工程热力学与传热学试题021

姓名：班级：学号：工程热力学传热学总分题号一二三四五得分AlltheanswersbewrittenontheanswersheetThermodynamics一.PROBLEMS(30pointsfortotal)1Considerawellinsulatedrigidtankthatisdividedintotwocompartmentsbyapartition.Initially,onesideholdsair,whiletheothersideisevacuated.ThepartitionIsnowremoved,andtheairfillstheentiretank.Analysis:(1)thechangeofinternalenergyoftheair;(2)Istheworkdonebyair?（6points）2Writetheapplicableconditionsoftheexpressions.（8points）.(1))(12TTcuV;(2)21pdvw;(3)uw;(4)])(1[111121kkgppTRkw3Describethechangeofinternalenergyofidealgasduringaprocessfromaninitialstate1toafinalstate2inT-sdiagram.（4points）4Asystemundergoesaprocessbetweentwofixedstatesfirstinareversiblemannerandtheninanirreversiblemanner.Forwhichcaseistheentropychangegreater?Why?（4points）5AccordingtotheT-sfigureofanidealreheatranklecycle（再热循环）,describethethermalprocessesinvolvedinthecycle.Writetheexpressionofthermalefficiency.（8points）二.CALCULATION（30pointsfortotal）1ConsiderawellinsulatedhorizontalrigidcylinderthatisdividedintotwocompartmentsbyapistonthatisfreetomovebutdoesnotalloweithergasT41235671’2‘0s再热循环T–s图T41235671’2‘0s再热循环T–s图toleakintotheotherside.Initially,onesideholds0.5kgoftheidealgasat30ºC,and0.4MPa,whiletheothersideholds0.5kgofthesameidealgasat30ºC,and0.12MPa.Nowthermalequilibriumisestablishedinthecylinderasaresultofheattransferthroughthepiston.i.FindexpressionsfortheequilibriumtemperatureTandpressurePreachedafterremovalofthepartition.ii.CalculatetheentropychangesforAandBandthetotalentropychangeofthecylinder.AssumethatCv,misconstant,Rg=0.287kJ/(kg.K),andthattheprocessisadiabatic.（15points）2Aninventorclaimstohavedevisedaheatpumpwhichexchangesheatwithreservoirsat393Kand300K,theworkisprovidedbyaheatenginewhichexchangesheatwithtwoconstanttemperaturereservoirsat1200Kand300K.TheheatengineabsorbsheatQH=1100kJ,producesworkWnet=742.5kJDetermine：(1)Cantheheatenginework?reversibleorirreversible?(2)IftheheatpumprejectsheatQ1=2400kJ，cantheheatpumpwork?reversibleorirreversible?(3)ThemaximumamountofheatthatheatpumpproducesQ1,max.（15points）HeatTransfer三.PROBLEMS(24pointsfortotal)1Describetheexpressions(1)Heatconductiondifferentialequation;(2)Fin（肋）efficiency;(3)Thesurfaceresistancetoradiation（表面辐射热阻）;(4)Thespaceresistancetoradiation（空间辐射热阻）.（6points）2Thenondimensionalizedequationofforcedturbulentflowinthetubeis4.08.0PrRe023.0fffNu.WritethedefinitionsandmeaningsofNu,Re,Pr.（6points）3Describethecharacteristicsofthevelocityandthermalboundarylayer.