工程热力学与传热学.docx

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1、工程热力学与传热学试卷A （闭卷）答案一律写在答题纸上工程热力学部分一. 判断对错（每题1分，共计5分）1气体被压缩时一定消耗外功；（）2理想混合气体中，各组元的体积分数等于其摩尔分数；（）3不可逆过程的熵变无法计算；（）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湿空气的含湿量d一定时，温度越高，其吸湿能力越强；（）二. 问答题（共计19分）1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，又降温，又放热的多变过程。（5分）2欲设计一台热机，使之能从温度为973K的高温热源吸热2

2、000 kJ，并向温度为303K 的低温热源放热800 kJ，问此循环能否实现？（5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如图为蒸汽一次回热循环的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）二. 计算题（共计28分）AB0.2 MPa0.1 MPa300K I 300K0.01m30.01m31 一绝热刚性汽缸（如图），被一导热的无摩擦活塞分成两部 分。最初活塞被固定在某一位置上，汽缸的一侧储有压力 为0.2 MPa，温度为300K的0.01 m3的空气；另一侧储有 同体积，同温度的空气，其压力为0.1 MPa。去除销钉，放松活

3、塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。设空气的比热容为定值。试计算:（1）平衡时的温度为多少？（2）平衡时的压力为多少？ （13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）。试求：（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）传热学部分三. 回答问题（共计20分）1 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，无内热源，A常物性，非稳态三维导热的微分方程。（4分）写出如图角部边界节点温度的有限差分方程式。（4分）流体自然对流换热特征数关联

4、式包括哪些准则，写出各准则的表达形式及物理意义。（4分）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。（4分）5如图，两表面组成一封闭系统，试确定角系数凸面1X”,X12,X21X22的值。已知两表面面积A，A2。（4分）四. 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种材料的导热系数入a = 0.04 W/（m.K），b种材料的导热系数入b = 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

5、别为0.3和0.5的两个大平行平板，其温度分别维持在800。和370C， 在它们之间放置一个两面发射率均为0.05的辐射遮热板。试计算：（2）没有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？（3）有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？（4）辐射遮热板的温度。（5）绘制无，有遮热板的辐射网络图。（本题16分）工程热力学与传热学 试卷A答案一. 判断对错（每题1分，共计5分）1 V; 2 V; 3 X ; 4 X;5 V。二. 问答题（共计19分）答：法1:利用克劳修斯积分式判断循环是否可行:营 Q QQ2000 - 8001 = 1 + 2 =+= 0.585灯 / K 0973303故此循

6、环能实现。3（4 分）答：湿空气中水蒸气分压力pv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p = p = p (T),法2：保持水蒸气含量p不变，降低湿空气温度T = T (p )。VS V4(5 分)答：热力过程为:10-5-6-1锅炉中未饱和水定压加热成过热水蒸气过程；1- 7 a kg过热蒸汽在汽轮机中可逆绝热膨胀过程；1-2 (1 a)kg过热蒸汽在汽轮机中可逆绝热膨胀对外作功至冷凝压力过程；2- 3冷凝器中可逆定压放热过程;3- 4饱和水在凝结水泵中可逆绝热被压缩过程;4-9 (1 a)kg工质在回热加热

7、器中被定压加热过程;7-8-9 a kg工质在回热加热器中定压放热过程;9-10 1kg工质在给水泵中可逆绝热被压缩过程。热效率：由：Q = h - h , Q = h - h1110223得：Q - Q (h - h ) - (h - h ) (h - h ) - (h - h )门 =12 = 1102 = 1923Qh - hh - h111019三. 计算题（共计28分）1（13 分）解：（1）取整个汽缸为闭口系，因汽缸绝热，所以Q=0，又活塞导热无摩擦，W=0。0.2 MPa 0.1 MPa300K0.01m3300K0.01m3由闭口系能量方程Q = W + AU，得KU =UA

8、+实B。因为平衡时A，B两侧温度应相等，即TA? = T22 = T2则有：m c (T - T ) + m c (T - T ) = 0， A V 2 A1 B V 2 B1因此：Ta1 = TA2=T = 300K，1既是终态平衡时，两侧的温度均为：T2 = T1 = 300K。（2）当终态时，两侧压力相等，为PA2 = PB2 = p2，对 A 侧：p V = m RT，（a）2 A2 A g 2对 B 侧：p Vb2 = mR T （b）将（a）+（b）两式相加，得：p （V + V ） = （m + m ）R T，2 A2 B 2A B g 2(m + m )R T p V + p

