武漢理工工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)作業(yè).doc

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工程熱力學(xué)和傳熱學(xué) 第二章 基本概念 一．基本概念 系統(tǒng)： 狀態(tài)參數(shù)： 熱力學(xué)平衡態(tài)： 溫度： 熱平衡定律： 溫標(biāo)： 準(zhǔn)平衡過(guò)程： 可逆過(guò)程： 循環(huán)： 可逆循環(huán)： 不可逆循環(huán)： 二、習(xí)題 1．有人說(shuō)，不可逆過(guò)程是無(wú)法恢復(fù)到起始狀態(tài)的過(guò)程，這種說(shuō)法對(duì)嗎？ 2．牛頓溫標(biāo),用符號(hào)Ｎ表示其溫度單位,并規(guī)定水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為100Ｎ和200Ｎ，且線性分布。（1）試求牛頓溫標(biāo)與國(guó)際單位制中的熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)(開(kāi)爾文溫標(biāo))的換算關(guān)系式；（2）絕對(duì)零度為牛頓溫標(biāo)上的多少度? 3．某遠(yuǎn)洋貨輪的真空造水設(shè)備的真空度為0.0917ＭＰａ，而當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?.1013MPa，當(dāng)航行至另一海域，其真空度變化為0.0874MPa，而當(dāng)?shù)卮髿鈮毫ψ兓癁?.097MPa。試問(wèn)該真空造水設(shè)備的絕對(duì)壓力有無(wú)變化? 4．如圖1-1所示，一剛性絕熱容器內(nèi)盛有水，電流通過(guò)容器底部的電阻絲加熱水。試述按下列三種方式取系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)與外界交換的能量形式是什么。 （1）取水為系統(tǒng)；（2）取電阻絲、容器和水為系統(tǒng)；（3）取虛線內(nèi)空間為系統(tǒng)。 圖1-1 5．判斷下列過(guò)程中那些是不可逆的，并扼要說(shuō)明不可逆原因。 （1）在大氣壓力為0.1013MPa時(shí)，將兩塊0℃的冰互相緩慢摩擦，使之化為0℃的水。 （2）在大氣壓力為0.1013MPa時(shí)，用(0＋dt)℃的熱源(dt→0)給0℃的冰加熱使之變?yōu)?℃的水。 （3）一定質(zhì)量的空氣在不導(dǎo)熱的氣缸中被活塞緩慢地壓縮（不計(jì)摩擦）。 （4）100℃的水和15℃的水混合。 6．如圖1-2所示的一圓筒容器，表A的讀數(shù)為360kPa；表B的讀數(shù)為170kPa，表示室I壓力高于室II的壓力。大氣壓力為760mmHg。試求: （1） 真空室以及I室和II室的絕對(duì)壓力； （2） 表C的讀數(shù)； （3） 圓筒頂面所受的作用力。 圖1-2 第三章 熱力學(xué)第一定律 一．基本概念 功： 熱量： 體積功： 節(jié)流： 二．習(xí)題 1．膨脹功、流動(dòng)功、軸功和技術(shù)功四者之間有何聯(lián)系與區(qū)別？ 2．下面所寫的熱力學(xué)第一定律表達(dá)是否正確？若不正確，請(qǐng)更正。 3．一活塞、氣缸組成的密閉空間，內(nèi)充50g氣體，用葉輪攪拌器攪動(dòng)氣體。活塞、氣缸、攪拌器均用完全絕熱的材料制成。攪拌期間，活塞可移動(dòng)以保持壓力不變，但絕對(duì)嚴(yán)密不漏氣。已測(cè)得攪拌前氣體處于狀態(tài)1，攪拌停止后處于狀態(tài)2，如下表所示。 狀 態(tài) p（MPa） v（m3/kg） u（kJ/kg） h(kJ/kg) 1 3.5 0.00711 22.75 47.64 2 3.5 0.01916 97.63 164.69 活塞與氣缸壁間有一些摩擦。求攪拌器上輸入的能量為多少？ 4．1kg空氣由p1=5MPa,t1=500℃，膨脹到p2=0.5MPa,t2=500℃，得到熱量506kJ，對(duì)外做膨脹功506kJ。接著又從終態(tài)被壓縮到初態(tài)，放出熱量390kJ,試求： （1）膨脹過(guò)程空氣熱力學(xué)能的增量；（2）壓縮過(guò)程空氣熱力學(xué)能的增量；（3）壓縮過(guò)程外界消耗了多少功？ 