热工课后题答案

习题及部分解答

第一篇 工程热力学 第一章 基本概念

1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：

答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。

2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，

密度。

3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段

水。若水柱高200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。已知大气压力为735mmHg，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa？解：根据压力单位换算

pH2O?200?9.80665?1.961?103?1.96.kPapHg?800?133.32?1.006?105Pa?106.6kPap?pb?(pH2O?pHg)?98.0?(1.961?106.6)?206.6kPa4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角??30，

压力计中使用

?

??0.8g/cm3的煤油，斜管液体长度L?200mm，当地大气压力

pb?0.1MPa，求烟气的绝对压力（用MPa表示）解：

p?L?gsin??200?0.8?9.81?0.5?784.8Pa?784.8?10?6MPa p?pb?pv?0.1?784.8?10?6?0.0992MPa

5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C为压力表，读数为110kPa，B为真空表，读数为45kPa。若当地大气压pb?97kPa，求压力表A的读数（用kPa表示） pgA?155kPa

6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。

（1）.取水为系统；

（2）.取电阻丝、容器和水为系统； （3）.取图中虚线内空间为系统。 答案略。

7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为13.4MPa；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为706mmHg。若大气压力为0.098MPa，试求汽轮机进出处和

MPa;p2?0.0039MPa 冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa表示） p1?0.02478.测得容器的真空度pv?550mmHg，大气压力pb?0.098MPa，求容器内的绝对压力。

??0.102MPa，求此时真空表上的读数为多少mmMPa？ 若大气压变为pb??579.8MPa p?0.0247MPa,pv9.如果气压计压力为83kPa，试完成以下计算：

（1）.绝对压力为0.1MPa1时的表压力；

（2）.真空计上的读数为70kPa时气体的绝对压力； （3）.绝对压力为50kPa时的相应真空度（kPa）； （4）.表压力为0.25MPa时的绝对压力（kPa）。 （1）.pg?17kPa； （2）.p?13kPa； （3）.pv?33kPa； （4）.p?333kPa。

10.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32℉和212℉。试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度所对应的华氏温度。

tF?At?B

将水在标准大气压下的冰点值32F和0℃，以及沸点值292F和100℃代入，得

???32?0?B ?212?100A?B? 解该二元一次方程组，得：A?1.8,B?32。

从而有 tF?1.8t?32 当t??273.15℃时，有

tF?1.8?(?273.15_)?32??459.7(F)

11.气体进行可逆过程，满足pV?C（C为常数），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图上定性画出过程线、示出膨胀功。

答案：略

12.某气体的状态方程为pV?RgT，试导出： （1）.定稳下气体p,v之间的关系； （2）.定压下气体v,T之间的关系；

? （3）.定容下气体p,T之间的关系。 答案：（1）.

p2v1vTpT（2）.2?2；（3）. 2?2。 ?；

p1v2v1T1p1T1第二章 热力学第一定律

1.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为q?180?103kg/h，输出功率为P?55000kW，全厂耗煤qm,c?19.t5h/，煤的发热量为qc?30?103kJ/kg。蒸汽在锅炉中吸热量

q?2680kJ/kg。试求：

（1）.该动力厂的热效率?t；

（2）.锅炉的效率?B（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。

解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量

?H?qm?q?180?103?2680?4.82?10(kj/h)?1.34?10(kW)P55000??41% 5?H1.34?1085

热效率 ?t?（2）.锅炉效率 ?B?蒸汽总放热量?H ?煤的总放热量?B19.5?103?30?103?B?qb,c?qc??1.625?105(kW)3600 5?1.34?10??H??82.5%?B1.625?1052.系统经一热力过程，放热8kj对外做功26kJ。为使其返回原状态，对系统加热6kJ，问需对系统作功多少？

解：由Q??U?W得

?U?Q?W??8?26??34(kj)

对于返回初态的过程

?U???U?34kj

??W?Q??U?6?34??28kj故需对系统做功28kj。

3.气体在某一过程只能感吸收了54kJ的热量，同时热力学能增加了94kJ。此过程是膨胀过程还是压缩过程？系统与外界交换的功是多少？

答案：此过程为压缩过程；此过程中系统与外界交换的功是?40kj。

4.1kg空气由p1?5MPa,t1?0.5MPa膨胀到p2?0.5MPa,t2?500℃，得到热量506kJ，对外做膨胀功506kJ。接着又从终态被压缩到初态，热出热量390kJ，试求：

（1）.[膨胀过程空气热力学能的增量； （2）.压缩过空气热力学能的增量； （3）.压缩过程外界消耗的功。

答案：（1）.?U?0；（2）. ?U?0；（3）.W??390kj。 5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。

