中國石油大學(xué)北京工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)試題

1、中國石油大學(xué)（北京）2006-2007學(xué)年度第一學(xué)期石工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)部分一.判斷對錯（每題1分，共計6分）1 孤立系統(tǒng)的熱力狀態(tài)不能發(fā)生變化；（）2 氣體吸熱后熱力學(xué)能一定升高；（）3 一切可逆熱機的熱效率均相同；（）4 如果從同一狀態(tài)到同一終態(tài)有兩條途徑：一為可逆過程，一為不可逆過程，則不可逆過程的熵變大于可逆過程的熵變；（）5 知道了溫度和壓力，就可確定水蒸氣的狀態(tài)；（）6 當濕空氣的相對濕度為 0時，表示空氣中完全沒有水蒸氣。（）二問答題（共計20分）1 將滿足空氣下列要求的多變過程表示在p-v圖和T-s圖上（1）理想氣體的定溫，定壓，定容和定

2、熵過程；（2）n=的膨脹過程，并判斷 q , w， u的正負。（6分）2 寫出兩個與熱力學(xué)第二定律相對應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式，并對表達式進行簡單說明。（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 分析提高朗肯循環(huán)熱效率的方法有哪些，解釋再熱循環(huán)的目的。（6分）三.計算題（共計29分）1 一絕熱剛性汽缸（如圖），被一導(dǎo)熱的無摩擦活塞分成兩部分。最初活塞被固定在某一位置上，汽缸的一側(cè)儲有壓力為MPa，溫度為300K的0.01 m3的空氣；另一側(cè)儲有同體積，同溫度的空氣，其壓力為MPa。去除銷釘，放松活塞任其自由移動，最后兩側(cè)達到平衡。設(shè)空氣的比熱容為定值。試計算:

3、(1)平衡時的溫度為多少？(2)平衡時的壓力為多少？(3)兩側(cè)空氣的熵變值及整個氣體的熵變值為多少？圖示為一煙氣余熱回收方案。設(shè)煙氣比熱容Cp試求:(1)煙氣流經(jīng)換熱器時傳給熱機工質(zhì)的熱量；(2)熱機放給大氣的最小熱量Q2 ；(3)熱機輸岀的最大功 W。（本題15分）14分)kJ/，Cv =kJ/。傳熱學(xué)部分四回答問題（共計17分）1 比較下列三種物質(zhì)：空氣，金屬，水導(dǎo)熱系數(shù)的大小。（2分）2 寫岀Nu，F(xiàn)o，Bi準則的表達形式及物理意義。（6分）3 說明影響對流換熱的因素有哪些。分析在相同的流動和換熱壁面條件下，導(dǎo)熱系數(shù)大的流體，表面 傳熱系數(shù)是大還是小。（2分）4 對管內(nèi)強制對流換熱，為何

4、采用短管可以強化流體的換熱？ （3分）5 分析組成輻射換熱網(wǎng)絡(luò)的熱阻有哪兩類，如何表示，當輻射表面為黑體時，熱阻如何表示。（4分）五計算題（共計28分）1 蒸汽管道的外直徑 di=30mm，準備包扎兩層厚度都是 15mm的不同材料的熱絕緣層。 a種材料的導(dǎo) 熱系數(shù)入a = W/，b種材料的導(dǎo)熱系數(shù)入b =。若溫差一定，試問從減少熱損失的觀點看下列兩種方案：（1）a在里層，b在外層（2）b在里層，a在外層，哪一種好，為什么？（本題 12分）2 發(fā)射率分別為和的兩個大平行平板，其溫度分別維持在800 C和370 C，在它們之間放置一個兩面發(fā)射率均為的輻射遮熱板。試計算：（2）沒有輻射遮熱板時，單位

5、面積的輻射換熱量是多少？（3）有輻射遮熱板時，單位面積的輻射換熱量是多少？（4）輻射遮熱板的溫度。（5）繪制無，有遮熱板的輻射網(wǎng)絡(luò)圖。（本題 16分）中國石油大學(xué)（北京）2006-2007學(xué)年度第一學(xué)期石工2004工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)期末試卷一一 A卷答案工程熱力學(xué)部分判斷對錯（每題1分，共計6分）1 X;2 X;3 X;4 X;5 X;6 V問答題（共計20 分）1（6 分）Q<0放W>0膨脹對外 功；U<0熱力 減少。熱；作學(xué)能2 （4 分）答：（1 ）克勞修斯積分式：: 0。用于判斷一個循環(huán)是否可能，是否可逆。式中等號用于可 T逆循環(huán)，不等號用于不可逆循環(huán)。2 Q（2）

6、熱力過程熵的變化：S。用于判斷過程能否進行，是否可逆。等號適用于可逆1 T過程，不等號適用于不可逆過程。（3） 孤立系統(tǒng)熵增原理：Siso 0。孤立系統(tǒng)的熵只能增大，或者不變，絕不能減小。等號用于可逆過程，不等號用于不可逆過程。（4） 卡諾循環(huán)熱效率：c 1 T2。根據(jù)卡諾定理一：在相同的高溫熱源和低溫熱源間工作T1的一切可逆熱機具有相同的熱效率，與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)；定理二：在相同的高溫熱源和低溫熱源間工作的任何不可逆熱機的熱效率，都小于可逆熱機的熱效率。以上相應(yīng)數(shù)學(xué)表達式寫岀任意兩個即可。3 （4 分）答：濕空氣中水蒸氣分壓力pv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?/p>

