中国矿业大学《供热工程》2022-2023学年期末试卷

中国矿业大学2022～2023学年春季学期2020级工程热力学/传热学专业《供热工程》期末笔试试卷本科试题卷考试时间：120分钟(闭卷)院(系)：专业方向：班级：姓名：学号：一、选择题（每题1分，共10分）在供热系统中，下列哪项不是常见的热源形式？

A.燃煤锅炉

B.核能发电站余热

C.太阳能集热器

D.地热能源（）热水供暖系统中，供水温度一般控制在多少度范围内，以保证系统的经济性和舒适性？

A.30-40℃

B.45-60℃

C.70-95℃

D.100-120℃（）下列哪种材料常用于制作散热器，因其具有良好的导热性和耐腐蚀性？

A.铸铁

B.塑料

C.木材

D.不锈钢（）在进行供热管网设计时，下列哪项不是必须考虑的因素？

A.热负荷分布

B.管道材质与规格

C.管道埋设深度

D.当地风速变化（）关于供暖系统的水力平衡，下列说法错误的是？

A.水力平衡是确保系统各环路流量均匀分配的关键

B.可以通过安装平衡阀来调节水力平衡

C.水力不平衡不会导致局部过热或过冷现象

D.水力平衡有助于提高系统整体能效（）在集中供热系统中，热交换站的主要作用是什么？

A.调节供水压力

B.转换热能形式，实现热水的循环利用

C.储存多余热量

D.监测水质变化（）下列哪种设备用于将蒸汽或高温水的热量传递给低温水，实现热量的回收利用？

A.冷凝器

B.板式换热器

C.膨胀阀

D.循环泵（）供暖系统调试前，应对整个系统进行哪项重要检查，以防止运行时出现故障？

A.管道保温性能

B.系统气密性

C.散热器外观

D.热源效率（）关于地暖系统，下列说法正确的是？

A.地暖系统只适用于新建建筑

B.地暖系统维护成本高于传统散热器

C.地暖系统能提供更加均匀的室内温度分布

D.地暖系统不适用于木地板（）在供热工程设计中，采用哪种方法可以有效减少热损失，提高系统效率？

A.增加管道长度

B.选用低导热系数材料做保温层

C.提高供水温度

D.减少散热器数量（）二、填空题（每题1分，共10分）供热系统中，根据热媒的不同，可分为______和______两大类。在进行供热管网布置时，应尽量遵循______原则，以减少热损失和提高输送效率。散热器的散热量与其______、______及______等因素有关。热水供暖系统中，为了防止系统腐蚀和堵塞，通常会在系统中加入______和进行______处理。供热系统的______是指系统在设计条件下，能够满足用户所需热量的能力，它是系统设计的重要依据。在地暖系统中，通常采用的管材有______、______和______等。集中供热系统中的热交换站，通过______和______两种方式进行热量交换。供暖系统的水力失调会导致______和______等问题，影响系统的正常运行。为了提高供热系统的能效，可以采取______、______和______等措施。在进行供热管网水力计算时，需要考虑的参数包括______、______和______等。三、判断题（每题1分，共10分）热水供暖系统中，供水温度越高，系统的供暖效果越好。（）散热器的选择应仅根据房间的装饰风格来确定，无需考虑其散热性能。（）在供热管网设计中，管道的埋设深度越深，热损失就越小。（）地暖系统相比传统散热器，具有更好的节能效果和舒适度。（）供热系统的热负荷是指系统在单位时间内需要向用户提供的热量总量。（）热水供暖系统的循环水量越大，系统的供暖效率就越高。（）在进行供热管网水力平衡调节时，可以通过调整管道直径来实现。（）集中供热系统中的热交换站，其换热效率越高，系统的整体能效就越低。（）供暖系统的水力失调只会影响系统的供暖效果，不会对系统造成损害。（）为了提高供热系统的经济性，应尽可能降低供水温度，以减少能源消耗。（）四、简答题（每题5分，共10分）请简述热水供暖系统的基本组成及各部分的主要功能。