9、V 即： D = A/_g2 = A1 A1B1 B1，2 VA2 + VB 2VA1+ VB1代入数据：，得:02MPa x0.01m3 + 0.1MPa x0.01m3八“p = 0.15MPa20.01m 3 + 0.01m 32（15 分）解：（1）烟气放热为：Q1 = mCp （2-1）（ 2）若使Q。最小，则热机必须是=6 kg x 1.4 kJ /（kg - K） x （527 - 37）K = 4116 kJ2可逆循环，由孤立系统熵增原理得：KS =% +七+Se +% = 0其中:AS =2理=hmc 四=mc lnT hT1 TT1p T p T(37 + 273) K=-

10、7.964 kJ / K=6 kg x 1400 J /(kg - K) In (527 + 273) KAVQ QAS =2=LT2(27 + 273) K 300KASe = 0, ASw = 0于是：AS = -7.964 kJ / K + - = 0 iso300K解得：Q2 = 2389.2kJ(3)热机输出的最大功：W = Q -|Qj = (4116-2389.2)kJ = 1726.8kJ传热学部分四. 回答问题(共计20分)1(4 分)答：一个具体导热问题的解包括导热微分方程+单值性条件。直角坐标系，无内热源，常物性，非稳态导热微分方程为：dt = (a 2t + a 2t

11、+ a 2)Adrax 2 dy 2 6z 22 (4 分)答：角部边界节点差分方程:(t+1) - (2Bi + 2)t + 2Bi -1 = 0i-1, ji, j-1Ai, jAs3 (4 分)答：自然对流换热的特征数表示为：Nu = f (Gr ,Pr)其中：Nu = h，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， 力其大小反映对流换热的强弱。Pr =七，物理意义为：流体的动量扩散能力与热量扩散能量之比。 aGr = g必”3，物理意义为：浮升力与粘性力的相对大小，反映自然对流的强弱。V 2Gr越大，浮升力的相对作用越大，自然对流越强。4 (4 分)答：层流边界层内，

12、热量传递主要依靠导热。湍流边界层内，热量传递主要靠导热，而湍流核心区，热量传递主要靠对流。5(4 分)答：如图示：X“= 0, X12 =1,A=亍，2,1 A2凸面1五.计算题（共计28分）（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:%1In d 2 d1At12兀入bdIn 3d2At您+_!ln丝)2兀 0.04 30 0.1 60At，3.4（2）第2种方案，b在里层，单位管长的热损失为:Ata在外层，At90、25， ln)2兀 0.1 30 0.04 60q 21 1 d + 1 i d 1 (1 in 60 + 12兀人n d + 2兀人n d比较两种

13、方案的热损失：q =也/2.7 =1.26 qAt /3.4因qt2 q，故从减少热损失的观点看，第1种方案好。（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:Eb11 81A81J11AX1,2J2有遮热板: 1-3-21 82A 82Eb2依题意：XEb11 81A81JW JAX1,331 8A 83,E 1 8 J-3 3A 83b31AX3”, 2J21 8 E 2 b2A82=1，1,2X1,3E =b T4 = 5.67 x 10-8 x (800 + 273)4 = 75146W/m2 E22 =bT4 = 5.67x 10-8 x(3 7 02 7。= 9

14、6 9W/m221 81 0.31 = 2.333,网络中的热阻为：81.1,21 81 0.051 83 = = 19, 28 30.058 211 _ 1L =匚1 0.5 =1 0.51,(1)(2)无辐射遮热板时：q = 7146- 9691 = 15105 W /m2，1,22.333 +1 +175146 - 9691有辐射遮热板时：q =八 八八=1510.5W/m21,3,22.333 +1 +19 +19 +1 +1(3)辐射遮热板的温度T:375146 - 9691依能量平衡，列出下列方程式:75146 - Eb32.333 +1 +19 2.333 +1 +19 +19

15、+1 +1解之：E33 =。T; = 41411W / m2，因此：T3 = 924K = 651 C。工程热力学与传热学 试卷B （闭卷）答案一律写在答题纸上工程热力学部分三.判断对错（每题1分，共计5分）6任何没有体积变化的过程就一定不对外作功；（）7水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W；（）8流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关；（）9封闭热力系统发生放热过程，系统的熵必减小；（）10湿空气的含湿量一定时，温度越高其吸湿能力越强。（） 四.问答题（共计19分）5请写出两个与热力学第二定律等价的数学表达式，并解释表达式的含义。（4分）6试指出膨胀功，技术功，流动功的区别和