7、方法有兩種：法1：濕空氣溫度 T 一定時，增加水蒸氣分壓力Pv Pvmax Ps（T）,法2：保持水蒸氣含量 pv不變，降低濕空氣溫度 T Ts（pv）。4 （6 分）答：提高朗肯循環(huán)熱效率的方法有：（1 ）保持蒸汽的初壓P1，終壓P2不變，提高蒸汽的初溫T1;（2 ）保持蒸汽的初溫，終壓P2不變，提高蒸汽的初壓P1 ；（3 ）保持蒸汽的初壓P1，初溫T1不變，降低蒸汽的終壓P2 ；（4）在朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上，改進循環(huán)，如采用再熱循環(huán)，回熱循環(huán)等。再熱循環(huán)的目的：在于增加蒸汽的干度，以便在初溫度限制下可以采用更高的初壓力，從而提高循 環(huán)熱效率。三.計算題（共計29分）1（14 分）解：（1）取整

8、個汽缸為閉口系，因汽缸絕熱，所以Q=0，又活塞導(dǎo)熱無摩擦，W=0。由閉口系能量方程Q WU，得 uU A Ub。因為平衡時A，B兩側(cè)溫度應(yīng)相等，即Ta2T B2T2則有：5人5仃2 TaJ mB Cy (T 2 TbJ05因此：TA1TA2 T1300 K5既是終態(tài)平衡時，兩側(cè)的溫度均為：T2T1300 K。（2） 當終態(tài)時，兩側(cè)壓力相等，為PA2 PB2P2，對A側(cè)：P2VA2mA RgT2，（a）對B側(cè)：p2VB2mB RgT2(b)將（a）+（b）兩式相加，得：P2(VA2VB2)(mA1即卩：P(mAmB)RgT2pA1V A1pB1VB1即：p2VA2 VB2Va1、VB13，一0.

9、2MPa 0.01m 0.1MPa代入數(shù)據(jù)：，得：P233mB)RgT2，（3） 熵變化:整個汽缸絕熱系的熵變:2（ 15 分）解：（1）煙氣放熱為:Q1mcp(t2 tj6kg 1.4kJ /(kgK)環(huán),由孤立系統(tǒng)熵增原理得:Siso其中:ShT2 _QT1T0.01m0.01m30.01m0.15MPa(2)(527 37)K4116kJShSlSeSw若使Q2最小，則熱機必須是可逆循T2dTT1 mCP mcp InP T16kg 1400 J /(kg K)ln (37273)K(527273) K7.964kJ /KSe0，Sw0于是：Siso7.964 kJ/KQ20300K解得

10、：Q2 2389.2 kJ（4） 熱機輸岀的最大功:W Q1Q2 (4116 2389.2) kJ 1726.8kJ傳熱學(xué)部分四回答問題（共計17 分）1（ 2 分）答：空氣，金屬，水的導(dǎo)熱系數(shù)大小比較:金屬水空氣2 （ 6 分）hl答：Nu ，物理意義為：表征流體在壁面外法線方向上的平均無量綱溫度梯度，其大小反映對流 換熱的強弱。a2Fo ，分子為從非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程開始到時刻的時間，分母可理解為溫度變化涉及到面積所需要的時間。是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的無量綱時間。hlBi 一，物理意義為：物體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻/與邊界處的對流換熱熱阻 1/h之比。3 （ 3 分）答：影響對流換熱的因素有：流動的起因（自然

11、對流或強迫對流），流動的狀態(tài)（層流和湍流），流體有無相變，流體的物理性質(zhì)（如：,C,等），換熱表面的幾何因素。導(dǎo)熱系數(shù)愈大的流體,導(dǎo)熱熱阻愈小，對流換熱愈強烈。4 （ 3 分）答：管內(nèi)強制對流換熱，采用短管，主要是利用流體在管內(nèi)換熱處于入口段溫度邊界層較薄，因而換熱強。5 （ 4 分）答：組成輻射換熱網(wǎng)絡(luò)的熱阻有：（1）空間輻射熱組，（2）表面輻射熱組AX1,2當輻射表面為黑體時,1，表面輻射熱阻0，只有空間輻射熱阻1AX1,2五計算題（共計28分）1（ 12 分）解（1 ）第1種方案，a在里層，b在外層,單位管長的熱損失為:qi1丄肚丄ln色2 a d12 b d251z 1,601, 90

12、3.4(InIn )20.04300.160(2)第2種方案，b在里層，a在外層,單位管長的熱損失為:qi2丄沁2b*Llnd2d2t1 J . 60(ln:0.130丄謬)0.0460t2.7比較兩種方案的熱損失:qi2t/2.7qnt/3.41.26因qi2 qn，故從減少熱損失的觀點看，第1種方案好。2( 16 分)解：先繪制出有無輻射遮熱板時輻射換熱網(wǎng)絡(luò)圖:E b1無遮熱板:12E b2A 2有遮熱板:1-3-2依題意：X.2E b11 1AX !,33 E b333 ''1 J 212 E b2"AXTT-AX 1,3 X 3,210.3網(wǎng)絡(luò)中的熱阻為:0.32.333,(1)