5．一活塞氣缸裝置中的氣體經(jīng)歷了2個(gè)過(guò)程。從狀態(tài)1到狀態(tài)2，氣體吸熱500kJ，活塞對(duì)外作功800kJ。從狀態(tài)2到狀態(tài)3是一個(gè)定壓的壓縮過(guò)程，壓力為p=400kPa，氣體向外散熱450kJ。并且已知U1=2000kJ, U3=3500kJ，試計(jì)算2-3過(guò)程中氣體體積的變化。 6．現(xiàn)有兩股溫度不同的空氣，穩(wěn)定地流過(guò)如圖2-1所示的設(shè)備進(jìn)行絕熱混合，以形成第三股所需溫度的空氣流。各股空氣的已知參數(shù)如圖中所示。設(shè)空氣可按理想氣體計(jì)，其焓僅是溫度的函數(shù)，按{h}kJ/kg=1.004{T}K計(jì)算，理想氣體的狀態(tài)方程為pv=RT, R=287J/(kgK)。若進(jìn)出口截面處的動(dòng)、位能變化可忽略，試求出口截面的空氣溫度和流速。 圖 圖2-1 7．某氣體從初態(tài)p1=0.1MPa，V1=0.3m3可逆壓縮到終態(tài)p2=0.4MPa，設(shè)壓縮過(guò)程中p=aV-2，式中a為常數(shù)。試求壓縮過(guò)程所必須消耗的功。 8．如圖2-2所示，p-v圖上表示由三個(gè)可逆過(guò)程所組成的一個(gè)循環(huán)。1-2是絕熱過(guò)程；2-3是定壓過(guò)程；3-1是定容過(guò)程。如絕熱過(guò)程1-2中工質(zhì)比熱力學(xué)能的變化量為-50kJ/kg，p1=1.6MPa，v1=0.025m3/kg，p2=0.1MPa，v2=0.2m3/kg。（1）試問(wèn)這是一個(gè)輸出凈功的循環(huán)還是消耗凈功的循環(huán)？ （2）計(jì)算循環(huán)的凈熱。 圖2-2 9．某燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖2-3所示。已知壓氣機(jī)進(jìn)口處空氣的焓h1=290kJ/kg，經(jīng)壓縮后，空氣升溫使比焓增為h2=580kJ/kg，在截面2處與燃料混合，以w2=20m/s的速度進(jìn)入燃燒室，在定壓下燃燒，使工質(zhì)吸入熱量q=670kJ/kg。燃燒后燃?xì)饨?jīng)噴管絕熱膨脹到狀態(tài)3’,h3’=800kJ/kg，流速增至w3’，燃?xì)庠龠M(jìn)入動(dòng)葉片，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪回轉(zhuǎn)做功。若燃?xì)庠趧?dòng)葉片中熱力狀態(tài)不變，最后離開(kāi)燃?xì)廨啓C(jī)速度為w4=100m/s。求： （1）若空氣流量為100kg/s，壓氣機(jī)消耗的功率為多少？ （2）若燃料發(fā)熱量q=43960kJ/kg，燃料消耗量為多少？ （3）燃?xì)庠趪姽艹隹谔幍牧魉賥3’是多少？ （4）燃?xì)鉁u輪（3’-4過(guò)程）的功率為多少？ （5）燃?xì)廨啓C(jī)裝置的總功率為多少？ 圖2-3 第四章 熱力學(xué)第二定律 一．基本概念 克勞修斯說(shuō)法： 開(kāi)爾文說(shuō)法： 卡諾定理： 熵流： 熵產(chǎn)： 熵增原理： 二．習(xí)題 1．熱力學(xué)第二定律可否表述為：“功可以完全變?yōu)闊?，但熱不能完全變?yōu)楣Α?，為什么? 2．下列說(shuō)法是否正確，為什么？ 1） 熵增大的過(guò)程為不可逆過(guò)程； 2） 工質(zhì)經(jīng)不可逆循環(huán)，DS >0； 3） 可逆絕熱過(guò)程為定熵過(guò)程，定熵過(guò)程就是可逆絕熱過(guò)程； 4） 加熱過(guò)程，熵一定增大；放熱過(guò)程，熵一定減小。 3．某封閉系統(tǒng)經(jīng)歷了一不可逆過(guò)程，系統(tǒng)向外界放熱為10kJ，同時(shí)外界對(duì)系統(tǒng)作功為20kJ。 1）按熱力學(xué)第一定律計(jì)算系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化量； 2）按熱力學(xué)第二定律判斷系統(tǒng)熵的變化（為正、為負(fù)、可正可負(fù)亦可為零）。 4．判斷是非（對(duì)畫，錯(cuò)畫） 1）在任何情況下，對(duì)工質(zhì)加熱，其熵必增加。