过程序号 Q/J W/J U1/J

1 25 -12

2 -8

3 17 -13 表中括号内

4 18 -11 过程序号 Q/J W/J U1/J 1 25 -12 （-46）

6.如图所示，2 -8 （8） （74） 沿a?c?ba变化到b，3 17 -13 （38） U2/J ?U/J -9 58 （8） 7 -16 21 的数为答案。

U2/J ?U/J -9 58 （8） 7 （37） -16 21 （29） 某封闭系统

途径由状态吸入热量功40kj，试

90kj，对外做

问：

4 18 -11 （-22） （1）.系统从a经d至b，若对外做功10kj，则吸收热量是多少？

（2）.系统由b经曲线所示过程返回a，若外界对系统左贡23kj，吸收热量为多

少？

（3）.设Uadb?5kj,Ud?45kj,，那么过程a?d和d?b中系统吸收的热量各为

多少？

答案 （1）.Qadb?60kj；（2）.Qba??73kj； （2）.Qad?50kj；（4）.Qdb?10kj。

7.容积为1m的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体，如图2-31所示。试问： （1）.活塞是否对流体做功？

（2）.通过对活塞加压，把流体压力从p1?0.2MPa提高到p3?3MPa，热力

学能变化多少？焓变化多少？

答案 （1）.W?0；（2）.?U?0,?H?2.8?103kj。

3kg的汽车沿坡度为15的山坡下行，车速为300m/s。在距山脚100m处8.一质量为4500?开始刹车，且在山脚处刚好刹住。若不计其它力，求因刹车而产生的热量。 Q?2.04?105kj。

9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为40t/h，汽轮机进出口处压力表读数为9MPa，进口比为

3440kj/kg，汽轮机出口比焓为2240kj/kg，真空表读数为95.06kPa，当时当地大气压

力为98.66kPa，汽轮机对环境放热为。试求：

（1）.汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少？

（2）.单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？ （3）.汽轮机的功率为多少？ 答案 （1）.

p1?9.099MPap2?3.6MPa（2）.?sh?1200kj/kg

（3）.P?1.332?10kW

（4）.考虑进出口动能差后?sh的相对偏差

4?sh?0.67%

kj/kg，10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为p?0.005MPa，比焓h1?2500出口为同压下的水，?比焓为h2?137.77kj/kg,若蒸汽流量为22t/h，进入冷凝器的冷却水温为t1?17℃，冷却?水出口温度为t2?30℃，试求冷却水流量为多少？水的比热容为4.18kj/(kg.K)。

答案 qm,w?956.4?103(kg/h)

3p?0.1MPav?0.88m/kg；1111.某活塞式氮气压气机，压缩的氮气的参数分别为：，

p2?1.0MPa，v?0.16m3/kg。设在压缩过程中每kg氮气热力学能增加180kj，同时向

外放出热量60kj。压气机每min生产压缩氮气18kg，试求：

（1）.压缩过程对每kg氮气所做的功； （2）.生产每kg压缩氮气所需的功； （3）.带动比压气机至少要多大的电动机。 答案 （1）.???240kj/kg； （2）.?sh??312kj/kg； （3）.P?93.6kW。

12.流速为600m/s的高速空气突然受阻停止流动，即c2?0，称为滞止。如滞止过程进行迅速，以致气流受阻过程中与外界的热交换可以忽略，问滞止过程空气的焓变化了多少？

答案 ?h?180kj/kg

第三章 理想气体及其混合物

1.把CO2 压送到体积为0.5m的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为3kPa，温度

3为20C，压送终了时压力表读数为30kPa，温度为50C。试求压送到罐内的CO2的质量。

??大气压力为解

pb?0.1MPa。

p1?pb?pg1?0.1?103?3?103?kPa?p2?pb?pg2?0.1?103?30?130?kPa?R8.314??0.189?kJ?kg.K??M44 由 pV?mRgTRg??m?p2VpVV?p2p1???1????RgT2RgT1Rg?T2T1??

?130?103103?103?0.5??????0.143?kg?3??0.189?10?50?27320?273?32. 体积为0.03m的某钢性容器内盛有了700kPa,20C的氮气。瓶上装有一排气阀，压力

?达到875kPa时发门开启，压力降到840kPa时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：

(1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？

(2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。

kg 答案 （1）t2?93.3℃；（2）?m?0.00973.氧气瓶的容积V?0.30m瓶中氧气的表压力为

3pg1?1.4MPa,t1?30?C。问瓶中盛有多

?t?20C，试问此时氧气的表压力为多少（当少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为2地大气压力

pb?0.1MPa）

答案 m?7.86kg;pg2?0.625MPa

4.某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合表准状况时为66000m3h。鼓风机实际送入的热空气温度为250C，表压力为20.0kPa，当地大气压为pb?0.1MPa，求实际送风量mh。 解 p?pb?pg?0.1?20?10由pqV?qmRgT

?3??3??0.12?MPa?

