作业习题.doc

1、乐学考研快乐学习,轻松考研 中国研究生考试书店 http:/热工基础习题一热能转换的基本概念习题：P121锅炉烟道中的烟气压力常用上部开口的斜管测量，如图 1-9 所示。若已知斜管倾角 30a；压力计中使用 3/8.0cm的煤油，斜管中液柱长度mL2，当地大气压力 1.bpMPa。求烟气的绝对压力（用 MPa 表示） 。Lpba图 1-92一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有压力表，如图 1-10 所示。表上读数分别为 pB=75kPa、p c=110 kPa。若当地大气压 pb=97 kPa，求压力表 A的读数，以 kPa 表示。ACB图 1-103如果气压计压力为 83kPa，试完成以下

2、计算： 绝对压力为 0.15MPa 时的表压力； 真空计上读数为 70kPa 时气体的绝对压力； 绝对压力为 50kPa 时的相应真空度（kPa） ； 表压力为 0.25MPa 时的绝对压力（kPa） 。4摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为 0和 100，而华氏温标则相应地取为 32F 和 212F。试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度（0K 或-273.15）所对应的华氏温度。5气体进行可逆过程，满足 pV=C，试导出该气体从状态 1 变化到状态 2时膨胀功的表达式，并在 p-V 图上定性地画出过程线并示出膨胀功。6若某种气体的状态方程式为 pv=R，试导出： 定

3、温下气体 p、 v 间的关系； 定压下气体 v、 T 间的关系； 定容下气体 p、 T 间的关系。乐学考研快乐学习,轻松考研 中国研究生考试书店 http:/7一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量 D =180103/h，输出功率 W = 55 000kW，全厂耗煤 G =19.5t/h，煤的发热量 QH =30103kJ/。蒸汽在锅炉中吸热量 q = 2 680 kJ/。 求该动力厂的热效率 t； 锅炉的效率 H（蒸汽总吸热量/煤的总发热量） 。二热力学基本定律习题：P363闭口系中实施以下过程，试填补表中空缺数据过程序号 Q，J W，J U1，J U2，J U，J1 25 -12 -92 -8 5

4、8 -163 17 -13 214 18 -11 74如图 2-26 所示，某封闭系统沿 acb 途径由状态 a 变化到 b，吸入热量 90kJ，对外作功 40kJ，试问： 系统从 a 经 d 至 b，若对外作功 10 kJ，则吸收热量是多少？ 系统由 b 经曲线所示过程返回 a，若外界对系统作功 23 kJ，吸收热量为多少？ 设 Ua = 5kJ，U d = 45kJ，那么过程 ad 和 db 中系统吸收热量各为多少？pv图 2-265绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体，如图 2-27 所示。试问： 活塞是否对流体作功？ 通过对活塞加压，把流体压力从 p1=0.2MPa 提高到 p2=3

5、MPa，内能变化多少？焓变化多少？图 2-277某蒸汽动力装置，蒸汽流量为 40t/h，汽轮机进口处压力表读数为9MPa，进口比焓为 3 440kJ/kg，汽轮机出口比焓为 2 240 kJ/kg，真空表读数乐学考研快乐学习,轻松考研 中国研究生考试书店 http:/为 95.06kPa，当时当地大气压力为 98.66kPa，汽轮机对环境放热为6.3103kJ/h，试求： 汽轮机进出口蒸汽的绝对压力各为多少？ 单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？ 汽轮机的功率是多少？ 若进出口蒸汽流速分别为 60m/s 和 140m/s 时，对汽轮机输出功有多大影响？9某活塞式氮气压气机，压缩前后氮气的参数

6、分别为：p1=0.1MPa， v1=0.88m3/；p 2=1.0MPa，v 2 =0.16m3/。设在压缩过程中每千克氮气内能增加 180kJ，同时向外放出热量 60kJ。压气机每分钟生产压缩氮气18，试求： 压缩过程对每千克氮气所作的功； 生产每千克压缩氮气所需的功； 带动此压气机至少要多大的电动机？10某系统经历了四个热力过程组成的循环，试填下表所缺之数据。热力过程 Q,kJ W,kJ U,kJ12 1 210 023 0 25034 -980 041 0热效率11说法“自发过程是不可逆过程，那么非自发过程是可逆过程”对吗？为什么？13试利用 T H 和 T L 表示图 2-28 所示的