在供热管网设计中，如何确定管道的直径和壁厚？请简要说明。五、计算题（每题10分，共20分）已知某供暖系统的总热负荷为1200kW，供水温度为95℃，回水温度为70℃，请计算该系统的循环水量（假设水的比热容为4.18kJ/(kg·℃)，忽略管道热损失）。某地暖系统采用PE-RT管材，管径为20mm，长度为100m，请计算该段管道的热阻（假设管材的导热系数为0.4W/(m·K)，管道外壁保温层的导热系数为0.03W/(m·K)，保温层厚度为10mm）。六、论述题（10分）请论述在供热工程中，如何提高系统的能效和减少环境污染，并给出具体的措施和建议。七、案例分析题（10分）某小区采用集中供热系统，但近年来用户反映供暖效果不佳，部分房间温度偏低。请分析可能的原因，并提出改进措施。八、设计题（10分）设计一个适用于小型住宅的热水供暖系统，包括热源选择、散热器布置、管道布置及水力平衡等方面的考虑。九、综合应用题（10分）某工厂需要建设一个新的供热系统，以满足生产过程中的热量需求。请结合工厂的实际情况，制定一个合理的供热方案，包括热源选择、热交换站设计、管网布置及系统调试等方面的内容。中国矿业大学2022～2023学年春季学期2020级工程热力学/传热学专业《供热工程》期末笔试试卷本科答案一、选择题答案：D（地热能源虽然也是一种热源形式，但在供热系统中并不常见，相比燃煤锅炉、核能发电站余热和太阳能集热器，其应用较少。）答案：C（热水供暖系统中，供水温度一般控制在70-95℃范围内，这是为了保证系统的经济性和舒适性。温度过低会导致供暖效果不佳，温度过高则会造成能源浪费。）答案：A（铸铁因其具有良好的导热性和耐腐蚀性，常用于制作散热器。塑料和木材导热性差，不适合作为散热器材料；不锈钢虽然导热性好，但成本较高，不是首选。）答案：D（在进行供热管网设计时，必须考虑热负荷分布、管道材质与规格、管道埋设深度等因素。而当地风速变化对供热管网设计的影响较小，不是必须考虑的因素。）答案：C（水力不平衡会导致局部过热或过冷现象，影响供暖效果。水力平衡是确保系统各环路流量均匀分配的关键，可以通过安装平衡阀来调节。）答案：B（在集中供热系统中，热交换站的主要作用是转换热能形式，实现热水的循环利用。它并不是用于调节供水压力、储存多余热量或监测水质变化的。）答案：B（板式换热器用于将蒸汽或高温水的热量传递给低温水，实现热量的回收利用。冷凝器是用于制冷系统的设备；膨胀阀是控制制冷剂流量的部件；循环泵则用于驱动热水在系统中循环。）答案：B（供暖系统调试前，应对整个系统进行气密性检查，以防止运行时出现故障。气密性不好会导致系统漏水、漏气，影响供暖效果和系统寿命。）答案：C（地暖系统能提供更加均匀的室内温度分布，提高舒适度。它不仅适用于新建建筑，也可用于旧建筑改造；地暖系统的维护成本并不一定高于传统散热器；地暖系统适用于多种地面材料，包括木地板。）答案：B（在供热工程设计中，采用选用低导热系数材料做保温层的方法可以有效减少热损失，提高系统效率。增加管道长度会增加热损失；提高供水温度虽然可以提高供暖效果，但也会增加能源消耗；减少散热器数量会降低供暖效果。）二、填空题答案：蒸汽供暖系统；热水供暖系统（根据热媒的不同，供热系统可分为蒸汽供暖系统和热水供暖系统两大类。）答案：短而直（在进行供热管网布置时，应尽量遵循短而直的原则，以减少热损失和提高输送效率。长而曲折的管道会增加热损失和阻力。）答案：散热面积；散热材料；散热器形式（散热器的散热量与其散热面积、散热材料及散热器形式等因素有关。散热面积越大、散热材料导热性越好、散热器形式越合理，散热量就越大。）答案：防腐剂；水质软化（在热水供暖系统中，为了防止系统腐蚀和堵塞，通常会在系统中加入防腐剂和进行水质软化处理。防腐剂可以抑制微生物生长和腐蚀；水质软化可以去除水中的硬度成分，防止管道和散热器结垢。）答案：供热能力（供热系统的供热能力是指系统在设计条件下，能够满足用户所需热量的能力。它是系统设计的重要依据，决定了系统的规模和配置。）