热力学练习题2

1《热力学与传热学》课程练习题适用层次所有层次适应专业石油工程、油气储运工程使用学期2010秋自学学时120面授学时40实验学时0使用教材教材名称《工程热力学（第三版）》；《传热学（第二版）》编者沈维道等;戴锅生出版社高等教育出版社参考教材《传热学》俞佐平等，高等教育出版社热力学部分绪论第一章基本概念1-1～1-5第二章热力学第一定律2-1～2-5练习题1-1：华氏温标规定，在标准大气压（101325Pa）下纯水的冰点是32℉，汽点是212℉（℉是华氏温标温度单位的符号）。试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。1-8：容器被分隔成A、B两室，如图1-19所示。已知当地大气压bp0.1013MPa，B室内压力表2的读数04.02,epMPa，压力表1的读数294.01,epMPa，求压力表3的读数（用MPa表示）。第二章热力学第一定律2-6～2-7第三章理想气体的性质3-1～3-3；3-4～3-6练习题2-5：夏日为避免阳光直射，紧闭门窗，用电扇取凉，电扇功率为60W。假定房间内初温为28℃、压力为0.1MPa，太阳照射传入的热量为0.1kW，通过墙壁向外散热1800kJ/h。室内有3人，每人每小时向环境散发热量为418.7kJ。试求面积为15m2、高度为3.0m的室内每小时温度的升高值。已知空气的热力学能与温度的关系为KTu72.0kJ/kg。3-4：锅炉燃烧需要的空气量折合为标准状态为30,105vqm3/h,实际送入的是温度int=250℃、表压力ep150mmHg的热空气。已知当地大气压力bp756mmHg。设煤燃烧后产生的烟气量与空气量近似相同，烟气通过烟囱排入大气。已知烟囱出2口处烟气的压力2p0.1MPa，温度T2=480K，要求烟气流速fc3m/s，试求：（1）热空气实际状态的体积流量vq；（2）烟囱出口内直径的设计尺寸。见图3-10。3-8：体积V=0.5m3的密闭容器中装有27℃、0.6MPa的氧气，加热后温度升高到327℃。试求加热量VQ，并要求：（1）按比热容的算术平均值计算；（2）按平均摩尔热容表计算；（3）按真实摩尔热容经验式计算；（4）按平均比热容直线关系式计算；（5）按气体热力性质表计算。第四章理想气体的热力过程4-1～4-6练习题4-5：氧气O2由1t=40℃、1p0.1MPa，被压缩到2p0.4MPa，若比热容为变值，试按气体热力性质表计算绝热压缩时1Kg氧气消耗的技术功。4-11：某理想气体在T-s图上的四种过程如图4-17所示，在p-v图上画出相应的四个过程，并对每个过程说明n的范围，吸热还是放热，膨胀过程还是压缩过程？第五章热力学第二定律5-1～5-83练习题5-2：设有一由两个定温过程和两个定压过程组成的热力循环，如图5-34所示。工质加热前的状态为1p0.1MPa、T1=300K，定压加热到T2=1000K，再在定温下每千克工质吸热400kJ。试分别计算不采用回热和采用极限回热循环的热效率，并比较它们的大小。工质的比热容pc=1.004kJ/(kg·K)。5-11：将一根m=0.36kg的金属棒投入Wm9kg的水中，初始时金属棒的温度imT,1060K，水的温度WT295K。比热容分别为mc0.42kJ/(kg·K)和Wc4.187kJ/(kg·K)，试求：终温fT和金属棒、水以及它们组成的孤立系得熵变。设容器绝热。第五章热力学第二定律5-9第七章水蒸气7-1～7-6练习题5-9：燃气经过燃气轮机由0.8MPa、420℃绝热膨胀到0.1MPa、130℃。设比热容pc=1.01kJ/(kg·K)，Vc0.732kJ/(kg·K)，（1）该过程能否实现？过程是否可逆？（2）若能实现，计算1kg燃气作出技术功tw，设进、出口的动能差、位能差忽略不计。7-2：湿饱和蒸汽的x0.95、p=1MPa，试利用水蒸气表求st、h、u、v、s，再用h-s图求上述参数。7-6：1kg、p1=3MPa、t1=450℃的蒸汽，可逆绝热膨胀至p2=0.004MPa，试用h-s图求终点状态参数t2、v2、h2、s2，并求膨胀功w和技术功w1。第八章气体与蒸汽的流动8-1；8-3；8-4第九章压气机的热力过程9-1～9-3练习题1.空气以cf=180m/s的速度在风洞中流动，用水银温度计测量空气的温度，温度计的读数是70℃。假定空气在温度计周围得到完全滞止，求空气的实际温度（即所谓热力学温度）。2.进入出口截面面积A2=10cm2的渐缩喷管的空气初参数为p1=2×106Pa、t1=27℃，初速度很小，可以忽略不计。求空气经喷管射出时的速度、流量以及出口截面处空气的状态参数v2、t2。设喷管背压力分别为1.5MPa、1MPa。空气的比热容cp=1.005kJ/4（kg·K），κ=1.4。第九章压气机的热力过程9-4练习题1.