中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期 石工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 一. 判断对错（每题1分，共计6分） 1 孤立系统就是绝热闭口系统；（ ） 2 只有加热，才能使气体的温度升高；（ ） 3 不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（ ） 4 如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（ ） 5 水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（ ） 6 湿空气的相对湿度为100% 时，表示空气中全部都是水蒸气。（ ）

二. 问答题（共计20分） 1 将满足空气下列要求的多变过程表示在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） n=1.3的压缩过程，并判断q,w,u的正负。（6分） 2 写出两个与热力学第二定律相对应的数学表达式，并对表达式进行简单说明。（4分） 3 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） 4 分析提高朗肯循环热效率的方法有哪些，解释回热循环的目的。（6分）

三. 计算题（共计29分） 1 有两个容器，A容器的体积V1=3m3，内有压力为0.7MPa，温度为17℃的空气。B容器的体积V2=1 m3，为真空。现将两容器连通，让A容器的空气流入B容器直至两容器压力相同。若整个过程中空气与外界无热交换。试计算过程前后： （1） 空气的温度变化为多少？ （2） 空气的压力变化为多少？ （3） 空气的熵变值为多少？（14分） 2 图示为一烟气余热回收方案。设烟气比热容Cp = 1.4 kJ/(kg.K)，Cv = 1.0 kJ/(kg.K)。 试计算： （1） 烟气流经换热器时传给热机工质的热量； （2） 热机放给大气的最小热量Q2； （3） 热机输出的最大功W。（本题15分）

t t t 热机大气0=27℃p0=0.1MPa

Ｑ１

Ｑ２

Ｗ1 =527℃p1=0.1MPam=6kg2 =37℃p2=0.1MPa传热学部分 四. 回答问题（共计17分） 1 比较下列三种物质：空气，金属，水导热系数的大小。（2分） 2 写出Nu,Pr, Bi准则的表达形式及物理意义。（6分） 3 说明影响对流换热的因素有哪些，分析在相同的流动和换热壁面条件下，ρcp大的流体，表面传热系数是大还是小。（2分） 4 对管内强制对流换热，为何采用弯管可以强化流体的换热？（3分） 5 分析组成辐射换热网络的热阻有哪两类，如何表示，当辐射表面为黑体时，热阻如何表示。（4分）

五. 计算题（共计28分） 1 蒸汽管道的外直径d1=30mm，准备包扎两层厚度都是15mm的不同材料的热绝缘层。a种材料的导热系数λa = 0.04 W/(m.K)，b种材料的导热系数λb = 0.1W/(m.K)。若温差一定，试问从减少热损失的观点看下列两种方案： （1） a在里层，b在外层 （2） b在里层，a在外层，哪一种好，为什么？（本题12分） 2 发射率分别为0.2和0.8的两个大平行平板，其温度分别维持在1200K和60K，在它们之间放置一个两面发射率均为0. 5的辐射遮热板。试计算： （1） 没有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？ （2） 有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？ （3） 辐射遮热板的温度。 （4） 绘制无，有遮热板的辐射网络图。（本题16分）

中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期 石工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6分） 1 X； 2 X； 3 X； 4 √； 5 X； 6 X 。 二. 问答题（共计20分） 1 （6分） Q<0 放热；W<0被压缩，外界对气体作功；U>0 热力学能增加。 2 （4分）

答：（1）克劳修斯积分式：0TQ。用于判断一个循环是否可能，是否可逆。式中等号用于可逆循环，不等号用于不可逆循环。 （2）热力过程熵的变化：21TQS。用于判断过程能否进行，是否可逆。等号适用于可逆过程，不等号适用于不可逆过程。 （3）孤立系统熵增原理：0isoS。孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。等号用于可逆过程，不等号用于不可逆过程。

（4）卡诺循环热效率：121TTc。根据卡诺定理一：在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率，与工质的性质无关； 定理二：在相同的高温热源和低温热源间工作的任何不可逆热机的热效率，都小于可逆热机的热效率。 以上相应数学表达式写出任意两个即可。 3 （4分）

答：湿空气中水蒸气分压力vp所对应的饱和温度，称为露点温度。 将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种： 法1：湿空气温度T一定时，增加水蒸气分压力 )(maxTpppsvv,

