热力学与传热学

1、热力学与传热学综合复习题一、判断说明下列说法是否正确，并说明理由。1、某种理想气体经过一个不可逆循环后，其熵的变化值大于零。2、功的数值仅仅取决于工质的初态和终态，与过程无关。3、理想气体吸热后，温度一定升高。4、牛顿冷却公式中的t可以改为热力学温度之差T。5、工质进行膨胀时必须对工质加热。6、在温度同为T1的热源和同为T2的冷源之间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。7、工质的熵增就意味着工质经历一个吸热过程。8、已知湿蒸汽的压力和温度，就可以确定其状态。9、同一温度场中两条等温线可以相交。二、简答题1有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉的更快一些，你认为他应该搅拌碗

2、中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？2对于高温圆筒壁来说，加保温层一定能降低对外散热量，对吗？为什么？3在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？4同一物体内不同温度的等温线能够相交，对吗？为什么?5、在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1秒。从传热学角度，你认为此值可信吗？为什么？三、计算题1一循环，工质从高温热源吸热3.4×106 kJ，输出功率1.1×106 kJ 。试计算该循环的热效率t。若循环是在温度分别为577 和30 的恒温热源间完成的，试计算该循环的热效率t与同温限下卡诺循环的热效率c之比。2可视为理想气体的空气在活塞中从1

3、 bar、20经历一可逆绝热过程后，压力升为6bar。已知空气的比定压热容cp=1.0 kJ/(kg×K)，比定容热容cV=0.71 kJ/(kg×K)。试计算该过程终了时空气的温度，每千克空气所作的膨胀功。3有一直径为5cm初始温度为400的钢球，将其突然放到温度为30的空气中。设钢球表面与周围环境间的总换热系数为24 W/(m2×K)，试计算钢球冷却到180所需的时间。已知钢球的c=480 J/(kg×K)， =7753 kg/m3，=33 W/(m×K)。4将氧气压送到容积为2m3的储气罐内，初始时表压力为0.3bar，终态时表压力为3b

4、ar，温度由t1=45升高到t2=80。试求压入的氧气质量。当地大气压为Pb=760mmHg，氧气Rg=260J/(kg×K)。5流体受迫地流过一根内直径为25 mm的直长管，实验测得管内壁面温度为120，流体平均温度为60 ，流体与管壁间的对流换热系数为350 W/(m2×K)。试计算单位管长上流体与管壁间的换热量。6相距甚近而平行放置的两个面积相等的灰体表面，黑度各为0.6和0.5，温度各为700和350，试计算它们之间的辐射换热量。7一卡诺热机工作于500 和200 的两个恒温热源之间。已知该卡诺热机每秒中从高温热源吸收100 kJ，求该卡诺热机的热效率及输出功率。8

5、在一根外直径为120mm的蒸汽管道外包一厚度为25mm的石棉保温层，保温层的导热系数为0.10 W/(m×K)。已知管子外表面温度为250，保温层外表面的温度为38，试求单位管长的热损失。9一定量的空气，经过下列四个可逆多变过程组成的循环。试求：（1）填充下表所缺数据；（2）循环净功；（3）该循环的热效率。过程Q（kJ）U(kJ)W(kJ)1-2121002-302503-4-98004-1010、厚为36 mm的无限大平壁，两侧表面温度分别为50 和20 。已知平壁材料的导热系数为 =0.56（1+0.0018t）W/(m×K) (其中t的单位为)，试计算通过平壁的热流密

6、度。11、绝热容器由隔板分成两部分，左边为压力600kPa，温度为300K的空气；右边为真空，容积是左边的5倍。如将隔板抽去，空气迅速膨胀，充满整个容器。试求：该过程中1千克空气的热力学能、温度和熵的变化。【空气Rg=287J/(kg×K)】12、外径为100 mm，表面温度为100 ，黑度为0.76的圆筒壁，被水平放置于一温度为20的大房间中。已知圆筒壁外表面与空气的纯对流换热系数为7.03W/(m2×K)，试计算单位长度圆筒壁散失到房间中的总热量。综合复习题参考答案一、判断下列说法是否正确，并说明理由。1、不正确。原因：熵是状态参数，不管循环是否可逆，工质的熵变均为零。

7、2、不正确。原因：功是过程量，其数值与工质所经历的中间途径有关。即使初终态相同，但若经历的途径不同，功值是不同的。3、不正确。原因：气体吸热Q>0，而DU=Q-W，理想气体DU=mcVDT，则DT是否大于零还取决于W的大小。4、正确。原因：摄氏度与热力学温度的温差相等，Dt =DT。5、不正确。原因：工质也可进行绝热膨胀。6、正确。原因：卡诺定理二7、不正确。原因：在可逆过程中，工质的熵增意味着工质经历一个吸热过程。但在不可逆过程中，由于不可逆因素引起的熵产恒大于零。因此即使是绝热过程，工质的熵增也可能大于零。8、不正确。原因：湿蒸汽的压力与温度是互相对应的数值，不是相互独立的参数，故仅

8、知其压力和温度不能决定其状态，必须再另有一个独立参数才行，如干度x。9、不正确。原因：同一物体内任一点在同一瞬间只有一个温度值，不可能具有两个以上的温度。二、简答题1答：应该搅拌碗中的稀饭。这是一个传热过程。相对而言，稀饭侧的对流换热系数较小、换热热阻较大。搅拌稀饭时增大了其对流换热系数，最大限度的降低总传热热阻，可显著地增强传热，加速冷却速率。2答：不对。因为对于圆筒壁的保温，存在一个临界热绝缘直径dc问题。当圆筒壁外径大于临界热绝缘直径dc时，加保温层一定能降低散热量；但当圆筒壁外径小于临界热绝缘直径dc时，在一定的保温层厚度范围内，其散热量是增加的。3答：采用多孔的空心砖较好。因为气体的

