热工学原理期末复习

由管束换热关系式（茹卡乌思卡斯公式）得：

0.630.36?Prf?0.630.36?0.687??Nuf?0.27RefPrf??0.27?6046.86?0.687????Pr?0.688???w??0.0574?56.87?W/?m2·℃??54.41W/?m2·℃?。 所以，h?Nuf?3d60?100.250.25?56.87，

第十二章：传热过程与换热器

一、名词解释

1、对于n层不同材料组成的无内热源的多层圆管的稳态传热过程，热流量

??tf1?tf2Rh1??R?i?Rh2i?1n?tf1?tf2。（P339） ndi?1111??ln??d1lh1i?12??ildi?dn?1lh22、换热器（P344）

（1）定义：用来实现热量从热流体传递到冷流体的装置称为换热器。 （2）分类：按照其工作原理，可分为混合式、蓄热式及间壁式三大类。

①混合式换热器的工作特点：冷、热流体通过直接接触、互相混合来实现热量交换。 ②蓄热式换热器的工作特点：冷、热两种流体依次交替地流过换热器的同一换热面（蓄热体）实现非稳态的热量交换。

③间壁式换热器的工作特点：换热器内冷、热流体由壁面隔开，热量由热流体到冷流体传递过程是由热流体与壁面间的对流换热、壁的导热、壁面与冷流体间的对流换热三个环节组成的传热过程。

3、间壁式换热器的分类（P344~347）

（1）管壳式换热器：管壳式换热器是由管子和外壳构成的换热装置。最简单的管壳式换热器，也称为套管式换热器。根据冷、热流体的相对流动方向不同又有顺流及逆流之别，逆流换热效率高。

（2）肋片管式换热器（翅片管是换热器）：由带肋片的管束构成的换热装置，适用于管内液体和管外气体之间的换热，且两侧表面传热系数相差较大的场合。

（3）板式换热器：由若干片压制成型的波纹状金属传热板片叠加而成，板四角开有角孔，相邻板片之间用特制的密封垫片隔开，使冷、热流体分别由一个角孔流入，间隔地在板间沿着由垫片和波纹所设定的流道流动，然后在另一对角线角孔流出。

（4）板翅式换热器：板翅式换热器是由金属板和波纹状板形翅片层叠、交错焊接而成，使冷、热流体的流向交叉。

（5）螺旋板式换热器：螺旋板式换热器的换热面是由两块平行金属板卷制而成，构成两个螺旋通道，分别供冷、热流体在其中流动。 二、计算题 1、（12﹣2）一内径为0.16m的蒸汽管道，壁厚为8mm，管外包有厚度为200mm的保温层。已知管材的热导率λ1=45W/(m·K)，保温材料的热导率λ2=0.1W/(m·K)。管内蒸汽温度tf1=300℃，蒸汽与管壁间对流换热的表面传热系数h1=150W/(m2·K)。周围空气温度tf2=20℃，空气与保温层外表面对流换热的表面传热系数h2=10W/(m2·K)。试求单位管长的散热损失和保温层外表面的温度。

?m??0.176m， 解：d1?0.16m，d2?d1?2?1?0.16?2?0.008d3?d2?2?2?0.176?2?0.2?m??0.576m。

tf1?tf2（1）单位管长的散热损失??

d311d211?ln?ln??d1lh12??1ld12??2ld2?d3lh2300?20?W?140.12W110.17610.5761?ln?ln???0.16?1?1502??45?10.162??0.1?10.176??0.576?1?10（2）保温层外表面温度tw?tf2??Rh2?tf2???1

?d3lh2?20?140.12?1?℃??27.74℃

??0.576?1?102、（12﹣3）平均温度为80℃的热水以5m/s的速度流过一内径为80mm、壁厚为10mm的水平钢管。管壁材料的热导率为45W/(m·K)，管子周围空气温度为20℃。如果不考虑管壁与周围环境间的辐射换热，试计算单位管长的散热损失和外壁面温度。 解：d1?0.08m，d2?d1?2?1?0.08?2?0.01?m??0.1m。 （1）计算管内壁与水流之间的换热系数

