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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 =

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