熱工基礎(chǔ)B卷真題2007年

1、2007年碩士學(xué)位研究生入學(xué)統(tǒng)一考試試題熱工基礎(chǔ)B卷工程熱力學(xué)一、簡(jiǎn)答題1寫出熱力學(xué)第一定律對(duì)不同系統(tǒng)的表達(dá)式。2可逆過程的定義，建立可逆過程概念的好處和實(shí)際意義。3寫出用壓縮因子表示的實(shí)際氣體狀態(tài)方程式，說明壓縮因子的物理意義。4卡諾定理的理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。5用攪拌器攪拌絕熱容器中的水：(a) 水溫20；(b) 水溫60。在攪拌器耗功相同條件下，試問兩種情況哪種的不可逆損失大?為什么?6壓氣機(jī)高壓比時(shí)為什么采用多級(jí)壓縮中間冷卻方式?二、某燃?xì)廨啓C(jī)裝置中燃燒室的溫度為1800，來(lái)自壓氣機(jī)的壓縮空氣的溫度為220。根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)葉片強(qiáng)度的要求，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的氣體溫度不得超過850。試確定來(lái)自燃燒

2、室的燃?xì)馀c來(lái)自壓氣機(jī)的壓縮空氣的混合比例。(設(shè)燃燒室燃?xì)獾谋葻醕p,1=1.170kJ/(kgK) ，壓縮空氣的比熱為cp,2=1.004kJ/(kgK) 。) 三、冬季室外溫度-15、室內(nèi)溫度18，耗電3kW的熱泵能向室內(nèi)提供的最大熱量是多少?夏季熱泵以空調(diào)方式工作，要求室內(nèi)溫度為22，允許的室外溫度最高為多少?假定室內(nèi)無(wú)熱源，且室內(nèi)外之間的熱交換的熱流量是常數(shù)。四、下圖為一煙氣余熱回收方案。設(shè)煙氣比熱容cp=1.4kJ/(kgK) ，cv=1kJ/(kgK) 。求：1煙氣流經(jīng)換熱器時(shí)傳給熱機(jī)工質(zhì)的熱量：2熱機(jī)放給大氣的最小熱量Q2；3熱機(jī)輸出的最大功W。傳熱學(xué)五、簡(jiǎn)答題1冬季晴朗的夜晚，測(cè)

3、得室外空氣溫度Ta高于0，有人卻發(fā)現(xiàn)地面上結(jié)有一層薄冰，試解釋原因(若不考慮水表面的蒸發(fā)) 2有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中進(jìn)行冷卻。為使稀飯涼得更快一些，你認(rèn)為應(yīng)該攪拌碗中稀飯還是盆中涼水?為什么?3試從沸騰過程分析，為什么用電加熱器加熱時(shí)當(dāng)加熱功率qqmax時(shí)易發(fā)生壁面被燒毀的現(xiàn)象，而采用蒸汽加熱則不會(huì)?4寫出普朗特?cái)?shù)Pr的表達(dá)式，并說明其物理意義。5“善于發(fā)射的物體必善于吸收”，即物體輻射力越大，其吸收比也越大。你認(rèn)為對(duì)嗎?為什么?6設(shè)計(jì)肋片時(shí)，是否肋片越長(zhǎng)越好?六、利用數(shù)量級(jí)分析的方法，對(duì)流體外掠平板的流動(dòng)，從動(dòng)量微分方程導(dǎo)出邊界層厚度的如下變化關(guān)系式，其中。七、某廠由于生產(chǎn)需要，將冷

4、卻水以2010325103kg/h的質(zhì)量流量向距離3km的車間供應(yīng)，供水管道外直徑為160mm。為防止冬天水在管道內(nèi)結(jié)冰，在管道外包裹導(dǎo)熱系數(shù)=0.12W/(mK) 的瀝青蛭石管殼。保溫層復(fù)合換熱表面的傳熱系數(shù)h0=35W/(m2K) 。該廠室外空氣溫度達(dá)-15，此時(shí)水泵的出口水的溫度為4。試確定為使冷卻水不結(jié)冰的最小保溫層厚度。忽略管壁熱阻及管內(nèi)水的對(duì)流換熱熱阻。八、兩個(gè)直徑為0.4m，相距0.1m的平行同軸圓盤，放在環(huán)境溫度保持在300K的大房間內(nèi)。兩圓盤背面不參與換熱。其中一個(gè)圓盤絕熱，另一個(gè)保持均勻溫度500K，發(fā)射率為0.6。且兩圓盤均為漫射灰體。試確定絕熱圓盤的表面溫度及等溫圓盤表

5、面的輻射熱流密度。(注：從傳熱學(xué)教材圖8-9“兩同軸平行圓盤問角系數(shù)”可知x1,2=0.62) 2007年熱工基礎(chǔ)B卷參考答案工程熱力學(xué)一、解：1 2可逆過程：無(wú)耗散的準(zhǔn)平衡過程。可逆過程是實(shí)際過程的理想極限、可以用來(lái)衡量實(shí)際過程的完善程度；實(shí)際過程的計(jì)算可以簡(jiǎn)化為可逆過程加一修正系數(shù)。3表示了實(shí)際氣體的比體積與同溫同壓下理想氣體的比體積之比，z的大小表明實(shí)際氣體偏離理想氣體的程度。4卡諾定理指出了熱效率的極限值；指出了提高熱工效率的方向；表示了在大氣環(huán)境下熱功轉(zhuǎn)換的極限。5情況(a) 的不可逆損失大于情況(b) 。因攪拌器耗功W=mcpt，在W相同情況下，兩種情況的mcp相同，所以溫升也相同

