热力学及传热学.docx
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热力学及传热学
"热力学与传热学"综合复习题
一、判断说明以下说法是否正确,并说明理由。
1、某种理想气体经过一个不可逆循环后,其熵的变化值大于零。
2、功的数值仅仅取决于工质的初态和终态,与过程无关。
3、理想气体吸热后,温度一定升高。
4、牛顿冷却公式中的△t可以改为热力学温度之差△T。
5、工质进展膨胀时必须对工质加热。
6、在温度同为T1的热源和同为T2的冷源之间工作的一切不可逆循环,其热效率必小于可逆循环。
7、工质的熵增就意味着工质经历一个吸热过程。
8、湿蒸汽的压力和温度,就可以确定其状态。
9、同一温度场中两条等温线可以相交。
二、简答题
1.有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进展冷却。
为使稀饭凉的更快一些,你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水?
为什么?
2.对于高温圆筒壁来说,加保温层一定能降低对外散热量,对吗?
为什么?
3.在寒冷的北方地区,建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好?
为什么?
4.同一物体内不同温度的等温线能够相交,对吗?
为什么"
5、在某厂生产的测温元件说明书上,标明该元件的时间常数为1秒。
从传热学角度,你认为此值可信吗?
为什么?
三、计算题
1.一循环,工质从高温热源吸热3.4×106kJ,输出功率1.1×106kJ。
试计算该循环的热效率ηt。
假设循环是在温度分别为577℃和30℃的恒温热源间完成的,试计算该循环的热效率ηt与同温限下卡诺循环的热效率ηc之比。
2.可视为理想气体的空气在活塞中从1bar、20℃经历一可逆绝热过程后,压力升为6bar。
空气的比定压热容cp=1.0kJ/(kg⋅K),比定容热容cV=0.71kJ/(kg⋅K)。
试计算该过程终了时空气的温度,每千克空气所作的膨胀功。
3.有一直径为5cm初始温度为400℃的钢球,将其突然放到温度为30℃的空气中。
设钢球外表与周围环境间的总换热系数为24W/(m2⋅K),试计算钢球冷却到180℃所需的时间。
钢球的c=480J/(kg⋅K),ρ=7753kg/m3,λ=33W/(m⋅K)。
4.将氧气压送到容积为2m3的储气罐内,初始时表压力为0.3bar,终态时表压力为3bar,温度由t1=45℃升高到t2=80℃。
试求压入的氧气质量。
当地大气压为Pb=760mmHg,氧气Rg=260J/(kg⋅K)。
5.流体受迫地流过一根内直径为25mm的直长管,实验测得管内壁面温度为120℃,流体平均温度为60℃,流体与管壁间的对流换热系数为350W/(m2⋅K)。
试计算单位管长上流体与管壁间的换热量。
6.相距甚近而平行放置的两个面积相等的灰体外表,黑度各为0.6和0.5,温度各为700℃和350℃,试计算它们之间的辐射换热量。
7.一卡诺热机工作于500℃和200℃的两个恒温热源之间。
该卡诺热机每秒中从高温热源吸收100kJ,求该卡诺热机的热效率及输出功率。
8.在一根外直径为120mm的蒸汽管道外包一厚度为25mm的石棉保温层,保温层的导热系数为0.10W/(m⋅K)。
管子外外表温度为250℃,保温层外外表的温度为38℃,试求单位管长的热损失。
9.一定量的空气,经过以下四个可逆多变过程组成的循环。
试求:
〔1〕填充下表所缺数据;〔2〕循环净功;〔3〕该循环的热效率。
过程
Q
〔kJ〕
ΔU
(kJ)
W
(kJ)
1-2
1210
0
2-3
0
250
3-4
-980
0
4-1
0
10、厚为36mm的无限大平壁,两侧外表温度分别为50℃和20℃。
