热工流体基础复习题（含有计算题答案）

热工流体基础复习题（21学时）

热工流体基础复习题（18学时）

一、简答题部分

1．常用的状态参数有哪些？状态参数的特征是什么？绝对压力、表压力、真空度之间有什么关系？

2．水蒸气的气体常数是多少？若压力降低，温度升高，其气体常数值如何变化？ 3．需要几个参数才能确定汽轮机或锅炉中水蒸气的状态？

4．压水堆核电厂一回路和二回路循环中实施了哪些能量转换环节？功和热量有什么异同点？如何理解功转变为热是无条件的而热转变为功是有限度的？二回路工质在蒸汽发生器内吸收的热量是否全可用来转换成功？

5．热力学第一定律的实质和热力学第二定律的本质各是什么？请举核工程和生活中各2例说明。

6．什么是卡诺循环和卡诺定理？为什么今天我们还要讨论卡诺循环、卡诺定理？ 7．什么是孤立系统的熵增原理？孤立系统内经过一个过程后其总能如何变化？举例说明孤立系统内经过不可逆过程后机械能损失与孤立系统熵变的关系。

8．什么是饱和状态？饱和状态的温度和压力能否单独变化？如何才能使未饱和水变为饱和水？什么是干度？为什么引进干度？什么是临界状态？水的临界压力和临界温度分别是多少？

9．水定压加热汽化分几个阶段？水蒸气的汽化潜热是常数吗？随压力升高如何变化？ 10．压水堆核电厂二回路基本循环有什么过程构成？为什么现在运行的二回路不采用过热蒸汽？能进一步提高二回路蒸汽的温度或压力吗，为什么？

11．为什么蒸汽动力循环要采用再热？压水堆核电厂的再热循环和火电厂和有什么异同，为什么有这些不同？什么是抽汽回热？抽汽回热提高热效率的本质何在？

12．流体的基本特性有哪些？空气、水、水蒸气等是理想流体吗？

13．理想流体的伯努利方程的物理意义及几何意义怎样理解？总流伯努利方程、黏性流体的伯努利方程与理想流体伯努利方程差异在哪里？

14．层流和紊流各有什么特征？如何判别？

15．工程上如何确定管道（圆管、非圆管）的阻力损失？管内流动的局部阻力系数和沿程阻力系数如何确定？

16．传热的基本型式有哪几种？ 17．物质导热系数的变化特征是什么？

18．对流换热的表面传热系数受那些因素的影响？影响反应堆内燃料棒包壳与一回路冷却剂的换热的因素有哪些？

19．沸腾换热有几个阶段？为什么要设置DNB？影响冷凝传热的主要因素有哪些？ 20．什么是传热过程和传热系数？增强和削弱传热原则有哪些？换热器温差如何确

1

热工流体基础复习题（21学时）

定？

二、计算题部分

1．稳定流动能量方程和孤立系统熵增原理应用。

1-20 某蒸汽动力厂中，锅炉以质流量40000kg/h向汽轮机供汽。汽轮机进口处压力表的读数是8.9MPa，蒸汽的焓是3441 kJ /kg。汽轮机出口处真空表的读数是

5730.6mmHg，出口蒸汽的焓是2248 kJ /kg，汽轮机向环境散热为6.81?10kJ/h。若当地

大气压是760mmHg，求：（1）进、出口处蒸汽的绝对压力；（2）不计进、出口动能差和位能差时汽轮机的功率；（3）若进、出口处蒸汽的速度分别为70m/s和140m/s时对汽轮机的功率有多大的影响?

解：（1） p1?pb?pe1?(760?133.3?90?105)Pa?9.1013?106 Pa

p2?pb?pv?(760?730.6)?133.3Pa?3919 Pa

（2） qQ?qm?h2?h1??Pt

Pt?qQ?qm?h2?h?1??6.81?105kJ/h?40?103kg/h?(3441?2248)kJ/kg ?4.704?107 kJ/h?13066.7 kW（3）计及动能差，qQ?qm?h2?h1??Pt?qm22cf2?cf1?? 2Pt??qQ?qm?h2?h1??5qm22cf2?cf1??2340?103kg/h??6.81?10kJ/h?40?10kg/h?(3441?2248)kJ/kg??

