热工学习题集

1、热工学习题集1、热工设备有哪些?锅炉设备、蒸汽动力设备、内燃机、以及燃气轮机装置等属于热工设备,压缩机、制冷设备和热泵消耗机械能的设备也属热工设备。 特点:热能与机械能转换。2、国际单位制基本单位有哪些。量的名称:长度、质量时间、电流、热力学温度、物质的量、发光强度。单位名称:分别为米、千克 (公斤 、秒、安培、 开尔文、摩尔、坎德拉。单位符号分别为:m 、 kg 、 s 、 A 、 K 、 mol 、 cd 。3、力的单位:力 =质量×加速度。国际单位牛顿。简称牛, N 。4、能量、热量和功的单位。国际单位制单位为焦耳。简称焦, J 。电力系统中常用千瓦时 (kw.h, 1 kw.

2、h=1 kw×3600s=3600kJ。5、工质的基本状态参数有哪些。 温度、 压力、 比体积、 焓、 熵、 内能 (热力学能 等参数,属热工工质的状态参数。6、什么是温度?定义:温度是物体的冷热的程度。温度是物质分子热运动激烈程度的量度。温度是物质大量分子平均平移动能的量度。三个都是温度的定 义。国际单位制是热力学温度,符号 T ,单位开。7、热学学温度是如何规定水的三相点的?热学学温度规定水的三相点 (纯冰、 纯水和水蒸汽三相平衡点 的温度为 273.16K 。每 1K 为水的三相点的 273.16分 之一。摄氏温度与热力学温度的换算关系为:T=t+273.158、热力学第一定律

3、数学表达式热力学第一定律数学表达式 Q =E+W规定:热力系统吸热, Q 为正值。对外做功, W 为正值。内能增加,E 为 正值。 Q =E+W q=du+w(闭口系统热力学第一定律数学表达式 q=u+w, 即 q=du+pdv, du 和 pdv为微分方程式,前一式为单位质量方程式,q=dh-vdp9、热力系统的总能量,热力学能热力系的总能量 E :宏观动能 E k ,宏观势能 E p 和微观热运动系统内能 U (热 力学能 E=U+Ek +Ek 单位质量 e=u+ek +ek 热力系统的总能量和温度压力一样属于 工质的状态参数。热运动系统内能 U 是物质微观热运动的能量, 它是下列总和:分

4、子热运动内 动能 (如气体 、 分子间相互作用内位能 (气体分子间距离越大, 内位能相对较高 、 分子结构间的化学能、电磁能和原子核内的核能。10、状态参数焓的物理意义H =mh=U+pV 比焓 h=u+pv焓的物理意义是工质流进或流出热力系统时带入或带出的热力学能与推动 功 pv 的各。焓可以看作随工质转移的能量, h=f(T,p,它表示能量 (热能 和做 功能力,是工质热力学参数之一。11、稳定流动能量方程式应用11.1工质在锅炉 (加热器 中吸热量 q=h2-h1(等于工质焓的增量 11.2汽轮机和燃气办机动力机械做的轴功 Ws(可以认为是绝热过程 = h1-h2(等 于工质的焓降 11

5、.3水泵、风机与压缩机消耗的有效功 -Ws= h2-h1外界对工质压缩为负值,根 据 Q =E+W,外界做功等于工质温度提高后工质焓的增加值。 11.4喷管 (汽轮机喷嘴竺 1/2×(C F22-C F12 = h1-h2 流体速度的增加等于工质焓的减少12、理想气体状态方程式 理想气体的压力 P =2/3n0×(mC-2/2, (mC-2/2=3/2KT, (mC-2/2表示物质分 子热运动平均平移动能(还有振动、旋转等动能 状态方程式 pv=RgTRg 为气体常数,单位是 J/(kg.K ,除以摩尔质量等于为变常数 Rg 为 不变常数 R =8.3145 J/(mol.

6、K ,气体摩尔体积为 22.4141升。13、理想气体的比热容比热容定义有三个单位质量比热容 c ,单位是 J/(kg.K 同气体常数 Rg 。单位体积比热容 C ,单位是 J/(m3.K 单位物质的量比热容 Cm ,单位是 J/(mol.K 14、理想气体的四个基本热力过程是什么,它的气体状态方程表达式和特点一定容过程,方程表达式 v=常数,特点温度与压力成正比例关系二定压过程, P=常数,特点温度与体积成正比例关系三定温过程, T=常数,特点体积与压力成反比例关系四绝热过程,方程表达式 pv k =常数,特点工质不吸热也不放热15、热力学第二定律,二种表达方式见书本16、迈耶公式:表达式说

7、明什么 (定压比热容与定容比热容的关系 17、水蒸汽的汽化潜热对一定压力下的饱和水继续加热, 不开始沸腾并且为断汽化, 而水温保持饱 和温度, 当饱和水全部汽化为干饱和蒸汽时, 在汽化阶段吸收的热量叫汽化潜热。 它的大小等于饱和蒸汽焓减去饱和水焓。18、 湿蒸汽状态参数的是如何确定的?湿蒸汽是由相同的压力和温度的饱和蒸汽 和饱和水所组成的混合物。它的温度和压力是确定的,只能算一个状态参数。 其 他的状态参数,由蒸汽的干度确定,蒸汽的干度确定后,它的比体积、焓、熵、 热力学能 (内能 等状态参数就确定了。可以通过 1kg 的湿蒸汽由 x kg的干饱和 蒸汽和 (1-x的饱和水蒸汽混合成而计算相应

