中国石油大学(北京)工程热力学与传热学-试题04

1、00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一B卷（闭卷）工程热力学部分判断对错（每题1分，共计6分）TOC o 1-5 h z孤立系统就是绝热闭口系统；（）只有加热，才能使气体的温度升高；（）不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（）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，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（）水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（）湿空气的相对湿度为100%时，表示空气中全部都是水蒸气。（）问答题（共计20分）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，定容

2、和定熵过程；（2）n=1.3的压缩过程，并判断q,w,u的正负。（6分）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）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）分析提高朗肯循环热效率的方法有哪些，解释回热循环的目的。（6分）计算题（共计29分）1有两个容器，A容器的体积V=3m3,内有压力为0.7MPa，温度为17C的空气。B容器的体积V2=1m3,为真空。现将两容器连通，让A容器的空气流入B容器直至两容器压力相同。若整个过程中空气与外界无热交换。试计算过程前后：（1）空气的温度变化为多少?1.4（2）空气的压力变化为多少？（3）空气

3、的熵变值为多少？（14分）图示为一烟气余热回收方案。设烟气比热容CpkJ/（kg.K），Cv=1.0kJ/（kg.K）。试计算：（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,Pr,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，pc大的流体，表面p传热系数是大还是小。（2分）对管内强制对流换热，为何采用弯管可以强化流体的换热？（3分）分析组成辐射换热网络的热阻有哪两类，如何表

4、示，当辐射表面为黑体时，热阻如何表示。（4分）计算题（共计28分）蒸汽管道的外直径d=30mm,准备包扎两层厚度都是15mm的不同材料的热绝缘层。a种材料的导热系数入a=0.04W/（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）发射率分别为0.2和0.8的两个大平行平板，其温度分别维持在1200K和60K，在它们之间放置一个两面发射率均为0.5的辐射遮热板。试计算：（1）没有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？（2）有辐射遮热板时，单位面积的辐射

5、换热量是多少？（3）辐射遮热板的温度。（4）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一一B卷答案工程热力学部分一.判断对错（每题1分，共计6分）1X;2X;3X;4V;5X;6X。二问答题（共计20分）1（6分）WvO被压缩，外界对气体作功；AU0热力学能增加。（4分）答：（1）克劳修斯积分式：fQf2墜。用于判断过程能否进行，是否可逆。等号适用于iT可逆过程，不等号适用于不可逆过程。（3）孤立系统熵增原理：AS.0。孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。ISO等号用于可逆过程，不等号用于不可逆过

6、程。（4）卡诺循环热效率：耳=1-2。根据卡诺定理一：在相同的高温热源和低温热源间工cTi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。（4分）答：湿空气中水蒸气分压力p所对应的饱和温度，称为露点温度。v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p=p=p（T）,TOC o 1-5 h zvvmaxs法2：保持水蒸气含量p不变，降低湿空气温度T=T（p）ovsv4（6分）答：提咼朗肯循环热效率的方法有：（1）保持蒸汽的初

7、压p，终压p不变，提高蒸汽的初温T；121（2）保持蒸汽的初温T，终压p不变，提高蒸汽的初压p；121=0=0有pV有rT1p(V+V)212-代入数值:pV11+V20.7MPax3m3+1m3=0.525MPa因此压力的变化为:=0.70.525=0.175MPa。熵变化:TAS=m(eln才+Rln)=vTgv11vmRln-pVvrlnu=T10.7x106Pax3m34m3290Kln=2.1kJ/K2(15分)解：(1)烟气放热为:Q=me(tt)1p21=6kgx1.4kJ/(kg-K)x(52737)K=4116(2)若使Q最小，则热机必须是可逆循环,2保持蒸汽的初压p“，初温

8、T不变，降低蒸汽的终压p;112在朗肯循环的基础上，改进循环，如米用再热循环，回热循环等。回热循环的目的：减少冷源损失，提高给水温度，提高朗肯循环的吸热平均温度,从而提咼热效率。计算题(共计29分)1(14分)解：(1)向真空自由膨胀，有W=0,又空气与外界无热交换，则Q=0，因此由闭口系能量方程Q=W+AU，得AU=0。对理想气体，可知AT=0。既是：T=T=290K。21(2)根据理想气体状态方程式：pV=mRT，g即：pV=p(V+V)，11212由孤立系统熵增原理得：AS=AS+AS+AS+ASisoHLEW0其中:T1meT1dTme=6kgx1400J/(kg-K)ln(37+27

9、3)K=7.964kJ/K(527+273)KQ2300KQQ=2=2T(27+273)K2于是：AS-7.964kJ/K+Q20iso300K解得：Q=2389.2kJ2(4)热机输出的最大功：W=Q|Q|=(41162389.2)kJ=1726.8kJ12传热学部分回答问题（共计17分）（2分）答：空气，金属，水的导热系数大小比较：九九九金属水空气（6分）hl答：Nu=竺，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，其大小反映九对流换热的强弱。Pr=V，物理意义为：流体的动量扩散能力与热量扩散能量之比。ahlBi=一，物理意义为：物体内部的导热热阻6/九与边界处的对流换热热

10、阻1/h之比。九（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：p,卩,九,c,a等），换热表面的几何因素。pc反映单位体积流体热容量的大小，在相同的流动和换热壁面条件下，pc数值愈大，通过对流转移的热量愈多，对流换热愈强烈。（3分）答：管内强制对流换热，采用弯管，流体流经弯管时，由于离心力的作用，在横截面上产生了二次环流，增加了扰动，从而强化了传热。TOC o 1-5 h z5(4分) HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 11P答：组成辐射换热网络的热阻有：（1）空

11、间辐射热组,（2）表面辐射热组1一AXA1,2当辐射表面为黑体时,1=1，表面辐射热阻-=0，A只有空间辐射热阻1AX1,2计算题（共计28分）1（12分）解（1）第1种方案，a在里层，b在外层,单位管长的热损失为：AtAtAtq-111d1d11601903.4ln2-+ln-3-(ln+ln)2凤d2凤d2兀0.04300.160a1b2(2)第2种方案，b在里层，a在外层，单位管长的热损失为：AtAtAtTOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark34 o Current Document q HYPERLINK l bookmark36 o Current Do

12、cument 121d1d116019027ln+lnr(ln+ln) HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2骯d2凤d2冗0.1300.0460b1a2比较两种方案的热损失：Z仝1.26qAt/3.4/1因qq，故从减少热损失的观点看，第1种方案好。/2/12（16分）解：先绘制出有无辐射遮热板时辐射换热网络图:无遮热板:有遮热板:Eb111A1J1AX1,2J261-3-212A2Eb2Eb111A1J13AX1,3Eb31-J3”3”AX3,2J21A2Eb2依题意：X1，X1,21,3X1，3,2E=QT4=5.67X10-8x12004=117573W/m2b11E=QT4=5.67X10-8X604=0.735w/m2b221-0.2网络中的热阻为:0.24,1,21,33,21-0.50.51,21-0.80.8=1,=0.25(1)无辐射遮热板时:117573-0.735=22395W/m2