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文檔簡介
《熱力學(xué)與傳熱學(xué)》考試答案一、判斷題1.循環(huán)凈功越大,則循環(huán)的熱效率也愈大。()2.經(jīng)過一個不可逆循環(huán)后,工質(zhì)熵的變化為零。()3.若容器中氣體的絕對壓力沒有改變,則其壓力表的讀數(shù)就不會改變。()4、閉口系與外界無物質(zhì)交換,系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定,那么系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口系統(tǒng)。()5、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)。()6、氣體膨脹時一定對外作功。()7、比熱容僅僅是溫度的單值函數(shù)。()8、對于一種確定的理想氣體,(cp-cv)一定為一定值。()二、填空題1.在兩個恒溫?zé)嵩粗g有兩個可逆循環(huán),其中一個循環(huán)的工質(zhì)是理想氣體、熱效率為A;另一循環(huán)的工質(zhì)是等離子氣體,熱效率為B。試比較這兩個循環(huán)熱效率的大小。三、簡答題1.?dāng)?shù)和數(shù)均可寫成的形式,二者有何區(qū)別?2.冬天,在相同的室外溫度條件下,為什么騎摩托車比步行時感到更冷些,一般要戴皮手套和護膝?3.試比較在其它條件相同時,下列情況管內(nèi)對流換熱系數(shù)的相對大小。(請用符號“<”、“=”、“<”表示)(1)層流紊流(2)水空氣(3)光滑管粗糙管(4)直管彎管(5)層流入口段層流充分發(fā)展段4.在p-v圖中有一可逆過程1-2,工質(zhì)為理想氣體。試判斷其過程熱量q、過程功w以及熱力學(xué)能變化u的正負(fù)。5.已知H2O在壓力為p=1.0MPa時飽和溫度為ts=179.88C。試判斷H2O在下列情況下的狀態(tài):(1)p=1.0MPa、t=200C;(2)p=1.0MPa、t=160C;(3)6.寫出努塞爾數(shù)(Nu)的表達式及物理意義。7.有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中進行冷卻。為使稀飯涼的更快一些,你認(rèn)為他應(yīng)該攪拌碗中的稀飯還是盆中的涼水?為什么?8.對于高溫圓筒壁來說,加保溫層一定能降低對外散熱量,對嗎?為什么?四、計算題1.容積為V=0.0283m3的瓶內(nèi)裝有氧氣,其壓力為p1=6.865105Pa,溫度為T1=294K。隨后發(fā)生泄漏,壓力降至p2=4.901105Pa時被發(fā)現(xiàn),而溫度T2=T1未變。試問到發(fā)現(xiàn)為止共漏去多少kg氧氣?[氧氣Rg2.在可逆熱力循環(huán)1-2-3-1中,1-2為定容過程,2-3為絕熱過程,3-1為定壓過程。工質(zhì)為空氣,T1=300K,p1=0.1MPa、p2=0.4MPa,cp=1.004kJ/(kg.K),Rg=0.287kJ/(kg.K)。試求(1)循環(huán)凈功w0;(2)循環(huán)熱效率t;(3)在p-v圖及T-s圖上定性地畫出該循環(huán)。3.初始溫度為20℃的熱電偶突然放入300℃的空氣中,30秒種后熱電偶的指示溫度為160℃。試求(1)該熱電偶的時間常數(shù);(2)熱電偶指示溫度上升到290℃所4.容積為V=0.027m3的剛性儲氣筒內(nèi)裝有壓力為0.5MPa、溫度為27C的氧氣。筒上裝有一排氣閥,壓力達到0.8MPa時就開啟,壓力降為0.75MPa時才關(guān)閉。若由于外界加熱的原因造成閥門開啟,試問:(1)當(dāng)閥門開啟時的筒內(nèi)溫度;(2)因加熱造成閥門開閉一次期間而損失掉的氧氣量。設(shè)筒內(nèi)氣體溫度在排氣過程中保持不變。氧氣,Rg=2605.一定量的空氣,經(jīng)過下列四個可逆過程組成的循環(huán)1-2-3-4-1。試求:(1)填充表中所缺的數(shù)據(jù);(2)循環(huán)功;(3過程Q(kJ)△U(kJ)W(kJ)121210023025034-98004106.冷卻水以2m/s的流速在內(nèi)徑為d=20mm的直銅管內(nèi)流動,其進口溫度為20C,銅管內(nèi)壁溫度為80特征數(shù)關(guān)聯(lián)式:(1)紊流:條件:(2)層流:條件:參考答案一、判斷題√√二、填空題A=B三、簡答題1.?dāng)?shù)和數(shù)均可寫成的形式,二者有何區(qū)別?答:(1)Nu數(shù)中的為流體的熱導(dǎo)率;Bi數(shù)中的為導(dǎo)熱物體的熱導(dǎo)率。(2)Nu數(shù)中的h為待定參數(shù),Nu為待定特征數(shù);Bi數(shù)中的h為已知參數(shù),由第三類邊界條件確定,Bi為已定特征數(shù)。(3)物理意義不同。Nu表示貼壁流體的無量綱的溫度梯度,在其它條件相同的情況下,Nu數(shù)可反映對流換熱的強弱。Bi數(shù)表示第三類邊界條件下物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻和表面處換熱熱阻的比值。2.冬天,在相同的室外溫度條件下,為什么騎摩托車比步行時感到更冷些,一般要戴皮手套和護膝?答:強制對流換熱強度與流體壁面之間的相對速度有關(guān),相對速度越大,對流換熱越強。與步行相比,騎摩托車時相對速度較大,對流換熱強度大,因此人體會散失較多的熱量從而感到更冷些。