热工流体基础

热工流体基础-18学时复习题热工流体基础复习题（18学时）一、简答题部分1、需要几个参数才能确定汽轮机或锅炉中水蒸气的状态？两个独立的状态参数2、二回路中水蒸气总能量由几部分构成？内部储存能与外部储存能3、熵的定义是什么？系统熵变意味着什么？换热传热与不可逆4、可逆过程的功和热量如何计算？功和热量有什么异同点？如何理解功转变为热是无条件的而热转变为功是有限度的？5、什么是卡诺循环？（T-S）卡诺循环给我们什么样的启示？（温差、效率小于1、第二类永动机不可能）什么是卡诺定理？为什么今天我们还要讨论卡诺循环、卡诺定理？6、 热力学第一定律的实质是什么？请举核工程和生活中各2例说明。能量守恒与转换7、 自发过程方向性的实质是什么？自发过程的逆过程能否进行？使自发过程的逆过程能进行的热力学本质是什么？8、热力学第二定律的本质是什么？请举工程和生活中各2例说明。过程方向条件9、什么是孤立系统的熵增原理？孤立系统内经过一个过程后其总能如何变化？举例说明孤立系统内经过不可逆过程后机械能损失与孤立系统熵变的关系。10、什么是饱和状态？饱和状态的温度和压力能否单独变化？如何才能使未饱和水变为饱和水？什么是干度？为什么引进干度？什么是临界状态？水的临界压力和临界温度分别是多少？动态的平衡状态，两相不变。不能。保持压力，提高温度；保持温度，降低压力。斯堡和蒸汽中干蒸汽的含量。广延量如函桑与干度有关。压力最高的饱和状态。22.12MPA371.1511、水的定压加热汽化分几个阶段？各阶段的热量如何计算？水蒸气的汽化潜热是常数吗？随压力升高如何变化？加热预热过热。不是随压力与温度的升高而降低12、为什么蒸汽动力循环要采用再热？压水堆核电厂的再热循环有什么特点？提高压力，干度降低，再热降低干度，还可以提高循环效率。干饱和蒸汽，湿度很大，以新蒸汽问热源，汽水分离13、什么是抽汽回热？抽汽回热提高热效率的本质何在？在汽轮机中不同的点抽气加热冷凝水。使得循环的不可逆程度降低14、理想流体的伯努利方程的物理意义及几何意义怎样理解？伯努利方程与稳定流动流体的能量方程有什么关系？总流伯努利方程、黏性流体的伯努利方程与理想流体伯努利方程差异在哪里？机械能守恒；总水头保持常数。稳定流动流体方程的特例。15、层流和紊流各有什么特征？如何判别？层流分层流动紊流有无规律的杂乱运动。雷诺数16、工程上如何确定管道（圆管、非圆管）的阻力损失？管内流动的局部阻力系数和沿程阻力系数如何确定？层流还是紊流，达西公式；相对粗超度，墨翟图，换算直径17、传热的基本型式有哪几种？热传导热对流热辐射18、物质导热系数的变化特征是什么？金属大于非金属同材料固大于也大于气电热导体19、对流换热的表面传热系数受那些因素的影响？对流换热的基本计算式是什么？影响反应堆内燃料棒与一回路冷却剂的换热的因素有哪些？起因，形态，流体的性质，流道的形状，有无相变。20、什么是传热过程和传热系数？21、一维稳态导热（平壁、圆筒壁）如何计算？22、影响冷凝表面传热系数的因素有哪些？举例几何形状对冷凝表面传热系数的影响？不凝性气体，形状23、大容器沸腾换热有几个阶段？为什么要设置DNB？自然对流，核态沸腾，过度沸腾，膜态沸腾24、增强传热的原则有哪些？在平壁增设保温层是否一定削弱传热？在圆管增设保温层是否一定削弱传热？在冷凝器内管外侧加肋对增强冷凝器内的传热是否有实质的意义，为什么？25、换热器的温差如何确定？二、计算题部分1．稳定流动能量方程40000kg/h1-2040000kg/h向汽轮机供汽。汽轮机进口处压力表的读数是8.9MPa，8.9MPa蒸汽的焓是3441kJ/kg。汽轮机出口处真空表的读数是730.6mmHg，出口蒸汽的焓是2248kJ/kg，汽轮机向环境散热为6.81105kJ/h。若当地大气压是760mmHg，求：（1）进、出口处蒸汽的绝对压力；（2）不计进、出口动能差和位能差时汽轮机的功率；（3）若进、出口处蒸汽的速度分别为70m/s和140m/s时对汽轮机的功率有多大的影响？（4）若汽轮机进、出口的高度差为1.6m时对汽轮机的功率又有多大的影响?1-22向大厦供水的主管线埋在地下5m处，管内压力600kPa，由水泵加压，把水送到大厦各层。