熱工基礎答案參考資料

1、第一章平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別？熱力學中為什幺要引入平衡態(tài)的概念？答：平衡狀態(tài)是在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時間而變化的狀態(tài)。而穩(wěn)定狀態(tài)則是不論有無外界影響，系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時間而變化的狀態(tài)?？梢娖胶獗胤€(wěn)定，而穩(wěn)定未必平衡。熱力學中引入平衡態(tài)的概念，是為了能對系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)用狀態(tài)參數(shù)來進行描述。表壓力或真空度能否作為狀態(tài)參數(shù)進行熱力計算？若工質(zhì)的壓力不變，問測量其壓力的壓力表或真空計的讀數(shù)是否可能變化？答：不能，因為表壓力或真空度只是一個相對壓力。若工質(zhì)的壓力不變，測量其壓力的壓力 表或真空計的讀數(shù)可能變化，因為測量所處的環(huán)境壓力可能發(fā)生變化。當真空表指示數(shù)值愈大時，表明被測

2、對象的實際壓力愈大還是愈?。?答：真空表指示數(shù)值愈大時，表明被測對象的實際壓力愈小。準平衡過程與可逆過程有何區(qū)別？答：無耗散的準平衡過程才是可逆過程，所以可逆過程一定是準平衡過程，而準平衡過程不一定是可逆過程。 準平衡過程只注重的是系統(tǒng)內(nèi)部而可逆過程是內(nèi)外兼顧！不可逆過程是無法回復到初態(tài)的過程，這種說法是否正確？答：不正確。不可逆過程是指不論用任何曲折復雜的方法都不能在外界不遺留任何變化的情 況下使系統(tǒng)回復到初態(tài)， 并不是不能回復到初態(tài)。引起其他變化時是可以回到初態(tài)的！沒有盛滿水的熱水瓶，其瓶塞有時被自動頂開，有時被自動吸緊，這是什幺原因?答：水溫較高時，水對熱水瓶中的空氣進行加熱，空氣壓力升

3、高，大于環(huán)境壓力，瓶塞被自動頂開。而水溫較低時，熱水瓶中的空氣受冷， 壓力降低，小于環(huán)境壓力，瓶塞被自動吸緊。大氣壓力改變，熱水能量散失，導致內(nèi)部壓力改變，壓力平衡打破用U形管壓力表測定工質(zhì)的壓力時，壓力表液柱直徑的大小對讀數(shù)有無影響？答：嚴格說來，是有影響的，因為U型管越粗，就有越多的被測工質(zhì)進入U型管中，這部分工質(zhì)越多，它對讀數(shù)的準確性影響越大。習題1-1 解：Pb =755 133.3 10“ =1.006bar =100.6kPap 二 Pb Pg =100.6 13600= 13700.6kPapg = p - pb = 2.5 -1.006 二 1.494bar = 149.4kP

4、aP 二 pb 一 pv 二 755 - 700 二 55mmHg 二 7.3315kPa1.3 解:5 = pb Pa = 0.97 1.10 = 2.07barP2 = Pi - Pb = 2.07 -1.05 二 0.32barPc = pb - p2 = 0.97 - 0.32 = 0.65bar1.6解：改過程系統(tǒng)對外作的功為1.30.50.5 P1VW 二 PdVdV 二b3 b3 v1.31.3P1V1一 0.3府3二 85.25kJ絕熱剛性容器，中間用隔板分為兩部分，左邊盛有空氣，右邊為真空，抽掉隔板，空氣將充滿整個容器。問： 空氣的熱力學能如何變化？ 空氣是否作出了功？ 能否

5、在坐標圖上表示此過程？為什么？答：（1 ）空氣向真空的絕熱自由膨脹過程的熱力學能不變。（2）空氣對外不做功。錯，比如多變過程，當 n大于1小于k時，可實現(xiàn)對工質(zhì)加熱，其溫度反而降低。“任何沒有體積變化的過程就一定不對外作功”的說法是否正確？答：不正確，因為外功的含義很廣， 比如電磁功、表面張力功等等，如果只考慮體積功的話, 那么沒有體積變化的過程就一定不對外作功。圖2-6思考題4附圖試比較圖2-6所示的過程1-2與過程1-a-2中下列各量的大?。?Wi2與倔； U12與.）Uia2；Ql2 與 Q1a2答：（1）Wia2 大。（2）一樣大。（3）Q1a2 大。說明下列各式的應用條件：閉口系的一

6、切過程 q = u 亠 I pdv閉口系統(tǒng)的準靜態(tài)過程 q -（P2V2 -叭）開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動過程，并且軸功為零 q - up(v2 _vj開口系統(tǒng)的穩(wěn)定定壓流動過程，并且軸功為零；或者閉口系統(tǒng)的定壓過程。膨脹功、軸功、技術功、流動功之間有何區(qū)別與聯(lián)系？流動功的大小與過程特性有無關系？答：膨脹功是系統(tǒng)由于體積變化對外所作的功;軸功是指工質(zhì)流經(jīng)熱力設備（開口系統(tǒng)）時,輸出，所以工程熱力設備與外界交換的機械功，由于這個機械工通常是通過轉(zhuǎn)動的軸輸入、上習慣成為軸功；而技術功不僅包括軸功，還包括工質(zhì)在流動過程中機械能（宏觀動能和勢能）的變化；流動功又稱為推進功，1kg工質(zhì)的流動功等于其壓力和比容的