（ ） 2）在任何情況下，工質(zhì)放熱，其熵必減少。（ ） 3）根據(jù)熵增原理，熵減少的過(guò)程是不可能實(shí)現(xiàn)的。（ ） 4）卡諾循環(huán)是理想循環(huán)，一切循環(huán)的熱效率都比卡諾循環(huán)的熱效率低。（ ） 5）不可逆循環(huán)的熵變化大于零。（ ） 5．若封閉系統(tǒng)經(jīng)歷一過(guò)程，熵增為25kJ／K，從300K的恒溫?zé)嵩次鼰?000kJ，此過(guò)程可逆?不可逆?還是不可能? 6．空氣在某壓氣機(jī)中被絕熱壓縮，壓縮前：p1=0.1MPa，t1=25℃；壓縮后：p2=0.6MPa，t2=240℃。設(shè)空氣比熱為定值，問(wèn)：1）此壓縮過(guò)程是否可逆？為什么？2）壓縮1kg空氣所消耗的軸功是多少？ 7．氣體在氣缸中被壓縮，壓縮功為186kJ/kg，氣體的熱力學(xué)能變化為56kJ/kg，熵變化為-0.293kJ/(kgK)。溫度為20C的環(huán)境可與氣體發(fā)生熱交換，試確定每壓縮1kg氣體時(shí)的熵產(chǎn)。 8．設(shè)一可逆卡諾熱機(jī)工作于1600℃和300℃的兩個(gè)熱源之間，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰?00kJ，試求：(1)循環(huán)熱效率；(2)工質(zhì)對(duì)外作的凈功；(3)工質(zhì)向低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃俊? 9．已知A、B、C3個(gè)熱源的溫度分別為500K，400K和300K，有可逆機(jī)在這3個(gè)熱源間工作。若可逆機(jī)從熱源A吸入3000kJ熱量，輸出凈功400kJ，試求可逆機(jī)與B，C兩熱源的換熱量，并指明方向。 10．試論證如違反熱力學(xué)第二定律的克勞修斯說(shuō)法，則必然違反開(kāi)爾文說(shuō)法以及違反開(kāi)爾文說(shuō)法必然導(dǎo)致違反克勞修斯說(shuō)法。 11．有A，B兩物體，其初溫TA>TB，兩物體的質(zhì)量相等mA=mB=m，其比熱容亦相等cA=cB=c，且為常數(shù)?？赡鏌釞C(jī)在其間工作，從A吸熱，向B放熱，直至兩物體溫度相等時(shí)為止。 （1）試證明平衡時(shí)的溫度為；（2）求可逆熱機(jī)對(duì)外輸出的凈功。 12．如圖3-1所示，用熱機(jī)E帶動(dòng)熱泵P工作，熱機(jī)在熱源T1和冷源T0之間工作，而熱泵則在冷源T0和另一熱源T1’之間工作。已知T1=1000K、T1’=310K、T0=250K。如果熱機(jī)從熱源T1吸收熱量Q1=1kJ，而熱泵向另一熱源T1’放出的熱量QH供冬天室內(nèi)取暖用。 （1）如熱機(jī)的熱效率為ht=0.50，熱泵的供熱系數(shù)eh=4，求QH； （2）如熱機(jī)和熱泵均按可逆循環(huán)工作，求QH； （3）如上述兩次計(jì)算結(jié)果均為QH>Q1，表示冷源T0中有一部分熱量傳入了溫度T1’的熱源，而又不消耗（除熱機(jī)E所提供的功之外的）其他機(jī)械功，這是否違反熱力學(xué)第二定律的克勞修斯說(shuō)法？ 圖3-1 第五章 理想氣體的熱力性質(zhì)與過(guò)程 一．基本概念 理想氣體： 比熱容： 二．習(xí)題 1．熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式可寫成 或 兩者有何不同？ 2．圖4-1所示，1-2和5-3各為定容過(guò)程，1-4和2-3各為定壓過(guò)程，試判斷q143與q123哪個(gè)大？ P 4 3 2 1 v 圖4-1 3．有兩個(gè)任意過(guò)程1-2和1-3，點(diǎn)2和點(diǎn)3在同一條絕熱線上，如圖4-2所示。試問(wèn)△u12與△u13誰(shuí)大誰(shuí)??？又如2和3在同一條等溫線上呢？ P 絕熱線 v 3 2 1 圖4-2 4．討論1p2>p0，T1>T0(p0,T0為環(huán)境壓力和溫度)，試在T-s圖上表示此兩過(guò)程，并根據(jù)圖比較兩過(guò)程作功能力損失的大小。 7．空氣進(jìn)入拉伐爾噴管的壓力為0.4MPa，溫度為650K,入口流速可忽略不計(jì)，若出口壓力為0.1MPa,喉部截面積為6cm2。試求（１）喉部的狀態(tài)及流速；（２）出口截面上的流速及流量；（３）出口截面積。 