石油大学北京工程热力学与传热学试题

1、中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期石工2004工程热力学与传热学期末试卷 A卷（闭卷）工程热力学部分1 .判断对错（每题1分，共计6分）1 孤立系统的热力状态不能发生变化；（）2 气体吸热后热力学能一定升高；（）3 一切可逆热机的热效率均相同；（）4 如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的嫡变大于可逆过程的嫡变；（）5 知道了温度和压力，就可确定水蒸气的状态；（）6 当湿空气的相对湿度为 0时，表示空气中完全没有水蒸气。（）2 .问答题（共计20分）1 将满足空气下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上（1）理想气体的定温，定压，

2、定容和定嫡过程；（2） n=1.6的膨胀过程，并判断q, w, u的正负。（6分）2 写出两个与热力学第二定律相对应的数学表达式，并对表达式进行简单说明。（4分）3 解释湿空气的露点温度，说明将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法。（4分）4 分析提高朗肯循环热效率的方法有哪些，解释再热循环的目的。（6分）两力三.计算题（共计29分）1 一绝热刚性汽缸（如图），被一导热的无摩擦活塞分成部分。最初活塞被固定在某一位置上，汽缸的一侧储有压 为0.2 MPa温度为300K的0.01 m的空气；另一侧储有同体积，同温度的空气，其压力为0.1 MPa去除销钉，放松活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。设空气

3、的比热容为定值。试计算:(1)平衡时的温度为多少?(2)平衡时的压力为多少?(3)两侧空气的嫡变值及整个气体的嫡变值为多少？ （ 14分）2 图示为一烟气余热回收方案。设烟气比热容Cp =1.4 kJ/(kg.K) , Cv = 1.0 kJ/(kg.K)试求:（1）烟气流经换热器时传给热机工质的热量;（2）热机放给大气的最小热量 Q2;（3）热机输出的最大功 W （本题15分）传热学部分四.回答问题（共计17分）比较下列三种物质：空气，金属，水导热系数的大小。(2分)写出Nu, Fo, Bi准则的表达形式及物理意义。（6分）说明影响对流换热的因素有哪些。分析在相同的流动和换热壁面条件下，导热

4、系数大的流体，表面传热系数是大还是小。（2分）3分)4 对管内强制对流换热，为何采用短管可以强化流体的换热？（5 分析组成辐射换热网络的热阻有哪两类，如何表示，当辐射表面为黑体时，热阻 如何表示。（4分） 五.计算题（共计28分）1 蒸汽管道的外直径d1=30mm准备包扎两层厚度都是15mm勺不同材料的热绝缘层。a种材料的导热系数入a = 0.04 W/（m.K） , b种材料的导热系数入b = 0.1W/（m.K）。若温差一定，试问从减少热损失的观点看下列两种方案:(1) a在里层，b在外层(2) b在里层，a在外层，哪一种好，为什么？(本题 12分)2 发射率分别为0.3和0.5的两个大平

5、行平板，其温度分别维持在800 c和370 C,在它们之间放置一个两面发射率均为0.05的辐射遮热板。试计算：(3) 没有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？(4) 有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？(5) 辐射遮热板的温度。(5)绘制无，有遮热板的辐射网络图。(本题16分)中国石油大学(北京)2006-2007学年度第一学期石工2004工程热力学与传热学期末试卷一一 A卷答案工程热力学部分1 .判断对错(每题1分，共计6分)1 X; 2 X; 3 X; 4 X;5 X; 6 ，2 .问答题(共计20分)U<0热力学能减少2(4 分)答：(1)克劳修斯积分式：口 0。用于

6、判断一个循环是否可能，是否可逆。式中等号用于可逆循环，不等号用于不可逆循环。(2)热力过程嫡的变化：S 2二。用于判断过程能否进行，是否可逆。1 T等号适用于可逆过程，不等号适用于不可逆过程。(3)孤立系统嫡增原理：Ro 0。孤立系统的嫡只能增大，或者不变，绝不能减小。等号用于可逆过程，不等号用于不可逆过程。(4)卡诺循环热效率：c 1 T2。根据卡诺定理一：在相同的高温热源和Ti低温热源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率，与工质的性质无关；定理二：在相同的高温热源和低温热源间工作的任何不可逆热机的热效率，都小于可逆热机的热效率。以上相应数学表达式写出任意两个即可。3 (4 分)答：湿空气中