7、乘積，它是工質(zhì)在流動中向前方傳遞的功， 只有在工質(zhì)的流動過程中才出現(xiàn)。對于有工質(zhì)組成的簡單可壓縮系統(tǒng)，工質(zhì)在穩(wěn)定流動過程中所作的膨脹功包括三部分，一部分消耗于維持工質(zhì)進出開口系統(tǒng)時的流動功的代數(shù)和，一部分用于增加工質(zhì)的宏觀動能和勢能，最后一部分是作為熱力設備的軸功。對于穩(wěn)定流動，工質(zhì)的技術功等于膨脹功與流動功差值的代數(shù)和。如果工質(zhì)進、 出熱力設備的宏觀動能和勢能變化很小，可忽略不計，則技術功等于軸功。習題2-1 解：W二Q - AU =50 -80二-30kJ ，所以是壓縮過程2.4解：狀態(tài)b和狀態(tài)a之間的內(nèi)能之差為:Uab 二Ub - Ua 二 Q -W =100一40 =60kJ所以，a-

8、d-b過程中工質(zhì)與外界交換的熱量為：Qa 衛(wèi)二 AUab W = 60 20 = 80kJ工質(zhì)沿曲線從b返回初態(tài)a時，工質(zhì)與外界交換的熱量為：Qb a = U a - U b W = - AU ab W = -60 30 = -90kJ根據(jù)題中給定的a點內(nèi)能值，可知b點的內(nèi)能值為60kJ，所以有：.Uad 二 Ub -Ud =60 -40 = 20kJ由于d-b過程為定容過程，系統(tǒng)不對外作功，所以d-b過程與外界交換的熱量為：Qd_b =5二 Udb =2kJ所以a-d-b過程系統(tǒng)對外作的功也就是a-d過程系統(tǒng)對外作的功，故a-d過程系統(tǒng)與外界交換的熱量為：Qaq 二Ud -Ua Was 二

9、Uad 一 W,丄=40 (一20) = 60kJ2.8解：壓縮過程中每千克空氣所作的壓縮功為：w = q - Au = -50 -146.5 二-196.5kJ / kg忽略氣體進出口宏觀動能和勢能的變化，則有軸功等于技術功，所以生產(chǎn)每kg壓縮空氣所需的軸功為：Ws=q-Ahi - -50-146.5-(0.8 0.175-0.1 0.845) 103 - -252kJ/kg定義式h=u+pv所以帶動此壓氣機所需的功率至少為:p 一 - ws10 二 42kW60第三章理想氣體的Cp和Cv之差及Cp和Cv之比是否在任何溫度下都等于一個常數(shù)？答：理想氣體的Cp和Cv之差在任何溫度下都等于一個常

10、數(shù)，而Cp和Cv之比不是。如果比熱容是溫度t的單調(diào)增函數(shù)，當t2t1時，平均比熱容c|0、C|o、C|：2中哪一個最大？哪一個最?。看穑河蒀|0、C|；2、c|；的定義可知tlt I cdtc0-c(t )，其中 0 :：:：: titit2t cdtC 0 = = C(t 9，其中 0 t2t2f cdtC： = / t =C(tJ，其中 ti l c|0，又因為t2cti =故可知c I；2最大，t20七2 _ C 0 tit2 tit2t2(Cti比t2= (cti c0)ti 0= c： .c又因為：t2tiJi戈t2ti ti 0 Cdt-t20Cdt (tit2)(cdt+ti(i

11、 CdtC0C0= tt = ttMl2Ml2tit2t?I ti(ti 一t2)tiC +(t2 tJtiCt住2 tJtHCx C)= 0tit2tit2所以c |0最小。2.如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式遵循pv =RgT，這種物質(zhì)的比熱容一定是常數(shù)嗎？這種物質(zhì)的比熱容僅是溫度的函數(shù)嗎?答：不一定，比如理想氣體遵循此方程，但是比熱容不是常數(shù)，是溫度的單值函數(shù)。這種物 質(zhì)的比熱容不一定僅是溫度的函數(shù)。由比熱容的定義，并考慮到工質(zhì)的物態(tài)方程可得到：尸匹/(加+心=也業(yè)+業(yè)“業(yè)+ p業(yè)業(yè)+只dT dTdT dT dT dT dT 9由此可以看出，如果工質(zhì)的內(nèi)能不僅僅是溫度的函數(shù)時，則此工質(zhì)的比熱容也

12、就不僅僅是溫 度的函數(shù)了。2.在u-v圖上畫出定比熱容理想氣體的可逆定容加熱過程、可逆定壓加熱過程、可逆定 溫加熱過程和可逆絕熱膨脹過程。答：圖中曲線1為可逆定容加熱過程；2為可逆定壓加熱過程；3為可逆定溫加熱過程；4 為可逆絕熱膨脹過程。 因為可逆定容加熱過程容積 v不變，過程中系統(tǒng)內(nèi)能增加， 所以為曲 線1,從下向上?？赡娑▔杭訜徇^程有：du = Tc-P dv = P-1 dv= C|dv=u = gvc2丿 JR 丿152和c2為常數(shù)，且考慮到v = 0時，u =0,所以c2 =0u =C|V所以此過程為過原點的射線 2，且向上。理想氣體的可逆定溫加熱過程有：7二q_w=0二 q=w