8、的比体积比焓和比熵。19、 查水蒸汽焓熵图:t=450, p=4.0Mpa对应的比体积、 比焓和比熵。 t=540, p=10Mpa对应的比体积、比焓和比熵。20、判断题1、气体吸热后一定膨胀,热力学能一定增加。错误,不一定膨胀,后一个错如 果膨胀热力学能不一定增加。2、气体膨胀时一定对外作功。错误,如真空中孤立热力学系统膨胀不做功。3、气体被压缩时一定消耗外功。正确。4、热量是吸热放热的概念,热能是工质含热量的多少。正确5、气体的定压比热容 Cp 比定容比热容 Cv 大。正确6、理想气体的摩尔定压比热容 Cp 减去摩尔定容比热容 Cv , 差值 8.3145 J/(kgK7、机械能可以全部转

9、变热能,而热能不可能全部转化为机械能。正确8、自发过程是不可逆过程,而非自发过程是可逆过程。错误9、空气湿度为零时,空气中完全没有水蒸汽,湿度为 100%时,完全是水蒸汽。 10、空气的相对温度愈大,含湿量越高。错误,另一指标是温度。11、导热的热流方向与温度梯度方向相同。错误12、水的表面传热系数较空气的大。正确13、 提高朗肯循环循环热效率的途径有提高蒸汽初压力和蒸汽初温度以及降低乏 汽压力。正确14、汽轮机真空主要取决于冷却水的温度。正确15、回热循环可以减少冷源损失。正确16、 燃料燃烧将化学能转化为热能,通过一定机构转化成机械能,这些装置统称 热力发动机。正确17、蒸汽机和汽轮机都是

10、外燃式热机。正确18、燃气轮机是内燃式发动机。正确19、消耗外功使气体升压的设备,叫压气机。正确20、多级压缩中间冷却的目的是减少压缩功。正确21、热泵与制冷装置都是将低温热源的热量送到高温热源。正确22、汽轮机凝汽器的作用是冷却汽轮机轴承。错误23、 速度级汽轮机工作原理是从喷嘴中调整汽流的速度, 依次在几列叶片中转化 为转子的机械能。24、烟尘中主要有害物质是粉尘、二氧化硫和氧化氮。正确25、烟气离开锅炉本体时温度一般在 100以下。错26、锅炉蒸汽设备主要是省煤器。错27、链条炉主要用于高压锅炉。错28、煤中可燃烧元素主要为氢氧硫。错29、气体的绝对压力不能从压力表上直接测量。30、热力

11、学第一定律的实质是能量转化与守恒定律。正确21、 -10的空气中为什么还含有水蒸汽,这些水蒸汽为什么不凝结成冰呢? 答:在大气中,一定的温度对应一定的饱和水蒸汽分压力。如 33时,饱 和水蒸汽分压力为 5.03kpa ,而空气中水蒸汽分压力一般没有达到某一温度对应 的饱和水蒸汽分压力。 温度 0时, 饱和水蒸汽分压力为 0.61Kpa ; 温度 -10时, 饱和水蒸汽分压力为 0.29Kpa , 只要此时空气中水蒸汽分压力没有达到 0.29Kpa , 这些水蒸汽以蒸汽形式存在在空气中。22、 某锅炉中的蒸汽压力为 3.8Mpa , 某凝汽器中水蒸汽的真空压力表读数为 93kpa ,当地大气压为

12、 101kpa ,计算锅炉蒸汽绝对压力和凝汽器中蒸汽的绝对压力。 23、 汽动给水泵进口蒸汽温度为 270压力 0.39Mp 焓 3006kJ/kg, 出口蒸汽温度 205压力 0.13Mp 焓 2884kJ/kg,如果给水泵轴功率为 300千瓦,试计算每小时 给水泵用汽量。解:设水泵每小时用汽量为 X 吨Ws=h1-h2=3006-2884=122kJ/kgP =Ws ×X ×1000/3600=300X =8.85(吨 /时 24、氧气瓶容积为 0.05立方米,瓶内压力为 8Mpa ,室温为 27后来用用一部 分氧气,压力下降为 6Mpa ,问用去氧气为多少千克。解:氧

13、气体积为 0.05立方米,设它的比体积为 v1和 v2, 对应的质量为 m1和 m2千克。则 v1=0.05/m1, v2=0.05/m2氧气摩尔质量为 0.032千克,它的气体常数 Rg=R/0.032=8.3145/0.032= 259.82J/(kg.K(1使用前的氧气重量为p1v1=RgT=p1×0.05/m1,则 m1= p1×0.05/( RgT=5.132千克(2使用后的氧气重量为m2= p2×0.05/( RgT=3.849千克(3用于的质量为m1-m2= p1×0.05/( RgT - p1×0.05/( RgT=(8-6&#