7、水蒸气分压力 Pv所对应的饱和温度，称为露点温度。将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种：法1：湿空气温度T 一定时，增加水蒸气分压力Pv Pvmax Ps(T),法2：保持水蒸气含量pv不变，降低湿空气温度 T Ts(Pv)。4 (6 分)答：提高朗肯循环热效率的方法有：(1)保持蒸汽的初压Pi,终压P2不变，提高蒸汽的初温Ti；(2)保持蒸汽的初温Ti,终压P2不变，提高蒸汽的初压Pi；(3)保持蒸汽的初压pi,初温Ti不变，降低蒸汽的终压 P2；(4)在朗肯循环的基础上，改进循环，如采用再热循环，回热循环等。再热循环的目的：在于增加蒸汽的干度，以便在初温度限制下可以采用更高的初压力，

8、从而提高循环热效率。3 .计算题(共计29分)i (i4 分)解：(i)取整个汽缸为闭口系，因汽缸绝热，所以Q=Q又活塞导热无摩擦， W=0由闭口系能量方程Q W U ,得U UA UB0T A B0.2 MPa 300K0.i MPa 300K代入数据：，得：p20.2MPa 0.01m30.01m30.1MPa 0.01m330.01m0.15MPa因为平衡时A, B两侧温度应相等，即tA2 tB2 t2则有：mACv(T2 TAi) mBCv(T2 TbJ 0,因此：Tai Ta2 Ti 300K ，既是终态平衡时，两侧的温度均为：T2 Ti 300K。(2)当终态时，两侧压力相等，为

9、PA2 Pb2 P2,对 A侧：p2VA2 mARgT2, (a)对 B侧：p2VB2 mBRgT2(b)将(a) + (b)两式相加，得：P2(Va2 Vb2) (mA mB)RgT2,即：p2(mAmB ) RgT2pAVA1pBVb1(3)嫡变化:整个汽缸绝热系的嫡变:2(15 分)解：(1)烟气放热为:Q1 mcp(t2 L)6kg 1.4 kJ /(kg K)(527 37)K4116kJ 若使Q2最小,则热机必须是可逆循环,由孤立系统嫡增原理得:SisoSHSl Se其中:SHT2QT2T1tT1dT mcp ymcplnl2p T1(37 273)K6kg 1400 J/(kg

10、K)ln -(527 273)K7.964 kJ / KSE0,Sw0于是:SisoQ2八7.964 kJ/K 0300K解得:Q22389.2 kJ（4）热机输出的最大功： W Q1 | Q2| （4116 2389.2）kJ 1726.8kJ传热学部分4 .回答问题（共计17分）1 （2 分）答：空气，金属，水的导热系数大小比较：金属 水 空气2 （6 分）答：Nu见，物理意义为：表征流体在壁面外法线方向上的平均无量纲温度梯度，其大小反映对流换热的强弱。Fo 、，分子为从非稳态导热过程开始到时刻的时间，分母可理解为温度变化涉及到2面积所需要的时间。是非稳态导热过程的无量纲时间。Bi旦，物理

11、意义为：物体内部的导热热阻 /与边界处的对流换热热阻1/h之 比。3 （3 分）答：影响对流换热的因素有：流动的起因（自然对流或强迫对流），流动的状态（层流和湍流），流体有无相变，流体的物理性质（如：,c,等），换热表面的几何因素。导热系数愈大的流体，导热热阻愈小，对流换热愈强烈。4 （3 分）答：管内强制对流换热，采用短管，主要是利用流体在管内换热处于入口段温度边 界层较薄，因而换热强。5 （4 分）答：组成辐射换热网络的热阻有：（1）空间辐射热组（2）表面辐射热组1。AXi,2A当辐射表面为黑体时，1,表面辐射热阻1 0,只有空间辐射热阻-oaax12五.计算题（共计28分）1（12 分）

12、解(1)第1种方案，a在里层，b在外层,单位管长的热损失为:tql1-;:;1. d213ln ln 2ad12bd212T(t160ln 1900.0430 0.1ln )60t1,1. 60(ln20.1300.04 60(2)第2种方案，b在里层，a在外层,单位管长的热损失为:tql2，ln"，ln 小2bd12ad2比较两种方案的热损失：q2qn£/27 1.26t/3.4因ql2 ql1 ,故从减少热损失的观点看，第种方案好。辐射换热网络图:E b111 J 11JATAX 1,212E b2A 22(16 分) 解：先绘制出有无辐射遮热板时无遮热板:1-3-2有遮热板:依题意E b1 1£J 3 -1 J 2 12 E b2AX 3 ,2A二X1,21 , X"X3,21 ,网络中的热阻为：1131 0.30.31 0.050.051 2.333,