安全工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)復(fù)習(xí)題

-4-（黑科技安全工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)復(fù)習(xí)題）一填空1．工程熱力學(xué)是從工程應(yīng)用的角度研究（熱能）和（機(jī)械能）的轉(zhuǎn)換規(guī)律和工質(zhì)的性質(zhì)，找出能量利用經(jīng)濟(jì)性的最有效途徑。2．包括熱源、冷源和功的接受裝置在內(nèi)的整套蒸汽動(dòng)力裝置屬于（孤立）系統(tǒng)。3．實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過程的充分和必要條件是（過程進(jìn)行的時(shí)間比弛豫時(shí)間大的多）。4．如下圖所示，一剛性容器被分成兩部分。外界環(huán)境壓力為0.1MPa，壓力表B的讀數(shù)為40kPa，真空計(jì)C的讀數(shù)30kPa，則容器兩部分內(nèi)氣體絕對壓力P1=(30)，P2=(70)。（以kPa表示）（4題圖）5．由兩個(gè)過程：（1）對剛性容器內(nèi)的水加熱，使其在恒溫下蒸發(fā)。（2）對剛性容器內(nèi)的水做功，使其在恒溫下蒸發(fā)。這兩個(gè)過程，（（1））過程可以是可逆的。6．穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的表達(dá)式（）；應(yīng)用于鍋爐時(shí)的表達(dá)式為（q=h2-h1）。7．某熱機(jī)中工質(zhì)先從T1=1000K的熱源吸熱150kJ/kg，再從T2=1500K的熱源吸熱450kJ/kg，向T3=500K的熱源放熱360kJ/kg，該循環(huán)（能）（能、不能）實(shí)現(xiàn)；是（不可逆）（可逆、不可逆）循環(huán)。8．某地區(qū)當(dāng)?shù)氐囊羲贋?00m/s，空氣的流速為20m/s，則當(dāng)?shù)氐鸟R赫數(shù)Ma等于（0.05），該地區(qū)空氣流動(dòng)為（亞音速流動(dòng)）（亞音速流動(dòng)、超音速流動(dòng)、臨界流動(dòng)）。9．黑體輻射能量按波長分布服從（普朗克定律）定律，按空間分布服從（蘭貝特定律）定律，輻射力大小由（斯蒂芬－波爾茲曼定律）定律確定。10.工作在高溫?zé)嵩碩1和T2之間的逆向卡諾循環(huán)，用于制冷時(shí)的性能系數(shù)可表示為（T2/（T1—T2））；用于供暖時(shí)的性能系數(shù)可表示為（T1/（T1—T2））。（用狀態(tài)參數(shù)T1和T2表示）（11題圖）如上圖所示空腔內(nèi)輻射換熱系統(tǒng)，則X1，2（1），X2,1（0～1）。（0、1、0～1）12．影響膜狀凝結(jié)換熱的主要因素是（蒸汽流速）和（蒸汽中不凝結(jié)氣體的含量）。13．若所有落在物體上的輻射能全部被該物體吸收，則這一類物體叫做（黑體或絕對黑體），如果全部被反射，則這一類物體被叫做（白體或絕對白體）。14．一黑體溫度為1000K，則該黑體的輻射力為（5.669×104W/m2）。15．某氣輪機(jī)的噴管入口處蒸汽的比焓h1=2780kJ/kg，出口處的比焓h2=2340kJ/kg，不考慮蒸汽的入口流速，則蒸汽的出口流速為（938.1m/s）。16．單位質(zhì)量的工質(zhì)流入膨脹閥時(shí)的比焓為438kJ/kg，那么離開膨脹閥時(shí)工質(zhì)的比焓為（438kJ/kg）。17.肋片效率是（實(shí)際肋片的換熱量/整個(gè)肋片壁面的溫度等于肋根溫度時(shí)的換熱量）。18.黑體輻射的角系數(shù)具有三個(gè)性質(zhì)，它們是：（1）（相對性），數(shù)學(xué)表達(dá)式為（）；（2）完整性，數(shù)學(xué)表達(dá)式為；（3）可加性，數(shù)學(xué)表達(dá)式為19．傳熱學(xué)就是研究由（溫差）引起的（熱能）傳遞規(guī)律的科學(xué)。20．穩(wěn)定運(yùn)行中的蒸汽鍋爐屬于（開口）系統(tǒng)。21．某油船蒸汽鍋爐的表壓力為1.3Mpa，冷凝器的真空度為0.094Mpa，當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?.1Mpa。則鍋爐的絕對壓力為（1.4Mpa），冷凝器的絕對壓力為（0.006Mpa）。（以Mpa表示）22．有一封閉系統(tǒng)沿過程a從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，然后又分別沿過程b、c又回到狀態(tài)1。