法2：保持水蒸气含量vp不变，降低湿空气温度)(vspTT。 4 （6分） 答：提高朗肯循环热效率的方法有：

（1）保持蒸汽的初压1p，终压2p不变，提高蒸汽的初温1T；

（2）保持蒸汽的初温1T，终压2p不变，提高蒸汽的初压1p；

n=1.3.

p

0v

Tsvp压缩过程1

2压缩过程T2

0s

.pv1T

s

n=1.3（3）保持蒸汽的初压1p，初温1T不变，降低蒸汽的终压2p； （4）在朗肯循环的基础上，改进循环，如采用再热循环，回热循环等。 回热循环的目的：减少冷源损失，提高给水温度，提高朗肯循环的吸热平均温度， 从而提高热效率。

三. 计算题（共计29分） 1 （14分） 解：（1）向真空自由膨胀，有W=0，又空气与外界无热交换，则Q=0，因此由闭口系能量方程

UWQ，得0U。 对理想气体，可知0T。 既是：KTT29012。

（2） 根据理想气体状态方程式：TmRpVg，

有：2212111)(TVVpTVp，即：)(21211VVpVp， 代入数值：MPammmMPaVVVpp525.01337.033321112 因此压力的变化为：MPappp175.0525.07.021。 （3） 熵变化：

KkJmmKmPavvTVpvvmRvvRTTcmSggv/1.234ln2903107.0lnln)lnln(333612111121212

2 （15分） 解：（1）烟气放热为：

kJKKkgkJkgttmcQp4116)37527()/(4.16)(121

（2）若使2Q最小，则热机必须是可逆循环， 由孤立系统熵增原理得：0WELHisoSSSSS

t t t 热机大气0=27℃p0=0.1MPa

Ｑ１

Ｑ２

Ｗ1 =527℃p1=0.1MPam=6kg2 =37℃p2=0.1MPa其中：KkJKKKkgJkgTTmcTdTmcTQSpTTpTTH/964.7)273527()27337(ln)/(14006ln122121 KQKQTQSL300)27327(2222 0ES，0WS 于是：0300/964.72KQKkJSiso 解得：kJQ2.23892 （4） 热机输出的最大功：kJkJQQW8.1726)2.23894116(21

传热学部分 四. 回答问题（共计17分） 1 （2分） 答：空气，金属，水的导热系数大小比较：空气水金属 2 （6分） 答：hlNu，物理意义为：表征流体在壁面外法线方向上的平均无量纲温度梯度，其大小反映对流换热的强弱。

aPr，物理意义为：流体的动量扩散能力与热量扩散能量之比。

hlBi，物理意义为：物体内部的导热热阻/与边界处的对流换热热阻h/1之比。

3 （3分） 答：影响对流换热的因素有：流动的起因（自然对流或强迫对流），流动的状态（层流和湍流），流

体有无相变，流体的物理性质（如：,,,,c等），换热表面的几何因素。c反映单位体积流体热容量的大小，在相同的流动和换热壁面条件下，c数值愈大，通过对流转移的热量愈多，对流换热愈强烈。 4 （3分） 答：管内强制对流换热，采用弯管，流体流经弯管时，由于离心力的作用，在横截面上产生了二次环流，增加了扰动，从而强化了传热。 5 （4分） 答：组成辐射换热网络的热阻有：（1）空间辐射热组2,11AX，（2）表面辐射热组A1。

当辐射表面为黑体时，1，表面辐射热阻01A，只有空间辐射热阻2,11AX。 五. 计算题（共计28分） 1 （12分） 解（1）第1种方案，a在里层，b在外层， 单位管长的热损失为：

4.3)6090ln1.013060ln04.01(21ln21ln2123121ttddddtqbal





，

（2）第2种方案，b在里层，a在外层， 单位管长的热损失为：

7.2)6090ln04.013060ln1.01(21ln21ln2123122ttddddtqabl





，

比较两种方案的热损失：26.14.3/7.2/12ttqqll 因12llqq，故从减少热损失的观点看，第1种方案好。 2 （16分） 解：先绘制出有无辐射遮热板时辐射换热网络图： 无遮热板：

有遮热板： 依题意：12,1X，12,33,1XX，

J2J1

2,11

AXE

b1

11

1A

221AE

b2

Φ1，2

Eb3331AJ3’’J2J13,11AXEb1111A221AEb2Φ1-3-2J3’

2,31

AX3

31

A