6、。但低溫引起的熵產(chǎn)大于高溫引起的熵產(chǎn)。6采用多級(jí)壓縮、中間冷卻，有如下好處：a) 可降低排氣溫度，壓氣機(jī)出口溫度降低了。b) 可減少壓氣機(jī)耗功量。c) 對(duì)于活塞式壓氣機(jī)還可提高壓氣機(jī)的容積效率，有利于壓比的提高。二、解：設(shè)燃燒室燃?xì)赓|(zhì)量為m1，壓縮空氣質(zhì)量為m2，由能量守恒m1cP,1t1=m2cP,2t2，因此有m11.170(1800-850) =m21.004(850-220) ，所以，三、解：使用冬季熱泵情況下：TR=273+18=291K，T=18-(-15) =33K熱泵最大制熱系數(shù)為因此熱泵能向室內(nèi)提供的最大熱量是Q=26.4kW。室內(nèi)外熱交換的熱流量：夏季熱泵以空調(diào)方式下工作：

7、TR=273+22=295K，T=T0-295熱泵最大制冷系數(shù)為因此室外溫度最高為T0=328K。四、解：1煙氣放熱為Q1=mcp(t2-t1) =61.4(527-37) =4116103J=4116kJ。2方法1：若使Q2最小，則熱機(jī)必須是可逆循環(huán)，由孤立系統(tǒng)熵增原理得方法2：熱機(jī)為可逆機(jī)時(shí)Q2最小，由卡諾定理得即 3輸出的最大功為：傳熱學(xué)五、解：1假定地球溫度為Te，太空溫度為Tsky，設(shè)換熱過程達(dá)到穩(wěn)態(tài)，空氣與地面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h，地球表面近似看成溫度為Te的黑體，太空可看成溫度為Tsky的黑體，則由熱平衡：由 于Ta0，而Tsky0，因此，地球表面溫度Te有可能低于0，即有可能結(jié)冰

8、。2從稀飯到?jīng)鏊且粋€(gè)傳熱過程。顯然稀飯和水的換熱在不攪拌時(shí)屬于自然對(duì)流。而稀飯的換熱比水要差。因此，要強(qiáng)化傳熱增加散熱量，應(yīng)該攪拌稀飯側(cè)以強(qiáng)化傳熱。3用電加熱時(shí)，加熱方式是控制表面的熱流密度。而采用蒸汽加熱則是壁面溫度可控的情形。由大容器飽和沸騰曲線可知，當(dāng)加熱功率q稍超過qmax值時(shí)，工況將沿大容器飽和沸騰曲線中qmax虛線跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰線，使壁面溫度飛升，導(dǎo)致設(shè)備燒毀。4，動(dòng)量擴(kuò)散厚度與熱量擴(kuò)散厚度之比的一種度量。5基爾霍夫定律對(duì)實(shí)際物體成立必須滿足兩個(gè)條件：物體與輻射源處于熱平衡，輻射源為黑體。即物體輻射力越大，其對(duì)同樣溫度的黑體輻射吸收比也越大，善于發(fā)射的物體，必善于吸收同溫度下的

9、黑體輻射。所以上述說法不正確。6不是。肋片長(zhǎng)，其傳出的熱量較多，但過長(zhǎng)時(shí)，會(huì)增加肋片導(dǎo)熱熱阻，且再過長(zhǎng)部分溫差很小，均會(huì)降低肋片的使用效率。六、解：由外掠平板流動(dòng)的動(dòng)量微分方程(1) 由于uu,xx,y，而由連續(xù)性方程(2) 可知，因此，動(dòng)量微分方程(1) 式中各項(xiàng)的數(shù)量級(jí)如下：在邊界層內(nèi)，粘性力項(xiàng)與慣性力項(xiàng)具有相同數(shù)量級(jí)，即即 所以 七、解：本題屬導(dǎo)熱和復(fù)合換熱的熱阻分析問題。先由管內(nèi)水確定換熱量，然后按熱阻條件確定絕熱層厚度，最小絕熱層厚度發(fā)生在管道出口水溫降至0的時(shí)刻，且此時(shí)水的質(zhì)量流量最低(20103kg/h) 。水由4降至冰點(diǎn)時(shí)的放熱量： 定性溫度 對(duì)應(yīng)水的定壓比熱容 考慮到忽略管壁熱阻及管內(nèi)對(duì)流熱阻，因而保溫層內(nèi)壁溫度近似為水的平均溫度，即twi=20。從保溫層內(nèi)壁溫twi到外部空氣溫度tf=-15，中間有保溫層的導(dǎo)熱熱阻及空氣側(cè)復(fù)合換熱熱阻，即： 而d0=di+2，為保溫層厚度。即： 利用迭代法(試湊法) 求得=0.0372m=37.2mm。八、解：這是三個(gè)表面組成封閉系的輻射換熱問題，表面1為漫灰表面，表面2為絕熱表面，表面3相當(dāng)于黑體。如圖8-(a) 所示。輻射網(wǎng)絡(luò)圖見8-(b) 所示。計(jì)算角系數(shù)分別為X1,2=0.62X1,3