16、联系，并将可逆过程中的膨胀功，技术功 表示在p-v图中。（4分）7解释相对湿度，含湿量的含义。写出水蒸气分压力，相对湿度，含湿量之间的相互关系。（4分）8若工质从同一初态出发，分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同的终 压力，问过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用T-S图进行分析。（3分）9如图为蒸汽一次再热循环的T-s图，说明再热的目的，指出与一次再热相关的热力过程及过程特点，并写出热效率的计算公式。（4分）五. 计算题（共计28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17C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

17、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？ （13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）传热学部分六. 回答问题（共计20分）6指出对流换热的微分方程组包括哪些方程（只需写出名称即可）？写出换热微分方 程的表达形式。（4分）7写出以下几种热阻的表达形式：通过平壁的导热热阻，通过圆筒壁的导热热阻，对

18、流换热热阻，辐射空间热阻，辐射表面热阻。（4分）有效辐射法8如图所示为一漫射灰体表面，试指出与此漫灰表面有关的辐射 能量有哪些？写出有效辐射，表面净辐射换热量的表达式。（4分）9写出毕渥数Bi的定义和物理意义，从表面看毕渥数Bi和努塞尔特数Nu的形式相同，二者有何区别？ （4分）10如图，三个表面1，.2, 3组成一封闭系统，表面1为半球表面， 表面2, 3平分底面，球半径为r，试计算封闭系统中所包含的 全部角系数。（4分）七. 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种材料的导热系数入a = 0.04 W/（m.K），b种材

19、料的导热系数入b = 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）工程热力学与传热学 试卷B答案一. 判断对错（每题1分，共计5分）1. x； 2. x； 3. /；

20、 4. x； 5 /二. 问答题（共计19分）1. 答：（1）克劳修斯积分式：J也 0。 孤立系统熵增原理指出鼓励系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。孤立系统的熵 增完全由熵产组成，式中等号用于可逆过程，不等号用于不可逆过程。（3）闭口系统的 熵方程：AS = AS/ +ASg，普遍适用于闭口系统的饿各种过程或循环，若过程可逆，熵 产dS广0，若过程不可逆，熵产dSg 0。不可逆性越大，熵产越大。（4）过程熵变的 计算式：AS R也，可以用于判断过程能否进行，是否可逆，等号为可逆过程，不等号一 i T为不可逆过程。（以上等价数学表达式写出2个即可）（4分）v2. 答：膨胀功是由于工质体积的

21、变化对外所做的功；技术功是指工程技术上可以直接 利用的功，包括宏观动能，宏观位能，轴功；工质在流过热工设 备时，必须受外力推动，这种推动工质流动而做的功称为流动功。膨胀功，轴功，技术功，流动功的联系为：（3分），、1 .4.、w = w + （p v 一p v ） = w +Ac2 + gAz + A（pv）。t 2 21 1 s 2 f3. 答：相对湿度：湿空气的绝对湿度pv与同温度下湿空气的最大绝对湿度ps之比称为湿空气的相对湿度，即：中=匕。含湿量：在湿空气中，与单 s位质量干空气共存的水蒸气的质量，称为湿空气的含湿量。水蒸气分压力，相对湿度，2s绝热膨胀过程（终压相同）3%2 2 *S

22、再热循环T - s图含湿量的关系为：d = 0622 = 0.622（4分）。Pb -PvPb -9Ps4. 答：终态的熵：S2不可逆 S2可逆，对外作的功：W可逆 W不可逆。（2分）坐标图分析：过程线1-2s面积为可逆过程中技术功，1-2不可逆为不可逆过程中技术功。（图示2分）5. 答:再热的目的主要为：增加蒸汽的十度，以便在初温度限 制下可以采用更高的初压力，从而提高循环热效率。与再热有关的热力过程为：过程7-1：工质在再热器中的定压加热过程。热效率：由 Q =(h1- h) + (h1, - h),Q2 = h , - h3得:Q Q(h h ) + (h h ) (h h ) (4 分

23、)n = 12- = 141723Q1(hi h) + (七,h)三. 计算题(共计28分)3（13 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Q = W + AU，得实=0。对理想气体，可知AT = 0。既是：T2 = T = 290K。（4）根据理想气体状态方程式：pV = mRT，p Vp (V + V )pp ()有：T1112 1J，即： p V = p (V + V )，T112122代入数值:p =* = a x 3m3 =。?。2 V + V23m 3 + 1m 3因此压力Ap = p - p=0.7 - 0.5=0.1 M7