得

pqV0p0qV0?TT0qV?p0qV0T10.101325?66000?250?273?.???1.068?105m3hT0P12730.12??

5.某理想气体比热比k?cpcV?1.4，定压比热容cp?1.042kJ?kg.K?，求该气体的摩尔质量。 解 由

cpcV?k及cp?cV?Rg?R M得 M?R8.314??27.93?gmo?l

cp?1?1k?1.042??1?11.4?3?6.在容积为0.1m的封闭容器内装有氧气，其压力为300kPa，温度为15C，问应加入多

?800C？ 少热量可使氧气温度上升到

(1)按定值比热容计算； (2)按平均比热容计算。 解 Rg?R8.314??0.26?kJ?kg.k?? M32pV300?103?0.3 m???1.2?kg?

RgT0.26?103??15?273?（1）Q?mcV?t?m（2）查得cV cV15055Rg?t2?t1??1.2??0.26??800?15??612.3?kJ? 22?0.656kJ?kg.K? ?0.756kJ?kg.K?

8000 Q?mcV?t20.t2?cVt01.t1?1.2??0.756?800?0.656?15??714.0?kJ?

???7.摩尔质量为30kg的某理想气体，在定容下由275C，加热到845C，若热力学能变化为

400kJkg，问焓变化了多少？

答案?h?557.9kJkg

?1kgt?30C定压加热到400?C，分别用定值比热容，平均比热容（表）计算18.将氮气由

其热力学能和焓的变化。 用定值比热容计算

?U?274.7kJ,???384.6?kJ?

用平均比热容计算

?U?281.7kJ,???391.6kJ

9. 2kg的CO2，由p1?800kPa,t1?900?C膨胀到p2?120kPa,t2?600?C，试利用定值比热容求其热力学能、焓和熵的变化。 解

R8.314??0.189?kJ?kg.K??M4499cp?Rg??0.189?0.850?kJ?kg.K??2277?kJ?kg.K??c?R??0.189?0.661g V22?U?mcV?t?2?0.661??600?900???396.6?kJ?Rg????mcp?t?2?0.850??600?900???510?kJ??T2p2?873120????S?m?cln?Rln?2?0.85ln?0.189ln???0.215?kJK?g?pT?p1?1173800??1?10. 在体积为V?1.5m的钢性容器内装有氮气。初态表压力为

3

pg1?2.0MPa，温度为

230?C，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到750?C？其焓值变化是多少？大气压

力为0.1MPa。

(1)按定值比热容计算；

(2)按真实比热容的多项式计算； (3)按平均比热容表计算；

(4)按平均比热容的直线关系式计算。 解

R8.314??0.297?kJ?kg.K??M28

p1V?2.0?0.1??106?1.5m???21.09?kg?RgT10.29?103??230?273?Rg?（1）

77Rg??0.297?1.04?kJ?kg.K??2255cV?Rg??0.297?0.742?kJ?kg.K??

22Q?mcV?t?21.09?0.742??750?230??8.137?103?kJ?cp????mcp?t?21.09?1.04?750?230??1.141?104?kJ?（2）查得

Cp,m?a0?a1T?a2T2a0?27.3146,a1?5.2335?10?3,a2??0.42?10?8n?M21.09??0.7532?kmol?m282222211111Q??nCV,mdT?n??Cp,m?R?dT?n?nCp,mdT?nR?dT?n?a0?a1T?aT2dT?nR?Taa??2?n?a0T?1T2?2T3?TT1?nR?T2?T1?23??1?0.7532?[27.3146??1023?503???5.2335?10?3?2110232?5032????0.42??10?8?10232?5032?0.7532?8.314??1023?503?]?9.005?103?kJ?3??????????nCp,mdT?Q?nR?T12?9.005?103?0.7532?8.314??1023?503??1.226?104?kJ?（3）查得

cpcV23002300?1.045kJ?kg.K?,cp?0.748kJ?kg.K?,cV75007500?1.092kJ?kg.K??0.796kJ?kg.K?3Q?mc?t2p0.t2?ct1p0.t1?21.09??0.796?750?0.748?230??8.962?10?kJ??

???mcpt02.t2?cpt01.t1?21.09??1.092?750?1.045?230??1.22?104?kJ?（4）查得

??cpcVt2t1t2t1?1.032?0.00008955t?1.032?0.00008955??230?750??1.120?kJ?kg.K???cpt2t1t2t1?Rg?1.12?0.297?0.823?kJ?kg.K??Q?mcV???mcp.?t?21.09?0.823??750?230??9.026.?t?21.09?1.12??750?230??1.228?104?kJ?