13、0氣體對外做功，體積增 力口，所以為曲線3，從左到右?？赡娼^熱膨脹過程有:du - -pdv 二C|、c2為常數(shù)C1kdv 二c11k -1 vkJC2所以為圖中的雙曲線 4,且方向朝右（膨脹過程）將滿足空氣下列要求的多變過程表示在p-v圖T-s圖上 空氣升壓，升溫，又放熱； 空氣膨脹，升溫，又放熱；（此過程不可能）n =1.6的膨脹過程，并判斷 q、w、厶u的正負;n =1.3的壓縮過程，判斷 q、w、厶u的正負。答:n=0n=11nkAn=1n= 8n=kn= 8n=k1nk(1 )空氣升溫、升壓、又放熱有：q 二 5 RT2 -：0,且T2I n -1 丿所以：cV ： 1 ： n ：

14、kn 1此多變過程如圖所示，在 p v圖上，此過程為沿著幾條曲線的交點A向上，即沿壓力和溫度增加的方向；在T-s圖上此過程為沿著幾條曲線的交點A向上。(2 )空氣膨脹，升溫，又放熱有：q = CV! T2 _T1 ： 0,且 T2T1I n -1丿所以：cv ： R = 1 ： n ： kn T此多變過程如圖所示，然而要想是過程同時滿足膨脹過程是不可能的。n=1n =1.6的膨脹過程，在p v圖上，膨脹過程體積增大，過程從幾條曲線的交點A向下；在T s圖上，過程從幾條曲線的交點A向下。此過程為放熱，對外做功，內(nèi)能減少。Tvsn =1.3的壓縮過程，在p v圖上，壓縮過程體積減小，過程從幾條曲線

15、的交點A向上；在T s圖上，過程從幾條曲線的交點 A向上。此過程為放熱，外界對空氣做功，內(nèi)能 增加。在T -S圖上，如何將理想氣體任意兩狀態(tài)間的熱力學能和焓的變化表示出來。答：理想氣體的內(nèi)能和焓都是溫度的單值函數(shù)，因此在 T - s圖上，定內(nèi)能和定焓線為一條 平行于T軸的直線，只要知道初態(tài)和終態(tài)的溫度，分別在 T - S圖上找到對應溫度下的定內(nèi) 能和定焓直線，就可以確定內(nèi)能和焓的變化值。凡質(zhì)量分數(shù)較大的組元氣體，其摩爾分數(shù)是否也一定較大？試舉例說明之。 答：根據(jù)質(zhì)量分數(shù)和摩爾分數(shù)的關系，有：Xi從上式可以看出，對成分一定的混合氣體，分母為常數(shù)，因此摩爾分數(shù)取決于其質(zhì)量分數(shù)和摩爾質(zhì)量的比值，對于

16、質(zhì)量分數(shù)較大的組元， 如果摩爾質(zhì)量也很大， 那么它的摩爾分數(shù)可能 并不大。理想混合氣體的比熱力學能是否是溫度的單值函數(shù)？其Cp - q是否仍遵循邁耶公式？答：不是。因為理想混合氣體的比熱力學能為：Um =xi Umii其中Xi是摩爾組分，而 Ui是溫度的單值函數(shù)，所以理想混合氣體的比熱力學能不僅是溫度的函數(shù)，還是成分的函數(shù)，或者說對于成分固定的混合理想氣體，其內(nèi)能僅是溫度的單值函數(shù)。其Cp -Cv仍遵循邁耶公式，因為：p,m_ Cv,m(XiC p,mii有人認為由理想氣體組成的封閉系統(tǒng)吸熱后，其溫度必定增加，這是否完全正確？你認為哪一種狀態(tài)參數(shù)必定增加？答：不正確，因為對于成分固定的混合理想

17、氣體，其內(nèi)能是僅是溫度的單值函數(shù)，如果在過程中吸熱的同時對外作正功，當作的正功大于吸熱量，其內(nèi)能必然減少，溫度必然降低。只有熵值必定增加，因為根據(jù)克勞休斯不等式有：dQds -dT其中等號適用于可逆過程，不等號適用于不可逆過程，對于不可逆過程，T為熱源的溫度，由于溫度T恒大于零，所以當過程為吸熱過程（ dQ 0 ）時，系統(tǒng)的熵必然增加。圖3- 17所示的管段，在什么情況下適合作噴管？在什么情況下適合作擴壓管?4圖3-17思考題11附圖答：當Ma : 1時，要想使氣流的速度增加，要求噴管的截面積沿氣流方向逐漸減小，即漸縮噴管；而當Ma 1時，要想使氣流的速度增加， 要求噴管的截面積沿氣流方向逐漸