這些過程中的Q和W列于下表中，試按熱力學(xué)第一定律填寫表中空白處的數(shù)值。過程QWabc1→22→12→115-8（Q=-3）（W=2）51023．在溫度為T1的高溫?zé)嵩春蜏囟葹門2的低溫?zé)嵩粗g工作的熱機(jī)循環(huán)，以（卡諾循環(huán)）熱效率為最高。25．有一n級(jí)壓縮機(jī)，要使該壓縮機(jī)所消耗的機(jī)械功達(dá)到最小值，則應(yīng)使（每級(jí)的增壓比均相等）。26．熱傳遞的三種基本方式：（熱傳導(dǎo)）、（熱對流）、（熱輻射）。27．將尺寸一樣的銅棒和橡木棒插入沸水中，持銅棒的手已感到很燙，而持橡木棒的手還沒有感到溫度上升，原因是（導(dǎo)溫系數(shù)大的物體，各處溫度能較快地趨于均勻一致或銅棒比木棒的導(dǎo)溫系數(shù)大）。28．流體受加熱或冷卻引起的自然對流換熱與（由溫度差異所形成的浮升力）有關(guān)。29.絕熱系與外界沒有（熱量）的交換。30.參看下圖，回答問題：11234mQW第30題圖1+2是（閉口系）系統(tǒng)，1+2+3+4是（孤立系）系統(tǒng)。可以讓制冷工質(zhì)在低壓下蒸發(fā)，使其飽和溫度低于低溫區(qū)的溫度，而能從低溫區(qū)吸收汽化潛熱；再讓制冷工質(zhì)在高壓下凝結(jié)，使其飽和溫度高于高溫區(qū)的溫度，能把凝結(jié)潛熱在較高溫度下釋放出去。這樣就完成了把熱量從低溫區(qū)向高溫區(qū)的轉(zhuǎn)移。黑體輻射的三個(gè)基本定律？.答：（1）普朗克定律（2）斯特潘—波爾茲曼定律（3）蘭貝特定律按熱量交換的原理和方式，換熱器分為幾種？答：（1）混合式（2）蓄熱式（3）間壁式三判斷題1、氣體常數(shù)Rg與氣體種類無關(guān)，與狀態(tài)無關(guān)。（×）2、工質(zhì)經(jīng)過不可逆過程的熵變必然大于經(jīng)歷可逆過程的熵變。（×）3、理想氣體的熱力學(xué)能和焓都僅僅是溫度的單值函數(shù)。（√）4、任何氣體經(jīng)過絕熱節(jié)流后，溫度必然降低。（×）5、沸騰狀態(tài)的水總是燙手的（×）。 6、活塞式空氣壓縮機(jī)可以采用多級(jí)壓縮的方法提高它的容積效率（√）。7、濕空氣的相對濕度越大，其中水蒸氣的分壓力也越大。（√）8、任意循環(huán)的熱效率都是。（×）9、絕熱閉口系就是孤立系。（×）10、熱力系是人們研究問題而指定的熱力學(xué)的研究對象。（√）11、熱量傳遞的原因是由于物質(zhì)不能儲(chǔ)存熱能。（×）12、傳熱問題的數(shù)學(xué)描述包括傳熱方程和單值性條件。（√）13、實(shí)際熱機(jī)效率比卡諾熱機(jī)效率小。（×）14、對流換熱系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)一樣，都是物質(zhì)的物性參數(shù)。（×）15、熱阻疊加原則適用的前提是串聯(lián)路上各處熱量傳遞相等。（√）16、穩(wěn)態(tài)傳熱中，圓筒管壁沿半徑方向的每一個(gè)壁面熱流密度都相等。（×）17、黑色物體的吸收能力很強(qiáng)，而輻射能力很弱。（×）18、北方深秋季節(jié)，樹葉容易結(jié)霜，結(jié)霜的部位是樹葉的上面。（√）19、溫度不同的等溫面或等溫線可以相交。（×）20、二維、穩(wěn)態(tài)、常物性有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱微分方程式為。（√）21、通用氣體常數(shù)對理想氣體都是一個(gè)不變的常數(shù)。（√）22、理想氣體絕熱節(jié)流后溫度不變。（√）23、在T—S圖上，理想氣體的定壓線比定容線陡。（×）24、卡諾循環(huán)的熱效率是。（√）25、空氣的相對濕度越大，空氣中水蒸氣的含量就越大。（×）26、任何動(dòng)力循環(huán)，循環(huán)凈功總等于循環(huán)凈熱量.（√）27、熱力系是指所有參與熱力過程的物體群。（×）28、絕熱閉口系的熵增就是孤立系的熵增。（√）29、在導(dǎo)熱能力方面，金屬小于非金屬，固態(tài)小于液態(tài)，但液態(tài)大于氣態(tài)。（×）30、熱擴(kuò)散率反映了導(dǎo)熱過程中材料的導(dǎo)熱能力與沿途物質(zhì)儲(chǔ)熱能力之間的關(guān)系。（√）31、常物性、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程是（√）32、白體的反射能力強(qiáng)，吸收能力弱。（√）33、若速度邊界層與熱邊界層同一厚度，普朗特?cái)?shù)等于1。（√）四、計(jì)算題1．一封閉系統(tǒng)沿acb途徑從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b時(shí)，吸入熱量80kJ/kg，并對外界做功30kJ/kg。