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/. 习题及部分解答 第一篇 工程热力学 第一章 基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量： 答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。 2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。 3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高，水银柱高，如图2-26所示。已知大气压力为Hg，试求容器中气体的绝对压力为多少？解：根据压力单位换算 4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角，压力计中使用的煤油，斜管液体长度，当地大气压力，求烟气的绝对压力（用表示）解： 5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中为压力表，读数为，为真空表，读数为。若当地大气压，求压力表的读数（用表示） 6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。 （1）.取水为系统； （2）.取电阻丝、容器和水为系统； （3）.取图中虚线内空间为系统。 答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为。若大气压力为，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用表示） 8.测得容器的真空度，大气压力，求容器内的绝对压力。若大气压变为，求此时真空表上的读数为多少？ 9.如果气压计压力为，试完成以下计算： （1）.绝对压力为时的表压力； （2）.真空计上的读数为时气体的绝对压力； （3）.绝对压力为时的相应真空度（）； （4）.表压力为时的绝对压力（）。 （1）.； （2）.； （3）.； （4）.。 10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为℃和℃，而华氏温标则相应地取为℉和℉。试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度所对应的华氏温度。 将水在标准大气压下的冰点值℃，以及沸点值℃代入，得 解该二元一次方程组，得：。 从而有 当℃时，有 11.气体进行可逆过程，满足（为常数），试导出该气体从状态变化到状态时膨胀功的表达式，并在图上定性画出过程线、示出膨胀功。 答案：略 12.某气体的状态方程为，试导出： （1）.定稳下气体之间的关系； （2）.定压下气体之间的关系； （3）.定容下气体之间的关系。 答案：（1）.；（2）.；（3）. 。 第二章 热力学第一定律 1.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为，输出功率为，全厂耗煤，煤的发热量为。蒸汽在锅炉中吸热量。试求： （1）.该动力厂的热效率； （2）.锅炉的效率（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。 解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量 热效率 （2）.锅炉效率 2.系统经一热力过程，放热对外做功。为使其返回原状态，对系统加热，问需对系统作功多少？ 解：由得 对于返回初态的过程 故需对系统做功。 3.气体在某一过程只能感吸收了的热量，同时热力学能增加了。此过程是膨胀过程还是压缩过程？系统与外界交换的功是多少？ 答案：此过程为压缩过程；此过程中系统与外界交换的功是。 