18、增加， 即漸擴噴；而對于先縮后擴的縮放噴管（也稱拉戈爾噴管），在最小截面處氣流的流速恰好等于當?shù)芈曀?。所以對于亞聲速氣流，漸縮管適用于做噴管，漸擴管適用于做擴壓管， 縮放管適用于做噴管；對于超聲速氣流，漸縮管適用于做擴壓管，漸擴管適用于做噴管。習 題3.1解：設定熵壓縮過程的終態(tài)參數(shù)為P2、丁2和S2，而定溫壓縮過程的終態(tài)參數(shù)為P2、T2和S2,根據(jù)給定的條件可知:P2 = P2； T2 = T1又因為兩個終態(tài)的熵差為S，固有:：S =S2 S2 二 mcplnE 一 mRg ln 上二 Mcpln 匸T2P2T2所以有:AST2exp(-mcp)對于定熵壓縮過程有:1上 kP1 T1=1 _

19、kkP2T2kP2十沖)1上T2所以:=Pi exp(1 -k)mcp-P1exp-Sp1expS)mRmRg3.2解：設氣體的初態(tài)參數(shù)為 V和m1，閥門開啟時氣體的參數(shù)為p2、V2、T2和m2 ,閥門重新關閉時氣體的參數(shù)為p3、V3、T3和m3，考慮到剛性容器有：y =v2 =v3，且m1 = m2。o 7R= 293366.25 K77 105 0.0270.225kg 287 293當閥門開啟時，貯氣筒內(nèi)壓力達到8.75 105 Pa,所以此時筒內(nèi)溫度和氣體質(zhì)量分別為:T2 寸 P2P1P1V1g = m2RgT1閥門重新關閉時，筒內(nèi)氣體壓力降為58.4 10 Pa,且筒內(nèi)空氣溫度在排氣

20、過程中保持不變，所以此時筒內(nèi)氣體質(zhì)量為：P3V3m3-RgT3P3V3 8.4 105 0.027U0.216kgRgT2 287 366.25所以，因加熱失掉的空氣質(zhì)量為：m 二 m 2 - m3 二 0.225 - 0.216 二 0.009kg3.4解：由于Ar可看作理想氣體，理想氣體的內(nèi)能時溫度的單值函數(shù)，過程中內(nèi)能不變, 故終溫T2 = 600K，由狀態(tài)方程可求出終壓為：P2 町；七。105 - = 2。105paV1V2熵的變化為:2 dTP1込” -叭叱=-5 208 忖EkJ/K3.7解： 定溫：T1二T2 = 303K，由理想氣體的狀態(tài)方程可得到初終態(tài)的體積:P1P26 28

21、7 303 = 1.73922m30.3 1066 287 30 5.21766m30.1 106所以氣體對外所作的功和吸收的熱量分別為:W = pdv rmRgh I287 303 In 5.21766 = 573.22k也v1.73922ViQ = _w 二-573.22kJ定熵：相當于可逆絕熱過程，氣體對外所作的功和熱量分別為:,k- 匕 一一k/ P2PM1 -（竺）k k -1P1316 0.287 103 303 1 - （?）1.41.411.41.4 =351kJ技術功終溫為：kC彳1.4T2 訂（P2）k = 303 （0.1） 1.4 = 221.41KP10.3Q = 0

22、n=1.2 :為多方過程，根據(jù)過程方程可得到氣體的終溫為:nT2訂1（也廠氣體對外所作的功和熱量分別為:P10 1 0 2/1 2=303 （亦）.=252.3KW 二 mRM1_（P）n：6 287 3031一（）1.2 =436.5kJ1.2-13n -1P1nk1214Q 二moATz-TJ6 0.717 （252.3 -303）218.11kJ HYPERLINK l bookmark92 o Current Document n T1.2 T第四章1.循環(huán)的熱效率公式t =1-三和T1有何區(qū)別？各適用什么場合?答：前式適用于各種可逆和不可逆的循環(huán)，后式只適用于可逆的卡諾循環(huán)。循環(huán)輸出

23、凈功愈大， 則熱效率愈高；可逆循環(huán)的熱效率都相等； 不可逆循環(huán)的熱效率一 定小于可逆循環(huán)的熱效率，這些說法是否正確？為什么？答：不正確，熱效率為輸出凈功和吸熱量的比，因此在相同吸熱量的條件下，循環(huán)輸出的出凈功愈大，則熱效率愈高。不是所有的可逆循環(huán)的熱效率都相等，必須保證相同的條件下。在相同的初態(tài)和終態(tài)下，不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率。熱力學第二定律可否表述為機械能可以全部變?yōu)闊崮?，而熱能不可能全部變?yōu)闄C械 能”？答：不對， 必須保證過程結束后對系統(tǒng)和外界沒有造成任何影響這一條件。否則熱能可以全部變?yōu)闄C械能，比如理想氣體的定溫膨脹過程，系統(tǒng)把從外界吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為機械能，外界雖

24、然沒有任何任何變化，但是系統(tǒng)的體積發(fā)生改變了。下列說法是否正確？為什么？熵增大的過程為不可逆過程；不可逆過程的熵變S無法計算；若工質(zhì)從某一初態(tài)經(jīng)可逆與不可逆途徑到達同一終態(tài)，則不可逆途徑的S必大于可逆途徑的 S ；(工質(zhì)經(jīng)歷不可逆循環(huán)后S 0 ；自然界的過程都是朝著熵增的方向進行的，因此熵減小的過程不可能實現(xiàn)；工質(zhì)被加熱熵一定增大，工質(zhì)放熱熵一定減小。答：(1)不正確，只有孤立系統(tǒng)才可以這樣說；不正確，S為狀態(tài)參數(shù)，和過程無關，知道初態(tài)和終態(tài)就可以計算；不對，S為狀態(tài)參數(shù)，和過程無關， S相等；不對，工質(zhì)經(jīng)歷可逆和不可逆循環(huán)后都回到初態(tài)，所以熵變?yōu)榱?。不對，比如系統(tǒng)的理想氣體的可逆定溫壓縮過程