皮手套和護膝,由于導(dǎo)熱系數(shù)小且有一定厚度,增加了一層較大的導(dǎo)熱熱阻,使總傳熱熱阻增大,從而可降低散熱量,從而起到保護作用。3.試比較在其它條件相同時,下列情況管內(nèi)對流換熱系數(shù)的相對大小。(請用符號“<”、“=”、“>”表示)(1)層流<紊流(2)水>空氣(3)光滑管<粗糙管(4)直管<彎管(5)層流入口段>層流充分發(fā)展段4.答:由圖可知,s2>s1,則q=>0,吸熱;v2>v1,則w=>0,對外作功;T2<T1,則<0,熱力學(xué)能降低。5.答:在相同壓力下,(1)t=200C>ts,處于過熱蒸氣狀態(tài);(2)t=160C<ts,處于未飽和水狀態(tài);(3)6.答:;表征壁面處流體無量綱過余溫度變化率的大小,可反映對流換熱的強弱。7.有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中進行冷卻。為使稀飯涼的更快一些,你認(rèn)為他應(yīng)該攪拌碗中的稀飯還是盆中的涼水?為什么?答:應(yīng)該攪拌碗中的稀飯。這是一個傳熱過程。相對而言,稀飯側(cè)的對流換熱系數(shù)較小、換熱熱阻較大。攪拌稀飯時增大了其對流換熱系數(shù),最大限度的降低總傳熱熱阻,可顯著地增強傳熱,加速冷卻速率。8.對于高溫圓筒壁來說,加保溫層一定能降低對外散熱量,對嗎?為什么?答:不對。因為對于圓筒壁的保溫,存在一個臨界熱絕緣直徑dc問題。當(dāng)圓筒壁外徑大于臨界熱絕緣直徑dc時,加保溫層一定能降低散熱量;但當(dāng)圓筒壁外徑小于臨界熱絕緣直徑dc時,在一定的保溫層厚度范圍內(nèi),其散熱量是增加的。四、計算題1.解:理想氣體狀態(tài)方程:pV=mRgT初態(tài)時氧氣質(zhì)量為終態(tài)時氧氣質(zhì)量為則漏去的氧氣質(zhì)量為m=m1-m2=0.254-0.181=0.073kg2.解:對于空氣,k=1.4cV=cp-Rg=0.717kJ/(kgK)1-2為定容過程,2-3為定熵過程,3-1為定壓過程,p3=p1=0.1MpaT2=T1p2/p1=300×0.4/0.1=1200K(1)循環(huán)功wnetw1-2=0q2-3=0w2-3=-u2-3=cV(T2-T3)=0.717×(1200-807.54)=281.39kJ/kgw3-1=p1(v1-v3)=Rg(T1-T3)=0.287×(300-807.54)=-145.66kJ/kgwnet=w1-2+w2-3+w3-1=0+281.39-145.66=135.73kJ/kg(2)熱效率tq1-2=u1-2=cV(T2-T1)=0.717×(1200-300)=645.3kJ/kg循環(huán)吸熱量q1=q1-2=645.3kJ/kgq3-1=h3-1=cp(T1-T3)=1.004×(300-807.54)=-509.57kJ/kg循環(huán)放熱量q2=q3-1=409.17kJ/kgt=wnet/q1=135.73/645.3=21.03%或t=1-q2/q1=1-509.57/645.3=21.03%(3)圖示3.解:本題求時間常數(shù),可認(rèn)為滿足Bi<0.1。(1)求時間常數(shù):代入數(shù)據(jù),∴(秒)(2)求時間:∴(秒)4.解:理想氣體狀態(tài)方程:pV=mRgTT1=27+273.15=300.15Kp1=0.5MPa(1)設(shè)閥門開啟時,筒內(nèi)氣體為溫度為T2’K。又p2’=0.8MPaV2’則T2’=p2/p1T1=0.8/0.5×t2’=T2’-273.15=480.24-273.15=207.09(2)設(shè)損失掉的氧氣質(zhì)量為mkg。開啟前氧氣質(zhì)量為m1,則閥門開啟又關(guān)閉后氧氣質(zhì)量為m2,又T2=T2’=480.24Kp2=0.75MPaV2=V1則損失掉的氧氣質(zhì)量為m=m1-m2=0.173-0.162=0.011kg5.解:(1)填充表中所缺的數(shù)據(jù)對每一過程有:Q=U+W對循環(huán)有過程Q(kJ)ΔU(kJ)W(kJ)1-21210(1210)02-30(-250)2503-4-980(-980)04-10(20)(-20)(2)循環(huán)凈功W0=W1-2+W2-3+W3-4+W4-1=0+250+0-20=230kJ或W0=Q0=1210+0-980+0=230kJ(3)循環(huán)熱效率Q1=1210kJ6.解:這是一個管內(nèi)強迫對流換熱問題。(1)查物性流體平均溫度壁溫tw=80C水的物性參數(shù):Prf=4.31(2)判斷流態(tài)為湍流(3)選擇公式,計算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù);假設(shè)滿足,則W/(m2K)(4)計算管長熱平衡方程:[m](5)校核:成立,計算可靠。7.解:穩(wěn)定流動能量方程式:不計進出口動能和位能的變化,則;絕熱過程,;則可簡化為,則又絕熱壓縮過程,且T1=17+273=290K,p1=0.1MPa,p2=0.9MPa,則則壓氣機消耗的軸功為8.解:這是一個通過兩層平壁的導(dǎo)熱過程。設(shè)保溫層厚度為2mm熱流密度保溫層厚度=34.6m9.解:假設(shè)Bi<0.1成立,可用集總參數(shù)法計算。對于球體,V/A=R/3,則又=20s,t=ts=500oC,
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