工程熱力學(xué)答案

第一章

1,平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)分？熱力學(xué)中為什幺要引入平衡態(tài)的概念？

答：平衡狀態(tài)是在不受外界影響的條件下，系史的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài).而稔定狀態(tài)則是不論它無(wú)外界影響，系統(tǒng)

的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)?？梢?jiàn)平衡必穩(wěn)定，而穩(wěn)定未必平衡。熱力學(xué)中引入平衡態(tài)的概念，是為了能對(duì)系統(tǒng)的宏觀

性質(zhì)用狀態(tài)參數(shù)來(lái)進(jìn)行描述。

2.表壓力或真空度能否作為狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行熱力計(jì)算？若工質(zhì)的壓力不變，問(wèn)測(cè)量其壓力的壓力表或真空計(jì)的讀數(shù)是否可能變

化？

答：不能，由于表壓力或真空度只是?個(gè)相對(duì)用力。若工灰的壓力不變,測(cè)任其壓力的壓力表或真空計(jì)的讀數(shù)可能變化，由于

測(cè)量所處的環(huán)境壓力可能發(fā)生變化。

3.當(dāng)真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測(cè)對(duì)象的實(shí)際壓力愈大還是愈??？

答：真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測(cè)對(duì)象的實(shí)際壓力愈小。

4.準(zhǔn)平衡過(guò)程與可逆過(guò)程有何區(qū)分？

答：無(wú)耗散的準(zhǔn)平衡過(guò)程才是可逆過(guò)程，所以可逆過(guò)程肯定是準(zhǔn)平衡過(guò)程，而準(zhǔn)平衡過(guò)程不肯定是可逆過(guò)程。

5.不行逆過(guò)程是無(wú)法回復(fù)到初態(tài)的過(guò)程，這種說(shuō)法是否正確？

答：不正確。不行逆過(guò)程是指不論用任何曲折簡(jiǎn)單的方法都不能在外界不遺留任何變化的狀況下使系統(tǒng)回復(fù)到初態(tài)，并不是不

能何豆到初態(tài)。

6.沒(méi)有盛滿水的熱水瓶，其瓶塞有時(shí)被自動(dòng)頂開(kāi)，有時(shí)被自動(dòng)吸紫，這是什幺緣由？

答：水溫較高時(shí)，水對(duì)熱水瓶中的空氣進(jìn)行加速，空氣壓力上升，大于環(huán)境壓力，瓶塞被自動(dòng)頂開(kāi)。而水溫較低時(shí)，熱水瓶中

的空氣受冷，壓力降低，小于環(huán)境壓力,瓶塞枝自動(dòng)吸緊.

7.用U形管壓力表測(cè)定工質(zhì)的壓力時(shí)，壓力表液柱直徑的大小對(duì)讀數(shù)有無(wú)影響？

答,嚴(yán)格諛來(lái).是有影響的.由FU型鐵越粗.就有越多的被測(cè)工質(zhì)進(jìn)入U(xiǎn)型管中,這部分工所地多.它對(duì)讀數(shù)的標(biāo)確性

影響越大。

1-3解：

P\=Pb+Pa=0?97+1.10=2fflbar

==

P2P\~Pb2.07-1.05=0.32bar

Pc=Pb~P2=097-0.32=0.65bar

其次章

i.絕熱剛性容器，中間用隔板分為兩部分，左邊盛有空氣，右邊為真空，抽掉隔板，空氣將布滿整個(gè)容器。問(wèn)：（D空氣的熱力

學(xué)能如何變化？⑵空氣是否作出了功？⑶能否在坐標(biāo)圖上表示此過(guò)程？為什么？答：（1）空氣向真空的絕熱自由膨脹過(guò)程

的熱力學(xué)能不變。（2＞空氣對(duì)外不做功。（3）不能在坐標(biāo)圖上表示此過(guò)程，由于不是推靜態(tài)過(guò)程。

2.下列說(shuō)法是否正確？

（I）氣體膨脹時(shí)肯定對(duì)外作功。

錯(cuò),比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹，對(duì)外不作功。

（2）氣體被壓縮時(shí)肯定消耗外功。

對(duì)，由于依據(jù)熱力學(xué)其次定律,氣體是不行能自壓縮的.要想壓縮體積，必需借助于外功,

（3）氣體膨脹時(shí)必需對(duì)其加熱。

錯(cuò)，比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹,不用對(duì)其加熱.