14、215;1000000×0.05/ (259.82×300=1.283千克25、一个房间长 8米,宽 3.5米,高 2.5米,温度 27,计算房间内有多少千 克的空气量。空气的分子量为 29,一个标准大气压。解:房间体积=8×3.5×2.5=70(立方米设它的质量为 m 千克,它的比体积 为 v则 v=70/m(1空 气 摩 尔 质 量 为 0.029千 克 , 空 气 气 体 常 数 Rg=8.3145/0.029= 286.71J/(kg.K(2pv=RgTm=pV/ RgT=101325×70/(286.71×300=82.46

15、(千克26、一可逆卡诺循环,高温热源温度为 127,低温热源温度为 27,问卡诺循 环正循环的热效率。如属逆循环,计算逆循环的制冷系数。解:正循环的热效率=w/q1=(q1-q2/q1=1-T2/T1=1-300/400=0.25=25%。 逆循环制冷系数=q2/(q1-q2=T2/(T1-T2=300/(400-300=327、 有一钢结构气体冷却器, 气侧传热系数 h1=80W/(m2.k, 壁厚 5mm 导热系数, =46W/(m.k,水侧表面传热系数为 5000W/(m2.k,计算各个环节的热阻。 解:气侧热阻 Rc1=1/h1=1/80=0.0125(m2.K/W管壁导热热阻=/=0

16、.005/46=0.00011(m2.K/W水侧对流热阻=1/h2=1/5000=0.00002(m2.K/W总传热热阻 R =Rc1+R+Rc2=0.0125+0.00011+0.00002=0.01263(m2.K/W 气侧热阻最大。28、某煤场贮存一万吨煤,收到基水份为 12%,低位发热量为 21000kJ/kg,因天 气干燥, 水份下降到 6%, 问此时它的重量变为多少吨, 收到基发热量变为多少? 解:根据煤的干燥基换算水份干燥基总重量=10000×(1-12%=8800吨。根据后来的水份反算总重量=8800÷(1-6%=9361.7吨。原低位发热量 Q =Q1-2

17、500×12% Q1=Q+300=21300现低位发热量=Q2-2500×6%=10000÷9361.7×Q1-150=22602kJ/kg参见 P201页公式29、 某火力发电厂的平均发电煤耗为 340克标准煤 /千瓦时, 求该装置的总效率。 解:发电煤耗为 340克标准煤 /千瓦时就是每消耗 340克标准煤,能发一度电。 热效率=1×3600/(0.34*29308×100%=36.1%30、 140的热水焓 589kJ/kg,在扩容器内降压蒸汽到压力为 0.05Mpa 时,可得 x=0.97的湿蒸汽,饱和汽焓为 2646kJ/k

18、g熵为 7.4 kJ/kgk,饱和水焓为 341kJ/kg, 问每吨地下水可产生湿蒸汽多少吨?如每秒钟这些蒸汽在汽轮机内做 功,凝汽器内压力为 0.006Mpa 汽焓为 2276kJ/kg湿度为 0.881的湿蒸汽,求每吨地下水可产生多少轴功?解:x=0.97的湿蒸汽的焓=0.97×2646+0.03×341=2566.6+10.2=2577 kJ/kg 设一吨 140度的热水,可产生 m 吨湿蒸汽,及 n 吨水。1=m+n589×1=m×2577+n×341解上列两方程,得 m =0.111吨。dw =h1-h2=2577-2276=301

19、kJ/kgW=111×301=33411 (kJP =W/t=33411(千瓦31、热量传递的三种方式:导热(热传导 ,热对流,热辐射。32、热传导基本公式:热流量=A t/(w,热流密度 q=t/(w/m2 33、对流换热基本公式:热流量=hAt(w,热流密度 q=ht(w/m234、 热阻叠加原理:传热过程中总热阻等于组成该过程和各个串联环节中各部分分热阻的和。 Rk=1/h 1 +1/1+2/2+1/h 235、概念温度场:在某一瞬时,物体内各点的温度分布称为温度场。36、在某一瞬时,物体内温度相同的各点的所连接的面称为等温面。37、沿等温面法线方向的温度增量t 与法向距离n

20、的比值的极限,称为温度 梯度。38、在单位时间时,通过某一给定传热面积 A 传递的热量,称为热流量。39、在单位时间内,通过单位面积传递的热量,称为热流密度或热流通量。 40、增强传热的方法:1提高传热温度差。 2提高总的换热系数,减小传热热阻, 减少最大的传热热阻,如去污垢,去积灰,加装肋片,提高辐射换热的温度 (提 高燃烧区温度减少漏风等 。41、削弱传热的方法:用增加热阻的方法,一般在壁面上增加一层热绝缘层。热 绝缘层隔离热量的传递,从而起保温、保冷、绝热、隔热阻断热量的传递。降低 对流换热的流体流速或降低高温热源的温度等,也是常见的方法。42、锅炉设备的组成:P194-196页。略43、根据煤的挥发份,原煤分类特点。无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤以及石煤煤矸 石五大类。还有泥煤、泥炭、