经水泵加压，在距地面150m高处的大厦顶层水压仍有kpa，假定150m 200kPa水温为C，流量为kg/s，忽略水热力学能差和动能差，10oC 10kg/s假设水的比体积为0.001m0.001m3/kg求水泵消耗的功率。2.循环热效率J；175c0的饱和水蒸气，在汽轮机内等熵J；175c0的饱和水蒸气，在汽轮机内等熵膨胀后排向7.5kPa的冷凝器，求循环的热效率。7-15核电站蒸汽动力装置的构成与工作过程与一般的蒸汽动力装置比较，主要区别就是用反应堆和蒸汽发生器取代了蒸汽锅炉。二回路的工作介质在蒸汽发生器中从反应堆冷却剂吸收热量，成为具有作功能力的水蒸气，然后膨胀、排热、压缩，进行循环。由于冷却剂为液态水，进、出蒸汽发生器的平均温度约300C左右，故蒸汽发生器产生的蒸汽是约 6.54MPa的饱和水蒸气，在汽轮机内膨胀后排向7kpa的冷凝器，求二回路循环理论热效率。3•单层及多层平壁、圆筒壁稳态导热；通过平壁、圆筒壁的传热8-8锅炉过热器合金钢管的内、外直径分别为32mm和42mm，导热系数132.6W/(mK)过热器钢管内、外壁面和42mm，导热系数132.6W/(mK)过热器钢管内、外壁面温度分别为t,560oc,o2580oc试求:1)不积灰时每米管长的热流量.；(2)倘若管热工流体基础(18学时)复习题外积有1mm厚的烟炱，其导热系数0.06W/(mK)，如总温压保持不变，求此时每米管长的热流量q。ql8-9—单层玻璃窗，高1.2m,宽1m玻璃厚0.003m,玻璃导热系数1.05W/(mK)，室内、外的空气温度分别为20Cg和-5C，室内、外空气与窗玻璃之间对流传热的表面传热系数分别为h15W/(m2K)、h220W/(m2K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流传热热阻。若其它天件不变，改用双层玻璃窗，双层玻璃间的空气夹层厚度为3mm，夹层中的空气完全静止，空气的导热系数0.025W/(mK)。再求玻璃窗散热损失。t23oC8-10有一厚度300mm的房屋外墙，热导率b0.5W/(mK)冬季，室内空气温度t20°c，与墙内壁面之间对流传热的表面传热系数h4W/(m2K)室外空气温度t3oC与外墙之间对流传热的表面传热系数h8W/(m2K)。如果不考虑热辐射，(1)试求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内外壁面温度；(2)若内墙表面增设厚10mmt23oC护墙板，其它条件不变，再求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内外壁面温度。4．管内单相流体对流换热特征数方程应用9-2给水流过锅炉省煤器时，从1170被加热到t23011700C t22300C，若管子的内径d30mm，水在管内的平均流速u0.5m/s，管twtw250oCw数h。5•黏性流体能量方程#1如图示吹风装置,何扇C=C求风扇前后压强p何扇f1 f2 1与p。已知：出口处风速Cf340m/s,空气密度Cf340m/s,空气密度当地大气压Pb98060Pab1.293kg/m3三、选择题部分1•热能动力装置中热能通过 才能源源不断转变成机械能。A工质从高温热源吸热B工质从高温热源吸热，向低温热源放热;C 工质B”+“C”。2•热能工程中工质必须具备A良好的膨胀性；B良好的流动性；C安全、环保、价廉；D“A”+“B”+“C”。3. 就是孤立系统。A与外界没有质量交换的系统； B与外界没有功交换的系统;C系统与外界构成的复合系统；D与外界没有质量和功交换的简单可压缩系统。4．下述说法错误的是A功和热量都是越过边界传递的能量，所以它们是等价的；B功和热量都是越过边界传递的能量，所以它们是过程量；C系统作功的标志是比体积变化，传热的标志是比熵变化；D功转变为热量是无条件的，热量转变为功是有条件、有限度的。5．下列说法中，正确的是A孤立系统内工质的状态不能发生变化；B系统在相同的初、终状态之间的可逆过程中作功相同；C经过一个不可逆过程后，工质可以回复到原来的状态；D质量相同的物体A和B,因tt，所物体ABA具有的热量较物体B为多。