8．空氣由輸送管送來(lái),管端接一出口面積f2=10cm2的漸縮噴管空氣在噴管之前的壓力p1=2.5MPa，溫度t1=80℃，求空氣經(jīng)噴管后射出速度、流量以及出口截面處空氣的v2、、t2。噴管的背壓力=1MPa。 第九章 壓縮機(jī)的熱力過(guò)程 一．基本概念 余隙容積： 有效吸氣體積： 容積效率： 最佳增壓比： 壓氣機(jī)的絕熱效率： 二．習(xí)題 1．理想氣體從同一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)可逆和不可逆絕熱壓縮過(guò)程，設(shè)耗功相同，試問(wèn)它們的終態(tài)溫度、壓力和熵是否都不相同？ 2．空氣初態(tài)為p1=1105Pa、t=20C。經(jīng)過(guò)三級(jí)活塞式壓氣機(jī)后，壓力提高到12.5MPa。假定各級(jí)增壓比相同，壓縮過(guò)程的多變指數(shù)n=1.3。試求生產(chǎn)1kg壓縮空氣理論上應(yīng)消耗的功，并求(各級(jí))氣缸出口溫度。如果不用中間冷卻器，那么壓氣機(jī)消耗的功和各級(jí)氣缸出口溫度又是多少(按定比熱理想氣體計(jì)算)? 3．軸流式壓氣機(jī)每分鐘吸人p1=0.1MPa、t1=20℃的空氣1200kg，經(jīng)絕熱壓縮到p2=0.6MPa，該壓氣機(jī)的絕熱效率為0.85。求：(1)出口處氣體的溫度及壓氣機(jī)所消耗的功率；(2)過(guò)程的熵產(chǎn)。 4．某葉輪式壓氣機(jī)進(jìn)口處空氣壓力p1=0.1MPa，溫度T1=293K，出口處氣體壓力p2=0.4MPa．。若壓氣機(jī)絕熱效率hc=0.78，試計(jì)算壓氣機(jī)實(shí)際出口溫度以及壓縮1kg空氣實(shí)際所需的功。 5．1kmol理想氣體，由初態(tài)為400K和105Pa被壓縮到終態(tài)為400K和106Pa。試分別就以下兩種情況計(jì)算氣體熵的變化，外界熵的變化和由氣體與外界組成的孤立系統(tǒng)總熵的變化：(1)氣體被壓縮的過(guò)程是一個(gè)可逆定溫過(guò)程；(2)氣體被壓縮的過(guò)程是一個(gè)不可逆過(guò)程，此過(guò)程中實(shí)際所消耗的功比上述可逆定溫壓縮過(guò)程消耗的功多2%，并且此時(shí)周圍環(huán)境溫度是300K。 6．1kg初態(tài)為p1=0.1MPa，t1=15C的某氣體，經(jīng)壓縮后其狀態(tài)為p2=0.5MPa，t2=100C。若比熱容cv=0.712kJ／(kgK)，R=0.287kJ／(kgK)，試求：（1）此過(guò)程中，該氣體熵的變化，并判斷此過(guò)程是放熱還是吸熱?（2）在p-v圖與T-s圖上畫出過(guò)程曲線，并求出過(guò)程的多變指數(shù)n為多少? 7．一臺(tái)二級(jí)活塞式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速為300r/min，每小時(shí)吸入的空氣為V1=800m3，壓力p1=0.1MPa，溫度t1=27℃，壓縮后的壓力p3=3MPa，壓縮過(guò)程的多變指數(shù)n=1.3，兩氣缸的增壓比相同，經(jīng)第一級(jí)壓縮后，空氣經(jīng)中間冷卻器冷卻到27℃后再進(jìn)入第二級(jí)壓縮機(jī)。試求：1）空氣在低壓缸中被壓縮后的壓力p2和終溫t2；2）壓縮機(jī)每小時(shí)所消耗的功和放出熱量（包括在中間冷卻器中所放出的熱量）。 8．空氣在某壓縮機(jī)中被絕熱壓縮。壓縮前空氣的參數(shù)為p1=0.098MPa，t1=25℃，壓縮后空氣的參數(shù)為p2=0.588MPa，t2=240℃，設(shè)比熱為定值。（1）求此壓縮過(guò)程是否可逆？為什么？（2）壓縮1kg空氣所消耗的軸功；（3）如壓縮為可逆等溫的，求壓縮1kg空氣所消耗的軸功。 9．一臺(tái)兩級(jí)壓縮中間冷卻的往復(fù)式空氣壓縮機(jī)與一臺(tái)中間冷卻器組合成開(kāi)口系統(tǒng)，此中間冷卻器為水冷式，其冷卻水也用于兩壓縮氣缸的冷卻，進(jìn)水溫度為294K，出水溫度為311K，流量136.1kg/h，比熱4.19kJ/(kgK)；壓縮機(jī)空氣流量816.43kg/h，進(jìn)氣溫度為944.25K，排氣溫度為1273K。求壓縮機(jī)所需的功率。