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热力学复习资料

《热力学与传热学》综合复习资料

一、判断题

1、系统由某一状态变化到另一状态,在这两个状态之间所有过程所作的膨胀功都相等。( )

2、理想气体不论经历什么样的过程,其焓增均可用dT c h p ?=?2

1 计算。( )

3、没有能量耗散的准平衡过程为可逆过程。 ( ) 4.绝热节流前后工质的焓值相等。( )

5.若容器中气体的绝对压力没有改变,则其压力表的读数就不会改变。( ) 二、填空题

1、计算可逆过程膨胀功的基本公式为 , 用比热计算加热量的基本公式为 。

2、稳定流动能量方程可写作 ,当它用于换热器计算热交换量时可简化为。

3、在两个恒温热源之间有两个可逆循环,其中一个循环的工质是理想气体、热效率为ηA ;另一循环的工质是等离子气体,热效率为ηB 。试比较这两个循环热效率的大小 。

4、某热机在两恒温热源1000K 和400K 之间工作,若热机吸热5000KJ ,那么此热机的最大热效率为 ;最大循环净功为 。 三、简答题

1、在寒冷的北方地区,建房用砖采用实心砖好还是空心砖好?为什么?

2、冬天,在相同的室外温度条件下,为什么有风时比无风时感到更冷?

3.在一有空调的房间内,夏天和冬天的室温均控制在20℃。在同样舒适的感觉下,冬天要穿毛衣,而夏天只须穿衬衣,这是为什么?

4.Nu 数和Bi 数均可写成λ

hl 的形式,二者有何区别?

四、名词解释 1、传热过程

2、灰体

3、傅里叶准则

4、格拉晓夫准则 五、计算题

1.容积为V=0.0283m 3的瓶内装有氧气,其压力为p 1=6.865?105

Pa ,温度为T 1=294K 。随后发生泄漏,压力降至p 2=4.901?105

Pa 时被发现,而温度T 2=T 1未变。试问到发现为止共漏去多少kg 氧气? [氧气R g =260J/(kg.K)]

2.在恒温热源T 1=700 K 和T 2=400K 之间进行循环。当W 0=1000kJ ,Q 2=4000kJ 时,试用计算

说明:循环的方向性。

3.外径为100 mm,表面温度为100 ℃,黑度为0.76的圆筒壁,被水平放置于一温度为20℃的大房间中。已知圆筒壁外表面与空气的纯对流换热系数为7.03W/(m2?K),试计算单位长度圆筒壁散失到房间中的总热量。

4.水以1.64m/s的速度从内径为25mm的直长管内流过,已知管的内表面温度为90℃,水的进、出口温度为20℃和40℃,试计算为满足要求所需的管子长度。

建议使用公式:

11

.0

4.0

8.0Pr

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η

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水的物性参数:

30℃时,ρ=995.7kg/m3,c p=4.174kJ/(kg?K),λ=0.619W/(m?K),ν=0.805×10-6 m2/s ,η=801.20×10-6 kg/(m?s),Pr=5.42; 90℃时,η=314.78×10-6 kg/(m?s)。

《热力学与传热学》综合复习资料参考答案

一、判断题 1-5 ×√√√× 二、填空题

1、计算可逆过程膨胀功的基本公式为 ?

=2

1

pdv w , 用比热计算加热量的基本

公式为 ?=

2

1

cdt q 。

2、稳定流动能量方程可写作 i w z g c h q +?+?+?=2

2

1 ,当它用于换热器

计算热交换量时可简化为12h h h q -=?=。

3、在两个恒温热源之间有两个可逆循环,其中一个循环的工质是理想气体、热效率为ηA ;另一循环的工质是等离子气体,热效率为ηB 。试比较这两个循环热效率的大小ηA =ηB 。

4、某热机在两恒温热源1000K 和400K 之间工作,若热机吸热5000KJ ,那么此热机的最大热效率为 60% ;最大循环净功为 3000kJ 。 三、简答题

1、在寒冷的北方地区,建房用砖采用实心砖好还是空心砖好?为什么?

采用空心砖好些。因为空心砖内含有热导率很小的不流动的气体,其导热系数要比实心砖低得多,导热热阻大;在相同的温度条件下,散热损失较少、利于保温。 3、冬天,在相同的室外温度条件下,为什么有风时比无风时感到更冷?

人体与周围大气之间存在对流换热,其强度与流体速度有关:没风时为自然对流,换热强度较小;有风时为强迫对流换热,与没风时相比,对流换热系数大得多。 在相同的气温条件下,人体散热量更多,故而感到更冷

5.在一有空调的房间内,夏天和冬天的室温均控制在20℃。在同样舒适的感觉下,冬天要穿毛衣,而夏天只须穿衬衣,这是为什么?

答:主要是由于人体表面与室内环境辐射换热量在冬夏之间的巨大差别造成的。同一室温下,人体与周围空气间的对流换热强度相同。但是,夏天室内墙壁温度较高(高于20℃),人体表面与其辐射换热量较少,使人体夏天散热量较少。而冬天室内墙壁温度较低(低于20℃),人体表面与其辐射换热量大,使冬天散热量很大。 要想获得同样舒适的感觉,冬天要穿厚毛衣,而夏天只须穿薄衬衣即可。

6.Nu 数和Bi 数均可写成λ

hl 的形式,二者有何区别?

