热工基础答案

千里之行，始于足下让知识带有温度。第第2页/共2页精品文档推荐热工基础答案第一章

1.平衡状态与稳定状态有何区分？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？

答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时光而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时光而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来举行描述。

2.表压力或真空度能否作为状态参数举行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？

答：不能，由于表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，由于测量所处的环境压力可能发生变化。3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。4.准平衡过程与可逆过程有何区分？

答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。准平衡过程只注意的是系统内部而可逆过程是内外兼顾！5.不行逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？

答：不正确。不行逆过程是指不论用任何蜿蜒复杂的办法都不能在外界不遗留任何变化的状况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。引起其他变化时是可以回到初态的！6.没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺缘由？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气举行加热，空气压力上升，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。

大气压力转变，热水能量散失，导致内部压力转变，压力平衡打破

7.用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？答：严格说来，是有影响的，由于U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的精确     性影响越大。

习题

1-1解：

kPabarpb100.61.00610133.37555==??=-

1.kPapppgb6.137********.100=+=+=

2.kPabarpppbg4.149494.1006.15.2==-=-=

3.kPammHgpppvb3315.755700755==-=-=

4.kPabarpppbv6.50506.0

5.000

6.1==-==-

1.3解：

barpppab07.210.197.01=+=+=barpppb32.005.107.212=-=-=

barpppbC65.032.097.02=-=-=1.6解：改过程系统对外作的功为

?

?=--===--0.5

0.3

3.013

.023.1111.3

3.115.03

.02585.)(0.3

VW1kJVVVpdVVppdV

其次章

绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将弥漫囫囵容器。问：⑴空气的热力学能如何变化？⑵空气是否作出了功？⑶能否在坐标

图上表示此过程？为什么？

答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。（2）空气对外不做功。

（3）不能在坐标图上表示此过程，由于不是准静态过程。

2.下列说法是否正确？

⑴气体膨胀时一定对外作功。

错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。⑵气体被压缩时一定消耗外功。

对，由于按照热力学其次定律，气体是不行能自压缩的，要想压缩体积，必需借助于外功。

⑶气体膨胀时必需对其加热。

错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。⑷气体边膨胀边放热是可能的。

对，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边膨胀边放热。⑸气体边被压缩边吸入热量是不行能的。

错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。⑹对工质加热，其温度反而降低，这种状况不行能。

错，比如多变过程，当n大于1，小于k时，可实现对工质加热，其温度反而降低。

4.“任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？

答：不正确，由于外功的含义很广，比如电磁功、表面张力功等等，假如只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。

5.试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各

量的大小：⑴W12与W1a2；(2)?U12与?U1a2；(3)Q12与Q1a2答：（1）W1a2大。

(2)一样大。（3）Q1a2大。

6.说明下列各式的应用条件：

⑴wuq+?=

闭口系的一切过程⑵?+

?=pdvuq

闭口系统的准静态过程⑶)(1122vpvpuq-+?=

开口系统的稳定流淌过程，并且轴功为零⑷)(12vvpuq-+?=

开口系统的稳定定压流淌过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。

7.膨胀功、轴功、技术功、流淌功之间有何区分与联系？流淌功的大小与过程特性有无关

系？

答：膨胀功是系统因为体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，因为这个机械工通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流淌过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流淌功又称为推动功，1kg工质的流淌功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流淌中向前方传递的功，惟独在工质的流淌过程中才浮现。对于有工质组成的容易可压缩系统，工质在稳定流淌过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流淌功的代数和，一部分用于增强工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流淌，工质的技术功等于膨胀功与流淌功差值的代数和。假如工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽视不计，则技术功等于轴功。

习题2-1

解：kJUQW308050Δ-=-=-=，所以是压缩过程

2.4解：状态b和状态a之间的内能之差为：

kJWQUUUabab6040100Δ=-=-=-=

所以，a-d-b过程中工质与外界交换的热量为：

kJWUQabbda802060Δ=+=+=--

工质沿曲线从b返回初态a时，工质与外界交换的热量为：

kJWUWUUQabbaab903060Δ-=--=+-=+-=-

按照题中给定的a点内能值，可知b点的内能值为60kJ，所以有:

kJUUUdbad204060=-=-=?