（比熱容為定值） 第十章 氣體動(dòng)力循環(huán) 一．基本概念 壓縮比： 定容升壓比： 定壓預(yù)脹比： 平均壓力： 二．習(xí)題 1.初態(tài)相同，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)循環(huán)最高壓力和最高溫度為限定條件時(shí),試用圖比較定容、定壓和混合加熱循環(huán)的壓縮比,加熱量以及熱效率。 2．一活塞式內(nèi)燃機(jī)用混合循環(huán)模型來(lái)分析。內(nèi)燃機(jī)入口空氣溫度20C，壓縮至10MPa，燃燒升壓至20MPa。預(yù)脹比為2，計(jì)算循環(huán)的熱效率及當(dāng)空氣流量為0.1kg/s時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的輸出功。 3．如圖9-1所示，為理想氣體(k已知)的循環(huán)過(guò)程，其中C一A為絕熱過(guò)程，A點(diǎn)的狀態(tài)參量(T1，V1)和B點(diǎn)的狀態(tài)參量(T2，V2)均為己知，求1）氣體在A到B，B到C，兩過(guò)程中是否和外界交換熱量，若交換，熱量各是多少？2）求C點(diǎn)的狀態(tài)參量？3）這個(gè)循環(huán)是不是卡諾循環(huán)？4）這個(gè)循環(huán)的效率h為多少? 圖9-1 4．如圖9-2所示兩內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)A（12451）和B（123451）。試將循環(huán)A和循環(huán)B表示在T-s圖上，并比較hA與hB的大小。 圖9-2 5．燃?xì)廨啓C(jī)裝置發(fā)展初期曾采用定容燃燒，這種燃燒室配置有進(jìn)、排氣閥門和燃油閥門，當(dāng)壓縮空氣與燃料進(jìn)入燃燒室混合后全部閥門都關(guān)閉，混合氣體借電火花點(diǎn)火定容燃燒，燃?xì)獾膲毫?、溫度瞬間迅速提高。然后，排氣閥門打開(kāi)，燃?xì)饬魅肴細(xì)廨啓C(jī)膨脹作功。這種裝置理想循環(huán)的p-v圖如圖9-3所示。圖中1-2為絕熱壓縮，2-3為定容加熱，3-4為絕熱膨脹，4—1為定壓放熱。(1)畫出理想循環(huán)的T-s圖；(2)設(shè)，，并假定氣體的絕熱指數(shù)k為定值，求循環(huán)熱效率。 圖9-3 6．內(nèi)燃機(jī)定容加熱理想循環(huán)，若已知壓縮初溫T1和循環(huán)的最高溫度T3，求循環(huán)凈功達(dá)到最大時(shí)的壓縮終溫和膨脹終溫及這時(shí)的熱效率。 第十一章 蒸汽動(dòng)力循環(huán) 一．基本概念 汽耗率： 二．習(xí)題 1．分別繪圖說(shuō)明初、終狀態(tài)參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響，提高初參數(shù)和降低終參數(shù)受什么限制？ 2．蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)為什么不采用卡諾循環(huán)而是采用朗肯循環(huán)？ 3．在朗肯循環(huán)中，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的初壓為13.5 MPa，初溫為550℃，排汽壓力為0.004 MPa，求循環(huán)凈功、加熱量、熱效率、汽耗率以及汽輪機(jī)出口蒸汽干度。 4．某理想蒸汽動(dòng)力裝置鍋爐的蒸發(fā)量qm=2391.5kg/h，鍋爐進(jìn)水壓力為3.0MPa，其溫度為40C，在冷凝器中凝結(jié)水的壓力為0.01MPa，溫度為40C。冷凝器中冷卻水的流量為1.31106kg/h，冷卻水進(jìn)出口溫差為8.3C。求：（1）冷凝器進(jìn)出口蒸汽比焓值；（2）鍋爐出口處水蒸汽的比焓值；（3）計(jì)算該蒸汽輪機(jī)的對(duì)外輸出功率。 5．某蒸汽動(dòng)力循環(huán)如圖10-1所示，進(jìn)入氣輪機(jī)的蒸汽狀態(tài)參數(shù)為p1=1.1MPa, t1=250C，蒸汽在氣輪機(jī)中定熵膨脹到p2=0.28MPa，再定容放熱到p3=0.0035MPa后進(jìn)入冷凝器，經(jīng)冷凝器放熱變?yōu)轱柡退?，再由泵將水送回鍋爐。假定泵功可以忽略，試求：（1）循環(huán)熱效率；（2）循環(huán)的汽耗率；（3）相同溫度范圍的卡諾循環(huán)熱效率。 