答案：PEX管；PB管；PPR管（在地暖系统中，通常采用的管材有PEX管、PB管和PPR管等。这些管材具有良好的耐热性、耐压性和耐腐蚀性，适合用于地暖系统。）答案：间接换热；直接换热（集中供热系统中的热交换站，通过间接换热和直接换热两种方式进行热量交换。间接换热是通过换热器将热源的热能传递给供暖系统；直接换热则是将热源直接引入供暖系统，与供暖水进行混合换热。）答案：局部过热；局部过冷（供暖系统的水力失调会导致局部过热和局部过冷等问题。局部过热会造成能源浪费和室内温度不均匀；局部过冷则会影响供暖效果和舒适度。）答案：提高供水温度；采用保温材料；优化系统设计（为了提高供热系统的能效，可以采取提高供水温度、采用保温材料和优化系统设计等措施。提高供水温度可以提高供暖效果；采用保温材料可以减少热损失；优化系统设计可以提高系统效率和减少能源消耗。）答案：流量；管径；阻力（在进行供热管网水力计算时，需要考虑的参数包括流量、管径和阻力等。流量决定了管道的输送能力；管径影响了管道的阻力和流量；阻力则决定了管道的能耗和压降。）三、判断题答案：错（热水供暖系统中，供水温度并不是越高越好。过高的供水温度会造成能源浪费和室内温度过高，影响舒适度。因此，应根据实际需要和系统设计来确定合适的供水温度。）答案：错（散热器的选择不仅应考虑房间的装饰风格，还应重点考虑其散热性能。散热性能好的散热器可以提高供暖效果和舒适度。）答案：错（在供热管网设计中，管道的埋设深度并不是越深越好。过深的埋设会增加施工难度和成本，而且并不一定能减少热损失。因此，应根据实际情况和设计要求来确定合适的埋设深度。）答案：对（地暖系统相比传统散热器，具有更好的节能效果和舒适度。地暖系统可以实现室内温度均匀分布，减少热损失和能源浪费；同时，地暖系统还可以提高室内空气质量，减少灰尘和细菌滋生。）答案：对（供热系统的热负荷是指系统在单位时间内需要向用户提供的热量总量。它是系统设计的重要依据，决定了系统的规模和配置。）答案：错（热水供暖系统的循环水量并不是越大越好。过大的循环水量会增加管道阻力和能耗，降低系统效率。因此，应根据实际需要和系统设计来确定合适的循环水量。）答案：错（在进行供热管网水力平衡调节时，不能通过调整管道直径来实现。管道直径是固定的，不能随意改变。水力平衡调节应通过调整阀门开度、安装平衡阀或采用其他水力平衡措施来实现。）答案：错（集中供热系统中的热交换站，其换热效率越高，系统的整体能效就越高。换热效率高意味着能够更有效地将热源的热能传递给供暖系统，减少能源浪费和损失。）答案：错（供暖系统的水力失调不仅会影响系统的供暖效果，还会对系统造成损害。水力失调会导致管道和散热器承受过大的压力或流量冲击，造成损坏或泄漏。）答案：错（为了提高供热系统的经济性，不能简单地降低供水温度来减少能源消耗。过低的供水温度会导致供暖效果不佳和室内温度过低，影响舒适度和用户满意度。因此，应根据实际需要和系统设计来确定合适的供水温度。）四、简答题答案：热水供暖系统的基本组成包括热源、热网、热用户和控制系统。热源是提供热能的设备，如锅炉、换热站等；热网是输送热能的管道网络，将热源产生的热能输送到热用户；热用户是接收热能并使用热能的设备或区域，如散热器、地暖系统等；控制系统则用于监控和调节系统的运行状态和参数，保证系统的正常运行和供暖效果。答案：在供热管网设计中，确定管道的直径和壁厚需要考虑多个因素。首先，要根据系统的流量和流速要求来确定管道的直径，保证管道能够输送足够的热量并满足用户的供暖需求。其次，要根据管道的工作压力和温度来确定管道的壁厚，保证管道能够承受系统的压力和温度变化而不发生泄漏或损坏。此外，还需要考虑管道的材质、耐腐蚀性、使用寿命等因素，综合确定管道的直径和壁厚。五、计算题已知某供暖系统的总热负荷为1200kW，供水温度为95℃，回水温度为70℃，水的比热容为4.18kJ/(kg·℃)，忽略管道热损失。计算该系统的循环水量。解：首先，我们需要将总热负荷从kW转换为J/h，即