因为d-b过程为定容过程，系统不对外作功，所以d-b过程与外界交换的热量为：

kJUUUQdbbdbd20=?=-=-

所以a-d-b过程系统对外作的功也就是a-d过程系统对外作的功，故a-d过程系统与外界交换的热量为：

kJWUWUUQbdaaddaadda60)20(40=--=-?=--=

2.8解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：

kgkJuqw/196.5146.550Δ-=--=-=

忽视气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg压缩空气所需的轴功为：

kgkJhqw/252100.845)0.10.175(0.8146.550Δ3s-=??-?=-=

定义式h=u+pv

所以带动此压气机所需的功率至少为：

kWwPs4260

10

=?-

=第三章

1.抱负气体的pc和vc之差及pc和vc之比是否在任何温度下都等于一个常数？答：抱负气体的pc和vc之差在任何温度下都等于一个常数，而pc和vc之比不是。

2.假如比热容是温度t的单调增函数，当12tt>时，平均比热容10|tc、20|tc、21|t

tc中哪一

个最大？哪一个最小？答：由10|t

c、20|t

c、21|t

tc的定义可知

)(d10

01

1

?tcttcctt==?，其中10t10|t

c，又由于

20

21

121

20

21

120

21

0)()(1021

21

02t

ttttttttt

tt

tcctcctcctttctcc>?>-=-?--=

故可知21|t

tc最大，又由于：

)

()()()(dd)(dd2

101122

111202212

110

212

10

20

1001

21

2

1

1

2

1

1

1

2

1

2>--=

-+-=

+-=

-=-????ttcctttttctttctttttt

cttcttttt

cttctccttttt

tttttttt

所以10|t

c最小。

2.假如某种工质的状态方程式遵循TRpvg=，这种物质的比热容一定是常数吗？这种物

质的比热容仅是温度的函数吗？

答：不一定，比如抱负气体遵循此方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。这种物质的比热容不一定仅是温度的函数。由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到：

gRT

u

TvpTuTwTuTwuTqc+?=+?=+?=+?==

ddddddddddd)d(dd由此可以看出，假如工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。

2.在vu-图上画出定比热容抱负气体的可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆定

温加热过程和可逆绝热膨胀过程。

答：图中曲线1为可逆定容加热过程；2为可逆定压加热过程；3为可逆定温加热过程；4为可逆绝热膨胀过程。由于可逆定容加热过程容积v不变，过程中系统内能增强，所以为曲线1，从下向上。可逆定压加热过程有：

v

cucuvcccvcudvcdvRcPdvPvTcduPP12212

110001====+=?=??

?

??-=?????-=，所以时，为常数，且考虑到和所以此过程为过原点的射线2，且向上。抱负气体的可逆定温加热过程有：

加，

气体对外做功，体积增0

0>=?=-=?wqwqu

所以为曲线3，从左到右。可逆绝热膨胀过程有：

为常数

、2121

1111cccvkcudvv

cpdvdukk+-=?-=-=-所以为图中的双曲线4，且方向朝右（膨胀过程）。

3.将满足空气下列要求的多变过程表示在vp-图sT-图上

⑴空气升压，升温，又放热；

⑵空气膨胀，升温，又放热；(此过程不行能)⑶6.1=n的膨胀过程，并推断q、w、u?的正负；

⑷3.1=n的压缩过程，推断q、w、u?的正负。答：

（1）空气升温、升压、又放热有：

()k

nnR

cTTTTnRcqVV

dQ）时，系统的熵必定增强。10.图3－17所示的管段，在什么状况下适合作喷管？在什么状况下适合作扩压管？

答：当1Ma时，要想使气流的速度增强，要求喷管的截面积沿气流方向逐渐增强，即渐扩喷；而对于先缩后扩的缩放喷管（也称拉戈尔喷管），在最小截面处气流的流速恰好等于当地声速。所以对于亚声速气流，渐缩管适用于做喷管，渐扩管适用于做扩压管，缩放管适用于做喷管；对于超声速气流，渐缩管适用于做扩压管，渐扩管适用于做喷管。

