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）工程热力学部分一. 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，则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变；（ ）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。 （ ）二. 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
2、 T-s 图上（1） 理想气体的定温，定压，定容和定熵过程；（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）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两部分。最初活塞被固定在某一位置上，汽缸的一侧储有压力为 0.2 MPa，温度为300K 的 0.01 m3 的空气；另一侧储有同体积，同温度的空气
3、，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） 两侧空气的熵变值及整个气体的熵变值为多少？（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；热 机大 气 t 0=27p.1MPa t 1=527p0.MPam6kg t 2=37p0.1MPa热 机大 气 A0.2 MPa300K0.01m3B0.1 MP
4、a300K0.01m3（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）1 比较下列三种物质：空气，金属，水导热系数的大小。 （2 分）2 写出 Nu， Fo，Bi 准则的表达形式及物理意义。 （6 分）3 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，导热系数大的流体，表面传热系数是大还是小。 （2 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？（3 分）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
5、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 a = 0.04 W/(m.K)，b 种材料的导热系数 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 的两个大平行平板，其温度分别维持在 800 和 370，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：（2） 没有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？（3） 有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？（4） 辐射遮热板的温度。（
6、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A 卷答案工程热力学部分一. 判断对错（每题 1 分，共计 6 分）1 X； 2 X； 3 X； 4 X； 5 X； 6 。二. 问答题（共计 20 分）1 （6 分）Q0 膨胀对外作功；U0 热力学能减少。2 （4 分）答：（1）克劳修斯积分式： 。用于判断一个循环是否可能，是否可逆。式中等号用0TQ于可逆循环，不等号用于不可逆循环。（2）热力过程熵的变化： 。用于判断过程能否进行，是否可逆。等号适用于21S可逆过程，不等号适用于不可逆过程。
7、（3）孤立系统熵增原理： 。孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。0iso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： 。根据卡诺定理一：在相同的高温热源和低温热源间12Tc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：湿空气中水蒸气分压力 所对应的饱和温度，称为露点温度。vp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 , )(maxTpsv法 2：保持水蒸气含量 不变，
8、降低湿空气温度 。vp(sT4 （6 分）答：提高朗肯循环热效率的方法有：（1）保持蒸汽的初压 ，终压 不变，提高蒸汽的初温 ；1p2 1（2）保持蒸汽的初温 ，终压 不变，提高蒸汽的初压 ；Tp.p0 vTsvpn=1.6膨 胀 过 程12膨 胀 过 程T20 s.pv1Tsn=1.6膨 胀 过 程膨 胀 过 程（3）保持蒸汽的初压 ，初温 不变，降低蒸汽的终压 ；1p1T2p（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，从而提高循环热效率。三. 计算题（共计 29 分）1 （14 分）解：（1）取
9、整个汽缸为闭口系，因汽缸绝热，所以 Q=0，又活塞导热无摩擦，W=0。由闭口系能量方程 ，得 。UWQBAU因为平衡时 A，B 两侧温度应相等，即 22T则有： ，0)()(1212BVBVTcmTc因此： ，KA301既是终态平衡时，两侧的温度均为： 。K312（2） 当终态时，两侧压力相等，为 ，2pBA对 A 侧： ， （a）22TRmVpgA对 B 侧： （b）B将（a）+（b）两式相加，得： ，222)()(TRmVpgBABA即： ，1122)( BABAgVTRmp代入数据：，得： MPamPaMPa15.0003332 （3） 熵变化： KJMPaKPapTVRmSAAg /9
10、18.5.02ln301.2.lnl 3611 JamapTSBBg /352.15.0ln301.1.lnl 36212 A0.2 MPa300K0.01m3B0.1 MPa300K0.01m3整个汽缸绝热系的熵变： KJSBA /56.0918.502 （15 分）解：（1）烟气放热为： kJKkgJktmcQp 416)3752()/(4.612 （2）若使 最小，则热机必须是可逆循环，2由孤立系统熵增原理得： 0WELHiso SS其中： KkJKkgJkTmcdTQSppH /964.7)2357(ln)/(1406122121 TSL30)27(22， 0EW于是： 03/964.
11、72KQkJSiso解得： Q2.382（4） 热机输出的最大功： kJkJ8.1726).2389416(21 传热学部分四. 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： 属属属2 （6 分）答： ，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hlNu对流换热的强弱。，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2aFo面积所需要的时间。是非稳态导热过程的无量纲时间。热 机大 气 t 0=27p.1MPa t 1=527p0.MPam6kg t 2=37p0.1MPa热 机大 气 ，物理意义为：物体内部的导
12、热热阻 与边界处的对流换热热阻 之比。hlBi/ h/13 （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： 等） ，换热表面的几何因素。导热系数愈,c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 。,1AXA1当辐射表面为黑体时， ，表面辐射热阻 ，只有空间辐射热阻 。102,1X五. 计算题（共计 28 分）1 （12
13、 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：，4.3)609ln1.3l04.(21ln2ln2311 ttddtqbal （2）第 2 种方案，b 在里层，a 在外层，单位管长的热损失为：，7.2)609ln4.13l.0(21ln2ln213 ttddtqabl 比较两种方案的热损失： 6.4/71tql因 ，故从减少热损失的观点看，第 1 种方案好。12llq2 （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：J2J1,AXEb121Eb2 ， 2 ，有遮热板：依题意： ， ，12,X12,3,X248421 /961)2730(67.55mWTEb 网络中的热阻为： 15.01,905.1,323 2,3, X（1） 无辐射遮热板时： ，22,1 /3.674mWq（2） 有辐射遮热板时： 2, /.191（3） 辐射遮热板的温度 ：3T依能量平衡，列出下列方程式：1913.26754913.27546bE解之： ，4/mWTEb因此： 。CK6593Eb3AJ3 J2J13,Eb1A 1AEb2 1-32J ,X