25、，系統(tǒng)對外放熱，熵減小。工質(zhì)被加熱熵一定增大，但是系統(tǒng)放熱，熵不一定減小。如果是可逆過程，熵才一定減小。若工質(zhì)從同一初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)歷可逆絕熱過程與不可逆絕熱過程膨脹到相同的終壓力，兩過程終態(tài)的熵哪個大？對外作的功哪個大？試用坐標圖進行分析答：不可逆過程熵大，可逆過程作功大如果工質(zhì)從同一初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)歷可逆定壓過程與不可逆定壓過程，從同一熱源吸收了相同的熱量，工質(zhì)終態(tài)的熵是否相同？為什么？答： 不相同，因為二者對外所作的功不同，而它們從同一熱源吸收了相同的熱量，所以最終二者內(nèi)能的變化不同， 故此二者的終態(tài)不同，由于熵是狀態(tài)參數(shù)， 它們從同一初態(tài)出發(fā)，故終態(tài)的熵不同。工質(zhì)由初態(tài)經(jīng)過一不可逆絕熱

26、過程膨脹到終態(tài)，問能否通過一個絕熱過程使工質(zhì)回到初態(tài)？答：不能，工質(zhì)由初態(tài)經(jīng)過一不可逆絕熱過程膨脹到終態(tài)，其熵增加，要想使其回到初態(tài),過程的熵必須減少，而絕熱過程是不能使其熵減少的，故不能通過一個絕熱過程使其回到初態(tài)。系統(tǒng)在某過程中從熱源吸熱 20 kJ,對外作功25 kJ,請問能否通過可逆絕過程使系統(tǒng)回 到初態(tài)？為什么？能否通過不可逆絕熱過程使系統(tǒng)回到初態(tài)？答：根據(jù)克勞休斯不等式，我們知道系統(tǒng)在過程中的熵變滿足：20(kJ)T(K)0即:系統(tǒng)的熵增加， 要想使系統(tǒng)回到初態(tài)，新的過程必須使系統(tǒng)熵減少，而可逆絕熱過程 熵不變，不可逆絕熱過程熵增加，因而不可能通過一個可逆過程或者一個不可逆過程使系

27、 統(tǒng)回到初態(tài)。閉口系統(tǒng)經(jīng)歷了一不可逆過程對外作功10 kJ，同時放出熱量5 kJ，問系統(tǒng)的熵變是正、是負還是不能確定？答：熵是狀態(tài)參數(shù)，功和熱量都是過程量，所以不能確定系統(tǒng)的熵變。習題4.1解：由熱量守恒Q2 二 Qi - W = 1000 - 450 二 550J由克勞休斯不等式：Q1 Q21000 550120.0185 J K 0T1T2540300它的設計是不合理的4.3 解：熱效率為T1150-10423= 33.1%吸熱W 2.7Qi8.16kJ33.1%放熱Q2 -Q1 -W =8.16-2.7 =5.46kJ性能系數(shù)丄=150 273 七.02Ti J150-10Q1 = W

28、i = Q1 - Q2 ；= Q1 - 4.5 3.02得到Q1 =6.73kJ s所以W g -Q2 =6.73-4.5 = 2.23kJ s第五章熱水泵必須安裝在熱水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安裝在熱水容器上面，為什么？答：保證其壓力。鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣在定溫過程中是否滿足q二w的關系？為什么？答：不對，因為水蒸氣不能看作是理想氣體，其內(nèi)能不僅是溫度的函數(shù)，還是壓力的函數(shù)，故此定溫過程內(nèi)能是改變的，U不等于0。有無0C或低于0 C的蒸汽存在？有無低于 0 C的水存在？為什么？答：有0C或低于0c的蒸汽存在，只要壓力足夠低就可能，但是沒有低于0C的水存在，因為水的三相點溫度為0.0

29、1 c，低于三相點溫度，只可能是固態(tài)或是氣態(tài)。25MPa的水，是否也象1MPa的水那樣經(jīng)歷汽化過程？為什么？答：不可以，因為水的臨界點壓力為22.12 MPa，故此，當壓力高于臨界壓力時，它的汽化不經(jīng)過氣液兩相區(qū)，而是由液相連續(xù)的到達氣相。dh二CpdT適用于任何工質(zhì)的定壓過程。水蒸氣定壓汽化過程中dT = 0，由此得出結論，水定壓汽化時 dh = cpdT =0，此結論是否正確？為什么？答：不正確，因為定壓汽化過程中發(fā)生了相變，上式只適用于不發(fā)生相變的過程。St = g 0$ =9.757kJ/K思考題試畫出簡單蒸汽動力裝置的系統(tǒng)圖、簡單蒸汽動力循環(huán)的P-V圖與T-s圖。既然利用抽氣回熱可以