9、热导率远小于固体的热导率，相对实心砖而言 ，空心砖的热导率较小、导热热阻较大，在冬天可减少房屋的散热损失，利于保温。4答：不对。同一物体内任一点在同一瞬间只有一个温度值，不可能具有两个以上的温度。5答：不可信。因为测温元件的时间常数不仅取决于其几何参数、物理性质，还同换热条件有关。它随着具体的测温过程而变化，并不是一个确定的数值。三、计算题1解：循环热效率的计算： 相应卡诺循环的热效率： 二者比值为： 2解：p1=1bar p2=6bar T1=20+273.15=293.15K k=cp/cV=1.4由题意知：12为可逆绝热过程，则 q=0，则 3解：d=5cm=0.05m R=d/2=0.

10、025 m t0=400 t¥=30 对球体 V/A=R/3 M=1/3 则 可用集总参数法计算 则代入数据， 4解：V=2 m3 pb=760mmHg=1.01325bar p=pe+pb p1=pe1+pb=0.3+1.01325=1.31325 bar p2=pe2+pb=3+1.01325=4.01325 bar 理想气体状态方程：pV=mRgT 初态时罐内氧气质量为 终态时罐内氧气质量为 则压入的氧气质量为 Dm=m2-m1=8.748-3.178=5.57 kg 5解：管内强迫对流换热问题。由牛顿冷却公式计算： W/m 6解：T1=700+273.15=973.15K T

11、2=350+273.15=623.15K 由题意知，A1=A2=A X1,2= X2,1=1.0 W/m2 7解：该卡诺热机的热效率： 输出功率为： kW 8解：此为通过圆筒壁的稳态导热问题。由题意知：d1=120mm d2=d1+2d=120+2´25=170mm tw1=250ºC tw2=38ºC 则 W/m 9解：（1）填表 对每一过程有：Q=DU+W 对循环有 过程Q（kJ）U(kJ)W(kJ)1-21210(1210)02-30(-250)2503-4-980(-980)04-10(20)(-20) （2）循环净功 W0=W1-2+W2-3+W3-4+

12、W4-1=0+250+0-20=230 kJ 或 W0=Q0=1210+0-980+0=230kJ （3）循环热效率 Q1=1210 kJ 10解：大平壁的平均温度为 tm=(tw1+tw2)/2=(50+20)/2=35 平均热导率为：lm=0.56（1+0.0018tm）=0.56×(1+0.0018×35) = 0.5953 W/(m×K) 热流密度为： W/m2 11解：以容器内的空气为研究对象。已知：T1=300K p1=600kPa V2/V1=6 （1）满足q=Du+w 绝热q=0 自由膨胀w=0 则Du=q-w=0 （2）Du=cV（T2-T1）=

13、0 ，则 T2=T1 （3）Ds=Rgln (V2/V1）=287×ln(6)=514 J/(kg×K) 12解：这是一个复合表面的换热问题，该圆管壁既与周围气体有对流换热，又与周围环境有辐射换热。先求辐射换热量Frl：已知Tw=100+273=373K T¥=20+273=293K A1=pdl X1,2=1.0 A1«A2 则 W/m再求对流换热量Fcl：W/m 则总散热损失为：W/m 1第1题 判断题 实际物体的吸收率仅仅取决于物体的本身性（物体的种类、表面温度、表面状况）。 标准答案：错误 2第2题 判断题 自然界中存在绝对的黑体。 标准答案：错

14、误 3第3题 判断题 在辐射换热过程中，只能有高温物体向低温物体辐射能量。 标准答案：错误 4第4题 判断题 角系数的互换性只有在热平衡条件下才能成立。 标准答案：错误 5第5题 判断题 导电体的黑度（发射率）小于非导电体的黑度（发射率）。 标准答案：正确 6第6题 判断题 黑体的吸收和辐射能力仅仅是温度的单值函数。 标准答案：正确 7第7题 判断题 对于工业高温下的热辐射来说，对射线的吸收和反射有重大影响的是表面的颜色，而不是表面的粗糙度。 标准答案：错误 8第8题 判断题 在一般情况下，固体和液体的透过率为零。 标准答案：正确 9第9题 判断题 角系数不仅取决于物体的形状、大小、距离和相对

15、位置，也与物体的种类和温度有关。 标准答案：错误 10第10题 判断题 黑度（发射率）就是物体的实际辐射力与黑体的辐射力之比。 标准答案：错误 1第1题 判断题 对于一种确定的理想气体，(cp,m-cv,m)一定为一定值。 标准答案：正确 2第2题 判断题 因热量是过程量，所以比热容也和过程特性有关，不同的热力过程，比热容也不相同。 标准答案：错误 3第3题 判断题 闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统。 标准答案：错误 4第4题 判断题 气体吸热后温度一定升高。气体膨胀时一定对外作功。 标准答案：错误 5第5题 判断题 状态参数是热力系统状态的单值函数。 标准答案：正确 6第6题 判断题 通过定容或压缩可以把热能转变成机械能。 标准答案：错误 7第7题 判断题 功的数值仅仅取确于工质的初态和终态，与过程无关。 标准答案：错误 8第8题 判断题 比热容仅仅是温度的单值函数。 标准答案：错误 9第9题 判断题 气体膨胀时一定对外作功。 标准答案：错误 10第10题 判断题 热力学能与热量均是状态参数。 标准答案：错误 1第1题 判断题 熵增大的过程必定为吸热过程。 标准答案：错误 2第2题 判断题 熵增大的过程必为不可逆过程。 标准答案：错误 ： 3第3题 判断题 自发过程是不可逆过程，非自发过