圖10-1 6．某蒸汽動(dòng)力循環(huán)，其氣輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)為p1=1.35MPa, t1=370℃，氣輪機(jī)出口蒸汽為p2=0.008MPa的干飽和蒸汽，試求：氣輪機(jī)的實(shí)際功量、理想功量、相對(duì)內(nèi)效率。 第十二章 制冷循環(huán) 一．基本概念 性能系數(shù)： 熱泵： 二．習(xí)題 1．何謂制冷？何為熱泵？試說(shuō)明兩者的區(qū)別和聯(lián)系。 2．利用P-h圖說(shuō)明影響蒸汽壓縮制冷循環(huán)制冷系數(shù)的主要因素。 3．在Ｔ-ｓ圖、ｐ-ｈ圖上表示出蒸氣壓縮制冷的理想循環(huán)。 4．在蒸汽壓縮制冷循環(huán)中，如果用膨脹機(jī)代替節(jié)流閥，有何優(yōu)缺點(diǎn)？ 5．一臺(tái)熱機(jī)帶動(dòng)一臺(tái)熱泵，熱機(jī)和熱泵排出的熱量用于加熱暖氣散熱器的熱水。如熱機(jī)的熱效率為27%，熱泵的供熱系數(shù)為4，試求輸給散熱器熱水的熱量與輸給熱機(jī)熱量的比值。 6．某空氣壓縮制冷循環(huán)，已知：冷藏室溫度為-10C，冷卻水溫度為20C，空氣進(jìn)入冷卻器的溫度為143.5C。設(shè)空氣的定容比熱cv=0.717kJ/(kgK)，k=1.4。試：（1）在p-v圖和T-s圖上畫出循環(huán)圖，并說(shuō)明循環(huán)中各過(guò)程在何設(shè)備內(nèi)完成及過(guò)程性質(zhì)；（2）求進(jìn)入冷藏室空氣的溫度；（3）求每公斤空氣由冷藏室吸收的熱量；（4）求每一循環(huán)消耗的凈功；（5）求循環(huán)的制冷系數(shù)。 7．用氟里昂134a作為工質(zhì)的蒸汽壓縮制冷循環(huán)。在蒸發(fā)器中制冷溫度t1=-24C，冷凝器出口溫度t3=40C，氟里昂134a的質(zhì)量流量為qm=0.03kg/s，試求循環(huán)的制冷系統(tǒng)制冷量和電動(dòng)機(jī)功率。 8．一個(gè)用R22制冷劑的壓縮制冷裝置，其制冷量Q=838000kJ/h，制冷循環(huán)的工作條件是：冷凝壓力為1.0MPa，過(guò)冷度Dt=7C，蒸發(fā)壓力為0.2MPa，壓縮機(jī)的吸氣溫度為0C，試求：（1）制冷系數(shù)e；（2）每小時(shí)冷劑的循環(huán)量；（3）制冷劑每小時(shí)在冷凝器中的放熱量；（4）壓縮機(jī)功率N。 9．R22制冷裝置的蒸發(fā)溫度為-15C，冷凝溫度為30C，若已知該理想循環(huán)的制冷系數(shù)為5.2，制冷劑流量為400kg/h。試求壓縮機(jī)的功率。 第十三章 緒論 一．基本概念 熱傳導(dǎo): 熱對(duì)流: 熱輻射: 熱流密度: 二．習(xí)題 1．一雙層玻璃窗，寬1.1m，高1.2m，厚3㎜，導(dǎo)熱系數(shù)為1.05Ｗ/(mK)；中間空氣層厚5mm，設(shè)空氣隙僅起導(dǎo)熱作用，導(dǎo)熱系數(shù)為2.6010-2Ｗ／（ｍＫ）。室內(nèi)空氣溫度為25℃。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20Ｗ/(m2K)；室外空氣溫度為-10℃，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為15Ｗ/(m2K)。試計(jì)算通過(guò)雙層玻璃的散熱量，并與單層玻璃窗相比較。假定在兩種情況下室內(nèi)、外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同。 2．電子儀器機(jī)箱內(nèi)的空氣溫度為50℃。箱內(nèi)有一芯片，它是一個(gè)功率為310－3Ｗ的熱源。芯片兩側(cè)表面的面積為0.5cm1.0cm，空氣流經(jīng)表面積的對(duì)流換熱系數(shù)為a=9Ｗ/(m2K)。在忽略輻射和邊緣換熱的情況下試求芯片的表面溫度。 3.空氣受迫流過(guò)室內(nèi)取暖器中的對(duì)流式換熱器，其換熱系數(shù)a＝1135.6Ｗ/(m2K)。設(shè)換熱器的表面溫度恒定為338.71K，而空氣為291.48K。試確定取暖量為8790Ｗ時(shí)所需的換熱器受熱面積。 4．