热工基础复习资料

第二章思考题：1.热量和热力学能有什么区别？有什么联系？答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式δq=du+pdv看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。3.膨胀功、推动功、轴功和技术功四者之间有何联系和区别？答：膨胀功（w）是工质体积变化产生的功，是基本功。推动功（pv）是工质在流动过程中所传递的功。膨胀功和推动功的代数和为技术功（tw）,它是工程上可以利用的功量。轴功（sw）是指从机器轴端输出的有用功，它等于技术功与流动工质的动、位能变化量的代数和，即212tswcgzw4.焓的物理意义是什么？焓（H),就是封闭系统中能做功的所有能量，即内能和热能的总和。内能就是宏观上不体现，但是微观上一个分子或原子的不规则运动，热能则是宏观上的运动（每个分子共有的）。焓的物理意义是体系中热力学能再附加上𝑃𝑣这部分能量的一种能量。练习题：2-2气体在某一过程中吸收的热量为50J，同时热力学能增加了84J，问此过程是膨胀过程还是压缩过程？做功量为多少？解：根据题意，有Q=50J，△U=84J由闭口系能量方程式，可得W=Q-△U=50-84=-34J＜0由此可见，此过程为压缩过程，外界对气体做功34J。2-6某蒸汽动力厂中锅炉以40T/h的蒸汽供入蒸汽轮机，进口压力表上读数是9MPa，蒸汽的焓是3441kJ/kg；蒸汽轮机出口真空表上的读数是0.0974MPa，出口蒸汽焓为2248kJ/kg。汽轮机对环境散热为6.81×105kJ/h。求：（1）进、出口蒸汽的绝对压力（当地大气压是101325Pa）；（2）不计进、出口动能差和位能差时汽轮机的功率；（3）进口处蒸汽为70m/s，出口速度为140m/s时对汽轮机的功率有多大影响？（4）蒸汽进、出口高度差是1.6m时对气轮机的功率又有多大影响？解:（1）（2）据稳流能量方程每小时功率（3）若计及进出口动能差，则即汽轮机功率将减少81.7kW（4）若计及位能差，则即汽轮机功率将增加0.174kW。2-11空气在某压气机中被压缩。压缩前空气的参数是P1=0.1MPa，V1=0.845m2/kg。压缩后的参数：P2=0.8MPa，V2=0.175𝑚3/kg。设在压缩过程中1kg空气的热力学能增加1460.5kJ，同时向外放出热量50kJ。压气机每分钟产生压缩空气10kg。试求：（1）压缩过程中对每千克空气做的功；（2）每生产1kg压缩空气所需的功（技术功）；（3）带动此压气机所用电动机的功率。、第三章3-4体积V=0.5𝑚3的密闭容器中装有27℃，0.6MPa的氧气，加热后温度升高到327℃。求加热量：（1）按比热容算术平均值计算；（2）按平均摩尔热容表计算；（3）按真实摩尔热容经验式计算；（4）按平均比热容直线关系式计算；（5）按气体热力性质表计算。解：（1）由低压时一些气体的质量热容表查得T1=27+273=300K时，∴由理想气体的状态方程式p1V1=mRgT1,求出m，附表中查出∴∴（2）∴由附表中查出t1=27℃时t2=327℃时因此（3）由附表中查出氧气的真实摩尔定压热容为（4）由附表中查得氧气(5)由附表中查得，对氧气时，时，∴3-5某种理想气体初态时1520kPap、310.1419mV，经放热膨胀过程，终态的2170kPap、320.2744mV，过程中焓值变化67.95kJH。已知该气体的比定压热容5.20kJkgKpc，且为定值，试求：（1）热力学能变化量U；（2）比定容热容Vc和气体常数gR。解：（1）由焓的定义式HUpV可得出22113367.95kJ170kPa0.2744m520kPa0.1419m40.81kJUHpVHpVpV（2）定值热容时VUmcT，pHmcT，所以5.20kJkgK3.123kJkgK67.95kJ40.81kJpVccHU5.203.1232.077gpVRcckJkgKkJkgKkJkgK3-62kg理想气体，定容下吸热量Qv=367.6kJ，同时输入搅拌功468.3kJ，该过程中气体的平均比热容为cp=1124J/(kg.K),cV=934J/(kg.K),已知初态温度为t1=280℃,求：(1)终态温度t2;(2)热力学能\焓、熵的变化量ΔU\ΔH、ΔS。3-11某理想气体在T-s图上的四种过程如图所示，试在p-v图上画出相应的四个过程，并对每个过程说明n的范围，吸热还是放热，膨胀过程还是压缩过程解：（1）、-∞𝑛10，压缩、放热；（2）、1𝑛2K，压缩、放热；（3）、0𝑛31，膨胀、吸热；（4）、1𝑛4K，膨胀、吸热。3-14试证明：理想气体在T-S图上的任意两条定容线之间的水平距离相等，即证明23143-14证明：根据理想气体熵变的计算公式有：232332lnlnvvRTTcSgv141441lnlnvvRTTcSgv因为23TT，14TT所以2332lnvvRSg，1441lnvvRSg又43vv，12vv4132SS即2314。第四章4-1设有一由两个定温过程和两个定压过程组成的热力循环，如图5-34所示。工质加热前的状态为110.1,300pMPaTK，定压加热到21000TK，再在定温下每千克工质加热400KJ。试分别计算不采用回热和采用极限回热循环的热效率，并比较它们的大小。