中國(guó)礦業(yè)大學(xué)《供熱工程》2022-2023學(xué)年期末試卷

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2022～2023學(xué)年春季學(xué)期2020級(jí)工程熱力學(xué)/傳熱學(xué)專業(yè)《供熱工程》期末筆試試卷本科試題卷考試時(shí)間：120分鐘(閉卷)院(系)：專業(yè)方向：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：一、選擇題（每題1分，共10分）在供熱系統(tǒng)中，下列哪項(xiàng)不是常見(jiàn)的熱源形式？

A.燃煤鍋爐

B.核能發(fā)電站余熱

C.太陽(yáng)能集熱器

D.地?zé)崮茉矗ǎ崴┡到y(tǒng)中，供水溫度一般控制在多少度范圍內(nèi)，以保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和舒適性？

A.30-40℃

B.45-60℃

C.70-95℃

D.100-120℃（）下列哪種材料常用于制作散熱器，因其具有良好的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性？

A.鑄鐵

B.塑料

C.木材

D.不銹鋼（）在進(jìn)行供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，下列哪項(xiàng)不是必須考慮的因素？

A.熱負(fù)荷分布

B.管道材質(zhì)與規(guī)格

C.管道埋設(shè)深度

D.當(dāng)?shù)仫L(fēng)速變化（）關(guān)于供暖系統(tǒng)的水力平衡，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是？

A.水力平衡是確保系統(tǒng)各環(huán)路流量均勻分配的關(guān)鍵

B.可以通過(guò)安裝平衡閥來(lái)調(diào)節(jié)水力平衡

C.水力不平衡不會(huì)導(dǎo)致局部過(guò)熱或過(guò)冷現(xiàn)象

D.水力平衡有助于提高系統(tǒng)整體能效（）在集中供熱系統(tǒng)中，熱交換站的主要作用是什么？

A.調(diào)節(jié)供水壓力

B.轉(zhuǎn)換熱能形式，實(shí)現(xiàn)熱水的循環(huán)利用

C.儲(chǔ)存多余熱量

D.監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化（）下列哪種設(shè)備用于將蒸汽或高溫水的熱量傳遞給低溫水，實(shí)現(xiàn)熱量的回收利用？

A.冷凝器

B.板式換熱器

C.膨脹閥

D.循環(huán)泵（）供暖系統(tǒng)調(diào)試前，應(yīng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行哪項(xiàng)重要檢查，以防止運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障？