习题

3.1解：设定熵压缩过程的终态参数为222STp和、

，而定温压缩过程的终态参数为

222

STp'''和、,按照给定的条件可知：1222

TTpp='='；又由于两个终态的熵差为S?，固有：

2

1222222

lnlnlnTT

McppmRTTmcSSSpgp='-'=-'=?所以有：

)exp(12p

mCS

TT?-

=对于定熵压缩过程有：

kkkkTpTp212111

--=

所以：

)exp()exp(])1(exp[()(11112112g

pkk

mRS

pmRSMpmckSkpTTpp?-=?-=-?==-

3.2解：设气体的初态参数为1111mTVp和、、，阀门开启时气体的参数为2222mTVp和、、，阀门重新关闭时气体的参数为3333mTVp和、、，考虑到刚性容器有：321VVV==，且

21mm=。

⑴当阀门开启时，贮气筒内压力达到5

10

75.8?Pa，所以此时筒内温度和蔼体质量分离为：

K25366.7

8.75

293121

2=?==ppTTkgTRVpmm0.225293

2870.027

10751g1121=???===

⑵阀门重新关闭时，筒内气体压力降为5

104.8?Pa，且筒内空气温度在排气过程中保持不变，所以此时筒内气体质量为：

kgTRVpTRVpmgg216.025

.366287027

.0104.852333333=???==

所以，因加热失掉的空气质量为：

kgm0.0090.2160.225mmΔ32=-=-=

3.4解：因为Ar可看作抱负气体，抱负气体的内能时温度的单值函数，过程中内能不变，故终温KT6002=，由状态方程可求出终压为：

PaVVpp55211

2102.03

1

106.0?=??==熵的变化为：

KkJppmRTTcSp

/31.143

1

ln2085lndΔ12g2

1

=??-=-=?

3.7解：⑴定温：KTT30321==，由抱负气体的状态方程可得到初终态的体积：

36

11g173922.110

0.3303

2876mpTmRV=???==3

6

2

2

g221766.510

10.3032876mpTmRV=???=

=

所以气体对外所作的功和汲取的热量分离为：

kJVVTmRVpWgVV22573.73922

.121766.5ln3032876ln

d1212

1

=???===?kJWQ22573.-=-=

⑵定熵：相当于可逆绝热过程，气体对外所作的功和热量分离为：

kJ

ppVpkk

VpWk

kVV135])3

1

(1[30310287.0611.44.1]

)

(1[1d4

.114.131

1

2112

1

=-?????-=

--==--?技术功

0=Q

终温为：

Kpp

TTk

k41221.)

0.3

0.1

(303)

(1.4

11.411212=?==--

⑶n=1.2：为多方过程，按照过程方程可得到气体的终温为：

Kpp

TTn

n3.252)0.3

0.1(

303)

(2

1./20.11

212=?==-气体对外所作的功和热量分离为：

kJppnTmRWnng5.436])3

1

(1[121.3032876])(1[12.11

2.11

121

=--??=--=--

kJnknTTmcQV11.2181

2.14

.12.1)3033.252(717.061)(12=--?-??==

第四章

1.循环的热效率公式

121qqt-

=η和12

1TT

t-=η

有何区分？各适用什么场合？

答：前式适用于各种可逆和不行逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。

2.循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不行逆循环的热效率一

定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？

答：不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是全部的可逆循环的热效率都相等，必需保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不行逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。

3.热力学其次定律可否表述为“机械能可以所有变为热能，而热能不行能所有变为机械

能”？

答：不对，必需保证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以所有变为机械能，比如抱负气体的定温膨胀过程，系统把从外界汲取的热量所有转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生转变了。

4.下列说法是否正确？为什么？

⑴熵增大的过程为不行逆过程；⑵不行逆过程的熵变S?无法计算；

⑶若工质从某一初态经可逆与不行逆途径到达同一终态，则不行逆途径的S?必大于

可逆途径的S?；

⑷工质经受不行逆循环后0>?S；

⑸自然界的过程都是朝着熵增的方向举行的，因此熵减小的过程不行能实现；⑹工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。