24、P5t =527：Pi=0.1MPa m=6kgQ2大气七=27CP0=0.1MPaQW热机t =37C p=0.1MPa4(15 分)解：（1）烟气放热为:Q = mc (t t )=6 kg x 1.4 kJ /(kg - K) x (527 - 37)K = 4116 kJ(2)若使Q2最小，则热机必须是可逆循环，由孤立系统熵增原理得：AS =ASh +A七+ASe +ASw = 0其中:AS =2 丑=h mc 虹=mc In T h T T T p T p T=6 kg x 1400 J /(kg - K) ln (37 + 273)K(527 + 273) K= 7.964 kJ

25、/ KASLQ Q =2 = 2=T2(27 + 273) K300KASe = 0，ASw = 0于是：AS =7.964 kJ / K + - = 0 iso300K解得：Q2 = 2389.2kJ(5)热机输出的最大功：W = Q |Qj = (4116 2389.2)kJ = 1726.8kJ传热学部分四. 问答题（共计20分）1. 答：对流换热微分方程组包括：连续性方程，动量微分方程，能量微分方程;换热微分方程为：h =-片岩 w 8（4 分）。d，对流换热热阻:d有效辐射法12. 答：通过平壁的导热热阻：旦，通过圆筒壁的导热热阻：工inXA2兀人l1，辐射空间热阻：一L，辐射表面热

26、阻：1 。（4分）hAAXAe3. 答：与此漫灰表面有关的辐射能量为：投入辐射G，吸收辐射。6，反射辐射p G，辐射力E=Eb，有效辐射J=E+p G，E - J灰体表面净辐射换热量：q = b。（4分）1 -884. 答：B = T，物理意义为：物体内部的导热热阻枷边界处的对流换热热阻1/h之比。Nu = h，物理意义为：表征流体在壁面外法线方向上的 力平均无量纲温度梯度，其大小反映对流换热的强弱。毕渥数Bi和努塞尔特数Nu的形式相同，但式中各量的含义完全不同，在毕渥数Bi中，l表示固体导热温度场几何特征的尺度，热导率入是固体材料的热导率，表面传热系数h由第三类边界条件给定；在努塞尔特数Nu

27、中，l反映对流换热固体边界几何特征的尺度，入是流体的热导率，h为待定系数。（4分）X + X + X = 15.答：依据角系数的完整性可得：X21 + X2 + X： = 1X ：1+ X ：2 + X ：=1式中：X = 0 X = 0 X = 0 X = 0，因此有：X = 1 X = 1，3,2又根据角系数的相对性1 A1X12 = A2 X 21，A1X13 = A3 X 31 可得：X = A2 X = 1，X = A3 X = 1。(4 分)。1，2 A 2，1 41，3 A 3，1 4五. 计算题（共计28分）3(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

28、为：11AtAtAt1 , 1 I 6090、3.4( In + In )2兀 0.04 30 0.1 60（2）第2种方案，b在里层，a在外层，单位管长的热损失为：qi 2Atvln 9 + 二2兀人d2兀人b 1aAtAti d11 1601902.7，ln (ln+ln)d2兀0.1300.04602比较两种方案的热损失：qi 2qi1At/2.7 =1.26At /3.4因qt2 qi1，故从减少热损失的观点看，第1种方案好。4（ 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:Eb11 - 81A 81J11AX1,2J2有遮热板: 1-3-21 - 82A 82Eb

29、2Eb11 -81A 81JW JAX1,331 -8A 83,E 1 -8 J一 一 3，3A83，b31AX3, 2J21 -8 E b2A82依题意：X =1，X13 = X 32 = 1，E =bT4 = 5.67x 10-8 x 12004 = 117573W/m2 气2 =b T24 = 5.67x 10-8 x 604 = 0.7 3 W/m21 -81 - 0.2 /1 = 4, 网络中的热阻为：8121 - 81 - 0.5= 1, 0.5（4）无辐射遮热板时：q1,2X1,21 -8=1,X1,3 X3,2：5 = 0.250.882117573 - 0.735=22395

