基礎(chǔ)四、（ 10 分）空氣進(jìn)入漸縮噴管時(shí)的初速為200m/s，初壓為1mpa，初溫為500， 求噴管達(dá)到最大流量時(shí)出口截面的流速、壓力和溫度。已知空氣的 1.4 ， rg=287j/(kg k·) ，cp=1005j/(kg k·) 。五、（ 20 分）某 r134a 為工質(zhì)的朗肯循環(huán)利用當(dāng)?shù)睾Ｋ疄闊嵩?，已知r134a 的流量為 1000kg/s，當(dāng)?shù)乇韺雍Ｋ臏囟葹?5，深層海水的溫度為5。若在加熱和冷卻過程中近似認(rèn)為海水和工質(zhì)的溫差都為5，且工質(zhì)不過熱，試計(jì)算循環(huán)的功率和熱效率。已知r134a 的有關(guān)參數(shù)如下表：tphhssv(

4、)(mpa)(kj/kg)(kj/kg)(kj/(kg k·)(kj/(kg k)·)(m /kg)100.4149213.5404.31.0481.7220.0008200.5721409.81.7183傳 熱 學(xué)一、簡(jiǎn)答題（每小題5 分，共 25 分）1、寫出貝克萊數(shù) ( pe) 、普朗特?cái)?shù) ( pr) 、雷諾數(shù) ( re) 的定義式、物理意義以及三者之間的關(guān)系。2、速度邊界層和熱邊界層分別是什么？相應(yīng)的邊界層厚度如何定義？3、什么是接觸熱阻？減小固體壁面之間的接觸熱阻有哪些方法？4、什么是物體的發(fā)射率和吸收率？二者在什么條件下相等？5、在寒冷的北方地區(qū)，建房采用實(shí)心磚

5、還是多孔的空心磚好？為什么？二、（ 10 分）一根足夠長(zhǎng)的圓柱形套管，導(dǎo)熱系數(shù)為 ，內(nèi)徑為 r1 ，外徑為 r2 ， 單位體積的內(nèi)熱源為 ，套管內(nèi)壁與溫度為 t0 的流體進(jìn)行換熱，換熱系數(shù)為 h ， 外壁面絕熱。在穩(wěn)態(tài)條件下推導(dǎo)出：（ 1）套管中溫度分布表達(dá)式；（ 2） rr1 處熱流密度；（ 3） rr2 處溫度。三、（ 12 分）水流過 10m 長(zhǎng)的管道，入口溫度為20，出口溫度為40，管內(nèi)徑 d=20mm，水在管內(nèi)流速為2m/s，求對(duì)流換熱系數(shù)和管壁平均溫度。已知： 30水的物性為 0.618w/m k， v0.805 10 - 6 m 2 /s ， pr5.42 ， 995.7kg/m

6、3 ， cp4.17kj/kg k。管內(nèi)流強(qiáng)制對(duì)流換熱關(guān)聯(lián)式為nu 0.023re 0.8 pr0.4 。四、（ 13 分）如圖所示，用一個(gè)板式緊湊式換熱器來冷卻一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)的潤(rùn)滑油。板式換熱器由多層薄金屬板組成，共有60 個(gè)寬 a 度為 al的流道。潤(rùn)滑油和水的流動(dòng)被分為30 股獨(dú)立的支流，兩者在交替流道中逆向流動(dòng)。換熱器外部整體為邊長(zhǎng)為l 的立方體，忽略板厚度以及換熱器對(duì)環(huán)境的熱損失。冷卻水總流量為l0.2kg/s ，潤(rùn)滑油總流量為0.1kg/s 。冷卻水和潤(rùn)滑油入口的溫度分別為20和度達(dá)到 30。試計(jì)算換熱器的邊長(zhǎng)l。150。欲使?jié)櫥统隹跍匾阎核镄裕?cp 4.178kj/ kg k ， 7.25 10 - 4 n s/m2 ，k 0.625w/(m k) ， 944kg/m3 ；潤(rùn)滑油物性： cp 2.131kj/ kg k ， 3.25 10 - 2 n s/m2 ， k 0.138w/(m k) ， 852.1kg/m3 ；假設(shè)流動(dòng)為層流，且 nu d 7.54 。五、（ 15 分）一根很長(zhǎng)的鋼管，外徑d=100mm，外壁溫度為 80，表面發(fā)射率為 0.85，置于一橫截面為1m×1m