?t2t111. 某氢冷却发电机的氢气入口参数为pg1?0.2MPa,t1?40C，出口参数为

pg2?0.19MPa,t2?66?C。若每分钟入口处体积流量为1.5m3，试求氢气经过发电机后

的热力学能增量、焓增量和熵增量。设大气压力为pb?0.1MPa。 (1)按定值比热容计算；

(2)按平均比热容直线关系式计算。 解

Acr?

qmvcr6?0.061??5.79?10?4(m2)?5.79(cm2)ccr632.5qmv26?0.072??5.99?10?4(m2)?5.99(cm2)c2721.1

A2?4.空气以200m/s的速度在管内流动，用水银温度计测得空气的温度为70℃，假设气流在

温度计壁面得到完全滞止，试求空气的实际温度。 答案 tf?50.1℃

5.压力p1?100kPa、温度为t1?27℃的空气，流经扩压管时压力提高到p2?180kPa，问空气进入扩压管是至少有多大流速？这时进口马赫数是多少？ 答案 c1?33m 2/s,M1?0.9566.某单级活塞式压气机每小时吸入温度t1?17℃、压力p1?0.1MPa的空气120m，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许的理想功率：

（1）.定温压缩；

（2）.绝热压缩；

（3）.多变压缩（n?1.2）。

答案 （1）.Pc,T?6.19kW； （2）.Pc,s?8.2kW； （3）.Pc,n?7.3kW

7.一台两级压气机，几如压气机的空气温度是t1?17℃，压力为p1?0.1MPa，压气机将空气压缩至p3?2.5MPa，压气机的生产量为50m/h（标态下），两级压气机中的压缩过程均按多变指数n?1.25进行。现以压气机耗功最小为条件，试求：

（1）.空气在低压气缸中被压缩后的饿压力为p2； （2）.空气在气缸中压缩后的温度； （3）.压气机耗功量；

（4）.空气在级间冷却器中放出的热量。

33 解 （1）.

?opt?p3?p1n?1n2.5?50.1

p2?p1?opt?0.1?5?0.5(MPa)0.25?p2?1.25??T?T?290?5?400(K) 21?? （2）.p?1?T2??T1,T3?T2?400Kp0qv00.101325?500?106qm???646.6(kg/h)?0.180(kg/s)RgT00.287?103?273 （3）.Pc?2nqmRgT1n?10.252?1.25?0.18?0.287?290??(51.25?1)?56.9(kW)1.25?1(?n?1nopt?1)

（4）.??qmcp?T2??T2??qmcp?T1?T2??0.18?1.004??290?400???19.9?kW? 8.某轴式压气机，每秒生产20kg压力为0.5MPa的压缩空气。若进入压气机的空气温度为

t1?20℃，压力为p10.1MPa，压气机的绝热效率?c,s?0.92，求出口处压缩空气的温度

及该压气机的耗功率。

解 T2?T1?? 由?c,s?k?1k1.4?11.4?p2????p1??0.5??293???0.1???464.1(K)

h2?h1T2?T1得 ???h2?h1T2?T1?T2?T1 T2?T1??c,s??293?464.1?293?478.9(K)

0.924 P?qmcp??T2?T1???20?1.004??478.9?293??3.73?10(kW)

??9.一离心式压气机每分钟吸入压力为

p1?100kPa、t1?20℃的空气200m3。空气离开压

气机的温度为t2?50℃，出口截面上的流速为50m/s，空气的比热容

cp?1.004kJ/?kg.K?，假定与外界无热量交换。试求压气机的耗功率。

答案 P?124.4kW

10.定容加热汽油机循环在每千克空气加入热量1000kJ，压缩比??v1/v2?5，压缩过程的初参数为100kPa,15℃。试求： （1）.循环的最高压力和最高温度； （2）.循环的热效率。

答案 （1）.Tmax?1943K，pmax?3.37MPa； （2）.?c,s?52.6%

11.一混合加热理想内燃机循环，工质视为空气，已知

p1?0.1MPa,t1?50?C,??v1/v2?12,??p3/p2?1.8,??v4/v3?1.3，比热容为定

值。试求在此循环中单位质量工质的吸热量、净功量和循环热效率。 解 循环T?s图如右图所示。

1点：

p1?0.1MPa,T1?323Kv1?RgT1p1v1 287?3233??0.927m/kg0.1?106?? 2点：

v2???0.927?0.0773m3/kg12???v1?k0.4?p2?p1??p??0.1?12?3.242?MPa? 1?v??2??v1?T2?T1??v???2? 3点：

k?1k?323?120.4?872.7?K?p3??p2?1.8?3.242?5.836?MPa? v3?v2?0.0773m/kg?3?

p3v35.836?106?0.0773?K?T3???1572Rg287 4点：

v4??v3?1.3?0.00773?0.1005m3/kg

??