30℃的空氣吹過(guò)150℃的熱表面，如果空氣與熱表面之間的對(duì)流換熱系數(shù)a=1135.6Ｗ/(m2K)，試計(jì)算這個(gè)熱表面對(duì)流散熱的熱流密度。 5．有一臺(tái)傳熱面積為12m2的氨蒸發(fā)器，氨液的蒸發(fā)溫度為0℃,被冷卻水的進(jìn)口溫度為9.7℃，出口溫度為5℃，蒸發(fā)器中的傳熱量為69000Ｗ，試計(jì)算傳熱系數(shù)。 第十四章 導(dǎo)熱 一．基本概念 溫度場(chǎng)： 溫度梯度： 傅里葉定律： 導(dǎo)熱系數(shù)： 肋片效率： 二．習(xí)題 1．為什么濕磚的導(dǎo)熱系數(shù)比干燥磚的導(dǎo)熱系數(shù)大？ 2．火管鍋爐爐膽的熱流密度為48000Ｗ／ｍ２，鋼板制成的爐膽厚度為２０ｍｍ，試求其內(nèi)外壁面的溫差,設(shè):(1)爐膽兩側(cè)沒(méi)有污垢；(2)在水的一側(cè)積有1.5㎜厚的水垢；(3)在水的一側(cè)積有1.5㎜，另一側(cè)積有２㎜厚的煙灰。 3．一復(fù)合三層壁由0.5cm厚的鋁板、0.25cm厚的石棉以及2cm厚的玻璃棉組成；中間層為石棉。鋁板外表面溫度為400℃，玻璃棉外表面溫度為50℃。試確定單位面積上的熱流量。 4．一外徑為5.0cm的鋼管（λ=45.0Ｗ/(mK)），被一層厚為4.2cm的氧化鎂隔熱材料（λ=0.07Ｗ/mK））所包裹，而氧化鎂外又包了一層3.4cm厚的玻璃纖維隔熱材料（λ=0.048Ｗ/(mK)）。若鋼管外壁面溫度為370K，玻璃纖維隔熱層外壁面溫度為305K.問(wèn)：氧化鎂與玻璃纖維間的界面溫度為多少？ 5．厚200mm的耐火磚墻，導(dǎo)熱系數(shù)λ1=1.3Ｗ/(mK)。為使每平方米爐墻的熱損失不超過(guò)1830Ｗ/m2，地墻外覆蓋一層導(dǎo)熱系數(shù)l2=0.35Ｗ/(mK)的材料。已知爐墻兩側(cè)的溫度分別為1300℃和30℃，試確定覆蓋材料層應(yīng)有的厚度。 6．蒸汽管的外徑為108㎜ｍｍ,管外包以λ＝0.1Ｗ/(mK)的絕熱材料,蒸汽溫度為330℃(由于蒸汽與管壁間的對(duì)流熱阻和管壁的導(dǎo)熱熱阻要比絕熱材料的熱阻小得多,可略去不計(jì),所以可近似地認(rèn)為絕熱層內(nèi)壁的溫度等于蒸汽的溫度)。若要使絕熱層外壁面的溫度不超過(guò)40℃,每米管長(zhǎng)的熱損失不超過(guò)q1＝150Ｗ/m,試求絕熱層的最小厚度應(yīng)為多少。 7．包扎柴油機(jī)排氣管的絕熱材料厚度是以表層溫度不得大于50℃為準(zhǔn)。當(dāng)不包絕熱層時(shí)的裸管表面溫度為200℃。機(jī)艙空氣溫度為30℃,表層對(duì)空氣的總換熱系數(shù)為a＝10Ｗ/(m2K)。求二種不同情況的熱流密度ｑ值。 第十五章 對(duì)流換熱原理 一．基本概念 努塞爾數(shù)： 雷諾數(shù)： 普朗特?cái)?shù)： 格拉曉夫數(shù)： 二．習(xí)題 1．試計(jì)算２０℃空氣、潤(rùn)滑油以及水銀以流速１ｍ／ｓ流過(guò)平板時(shí),在ｘ＝0.5ｍ處層流邊界層的厚度。 2．在101325Pa壓力下,溫度tf＝27℃的空氣以ｗ∞＝30m/s的速度掠過(guò)tw＝127℃的平壁，求距平壁前緣50㎜處的速度邊界層厚度δ、熱邊界層厚度和局部換熱系數(shù)αx。再用αx＝1.5λ/δt計(jì)算,看兩者的差別有多少?。 3．一個(gè)能使空氣加速到50m/s的風(fēng)機(jī)，用于低速風(fēng)洞之中。空氣的溫度是25℃。有人想利用該風(fēng)洞研究平板邊界層的特性。雷諾數(shù)最大要求達(dá)到Rex=108，問(wèn)平板的最短長(zhǎng)度Lmin應(yīng)該是多少？在距平板前沿多大距離處開(kāi)始過(guò)渡流態(tài)？已知臨界雷諾數(shù)Rec=5105。 4．把開(kāi)水到入一玻璃杯后，立即用手摸玻璃杯的外表面時(shí)還不感到燙手，但如果用筷子快速攪拌熱水，那么很快就會(huì)覺(jué)得杯子燙手了。試解釋這一現(xiàn)象。 第十六章 各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 一．基本概念 珠狀凝結(jié)： 膜狀凝結(jié)： 臨界熱流密度： 二．習(xí)題 1．對(duì)管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱，為何采用短管和彎管可以強(qiáng)化流體的換熱？ 