6．经过一个不可逆循环，工质不能恢复原来状态A这种说法是错的；热工流体基础（18学时）复习题B这种说法是正确的;C这种说法在一定条件是正确的；D无法判断。7．下列说法错误的是A动力循环在pv图上顺时针进行；B动力循环在Ts图上逆时针进行；Cpv图上动力循环的膨胀线在压缩线上方；DTs图上动力循环的吸热线在放热线上方。8.两个容器内分别储有mkg20C的冷水和80C的热水，则A冷水的热量小于热水的热量；B冷水的热力学能小于热水的热力学能；C冷水的热力学能小于热水的热力学能，且冷水的热量小于热水的热量；D冷水的能量小于热水的能量，且冷水的热量小于热水的热量。在密闭门窗的房间内，启动一台打开的冰箱，经一段时间运行，则室温将A降低；B升高；C不变；D不能确定。热工流体基础（18学时）复习题当设备内工质的温度等于该压力对应饱和温度时，该工质可能为B饱和水；AB饱和水；C湿蒸汽； DA、B、C都可能。液态水温度为65°C(其饱和压力为0.025MPa)，可以判定其压力A大于0.025MPa; B等于0.025MPa;C大于或等于0.025MPa;D无法确定。下列说法正确的是A临界状态是水特有的状态； B临界状态是压力最高和温度最高的饱和状态；C一般认为压力高于临界压力的液态是不存在的；D一般认为气体的温度不能高于临界温度。13.水蒸气的汽化潜热随压力升高而 。A降低； B增大； C不变;D不定。14.若水蒸气的ss，则水蒸气处于状态。ssA过热蒸汽；B湿饱和蒸汽；C饱和液；D无法确定。热工流体基础(18学时)复习题15．将未饱和水(T)定压加热到过热蒸汽1(T)，加热量为2Aqcp(TsT1)cp(T2Ts)； Bqh2h1Cqcp(T2T1)qh2h1

16．有位发明家声称他设计了一种机器，机器完成一个循环时，可以从单一热源吸收了的热，并输出1200kJ的功，这台热机A违反了第一定律；违反了第二定律；C违反了第一定律和第二定律；既不违反第一定律也不违反第二定律。17．如果热源温度不变增大卡诺循环净功循环的热效率将A增大B不变C减小D不定18．卡诺定理指出：A相同温限内一切可逆循环的热效率相等B相同温限内可逆循环的热效率必大于不的热效率；当这台1000kJB当这台1000kJBD则卡诺可逆循环可逆循环q2h2h3BTs(sS2q2h2h3BTs(sS2)h2x2h2(1x2)h2.h血1%)02D循环热效率hih2(huhs)hh一04C循环净功WnetD相同温度的两个恒温热源间工作的一切循环的热效率相等。19•下列说法错误的是如图所示典型压水堆核电厂二回路蒸汽循环中A循环放热20.抽汽回热循环是从汽轮机的适当部位抽出尚未完全膨胀的，压力、温度相对较高的少量蒸汽，去加热低温凝结水的一种蒸汽动力循环，它A消除朗肯循环中水在较低温度下吸热的不利影响，提高了循环热效率；B使部分水蒸气作功减少，耗汽率增大；C使循环中增加了回热器、管道、阀门及水泵等设备，造成系统更加复杂；DA+B+C热工流体基础复习题（18学时）计算题参考解

1-20某蒸汽动力厂中，锅炉以质流量40oookg/h向汽轮机供汽。汽轮机进口处压力表的读数是89Mp,蒸汽的8.9MPa730.6mmHg焓是3441kJ/kg730.6mmHg出口蒸汽的焓是2248kJ/kg，汽轮机向环境散热为”kj/h。若6.81当地大气压是760mmHg，求：（1）进、出口处蒸汽的绝对压力；2）不计进、出口动能差和位能差时汽轮机的功率；（3）若进、出口处蒸汽的速度分别为70m/s和140m/s时对汽轮机的功率有多大的影响？（4）若汽轮机进、出口的高度差为侥」寸对汽轮机的功率又有多大的影响？