4.空气由膨胀到℃，得到热量，对外做膨胀功。接着又从终态被压缩到初态，热出热量，试求： （1）.[膨胀过程空气热力学能的增量； （2）.压缩过空气热力学能的增量； （3）.压缩过程外界消耗的功。 答案：（1）.；（2）. ；（3）.。 5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。 过程序号 1 25 -12 -9 2 -8 58 -16 3 17 -13 （8） 21 4 18 -11 7 表中括号内的数为答案。 过程序号 1 25 -12 （-46） -9 （37） 2 -8 （8） （74） 58 -16 3 （38） 17 -13 （8） 21 4 18 -11 （-22） 7 （29） 6.如图所示，某封闭系统沿途径由状态变化到，吸入热量，对外做功，试问： （1）.系统从经至，若对外做功，则吸收热量是多少？ （2）.系统由经曲线所示过程返回，若外界对系统左贡，吸收热量为多少？ （3）.设，那么过程和中系统吸收的热量各为多少？ 答案 （1）.；（2）.； （2）.；（4）.。 7.容积为的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体，如图2-31所示。试问： （1）.活塞是否对流体做功？ （2）.通过对活塞加压，把流体压力从提高到，热力学能变化多少？焓变化多少？ 答案 （1）.；（2）.。 8.一质量为的汽车沿坡度为的山坡下行，车速为。在距山脚处开始刹车，且在山脚处刚好刹住。若不计其它力，求因刹车而产生的热量。 。 9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为，汽轮机进出口处压力表读数为，进口比为，汽轮机出口比焓为，真空表读数为，当时当地大气压力为，汽轮机对环境放热为。试求： （1）.汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少？ （2）.单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？ （3）.汽轮机的功率为多少？ 答案 （1）. （2）. （3）. （4）.考虑进出口动能差后的相对偏差 10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为，比焓，出口为同压下的水，比焓为,若蒸汽流量为，进入冷凝器的冷却水温为℃，冷却水出口温度为℃，试求冷却水流量为多少？水的比热容为。 答案 11.某活塞式氮气压气机，压缩的氮气的参数分别为：，；，。设在压缩过程中每氮气热力学能增加，同时向外放出热量。压气机每生产压缩氮气，试求： （1）.压缩过程对每氮气所做的功； （2）.生产每压缩氮气所需的功； （3）.带动比压气机至少要多大的电动机。 答案 （1）.； （2）.； （3）.。 12.流速为的高速空气突然受阻停止流动，即，称为滞止。如滞止过程进行迅速，以致气流受阻过程中与外界的热交换可以忽略，问滞止过程空气的焓变化了多少？ 答案 第三章 理想气体及其混合物 1.把 压送到体积为的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为，温度为，压送终了时压力表读数为，温度为。试求压送到罐内的的质量。大气压力为。 解 由 2. 体积为的某钢性容器内盛有了的氮气。瓶上装有一排气阀，压力达到时发门开启，压力降到时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问： (1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？ (2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。 