中国石油大学（北京）工程热力学与传热学-试题04

中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期

石工2004《工程热力学与传热学》期末试卷——B卷（闭卷）

工程热力学部分

一. 判断对错（每题1分，共计6分）

1 2 3 4

孤立系统就是绝热闭口系统；（ ） 只有加热，才能使气体的温度升高；（ ）

不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（ ）

如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵

变等于可逆过程的熵变；（ ） 5 6

水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（ ）

湿空气的相对湿度为100% 时，表示空气中全部都是水蒸气。（ ）

二. 问答题（共计20分）

1

将满足空气下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上 （1） 理想气体的定温，定压，定容和定熵过程； （2） n=1.3的压缩过程，并判断q,w,?u的正负。（6分） 2 3 4

写出两个与热力学第二定律相对应的数学表达式，并对表达式进行简单说明。（4分） 解释湿空气的露点温度，说明将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法。（4分） 分析提高朗肯循环热效率的方法有哪些，解释回热循环的目的。（6分）

三. 计算题（共计29分）

1

有两个容器，A容器的体积V1=3m3，内有压力为0.7MPa，温度为17℃的空气。B容器的体积

V2=1 m3，为真空。现将两容器连通，让A容器的空气流入B容器直至两容器压力相同。若整个过程中空气与外界无热交换。试计算过程前后： （1） 空气的温度变化为多少？ （2） 空气的压力变化为多少？ （3） 空气的熵变值为多少？（14分） 2

图示为一烟气余热回收方案。设烟气比热容Cp = 1.4

t 1 =527℃p1=0.1MPam=6kgt 2 =37℃p2=0.1MPaＱ１热机ＷkJ/(kg.K)，Cv = 1.0 kJ/(kg.K)。 试计算：

（1） 烟气流经换热器时传给热机工质的热量； （2） 热机放给大气的最小热量Q2； （3） 热机输出的最大功W。（本题15分）

Ｑ２大气t 0=27℃p0=0.1MPa传热学部分

四. 回答问题（共计17分）

1 2 3

比较下列三种物质：空气，金属，水导热系数的大小。（2分） 写出Nu,Pr, Bi准则的表达形式及物理意义。（6分）

说明影响对流换热的因素有哪些，分析在相同的流动和换热壁面条件下，ρcp大的流体，表面

传热系数是大还是小。（2分） 4 5

对管内强制对流换热，为何采用弯管可以强化流体的换热？（3分）

分析组成辐射换热网络的热阻有哪两类，如何表示，当辐射表面为黑体时，热阻如何表示。（4

分）

五. 计算题（共计28分）

1

蒸汽管道的外直径d1=30mm，准备包扎两层厚度都是15mm的不同材料的热绝缘层。a种材料

的导热系数λa = 0.04 W/(m.K)，b种材料的导热系数λb = 0.1W/(m.K)。若温差一定，试问从减少热损失的观点看下列两种方案： （1） a在里层，b在外层

（2） b在里层，a在外层，哪一种好，为什么？（本题12分） 2

发射率分别为0.2和0.8的两个大平行平板，其温度分别维持在1200K和60K，在它们之间放

置一个两面发射率均为0. 5的辐射遮热板。试计算：

（1） 没有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？ （2） 有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？ （3） 辐射遮热板的温度。

（4） 绘制无，有遮热板的辐射网络图。（本题16分）

中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期

石工2004《工程热力学与传热学》期末试卷——B卷答案

工程热力学部分

一. 判断对错（每题1分，共计6分）

1 X； 2 X； 3 X； 4 √； 5 X； 6 X 。

二. 问答题（共计20分）

1 （6分）

pT2svn=1.3压缩过程T2n=1.3压缩过程

vp

T.01p1.s Q<

v0s0 热

放；

W<0被压缩，外界对气体作功；?U>0 热力学能增加。 2 （4分）

答：（1）克劳修斯积分式：??QT?0。用于判断一个循环是否可能，是否可逆。式中等号用于

可逆循环，不等号用于不可逆循环。 （2）热力过程熵的变化：?S??2?QT1。用于判断过程能否进行，是否可逆。等号适用于

可逆过程，不等号适用于不可逆过程。

（3）孤立系统熵增原理：?Siso?0。孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。

等号用于可逆过程，不等号用于不可逆过程。 （4）卡诺循环热效率：?c?1?T2T1。根据卡诺定理一：在相同的高温热源和低温热源间工

作的一切可逆热机具有相同的热效率，与工质的性质无关；

定理二：在相同的高温热源和低温热源间工作的任何不可逆热机的热效率，都小于可逆热机的热效率。

以上相应数学表达式写出任意两个即可。 3 （4分）

答：湿空气中水蒸气分压力pv所对应的饱和温度，称为露点温度。 将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种：