A.管道保溫性能

B.系統(tǒng)氣密性

C.散熱器外觀

D.熱源效率（）關(guān)于地暖系統(tǒng)，下列說(shuō)法正確的是？

A.地暖系統(tǒng)只適用于新建建筑

B.地暖系統(tǒng)維護(hù)成本高于傳統(tǒng)散熱器

C.地暖系統(tǒng)能提供更加均勻的室內(nèi)溫度分布

D.地暖系統(tǒng)不適用于木地板（）在供熱工程設(shè)計(jì)中，采用哪種方法可以有效減少熱損失，提高系統(tǒng)效率？

A.增加管道長(zhǎng)度

B.選用低導(dǎo)熱系數(shù)材料做保溫層

C.提高供水溫度

D.減少散熱器數(shù)量（）二、填空題（每題1分，共10分）供熱系統(tǒng)中，根據(jù)熱媒的不同，可分為_(kāi)_____和______兩大類。在進(jìn)行供熱管網(wǎng)布置時(shí)，應(yīng)盡量遵循______原則，以減少熱損失和提高輸送效率。散熱器的散熱量與其______、______及______等因素有關(guān)。熱水供暖系統(tǒng)中，為了防止系統(tǒng)腐蝕和堵塞，通常會(huì)在系統(tǒng)中加入______和進(jìn)行______處理。供熱系統(tǒng)的______是指系統(tǒng)在設(shè)計(jì)條件下，能夠滿足用戶所需熱量的能力，它是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。在地暖系統(tǒng)中，通常采用的管材有______、______和______等。集中供熱系統(tǒng)中的熱交換站，通過(guò)______和______兩種方式進(jìn)行熱量交換。供暖系統(tǒng)的水力失調(diào)會(huì)導(dǎo)致______和______等問(wèn)題，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了提高供熱系統(tǒng)的能效，可以采取______、______和______等措施。在進(jìn)行供熱管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，需要考慮的參數(shù)包括______、______和______等。三、判斷題（每題1分，共10分）熱水供暖系統(tǒng)中，供水溫度越高，系統(tǒng)的供暖效果越好。（）散熱器的選擇應(yīng)僅根據(jù)房間的裝飾風(fēng)格來(lái)確定，無(wú)需考慮其散熱性能。（）在供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，管道的埋設(shè)深度越深，熱損失就越小。（）地暖系統(tǒng)相比傳統(tǒng)散熱器，具有更好的節(jié)能效果和舒適度。（）供熱系統(tǒng)的熱負(fù)荷是指系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)需要向用戶提供的熱量總量。（）熱水供暖系統(tǒng)的循環(huán)水量越大，系統(tǒng)的供暖效率就越高。（）在進(jìn)行供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整管道直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。（）集中供熱系統(tǒng)中的熱交換站，其換熱效率越高，系統(tǒng)的整體能效就越低。（）供暖系統(tǒng)的水力失調(diào)只會(huì)影響系統(tǒng)的供暖效果，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成損害。（）為了提高供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡可能降低供水溫度，以減少能源消耗。（）四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共10分）請(qǐng)簡(jiǎn)述熱水供暖系統(tǒng)的基本組成及各部分的主要功能。在供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，如何確定管道的直徑和壁厚？請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明。五、計(jì)算題（每題10分，共20分）已知某供暖系統(tǒng)的總熱負(fù)荷為1200kW，供水溫度為95℃，回水溫度為70℃，請(qǐng)計(jì)算該系統(tǒng)的循環(huán)水量（假設(shè)水的比熱容為4.18kJ/(kg·℃)，忽略管道熱損失）。某地暖系統(tǒng)采用PE-RT管材，管徑為20mm，長(zhǎng)度為100m，請(qǐng)計(jì)算該段管道的熱阻（假設(shè)管材的導(dǎo)熱系數(shù)為0.4W/(m·K)，管道外壁保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)為0.03W/(m·K)，保溫層厚度為10mm）。六、論述題（10分）請(qǐng)論述在供熱工程中，如何提高系統(tǒng)的能效和減少環(huán)境污染，并給出具體的措施和建議。七、案例分析題（10分）某小區(qū)采用集中供熱系統(tǒng)，但近年來(lái)用戶反映供暖效果不佳，部分房間溫度偏低。請(qǐng)分析可能的原因，并提出改進(jìn)措施。八、設(shè)計(jì)題（10分）設(shè)計(jì)一個(gè)適用于小型住宅的熱水供暖系統(tǒng)，包括熱源選擇、散熱器布置、管道布置及水力平衡等方面的考慮。九、綜合應(yīng)用題（10分）某工廠需要建設(shè)一個(gè)新的供熱系統(tǒng)，以滿足生產(chǎn)過(guò)程中的熱量需求。請(qǐng)結(jié)合工廠的實(shí)際情況，制定一個(gè)合理的供熱方案，包括熱源選擇、熱交換站設(shè)計(jì)、管網(wǎng)布置及系統(tǒng)調(diào)試等方面的內(nèi)容。