若過程沿adb進(jìn)行，系統(tǒng)做功10kJ/kg，問系統(tǒng)吸熱多少？（2）當(dāng)系統(tǒng)沿曲線從b返回到初態(tài)a，外界對系統(tǒng)做功20kJ/kg，則系統(tǒng)與外界交換熱量的方向及大小如何？（3）若，求過程ad和db的吸熱量？解：(1)對過程adb，由封閉系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律得：（2）對b-a過程，同樣由封閉系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律得：即系統(tǒng)從b到a時(shí)，系統(tǒng)向外界放熱70kJ/kg。（3）(定容過程膨脹功為0)對ad過程由封閉系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律得：對db過程由封閉系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律得：設(shè)一可逆卡諾熱機(jī)中工作于1600℃和300℃的兩個(gè)熱源之間，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰?00KJ，試求：（1）循環(huán)熱效率；（2）工質(zhì)對外作的凈功；（3）工質(zhì)向低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃?。解：卡諾循環(huán)的熱效率可表示為：所以一蒸汽管道，內(nèi)外直徑分別為90㎜、100㎜，管壁導(dǎo)熱系數(shù)。在管道外壁面上覆蓋兩層隔熱保溫材料，內(nèi)層厚度，導(dǎo)熱系數(shù)；外層厚度，。蒸汽管道的內(nèi)側(cè)表面溫度℃，保溫材料外表面溫度為50℃。試求：（1）各層單位管長熱阻；（2）每米蒸汽管道的熱損失；（3）各層接觸面上的溫度、。解：（1）各層單位管長熱阻：管壁內(nèi)保溫層外保溫層（2）單位管長熱損失（3）、內(nèi)燃機(jī)的氣缸中有0.5kg空氣，燃油由噴油嘴噴入，燃燒后產(chǎn)生的熱量有84kJ為燃?xì)馑?，同時(shí)空氣對外界做功為78kJ，試求空氣（燃?xì)猓┍葻崃W(xué)能的變化量。解：已知Q=84KJ，W=78KJ，所以由熱力學(xué)第一定律可知：Q=△U+W所以△U=Q-W=84-78=6KJ。所以燃?xì)獗葻崃W(xué)能的變化量為6/0.5=12KJ。有一鍋爐爐墻由三層組成，內(nèi)層是厚的耐火磚層，導(dǎo)熱系數(shù)=1.10W/m·℃；，外層是厚的紅磚層，W/m·℃；兩層中間填以，W/m·℃的石棉隔熱層。已知爐墻內(nèi)、外兩表面溫度℃和℃，試求通過爐墻的導(dǎo)熱熱流密度及紅磚層的最高溫度。解：（1）求熱流密度，先計(jì)算各層單位面積的導(dǎo)熱熱阻㎡·℃/W㎡·℃/W㎡·℃/WW/㎡（2）求紅磚層的最高溫度紅磚層的最高溫度是紅磚層與石棉之間的接觸面積溫度，所以℃6、如下圖所示，一個(gè)電熨斗，電功率為1200W，底面豎直于環(huán)境溫度為25℃的房間中，金屬底板厚5mm，導(dǎo)熱系數(shù)，面積A=300cm2。考慮輻射作用在內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=80W/(㎡.K),確定穩(wěn)態(tài)條件下底板兩表面的溫度。解：上述方程的通解為由左側(cè)條件得：由右側(cè)條件得：代入通解得：代入給定的數(shù)值后可得：=25+40000×=538℃=25+40000×=525℃如果有一臺(tái)熱效率為30%的熱機(jī)，用來帶動(dòng)制冷系數(shù)為2.5的制冷機(jī)，求制冷機(jī)每從冷物體帶走1kJ的熱量，熱機(jī)需要輸入多少熱量？解：8、可逆卡諾循環(huán)1-2-3-4-1如圖所示。已知T1=600℃，T2=300℃，Q=3000kJ，試求：（1）循環(huán)做功量；（2）冷源吸熱量及冷源熵增量；（3）如果由于不可逆使系統(tǒng)的熵增0.2kJ/K，求冷源多吸收多少熱？循環(huán)少做多少功？解：將一個(gè)黑體表面的溫度由27℃增加到810℃，求該表面的輻射力增加了多少倍？解：10、一塊混凝土空心磚，結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示，單位為mm。爐渣混凝土的熱導(dǎo)率，空心部分的表觀熱導(dǎo)率。若左、右兩側(cè)溫度差為30℃，分析該過程的熱路形式，并求一塊磚的導(dǎo)熱量。解：該磚由上下可劃分為7個(gè)從左到右的平行熱流通道。