2[(140m)2?(70m)2]?10?3? 12985 kWPt?Pt??13066.7kW?12985kW?81.7 kW Pt?Pt?81.7kW??0.63%。 Pt13066.7kW（4）计及位能差，qQ?qm?h2?h1??Pt?qmg?Z2?Z1?

Pt???qQ?qm?h2?h1??qmg?Z2?Z1??Pt?qmg?Z2?Z1? 40?103kg/h2?3?13066.7kW??9.81m/s?1.6m?10?13066.5 kW36002

热工流体基础复习题（21学时）

Pt?Pt??13066.7kW?13066.5kW??0 Pt13066.7kW5-2 有一循环发动机，工作于热源T1?1000K及冷源T2?400K之间，若该热机从热源吸热1360kJ作功833kJ。问该热机循环是可逆还是不可逆？或是根本不能实现的？

解：据卡诺定理，在两个热源之间可逆循环的热效率最高

?c?1?T2T1?1?400K1000K?0.6

该热机 ?t?WnetQ1833kJ??0.61 31360kJ?t??c，所以，不可能实现。

5-7 有1kg饱和水蒸汽在100?C下等压凝结为饱和水，凝结过程中放出热量2260kJ并为环境所吸收，若环境温度为30?C，求：（1）工质熵变；（2）由工质和环境大气组成的孤立系统的熵变。

解： ?sw??22δqTR1?qT0qT??2260kJ/kg(100?273)K??6.059kJ/(kg?K)

sf??δqTr1????2260kJ/kg(273?30)K??7.459kJ/(kg?K)

sg??sw?sf?(?6.059?7.459)kJ/(kg?K)?1.40kJ/(kg?K) ?sw?sf?sg，

?siso??sw??s0??6.059kJ/(kg?K)?2．循环热效率

5-1 一卡诺热机在温度为873K和313K的两个热源之间，若该热机每小时从高温热源吸热36?104kJ，试求：（1）热机的热效率；（2）热机产生的功率；（3）热机每小时排向冷源的热量。

解： ?c?1?2260kJ/kg303K?1.40kJ/(kg?K)

T2T1?1?313K873K?64.1%

P??cqQ1?0.641?360000kJ3600s?64.1kW

3

热工流体基础复习题（21学时）

qQ2?qQ1?P?360000kJ3600s?64.1kJ/s?35.9kW?129240 kJ/h

7-14 某太阳能动力装置利用水为工质，从太阳能集热器出来的是175?C的饱和水蒸气，在汽轮机内等熵膨胀后排向7.5kPa的冷凝器，求循环的热效率。

解：循环T?s如图7-2。状态1：由175℃，查饱和水蒸气表

ps?891.8kPa、

h1?2773.23kJ/kg、

图1 s1?6.6253kJ/(kg?K)。由7.5kPa，查饱和水蒸气表，

h'=168.65kJ/kg、h\?2573.85kJ/kg；s'=0.5760kJ/(kg?K)、s\?8.2493kJ/(kg?K)；v'?0.00101m3/kg。 图7-2 循环T?s图

据s1?s2，s'?s2?s\，所以状态2为饱和湿蒸汽状态

x2?s2?s's\?s'?6.6253kJ/(kg?K)?0.5760kJ/(kg?K)8.2493kJ/(kg?K)?0.5760kJ/(kg?K)?0.788

h2?h'?x2(h\?h')?168.65kJ/kg?0.788?(2573.85?168.65)kJ/kg?2063.95kJ/kg3状态3： h3?h'?168.65k，J/vk3g?v'?0.00101m. /kg

状态4： s3?s4

h4?h3?v3(p4?p3)?168.65kJ/kg?0.00101m/kg?(891.8?7.5)kPa?169.54kJ/kg汽轮机输出功： wT?h1?h2?2773.23kJ/?kg水泵耗功： wP?h4?h3?169.54kJ/?kg3

2063.9?5kJ/kg 709.28kJ/kg168.65?kJ/kg 0.89kJ/kg从集热器吸热量：q1?h1?h4?2773.23kJ/kg?169.54kJ/kg?2603.69kJ/kg 冷凝器中放热量：q2?h2?h3?2063.95kJ/kg?168.65kJ/kg?1895.3kJ/kg 循环热效率： ?t?wnetwT?wP709.28kJ/kg?0.89kJ/kg???0.272 q1q12603.69kJ/kg4