（4）氣體邊膨脹邊放熱是可能的。

對(duì)，比如多變過(guò)程，當(dāng)n大于k時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)邊膨脹邊放熱.

（5）氣體邊被JK縮邊吸入熱量是不行能的.

錯(cuò)，比如多變過(guò)程，當(dāng)n大于k時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)邊壓縮邊吸熱。

＜6＞對(duì)工質(zhì)加熱，其溫度反而降低,這種狀況不行能。

錯(cuò)，比如多變過(guò)程，當(dāng)n大于I,小于k時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工質(zhì)加熱，其溫度反而降低。

3"任何沒(méi)有體積變化的過(guò)程就肯定不對(duì)外作功”的說(shuō)法是否正確？

答：不正確，由于外功的含義很廣，比如電磁力、表面張力功等等,假如只考慮體枳功的話，那么沒(méi)有體枳變化的過(guò)程就肯定

不對(duì)外作功。

4.試比較圖2-6所示的過(guò)程1-2與過(guò)程1m2中下列各量的大小：⑴W〃與W/c：⑵AS?與AS“；（3）?！芭cQs

答：（1）也成大。

（2）一樣大.

（3）QN大.

說(shuō)明下列各式的應(yīng)用條件:

⑴q=△〃+卬

閉口系的一切過(guò)程

圖2-6思索題4附圖

⑵夕=△〃+Jpdv

閉口系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程

⑶q=A〃+（p2y2一PM）

開(kāi)口系統(tǒng)的稔定流淌過(guò)程，并且軸功為零

⑷g=△〃+p（v2-vj

開(kāi)口系統(tǒng)的穩(wěn)定定壓流淌過(guò)程，并且軸功為零；或者閉口系統(tǒng)的定壓過(guò)程。

2—4解：狀態(tài)b和狀態(tài)a之間的內(nèi)能之差為：

\Uab=Uh-Ua=Q-W=}0[)-40=60V

所以，a-d-b過(guò)程中工質(zhì)與外界交換的熱量為:

+W=?+20=80ZJ

工質(zhì)沿曲線從b返回初態(tài)a時(shí)，工質(zhì)與外界交換的熱量為:

Qh_a=Ua-Ub+W=~^Uah+W=-60-30=-90A:J

依據(jù)題中給定的a點(diǎn)內(nèi)能值，可知b點(diǎn)的內(nèi)能值為60kJ,所以有:

^Vad=Vh-Ud=^-4^=mkJ

由于d-b過(guò)程為定容過(guò)程，系統(tǒng)不對(duì)外作功，所以d-b過(guò)程與外界交換的熱量為:

QJ.h=U(l-Ub=AUdb=20kJ

所以a-d-b過(guò)程系統(tǒng)對(duì)外作的功也就是a-d過(guò)程系統(tǒng)對(duì)外作的功，故a-d過(guò)程系統(tǒng)與外

界交換的熱量為：

Qi=U「ua-W(l_d=\Uad-叱j=40-(-20)=60。

2-5

過(guò)程QkJIVkJAUkJ

1-2139001390

2-30395-395

3-4-1COO0-1000

4-10-55

2-5解：由于汽化過(guò)程是定溫、定壓過(guò)程，系統(tǒng)給的變化就等于系統(tǒng)從外界汲取的熱量，

即汽化潛熱，所以有：

^h=q=2257kJ/kg

內(nèi)能的變化為：

Aw=AA-A(pv)=AA—p(v2——)