30、提高蒸汽動力裝置循環(huán)的熱效率，能否將全部蒸汽抽出來用于回熱？為什么回熱能提高熱效率？答：采用回熱措施，雖然對每kg蒸汽來說做功量減少，但抽汽在凝結時所放出的潛熱卻全部得到的利用，進入鍋爐給水溫度提高了，使每kg工質(zhì)在鍋爐中吸收的熱量大為減少，因此，提高了循環(huán)效率。但抽汽量不是越多越好，是根據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒的原則確定的。蒸汽動力裝置循環(huán)熱效率不高的原因是冷凝器放熱損失太大，如取消冷凝器而用壓縮機將乏氣直接升壓送回鍋爐是否可以？答：乏氣如果是水汽混合的， 則不能進行壓縮。如果全部是氣體進行壓縮，則體積流量太大，需要采用大尺寸的機器設備，是不利的?？ㄖZ循環(huán)優(yōu)于相同溫度范圍的其它循環(huán)，為什么蒸汽動

31、力循環(huán)不采用卡諾循環(huán)？答：與郎肯循環(huán)相同溫限的卡諾循環(huán)，吸熱過程將在氣態(tài)下進行，事實證明氣態(tài)物質(zhì)實現(xiàn)定溫過程是十分困難的，所以過熱蒸汽卡諾循環(huán)至今沒有被采用。那么，能否利用飽和區(qū)定溫定壓的特性形成飽和區(qū)的卡諾循環(huán)，從原理上看是可能的，但是實施起來，有兩個關鍵問題，一是，汽輪機出口位于飽和區(qū)干度不高處，濕度太大使得高速運轉(zhuǎn)的汽輪機不能安全運行， 同時不可逆損失增大，其二，這樣的卡諾循環(huán)，壓縮過程將在濕蒸汽區(qū)進行，氣液混和工質(zhì) 的壓縮會給泵的設計和制造帶來難以克服的困難，因此迄今蒸汽動力循環(huán)未采用卡諾循環(huán)。如果柴油機在使用過程中，噴油嘴保養(yǎng)不好，致使燃油霧化不良， 燃燒延遲，問此時柴油機的經(jīng)濟性如

32、何？答：燃燒延遲，沒有充分膨脹便開始排氣，這將使熱效率顯著降低，且排氣冒黑煙，這是很 不好的。今有兩個內(nèi)燃機的混合加熱循環(huán)，它們的壓縮比、初態(tài)、總的加熱量相同，但兩者的定容升壓比入不同，（1）請在p-v圖與T-s圖上表示出這兩個循環(huán)的相對位置；（2）利用T-s圖定性地比較這兩個循環(huán)的熱效率。燃氣輪機裝置循環(huán)與內(nèi)燃機循環(huán)相比有何優(yōu)點？為什么前者的熱效率低于后者？答：燃氣輪機與內(nèi)燃機相比， 沒有往復運動機構，可以采用很高的轉(zhuǎn)速， 并且可以連續(xù)進氣， 因而可以制成大功率的動力裝置。但要保持燃氣輪機長期安全運行， 必須限制燃氣進燃氣輪 機時的最高溫度，目前為 700 800 C，所以效率比較低。試述動

33、力循環(huán)的共同特點。答：有工質(zhì)在高溫熱源吸熱，在低溫熱源放熱，并對外輸出功。習題6-1某朗肯循環(huán)新蒸汽的參數(shù)為Pi=4MPa、ti=400 C，乏氣的壓力P2=4kPa,忽略泵功，試計算此循環(huán)的循環(huán)凈功、加熱量、熱效率及乏氣的干度X。如果ti=550 C呢？解： 1 點：Pi=4MPa, ti=400 C查表得：hi=32i5.7i kJ/kg, si=6.773kJ/(kg.K)2 點：S2=si=6.773kJ/(kg.K), P2=4KPa查表得：h2=2040.13kJ/kg, x =0.7893(4)點：由 P3=P2=4KPa查表得：h3=121.29kJ/kg吸熱量：qi=hi-h

34、3=3215.71 121.29=3094.42 kJ/kg凈功量：Wnet=hi-h2=3215.71 2040.13=1175.58kJ/kgWnet 1175.58熱效率：=net =37.99%q13094.42干度：x=0.7891 點：由 Pi=4MPa, ti=550 C查表得：hi=3558.58kJ/kg, si=7.233kJ/(kg.K)2 點：由 S2=Si=7.233kJ/(kg.K), P2=4kPa查表得：h2=2179.11kJ/kg, x=0.8463(4)點：由 P3=4kPa,查表得：h3=121.29kJ/kg吸熱量：qi=hi h3=3558.58 1

35、21.29=3437.29kJ/kg凈功量：wnet= hi h2=3558.58-2179.11=1379.47 kJ/kg,* wnet 1379.47熱效率：=空=40.13%q13437.29干度：x=0.8466-2某蒸汽動力裝置，氣輪機入口蒸汽的參數(shù)為Pi=13MPa,ti=535 C,在氣輪機內(nèi)膨脹做功至干飽和蒸汽后被送入再熱器，在定壓下重新加熱到535 C,再進入氣輪機后半部繼續(xù)膨脹至乏氣壓力7kPa,如蒸汽流量為200t/h,忽略泵功，計算氣輪機的軸功、循環(huán)效率及乏氣干度x。設煤的發(fā)熱量為 2 104kJ/kg,求理論煤耗量。解： 1 點：由 Pi=13MPa, ti=535