答案 （1）℃；（2） 3.氧气瓶的容积瓶中氧气的表压力为。问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为，试问此时氧气的表压力为多少（当地大气压力） 答案 4.某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合表准状况时为。鼓风机实际送入的热空气温度为，表压力为，当地大气压为，求实际送风量。 解 由 得 5.某理想气体比热比，定压比热容，求该气体的摩尔质量。 解 由及 得 6.在容积为的封闭容器内装有氧气，其压力为，温度为，问应加入多少热量可使氧气温度上升到？ (1)按定值比热容计算； (2)按平均比热容计算。 解 （1） （2）查得 7.摩尔质量为的某理想气体，在定容下由，加热到，若热力学能变化为，问焓变化了多少？ 答案 8.将氮气由定压加热到，分别用定值比热容，平均比热容（表）计算其热力学能和焓的变化。 用定值比热容计算 用平均比热容计算 9. 的，由膨胀到，试利用定值比热容求其热力学能、焓和熵的变化。 解 10. 在体积为的钢性容器内装有氮气。初态表压力为，温度为，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到？其焓值变化是多少？大气压力为。 (1)按定值比热容计算； (2)按真实比热容的多项式计算； (3)按平均比热容表计算； (4)按平均比热容的直线关系式计算。 解 （1） （2）查得 （3）查得 （4）查得 11. 某氢冷却发电机的氢气入口参数为，出口参数为。若每分钟入口处体积流量为，试求氢气经过发电机后的热力学能增量、焓增量和熵增量。设大气压力为。 (1)按定值比热容计算； (2)按平均比热容直线关系式计算。 解 （1） 按定值比热 （2）按平均比热容的直线关系式 12. 利用内燃机排气加热水的余热加热器中，进入加热器的排气（按空气处理）温度为，出口温度为。不计流经加热器的排气压力变化，试求排气经过加热器的比热力学能变化，比焓变化和比熵的变化。 (1)按定值比热容计算； (2)按平均比热容（表）计算。 答案 （1） （2） 13. 进入气轮机的空气状态为，绝热膨胀到，略去动能、位能变化，并设大气温度为，试求： (1)每千克空气通过气轮机输出的轴功； (2)过程的熵产及有效能损失，并表示在图上； (3)过程可逆膨胀到输出的轴功。 解 （1） （2） 熵产及有效能损失如图3-36中阴影面积所示。 （3） 14.由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的摩尔数为 试求混合气体的体积分数、质量分数和在时的比体积。 解 15.试证明：对于理想气体的绝热过程，若比热容为定值，则无论过程是否可逆，恒有 式中：和分别为过程初终态的温度。 证明 对于理想气体的绝热过程，有 又 得 故 证毕 第四章 理想气体的热力过程 1. 某理想气体初温，质量为，经可逆定容过程，其热力学能变化为，求过程功、过程热量以及熵的变化。设气体，并假定比热容为定值。 解 由 得 2. 一氧化碳的初态为。定压冷却到。试计算的一氧化碳在冷却过程中的热力学能和焓的变化量，以及对外放出的热量。比热容取定值。 答案 3. 氧气由被定温压缩至。 (1)试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功； (2)若按绝热过程压缩，初态与终态与上述相同，试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功； (3)将它们表示在同一副图和图上，试在图上比较两者的耗功。 解 （1） （2） （3）两过程在图和图上的表示分别如图3-37（a）和3-37（b）所示。图中过程线为定温过程，为绝热过程线。从图中可以看到，绝热过程耗功比定温过程耗功多出曲边三角形面积。 