由水的物性表得：??0.674W/?m·℃?，??0.365?10m/s，

?62Pr?2.21，Re?umd?0.8?5?0.08?1095890。

0.365?10?6由紊流换热关系式（茹卡乌思卡斯公式）得：

0.81/3Pr1/3?0.27?1095890?2.21?2387.67。 ?0.674∴换热系数h?Nuf?2387.67?W/?m2·℃??20116.12W/?m2·℃?。

d10.08Nuf?0.27Ref（2）计算管外壁温度

假设管内壁温度为tw1?79.98℃，

q??d1h?t???0.08?20116.12??80?79.98?W/m?101.11W/m。

?t1d10.1?℃??79.9℃。由q?得tw2?tw1?q? ln2?79.98?101.11??ln1d22??d12??450.08ln2??d1（3）计算管外壁与空气之间的自然换热系数

tw?t?79.9?20?℃?50℃。 22由空气的物性表得：??0.0283W/?m·℃?，??17.95?10?6m2/s，Pr?0.698。

11???K?1?0.003095K?1

Tm273.15?50特征温度tm?Gr?Pr?g??tl3?2?Pr?n9.807?0.003095??79.9?20??0.13?17.95?10?1/4?62?0.698?3943936.92

Nuf?C?Gr?Pr??0.48??3943936.92??21.39 ?0.0283∴换热系数h?Nuf?21.39?W/?m2·℃??6.053W/?m2·℃?

d20.1∴水平换热量q?Ah?tw?tf???d2h?tw?tf????0.1?6.053??79.9?20?W/m?113.91W/m。

2013~2014学年度第二学期期末复习

热工学原理

第一章：基本概念

一、名词解释 1、热力系统

闭口系统、开口系统、绝热系统、孤立系统 状态参数、压力、温度、比体积、密度 2、状态参数 3、热力过程 4、可逆过程 二、问答题

1、（1﹣2）表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？

2、（1﹣3）当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 3、（1﹣4）准平衡过程与可逆过程有何区别？

第二章：热力学第一定律

一、名词解释

热力学第一定律的实质

（2﹣8）空气在某压气机中被压缩，压缩前空气的参数为p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；压缩后为p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg。若在压缩过程中每千克空气的热力学能增加为146.5J，同时向外界放热50kJ，压气机每分钟生产压缩气体10kg。 试求：（1）压缩过程中对每千克空气所作的压缩功； （2）生产1kg压缩空气所需的轴功；

（3）带动此压气机所需功率至少为多少（kW）？ 二、计算题

第三章：理想气体的性质与热力过程

一、名词解释

1、理想气体状态方程式 2、热容

热容、比热容、比定容热容、比定压热容、迈耶公式、比热容比 3、混合气体的成分

质量分数、摩尔分数、体积分数

定容过程、定压过程、定温过程、绝热过程

各种热力过程的计算公式 过程 过程方程式 定容 定压 定温 定熵 二、问答题

1、（3﹣1）理想气体的cp和cv之差及cp和cv之比是否在任何温度下都等于一个常数？

初、终状态 参数间的关系 交换的功量 w/(J/kg) wt/(J/kg) 交换的热量 q/(J/kg) 4、理想气体的基本热力过程

2、（3﹣2）如果比热容是温度t的单调增函数，当t2?t1时，平均比热容c|01、c|02、c|t12中哪一个最大？哪一个最小？

3、（3﹣3）如果某种工质的状态方程式遵循pv?RgT，这种物质的比热容一定是常数吗？这种物质的比热容仅是温度的函数吗？

4、（3﹣4）在u?v图上画出定比热容理想气体的可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆定温加热过程和可逆绝热膨胀过程。 三、计算题

1、（3﹣2）体积为0.027m3的刚性储气筒，装有压力为7×105Pa、温度为20℃的空气。筒上装有一排气阀，压力达到8.75×105Pa时就开启，压力将为8.4×105Pa时才关闭。若由于外界加热的原因，造成阀门开启。问：（1）当阀门开启时，筒内温度为多少？ （2）因加热而失掉多少空气？设筒内空气温度在排气过程中保持不变。

2、（3﹣3）一绝热刚体气缸，被一导热的无摩擦的活塞分成两部分。最初活塞被固定在某一位置，气缸的一侧储有0.4MPa、30℃的理想气体0.5kg，而另一侧储有0.12MPa、30℃、0.5kg的同样气体。然后松开活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。设比热容为定值 试求：（1）平衡时的温度（℃）；（2）平衡时的压力（MPa）。

