热动习题(1)本科

《工程热力学》习题

一、 简答题：

1、 何为工质？如何采用气体而不采用液体或固体作为热机的工质？

答：工质是指在热机中工作的借以实现将热能转化成机械能的媒介物质，因气体的膨胀性与压缩性远比液体、固体要好，所以热机中的工质是采用气体，而不采用液体，更不能采用固体。

2、 功量与热量有何不同和相同之处？

答：相同之处：（1）都是过程量，而不是状态参数；（2）都是工质与外界交换的能量；（3）可逆过程都可图示。

不同之处：（1）功量是有序能（机械能）即功量是有规则的宏观运动能量的传递，在做功过程中往往伴随着能量形态的转化，而热量是无序能（热能）即热量是大量微粒子热运动的能量传递，传热过程中不出现能量形态的转化。（2）有功转换的动力是压差，而有热交换的动力是温差，（3）功量与热量的计算表达式不同。（4）功量可在p-vt图上图示，而热量是在T-s图上图示。

3、 写出1Kg工质的焓的符号与定义式及其能量含义，并指出焓是过程量还是状态参数。

答：焓的符号是h，其定义式是 h=u+pv，其能量含义是系统中因引进1kg工质而获得的总能量是热力学能u与推动功pv之和，焓是状态参数，而不是过程量。 4、 为何说四个基本的热力过程是多变的过程的特例？

答：四个基本的热力过程，是指1定容过程，其过程表达式是V=c；2定压过程，其过程表达式是P=c；3定温过程，其过程表达式是T=c；4定熵过程，又称绝热过程，其过程表达式S=c。

因多变过程方程式是PVn=常数，当n=0时，pv0=常数→p=常数，这是定压过程方程式。 n=1时，pv1=常数→pv=常数，这是定温过程方程式。n=k时，pvk=常数，这是绝热过程方程式（即定熵过程方程式）；n→±∞时，P1/n*v=常数→v=常数，这是定容过程方程式。所以说，四个基本的热力过程是多变过程的特例。

5、指出（P+a/V2m）(Vm-b)=RT其名称是什么方程，为何说其是对理想气体状态方程的修正而提出的适用于什么气体的方程？

答：（P+a/V2m）(Vm-b)=RT的方程式称为范德瓦尔方程式，式中a、b是大于0的常数，而理想气体的状态方程式是：pVm=RT,范德瓦尔修正了理想气体其分子不占有体积及分子间没

有相互作用力的假想气体，而得到的适用实际气体的状态方程式。表现在因实际气体的分子是占有体积的，因此用Vm-b替代理想气体状态方程式中的Vm，又因实际气体分子间是有相互作用力的，因此用P+a/V2m替代理想气体状态方程式中的p。

二、 综合题：

1、空气在某气压机中被压缩，压缩前空气的参数为p1=0.1 MPa, v1=0.845 m3/kg;压缩后为p1=0.8 MPa,v2=0.175 m3/kg。若在压缩过程中每千克空气的热力学能增加为146.5 kJ,同时向外界放热50kJ,压力机每分钟生产压缩空气10 kg,试求： (1)压缩过程中对每千克空气所作的压缩功； (2)生产1 kg压缩空气所需的轴功；

(3)带动此次压气机所需功率至少为多少(kW)? 解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：

w?q?Δu??50?146.5??196.5kJ/kg

忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg压缩空气所需的轴功为：

ws?q?Δh??50?146.5?(0.8?0.175?0.1?0.845)?103??252kJ/kg

所以带动此压气机所需的功率至少为：

P??

ws?10?42kW60

2、某可逆热机工作在温度为150 oC的高温热源和温度为10 oC的低温热源之间，试求： (1)热机的热效率为多少？

(2)当热机输出的功为2．7kJ时，从高温热源吸热的热量及向低温热源放出的热量各为多少？

(3)如将该热机逆向作为热泵运行在两热源之间，热泵的供热系数为多少？当工质从温度为10 oC的低温热源吸收4．5 kJ/s的热量时，要求输入的功率为多少？ 解：

（1）热效率为 ??T1?T2150?10??33.1% T1423 （2） 吸热

Q1?W??2.7?8.16kJ

33.1% 放热

Q2?Q1?W?8.16?2.7?5.46kJ （3）性能系数 ?'?T1150?273??3.02

T1?T2150?10 Q1?W??'??Q1?Q2??'??Q1?4.5??3.02 得到

Q1?6.73kJs 所以

W?Q1?Q2?6.73?4.5?2.23kJs

3、一绝热容器被一导热活塞分成两部分，初始时活塞被销钉固定，左右两部分的体积V1=V2=0.001m3,内盛空气，温度均为300K，左边压力p1=2×105Pa,右边压力为1×105Pa，突然拔掉销钉，最后达到新的平衡，试求左、右两部分体积及整个容器内空气的熵变。 解：选取两个容器中的气体为热力学系统，过程中系统绝热且无外功，所以设终态容积分别为V1',V2'