7、两循环的热效率比。已知 s A=sB。ABsS图 2-28乐学考研快乐学习,轻松考研 中国研究生考试书店 http:/14某制冷循环，工质从温度为-23的冷源吸热 100kJ，并将热量 203 kJ传给温度为 17的热源（环境） ，此循环满足克劳修斯不等式吗？15某热机循环，工质从温度为 T H =2 000K 的热源吸热 Q H，并向温度为 T L =300K 的冷源放热 Q L。在下列条件下，试根据孤立系熵增原理确定该机循环可能否？可逆否？ Q H=1 500J，Q L=800J； Q H=2 000J，净功 Wo=1 700J。17冷油器中油进口温度为 80，出口温度为 35，油的流量为

8、每分钟5。冷却水的进口温度为 20，出口温度为 40，试求：油的比热容为 coi =2.022(kJ/K) 冷却水的流量；油和水之间不等温传热引起的熵产。18将 50的冰投入到 20温度为 40 的水容器中。假定容器绝热，试求冰完全融化且与水温度达到热平衡时的系统的熵产。已知冰的融解热为333kJ/。三工质的热力性质习题：P634在容积为 0.3m3 的封闭容器内装有氧气，其压力为 300kPa，温度为 15，问应加入多少热量可使氧气温度上升到 800？ 按定值比热容计算； 按平均比热容计算。5每摩尔质量为 30g 的某理想气体，在定容下由 275加热到 845，若内能变化为 400kJ/，问

9、焓变化了多少？72的 CO2，由 p1 =800kPa，t 1 =900膨胀到 p2 =120kPa，t 2 =600，试利用定值比热求其内能、焓和熵的变化。乐学考研快乐学习,轻松考研 中国研究生考试书店 http:/8由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的千摩尔数为 3.0,65.,08.222 CONO求混合气体的容积成分，质量成分以及在 p =400kPa，t =27下混合气体的比容。9试证明理想气体混合物质量成分 ix和摩尔成分 iy间有关系式：)/(iiiMy11湿饱和蒸汽，p =0.9kPa， x0.85，试由水蒸气表求 ts，h，v，s 和 u。12过热蒸汽，p 1 =3

10、.0kPa，t =425,根据水蒸气表求 v，h， s，u 和过热度，再用 h-s 图求上述参数。13开水房烧开水用 p =0.1kPa， x0.86 的蒸汽与 t =20及同压下的水混合，试问欲得 5t 的开水，需要多少蒸汽和水？151的蒸汽，p 1 =2.0kPa，x 1=0.95，定温膨胀至 p2 =0.1kPa，求终态v，h， s 及过程中对外所作的膨胀功。18空气的参数为 pb =0.1kPa，t 1=20， 1=30%。在加热器中加热到t2=85 后送入烘箱去烘干物体。从烘箱出来时空气温度 t3=35，试求从烘干物体中吸收 1水分所消耗的干空气质量和热量。19设大气压力为 0.1k

11、Pa，温度为 30，相对湿度为 0.8。如果利用空气调节设备使温度降低到 10去湿，然后再加热到 20，试求所得空气的相对湿度。四工质的热力过程习题：P891.某理想气体初温 T1 =470K，质量为 2.5，经可逆定容过程，其内能变化乐学考研快乐学习,轻松考研 中国研究生考试书店 http:/为U=295.4kJ ，求过程功、过程热量以及熵的变化。设该气体 R=0.4KJ/(K) ,=1.35，并假定比热为定值。2一氧化碳的初态为 p1=4.5MPa，T 1=493K。定压冷却到 T2=293K。试计算 1kmol 的一氧化碳在冷却过程中的内能和焓的变化量，以及对外放出的热量。比热取定值。3