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2022～2023學(xué)年春季學(xué)期2020級(jí)工程熱力學(xué)/傳熱學(xué)專業(yè)《供熱工程》期末筆試試卷本科答案一、選擇題答案：D（地?zé)崮茉措m然也是一種熱源形式，但在供熱系統(tǒng)中并不常見(jiàn)，相比燃煤鍋爐、核能發(fā)電站余熱和太陽(yáng)能集熱器，其應(yīng)用較少。）答案：C（熱水供暖系統(tǒng)中，供水溫度一般控制在70-95℃范圍內(nèi)，這是為了保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和舒適性。溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致供暖效果不佳，溫度過(guò)高則會(huì)造成能源浪費(fèi)。）答案：A（鑄鐵因其具有良好的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，常用于制作散熱器。塑料和木材導(dǎo)熱性差，不適合作為散熱器材料；不銹鋼雖然導(dǎo)熱性好，但成本較高，不是首選。）答案：D（在進(jìn)行供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮熱負(fù)荷分布、管道材質(zhì)與規(guī)格、管道埋設(shè)深度等因素。而當(dāng)?shù)仫L(fēng)速變化對(duì)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)的影響較小，不是必須考慮的因素。）答案：C（水力不平衡會(huì)導(dǎo)致局部過(guò)熱或過(guò)冷現(xiàn)象，影響供暖效果。水力平衡是確保系統(tǒng)各環(huán)路流量均勻分配的關(guān)鍵，可以通過(guò)安裝平衡閥來(lái)調(diào)節(jié)。）答案：B（在集中供熱系統(tǒng)中，熱交換站的主要作用是轉(zhuǎn)換熱能形式，實(shí)現(xiàn)熱水的循環(huán)利用。它并不是用于調(diào)節(jié)供水壓力、儲(chǔ)存多余熱量或監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化的。）答案：B（板式換熱器用于將蒸汽或高溫水的熱量傳遞給低溫水，實(shí)現(xiàn)熱量的回收利用。冷凝器是用于制冷系統(tǒng)的設(shè)備；膨脹閥是控制制冷劑流量的部件；循環(huán)泵則用于驅(qū)動(dòng)熱水在系統(tǒng)中循環(huán)。）答案：B（供暖系統(tǒng)調(diào)試前，應(yīng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行氣密性檢查，以防止運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障。氣密性不好會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)漏水、漏氣，影響供暖效果和系統(tǒng)壽命。）答案：C（地暖系統(tǒng)能提供更加均勻的室內(nèi)溫度分布，提高舒適度。它不僅適用于新建建筑，也可用于舊建筑改造；地暖系統(tǒng)的維護(hù)成本并不一定高于傳統(tǒng)散熱器；地暖系統(tǒng)適用于多種地面材料，包括木地板。）答案：B（在供熱工程設(shè)計(jì)中，采用選用低導(dǎo)熱系數(shù)材料做保溫層的方法可以有效減少熱損失，提高系統(tǒng)效率。增加管道長(zhǎng)度會(huì)增加熱損失；提高供水溫度雖然可以提高供暖效果，但也會(huì)增加能源消耗；減少散熱器數(shù)量會(huì)降低供暖效果。）二、填空題答案：蒸汽供暖系統(tǒng)；熱水供暖系統(tǒng)（根據(jù)熱媒的不同，供熱系統(tǒng)可分為蒸汽供暖系統(tǒng)和熱水供暖系統(tǒng)兩大類。）答案：短而直（在進(jìn)行供熱管網(wǎng)布置時(shí)，應(yīng)盡量遵循短而直的原則，以減少熱損失和提高輸送效率。長(zhǎng)而曲折的管道會(huì)增加熱損失和阻力。）答案：散熱面積；散熱材料；散熱器形式（散熱器的散熱量與其散熱面積、散熱材料及散熱器形式等因素有關(guān)。散熱面積越大、散熱材料導(dǎo)熱性越好、散熱器形式越合理，散熱量就越大。）答案：防腐劑；水質(zhì)軟化（在熱水供暖系統(tǒng)中，為了防止系統(tǒng)腐蝕和堵塞，通常會(huì)在系統(tǒng)中加入防腐劑和進(jìn)行水質(zhì)軟化處理。防腐劑可以抑制微生物生長(zhǎng)和腐蝕；水質(zhì)軟化可以去除水中的硬度成分，防止管道和散熱器結(jié)垢。）答案：供熱能力（供熱系統(tǒng)的供熱能力是指系統(tǒng)在設(shè)計(jì)條件下，能夠滿足用戶所需熱量的能力。它是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，決定了系統(tǒng)的規(guī)模和配置。）答案：PEX管；PB管；PPR管（在地暖系統(tǒng)中，通常采用的管材有PEX管、PB管和PPR管等。這些管材具有良好的耐熱性、耐壓性和耐腐蝕性，適合用于地暖系統(tǒng)。）答案：間接換熱；直接換熱（集中供熱系統(tǒng)中的熱交換站，通過(guò)間接換熱和直接換熱兩種方式進(jìn)行熱量交換。間接換熱是通過(guò)換熱器將熱源的熱能傳遞給供暖系統(tǒng)；直接換熱則是將熱源直接引入供暖系統(tǒng)，與供暖水進(jìn)行混合換熱。）答案：局部過(guò)熱；局部過(guò)冷（供暖系統(tǒng)的水力失調(diào)會(huì)導(dǎo)致局部過(guò)熱和局部過(guò)冷等問(wèn)題。局部過(guò)熱會(huì)造成能源浪費(fèi)和室內(nèi)溫度不均勻；局部過(guò)冷則會(huì)影響供暖效果和舒適度。）答案：提高供水溫度；采用保溫材料；優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)（為了提高供熱系統(tǒng)的能效，可以采取提高供水溫度、采用保溫材料和優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等措施。提高供水溫度可以提高供暖效果；采用保溫材料可以減少熱損失；優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)效率和減少能源消耗。）