解：(1)p1Pbpe1(7601335.39010)Pa9.1061310Pa/UJ•p2pbpv(760730.6)133.3Pa3919PaqQqmh2 h1 PPqQqmh2A6.8110k5J/h 4.704107kJ/h13066.7kW（3）计及动冃能差，时肿hR罟C2f2qQqQqmh,h1Cf240103kg/h26.811040103kg/h2[(140m)2(70m)2]103 12985kWPP13066.7kW12985kW81.7kW(4)计及位能差，PtPtPt81.7kW0.63%qQqmh2 hi RqmgZ2乙RqQqmh2hqmg~ZiRqmgZ2 乙13066.7kW4010kg/h 9.81m/s21.6m10 13066.5kW36ooPP13066.7kW 13066.5kW'P. 13066.7kW 01-22向大厦供水的主管线埋在地下5m处，管内压力600kPa，由水泵加压，把水送到大厦各层。经水泵加压，在距地面150m高处的大厦顶层水压仍有200kPa，假定水温为10oC，流量为Wkg/s，忽略水热力学能差和动能差，假设水的比体积为0.001m3/kg0.001m3/kg，求水泵消耗的功率。解：整个水管系统标高从-5m到150m。据稳定流动能量方程q2C

hf1!2-gzq2C

hf1!2-gzC2h2—2—f2gZ2W0s据题意,q0>-t2U22Cf2，所以0Ws[(P2V2P")gz](200kPa0.001m/k3g600kPa0.001m/kg)93.81m/s2(150m5m)103 1.12kJ/kg

Pqmws10kg/s1.12kJ/kg11.2kW水为工质，从太阳能集热器出来的是175C175C的饱和水蒸气，在汽轮机内等熵0膨胀后排向75kPa的冷凝器，求循环的热效率。P89T8kPa、sh2773.23kJ/kgS6.6253kJ/(kgK)°由7.5kPa，蒸气表查饱和水蒸气表，h'=168.65kJ/kg、h"2573.85kJ/kg图7-2循环Ts图3s'=0.5760kJ/(kgK)s"8.2493kJ/(kgK)v'0.00101m/kg据s电，s'ss"，所以状态2为饱和湿蒸汽状态2s2s' 6.6253kJ/(kgK)0.5760kJ/(kgK)X22s"s'8.2493kJ/(kgK)0.5760kJ/(kgK)0.788hih'x2(h"h')168.65kJ/kg0.788(2573.85168.65)kJ/kg2063.95kJ/kg状态3:hss3状态4:h4h3V3(P4P)168.65kJ/kg433430.00101m3/kg(891.87.5)kPa169.54kJ/kg热工流体基础（18学时）复习题汽轮机输出水泵耗功:Wph4h3169.54kJ/kg168.65kJ/kg0.89kJ/kg从集热器吸热量：wT0h22773.23kJ/kg2063.95kJ/kg709.28kJ/kg2603.69kJ/kgqhh42773.23kJ/kg169.542603.69kJ/kgq冷h凝h3器63.95kJ/kg168.65冃kq冷h凝h3器63.95kJ/kg168.65冃kJ循环热效率:1 0.2731895 3 2609.69kJ/kg解:由6.54MPa查水蒸气图表h'1242.9kJ/kg巧勺wnetwTW709.28kJ/kg0.89kJ/kg°pq q 2603.69kJ/kgq7-15核电站蒸汽动力装置的构成与工作过程与一般的蒸汽动力装置比较，主要区别就是用反应堆和蒸汽发生器取代了蒸汽锅炉，如图7-3所示。二回路的工作介质在蒸汽发生器中从反应堆冷却剂吸收热量，成为具有作功能力的水蒸气，然后膨胀、排热、压缩，进行循环。由于冷却剂为液态水，进、出蒸汽发生器的平均温度约300C左右，故蒸汽发生器产生的蒸汽是约6.54MPa的饱和水蒸气，在汽轮机内膨胀后排向7kPa的冷凝器，求二回路循环理论热效率。 图7-3核电站蒸图7-3核电站蒸汽动力装置示意图7kPa7kPah'163.4kJ/kgh"2571.6kJ/kgs'0.559kJ/(kgK)s"8.274kJ/(kgK)据题意2777.6kJ/kgS5.847kJ/(kgK)6 163.4kJ/kg据题意2777.6kJ/kgS5.847kJ/(kgK)6 163.4kJ/kg忽略水泵功s s ssX2 —2忽略水泵功s s ssX2 —22s—s ssh2hx2(hh)5.847kJ/(kgK)0.559kJ/(kgK)8.274kJ/(kgK)0.559kJ/(kgK)0.6854163.4kJ/kg0.6854(2571.6163.4)kJ/kg 1814.0kJ/kghh12hh12hh1?0.3692777.6kJ/kg163.4kJ/kg10-3锅炉送来进入蒸汽轮机的蒸汽压力为15MPa、温度600oC，在汽轮机中部抽出2MPa、350°C的蒸汽，余下的蒸汽膨胀到75kPa，干度0.95，从汽轮机排出。