4.使将满足以下要求的理想气体多变过程在和图上表示出来（先画出4个基本热力过程）： (1)气体受压缩、升温和放热； (2)气体的多变指数，膨胀； (3)气体受压缩、降温又降压； (4)气体的多变指数，受压缩； (5)气体膨胀、将压且放热。 答案 如图3-38（a）和图3-38（b）所示的图和图上，1-1，1-2，1-3，1-4和1-5分别为满足（1），（2），（3），（4）和（5）要求的多变过程线。 5.柴油机汽缸吸入温度的空气，经可逆绝热压缩。空气的温度等于燃料的着火温度。若燃料的着火温度为，问空气应被压缩到多大的体积？ 答案 6.有空气，初态为，分别经下列三种可逆过程膨胀到，试将各过程画在图和图上，并求各过程始态温度、做工量和熵的变化量： (1)定温过程； (2)的多变过程； (3)绝热过程。 答案 （1） （2） (3) 图和图如图3-39所示。 7.一容积为的贮气罐，内装氮气，其初压力，温度。若对氮气加热，其压力、温度都升高。贮气罐上装有压力控制阀，当压力超过时，阀门便自动打开，防走部分氮气，即罐中维持最大压力为，问当贮气罐中氮气温度为时，对罐内氮气共加入多少热量？设氮气比热容为定值。 解 由 开始过程是定容过程，则 8.容积为的空气瓶内装有压力，温度为的压缩空气，打开压缩空气瓶上的阀门用以启动柴油机。假定留在瓶中的空气进行的是绝热膨胀。设空气的比热容为定值，。 （1）.问过一段时间后，瓶中空气从室内空气吸热，温度有逐渐升高，最后重新达到与室温相等，即又恢复到，问这时空气瓶中压缩空气的压力为多大？ 答案 （1） （2） 9.是导出理想气体定值比热容的多变过程的初、终态熵变为 解：主要步骤与公式 由 得 10.压力为的空气，定容冷却到，空气放出的热量全部被温度为℃的大气环境所吸收。求空气所放出热量的饿有效能和传热过程、的有效能损失，并将有效能损失表示在图上。 解 由于放出的热量全部被环境吸收，使热量有效能全部变成了无效能，故有效能损失 有效能损失如图3-40的图上阴影面积所示。 11.空气进行可逆压缩的多变过程，多变指数耗功量为，求热量和热力学能变化。 答案 第六章 水蒸气 1.湿饱和蒸汽，，试由水蒸气表求。 答案 2.过热蒸汽，℃，根据水蒸气表求和过热度，再用图求上述参数。 答案 查表： 查图： 3.开水房用开水的蒸汽与℃同压下的水混合，试问欲得的开水，需要多少蒸汽和水？ 解 设需蒸汽为，则水为。 由，查得 时， 根据热力学第学一定律 4.已知水蒸气，试求其。 答案 5.蒸汽，，定温膨胀至，求终态及过程中对外所做的功。 解 6.进汽轮机的蒸汽参数为℃。若经可逆膨胀绝热至，蒸汽流量为，求汽轮机的理想功率为多少千克： 答案 7.一刚性容器的容积为，其中为饱和水，其余为饱和蒸汽，容器中初压为。欲使饱和水全部汽化，问需要加入多少热量？终态压力为多少？若热源温度为℃，试求不可逆温差传热的有效能损失。设环境温度为℃。 8.容积为的刚性容器中贮有℃的水蒸气，其压力表度数为。现容器对环境散热使压力下降到压力表度数为。试求： （1）.确定初始状态是什么状态？ （2）.求水蒸气终态温度； （3）.求过程放出的热量和放热过程的有效能损失。 设环境温度为℃，大气压力为。 答案 （1）过热蒸汽； （2）（此结果为利用教材《热工基础与应用》后附录A-7所得。利用较详细水蒸气热表或图答案应为） （3）（同上，） 9.气轮机的乏汽在真空度为干度为的湿空气状态下进入冷凝器，被定压冷却凝结为饱和水。试计算乏汽体积是饱和水体积的多少倍，以及乏汽2在冷凝器中放出的热量。设大气压力为。 答案 10.一刚性绝热容器内刚性各班将容器分为容积相同的两部分。设的容积为，内盛有压力为、温度为℃的水蒸气；为真空。抽掉隔板后蒸汽蒸汽自由膨胀达到新的平衡态。试求终态水蒸气的压力、温度和自由膨胀引起的不可逆有效能损失。设环境温度为℃，并假设该蒸汽的自由膨胀满足。 解（1）由常数 得 （2） 由，查得 由，查得 11.