平壁材料的导热系数为λ=0.56〔1+0.0018t〕W/(m⋅K)(其中t的单位为℃),试计算通过平壁的热流密度。
11、绝热容器由隔板分成两局部,左边为压力600kPa,温度为300K的空气;右边为真空,容积是左边的5倍。
如将隔板抽去,空气迅速膨胀,充满整个容器。
试求:
该过程中1千克空气的热力学能、温度和熵的变化。
【空气Rg=287J/(kg⋅K)】
12、外径为100mm,外表温度为100℃,黑度为0.76的圆筒壁,被水平放置于一温度为20℃的大房间中。
圆筒壁外外表与空气的纯对流换热系数为7.03W/(m2⋅K),试计算单位长度圆筒壁散失到房间中的总热量。
综合复习题参考答案
一、判断以下说法是否正确,并说明理由。
1、不正确。
原因:
熵是状态参数,不管循环是否可逆,工质的熵变均为零。
2、不正确。
原因:
功是过程量,其数值与工质所经历的中间途径有关。
即使初终态一样,但假设经历的途径不同,功值是不同的。
3、不正确。
原因:
气体吸热Q>0,而∆U=Q-W,理想气体∆U=mcV∆T,那么∆T是否大于零还取决于W的大小。
4、正确。
原因:
摄氏度与热力学温度的温差相等,∆t=∆T。
5、不正确。
原因:
工质也可进展绝热膨胀。
6、正确。
原因:
卡诺定理二
7、不正确。
原因:
在可逆过程中,工质的熵增意味着工质经历一个吸热过程。
但在不可逆过程中,由于不可逆因素引起的熵产恒大于零。
因此即使是绝热过程,工质的熵增也可能大于零。
8、不正确。
原因:
湿蒸汽的压力与温度是互相对应的数值,不是相互独立的参数,故仅知其压力和温度不能决定其状态,必须再另有一个独立参数才行,如干度x。
9、不正确。
原因:
同一物体内任一点在同一瞬间只有一个温度值,不可能具有两个以上的温度。
二、简答题
1.答:
应该搅拌碗中的稀饭。
这是一个传热过程。
相对而言,稀饭侧的对流换热系数较小、换热热阻较大。
搅拌稀饭时增大了其对流换热系数,最大限度的降低总传热热阻,可显著地增强传热,加速冷却速率。
2.答:
不对。
因为对于圆筒壁的保温,存在一个临界热绝缘直径dc问题。
当圆筒壁外径大于临界热绝缘直径dc时,加保温层一定能降低散热量;但当圆筒壁外径小于临界热绝缘直径dc时,在一定的保温层厚度X围内,其散热量是增加的。
3.答:
采用多孔的空心砖较好。
因为气体的热导率远小于固体的热导率,相对实心砖而言,空心砖的热导率较小、导热热阻较大,在冬天可减少房屋的散热损失,利于保温。
4.答:
不对。
同一物体内任一点在同一瞬间只有一个温度值,不可能具有两个以上的温度。
5.答:
不可信。
因为测温元件的时间常数不仅取决于其几何参数、物理性质,还同换热条件有关。
它随着具体的测温过程而变化,并不是一个确定的数值。
三、计算题
1.解:
循环热效率的计算:
相应卡诺循环的热效率:
二者比值为:
2.解:
p1=1barp2=6barT1=20+273.15=293.15Kk=cp/cV=1.4
由题意知:
1→2为可逆绝热过程,那么
q=0,那么
3.解:
d=5cm=0.05mR=d/2=0.025mt0=400℃t∞=30℃
对球体V/A=R/3M=1/3
那么可用集总参数法计算
那么
代入数据,
4.解:
V=2m3pb=760mmHg=1.01325barp=pe+pb
p1=pe1+pb=0.3+1.01325=1.31325barp2=pe2+pb=3+1.01325=4.01325bar
理想气体状态方程:
pV=mRgT
初态时罐内氧气质量为
终态时罐内氧气质量为
那么压入的氧气质量为∆m=m2-m1=8.748-3.178=5.57kg
5.解:
管内强迫对流换热问题。
由牛顿冷却公式计算:
W/m
6.解:
T1=700+273.15=973.15KT2=350+273.15=623.15K
由题意知,A1=A2=AX1,2=X2,1=1.0