12、氧气由 t1=30, p 1=0.1MPa 被定温压缩至 p2=0.3MPa。 试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功； 若按绝热过程压缩，初态和终压与上述相同，试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功； 将它们表示在同一幅 p-v 图和 T-s 图上，试在图上比较两者的耗功。6某单级活塞式压气机每小时吸入的空气量 V1=120m3/h，吸入空气的温度t1=17 ，压力 p1=0.1MPa，输出空气的压力为 p2=0.64MPa。试按下列三种情况计算压气机所需的理想功率：定温压缩；绝热压缩；多变压缩（n =1.2） 。9燃气经过燃气轮机中渐缩喷管绝热膨胀，流量 skgm/6.0，燃气初参数 p1=0

13、.6MPa，t 1=600，燃气在喷管出口处的压力 p2=0.4MPa，喷管进口流速及摩擦损失不计，试求燃气在喷管出口处的流速和出口截面积。设燃气热力性质与空气相同，取定值为比热。五热量传递的基本定律及应用分析习题：P1442有一厚为 20mm 的平面墙，导热系数为 1.3W/(m)。为使每平方米墙的热损失不超过 1 500W，在外表面上覆盖了一层导热系数为 0.2W/(m)的保温材料。已知复合壁两侧的温度分别为 750及 55，试确定此保温层的厚度。5冷藏箱壁由两层铝板中间夹一层厚 100mm 的矿棉组成，内外壁面的温乐学考研快乐学习,轻松考研 中国研究生考试书店 http:/度分别为-5和

14、 25，矿棉的导热系数为 0.06W/(m)。求散冷损失的热流密度 q。如大气温度为 30，相对湿度为 70%，由于水分渗透使矿棉变湿，且内层结冰。设含水层和结冰层的导热系数分别为 0.2W/(m)和 0.5W/(m) ，问冷藏箱的冷损失增加多少？6某炉墙由耐火砖层、硅藻土焙烧板层和金属密封板所构成（见图 5-62） ，各层的导热系数分别为 1=0.7+0.000 58tW/(m)、 2=0.047+0.000 201tW/(m )和 3=45 W/(m)；厚度分别为 m15， 185和m3；炉墙内外表面的温度分别为 tW1=542 和 tW4=54。试求通过炉墙的热流密度。lw2lw34图

15、5-627现有一热电偶测量管道内高温气流的温度（参见图 5-63） 。已知热电偶的读数为 t1=650,热电偶套管的基部温度 t0=500，套管插入深度 ml10,套管壁厚 m，套管外径 md1，套管材料的导热系数 =25 W/(m)，套管外侧与气流的换热系数 =50W/(m)。试求：气流的真实温度 tf 和测量误差 l=?ltf tl0管 道 壁热 电 偶 丝热 电 偶 套 管图 5-638为了增强传热，在外直径为 40mm 的管道外表面上装置纵肋 12 片，如图 5-64 所示，肋厚 0.8mm，肋高 20mm，肋的导热系数为 116W/(m)。若管道的壁温为 140，周围介质的温度为 2

16、0，换热系数为 20W/(m)，求单位管长的散热量。（本题除考虑肋片的散热以外，还要考虑肋片与肋长之间的管道外表面的散热。 ）l=20m.8图 5-64乐学考研快乐学习,轻松考研 中国研究生考试书店 http:/10.设有一块厚为 2 的金属板，初始温度为 t0，突然将它置于温度为 t1的流体中进行冷却。试针对下列两种情况，画出不同时刻金属板中及板表面附近流体的温度分布曲线： 金属板导热热阻 / 1/（表面换热热阻） ； / 1/。11有两块同样材料的平板 A 及 B， A 的厚度为 B 的两倍，从同一高温中取出置于冷流体中淬火。流体与各表面间的换热系数均可视为无限大。已知板中心总的过余温度下

17、降到初值的一半需要 20min，问 A 板达到同样温度工况需多少时间？12一块初始温度 t0 =250、厚度 2=5cm、导热系数 =215W/（m）,热扩散率 =8.410-5/m2/s、密度 =2700/m 3、比热容 cp=900J/()的铝板，将其突然置入 30的冷水中冷却。若表面换热系数 =350 W/（m） ，试求5 分钟后板中心的温度、距壁面 1.5cm 深处的温度以及这段时间内平板每平方米面积的散热损失。14一钢球直径为 10，初始温度 250，后将其置于温度为 10的油浴中。设冷却过程中的换热系数可取为 200 W/（m ） ，问欲使球心温度降低到 150需要经过多长时间，此

