作业习题

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b热工基础习题 p一．热能转换的基本概念习题：P12 L1．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

3a?知斜管倾角a?30；压力计中使用??0.8/cm的煤油，斜管中液柱长度L?200mm，当地大气压力pb?0.1MPa。求烟气的绝对压力（用MPa表示）。

图1-9

A2．一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

C上读数分别为pB=75kPa、pc=110 kPa。若当地大气压pb=97 kPa，求压力表A的读数，以kPa表示。

B 图1-10

3．如果气压计压力为83kPa，试完成以下计算： ① 绝对压力为0.15MPa时的表压力； ② 真空计上读数为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）。

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： ① 定温下气体p、v间的关系； ② 定压下气体v、T间的关系； ③ 定容下气体p、T间的关系。

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7．一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量D =180×103㎏/h，输出功率W = 55 000kW，全厂耗煤G =19.5t/h，煤的发热量QH =30×103kJ/㎏。蒸汽在锅炉中吸热量q = 2 680 kJ/㎏。

① 求该动力厂的热效率?t；

② 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：P36

3．闭口系中实施以下过程，试填补表中空缺数据 过程序号 1 2 3 4

4．如图2-26所示，某封闭系统沿a—c—b途径由状态a变化到b，吸入热量90kJ，对外作功40kJ，试问：

① 系统从a经d至b，若对外作功10 kJ，则吸收热量是多少？

p② 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

cbQ，J 25 -8 18 W，J -12 17 -11 U1，J -13 U2，J -9 58 7 △U，J -16 21 多少？

③ 设Ua = 5kJ，Ud = 45kJ，那么过程a—d和d—b中系统吸收热量各为多少？

adv 图2-26

p5．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：

① 活塞是否对流体作功？

② 通过对活塞加压，把流体压力从p1=0.2MPa提高到p2=3MPa，内能变化多少？焓变化多少？

图2-27

7．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，真空表读数为

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95.06kPa，当时当地大气压力为98.66kPa，汽轮机对环境放热为6.3×10kJ/h，试求：

① 汽轮机进出口蒸汽的绝对压力各为多少？ ② 单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？ ③ 汽轮机的功率是多少？

④ 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分别为：p1=0.1MPa，v1=0.88m3/㎏；p2=1.0MPa，v2 =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：

① 压缩过程对每千克氮气所作的功； ② 生产每千克压缩氮气所需的功； ③ 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 1—2 2—3 3—4 4—1 Q,kJ 1 210 0 -980 0 热效率

T3

W,kJ 0 250 0 △U,kJ 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TH什么？

TLABAB13．试利用T H和T L表示图2-28△所示的两循环的热效率比。已知△sA=△sB。 △ssS

图2-28

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？

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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？

① QH=1 500J，QL=800J； ② QH=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)]

① 冷却水的流量；

②油和水之间不等温传热引起的熵产。

18．将5㎏0℃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：P63

4．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℃？

① 按定值比热容计算； ② 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/㎏，问焓变化了多少？

7．2㎏的CO2，由p1 =800kPa，t1 =900℃膨胀到p2 =120kPa，t2 =600℃，试利用定值比热求其内能、焓和熵的变化。

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

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NO2?0.08,NN2?0.65,NCO2?0.3

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。

yi间有关系式： xii和摩尔成分/Mi 9．试证明理想气体混合物质量成分xyi??(xi/Mi)

11．湿饱和蒸汽，p =0.9kPa，x?0.85，试由水蒸气表求ts，h，v，s和u。

12．过热蒸汽，p1 =3.0kPa，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。

x?0.86的蒸汽与t =20℃及同压下的水混合，13．开水房烧开水用p =0.1kPa，

试问欲得5t的开水，需要多少蒸汽和水？

15．1㎏的蒸汽，p1 =2.0kPa，x1=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，t1=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0.1kPa，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：P89

1.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),κ=1.35，并假定比热为定值。

2．一氧化碳的初态为p1=4.5MPa，T1=493K。定压冷却到T2=293K。试计算

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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．氧气由t1=30℃, p1=0.1MPa被定温压缩至p2=0.3MPa。 ① 试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；

② 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；

③ 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：①定温压缩；②绝热压缩；③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m?0.6kg/s，燃气初参数p1=0.6MPa，t1=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：P144

2．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，内外壁面的温度分别为-5℃和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），