?v4T4?T3??v????1572?1.3?2004?K??? 5点：

k?1v5?v1?0.927m3/kg

??0.4?v4?T5?T4??v???5??0.1005??2044???0.927???840.5?K?

qH?cV?T3?T2??cp?T4?T3? ?0.717??1572?872.7??1.004??2044?1572?

?975.2?kJ/kg?qL?cV?T5?T1??0.717??840.2?323??371.0?kJ/kg?

?t?1?qt371.0?1??62%qH975.2

12.在相同的初态及循环最高压力与最高温度相同的条件下，试在T?s图上利用平均温度的

概念比较定容加热、定压加热及混合加热的内燃机理想循环的热效率。

答案 T?s图如图所示。 若定容加热理想循环热效率为?t,V，定压加热理想循环热效率为?t,p，混合加热理想循环热效率为?t，则有?t,V??t??t,p

13.在燃气轮机的定压循环中，工质视为空气，进入压气机的温度t1?27℃，压力

p1?0.1MPa，循环增压比??p2/p1?4。在燃烧事中加入热量，经绝热膨胀至p4?0.1MPa。设比热为定值。

（1）.画出循环的T?s图； （2）.求循环的最高温度；

（3）.求循环的净功量和热效率；

（4）.若燃气轮机的相对内效率为0.91，循环的热效率为多少？ 答案 （1）.T?s图如图所示； （2）.Tmax?T3?1176K；

（3）.?0?239.8kJ/kg,?t?32.7%； （4）.?t?28%

14.对于燃气轮机定压加热理想循环，若压气机进出口空气参数为p1?0.1MPa，t1?27℃，燃气轮机进出口处燃气温度t3?1000℃，试向增压比?最高为多少时，循环净功为0？ 答案

?max?157

15.某锅炉每小时生产4t水蒸气。蒸汽出口的表压为pg2?12MPa，温度t2?350℃。设给水温度t1?40℃，锅炉效率?B?0.8，煤的发热量（热值）qp?2.97?104kJ/kg，试求每小时锅炉的耗煤量。

答案 耗煤量qm,c?448kg/h

16、 填空题：

（1）用水银温度计测量高速流动的气流温度，流温度为tf，则二者的大小关系为____________；

（2）在喷管的气体流动中，气体压力不断__________,流速＿＿＿＿，马赫数 ＿＿＿＿＿＿；

（3）有一减缩喷管，空气进口压力为p1?1MPa，背压pb?0.3MPa，册出口压力

设温度计上读数为t，气

p2? 。 （4）现设计一喷管，若进口过热蒸汽压为p1?9MPa，背压为pb?2MPa，此 喷管的形状应选择 。

17、压力为0.1MPa、温度为15C的空气，分别以100m/s，200m/s，和400m/s的流速流动，当空气滞止时，问空气的滞止温度和滞止压力各为多少？

18、某减缩喷管进口氮气压力为p1?6.6MPa ，温度t?960C ，背压为试求出口截面流速。 pb?4.0MPa19.某减缩喷管出口截面积为25mm，进口空气参数p1?0.5Pa,t1?300C，初速

2000c1?178m/s，问背压为多大时达到最大质量流量？该值是多少？

20.压力为0.1MPa，温度30C的空气经扩压管后压力升高至0.16MPa，问空气进入扩压管的初速是多少？

21.压力p1?9.0MPa、温度t1?550C的水蒸气，经节流阀后压力降为P2?8.6MPa，然后进入喷管作可逆膨胀至压力为p3?6MPa。设环境温度为T0?300K，流量

00

qm?32kg/s问：

（1）该喷管为何形状；

（2）喷管出口流速及截面积为多少；

（3）因节流引起的熵产及有效能损失为多少？

第九章 蒸汽动力循环

1.蒸汽动力循环的主要设备是什么？各起什么作用？ 2.提高蒸汽动力循环热效率的主要措施与方法有那些？

3.在蒸汽压缩制冷循环中，如果用膨胀代替节流阀，有何优缺点？ 4.试画出蒸汽再循环的T?s图。

5.某朗肯循环，水蒸气初参数为p1?4MPa,t1?5000C，背压为p2?0.004MPa。试求循环吸热、放热量、汽轮机做功和循环热效率。

6.某蒸汽动力循环，水蒸气的初参数为p1?4.5MPa,t1?5300C，背压为

p2?0.00M5P，汽轮机相对内效率a?T?0.88，试求循环吸热量、放热量、汽轮机做功

量和循环热效率。

7.某蒸汽压缩制冷循环，制冷剂为氟里昂134a，蒸发器的出口温度为?26.45C，冷凝器的出口温度30C。试求：

（1）循环制冷量和压气机耗功量；

（2）制冷系数； （3）循环热效率。

8.某蒸汽动力循环装置为郎肯循环。蒸汽的初压为p1?4.0MPa，背压为p2?0.005MPa，若初温分别为300℃和500℃，试求蒸汽在不同初温下的循环热效率?t及蒸汽的终态干度