（6points）TH=1200K热机TL=300KT1=393K热泵TL=300KQH=1100kJWnet=742.5kJ=WPQLQ2Q1TH=1200K热机TL=300KT1=393K热泵TL=300KQH=1100kJWnet=742.5kJ=WPQLQ2Q14Thefigureshowsaidealgraydiffusesurface.Trytowritetheradiationenergyinvolvedwiththesurface.Writetheexpressionsofradiosity（有效辐射）andnetradiationheattransfer（净辐射热流）ofthesurface.（6points）四.CALCULATION（16pointsfortotal）ASteampipewithanoutsideradiusof4cmiscoveredwithalayerofasbestos（石棉）insulation[λ=0.15W/(m.℃)]1cmthick,whichisinturncoveredwithfiberglass（玻璃纤维）insulation[λ=0.05W/(m.℃)]3cmthick.Theoutsidesurfaceofthesteampipeisatatemperatureof330℃,andtheoutsidesurfaceofthefiberglassinsulationisat30℃.Determine(1)theheattransferratepermeterlengthofthepipeand;(2)theinterfacetemperaturebetweentheasbestosandthefiberglassinsulation.中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期储运2004《工程热力学与传热学》期末试卷——B卷（闭卷）工程热力学部分五.判断对错（每题1分，共计5分）1气体膨胀时一定对外作功；（）2道尔顿定律只适用于理想气体，定律指出混合气体的总压力等于各组元分压力之和；（）3工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（）4当m公斤的河水与G公斤的沸水具有相同的热力学能时，它们的可用能一定相同；（）5水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W。（）六.问答题（共计18分）6将满足以下要求的理想气体多变过程表示在同一个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）工质又膨胀，又升温，又吸热的多变过程。（5分）7某热机工作在T1=2000K的高温热源和T2=300K的低温热源之T41235671’2‘0s再热循环T–s图T41235671’2‘0s再热循环T–s图有效辐射法有效辐射法间，问能否实现作功1200kJ，向低温热源放热800kJ？（4分）8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）9如图为蒸汽一次再热循环的T-s图，指出各相应过程的特点，并写出热效率的计算公式。（5分）七.计算题（共计30分）1如图有一汽缸和活塞组成的系统，汽缸壁和活塞均由绝热材料制成，活塞可在汽缸中无摩擦地自由移动。初始时活塞位于汽缸中间，A，B两部分理想气体的质量均为1kg，两边的压力、温度都相同,并有PA1=PB1=0.2MPa，tA1=tB1=20℃。现通过A腔气体内的一个加热线圈，对A腔气体缓慢加热，则活塞向右缓慢移动,直至PA2=PB2=0.4MPa时。试计算：（1）A，B腔内气体的终态容积,终态温度各是多少?（2）过程中供给A腔气体的热量是多少?（3）A，B腔内气体的熵变及整个气体组成的系统熵变是多少?设气体的比热容为定值，cp=1.01kJ/(kg.K)，cV=0.72kJ/(kg.K)（15分）2将1kmol理想气体在400K下从0.1MPa缓慢地定温压缩到1.0MPa，试计算下列三种情况下此过程气体的熵变，热源的熵变和总熵变。（1）过程无摩擦，热源温度为400K；（2）过程无摩擦，热源温度为300K；（3）过程有摩擦，比可逆压缩多消耗20%的功，热源温度为300K。（15分）传热学部分四.回答问题（共计21分）5一个具体导热问题的完整数学描述应包括哪些方面？写出直角坐标系，有内热源，常物性，非稳态三维导热的微分方程。（4分）6写出平直绝热边界节点温度的有限差分计算式。（2分）7流体强迫对流换热特征数关联式包括哪些准则，写出各准则的表达形式及物理意义。（6分）8以流体外掠平板时流动边界层为例，分析说明边界层内热量交换的特点。（5分）9如图，两表面组成一封闭系统，试确定角系数2,21,22,11,1,,XXXX的值。已知两表面面积A1，A2。（4分）ABQABQji,ji,11,ji1,jixywns绝热ji,ji,11,ji1,jixywns绝热A1A2A1A2五.计算题（共计26分）5用热电偶测量气罐中气体的温度。热电偶近似为球形，直径为0.2mm。热电偶的初始温度为20℃，与气体表面的传热系数为10W/(m2.K)。试计算插入气体中10s后，（1）热电偶的过余温度为初始过余温度的百分之几？（2）要使热电偶过余温度不大于初始过余温度的1%，至少需要多长时间？已知热电偶焊丝的λ=67W/(m.K)，ρ=7310kg/m3，c=228J/(kg.K)。（12分）6两块平行放置的平板表面发射率均为0.6，其板间距远小于板的宽度和高度，且两表面温度分别为t1=427℃，t2=27℃。试计算：（1）板1的自身辐射；（2）板1的投入辐射；（3）板1的反射辐射；（4）板1的有效辐射；（5）板1，2间的净辐射换热量。（14分）中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期储运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5分）1X；2√；3X；4X；5X。二.问答题（共计18分）1（5分）2（4分）p0vTsvp工质膨胀，升温，吸热过程p0vTTssvvpp工质膨胀，升温，吸热过程T0s.pTsv工质膨胀，升温，吸热过程T0s.ppTTssv