答:(1)Nu 数中的λ为流体的热导率;Bi 数中的λ为导热物体的热导率。(2)Nu 数中的h 为待定参数,Nu 为待定特征数;Bi 数中的h 为已知参数,由第三类边界条件确定,Bi 为已定特征数。(3)物理意义不同。Nu 表示贴壁流体的无量纲的温度梯度,在其它条件相同的情况下,Nu 数可反映对流换热的强弱。 Bi 数表示第三类边界条件下物体内部导热热阻和表面处换热热阻的比值。 四、名词解释 1、传热过程

高温流体通过固体壁面传热于低温流体的过程。

3、灰体

单色吸收率λα与波长无关的物体。 5、傅里叶准则

2

l a F o τ=

,表征物体非稳态导热过程进行的深度。

6、格拉晓夫准则

葛拉晓夫准则——2

3

ν

αtl g G V r ?=,表征流体的浮升力与粘性力的相对大小。

五、计算题

1.容积为V=0.0283m 3

的瓶内装有氧气,其压力为p 1=6.865?105

Pa ,温度为T 1=294K 。随后发生泄漏,压力降至p 2=4.901?105

Pa 时被发现,而温度T 2=T 1未变。试问到发现为止共漏去多少kg 氧气? [氧气R g =260J/(kg.K)]

解:理想气体状态方程:pV=mR g T

初态时氧气质量为 kg 254.029********

.010865.65111=???==T R V p m g

终态时氧气质量为 kg 181.0294

2600283

.010901.45222=???==T R V p m g

则漏去的氧气质量为 ?m=m 1-m 2=0.254-0.181=0.073 kg

4.在恒温热源T 1=700 K 和T 2=400K 之间进行循环。当W 0=1000kJ ,Q 2=4000kJ 时,试用计算说明:循环的方向性。

解:根据能量守恒得 Q 1=1000+4000=5000(kJ )

(1)假定为逆向循环,则 08571.22

2

1121<-=-=

?+?=?T Q T Q S S S

T T iso

违反熵增原理,不能进行逆向循环。

(2)若为正向循环时,则有08571.22

2

11>=+-

=?T Q T Q S iso 符合熵增原理,所以进行的是正向循环。 (2分)

5.外径为100 mm ,表面温度为100 ℃ ,黑度为0.76的圆筒壁,被水平放置于一温度为20℃的大房间中。已知圆筒壁外表面与空气的纯对流换热系数为7.03W/(m 2

?K),试计算单位长度圆筒壁散失到房间中的总热量。

解:这是一个复合表面的换热问题。

先求辐射换热量Φrl : 已知T w =100+273=373K T ∞=20+273=293K A 1=πdl X 1,2=1.0 A 1?A 2

)(11

1)

(112221

2,1111∞∞-=-++--=

Φb bW b bW r E E A A A X E E A εεεεε

则l

r rl Φ=

Φ)(4

41∞-=T T d W b σπε 49.162)15.29315.373(1067.51.014.376.0448=-?????=-W/m

再求对流换热量Φcl :

68.176)20100(1.014.303.7)(=-???=-=Φ∞t t d h W c cl πW/m

则总散热损失为:17.33949.16268.176=+=Φ+Φ=Φr c l W/m

4.水以1.64m/s 的速度从内径为25mm 的直长管内流过,已知管的内表面温度为90℃,水的进、出口温度为20℃和40℃,试计算为满足要求所需的管子长度。

建议使用公式:11

.04.08.0Pr Re 023.0???

? ??=w

f

f f f Nu η

η )50,10(4

≥>d

l

R ef

水的物性参数:

30℃时,ρ=995.7kg/m 3,c p =4.174kJ/(kg ?K),λ=0.619W/(m ?K),ν=0.805×10-6 m 2

/s ,η=801.20×10-6

kg/(m ?s),Pr=5.42; 90℃时,η=314.78×10-6

kg/(m ?s)。

解:这是一个管内强迫对流换热问题。

(1)查物性 流体平均温度C t t t f

f f ?=+=

'+''=

302

20

402 壁温t w =90?C

水的物性参数:ρf =995.7kg/m 3,c p f =4.174kJ/(kg ?K),λf =0.619W/(m ?K),νf =0.805×10-6

m 2/s ,ηf =801.20×10-6 kg/(m ?s),Pr f =5.42;ηw =314.78×10-6

kg/(m ?s)。

4

46

10100932.510

805.0025.064.1Re >?=??=

=

-f

f f d

u ν 为湍流 (3)选择公式,计算表面传热系数 假设满足50≥d

l

;又 0.11n 0.4,m ==>,流体被加热时,

f w t t ,则 11

.00.4

f 0.8f f )(

Pr Re 023.0Nu w

f ηη= 11.29278.31420.801)42.5()100932.5(023.011

.04.08.04=?

?

?

??????=

d

Nu h f

f

λ=72.7232025

.0619.011.292=?

=W/(m 2

?K) (4)计算管长 热平衡方程:)()(4

2f w f f pf f f t t dl h t t c u d -='-''=

Φπρπ

)

(4)

(f w f f pf f f t t h t t dc u l -'-''=

∴ρ965.1)

3090(72.72324)

2040(4174025.064.12.992=-??-????=

[m]

校核:506.78025

.0965.1>==d

l

成立,计算可靠。