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1各层的导热系数分别为λ1lw=0.7+0.000 58tW/(m·℃)、λ2=0.047+0.000 lw2201tW/(m·℃)和λ3=45 W/(m·℃)；厚度分别为?1?115mm，?2?185mm和

?3?3mm；炉墙内外表面的温度分别为t=542℃和t=54℃。试求通过炉墙的

W1W4

lw3lw4热流密度。

图5-62

t0管道壁7．现有一热电偶测量管道内高温气流的温度。已知热电偶的δ（参见图5-63）读数为t1=650℃,热电偶套管的基部温度t0=500℃，套管插入深度l?100mm,套l管壁厚??1mm，套管外径d?10mm，套管材料的导热系数λ=25 W/(m·℃)，套

热电偶套管管外侧与气流的换热系数α=50tW/(m·℃)。试求：气流的真实温度tf和测量误差?l=?

f热电偶丝tld

图5-63

8．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δ=0.8mm5-64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20℃，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。）

图5-64

10.设有一块厚为2δ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：

① 金属板导热热阻δ/λ≤1/α（表面换热热阻）； ② δ/λ≥1/α。

l=20mm乐学考研—快乐学习,轻松考研 中国研究生考试书店http://www.exbook.cn

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2δ=5cm、导热系数λ=215W/（m·℃）,热扩散率α=8.4×10-5/m2/s、密度ρ=2700㎏/m3、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α=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1.229×10-5m2/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、s1=44mm、s2=22mm、N=12排的叉排管束，空气的平均温度t1 =50℃,umax=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4×5㎡，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℃。

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压力为0.045×10Pa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)

(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)； 25o5

(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)。 300℃12212-缺口3

1

0.1m

(a) 等腰三角形深孔截面 (b)半球空腔 (c)下正方体盒0.1m和内切球

2m120.1m0.1m0.1m0.1m

(d) 二平行平面 (e)二无限长方柱

图5-66 0.1m0.2m0.3m1

43．试确定图5-57所示图形的角系数X1,2：

8m2 (a)二平行平板 (b)二垂直平板

图5-67

47．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

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管道tw数分别为40及25W/(m·℃t=180℃时，热电偶的指示值为tf)。当气流真实温度l1 , F1 , ε1f l3 , F3 , ε3多少？

遮热罩2

图5-69

48．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：P166

3．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/（m2·℃）,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。

??25℃、出口水温t2???30℃。管外空气横向管内水的流速为1m/s。进口水温t2??100℃、t1???60℃。流动，在最窄处气流速度为5 m/s。空气进、出口温度为t1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 ：

Nuf?0.25Re0f.6Prf0.33，污垢热阻可取R =

0.000 8m2·K/W（按管子外表面计算）。若换热器的热负荷Q =10 000W，试求下列各项：

① 管内对流换热系数； ② 管外对流换热系数； ③ 传热系数；

④ 平均温差（温差修正系数ψ可取为1）； ⑤ 传热面积。

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七．热力循环与主要热工设备习题：P185

3．某蒸汽动力循环装置为朗肯循环。蒸汽的初压为p1=3.0MPa，背压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x。

2

p324T45311．一混合加热理想内燃机循环，工质视为空气，已知p1=0.1MPa，t1=50℃，

ε =v1/v2=15，λ = p3/ p2=1.8，ρ = v4/v3=1.3（参看图7-15），比热容为定值。试求51在此循环中单位质量工质的吸热量，净功量和热效率。 12vs

图7-15

14．某蒸气压缩制冷循环如图7-22所示。制冷剂为氨，蒸发器出口氨的温度为t3=-15℃，干度x3 =0.95，在冷凝器中冷凝后的氨为饱和液，温度t1=25℃，试求：

T4c① 蒸发器中氨的压力和冷凝器中氨的压力； ② 循环的制冷量qL，循环净功w0和制冷系数ε；

2104kJ/h3，氨的流量为多大？ ③ 若该装置的制冷能力为QL=42×1s

图7-22

热工基础习题思考题与思维扩展题

思考题

第一章 热能转换的基本概念

1．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吗？

2．有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。对不对，为什么？

3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？

第二章 热力学基本定律 2.1热力学第一定律

1．刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A中存有高压空气，B中保持真空，如图所

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示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有一小孔，气体泄漏入B中，分析A、B两部分压力相同时A、B两部分气体的热力学能如何变化？

隔板 A B

2．热力学第一定律的能量方程式是否可写成

的形式，为什么？

q??u?pv

q2?q1?(u2?u1)?(w2?w1)