00x2。

解：（1）.由p1?4.0MPa，t1?300℃，查过热蒸汽表得 h1?2959.5kJ/kg,s1?6.3595kJ/(kg.K) 由p2?0.005MPa，查饱和水和饱和蒸汽表得 h2?137.72kJ/kg,h2?2560.55kJ/kg s2?0.4761kJ/(kg.K),s2?8.3930kJ/(kg.K) 由s2?s1得

????,h2?1937kJ/kg x2?0.743 又 h3?h2?137.22kJ/kg 忽略泵功 h4?h3

?qH?h1?h4?2595.5?137.72?2457.8(kJ/kg)

qL?h2?h3?1937.9?137.72?1800.2(kJ/kg)q1800.2?t?1?L?1??26.8%qH2457.2（2）.过程和上一问相同，最后结果是

?t?39%，x2?0.832

9.某朗肯循环，水蒸气初温为t1?500℃，背压为p2?0.005MPa，试求当初压分别为

4.0MPa和6.0MPa时的循环热效率及排汽干度。

答案

10.某蒸汽动力厂作，锅炉出口蒸

t1?500℃ p1?4.0MPa p1?6.0MPa p2?0.005MPa 按再热循环工汽参数为

?t x2 39% 0.832 39.5% 0.808 p1?10MPa,t1?500℃，汽轮机排汽压力p2?0.004MPa。蒸汽在进入汽轮机膨胀至

1.0MPa时，被引出到锅炉再热器中再热至500℃，然后又回到汽轮机继续膨胀至排汽压力。

设汽轮机和水泵中的过程都是理想的定熵过程，试求： （1）.由于再热，使乏汽干度提高多少？ （2）.由于再热，循环的热效率提高了多少？ 解： （1）.由p1?10MPa,t1?500查得

.8kJ/kg,s1?6.5954kJ/(kg.K) h1?3372 由pa?1.0MPa,sa?s1?6.5954kJ/(kg.K)查得 ha?2807.0kJkg 由pb?1.0MPa,tb?500℃查得

hb?3479.8kJkg,sb?7.7597kJ(kg?K)

由p2?0.004MPa,s2?sb?7.7597kJ(kg?K)

h2?2337.0kJkg,x2?0.911

??121.3kJkg 且 h2 由p2?0.004MPa,sa?s1?6.5954kJ(kg?K)查得

h2a?1986.8,x2a?0.767

??121.3kJkg 忽略泵功 h4?h3?h2x2?x2a0.911?0.767??19% x2a0.767（2）忽略泵功 w0?wT??h1?ha???hb?h2?

=?3372.8?2807???3476.8?2337.0??1706(kJkg) qH??h1?h4???hb?h2?

=?3372.8?121.3???3476.8?2807??3921.3(kJkg)

?t,R?w01706??43.5% qH3921.3无再热时

w0?h1?h2a?3372.8?1986.8?1386(kJkg) qH?h1?h4?3372.8?121.3?3252(kJkg)

?t?w01386??42.6% qH3252?t,R??t43.5%?42.6%??2.1% ?t42.6%第十章 制冷循环

1.某蒸气压缩制冷装置如图5-26所示。制冷剂为氨，蒸发器出口氨的温度为 t1??15?C，在冷凝器中冷凝后的氨为饱和液，温度t1?25?C。试求： 蒸发器中氨的压力和冷凝器中氨的压力； 循环的制冷量qL，循环净功w0和制冷系数?；

若该装置的制冷能力为?L?42?104kJh，氨的流量为多大？ 解 （1）T-s图参阅图5-26（b） 由

t1??15?C，查氨的

lgp?h图得

???1570kJkg p1?0.25MPa,h1?h1由t1?25?C，查lgp?h图得

??450kJkg p2?1.01MPa,h3?h2由s2?s1,p2?1.01MPa,查得

h2?1800kJkg

h4?h3?450kJkg

（2） qL?h1?h4?1570?450?1120(kJkg)

w0?wc?h2?h1?1800?1570?230(kJkg)