答案：流量；管徑；阻力（在進(jìn)行供熱管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，需要考慮的參數(shù)包括流量、管徑和阻力等。流量決定了管道的輸送能力；管徑影響了管道的阻力和流量；阻力則決定了管道的能耗和壓降。）三、判斷題答案：錯(cuò)（熱水供暖系統(tǒng)中，供水溫度并不是越高越好。過(guò)高的供水溫度會(huì)造成能源浪費(fèi)和室內(nèi)溫度過(guò)高，影響舒適度。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要和系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)確定合適的供水溫度。）答案：錯(cuò)（散熱器的選擇不僅應(yīng)考慮房間的裝飾風(fēng)格，還應(yīng)重點(diǎn)考慮其散熱性能。散熱性能好的散熱器可以提高供暖效果和舒適度。）答案：錯(cuò)（在供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，管道的埋設(shè)深度并不是越深越好。過(guò)深的埋設(shè)會(huì)增加施工難度和成本，而且并不一定能減少熱損失。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求來(lái)確定合適的埋設(shè)深度。）答案：對(duì)（地暖系統(tǒng)相比傳統(tǒng)散熱器，具有更好的節(jié)能效果和舒適度。地暖系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度均勻分布，減少熱損失和能源浪費(fèi)；同時(shí)，地暖系統(tǒng)還可以提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，減少灰塵和細(xì)菌滋生。）答案：對(duì)（供熱系統(tǒng)的熱負(fù)荷是指系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)需要向用戶提供的熱量總量。它是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，決定了系統(tǒng)的規(guī)模和配置。）答案：錯(cuò)（熱水供暖系統(tǒng)的循環(huán)水量并不是越大越好。過(guò)大的循環(huán)水量會(huì)增加管道阻力和能耗，降低系統(tǒng)效率。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要和系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)確定合適的循環(huán)水量。）答案：錯(cuò)（在進(jìn)行供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)時(shí)，不能通過(guò)調(diào)整管道直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。管道直徑是固定的，不能隨意改變。水力平衡調(diào)節(jié)應(yīng)通過(guò)調(diào)整閥門開(kāi)度、安裝平衡閥或采用其他水力平衡措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。）答案：錯(cuò)（集中供熱系統(tǒng)中的熱交換站，其換熱效率越高，系統(tǒng)的整體能效就越高。換熱效率高意味著能夠更有效地將熱源的熱能傳遞給供暖系統(tǒng)，減少能源浪費(fèi)和損失。）答案：錯(cuò)（供暖系統(tǒng)的水力失調(diào)不僅會(huì)影響系統(tǒng)的供暖效果，還會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成損害。水力失調(diào)會(huì)導(dǎo)致管道和散熱器承受過(guò)大的壓力或流量沖擊，造成損壞或泄漏。）答案：錯(cuò)（為了提高供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，不能簡(jiǎn)單地降低供水溫度來(lái)減少能源消耗。過(guò)低的供水溫度會(huì)導(dǎo)致供暖效果不佳和室內(nèi)溫度過(guò)低，影響舒適度和用戶滿意度。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要和系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)確定合適的供水溫度。）四、簡(jiǎn)答題答案：熱水供暖系統(tǒng)的基本組成包括熱源、熱網(wǎng)、熱用戶和控制系統(tǒng)。熱源是提供熱能的設(shè)備，如鍋爐、換熱站等；熱網(wǎng)是輸送熱能的管道網(wǎng)絡(luò)，將熱源產(chǎn)生的熱能輸送到熱用戶；熱用戶是接收熱能并使用熱能的設(shè)備或區(qū)域，如散熱器、地暖系統(tǒng)等；控制系統(tǒng)則用于監(jiān)控和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行和供暖效果。答案：在供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，確定管道的直徑和壁厚需要考慮多個(gè)因素。首先，要根據(jù)系統(tǒng)的流量和流速要求來(lái)確定管道的直徑，保證管道能夠輸送足夠的熱量并滿足用戶的供暖需求。其次，要根據(jù)管道的工作壓力和溫度來(lái)確定管道的壁厚，保證管道能夠承受系統(tǒng)的壓力和溫度變化而不發(fā)生泄漏或損壞。此外，還需要考慮管道的材質(zhì)、耐腐蝕性、使用壽命等因素，綜合確定管道的直徑和壁厚。五、計(jì)算題已知某供暖系統(tǒng)的總熱負(fù)荷為1200kW，供水溫度為95℃，回水溫度為70℃，水的比熱容為4.18kJ/(kg·℃)，忽略管道熱損失。計(jì)算該系統(tǒng)的循環(huán)水量。解：首先，我們需要將總熱負(fù)荷從kW轉(zhuǎn)換為J/h，即