=2257+1.01xl02x(0.001-1.674)=2088V/kg

2-8解：壓縮過(guò)程中每千克空氣所作的壓縮功為：

vv=^-Aw=-50-146.5=-196.5fcJ/^

忽視氣體進(jìn)出口宏觀動(dòng)能和勢(shì)能的變化，則有軸功等于技術(shù)功，所以生產(chǎn)每kg壓縮空

氣所需的軸功為：

嗎=q—△力=一50—146.5-(0.8x0.175-0.1x0.845)xl03=-252kJ/kg

所以帶動(dòng)此壓氣機(jī)所需的功率至少為：

“上山=42AW

60

2-11解：此過(guò)程為開(kāi)口系統(tǒng)的穩(wěn)定流淌過(guò)程，忽視進(jìn)出口工質(zhì)的宏觀動(dòng)能和勢(shì)能變化，則有:

Q=6-h&7+叱

由穩(wěn)定流淌過(guò)程進(jìn)出口工質(zhì)的質(zhì)量守恒可得到：

q,n6=

所以整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡式為：

Q=q的6-4)+“(力6-力7)+叱

故發(fā)電機(jī)的功率為：

p=Ws=Q-(h6-hj)qml-(h6-)qml

50x103

=299_x41800-X(418-12)-^-x(418-42)=2.415x10A:W

360036003600

第三章

思索題

1.抱負(fù)氣體的Cp和％之差及%和G，之比是否在任何溫度下都等于一個(gè)常數(shù)？

答：抱負(fù)氣體的金和Cy之差在任何溫度下都等于一個(gè)常數(shù)，而Cp和Cy之比不是。

2.假如比熱容是溫度r的單調(diào)增函數(shù)，當(dāng)J,。時(shí)，平均比熱容c|/c|￡、中哪一

個(gè)最大？哪一個(gè)最小？

答：由cl；、c|*、的定義可知

fPcdt

=~——=8%),其中Ovgv：

,fed/

4；=^——=c(Q)，其中0<彳<，2

*2

pcdr

d：=-j——=c(tT),其中r1<r<r2

由于比熱容是溫度，的單調(diào)增函數(shù)，所以可知c|；：>c|>又由于

<=4：_了=(4：-d：.=礙-d；兌>o=d：>d：

故可知c最大，

又由于:

戶_P._斌cdA“cdf_(…不，…口?

%"°一品"，內(nèi)

G-2)44+02rd：也一八居d；)

-------------------------------居-------=---------------@----：!---------->0八

所以c|；；最小。

3.假如某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式遵循py=4r,這種物質(zhì)的比熱容肯定是常數(shù)嗎？這種物

質(zhì)的比熱容僅是溫度的函數(shù)嗎？

答：不肯定，比如抱負(fù)氣體遵循此方程，但是比熱容不是常數(shù)，是溫度的單值函數(shù)。這種物

質(zhì)的比熱容不肯定僅是溫度的函數(shù)。由比熱容的定義，并考慮到工質(zhì)的物態(tài)方程可得到：

dqd(Aw+w)dudwdwdvdu

C==------------=△----1----=△----FD=△----F

dTdTdTdTdTdTdT

由此可以看出，假如工質(zhì)的內(nèi)能不僅僅是溫度的函數(shù)時(shí)，則此工質(zhì)的比熱容也就不僅僅是溫

度的函數(shù)了。

9.有人認(rèn)為由抱負(fù)氣體組成的封流系統(tǒng)吸熱后，其溫度必定增加，這是否完全正確？你認(rèn)為

哪一種狀態(tài)參數(shù)必定增加？

答：不正確，由于對(duì)于成分固定的混合抱負(fù)氣體，其內(nèi)能是僅是溫度的單值函數(shù)，假如在過(guò)