18、时球表面的温度为多少？球的导热系数为 44.8 W/（m） ,热扩散率为 1.22910-5m2/s。21水以 0.8/s 的流量在内径 d =2.5cm 的管内流动，管子内表面温度为90，进口处水的温度为 20。试求水被加热至 40时所需的管长。27在 1 个大气压下，温度为 30的空气以 45m/s 的速度掠过长为 0.6m、壁温为 250的平板。试计算单位宽度的平板传给空气的总热量、层流边界层区域的换热量和紊流边界层区域的换热量。31空气横向掠过一外径为 d=22mm、s 1=44mm、s 2=22mm、N=12 排的叉乐学考研快乐学习,轻松考研 中国研究生考试书店 http:/排管束，

19、空气的平均温度 t1 =50,u max=8m/s。试求换热系数。35在冬季，采暖房间的天花板表面温度为 13，室内空气温度为 25，天花板面积为 45，求它的自然对流换热系数及散热量。38一冷凝器的水平管束由直径 d =20mm 的圆管组成，管壁温度 tw=15。压力为 0.045105Pa 的饱和水蒸气在管外凝结。若管束在竖直方向上共 20 排，叉排布置，求管束的平均换热系数。39平行放置的两块钢板，温度分别保持 500和 20，黑度均为 0.8，钢板尺寸比二钢板间的距离大得多。求二板的辐射力、有效辐射、投入辐射以及它们之间的辐射换热量。42求下列情况下的角系数 X1,2(见图 5-66)

20、(a)等腰三角形深孔 300的底面 1（长 200mm）对 200的腰侧面 2（顶角25） ，见图 5-66(a)；(b)半球空腔曲面 1 对底面的四分之一缺口 2，见图 5-66(b)；(c)边长为 a 的正方体盒的内表面 1 对直径为 a 的内切球面 2，见图 5-66(c)；(d)二平行平面 1、2，见图 5-66(d)；(e)二无限长方柱体，见图 5-66(e)。5o3012-缺 口 31(a) 等腰三角形深孔截面 (b)半球空腔 (c)下正方体盒和内切球0.1m.01.m(d) 二平行平面 (e)二无限长方柱图 5-66乐学考研快乐学习,轻松考研 中国研究生考试书店 http:/43

21、试确定图 5-57 所示图形的角系数 X1,2：2m8120.2m1.31(a)二平行平板 (b)二垂直平板图 5-6747用单层遮热罩抽气式热电偶测量一设备中的气流温度。已知设备内壁温度为 90，热接点与遮热罩表面黑度均为 0.6，气体对热接点及遮热罩的换热系数分别为 40 及 25W/(m2)。当气流真实温度 tf =180时，热电偶的指示值为多少？l1 ,Fl3 ,tf管 道 w遮 热 罩图 5-6948有一块厚金属板上钻了一个直径为 d =2cm 的不穿透的小孔，孔深 h =4cm，锥顶角为 90，如图 5-70 所示。设孔的表面黑度为 0.6，整个金属块处于 500的温度下，试确定从

22、孔口向外界辐射的能量。 h图 5-70六换热器及其热计算习题：P1663蒸汽管道的内外直径各为 200mm 和 216mm，为减少热损失，管外包以120mm 的硅藻土石棉灰，其导热系数为 0.1W/（ m） ；蒸汽温度为 300，绝热层外的空气温度为 25，钢管的导热系数为 46.5W/（m ）,内外表面的换热系数各为 516W/（ m2）和 9.9 W/（m 2）,试求单位管长的热损失和内外表面的温度。9一壳管式换热器的换热面由内、外径分别为 13mm、16mm 的铜管组成。管内水的流速为 1m/s。进口水温 25t、出口水温 302t。管外空气横向流动，在最窄处气流速度为 5 m/s。空气进、出口温度为 1、 601t。在该壳管式换热器中，壳侧单相介质横向流动换热的准则方程式为 ：3.06.PrRe25.fffNu，污垢热阻可取 R =