2.2 热力学第二定律

1．热力学第二定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当？

2．自发过程是不可逆过程，非自发过程必为可逆过程，这一说法是否正确？ 3．下述说法是否有错误：

⑴ 循环净功Wnet愈大则循环热效率愈高；

⑵ 不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率；

⑶ 可逆循环的热效率都相等，4．下述说法是否正确：

⑴ 熵增大的过程必定为吸热过程； ⑵ 熵减小的过程必为放热过程； ⑶ 定熵过程必为可逆绝热过程。 5．下述说法是否有错误：

⑴ 熵增大的过程必为不可逆过程；

⑵ 使系统熵增大的过程必为不可逆过程； ⑶ 熵产Sg>0的过程必为不可逆过程； ⑷ 不可逆过程的熵变△S无法计算。

?t?1?T2T1。

第三章 理想气体性质及其热力过程

1．怎样正确看待“理想气体”这个概念？在进行实际计算时如何决定是否可采用理想气体的一些公式？

2．为什么工质的热力学能、焓、熵为零的基准可以任选？理想气体的热力学能或焓的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值？对理想气体的熵又如何？

3．试判断下列各说法是否正确： ⑴ 气体吸热后熵一定增大； ⑵ 气体吸热后温度一定升高； ⑶ 气体吸热后热力学能一定升高； ⑷ 气体膨胀时一定对外作功； ⑸ 气体压缩时一定耗功。 4．在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温膨胀过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？

5．试判断下列各种说法是否正确：

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⑴ 定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程； ⑵ 绝热过程即定熵过程； ⑶ 多变过程即任意过程。

第四章 水蒸气和湿空气

1．水的三相点的状态参数是不是唯一确定的？三相点与临界点有什么差异？

2．水在定压汽化过程中温度维持不变，因此有人认为过程中热量等于膨胀功，即q=w，对不对？为什么？

3．为何阴雨天晒衣服不易干，而晴天则容易干？

4．为何冬季人在室外呼出的气是白色雾状？冬季室内有供暖装置时，为什么会感到空气干燥？用火炉取暖时经常在火炉上放一壶水，目的何在？

5．刚性容器内湿空气温度保持不变而充入干空气，问容器内湿空气的?、d、pv如何变化？

第五章 热量传递的基本定律

1． 试举出生活中或生产实践中的一二件热量传递过程的实例来说明热传导、热对流和热辐

射等热量传递等基本方式的特点。

2． 在保温暖瓶中，热由热水经过双层瓶胆传导瓶外的空气及环境，试分析在这个传热过程

中包含哪些传热基本方式和基本过程并判断暖瓶保温的关键在哪里？

3． 对于如图所示的两种水平夹层（a）和（b），夹层

中充满液体，试分析它们的冷、热传热表面热量交换的方式有何不同？哪种夹层能维持单纯的导热？

4． 采暖房间的玻璃窗有两种设计，一种是单层玻璃

窗，另一种是双层玻璃窗，试分析这两种情况下通过玻璃的传热过程包含哪些基本方式和基本过程？并且说明哪种设计保暖效果好。

5． 用热电偶测量流过一通道的高温气流的温度，热电

偶结点放置在通道的中心处，通道的外壁面受到冷却，试分析热电偶结点表面上发生哪些热量传递过程？并且指出热电偶的指示温度是小于、等于还是大于高温气流的真实温度？ 6． 从传热角度出发，冬季采暖用的采暖器（如暖气片）

和夏季用的空调器应放置在室内什么高度最合适？

7． 试举出实例说明热阻的串联和并联。

8． 一根金属导线通电后发热，试画出它周围空间的等温面（线）分布，并标明温度梯度和

热流方向（不考虑对流换热和辐射换热）。 9． 根据傅立叶定律，q的大小正比于导热系数?，已知一块处于一维稳态导热（无内热源）

下的平壁，其???0(1?bt)，试分析判断此导热过程的q是否随?变化？说明理由。 10．怎样说明速度边界层与温度边界层厚度之比与普朗特准则Pr有关？

11．热扩散率a和导热系数?对表面传热系数h的影响有何不同？ 12．热辐射和其他形式的电磁波相比，有何相同点，有何区别？ 13．为什么物体的吸收率还与外界条件有关？

14．试解析粗糙表面的黑度为什么会比光滑表面的大？

15．在什么条件下物体的表面黑度?与吸收率?相等，什么情况下不相等？这是否违背了

基尔霍夫定律？

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1wua.html