程中吸熱的同時(shí)對(duì)外作正功，當(dāng)作的正功大于吸熱量，其內(nèi)能必定削減，溫度必定降低。只

有端值必定增加，由于依據(jù)克勞休斯不等式有：

as>——

dT

其中等號(hào)適用于可逆過(guò)程，不等號(hào)適用于不行逆過(guò)程，對(duì)于不行逆過(guò)程，T為熱源的溫度，

由于溫度T恒大于零，所以當(dāng)過(guò)程為吸熱過(guò)程時(shí)，系統(tǒng)的炳必定增加。

3-3解：⑴氣體可以看作是抱負(fù)氣體，抱負(fù)氣體的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，選取絕熱氣缸內(nèi)

的兩部分氣體共同作為熱力學(xué)系統(tǒng)，在過(guò)程中，由于氣缸絕熱，系統(tǒng)和外界沒(méi)有熱量交換,

同時(shí)氣缸是剛性的，系統(tǒng)對(duì)外作切為零，故過(guò)程中系統(tǒng)的內(nèi)能不變，而系統(tǒng)的初溫為30C,

所以平衡時(shí)系統(tǒng)的溫度仍為30℃<

⑵設(shè)氣缸一側(cè)氣體的初始參數(shù)為小、VP7；和g,終態(tài)參數(shù)為p；、K'、另一側(cè)氣體的

初始參數(shù)為〃2、匕、心和加2,終態(tài)參數(shù)為e、％、T；,重新平衡時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的總體積不

變，所以先要求出氣缸的總體積。

gRJ0.5x287x303

V.==0.1087機(jī)

0.4xlO6

m小』二0.5x287x303

V==0.3623團(tuán)3

26

Pi0.12xl0

3

.=Vx+V2=0.471m=V；+V2

終態(tài)時(shí)，兩側(cè)的壓力相同，即〃；=〃；=〃，對(duì)兩側(cè)分別寫(xiě)出狀態(tài)方程,

PM_〃匕.pv；2匕一區(qū)匕,.V')i

T,T；刀’

聯(lián)立求解可得到終態(tài)時(shí)的壓力為:

p=1.87xIO'&

3-7解：⑴定溫：4=3O3K,由抱負(fù)氣體的狀態(tài)方程可得到初終態(tài)的體積:

V*6x287x303

=1.73922w3

6

Pi0.3xlO

mRT6x287,03=521766

V=—2=

2O.lxlO6

〃2

所以氣體對(duì)外所作的功和汲取的熱量分別為：

w=PpdV=mRT,in^-=6X287X303XIn521766=573.22kJ

瓦—V,1.73922

Q=-W=-573.22以

⑵定燧：相當(dāng)于可逆絕熱過(guò)程，氣體對(duì)外所作的功和熱量分別為：

卷kn—

w=fpdv=-f^-(—r1

叫k-1Pi

141L4-1

=—:—x6x0.287X1。3x303X[1-d尸]=35

1.4-13

Q=0

終溫為:

k-lC114T

豈=7](乙)k=303X(—)"^二22L41K

PI0.3

⑶〃=1.2：為多方過(guò)程，依據(jù)過(guò)程方程可得到氣體的終溫為：

7；=T盧尸=303x(—)02/L2=252.3K

Pi0.3

氣體對(duì)外所作的功和熱量分別為：

W=[l-(-^-r']=6X：￡X；。3[]_《)言]=436.5V

yj—k[2—14

Q=mc(T-T)=6x0.717x(252.3-303)x=218.1\kJ

v2]n-\1.2-1

3-13解:假設(shè)氣體的定壓和定容比熱容都是常數(shù),首先計(jì)算此抱負(fù)氣體的氣體常數(shù)和定壓、

定容比熱容:

ROQ14

%=瓦F=286.69,/(K.必)

Aw700x103、

=—=―面―=1129.03J/(K.kg)

%=4+j=1415.72J/(K.&g)