36、 C 得：hi=3430.18 kJ/kg, si=6.559 kJ/( kg.K)5 點：由 S5=si=6.559kJ/(kg.K),得：P5=1.082MPa , h5=2779.07kJ/kg點：由 rf=P5, t/=t5 =535C 得：0 = 3553.50kJ /kg, = 7.822kJ /(kg.K)點：由 S2 二 q , P2=7KPa 得：h2=2430.67kJ/kg, X2=0.9413(4)點：由 P3=P2 得：h3=163.38kJ/kg吸熱量：q = 0 _h3n-h5 二 3430.18-163.383553.50-2779.07= 4041.23kJ/

37、kg凈功量：Wnethg-I%-h2 1=】3430.18-2779.0735535 -2430.67二 1773.94kJ / kg熱效率：43.90%4041.23qi 200 =40.41t/h2 104=1 - 仁=32.7%14第八章習題8-1. 一大平板，高3m，寬2m，厚0.02m，導熱系數(shù)為45 W/(m K)，兩側表面 溫度分別為t1 =100C、t2 =50 C,試求該板的熱阻、熱流量、熱流密度。解：解：由傅立葉導熱定律：熱阻 R = =0.02= 7.407K/Wm?A 3x2x45熱流量 q = a twi 七=3 2 45 100 50 = 675000W60.02Q

38、 6750002熱流密度 q=112500W/mS3漢28-2.空氣在一根內(nèi)徑50mm ,長2.5m的管子內(nèi)流動并被加熱，已知空氣平均溫度為80C,管內(nèi)對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h = 70 W/(m2 K)，熱流密度為q =5000W/m2，試求管壁溫度及熱流量。解：由牛頓冷卻公式:q = h tw - tf 得到t =9+tfw fh50000_80 =151.42C70Q 二q s=5000 2.5-20.052 =24.53W48-3. 一單層玻璃窗，高1.2m,寬1m,玻璃厚0.3mm,玻璃的導熱系數(shù)為-1.05W/(m K)，室內(nèi)外的空氣溫度分別為20C和5C,室內(nèi)外空氣與玻璃窗之間

39、對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為憐=5 W/(m2 K)和h2 = 20 W/(m2 K)，試求玻璃窗的散熱損失及玻璃的導熱熱阻、兩側的對流換熱熱阻。解：對流換熱計算公式:h1tf1七= 1.2 1205h21+ 0.00031=71.9W51.0520導熱熱阻為：0.0003 =0.000286K/W1.05內(nèi)側對流換熱熱阻為:1 1R2 丄=0.2K /Wh15h1外側對流換熱熱阻為:R3 = 1 = 1 =0.05K/W20h28-4.如果采用雙層玻璃窗，玻璃窗的大小、玻璃的厚度及室內(nèi)外的對流換熱條件與1-3題相同，雙層玻璃間的空氣夾層厚度為5mm，夾層中的空氣完全靜止，空氣的導熱系數(shù)為=0

40、.025 W/(m K)。試求玻璃窗的散熱損失及空氣夾層的導熱熱阻。解：對流換熱計算公式:二 s tf -tff1 f21.2 1 -20511 -2 110.00030.00512 + - 一+ 2+/. 1/，2h?51.050.02520空氣夾層的導熱熱阻為:=39.95Wc50.005R 二一0.2K /W0.025解：傳熱系數(shù)h熱流通量為:由 q = htf一 tw得到:tW1t w2f=20-淪=13.84七h4二 tf2q 一10 24.66 = -5.89C2 h68-6.如果冬季室外為大風天氣，室外空氣和外墻之間對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h2 =10 W/(m2 K)，其它條件

41、和題 1-5相同，并假設室內(nèi)空氣只通過外墻與室外有熱量交換，試問：要保持室內(nèi)空氣溫度不變，需要多大功率的電暖氣解：傳熱系數(shù)= 0.8696K /Wh-i h240.5108-5.有一厚度為：=400mm的房屋外墻，熱導率為 =0.5 W/(m K)。冬季室內(nèi)空氣溫度為鮎=20 C ,和墻內(nèi)壁面之間對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為=4W/(m2K)。室外空氣溫度為t2 =-10C，和外墻之間對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h2 = 6W/(m2 K)。如果不考慮熱輻射，試求通過墻壁的傳熱系數(shù)、單位面積的傳熱量和內(nèi)、 外壁面溫度。1 ,0.822K/W TOC o 1-5 h z HYPERLINK l book

42、mark266 o Current Document 1110.41 rr r- r- HYPERLINK l bookmark268 o Current Document h1 h24 0.56q htf tf2 1=0.82220+10 =24.66W/m2熱流通量為：q=htf-tf2 =0.8696 20+10 26.087W/m2為了維持室內(nèi)溫度不變。必須保證電暖氣的散熱量等于通過墻壁的換熱量，所以電暖氣的功率為W =qs =26.087sW第九章9-1 一冷庫的墻由內(nèi)向外由鋼板、礦渣綿和石棉板三層材料構成，各層的厚度分別為0.8 mm、150 mm 和 10 mm，熱導率分別為 4