??qL1120??4.86 w0230（3） ?L?qmqL

?L42?104qm???375(kgh)

qL11202．冬天室内取暖利用热泵。将氟里昂134a蒸气压缩式制冷机改为热泵，此时蒸发器放在室外，冷凝器放在室内。制冷机工作时可从室外大气环境吸收热量qL，氟里昂134a蒸气经压

缩后在冷凝器中凝结为液体放出热量qH,供室内供暖。设蒸发器中氟里昂134a的温度为-10℃，冷凝器中氟里昂134a蒸气的温度为30℃，试求： 热泵的供热系数；

室内供热100 000kJ/h时，用以带动热泵所需的理论功率； 当用电炉直接供给室内相同的热量时，电炉的功率为多少？ 答案 （1）???8.58 ；（2）P?3.23kW；（3）Pe?27.8kW

第二篇 传热学

第二章 导热基本原理及稳态导热

1.两块不同材料的平板组成如图4-63所始的大平板。两板的面积分别为A1、A2，导热系数分别为?1和?2。如果该大平板的两表面积分别维持在均匀温度t1及t2，试 导出通过该大平板的导热热量计算式。

1（答案 ??(t1?tt)[?1??] ） ?1A1?2A2

2、一炉子的炉墙厚13cm，总面积20m，平均导热系数1.04W/(m?K)，内、外壁温分别为520C和50C。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃煤的发热值为

0022.09?104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？（答案 ??75.2kW 每天

耗煤310.9kg）

3.对置于水中的不锈钢管采用电加热的方法进行压力为1.013?10Pa的饱和水沸腾换热实验。测的加热功率为50W，不锈钢管外径4mm，加热段长10cm，表面平均温

5

度为100C。试计算此时的沸腾表面换热系数。（答案 h?4421） W/(m2?K）4.图4-64所示的的空腔由两个平行黑体表面组成，空腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其余以知条件如图所示。表面2是厚??0.1m的平板的一侧面，其另一侧面表面3被高温物体加热，平板的导热系数??17.5W/(m?K)。试问在稳态工况下表面3的温度tw3是多少？

0 5.有一厚为20mm的平面墙，导热系数1.3W/(m?K)。为使每平方米墙的热损失1500W。在外表面覆盖了一层导热系数为0.2W/(m?K)的保温材料。以知复合壁两侧的温度分别为

7500C及550C，试确定保温层此时的厚度。（答案 ??89.6mm）

6.一钢管热风管。内径160mm，外径170mm，导热系数?1?58.2W/(m?K)。热风管外包有两层保温材料，内层厚?2?30mm，导热系数?2?0.135W/(m?K)；外层厚

W/(m?K)。热风管内表面温度tw1?3000C，外层保?3?80mm，导热系数?3?0.093温材料的外表面温度tw4?500C。求热风管每米管长的热损失和各层间分界面的温度。 （答案 ?L?198.4W/m,tw2?299.970C,tw3?229.270C）

7.用比较法测定材料导热系数的装置如图4-65所示，标准试件厚度?1?16.1mm，导热系

W/(m?K)。待测试件为厚?2?15.6mm的玻璃板，且四周绝热良好。稳态时数?1?0.15测得各壁面的温度分别为：tw1?44.7C、tw2?2.70C、tw3?18.20C，试求玻璃板的导

0W/(m?K)） 热系数。（答案 ??0.71

图4-65

8.冷藏箱壁由两层铝板中间夹一层厚100mm的矿渣棉组成。内、外壁面温度分别为?5C和25C，矿渣棉的导热系数为0.06W/(m?K)。求跑冷损失的热流密度q。如大气温度为

00300C，相对湿度70%。由于水分森透使矿渣棉变湿，且内层结冰。设含水层和结冰层的

导热系数分别为0.2W/(m?K)和0.5W/(m?K)，问；冷藏箱的冷损失为多少？ （答案 q1?18W/m2,q2?119.95W/m2）

9.某炉墙由耐火砖层、硅藻土培烧板层和金属密封板所构成（见图4-66），各层的导热系数分别为?1?0.7?0.00058tW/(m?K),?2?0.047?0.000201tW/(m?K)和

?3?45W/(m?K);厚度分别为?1?115mm,?2?185mm,?3?3mm；炉墙内、外表面温

度为tw1?5420C,tw4?540C。试求通过炉墙的热流密度。（答案 q?257.5W/m）

2

10.现有一热电偶测量管道内高温气流的温度（参见图4-67）。以知热电偶的读数

t1?6500C，热电偶套管的基部温度t0?5000C，套管插入深度l?100mm，套管壁厚

d?10mm，套管材料的导热系数??25W/(m?K)，套管外侧由与气流的表面传热系数

（答案 气流的真实温度h?50W/(m2?K)，试求气流的真实温度tf和测量误差。

tf?625.70C，测量误差?t?2.710C）

图4-67

11.为增强传热，在外径为40mm的管道外表面上装置纵肋12片，如图4-68所示。肋厚

0.8mm，肋高20mm，肋的导热系数为116W/(m?K)。若管道的壁温为1400C，周围介

质的温度为20C，表面传热系数29W/(m2?K)，求每米管长散热量。

0 （图）4-68

解：p?(8?10?4?1)?2?2.0(m)