所以其焙變和端變分別為：

△h=cD"=1415.72x620=877.75。/奴

A5=clnJ+RIn-=U29.03xln旦旦=808.00心/依

v(，u5936

第四章

1.循環(huán)的熱效率公式

=1--7=1-%

1和71

有何區(qū)分？各適用什么場(chǎng)合？

答：前式適用于各種可逆和不行逆的循環(huán)，后式只適用于可逆的卡諾循環(huán)。

2.循環(huán)輸出凈功愈大，則熱效率愈高；可逆循環(huán)的熱效率都相等；不行逆循環(huán)的熱效率肯定小于可逆循環(huán)的熱效率，這些

說(shuō)法是否正確？為什么？

答：不正確.熱效率為輸出凈功和吸熱5:的比，因此在相同吸熱量的條件下，循環(huán)輸出的出凈功愈大，則熱效率愈高。

不是全部的可逆循環(huán)的熱效率都相等，必需保證相同的條件K在相同的初態(tài)和終態(tài)卜，不行逆循環(huán)的熱效率肯定小于可

逆循環(huán)的熱效率.

3.熱力學(xué)其次定律可否表述為“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮?，而熱能不行能全部變?yōu)闄C(jī)械能”？

答：不對(duì),必需保證過(guò)程結(jié)束后對(duì)系院和外界沒(méi)有造成任何影響這一條件。否則熱能可以全部變?yōu)闄C(jī)械能.比如抱負(fù)

氣體的定溫膨脹過(guò)程，系統(tǒng)把從外界汲取的熱量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，外界雖然沒(méi)有任何任何變化，但是系統(tǒng)的體積發(fā)生

轉(zhuǎn)變了.

4.下列說(shuō)法是否正確？為什么？

⑴熾增大的過(guò)程為不行軍過(guò)程；

⑵不行逆過(guò)程的墻變無(wú)法計(jì)算；

(3)若工質(zhì)從某一初態(tài)經(jīng)可逆贊行相途徑到達(dá)同一終態(tài)，則不行逆途徑的必大于可逆途徑的AS.

(4)工質(zhì)經(jīng)受不行逆循環(huán)后AS>

(5)自然界的過(guò)程都是朝著墻增的方向進(jìn)行的，因此墻減小的過(guò)程不行能實(shí)現(xiàn)；

(6)工質(zhì)被加熱熠肯定增大，工質(zhì)放熱烯肯定減小.

答：(1)不正確，只有孤立系統(tǒng)才可以這樣說(shuō)：

(2)不正確，s為狀態(tài)參數(shù)，和過(guò)程無(wú)關(guān)，知道初態(tài)和終態(tài)就可以計(jì)兌：

<3>不對(duì)，s為狀態(tài)參數(shù)，和過(guò)程無(wú)關(guān)，AS相等：

(4)不對(duì)，工質(zhì)經(jīng)受可逆和不行逆循環(huán)后都回到初態(tài)，所以熠變?yōu)榱悖?/p>

(5)不對(duì)，比如系統(tǒng)的抱負(fù)氣體的可逆定溫壓縮過(guò)程，系統(tǒng)對(duì)外放熱，烯減小。

(6)工質(zhì)被加熱端肯定增大，但是系統(tǒng)放熱，耀不肯定減小。假如是可逆過(guò)程，境才肯定減小。

5.若工質(zhì)從同一初態(tài)動(dòng)身，分別經(jīng)受可逆絕熱過(guò)程與不行逆絕熱過(guò)程膨脹到相同的終壓力，兩過(guò)程終態(tài)的煙哪個(gè)大？對(duì)外

作的功哪個(gè)大？試用坐標(biāo)圖進(jìn)行分析.

答：不行逆過(guò)程燔大，可逆過(guò)程作功大

4-1解：由熱量守恒

Q2=Q}-W=1000-450=550J

由克勞休斯不等式：

Q+或二些-型=0.0185〃K>。

7；7；540300

它的設(shè)計(jì)是不合理的

4-7解：

(I)由孤立系統(tǒng)熠增原理：

△S^=AS,+△&+AS,=嶼,In今+怔〃In/+0=0

所以有：

（2）總功量為：

W=QA-QB=嗎也-憶-"）］=叫（北+/-2辰）

⑶QA=QH

所以

TJ+.