三台压气机的余隙容积比均为6%，进气状态均为0.1MPa、27℃，出口压力均为0.5MPa，但压缩过程的指数分别为n1=1.4、n2=1.25、n3=1。试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程相同）。传热学部分第一章绪论1、传热学的研究对象2、热量传递的三种基本方式3、总传热过程4、传热学的研究方法练习题1-2：机车中，机油冷却器的外表面面积为0.12m2，表面温度为65℃。行驶时，温度为32℃的空气流过机油冷却器的外表面，表面传热系数为45W/（m2·K）。试计算机油冷却器的散热量。1-8：某锅炉炉墙，内层是厚7.5cm、λ=1.10W/（m·K）的耐火砖，外层是厚0.64cm、λ=39W/（m·K）的钢板，且在每平方米的炉墙表面上有18只直径为1.9cm的螺栓[λ=39W/（m·K）]。假定炉墙内、外表面温度均匀，内表面温度为920K，炉外是温度为300K的空气，炉墙外表面的表面传热系数为68W/（m2·K），求炉墙的总热阻和热流密度。第二章导热基本定律和稳态导热1、导热基本定律和热导率2、导热微分方程和定解条件3、一维稳态导热练习题2-5：厚200mm的耐火砖墙，热导率λ1=1.3W/（m·K）。为使每平方米炉墙的热损失不超过600W/m2，在墙外覆盖一层热导率为λ2=0.11W/（m·K）的材料。已知炉墙两侧的温度分别为1300℃和60℃，试确定覆盖材料层应有的厚度。2-18：某炉壁由厚250mm的耐火粘土制品层和厚500mm的红砖层组成。内壁温度为1000℃，外壁温度为50℃红砖的热导率近似为0.7W/（m·K）。求热损失和层间交界面的温度。第三章非稳态导热1、概述2、集总参数法练习题3-1：体温计的水银泡长1cm、直径为7mm。体温计自酒精溶液中取出时，由于酒精蒸发，体温计水银泡维持18℃。护士将体温计插入病人口中，水银泡表面的当量传热系数h=100W/（m2·K）。如果测温误差要求不超过0.2℃，求体温计插入病人口中后，至少要多长时间才能将体温计从体温为40℃的病人口中取出。水银泡的当量物性值为：ρ=8000kg/m3，pc430J/（kg·K）。3-3：初温相同的金属薄板、细圆柱体和小球（材料相同）放在同一种介质中加热。如薄板厚度、细圆柱体直径、小球直径相等，表面传热系数相同，求把它们加热到5同样温度所需时间之比。第五章对流传热原理1、对流传热概述2、流动边界层和热边界层3、边界层对流传热微分方程组相似原理简介特征数实验关联式的确定和选用练习题5-2：为了用实验的方法确定直径d=400mm的钢棒[热导率λ=42W/（m·K），热扩散率a=1.18×10-5m2/s，表面传热系数h=116W/（m2·K）]放入炉内时间τ=2.5h时的温度分布，现用几何形状相似的合金钢帮[λm=16W/（m·K），am=0.53×10-5m2/s，hm=150W/（m2·K）]在不大的炉中加热。求模型的直径dm和模型放入炉内多少时间后测量模型中温度分布。第六章单相流体对流传热特征数关联式1、管内强迫对流换热2、自然对流换热练习题6-7：水流过长l=5m的直管时，从入口温度tf’=15℃被加热到出口温度tf’’=45℃。管子内径di=20mm，水的流速v=2m/s。求对流传热系数h。6-23：两根表面温度相同，水平放置的管子在空气中自然对流冷却。已知一根管子的外径为另一根管子的10倍，二管的（GrPr）m数值均在104~107范围内，求两根管子的对流传热系数之比和对流热损失之比。第八章辐射换热1、热辐射的基本概念2、黑体辐射的基本定律3、实际物体和灰体的辐射4、角系数5、封闭系统中灰体表面间的辐射换热练习题8-20：图8-56所示马弗炉中马弗罩的内表面面积A1=1m2，温度t1=900℃，在炉底的架子上平行地放着空隙为50mm的两块相同的金属料坯。料坯的截面积为50mm×50mm，长1m。马弗罩及金属料坯的发射率均为0.8，求金属温度t2=500℃时马弗罩传给金属料坯的净辐射传热量（不计料坯端面吸热）。如两块坯料紧靠互相紧靠地放在炉子底架上，其他条件不变，求马弗罩与金属料坯间的辐射传热量，并于上部结果进行比较。8-30：两块平行放置的无限大灰体平板，温度分别为T1和T2，表面发射率均为0.9。在二灰体间插入一块薄的金属板，使辐射传热量减为原来的1/20。问此金属板的表面发射率应为多少？6备注第六节和第七节不学第九章传热过程和换热器1、传热过程的分析和计算2、2、换热器的分类和平均传热温差3、3、平均传热温差法热计算4、传热的增强练习题9-15：船用内燃机的排气温度为45℃，流量为0.05kg/s，比热容为1.13kJ/（kg·K）。现拟利用排气余热把流量为0.1kg/s、初温为10℃的水加热到50℃，以供船上生活之用。现有两台换热器，传热系数均为75W/（m2·K），传热面积分别为0.6m2和0.9m2。问哪一台换热器适用？