3、（3﹣4）5kg的Ar气体经历了一热力学能不变的过程，初态为p1=6.0×105Pa、T1=600K，膨胀终了的体积V2=3V1。Ar气体可作为理想气体，设比热容为定值，Rg=0.208kJ/(kg·K)，求终温、终压及总熵变量。

4、（3﹣7）6kg的空气，由初态p1=0.3MPa、t1=30℃经下列不同过程膨胀到同一终压p2=0.1MPa；（1）定温；（2）定熵；（3）n=1.2。试比较不同过程中空气对外作的膨胀功、交换的热量和终温。

5、（3﹣8）一氧气瓶的体积为0.04m3，内盛p1=147.1×105Pa的氧气，其温度与室温相同，即t1=t0=20℃。（1）如开启阀门，使压力迅速下降到p2=73.55×105Pa，求此时氧气的温度t2和所放出的氧气的质量?m；（2）阀门关闭后，瓶内氧气的温度与压力将怎样变化； （3）如放气极为缓慢，以致瓶内气体与外界随时处于热平衡，当压力自147.1×105Pa降到73.55×105Pa时，所放出的氧气较第一种情况是多还是少？

ttt第四章：热力学第二定律

一、名词解释

热力循环

热力循环、正向循环、逆向循环、制冷装置的制冷系数、热泵的供热系数

第九章：导热

一、名词解释 1、等温线与等势面 2、温度梯度 3、热导率 4、边界条件

第一类边界条件、第二类边界条件、第三类边界条件 二、问答题

1、（9﹣3）为什么导电性能好的金属导热性能也好？

2、（9﹣4）一个具体导热问题的完整数学描述应包括哪些方面？ 3、（9﹣5）何谓导热问题的单值性条件？它包含哪些内容？

4、（9﹣6）试说明在什么条件下平板和圆筒壁的导热可以按一维导热处理。 5、（9﹣7）试用传热学观点说明为什么冰箱要定期除霜。

第十章：对流换热

一、名词解释 1、相似分析 2、相似特征数

努塞尔数、雷诺数、普朗特数、格拉晓夫数 二、问答题

1、（10﹣12）分别写出努塞尔数Nu、雷诺数Re、普朗特数Pr、格拉晓夫数Gr的表达式，2、（10﹣14）何谓管内流动充分发展段和热充分发展段？有何特点？

3、（10﹣15）试说明在运用特征数关联式计算对流换热问题时应该注意哪些问题？ 三、计算题

1、（10﹣11）有一外径为25mm、长为200mm的水平圆管横置在风洞之中进行空气横掠的对流换热实验，管内用电加热器加热。已测得圆管外壁面的平均温度为100℃，来流空气温度为20℃、流速为5m/s，试计算圆管外壁面对流换热的表面传热系数和电加热器的功率。 2、（10﹣12）在一锅炉烟道中有一6排管顺排构成的换热器。已知管外径d=60mm，管间距 s1/d=s2/d=2，管壁平均温度tw=100℃，烟气平均温度tf=500℃，管间最窄通道处的烟气流速u=8m/s。试求管束外壁面和烟气间对流换热的平均表面传热系数。

第十二章：传热过程与换热器

一、名词解释

1、对于n层不同材料组成的无内热源的多层圆管的稳态传热过程，热流量公式 2、换热器

定义、分类及工作特点 3、间壁式换热器的分类 二、计算题

1、（12﹣2）一内径为0.16m的蒸汽管道，壁厚为8mm，管外包有厚度为200mm的保温层。已知管材的热导率λ1=45W/(m·K)，保温材料的热导率λ2=0.1W/(m·K)。管内蒸汽温度tf1=300℃，蒸汽与管壁间对流换热的表面传热系数h1=150W/(m2·K)。周围空气温度tf2=20℃，空气与保温层外表面对流换热的表面传热系数h2=10W/(m2·K)。试求单位管长的散热损失和保温层外表面的温度。

2、（12﹣3）平均温度为80℃的热水以5m/s的速度流过一内径为80mm、壁厚为10mm的水平钢管。管壁材料的热导率为45W/(m·K)，管子周围空气温度为20℃。如果不考虑管壁与周围环境间的辐射换热，试计算单位管长的散热损失和外壁面温度。