2

總端變?yōu)椋?/p>

TT（T+T）2

△Sl3ot=A5f.\+D=mcnpIn—rj^+mcnpIn—ry-1=tncn〃In-A-----rr*-

1A1B

4-12解：依據(jù)溫度流淌的過(guò)程方程有：

vv=-A//=cP（r2-rj

所以

空氣在壓縮過(guò)程中的端變?yōu)椋?/p>

Tp435104

AS=c?ln^--/?In-^-=1.005xln-^--0.287xln—=9.86J/A：dtv

g°T、R2900.1

所以做功力量的損失為：

AW=Toa=290x9.86=2859AJ/kg

4-19解：依據(jù)熱力學(xué)第肯定律有：

Q=AU+W=60-200=-140kJ/kg

環(huán)境的埼變?yōu)椋?/p>

140

△5加=旃=0.4780/必K

選取氣缸中的氣體和環(huán)境為討論的熱力學(xué)系統(tǒng)，此系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，其埼變等于增產(chǎn)所以：

△Sg=AStot=AS4“+AS,，=-0.274+0.478=0.204kJ/kg-K

第五章

2.鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣在定溫過(guò)程中是否滿意4=卬的關(guān)系？為什么？

答：不對(duì)，由于水蒸氣不能看作是抱負(fù)氣體，其內(nèi)熊不僅是溫度的函數(shù)，還是壓力的函數(shù)，故此定溫過(guò)程內(nèi)能是轉(zhuǎn)

變的.AU不等于0。

3.有無(wú)0t7或低于0G的蒸汽存在？有元低于0C的水存在？為什么？

答：有0?；虻陀?8J蒸汽存在，只要壓力足夠低就可能，但是沒(méi)有低于0。的水存在，由于水的三機(jī)點(diǎn)溫度為

0.01C,低于三相點(diǎn)溫度，只可能是固態(tài)或是氣態(tài)。

4.25Mpa的水，是否也象IMPa的水那擇經(jīng)受汽化過(guò)程？為什么？

答：不行以，由于水的臨界點(diǎn)壓力為22.12M&,故此，當(dāng)壓力高于臨界壓力時(shí)，它的汽化不經(jīng)過(guò)氣液兩相區(qū)，而

是由液相連續(xù)的到達(dá)氣相。

5.適用于任何工質(zhì)的定壓過(guò)程。水蒸氣定壓汽化過(guò)程中”=由此得出結(jié)論，水定壓汽化時(shí)

dh=cpdTo,

此結(jié)論是否正確？為什么？

dh=cpdT=0,

答：不正確.由于定壓汽化過(guò)程中發(fā)生了相變，上式只適用于不發(fā)生相變的過(guò)程.

8.在相同的溫度及壓力下，濕空氣與干空氣相比，那個(gè)密度大？

答：干空氣的密度大.

10.若兩種濕空氣的總壓力和相對(duì)濕度相同，問(wèn)：溫度高的濕空氣含濕量大還是溫度低的濕空氣含濕量大？為什么？

答，由d=0.662—^-----.在相同相對(duì)濕度的狀況下.溫度離.P.大.所以，溫度高含濕量大.

--1

第八章

8-2.空氣在一根內(nèi)徑50mm,長(zhǎng)2.5m的管子內(nèi)流淌并被加熱，已知空氣平均溫度

為80℃,管內(nèi)對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為/z=70W/(m2?K),熱流密度為

^=5000W/m2,試求管壁溫度及熱流量。

解：由牛頓冷卻公式：4=得到

tw=-+tf=-^+80=151.42°C

M/?f70

e=^x5=5000x2.5x-x0.052=24.531V

4

8-3.一單層玻璃窗,高1.2m,寬1m,玻璃厚0.3mm,玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為九=1.05

W/(m?K),室內(nèi)外的空氣溫度分別為20C和5℃,室內(nèi)外空氣與玻璃窗之間對(duì)流換熱

22

的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為4=5W/(m?2和/?2=20W/(m,K),試求玻璃窗的散