工质的比热容1.004/()pcKJkgKg。解：（1）不回热时（2）采用极限回热时，1-2过程所需热量由3-4过程供给，所以或☆4-4某热机工作于T1＝2000K，T2＝300K的两个恒温热源之间。试问下列几种情况能否实现，是否是可逆循环？1）Q1＝1kJ，W0＝0.9kJ；2）Q1＝2kJ，Q2＝0.3kJ；3）Q2＝0.5kJ，W0＝1.5kJ。解：在T1、T2间工作的可逆循环的效率最高，等于卡诺循环效率。TTQWCC（1）Q1＝1kJ，𝑊0＝0.9kJ；𝑄2＝Q1－𝑊0＝0.1KJ不可能实现（2）Q1＝2KJ，𝑄2＝0.3KJ；𝑊0＝Q1－𝑄2＝1.7KJQW可能实现，可逆循环（3）𝑊0＝1.5KJ，𝑄2＝0.5KJ；Q1＝𝑊0+𝑄2＝2KJQW可以实现，不可逆循环☆4-5有人设计了一台热机，工质分别从温度为12800,500TKTK的两个高温热源吸热11500QKJ和2500QKJ，以0300TK的环境为冷源，放热3Q，问：（1）如要求热机作出的循环净功1000netWKJ，该循环能否实现？（2）最大循环净功netW为多少？解：已知11500QKJ，2500QKJ，1000netWKJ放热所以可以实现。（2）最大循环净功只有在可逆循环时才能获得，即ct,10t9.0QW第七章7-4活塞式内燃机定容加热理想循环参数𝑡1=35℃，𝑝1=0.1MPa，压缩比ε=10，加热量𝑞1=650kJ/kg。假设工质为比定容热容空气，𝑐𝑣=0.718kJ/（kg·K）。试求：各点状态、循环功和循环热效率。暂未找到参考答案！！！第十章☆10-2炉墙由一层耐火砖和一层红砖构成，厚度都为250mm，热导率分别为0.6W/(mK)和0.4W/(mK)，炉墙内外壁面温度分别维持700C和80C不变。（1）试求通过炉墙的热流密度；（2）如果用热导率为0.076W/(mK)的珍珠岩混凝土保温层代替红砖层并保持通过炉墙的热流密度及其它条件不变，试确定该保温层的厚度。解：多层平壁的导热量计算:122121270080595.2W/m0.2500.2500.60.4wwttq＝＋＋又122212170080595.20.2500.60.076wwttq＝+＋得到：247.5mm10-6热电厂有一外径为100mm的过热蒸汽管道（钢管），用热导率为04.0W/(mK)的玻璃绵保温。已知钢管外壁面温度为400C，要求保温层外壁面温度不超过50C，并且每米长管道的散热损失要小于160W，试确定保温层的厚度。解：圆筒壁的稳态导热：1601.0ln04.02150400ln2121221dddttqww＝解得2173.3mmd保温层厚度为2136.65mm2dd10-9有一个直径为d=20mm，长度为l=30mm的细长金属圆杆，杆材料的热导率λ=398W/(m·K)；圆杆两端分别与温度为𝑡1=200℃和𝑡2=100℃的表面紧密接触.杆的侧面与周围流体进行对流换热，表面传热系数为h=20W/(𝑚2·K)，流体的温度为𝑡𝑓=20℃，而𝑡𝑓𝑡1且𝑡𝑓𝑡2。试求每小时金属杆与周围流体间的对流换热量。解：边界条件：1,0ttx2,ttlx换热方程：dtthxdttxhdff)(441)(2•dtthdxtdf)(422•对上面的计算公式进行积分计算，可以得到：mlmlmxmxxlmxlmeeeeee)()(2)()(1其中：dhm4有：)(21)()(2132210dhmAdxddxdAlxx代入计算即可得解。第十一章☆例11.1温度为30℃的空气以0.5m/s的速度平行掠过长250mm、温度为50℃的平板，试求出平板末端流动边界层和热边界层的厚度及空气和水与单位宽度平板的换热量。解：无论对空气还是水，边界层的平均温度都为（1）对于空气，40℃时物性参数为v=16.96x10-6m2/s,λ=2.76x102W/（m·K）Pr=0.699,在离平板前沿250mm处，雷诺数为边界层为层流。流动边界层的厚度为:热边界层的厚度为:可见，空气的热边界层比流动边界层略厚。整个平板的平均表面传热系数:1m宽平板与空气的换热量为:同理可得到水的。具体参见课本P207例11.1、☆例11.2一根外径d=100mm的水管横置在高温烟道中，已知水管外壁面温度𝑡𝑤=80℃,烟气的温度𝑡𝑓=500℃,烟气的流速u=10m/s，单位长度水管的换热量∅𝑙Cttt4021wmmmmx14014.01037.7m25.00.5Re0.55.032/1mmt78.15026.1/699.0mm14026.1/Pr3/13/16.50699.01037.7664.0PrRe664.03/12/133/12/1Nu)/(6.56.50m25.0K)W/(m1076.222KmWNulhttAhwW28K3050K)W/(m6.5m25.0m123261037.7/sm1096.16m25.0m/s5.0ulRe＝1.5×104W/m。假设烟气的各物性参数分别为常数。若将烟气的速度降低为u'=5m/s，同时水管的外径增加为d'=200mm，并维持𝑡𝑤、𝑡𝑓不变，这时单位长度的换热量为多少？解：管外烟气侧强迫对流换热特征数关联式的形式为：根据题意于是得：直接由特征数关联式可得：即由此可得：由牛顿冷却公式可得：整理编辑：明德学校李2018.01.07Pr)(Re,fNuReeRvudvduNuuNhddh2hddhhPrrP,,2,2vvddu