2．一盛有熱水的玻璃杯置于盛有冷水的盆中，冷水的表面大約在熱水高度的一半處。過(guò)一段時(shí)間后，取出杯子緩緩飲用，你會(huì)感到上部的水和下部的水溫有明顯差別。試解釋這種現(xiàn)象，此時(shí)杯中的水有無(wú)導(dǎo)熱現(xiàn)象？有無(wú)劇烈的對(duì)流現(xiàn)象？ 4．冰箱中的蒸發(fā)器應(yīng)當(dāng)放在冰箱的上部還是下部？為什么？ 5．為什么蒸汽動(dòng)力裝置的冷凝器上必須裝設(shè)抽氣裝置？ 6．當(dāng)把一杯水倒在一塊熾熱的金屬板上時(shí)，板面上立即會(huì)產(chǎn)生許多跳動(dòng)的小水滴，并能在短期內(nèi)不汽化。試以傳熱學(xué)的觀點(diǎn)解釋這一現(xiàn)象。 第十七章 輻射換熱 一．基本概念 輻射力： 單色輻射力： 定向輻射強(qiáng)度： 黑度： 灰體： 角系數(shù)： 二．習(xí)題 1．兩塊平行放置的平板表面發(fā)射率均為0.6，其板間距遠(yuǎn)小于板的寬度和高度，且兩表面溫度分別為t1=427℃，t2=27℃。試確定：（1）板1的本身輻射；（2）板1的投射輻射；（3）板1的反射輻射；（4）板1的有效輻射；（5）板2的有效輻射；（6）板1、2間的輻射換熱量。 2．一長(zhǎng)0.5m、寬0.4m、高0.3m的小爐窯，窯頂和四周壁溫度為300℃，黑度為0.8；窯底溫度為150℃，黑度為0.6。計(jì)算窯頂和四周壁面的輻射換熱量。 3．一個(gè)表面積為0.37m2的灰體，其ε1＝0.35和t1＝407℃，此灰體被另一面積為3.33 m2的灰體表面A2全部包圍住，ε2＝0.75和t2＝37℃。設(shè)x11=0，求兩個(gè)灰體表面之間的凈輻射熱量。 4．在溫度分別為300℃與30℃，黑度同為0.052且相互平行的兩塊銅板間，插入一塊黑度為0.018.的拋光鋁片后，當(dāng)處于穩(wěn)定傳熱時(shí)，問(wèn)輻射換熱量將如何變化？鋁片的溫度為多少？ 5．液氧儲(chǔ)存容器為雙壁鍍銀的夾層結(jié)構(gòu)，外壁內(nèi)表面溫度tw1=20℃，內(nèi)壁外表面溫度tw2=-183℃，鍍銀壁的黑度ε＝0.02。試計(jì)算由于輻射換熱每單位面積容器壁的散熱量。 6．一根直徑d=50mm、長(zhǎng)度l=8m的鋼管，被置于橫斷面為0.2m0.2m的磚槽道內(nèi)。若鋼管溫度和黑度分別為t1=250℃，ε1=0.79，磚槽壁面溫度和黑度分別為 t2＝27℃，ε2=0.93，試計(jì)算該鋼管的輻射熱損失。 7．用裸露的熱電偶測(cè)得爐膛煙氣溫度t1=792℃。已知水冷壁壁面溫度tw=600℃，煙氣對(duì)熱電偶表面的對(duì)流換熱系數(shù)α=58.2Ｗ/(m2K)，熱電偶的表面黑度ε1=0.3。試求爐膛煙氣的真實(shí)溫度和測(cè)溫誤差。 第十八章 傳熱過(guò)程與熱交換器 一．基本概念 肋化系數(shù)： 臨界熱絕緣直徑： 臨界熱絕緣經(jīng)濟(jì)厚度： 二．習(xí)題 1．電線外包絕緣層作為電絕緣的同時(shí)，還起到散熱作用，為什么？ 2．鋁電線的外徑為5.1mm，外包導(dǎo)熱系數(shù)l=0.15Ｗ/(mK)的聚氯乙烯作為絕緣層。環(huán)境溫度為40℃，鋁線表面溫度限制在70℃以下。絕緣層表面與環(huán)境間的復(fù)合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為10Ｗ/(m2K)，求絕緣層厚度不同時(shí)每米電線的散熱量及臨界熱絕緣直徑多大？ 3．一臺(tái)螺旋式換熱器中，熱水流量為2000kg/h，冷水流量為3000kg/h；熱水進(jìn)口溫度=80℃，冷水進(jìn)口溫度=10℃。如果要求將冷水加熱到=30℃，試求順流和逆流時(shí)的平均溫差。 4．一食品加工廠中用一臺(tái)雙管（同心套管）熱交換器將鹽水從6℃加熱到12℃。熱交換器的熱水進(jìn)口和出口溫度分別為50℃和40℃，質(zhì)量流量為0.166kg/s。若總傳熱系數(shù)為850Ｗ/(m2K)。求熱交換器所需的面積：（1）順流式；（2）逆流式。 5．在一逆流式雙管（同心套管）熱交換器中，用比熱容為1.507kJ/（kg℃）的油將質(zhì)量流量為0.454kg/s的水從18.3℃加熱到35℃。油的入口和出口溫度分別為93.3℃和60℃。若總傳熱系數(shù)為283.9Ｗ/(m2K)，求換熱器的換熱面積。