答：（1）不正确，惟独孤立系统才可以这样说；

（2）不正确，S为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算；（3）不对，S为状态参数，和过程无关，S?相等；

（4）不对，工质经受可逆和不行逆循环后都回到初态，所以熵变为零。（5）不对，比如系统的抱负气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。（6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。假如是可逆过程，熵

才一定减小。

5.若工质从同一初态动身，分离经受可逆绝热过程与不行逆绝热过程膨胀到相同的终压

力，两过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图举行分析.答：不行逆过程熵大，可逆过程作功大

6.假如工质从同一初态动身，分离经受可逆定压过程与不行逆定压过程，从同一热源汲取

了相同的热量，工质终态的熵是否相同？为什么？

答：不相同，由于二者对外所作的功不同，而它们从同一热源汲取了相同的热量，所以终于二者内能的变化不同，故此二者的终态不同，因为熵是状态参数，它们从同一初态动身，故终态的熵不同。

7.工质由初态经过一不行逆绝热过程膨胀到终态，问能否通过一个绝热过程使工质回到初

态？

答：不能，工质由初态经过一不行逆绝热过程膨胀到终态，其熵增强，要想使其回到初态，过程的熵必需削减，而绝热过程是不能使其熵削减的，故不能通过一个绝热过程使其回到初态。

8.系统在某过程中从热源吸热20kJ，对外作功25kJ，请问能否通过可逆绝过程使系统回

到初态？为什么？能否通过不行逆绝热过程使系统回到初态？答：按照克劳休斯不等式，我们知道系统在过程中的熵变满足：

0)

()

(20≥=?≥

?KTkJTQS即：系统的熵增强，要想使系统回到初态，新的过程必需使系统熵削减，而可逆绝热过程熵不变，不行逆绝热过程熵增强，因而不行能通过一个可逆过程或者一个不行逆过程使系统回到初态。

9.闭口系统经受了一不行逆过程对外作功10kJ，同时放出热量5kJ，问系统

的熵变是正、是负还是不能确定？

答：熵是状态参数，功和热量都是过程量，所以不能确定系统的熵变。

习题

4.1解:由热量守恒

JWQQ550450100012=-=-=由克劳休斯不等式：

00185.0300

550

54010002211>=-=+KJTQTQ它的设计是不合理的4.3解：

（1）热效率为%1.33423

10

150121=-=-=

TTTη

（2）吸热

kJW

Q16.8%

1.337

.21==

=

η

放热

kJWQQ46.57.216.812=-=-=（3）性能系数02.310

150273

150'211=-+=-=

TTTε

()()02.35.4''1211?-=-=?=QQQWQεε得到

skJQ73.61=所以

skJQQW23.25.473.621=-=-=

第五章

1.热水泵必需安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容

器上面，为什么？答：保证其压力。

2.锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足wq=的关系？为什么？

答：不对，由于水蒸气不能看作是抱负气体，其内能不仅是温度的函数，还是压力的函数，故此定温过程内能是转变的，U?不等于0。

3.有无0℃或低于0℃的蒸汽存在？有无低于0℃的水存在？为什么？

答：有0℃或低于0℃的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于0℃的水存在，由于水的三相点温度为0.01℃，低于三相点温度，只可能是固态或是气态。

4.25MPa的水，是否也象1MPa的水那样经受汽化过程？为什么？

答：不行以，由于水的临界点压力为22.12MPa，故此，当压力高于临界压力时，它的汽化不经过气液两相区，而是由液相延续的到达气相。

5.dTcdhp=适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中dT=0，由此得

出结论，水定压汽化时0==dTcdhp，此结论是否正确？为什么？

答：不正确，由于定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。

KkJSSSSsVetot/757.9=?+?+?=?