30、 W / m 2，117573 0.735(5) 有辐射遮热板时：q = 14251W / m 21,3,24 +1 +1 +1 +1 + 0.25(6) 辐射遮热板的温度T :3依能量平衡，列出下列方程式：气广气3 ) _E4 +1 +14 +1 +1 +1 +1 + 0.25117573 - E 117573 - 0.7354 +1 +1 妇-4 +1 +1 +1 +1 + 0.25解之：E3 =b T： = 32067W / m2，因此：T = 867K = 594C。工程热力学与传热学 试卷C (闭卷)答案一律写在答题纸上工程热力学部分八.问答题（共计22分）1写出开口系统稳定流动能量

31、方程式的表达形式，说明式中各量的含义。（4分）2回答热力学第一定律和热力学第二定律的实质，写出两个与热力学第二定律相对应 的数学表达式。（4分）3写出可逆过程中膨胀功，技术功的计算公式，并在P-V中表示膨胀功，技术功。（5分）4解释湿空气的相对湿度，含湿量。写出水蒸气分压力，相对湿度，含湿量的关系式。 （4分）5. 回答朗肯循环的主要设备有哪些？循环的热力过程有何特点？在T-S图中表示朗肯循环，并写出热效率的计算公式。（5分）九.计算题（共计28分）1 1Kmol的理想气体，从初态p1=0.5MPa，T340K绝热膨胀到原来体积的2倍。已 知气体的Cp,m= 33.44 kJ/（mol.K），

32、Cv,m= 25.12 kJ/（mol.K），试确定在下述情况下气t =527CPi=0.1MPa m=6kgV V V Vt =37C（热叫q2 22p=0.1MPaw 2大气t =27C_p0=0.1MPa体的终温，对外所作的功及熵的变化量。（4）可逆绝热过程；（5）气体向真空自由膨胀。（本题13分）3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）。试求：（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）传热学部分三. 回答问题（共计22分）11指出对流换热的

33、微分方程组包括哪些方程（只需写出名称即可）？写出换热微分方 程的表达形式。（4分）12说明导热问题的单值性条件有哪些？说明三类边界条件的含义。（5分）13写出毕渥数Bi的定义和物理意义，从表面看毕渥数Bi和努塞尔特数Nu的形式相 同，二者有何区别？ （4分）14根据流动边界层和热边界层，说明边界层的特点。（4分）15写出以下几种热阻的表达形式：通过平壁的导热热阻，通过圆筒壁的导热热阻，对 流换热热阻，辐射空间热阻，辐射表面热阻。（5分）四. 计算题（共计28分）3热电厂有一外径为100mm的过热蒸汽管道（钢管），用热导率A =0.04 W/（m.K）的玻 璃棉保温。已知钢管外壁面温度为400C

34、，要求保温层外壁面温度不超过50C，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。（本题12分）4发射率分别为0.3和0.5的两个大平行平板，其温度分别维持在800 C和370C， 在它们之间放置一个两面发射率均为0.05的辐射遮热板。试计算：（2）没有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？（3）有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？（4）辐射遮热板的温度。（5）绘制无，有遮热板的辐射网络图。（本题16分）工程热力学与传热学 试卷C答案一. 问答题（共计22分）1. 答：开口系统稳定流动的能量方程式为：1q = Ah + 2 Ac 2 + gAz +七。式中q为工质与

35、外界交换的热量，Ah为工质进出口焓的增1加，；Ac2为工质宏观动能的变化，gAz为工质宏观位能的变化，七系统对外所作轴功 （4 分）。2. 答：热力学第一定律：在热能和机械能的相互转换过程中，能的总量保持不变。热力 学第二定律：克劳修斯表述：不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其他变化。 开尔文-普朗特表述：不可能从单一热源取热，使之全部转变为功而不产生其他影响。与热力学第二定律等价的数学表达式：（1）克劳修斯积分式：J也 0。孤立系统熵增原理指出鼓励系统的熵只能增大，或者 不变，绝不能减小。孤立系统的熵增完全由熵产组成，式中等号用于可逆过程，不等号 用于不可逆过程。（3）过程熵变的计算式

36、：AS J 2也，可以用于判断过程能否进行，是一 i Tv否可逆，等号为可逆过程，不等号为不可逆过程。（以上等价数学表达式写出2个即可） （4分）3. 答：可逆过程中膨胀功：w =2pdv，技术功：w =-2vdp。i i（5分）4. 答：相对湿度：湿空气的绝对湿度pv与同温度下湿空气的最大绝对湿度ps之比称为湿空气的相对湿度，即：中=匕。含湿s量：在湿空气中，与单位质量十空气共存的水蒸气的质量，称为湿空气的含湿量。水蒸 气分压力，相对湿度，含湿量的关系为：d = 0.622 pv = 0622 叫 。（4分）Pb -PvPb -9Ps5. 答：热力过程为：4-5-6-1锅炉中未饱和水定压加热