W/m2
7.解:
该卡诺热机的热效率:
输出功率为:
kW
8.解:
此为通过圆筒壁的稳态导热问题。
由题意知:
d1=120mmd2=d1+2δ=120+2⨯25=170mmtw1=250ºCtw2=38ºC
那么[W/m]
9.解:
〔1〕填表
对每一过程有:
Q=∆U+W对循环有
过程
Q
〔kJ〕
ΔU
(kJ)
W
(kJ)
1-2
1210
(1210)
0
2-3
0
(-250)
250
3-4
-980
(-980)
0
4-1
0
(20)
(-20)
〔2〕循环净功
W0=W1-2+W2-3+W3-4+W4-1=0+250+0-20=230kJ
或W0=Q0=1210+0-980+0=230kJ
〔3〕循环热效率
Q1=1210kJ
10.解:
大平壁的平均温度为tm=(tw1+tw2)/2=(50+20)/2=35℃
平均热导率为:
λm=0.56〔1+0.0018tm〕=0.56×(1+0.0018×35)=0.5953W/(m⋅K)
热流密度为:
W/m2
11.解:
以容器内的空气为研究对象。
:
T1=300Kp1=600kPaV2/V1=6
〔1〕满足q=∆u+w绝热q=0自由膨胀w=0
那么∆u=q-w=0
〔2〕∆u=cV〔T2-T1〕=0,那么T2=T1
〔3〕∆s=Rgln(V2/V1〕=287×ln(6)=514J/(kg⋅K)
12.解:
这是一个复合外表的换热问题,该圆管壁既与周围气体有对流换热,又与周围环境有辐射换热。
先求辐射换热量Φrl:
Tw=100+273=373KT∞=20+273=293K
A1=πdlX1,2=1.0A1«A2
那么
W/m
再求对流换热量Φcl:
W/m
那么总散热损失为:
W/m
1.第1题判断题实际物体的吸收率仅仅取决于物体的本身性〔物体的种类、外表温度、外表状况〕。
标准答案:
错误
2.第2题判断题自然界中存在绝对的黑体。
标准答案:
错误
3.第3题判断题在辐射换热过程中,只能有高温物体向低温物体辐射能量。
标准答案:
错误
4.第4题判断题角系数的互换性只有在热平衡条件下才能成立。
标准答案:
错误
5.第5题判断题导电体的黑度〔发射率〕小于非导电体的黑度〔发射率〕。
标准答案:
正确
6.第6题判断题黑体的吸收和辐射能力仅仅是温度的单值函数。
标准答案:
正确
7.第7题判断题对于工业高温下的热辐射来说,对射线的吸收和反射有重大影响的是外表的颜色,而不是外表的粗糙度。
标准答案:
错误
8.第8题判断题在一般情况下,固体和液体的透过率为零。
标准答案:
正确
9.第9题判断题角系数不仅取决于物体的形状、大小、距离和相对位置,也与物体的种类和温度有关。
标准答案:
错误
10.第10题判断题黑度〔发射率〕就是物体的实际辐射力与黑体的辐射力之比。
标准答案:
错误
1.第1题判断题对于一种确定的理想气体,(cp,m-cv,m)一定为一定值。
标准答案:
正确
2.第2题判断题因热量是过程量,所以比热容也和过程特性有关,不同的热力过程,比热容也不一样。
标准答案:
错误
3.第3题判断题闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统。
标准答案:
错误
4.第4题判断题气体吸热后温度一定升高。
气体膨胀时一定对外作功。
标准答案:
错误
5.第5题判断题状态参数是热力系统状态的单值函数。
标准答案:
正确
6.第6题判断题通过定容或压缩可以把热能转变成机械能。
标准答案:
错误
7.第7题判断题功的数值仅仅取确于工质的初态和终态,与过程无关。
标准答案:
错误
8.第8题判断题比热容仅仅是温度的单值函数。
标准答案:
错误
9.第9题判断题气体膨胀时一定对外作功。
标准答案:
错误
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