利用空气冷却蒸汽轮机乏汽的装置称为干式冷却器。瑞哦流经干式冷却器的空气入口温度为环境温度℃，出口温度为℃。进入冷凝器的压力为，干度为，出口为相同压力的饱和水。设乏汽流量为，空气进出口压力不变，比热容为定值。试求： （1）.流经干式冷却器的焓增量和熵增； （2）.空气流经干式冷却器的熵变以及不可逆传热引起的熵产。 解（1）由查算得 对空气 根据热力学第一定律有 （2） (3) 39.℃的水蒸汽进入气轮机中作绝热膨胀，终压为。汽轮机相对内效率 式中——为定熵膨胀到时的焓。试求 （1）.每蒸汽所做的功； （2）.由于不可逆引起熵产，并表示在图上。 答案 由查得 由查得 由 得 （3） 由查得 过程如图所示。 第七章 湿空气 1.设大气压力为，温度为℃，相对湿度为，试用分析法求湿空气的露点温度、含湿量及比焓，并查图校核之。 答案 解析法 查图： 2.空气的参数为，在加热器中加热到℃后送入烘箱取烘干物体/从烘箱出来时空气温度为℃，试求从烘干物体中吸收水分所消耗的赶空气质量和热量。 解 由查图得 由得 3.设大气压力为，温度为℃，相对湿度为。如果利用空气调节设备使温度降低到℃去湿，然后再加热到℃，试求所的空气的相对湿度。 答案 4.一房间内空气为，温度为℃，相对湿度为。由于暖气加热使房间温度升至℃。试求放暖气后房内空气的相对湿度。 答案 5.在容积为的封闭室内，空气的压力为，温度为℃，露点温度为℃，试求室内空气的含湿量，和相对湿度。若此时室内放置若干盛水的敞口容器，容器的加热装置使水能保持℃定温蒸发至空气达到室温下饱和空气状态。试求达到饱和空气状态的空气含湿量和水的蒸发量。 解 （1）由查得 由查得 所以 （2） 6.一股空气流压力为，温度为℃，相对湿度为，流量为每分钟。另一股空气流压力也为，温度为℃，相对湿度为，流量为每分钟。混合后压力仍为，试求混合后空气的温度、相对湿度和含湿量。 解： 水蒸气的 由查得 由查得 由热力学第一定律 由 查得 第八章 气体和蒸汽的流动 1.燃气经过燃气轮机中渐缩喷管绝热膨胀，流量为，燃气参数℃，压力，燃气在喷管出口的压力为，喷管进口流速及摩擦损失不计，试求燃气在喷管出口处的流速和出口截面积，设燃气的 热力性质与空气相同，取定值比热容。 答案： 2.空气流经一出口截面积为的渐缩喷管，喷管进口的空气参数、为，背压为，试求喷管出口处的流速和流经喷管的空气流量。若喷管的速度系数为，喷管的出口流速和流量又为多少？ 解：（1）. 所以 （2）. 3.水蒸气经汽轮机中的喷管绝热膨胀，进入喷管的水蒸气参数℃，喷管背压力为，若流经喷管的流量为，试进行喷管设计计算。 解： 由 知喷管形状应选缩放型的。 由图得 由查得 4.空气以的速度在管内流动，用水银温度计测得空气的温度为℃，假设气流在温度计壁面得到完全滞止，试求空气的实际温度。 答案 ℃ 5.压力、温度为℃的空气，流经扩压管时压力提高到，问空气进入扩压管是至少有多大流速？这时进口马赫数是多少？ 答案 6.某单级活塞式压气机每小时吸入温度℃、压力的空气，输出空气的压力为。试按下列三种情况计算压气机所许的理想功率： （1）.定温压缩； （2）.绝热压缩； （3）.多变压缩（）。 答案 （1）.； （2）.； （3）. 7.一台两级压气机，几如压气机的空气温度是℃，压力为，压气机将空气压缩至，压气机的生产量为（标态下），两级压气机中的压缩过程均按多变指数进行。现以压气机耗功最小为条件，试求： （1）.空气在低压气缸中被压缩后的饿压力为； （2）.空气在气缸中压缩后的温度； （3）.压气机耗功量； （4）.空气在级间冷却器中放出的热量。 解 （1）. （2）. （3）. （4）. 8.某轴式压气机，每秒生产压力为的压缩空气。若进入压气机的空气温度为℃，压力为，压气机的绝热效率，求出口处压缩空气的温度及该压气机的耗功率。 解 由得 9.一离心式压气机每分钟吸入压力为℃的空气。空气离开压气机的温度为℃，出口截面上的流速为，空气的比热容，假定与外界无热量交换。