A?0.8?10?3?1?0.8?10?3(m2)

hp20?2?12m?()2?()?20.76(m) ?3?A116?0.8?10mH?20.76?0.02?0.415

11hm? 计及肋端散热量，???A?0mh1?th(mH)m?th(mH)??0?t0?t1?140?20?120(0C)

查双曲函数表，th0.415?0.3922 每片肋的散热量：

20'20.76?116?92.3(W/m) ?L?116?0.8?10?3?120?20.76?201??0.392220.76?1160.3932?圆柱部分的散热量：

\?L?hA'?t?h(?DH?12A)(tw?tf)?20?(??0.04?1?12?0.8?10)?(140?20)?278.6(W/m)'\每米管长的散热量?L??L??L?12?92.3?278.6?1386.2(W/m)

?3

212.一实心燃气轮机叶片，高H?6.25cm，横截面积A?4.65m，周长P?12.2cm，导

热系数??22W/(m?K)。燃气有效温度Tge?1140K，叶根温度Tr?755K，燃气对叶片的表面传热系数h?390W/(m2?K)。假设叶片端面绝热，求叶片的温度分布和通过叶根的热流量。

（答案 叶片的温度??384.4ch[0.465(x?0.465)]；

通过叶根的热流量??1142.4W）

第三章 对流换热

1.160C的机油以0.3m/s的速度在内径为2.5cm的管内流动，管壁温度为150C。试求以下两种情况的表面传热系数：（a）管长为2m；（b）管长为6m。

001600C的机油的物性为：

??0.132W/(m?K)，??805.89kg/m3,??4513?10?6kg/(m?s)，

Pr?84,1500C时，??1518?10?6kg/(m?s)。

（答案 管长2m：h?106.9W/(m?K)；管长6m：h?74.2W/(m?K)） 2.一冷凝器内有1000根内径0.05m、长10m的管子管子内壁温度为39C。有初温为

022100C，流量为6m3/s的冷却水在管内流动。求平均对流换热表面传热系数和水的温升。

（答案 平均表面传热系数：h?8374.7W/(m2?K)；水的温升：?t?12.04C） 3.冷却水在内径d?20mm、壁温tw?400C、长1.5m的冷凝器内流动。冷却水入口温度

0TF'?170C，出口温度t\f?230C。求冷却水的平均流速及管子的热流密度。

（答案 冷却水的流速：??1.18m/s；管子的热流密度：q?9.86?104W/m2） 4.水以1.2m/s的平均流速流过内径为20mm的长直管。

(1)管子壁温75C，水从20C加热到70C： (2)管子壁温15C，水丛70C冷却到20C。

试计算其它条件不变时，上述两种情况下的对流换热表面传热系数，并讨论造成差别的原因。 （答案 （h1?6064W/(m2?K);h2?5289W/(m2?K)。 h1?h2是因为水被加热时，近壁处的粘性降低，因此表面传热系数比冷却高。）

5.为了减少重油的动力粘度，以降低泵功率的消耗，让重油通过一个由20块空心平板组成的换热器（见图4-71）。热水在空心平板内流动（垂直与图面方向），从而使平板温度均匀且等于100C。重油初温为20C，以1m/s的速度在平板间流动。试求在重油流动方向上全长

000000001处的局部表面传热系数及重油出口时的温度。在311tm?(tw?tf)??(100?20)?600C时，重油的物性参数为??850kg/m3；

22??0.18W/(m?K)；??8?10?3kg/(m?s)；c?1.1kJ/(kg?K)。

（答案 hx?137.9W/(m2?K),t?20.820C）

6.在一个大气压下，温度为30C的空气以45m/s的速度掠过长为0.6m、壁温为250C的平板。试计算单位宽度平板传给空气的总热量、层流边界层区域的换热量和素流边界层区域的换热量。

解：tm?0011(tw?tf)??(250?30)?1400C 22空气的物性参数为：

??3.49?10?2W/(m?K);??27.8?10?6m2/s;Pr?0.684于是

Re?得：

4/51/3Nulm?(0.037Relm?871)Prmul??45?0.6?9.71?105?5?105 ?627.8?10?[0.037?(9.71?10)54/5?871]?(0.684)1/3?1241.7

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