第六章

思量题

1.试画出容易蒸汽动力装置的系统图、容易蒸汽动力循环的p-v图与T-s图。

2.既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将所有蒸汽抽出来用于回

热？为什么回热能提高热效率？

答：采纳回热措施，虽然对每kg蒸汽来说做功量削减，但抽汽在凝聚时所放出的潜热却所有得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每kg工质在锅炉中汲取的热量大为削减，因此，提高了循环效率。但抽汽量不是越多越好，是按照质量守恒和能量守恒的原则确定的。

3.蒸汽动力装置循环热效率不高的缘由是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机

将乏气直接升压送回锅炉是否可以？

答：乏气假如是水汽混合的，则不能举行压缩。假如所有是气体举行压缩，则体积流量太大，需要采纳大尺寸的机器设备，是不利的。

4.卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环不采纳卡诺循环？

答：与郎肯循环相同温限的卡诺循环，吸热过程将在气态下举行，事实证实气态物质实现定温过程是非常困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采纳。那么，能否利用饱和区定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环，从原理上看是可能的，但是实施起来，有两个关键问题，一是，汽轮机出口位于饱和区干度不高处，湿度太大使得高速运转的汽轮机不能平安运行，同时不行逆损失增大，其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区举行，气液混和工质的压缩会给泵的设计和创造带来难以克服的困难，因此迄今蒸汽动力循环未采纳卡诺循环。

5.假如柴油机在使用过程中，喷油嘴保养不好，致使燃油雾化不良，燃烧延迟，问此时柴

油机的经济性如何？

答：燃烧延迟，没有充分膨胀便开头排气，这将使热效率显著降低，且排气冒黑烟，这是很不好的。

6.今有两个内燃机的混合加热循环，它们的压缩比、初态、总的加热量相同，但两者的定

容升压比λ不同，（1）请在p-v图与T-s图上表示出这两个循环的相对位置；（2）利用T-s图定性地比较这两个循环的热效率。

7.燃气轮机装置循环与内燃机循环相比有何优点？为什么前者的热效率低于后者？

答：燃气轮机与内燃机相比，没有往复运动机构，可以采纳很高的转速，并且可以延续进气，因而可以制成大功率的动力装置。但要保持燃气轮机长久平安运行，必需限制燃气进燃气轮机时的最高温度，目前为700—800C，所以效率比较低。

8.试述动力循环的共同特点。

答：有工质在高温热源吸热，在低温热源放热，并对外输出功。

习题

6-1某朗肯循环新蒸汽的参数为P1=4MPa、t1=400°C，乏气的压力P2=4kPa，忽视泵功，试计算此循环的循环净功、加热量、热效率及乏气的干度x。假如t1=550°C呢？解：①1点：P1=4MPa,t1=400?C

查表得：h1=3215.71kJ/kg,s1=6.773kJ/(kg.K)2点：s2=s1=6.773kJ/(kg.K),P2=4KPa查表得：h2=2040.13kJ/kg,x=0.789

3(4)点：由P3=P2=4KPa查表得：h3=121.29kJ/kg

吸热量：q1=h1-h3=3215.71－121.29=3094.42kJ/kg净功量：wnet=h1-h2=3215.71－2040.13=1175.58kJ/kg

热效率：η=

1qwnet=42

.309458

.1175=37.99%干度：x=0.789

②1点：由P1=4MPa,t1=550?C

查表得：h1=3558.58kJ/kg,s1=7.233kJ/(kg.K)

2点：由s2=s1=7.233kJ/(kg.K),P2=4kPa查表得：h2=2179.11kJ/kg,x=0.8463(4)点：由P3=4kPa,

查表得:h3=121.29kJ/kg

吸热量：q1=h1－h3=3558.58－121.29=3437.29kJ/kg净功量：wnet=h1－h2=3558.58-2179.11=1379.47kJ/kg热效率：η=

1qwnet=29

.343747

.1379=40.13%干度：x=0.846

6-2某蒸汽动力装置，气轮机入口蒸汽的参数为P1=13MPa,t1=535°C,在气轮机内膨胀做功至干饱和蒸汽后被送入再热器，在定压下重新加热到535°C，再进入气轮机后半部继续膨胀至乏气压力7kPa,如蒸汽流量为200t/h，忽视泵功，计算气轮机的轴功、循环效率及乏气

干度x。设煤的发热量为2?104kJ/kg,求理论煤耗量。解：1点：由P1=13MPa,t1=535?C得：

h1=3430.18kJ/kg,s1=6.559kJ/(kg.K)