试求压气机的耗功率。 答案 10.定容加热汽油机循环在每千克空气加入热量，压缩比，压缩过程的初参数为℃。试求： （1）.循环的最高压力和最高温度； （2）.循环的热效率。 答案 （1）.，； （2）. 11.一混合加热理想内燃机循环，工质视为空气，已知，比热容为定值。试求在此循环中单位质量工质的吸热量、净功量和循环热效率。 解 循环图如右图所示。 1点： 2点： 3点： 4点： 5点： 12.在相同的初态及循环最高压力与最高温度相同的条件下，试在图上利用平均温度的概念比较定容加热、定压加热及混合加热的内燃机理想循环的热效率。 答案 图如图所示。 若定容加热理想循环热效率为，定压加热理想循环热效率为，混合加热理想循环热效率为，则有 13.在燃气轮机的定压循环中，工质视为空气，进入压气机的温度℃，压力，循环增压比。在燃烧事中加入热量，经绝热膨胀至。设比热为定值。 （1）.画出循环的图； （2）.求循环的最高温度； （3）.求循环的净功量和热效率； （4）.若燃气轮机的相对内效率为，循环的热效率为多少？ 答案 （1）.图如图所示； （2）.； （3）.； （4）. 14.对于燃气轮机定压加热理想循环，若压气机进出口空气参数为，℃，燃气轮机进出口处燃气温度℃，试向增压比最高为多少时，循环净功为0？ 答案 15.某锅炉每小时生产水蒸气。蒸汽出口的表压为，温度℃。设给水温度℃，锅炉效率，煤的发热量（热值），试求每小时锅炉的耗煤量。 答案 耗煤量 16、 填空题： （1）用水银温度计测量高速流动的气流温度，设温度计上读数为，气流温度为，则二者的大小关系为____________； （2）在喷管的气体流动中，气体压力不断__________,流速＿＿＿＿，马赫数　＿＿＿＿＿＿； （3）有一减缩喷管，空气进口压力为，背压，册出口压力 。 （4）现设计一喷管，若进口过热蒸汽压为，背压为，此 喷管的形状应选择 。 17、压力为、温度为的空气，分别以，，和的流速流动，当空气滞止时，问空气的滞止温度和滞止压力各为多少？ 18、某减缩喷管进口氮气压力为 ，温度 ，背压为试求出口截面流速。 19.某减缩喷管出口截面积为，进口空气参数，初速，问背压为多大时达到最大质量流量？该值是多少？ 20.压力为，温度的空气经扩压管后压力升高至，问空气进入扩压管的初速是多少？ 21.压力、温度的水蒸气，经节流阀后压力降为，然后进入喷管作可逆膨胀至压力为。设环境温度为，流量问： （1）该喷管为何形状； （2）喷管出口流速及截面积为多少； （3）因节流引起的熵产及有效能损失为多少？ 第九章 蒸汽动力循环 1.蒸汽动力循环的主要设备是什么？各起什么作用？ 2.提高蒸汽动力循环热效率的主要措施与方法有那些？ 3.在蒸汽压缩制冷循环中，如果用膨胀代替节流阀，有何优缺点？ 4.试画出蒸汽再循环的图。 5.某朗肯循环，水蒸气初参数为，背压为。试求循环吸热、放热量、汽轮机做功和循环热效率。 6.某蒸汽动力循环，水蒸气的初参数为，背压为，汽轮机相对内效率，试求循环吸热量、放热量、汽轮机做功量和循环热效率。 7.某蒸汽压缩制冷循环，制冷剂为氟里昂134a，蒸发器的出口温度为，冷凝器的出口温度。试求： （1）循环制冷量和压气机耗功量； （2）制冷系数； （3）循环热效率。 8.某蒸汽动力循环装置为郎肯循环。蒸汽的初压为，背压为，若初温分别为℃和℃，试求蒸汽在不同初温下的循环热效率及蒸汽的终态干度。 解：（1）.由，℃，查过热蒸汽表得 由，查饱和水和饱和蒸汽表得 由得 又 忽略泵功 （2）.过程和上一问相同，最后结果是 ， 9.某朗肯循环，水蒸气初温为℃，背压为，试求当初压分别为和时的循环热效率及排汽干度。 答案 ℃ 39% 39.5% 0.832 0.808 10.某蒸汽动力厂按再热循环工作，锅炉出口蒸汽参数为℃，汽轮机排汽压力。蒸汽在进入汽轮机膨胀至时，被引出到锅炉再热器中再热至℃，然后又回到汽轮机继续膨胀至排汽压力。