中国石油大学（北京）工程热力学与传热学-试题02

中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期

储运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5分）

1 2 3 4 5

气体膨胀时一定对外作功；（ ）

道尔顿定律只适用于理想气体，定律指出混合气体的总压力等于各组元分压力之和；（ ） 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（ ）

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；（ ） 水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W。（ ）

二. 问答题（共计18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，又升温，又吸热的多变过程。（5分） 2

某热机工作在T1=2000K的高温热源和T2=300K的低温热源之间，问能否实现作功1200kJ，

T11’54322‘67向低温热源放热800 kJ？（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

如图为蒸汽一次再热循环的T-s图，

0指出各相应过程的特点，并写出热效率的计算公式。（5分）

s再热循环T–s图三. 计算题（共计30分）

1

如图有一汽缸和活塞组成的系统，汽缸壁和活塞均由绝热材料制成，活塞可在汽缸中无摩擦地

自由移动。初始时活塞位于汽缸中间， A，B 两部分理想气体的质量均为1 kg，两边的压力、温度都相同, 并有PA1= PB1 =0.2 MPa，tA1= tB1= 20℃。现通过 A 腔气体内的一个加热线圈，对A 腔气体缓慢加热，则活塞向右缓慢移动, 直至 PA2= PB2 =0.4 MPa 时。试计算： （1） A，B 腔内气体的终态容积, 终态温度各是多少 ? （2） 过程中供给 A 腔气体的热量是多少 ?

（3） A，B 腔内气体的熵变及整个气体组成的系统熵变是多

少 ?

设气体的比热容为定值，cp = 1.01 kJ/(kg.K)，cV = 0.72kJ/(kg.K)（15分） 2

将1 kmol理想气体在400K下从0.1 MPa缓慢地定温压缩到1.0 MPa，试计算下列三种情况下

QAB此过程气体的熵变，热源的熵变和总熵变。 （1） 过程无摩擦，热源温度为400K；

（2） 过程无摩擦，热源温度为300K；

（3） 过程有摩擦，比可逆压缩多消耗20%的功，热源温度为300K。（15分）

传热学部分

四. 回答问题（共计21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，有内热源，常物性，非

稳态三维导热的微分方程。（4分） 2 3

写出平直绝热边界节点温度的有限差分计算式。（2分） 流体强迫对流换热特征数关联式包括哪些准则，写出各准则的

?yi?1,j?w?ni,j?1i,j?s表达形式及物理意义。（6分） 4

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

i,j?1绝热?x换的特点。（5分） 5

如图，两表面组成一封闭系统，试确定角系数

X1,1,X1,2,X2,1A1A2X2,2的值。已知两表面面积A1，A2。（4分）

五. 计算题（共计26分）

5

用热电偶测量气罐中气体的温度。热电偶近似为球形，直径为0.2mm。热电偶的初始温度为

20℃，与气体表面的传热系数为10 W/(m2.K)。试计算插入气体中10s后， （1） 热电偶的过余温度为初始过余温度的百分之几？

（2） 要使热电偶过余温度不大于初始过余温度的1%，至少需要多长时间？ 已知热电偶焊丝的λ= 67 W/(m.K)，ρ=7310 kg/m3，c=228 J/(kg.K)。（12分） 6

两块平行放置的平板表面发射率均为0.6，其板间距远小于板的宽度和高度，且两表面温度分别

为t1=427 ℃，t2=27 ℃。试计算： （1） 板1的自身辐射； （2） 板1的投入辐射； （3） 板1的反射辐射； （4） 板1的有效辐射；

（5） 板1，2间的净辐射换热量。（14分）

中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期

储运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5分）

1 X； 2 √； 3 X； 4 X； 5 X 。

二. 问答题（共计18分）

1 （5分）

2 （4分）

答：法1：利用克劳修斯积分式判断循环是否可行：

0v0pTsv工质膨胀，升温，吸热过程T工质膨胀，升温，吸热过程vpp.sTs??QT?Q1T1?Q2T2?1200?8002000??800300??1.67kJ/K?0，

因此此循环能实现，且为不可逆热机。

法2；利用孤立系统熵增原理判断循环是否可行；孤立系统由高温热源，低温热源，热机

和功源组成。

?Siso??SH??SD??SR??SW???20002000?800300Q1T1?Q2T2?0?0，

??1?2.67?1.67kJ/K?0故此循环能实现。

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

pv?pvmax?ps(T),

04322‘T11’567s再热循环T–s图法2：保持水蒸气含量pv不变，降低湿空气温度T?Ts(pv)。

4 （5分）

答：热力过程为：

4-5-6-1 锅炉中未饱和水定压加热成过热水蒸气过程； 1-7过热蒸汽在高压汽轮机中可逆绝热膨胀过程； 7-1过热蒸汽在再热器中可逆定压加热过程；

1-2 过热蒸汽在低压汽轮机中可逆绝热膨胀对外作功过程； 2-3 乏气在冷凝器中可逆定压放热过程； 3-4 饱和水在给水泵中可逆绝热被压缩过程。 热效率：由：Q1?(h1?h4)?(h1??h7),得：??Q1?Q2Q1?‘‘

‘‘

Q2?h2??h3

(h1?h4)?(h1??h7)?(h2??h3)(h1?h4)?(h1??h7)三. 计算题（共计30分）

1 （15分）

解：（1）根据题意，B侧为可逆绝热膨胀过程，终态时A，B两侧压力相同，且过程中总体积不变，即?VA1??VB1??VA2??VB2。 先计算工质的物性常数：

Rg?cp?cV?1.01?0.72?0.29kJ/(kg.K)

QABk?cpcV?1.010.72?1.403。

初始时：VA1?VB1?mARgTA1pA1?1kg?290J/(kg.K)?293K0.2?10Pa6?0.425m

3先取B为热力系，进行可逆绝热过程，故有：

11.4?11.4?pB2VB2???p?B1??0.2MPa??VB1????0.4MPa???k?0.425m3?0.259m，

33A热力系：VA2?(VA1?VB1)?VB2?2?0.425?0.259?0.591m， 温度：TB2?TB1(pB2pB1k?1)k?293K?(0.4MPa0.2MPa1.403?1)1.403?357.5KTA2?pA2VA2mARg?0.4?10Pa?0.591m1kg?290kJ/(kg.K)63?814.6K。

（2） 再取（A+B）为热力系统，整个系统对外不作功。