热工流体基础复习题（21学时）

或 ?t?1?q2q1?1?1895.3kJ/kg2609.69kJ/kg?0.273

7-15 核电站蒸汽发生器产生的蒸汽是约6.54MPa的饱和水蒸气，在汽轮机内膨胀后排向7kPa的冷凝器，求二回路循环（图2）理论热效率。

解：由6.54MPa查水蒸气图表，得h'?1242.9kJ/kg，

h\?2777.6kJ/kg；s\?5.847kJ/(kg?K)；s'?3.079kJ/(kg?K)，

7kPa时

h'?163.4kJ/kg，

h\?2571.6kJ/kg；

s'?0.559kJ/(kg?K)，s\?8.274kJ/(kg?K)。

据题意h1?2777.6kJ/kg，s1?5.847kJ/(kg?K)，h2'?163.4kJ/kg。

s2?s?s1?s?5.847kJ/(kg?K)?0.559kJ/(kg?K)x2????0.6854

s???s?s???s?8.274kJ/(kg?K)?0.559kJ/(kg?K)h2?h??x2(h???h?)?163.4kJ/kg?0.6854?(2571.6?163.4)kJ/kg?1814.0kJ/kg忽略水泵功

?t?h1?h2h1?h2'?2777.6kJ/kg?1814.0kJ/kg2777.6kJ/kg?163.4kJ/kg?0.369

3．单层及多层平壁、圆筒壁稳态导热和通过平壁、圆筒壁的传热

8-8 锅炉过热器合金钢管的内、外直径分别为32mm和42mm，导热系数（1）?1?32.6W/(m?K)，过热器钢管内、外壁面温度分别为t1?560?C、t2?580?C。试求：不积灰时每米管长的热流量ql；（2）倘若管外积有1mm厚的烟炱，其导热系数

?2?0.06W/(m?K)，如总温压保持不变，求此时每米管长的热流量ql?。

tw2?tw1580?C?560?C解： ql???15064.9W/m

d210.042m1?lnln2??32.6W/(m?K)0.032m2??1d15

热工流体基础复习题（21学时）

18．理想流体是 。

A 理想气体； B 温度不变的流体； C 不可压缩的流体； D 没有粘性的流体。 答D。

19．流体的伯努利方程的指出流体流动过程 。 A 压力不变； B 焓不变； C 机械能守恒； D 温度不变。 答C。

20．流体流动过程的阻力损失可表达成 。

A 与速度成正比； B与速度成反比； C 与速度平方成正比； D与速度平方成反比。 答C。

21．若流体在边长为a正方形直管内流动速度和温度与在直径为d（a = d）的圆管内流动速度和温度分别相同，则方形管内流动阻力 圆管内流动阻力。 A 大于； B 等于； C 小于； D 都有可能。 答B。

22．铁的导热系数 铁基不锈钢合金的导热系数。 A 大于； B 等于； C 小于； D 都有可能。 答C。

23．液态水的导热系数 同温度的水蒸气的导热系数。 A 大于； B 等于； C 小于； D 都有可能。 答：A。

24．气体的导热系数随温度升高而 。

A 提高； B 降低； C 不改变； D 都有可能。 答A。

25．冷凝器管内冷却水与管壁面的对流换热表面传热系数主要取决于 。 A 冷却水的流速； B 冷却水的平均温度； C 管子的直径； D A+B+C。 答D。

26．冷凝过程的表面传热系数与 因素有关。

A 蒸汽是否含有杂质气体； B 蒸汽的流速和流向； C 冷凝表面的几何形状和尺寸； D A+B+C。 答D。

27．沸腾过程的表面传热系数与 因素无关。

A 蒸汽是否含有杂质气体； B水的质量大小； C 沸腾表面的几何形状和平整度； D 加热面的温度。 答B。

28．通常膜态沸腾的表面传热系数 核态沸腾的表面传热系数。

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热工流体基础复习题（21学时）

A 大于； B 等于； C 小于； D 都有可能。 答：C。

29．在直径很大的管外包裹保温材料，可使传热系数 。 A 提高； B 降低； C 不改变； D 都有可能。 答B。

30．在计算机CPU上加装肋片，强化了散热，因为 。 A 提高温差； B 降低温差； C 增加了散热面积； D A+C。 答C。 12

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