5点：由s5=s1=6.559kJ/(kg.K),得：

P5=1.082MPa，h5=2779.07kJ/kg

1'点：由CttPP53551

51=='='，得：)./(822.7/50.355311

KkgkJskgkJh='='，2点：由1

2ss'=，P2=7KPa得：h2=2430.67kJ/kg，x2=0.941

3(4)点：由P3=P2得：

h3=163.38kJ/kg

吸热量：

()()()()

kg

kJhhhhq/23.404107.277950.355338.16318.343051311=-+-=-'+-=

净功量：

()()()()

kg

kJhhhhwnet/94.177367.24305.355307.277918.34302151=-+-=-'+-=

热效率：

%90.4323

.404194

.17731===

qwnetηhtq/41.4010

2200

4

1=??煤耗率＝

32.7%4

111

14

.114.11=-

=-=--k

kβ

η

第八章习题

8-1.一大平板，高3m，宽2m，厚0.02m，导热系数为45W/(m2K)，两侧表面温度分离为1001=t℃、502=t℃，试求该板的热阻、热流量、热流密度。

解：解：由傅立叶导热定律：热阻WKAR/407.745

2302.0=??=

＝λδm热流量WttAQww67500002

.050

10045232

1=?

??-=－＝δ

λ

热流密度2/1125002

3675000mWSQq＝?==

8-2.空气在一根内径50mm，长2.5m的管子内流淌并被加热，已知空气平均温度为80℃，管内对流换热的表面传热系数为70=hW/(m22K)

，热流密度为

5000=qW/m2，试求管壁温度及热流量。

解：由牛顿冷却公式：()

fwtthq-=得到Cthqtfw042.1518070

5000=+=+=

WsqQ53.2405.04

5.250002=??

??=π

＝

8-3.一单层玻璃窗，高1.2m，宽1m，玻璃厚0.3mm，玻璃的导热系数为051.=λW/(m2K)，室内外的空气温度分离为20℃和5℃，室内外空气与玻璃窗之间对流换热的表面传热系数分离为51=hW/(m22K)和202=hW/(m22K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热阻。

解：对流换热计算公式：WhhttsQff9.7120

105.10003.0515

2022.11

12

121=+?

?++-?

=＋－＝λδ

导热热阻为：WKR/000286.005

.10003

.01===

λδ内侧对流换热热阻为：WKhR/2.05

1

112===

外侧对流换热热阻为：WKhR/05.020

1123===

8-4.假如采纳双层玻璃窗，玻璃窗的大小、玻璃的厚度及室内外的对流换热条件与1-3题相同，双层玻璃间的空气夹层厚度为5mm，夹层中的空气彻低静止，空气的导热系数为025.0=λW/(m2K)。试求玻璃窗的散热损失及空气夹层的导热热阻。

解：对流换热计算公式：

WhhttsQff95.3920

1025.0005.005.10003.02515

2022.11212

221112

1=+??

?+?+-?

=＋＋－＝＋λδλδ

空气夹层的导热热阻为：WKR/2.0025

.0005.0===λδ

8-5.有一厚度为=δ400mm的房屋外墙，热导率为5.0=λW/(m2K)。冬季室内空气温度为201=t℃，和墙内壁面之间对流换热的表面传热系数为41=hW/(m22K)。室外空气温度为=2t-10℃，和外墙之间对流换热的表面传热系数为62=hW/(m22K)。假如不考虑热辐射，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。

解：传热系数WKhhh/822.06

15.04.0411

1

112

1=++=

++=

λδ

热流通量为：()

()2

/66.241020822.021mWtthqff＝＋

?=-=由()

wftthq-=1得到：Chqttfw084.13466

.242022=-=-=Chqttfw089.56

66.241022-=+-=+=

8-6.假如冬季室外为大风天气，室外空气和外墙之间对流换热的表面传热系数为

102=hW/(m22K)，其它条件和题1-5相同，并假设室内空气只通过外墙与室外有

热量交换，试问：要保持室内空气温度不变，需要多大功率的电暖气?