熱損失及玻璃的導(dǎo)熱熱阻、兩側(cè)的對(duì)流換熱熱阻。

解：對(duì)流換熱計(jì)算公式:

20-5

0=SX'4=1.2xlx=71.9W

1O110.00031

—+—+—+---

%2%51.0520

導(dǎo)熱熱阻為：N=2=2幽=0.000286K/W

'21.05

內(nèi)側(cè)對(duì)流換熱熱阻為：R,=-=-=0.2K/W

%5

外側(cè)對(duì)流換熱熱阻為：&=!=3=0.05長(zhǎng)/卬

h220

8-5.有一厚度為b=400mm的房屋外墻，熱導(dǎo)率為4=0.5W，(m?K)。冬季室

內(nèi)空氣溫度為。=20C,和墻內(nèi)壁面之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為4=4

W/(m2長(zhǎng))。室外空氣溫度為J=-10℃,和外墻之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為為=6

W/(m2?K)。假如不考慮熱輻射，試求通過(guò)墻壁的傳熱系數(shù)、單位面積的傳熱量和內(nèi)、

外壁面溫度。

解：傳熱系數(shù)力=-j-J-r=-i—―r=0.822/C/W

1o1I0.4I

-I-J+卜

h}Ah240.56

熱流通量為：q=而八-）=0.822x（20+10）=24.66W/m2

由夕=電_4）得到：

t=tf-^=20-^^=13.84°C

z,h4

t=tf+幺=T0+*竺=—5.89°C

的4h6

9-2爐墻由一層耐火磚和一層紅磚構(gòu)成，厚度都為250mm,熱導(dǎo)率分別為0.6W/（mK）

和0.4W/（m-K）,爐墻內(nèi)外壁面溫度分別維持700。（2和80。（2不變。（1）試求通過(guò)爐墻的熱

流密度；（2）假如用熱導(dǎo)率為0.076W/（m?K）的珍寶巖混凝土保溫層代替紅磚層并保持通過(guò)

爐墻的熱流密度及具它條件不變，試確定該保溫層的厚度。

解：依據(jù)多層復(fù)壁導(dǎo)熱計(jì)算公式：

%，=700-80

=595.2W/〃z

必+&0.2500.250

%40.60.4

t-t700-80

由4=”貴==595.2得到:

心+M0.250.&

------十——￡—

440.60.076

%=47.5/wz

9-12熱電偶的熱接點(diǎn)可以近似地看作球形，已知其直徑d=0.5mm、材料的密度

〃=8500kg/n?、比熱容c=40（）J/（kgK）。熱電偶的初始溫度為25。（2,突然將其放入120

笛的氣流中，熱電偶表面與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為90W/（m2.K）,試求：（1）熱電偶的時(shí)

間常數(shù)；（2）熱電偶的過(guò)余溫度達(dá)到初始過(guò)余溫度的1%時(shí)所需的時(shí)間。

解:先推斷能否用集總參數(shù)法:

nhR90X0.0005

局，二^^看是否小于0.1

由久?二誓得到：

hA

4(d\

8500x-^-x400

?二3⑴

12.6seconds

hA(d\

90x%-

o/zA

由區(qū)=得至IJ：

%

計(jì)算得到：

4d

8500x—乃-x400

3⑺

一噌=4.61X----=58.0seconds

hA(?

90x44'

pVc(2

9-13將初始溫度為80℃,直徑為20mm的紫銅棒突然橫置于溫度位20℃,流速為

12m/s的風(fēng)道中冷卻，5分鐘后紫銅棒的表面溫度降為34。匚已知紫銅棒的密度P=8950

kg/n?、比熱容c=380J/(kgK)、熱導(dǎo)率zl=390W/(mK),試求紫銅棒表面與氣體間對(duì)流

換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

解：由比=與得到：

?hr0.01%

<0.1,可以用集總參數(shù)法計(jì)算。

瓦丁390

014

=0.233

仇60

hA

O

由否=epVc得到:

hh

0e詞=0.023

瓦

計(jì)算得到