设汽轮机和水泵中的过程都是理想的定熵过程，试求： （1）.由于再热，使乏汽干度提高多少？ （2）.由于再热，循环的热效率提高了多少？ 解： （1）.由查得 由查得 由℃查得 由 且 由查得 忽略泵功 （2）忽略泵功 = = 无再热时 第十章 制冷循环 1.某蒸气压缩制冷装置如图5-26所示。制冷剂为氨，蒸发器出口氨的温度为 ，在冷凝器中冷凝后的氨为饱和液，温度。试求： 蒸发器中氨的压力和冷凝器中氨的压力； 循环的制冷量，循环净功和制冷系数； 若该装置的制冷能力为，氨的流量为多大？ 解 （1）T-s图参阅图5-26（b） 由，查氨的图得 由，查图得 由,查得 （2） （3） 2．冬天室内取暖利用热泵。将氟里昂134a蒸气压缩式制冷机改为热泵，此时蒸发器放在室外，冷凝器放在室内。制冷机工作时可从室外大气环境吸收热量，氟里昂134a蒸气经压缩后在冷凝器中凝结为液体放出热量,供室内供暖。设蒸发器中氟里昂134a的温度为-10℃，冷凝器中氟里昂134a蒸气的温度为30℃，试求： 热泵的供热系数； 室内供热100 000kJ/h时，用以带动热泵所需的理论功率； 当用电炉直接供给室内相同的热量时，电炉的功率为多少？ 答案 （1） ；（2）；（3） 第二篇 传热学 第二章 导热基本原理及稳态导热 1.两块不同材料的平板组成如图4-63所始的大平板。两板的面积分别为、，导热系数分别为和。如果该大平板的两表面积分别维持在均匀温度及，试 导出通过该大平板的导热热量计算式。 （答案 ） 2、一炉子的炉墙厚，总面积，平均导热系数，内、外壁温分别为和。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃煤的发热值为，问每天因热损失要用掉多少千克煤？（答案 每天耗煤） 3.对置于水中的不锈钢管采用电加热的方法进行压力为的饱和水沸腾换热实验。测的加热功率为，不锈钢管外径，加热段长，表面平均温度为。试计算此时的沸腾表面换热系数。（答案 ）） 4.图4-64所示的的空腔由两个平行黑体表面组成，空腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其余以知条件如图所示。表面2是厚的平板的一侧面，其另一侧面表面3被高温物体加热，平板的导热系数。试问在稳态工况下表面3的温度是多少？ 5.有一厚为的平面墙，导热系数。为使每平方米墙的热损失。在外表面覆盖了一层导热系数为的保温材料。以知复合壁两侧的温度分别为及，试确定保温层此时的厚度。（答案 ） 6.一钢管热风管。内径，外径，导热系数。热风管外包有两层保温材料，内层厚，导热系数；外层厚，导热系数。热风管内表面温度，外层保温材料的外表面温度。求热风管每米管长的热损失和各层间分界面的温度。 （答案 ） 7.用比较法测定材料导热系数的装置如图4-65所示，标准试件厚度，导热系数。待测试件为厚的玻璃板，且四周绝热良好。稳态时测得各壁面的温度分别为：、、，试求玻璃板的导热系数。（答案 ） 图4-65 8.冷藏箱壁由两层铝板中间夹一层厚的矿渣棉组成。内、外壁面温度分别为和，矿渣棉的导热系数为。求跑冷损失的热流密度。如大气温度为，相对湿度。由于水分森透使矿渣棉变湿，且内层结冰。设含水层和结冰层的导热系数分别为和，问；冷藏箱的冷损失为多少？ （答案 ） 9.某炉墙由耐火砖层、硅藻土培烧板层和金属密封板所构成（见图4-66），各层的导热系数分别为和;厚度分别为；炉墙内、外表面温度为。试求通过炉墙的热流密度。（答案 ） 10.现有一热电偶测量管道内高温气流的温度（参见图4-67）。以知热电偶的读数，热电偶套管的基部温度，套管插入深度，套管壁厚，套管材料的导热系数，套管外侧由与气流的表面传热系数，试求气流的真实温度和测量误差。（答案 气流的真实温度，测量误差） 11.为增强传热，在外径为的管道外表面上装置纵肋12片，如图4-68所示。肋厚，肋高，肋的导热系数为。