解：传热系数WKhhh/8696.010

15.04.0411

1112

1=++=

++=

λδ

热流通量为：()

()2

/087.2610208696.021mWtthqff＝＋

?=-=为了维持室内温度不变。必需保证电暖气的散热量等于通过墙壁的换热量，所以电暖气的功率为sWqsW087.26==

第九章

9-1一冷库的墙由内向外由钢板、矿渣绵和石棉板三层材料构成，各层的厚度分离为0.8mm、150mm和10mm，热导率分离为45W/(m?K)、0.07W/(m?K)和0.1W/(m?K)。冷库内、外气温分离为-2?C和30?C，冷库内、外壁面的表面传热系数分离为2W/(m2?K)和3W/(m2?K)。为了维持冷库内温度恒定，试确定制冷设备每小时需要从冷库内取走的热量。

解:按照多层复壁及对流换热计算公式:

22

3322111/2.103

11.001.007.015.0450008.021)

2(30112

1mWhhttqff=++--+++-=

＋＋＝

＋λδλδλδ

所以为了维持冷库内温度恒定，需要从冷库内每小时取走的热量为：sJsqstQ7.3744836002.10=??==

9-2炉墙由一层耐火砖和一层红砖构成，厚度都为250mm，热导率分离为0.6W/(m?K)和0.4W/(m?K)，炉墙内外壁面温度分离维持700?C和80?C不变。（1）试求通过炉墙的热流密度；（2）假如用热导率为0.076W/(m?K)的珍珠岩混凝土保温层代替红砖层并保持通过炉墙的热流密度及其它条件不变，试确定该保温层的厚度。

解：按照多层复壁导热计算公式:22

2

11/2.5954.06.080

7002

1mWttqww=--=

＋＝

＋λδλδ

由2.595076

.06.0250.080

7002

2

2

112

1=--=

δλδλδ＋＝

＋wwttq得到：

mm5.472=δ

9-3有一炉墙，厚度为20cm，墙体材料的热导率为1.3W/(m?K)，为使散热损失不超过1500W/m2,紧贴墙外壁面加一层热导率为0.1W/(m?K)的保温层。已知复合墙壁内外两侧壁面温度分离为800?C和50?C，试确定保温层的厚度。

解：按照多层复壁导热计算公式:22

2

2

11/15001

.03.120.050

8002

1mWttqww=--=

δλδλδ＋＝

＋

得到：

mm6.342=δ

9-6热电厂有一外径为100mm的过热蒸汽管道（钢管），用热导率为04.0=λW/(m?K)的玻璃绵保温。已知钢管外壁面温度为400?C，要求保温层外壁面温度不超过50?C，并且每米长管道的散热损失要小于160W，试确定保温层的厚度。

解：按照圆筒壁稳态导热计算公式：

1601

.0ln04.02150400ln212

1221=?--=dddttqwwππλ＝

解得mmd3.1732=所以保温层厚度为mmddl65.362

)

(12=-=

9-8有向来径为d、长度为l的瘦长金属圆杆，其材料热导率λ为常数，圆杆两端分离与温度为

21tt和的表面紧密接触，如图2-44所示。杆的侧面

与周围流体举行对流换热，表面传热系数为h，流体的温度为ft，且ft<21tt及。试写出圆杆内温度场的数学描述。

解：边界条件：1,0ttx==2,ttlx==换热方程：d

tthxdttxhdff)

(44

1)

(2

-=

?-?=

Φ?

ππ

λλ

dtthdxtdf)

(422

-=Φ=?

第十章

10-1水和空气都以速度1=∞um/s分离平行流过平板，边界层的平均温度都为50?C，试求距平板前沿100mm处流淌边界层及热边界层的厚度。

解：对水：由Ctm050=查附录3水的物性表得到：

KmW??=-2108.64λ，s

m2

610556.0-?=ν，54.3Pr=

56

108.110

556.01

.01Re?=??=

=

-∞ν

x

u(

)

mmmx179.1001179.01.010

8.15Re0.52

152

1==???=?=--δ

()

mmmt77.000077.054.300179.0Pr

3

13

1==?==-

-δδ

对空气：由Ctm050=查附录2空气的物性表得到：

KmW??=-21083.2λ，s

m2

61095.17-?=ν，698.0Pr=

5

6

1005571.01