法1：湿空气温度T一定时，增加水蒸气分压力 pv?pvmax?ps(T), 法2：保持水蒸气含量pv不变，降低湿空气温度T?Ts(pv)。 4 （6分）

答：提高朗肯循环热效率的方法有：

（1）保持蒸汽的初压p1，终压p2不变，提高蒸汽的初温T1； （2）保持蒸汽的初温T1，终压p2不变，提高蒸汽的初压p1；

（3）保持蒸汽的初压p1，初温T1不变，降低蒸汽的终压p2；

（4）在朗肯循环的基础上，改进循环，如采用再热循环，回热循环等。 回热循环的目的：减少冷源损失，提高给水温度，提高朗肯循环的吸热平均温度， 从而提高热效率。

三. 计算题（共计29分）

1 （14分）

解：（1）向真空自由膨胀，有W=0，又空气与外界无热交换，则Q=0，因此由闭口系能量方程

Q?W??U，得?U?0。

对理想气体，可知?T?0。 既是：T2?T1?290K。

（2） 根据理想气体状态方程式：pV?mRgT，

p1V1T1p2(V1?V2)T2p1V1V1?V2有：?，即：p1V1?p2(V1?V2)，

0.7MPa?3m3m?1m333代入数值：p2???0.525MPa

因此压力的变化为：?p?p1?p2?0.7?0.525?0.175MPa。 （3） 熵变化： ?S?m(cvln?p1V1T1T2T1?Rgln?v2v1)?mR6glnv2v13lnv2v10.7?10Pa?3m290Kln4m3m33

?2.1kJ/K

2 （15分）

解：（1）烟气放热为：

Q1?mcp(t2?t1)?6kg?1.4kJ/(kg?K)?(527?37)K?4116kJt 1 =527℃p1=0.1MPam=6kgＱ１热机t 2 =37℃p2=0.1MPaＷＱ２大气t 0=27℃p0=0.1MPa（2）若使Q2最小，则热机必须是可逆循环，

由孤立系统熵增原理得：?Siso??SH??SL??SE??SW?0

?SH??T2?QT其中：

T1??T2T1mcdTpT?mcplnT2T1??7.964kJ/K?6kg?1400J/(kg?K)ln(37?273)K(527?273)K

?SL?Q2T2?Q2(27?273)K?Q2300K

?SE?0，?SW?0

Q2300K于是：?Siso??7.964kJ/K?解得：Q2?2389.2kJ

?0

（4） 热机输出的最大功：W?Q1?Q2?(4116?2389.2)kJ?1726.8kJ

传热学部分

四. 回答问题（共计17分）

1 （2分）

答：空气，金属，水的导热系数大小比较：?金属??水??空气 2 （6分） 答：Nu?hl?，物理意义为：表征流体在壁面外法线方向上的平均无量纲温度梯度，其大小反映

对流换热的强弱。 Pr? Bi??a，物理意义为：流体的动量扩散能力与热量扩散能量之比。

，物理意义为：物体内部的导热热阻?/?与边界处的对流换热热阻1/h之比。

hl?3 （3分）

答：影响对流换热的因素有：流动的起因（自然对流或强迫对流），流动的状态（层流和湍流），流

体有无相变，流体的物理性质（如：?,?,?,c,?等），换热表面的几何因素。?c反映单位体积流体热容量的大小，在相同的流动和换热壁面条件下，?c数值愈大，通过对流转移的热量愈多，对流换热愈强烈。 4 （3分）

答：管内强制对流换热，采用弯管，流体流经弯管时，由于离心力的作用，在横截面上产生了二次

环流，增加了扰动，从而强化了传热。

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