若管道的壁温为，周围介质的温度为，表面传热系数，求每米管长散热量。 （图）4-68 解： 计及肋端散热量， 查双曲函数表， 每片肋的散热量： 圆柱部分的散热量： 每米管长的散热量 12.一实心燃气轮机叶片，高，横截面积，周长，导热系数。燃气有效温度，叶根温度，燃气对叶片的表面传热系数。假设叶片端面绝热，求叶片的温度分布和通过叶根的热流量。 （答案 叶片的温度； 通过叶根的热流量） 第三章 对流换热 1.的机油以的速度在内径为的管内流动，管壁温度为。试求以下两种情况的表面传热系数：（a）管长为；（b）管长为。 的机油的物性为： ，，时，。 （答案 管长：；管长：） 2.一冷凝器内有1000根内径、长的管子管子内壁温度为。有初温为，流量为的冷却水在管内流动。求平均对流换热表面传热系数和水的温升。 （答案 平均表面传热系数：；水的温升：） 3.冷却水在内径、壁温、长的冷凝器内流动。冷却水入口温度，出口温度。求冷却水的平均流速及管子的热流密度。 （答案 冷却水的流速：；管子的热流密度：） 4.水以的平均流速流过内径为的长直管。 (1)管子壁温，水从加热到： (2)管子壁温，水丛冷却到。 试计算其它条件不变时，上述两种情况下的对流换热表面传热系数，并讨论造成差别的原因。 （答案 （。 是因为水被加热时，近壁处的粘性降低，因此表面传热系数比冷却高。） 5.为了减少重油的动力粘度，以降低泵功率的消耗，让重油通过一个由20块空心平板组成的换热器（见图4-71）。热水在空心平板内流动（垂直与图面方向），从而使平板温度均匀且等于。重油初温为，以的速度在平板间流动。试求在重油流动方向上全长处的局部表面传热系数及重油出口时的温度。在时，重油的物性参数为； ；；。 （答案 ） 6.在一个大气压下，温度为的空气以的速度掠过长为、壁温为的平板。试计算单位宽度平板传给空气的总热量、层流边界层区域的换热量和素流边界层区域的换热量。 解： 空气的物性参数为： 于是 得： 单位宽度平板传给空气的总热量为： 临界雷诺数，所以由层流边界向湍流边界过度的临界长度为： 在层流边界层区域： 单位宽度平板的换热量 在湍流边界层区域，单位宽度平板的换热量 7、在速度、温度为的空气流体，沿流动方向平行的放有一块长。温度为的平板。如用垂直流动方向放置的周长为的圆柱代替平板，问此时的对流换热表面传热系数为平板的几倍（其他条件不变）（答案 ） 8.在锅炉的空气预热器中，空气横向掠过一组叉派管束，，外径。空气在最小截面的流速为，流体温度，流动方向上的排数大于20，管壁平均温度。使确定空气与管束间的平均表面传热系数。 （答案 ） 9.空气横向掠过一外径排的叉排管束，空气的平均温度。试求对流换热表面传热系数。 （答案 10.一外径为、内径为康德蒸汽管道，外表面保温层的外径，已知周围环境温度时其自然对流损失。求保温层外表面的温度（误差不大于）。 （答案 ） 11.一直径、长的竖直圆管，表面温度，试比较把它置于下列两种环境中的自然对流散热量： （1）压力下的空气； （2）压力下的空气； 解：（1） 空气物性参数： 于是： 根据表4-11： （2）由于，按理想气体性质有 ， 所以 ，， 12.一方形截面的管道输送冷空气穿过一室温为的房间，管道外表面平均温度为，截面尺寸为（）。试计算每米长管道上冷空气通过外表面的自然对流从房间内带走的热量。注意：冷面朝上相当于热面朝下，而冷面朝下相当于热面朝上。 解：定性尺寸： 对两侧面， 对上、下面，由于此题相当于假定一个方向的尺度为很长，根据表4-11的定义， 定性温度： 空气物性参数： ，， 于是侧面： 查表4-11： ] 上面： 查表4-11，由于，所以 下面：查表4-11得， 每米管道与空气的自然对流换热量为 13.在冬季，采暖房间的天花板表面温度，室内空气温度，天花板面积为，求它的自然对流表面传热系数及散热量。 14.从大容器饱和沸腾换热曲线（见教材图4-30）可看出，在横热流加热的情况下，水沸腾时