P1V1?P1'V1' P2V2?P2'V2' P1'?P2'

V1'?V2'?0.002

联立求解所以有：

V1'?0.001333m3 V2'?0.0006667m3

左侧气体熵变：

?S1?P1V1V1'200000?0.0010.001333ln?ln?0.192J/K TV13000.001右侧气体熵变：

?S2?P2V2V2'100000?0.0010.0006667ln?ln??0.135J/K TV23000.001总熵变为

?Stot?0.0568J/K

4、空气在一根内径为50mm、长2.5m的管子内流动并被加热，已知空气平均温度为80oC,管内对流换热的热表面传热系数为h=70W/(m2·K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热阻。 解：对流换热计算公式： Q?s?tf1?tf21?1??h1?h2＝1.2?1?20－5?71.9W

10.00031＋?51.0520 导热热阻为：R1??0.0003??0.000286K/W ?1.0511??0.2K/W h1511??0.05K/W h220 内侧对流换热热阻为：R2? 外侧对流换热热阻为：R3?

《工程流体力学》习题

一、简答题：

1、 产生流动阻力的原因。

产生流动阻力的原因。---外因：水力半径的大小；管路长度的大小；管壁粗糙度的大小。内因：流体流动中永远存在质点的摩擦和撞击现象，质点摩擦所表现的粘性，以及质点发生撞击引起运动速度变化表现的惯性，才是流动阻力产生的根本原因。 2、 静压强的两个特性。

静压强的两个特性。---1.静压强的方向是垂直受压面，并指向受压面。2.任一点静压强的大小和受压面方向无关，或者说任一点各方向的静压强均相等。

3、 稳定流动与不稳定流动。

稳定流动与不稳定流动。---在流场中流体质点通过空间点时所有的运动要素都不随时间改变，这种流动称为稳定流；反之，通过空间点处得流体质点运动要素的全部或部分要素随时间改变，这种流动叫不稳定流。

4、 分析局部水头损失产生的原因。

分析局部水头损失产生的原因。---(a)任何断面形状的改变，都必将引起流速的重新分布，因而附加了流体间的相对运动和流体质点的急剧变形，结果导致质点间附加摩擦和相互撞击，使流体能量受到损失，液流中流速重新分布。(b) 流速的重新分布，总是伴随有流动分离和旋涡的形成，在旋涡区由于粘性的存在，便有摩擦的能量损失 ，在旋涡中粘性力作功。(c)在旋涡区中，又有质点被主流所带走，即有动量交换，因而消耗运动流体的能量，流体质点的混掺引起的动量变化。 5、 流线的特性。

流线的特性。--- (1)在定常流动时，因为流场中各流体质点的速度不随时间变化，所以通过同一点的流线形状始终保持不变，因此流线和迹线相重合。而在非定常流动时，一般说来流线要随时间变化，故流线和迹线不相重合。

(2)通过某一空间点在给定瞬间只能有一条流线，一般情况流线不能相交和分支。否则在同一空间点上流体质点将同时有几个不同的流动方向。只有在流场中速度为零或无穷大的那些点，流线可以相交，这是因为，在这些点上不会出现在同一点上存在不同流动方向的问题。速度为零的点称驻点，速度为无穷大的点称为奇点。 (3)流线不能突然折转，是一条光滑的连续曲线。

(4)流线密集的地方，表示流场中该处的流速较大，稀疏的地方，表示该处的流速较小。

二、计算题：

1、有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为u?0.002?g(hy?0.5y)/?，式中?、?分别为水的密度和动力粘度，h为水深。试求h?0.5m时渠底（y=0）处的切应力。 [解] ?2du?0.002?g(h?y)/? dydu?0.002?g(h?y) dy????当h=0.5m，y=0时

??0.002?1000?9.807(0.5?0) ?9.807Pa

2、矩形平板闸门AB一侧挡水。已知长l=2m，宽b=1m，形心点水深hc=2m，倾角?=45，闸门上缘A处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力。

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