若进入汽轮机的蒸汽流量是kg/s，抽汽量为20kg/s，假定膨胀过程为100kg/s 20kg/s绝热过程，求汽轮机功率。解由15MPa、600C和2MPa、350C查水和水蒸气表：h3581.5kJ/kg、h23136.6kJ/kg；由75kPa查水和水蒸气J表： h"2662.5kJ/kg、 h'=384.3kJ/kg。h3h'Xa(h"h') 384.3kJ/kg0.95(2662.5384.3)kJ/kg2548.6kJ/kgPqh1qqhm1m2dmss100kg/s3581.5kJ/kg20kg/s3136.6kJ/kg80kg/s2548.6kJ/kg91530kW8-8锅炉过热器合金钢管的内、外直径分别为32mm和42mm，导热系数’32.6W/(mK),过热器

钢管内、外壁面温度分别为t560c“580C。试求：t560oc“580OC(1)不积灰时每米管长的热流量q；(2)倘若管外积有1mm厚的烟炱，其导热系数0.06W/(mK)，如总温压保持不变，求此时每米管长的热流量q,ctw2qitwl2i tw2qitwl2i di580oC560CO1 0.042min2 32.6W/(mK)0.032m15064.9W/mtw3•n色-tw1d122d2160.4W/m2 (580oC560oC)160.4W/m1 0.042m 1 0.044mnIn32.6W/(mK)0.032m 0.060W/(mK)0.042m8-9一单层玻璃窗，高伽，宽伽玻璃厚0.003m，玻璃导热系数1-05W/(mK)，室内、外的空气温度分别为g20C和-5C，室内、外空气与窗玻璃之间对流传热的表面传热系数分别为h,5W/(m2K)、h220W/(m2K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流传热热阻。若其它天件不变，改用双层玻璃窗，双层玻璃间的空气夹层厚度为3mm,夹层中的空气完全静止，空气的导热系数a0.025W/(mK)。再求玻璃窗散热损失。解：

Ag91m1.2m[20oC(5°C)]118.6Wh1 0.003m 15W/(mK)1.05W2/2(mK)20W/(mK)i(tfl tfj丄二丄丄h2hh2120W/(m2K)120W/(m2K)1 0.003m 0.003m5W2/(m2K)1.05W/(mK)0.025W/(mK)80.5W&10有一厚度&10有一厚度300mm的房屋外墙,热导率b0.5W/(mK)。冬季，室内空气温度t20oC，与墙内壁面之间对流传热的表面传热系数斤严/(仆室外空气温度客与外墙之间对流传热的表面传热系数h8W/(m2K)。如果不考虑热辐射，(1)试求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内外壁面温度；(2)若内墙表面增设厚10mm0.35W/(mK)的护墙板，其它条件不变，再求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内外壁面温度。解：(1)Ak(t.tf2)1n03m 11.026W/(mK)h1bh2 4W/(mK)0.5W2/2(mK)8W/(mK)Af1k(t23.6W/m2t)1.026W/(m2K)[20oC(3°C)]Af1k(t23.6W/m2qhtwi(tf1 t)，qWl‘q 亠f1 20Ctf1 ht)h2(two f223.6W/m24W/(mK)14.1Cq23.6W/m2t3C0.05oCwotf2 h28W/(mK)⑵Ak(tt)flf2‘111110.3m0.01m1h bwb w