1200extkW=1200imes3600extkJ/h=4320000extkJ/h。然后，使用公式

Q=cmΔT

来计算循环水量，其中

Q

是热负荷，c

是比热容，m

是水的质量，ΔT

是供回水温差。供回水温差

ΔT=95℃−70℃=25℃。因此，循环水量（以kg/h为单位）为：m=c⋅ΔTQ​=4.18extkJ/(kg⋅℃)⋅25℃4320000extkJ/h​≈41287.08extkg/h转换为立方米/小时（假设水的密度为1kg/L）：41287.08extkg/h=41.287extm3/h所以，该系统的循环水量约为41.29m³/h。某地暖系统采用PE-RT管材，管径为20mm，长度为100m，管材的导热系数为0.4W/(m·K)，管道外壁保温层的导热系数为0.03W/(m·K)，保温层厚度为10mm。计算该段管道的热阻。解：热阻的计算公式为

R=λδ​，其中

δ

是厚度，λ

是导热系数。对于多层材料，总热阻是各层热阻之和。首先计算保温层的热阻：Re​xt保温层=λe​xt保温层δe​xt保温层​=0.03extW/(m⋅K)0.01extm​≈0.333extK/W⋅extm然后计算管材本身的热阻（由于管材较薄且导热系数较大，其热阻通常可以忽略不计，但这里为了完整性仍进行计算）：Re​xt管材=λe​xt管材δe​xt管材​=0.4extW/(m⋅K)ext（管径很小，假设忽略不计）​≈0extK/W⋅extm因此，总热阻为：Re​xt总=Re​xt保温层+Re​xt管材≈0.333extK/W⋅extm但注意，这里的计算是基于管道单位长度的。由于管道长度为100m，所以总热阻应乘以长度：Re​xt总(100m)=0.333extK/W⋅extmimes100extm=33.3extK/W所以，该段管道的热阻为33.3K/W（这里的结果是一个较大的值，因为保温层的导热系数很小，导致热阻很大）。六、论述题在供热工程中，提高系统的能效和减少环境污染是至关重要的。以下是一些具体的措施和建议：优化热源选择：采用高效、清洁的能源作为热源，如天然气、太阳能、地热能等。这些能源不仅能效高，而且污染排放低。改进热交换技术：采用先进的热交换器和技术，提高热交换效率，减少热量损失。加强管道保温：对供热管道进行良好的保温处理，减少热量在传输过程中的损失。智能控制系统：引入智能控制系统，根据实际需求调节供热量，避免过度供热造成的能源浪费。废热回收与利用：对系统中的废热进行回收和利用，提高能源的综合利用率。七、案例分析题某小区采用集中供热系统，但近年来用户反映供暖效果不佳，部分房间温度偏低。可能的原因及改进措施如下：可能原因：水力平衡失调：系统中各支路的流量分配不均，导致部分房间供暖不足。散热器布置不合理：散