37、成过热水蒸气过程；11561- 2过热蒸汽在汽轮机中可逆绝热膨胀对外作功至冷凝压力过402- 3冷凝器中可逆定压放热过程；3- 4饱和水在凝结水泵中可逆绝热被压缩过程；热效率：由：Q = h - h , Q = h - h113223Q - Q（h h ） （h h ） h - h 八、得：门 = 2 = _142J = 1A。（5 分）Qh - hh - h11413二. 计算题（共计28分）1 （13 分）解：首先计算比热容比：y =P，M =3344 = 1.33C 25.12v ,m(1)对可逆绝热过程: 终温：T = T (匕)k-1 = 340K x (上)1.33一i = 270

38、K。2 i V22W = mc (T T ) = nC (T T )对外所作的功：V 12 V，m 12=1 x 103 mol x 25.12 J /(moi - K) x (340 270)K = 1758 J熵的变化量：AS = 0(2)气体向真空自由膨胀，有W=0，又过程绝热，则Q=0，因此由闭口系能量方程Q = W + AU，得 AU = 0。即终温：T2 = T = 340K熵的变化量：/T V、V VAS = m(c ln + R ln) = mR ln = nRln v T g V g V V=1 x 103 mol x 8.314 J /(mol.K) x ln2 = 5.7

39、7 kJ / K2 (15 分)解：(1)烟气放热为：Q1 =气幺-1)( 2)若使Q最小，则热机必须是=6 kg x 1.4 kJ /(kg - K) x (527 37)K = 4116 kJ2可逆循环，由孤立系统熵增原理得：AS. =AS/ +AS& +AS +ASw = 0AS =jT2 国= jT2 mc 攵=mc ln T其中:HT1 TT1p T p T=7.964 kJ / K(37 + 273) K=6 kg x 1400 J /(kg - K) ln (527 + 273) KASQ 2lT2(27 + 273) K300KAS e = 0，AS = 0于是：AS = 7.

40、964 kJ / K + - = 0iso300K解得：Q2 = 2389.2kJ(6)热机输出的最大功：W = Q1 |Qj = (4116 2389.2)kJ = 1726.8kJ传热学部分三. 回答问题（共计22分）1. 答：对流换热微分方程组包括：连续性方程，动量微分方程，能量微分方程；换热微分方程为：h = -一。共（4分）。建气=02. 答：导热问题的单值性条件包括几何条件，物理条件，时间条件和边界条件。边界条件分为第一类边界条件，第二类边界条件，第三类边界条件。（5分）3. 答：Bi = h，物理意义为：物体内部的导热热阻6 /人与边界处的对流换热热阻1/h之力比。Nu = h，

41、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 力大小反映对流换热的强弱。毕渥数Bi和努塞尔特数Nu的形式相同，但式中各量的含义完全不同，在毕渥数Bi中，l表示固体导热温度场几何特征的尺度，热导率入是固体材料的热导率，表面传热系数h由第三类边界条件给定；在努塞尔特数Nu中，l反映对流 换热固体边界几何特征的尺度，入是流体的热导率，h为待定系数。（写出毕渥数Bi和努塞尔特数Nu的表达式即可）（4分）4. 答：（1）边界层的厚度与壁面特征长度相比是很小的量；（2）流场划分为边界层区和 主流区；（3）根据流动状态，边界层分为层流边界层和湍流边界层。湍流边界层分为层 流底层，缓冲层与湍流核心三层。（4）在层流边界层与层流底层，垂直于壁面方向的热 量传递主要靠导热，湍流边界层的主要热阻在层流底层。（4分）5. 答：通过平壁的导热热阻：之，通过圆筒壁的导热热阻：工in，对流换热热阻：XA2冗人I d11，辐射空间热阻：L，辐射表面热阻：1 -。（5分）hAA1X12Ae四. 计算题（共计28分）5解（12分）依题可写出每米长管道的散热损失为：ln-2以 d1若要求每米长管道散热损失小于160W，代入已知数据： 160W /1，400 - 501| 26 + 0.1ln2 x 3.14 x 0.04W /(m - K)0.1解之，得：6