43、5 W/(m K)、0.07 W/(m K)和 0.1 W/(m K)。冷庫 內(nèi)、外氣溫分別為-2 C和30 C,冷庫內(nèi)、外壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為2 W/(m 2 K)和3W/(m 2 K)。為了維持冷庫內(nèi)溫度恒定，試確定制冷設備每小時需要從冷庫內(nèi)取走的熱量。解:根據(jù)多層復壁及對流換熱計算公式：tf -tfq丄_=1d.d2d31-+ - h123h?30 -（-2）+ 00008 +空450.070.13-10.2W/m2所以為了維持冷庫內(nèi)溫度恒定，需要從冷庫內(nèi)每小時取走的熱量為:Q=qst=10.2 3600 s=37448.7sJ9-2爐墻由一層耐火磚和一層紅磚構成，厚度都為250 m

44、m，熱導率分別為0.6 W/(m K)和0.4 W/(m K)，爐墻內(nèi)外壁面溫度分別維持700 C和80 C不變。(1)試求通過爐墻的熱流密度；(2)如果用熱導率為 0.076 W/(m K)的珍珠巖混凝土保溫層代替紅磚層并保持通過 爐墻的熱流密度及其它條件不變，試確定該保溫層的厚度。解：根據(jù)多層復壁導熱計算公式：tw1tw21+700 - 800.250+ 0.2500.60.4= 595.2W/m-595.2得到:由tw1 _tw2 _70080由 q =丄= 0.250 丄、2十十-20.60.0762 = 47.5mm9-3有一爐墻，厚度為 20 cm，墻體材料的熱導率為 1.3 W/

45、(m K)，為使散熱損失不超 過1500 W/m 2 ,緊貼墻外壁面加一層熱導率為 0.1 W/(m K)的保溫層。已知復合墻壁內(nèi)外兩側 壁面溫度分別為 800 C和50 C,試確定保溫層的厚度。解：根據(jù)多層復壁導熱計算公式：-150CW/m2_ tw1 _tw2 _ 800 - 50 q+工_竺+二-21.30.1得到:、2 = 34.6mm9-6熱電廠有一外徑為100 mm的過熱蒸汽管道(鋼管)，用熱導率為=0.04 W/(m K) 的玻璃綿保溫。已知鋼管外壁面溫度為400 C,要求保溫層外壁面溫度不超過50 C，并且每米長管道的散熱損失要小于160 W，試確定保溫層的厚度。解：根據(jù)圓筒壁

46、穩(wěn)態(tài)導熱計算公式：tw1 tw22 di400 - 5012 二 0.04Ind20.1= 160解得 d2 = 173.3mm所以保溫層厚度為I = 丸=36.65mm29-8有一直徑為d、長度為1的細長金屬圓桿， 其材料熱導率兀為常數(shù)，圓桿兩端分別與溫度為pi匂屮：t1和t2的表面緊密接觸，如圖2-44所示。桿的側面T / r與周圍流體進行對流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h，流體圖2-44習題2-8附圖的溫度為tf，且tf t1及t2。試寫出圓桿內(nèi)溫度場的數(shù)學描述。解：邊界條件：x =0,t =1x “,t =t2換熱方程：d=xh(t -tf) 4h(t t f)= TOC o 1-5 h z

47、1d2xd4d2t：4h(t -tf) HYPERLINK l bookmark304 o Current Document 2i-i i-idxd第十章10-1水和空氣都以速度u二=1 m/s分別平行流過平板，邊界層的平均溫度都為50 C,試求距平板前沿100 mm處流動邊界層及熱邊界層的厚度。 解：對水：由tm =50C查附錄3水的物性表得到：九=64.8 漢 10 K，屮=0.556 漢 10m2， Pr = 3.54Re10.1 十 105v 0.556x10*1 1、=5.0 Rex=51.8 105 二 0.1 = 0.001179m = 1.179mmJ1、t 二:Pr 3 =0

48、.001793.540.00077m 0.77mm,Pr =0.698對空氣：由tm =50C查附錄2空氣的物性表得到:&=2.83x10，wm K，v M17.95X106ux 1 0.15Re6 - 0.05571 10v 17.95101 1、=5.0 Rex=50.05571 105 二 0.1 = 0.006699m = 6.699mmJ1、t = Pr 3 =0.0066990.698 刁=0.007552m = 7.552mm10-2試求水平行流過長度為 0.4 m的平板時沿程x=0.1、0.2、0.3、0.4 m處的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。己知水的來流溫度為t二=20 C，速度為u： = 1 m/s，平板的壁面溫度tw=60 Co解：由tmL 60嚴400C查附錄3水的物性表得到:人=63.5 漢 10wm K，v =0.659 漢 10厘，Pr=4.31當x=0.4時，為旺盛湍流，不應再用那個公式。a11人230.635：x=0.332Re2Pr3=0.332x11 x x 迄1丨匯 4.313 =422.63x0.6510 .丿12當 x =0.1m時,1= 422.63 0.1 2= 1336.447% 0 C當 x =0.2m 時,1= 422.630.2 三= 945.03