1200extkW=1200imes3600extkJ/h=4320000extkJ/h。然后，使用公式

Q=cmΔT

來(lái)計(jì)算循環(huán)水量，其中

Q

是熱負(fù)荷，c

是比熱容，m

是水的質(zhì)量，ΔT

是供回水溫差。供回水溫差

ΔT=95℃?70℃=25℃。因此，循環(huán)水量（以kg/h為單位）為：m=c?ΔTQ?=4.18extkJ/(kg?℃)?25℃4320000extkJ/h?≈41287.08extkg/h轉(zhuǎn)換為立方米/小時(shí)（假設(shè)水的密度為1kg/L）：41287.08extkg/h=41.287extm3/h所以，該系統(tǒng)的循環(huán)水量約為41.29m3/h。某地暖系統(tǒng)采用PE-RT管材，管徑為20mm，長(zhǎng)度為100m，管材的導(dǎo)熱系數(shù)為0.4W/(m·K)，管道外壁保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)為0.03W/(m·K)，保溫層厚度為10mm。計(jì)算該段管道的熱阻。解：熱阻的計(jì)算公式為

R=λδ?，其中

δ

是厚度，λ

是導(dǎo)熱系數(shù)。對(duì)于多層材料，總熱阻是各層熱阻之和。首先計(jì)算保溫層的熱阻：Re?xt保溫層=λe?xt保溫層δe?xt保溫層?=0.03extW/(m?K)0.01extm?≈0.333extK/W?extm然后計(jì)算管材本身的熱阻（由于管材較薄且導(dǎo)熱系數(shù)較大，其熱阻通?？梢院雎圆挥?jì)，但這里為了完整性仍進(jìn)行計(jì)算）：Re?xt管材=λe?xt管材δe?xt管材?=0.4extW/(m?K)ext（管徑很小，假設(shè)忽略不計(jì)）?≈0extK/W?extm因此，總熱阻為：Re?xt總=Re?xt保溫層+Re?xt管材≈0.333extK/W?extm但注意，這里的計(jì)算是基于管道單位長(zhǎng)度的。由于管道長(zhǎng)度為100m，所以總熱阻應(yīng)乘以長(zhǎng)度：Re?xt總(100m)=0.333extK/W?extmimes100extm=33.3extK/W所以，該段管道的熱阻為33.3K/W（這里的結(jié)果是一個(gè)較大的值，因?yàn)楸貙拥膶?dǎo)熱系數(shù)很小，導(dǎo)致熱阻很大）。六、論述題在供熱工程中，提高系統(tǒng)的能效和減少環(huán)境污染是至關(guān)重要的。以下是一些具體的措施和建議：優(yōu)化熱源選擇：采用高效、清潔的能源作為熱源，如天然氣、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿?。這些能源不僅能效高，而且污染排放低。改進(jìn)熱交換技術(shù)：采用先進(jìn)的熱交換器和技術(shù)，提高熱交換效率，減少熱量損失。加強(qiáng)管道保溫：對(duì)供熱管道進(jìn)行良好的保溫處理，減少熱量在傳輸過(guò)程中的損失。智能控制系統(tǒng)：引入智能控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)供熱量，避免過(guò)度供熱造成的能源浪費(fèi)。廢熱回收與利用：對(duì)系統(tǒng)中的廢熱進(jìn)行回收和利用，提高能源的綜合利用率。七、案例分析題某小區(qū)采用集中供熱系統(tǒng)，但近年來(lái)用戶反映供暖效果不佳，部分房間溫度偏低。可能的原因及改進(jìn)措施如下：可能原因：水力平衡失調(diào)：系統(tǒng)中各支路的流量分配不均，導(dǎo)致部分房間供暖不足。散熱器布置不合理：散