1、热工基础 B 卷真题 2007 年及答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)1.写出热力学第一定律对不同系统的表达式。（分数：5.00）_2.可逆过程的定义，建立可逆过程概念的好处和实际意义。（分数：5.00）_3.写出用压缩因子表示的实际气体状态方程式，说明压缩因子的物理意义。（分数：5.00）_4.卡诺定理的理论价值和实用价值。（分数：5.00）_5.用搅拌器搅拌绝热容器中的水：(a) 水温 20；(b) 水温 60。在搅拌器耗功相同条件下，试问两种情况哪种的不可逆损失大?为什么?（分数：5.00）_6.压气机高压比时为什么采用多级压缩中间冷却方式?（分数：5.00）_7.某燃
2、气轮机装置中燃烧室的温度为 1800，来自压气机的压缩空气的温度为 220。根据燃气轮机叶片强度的要求，进入燃气轮机的气体温度不得超过 850。试确定来自燃烧室的燃气与来自压气机的压缩空气的混合比例。(设燃烧室燃气的比热 cp,1=1.170kJ/(kgK) ，压缩空气的比热为 cp,2=1.004kJ/(kgK) 。)（分数：15.00）_8.冬季室外温度-15、室内温度 18，耗电 3kW 的热泵能向室内提供的最大热量是多少?夏季热泵以空调方式工作，要求室内温度为 22，允许的室外温度最高为多少?假定室内无热源，且室内外之间的热交换的热流量是常数。（分数：15.00）_下图为一烟气余热回收
3、方案。（分数：15.00）(1).烟气流经换热器时传给热机工质的热量：（分数：5.00）_(2).热机放给大气的最小热量 Q2；（分数：5.00）_(3).热机输出的最大功 W。（分数：5.00）_9.冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温度 Ta高于 0，有人却发现地面上结有一层薄冰，试解释原因(若不考虑水表面的蒸发)（分数：5.00）_10.有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快一些，你认为应该搅拌碗中稀饭还是盆中凉水?为什么?（分数：5.00）_11.试从沸腾过程分析，为什么用电加热器加热时当加热功率 qq max时易发生壁面被烧毁的现象，而采用蒸汽加热则不会?（分数：5.00
4、）_12.写出普朗特数 Pr 的表达式，并说明其物理意义。（分数：5.00）_13.“善于发射的物体必善于吸收”，即物体辐射力越大，其吸收比也越大。你认为对吗?为什么?（分数：5.00）_14.设计肋片时，是否肋片越长越好?（分数：5.00）_15.利用数量级分析的方法，对流体外掠平板的流动，从动量微分方程 导出边界层厚度的如下变化关系式 ，其中 （分数：15.00）_16.某厂由于生产需要，将冷却水以 201032510 3kg/h 的质量流量向距离 3km 的车间供应，供水管道外直径为 160mm。为防止冬天水在管道内结冰，在管道外包裹导热系数 =0.12W/(mK) 的沥青蛭石管壳。保温
5、层复合换热表面的传热系数 h0=35W/(m2K) 。该厂室外空气温度达-15，此时水泵的出口水的温度为 4。试确定为使冷却水不结冰的最小保温层厚度。忽略管壁热阻及管内水的对流换热热阻。（分数：15.00）_17.两个直径为 0.4m，相距 0.1m 的平行同轴圆盘，放在环境温度保持在 300K 的大房间内。两圆盘背面不参与换热。其中一个圆盘绝热，另一个保持均匀温度 500K，发射率为 0.6。且两圆盘均为漫射灰体。试确定绝热圆盘的表面温度及等温圆盘表面的辐射热流密度。(注：从传热学教材图 8-9“两同轴平行圆盘问角系数”可知 x1,2=0.62)（分数：15.00）_热工基础 B 卷真题 2
6、007 年答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)1.写出热力学第一定律对不同系统的表达式。（分数：5.00）_正确答案：( )解析：2.可逆过程的定义，建立可逆过程概念的好处和实际意义。（分数：5.00）_正确答案：(可逆过程：无耗散的准平衡过程。可逆过程是实际过程的理想极限、可以用来衡量实际过程的完善程度；实际过程的计算可以简化为可逆过程加一修正系数。)解析：3.写出用压缩因子表示的实际气体状态方程式，说明压缩因子的物理意义。（分数：5.00）_正确答案：(表示了实际气体的比体积与同温同压下理想气体的比体积之比，z 的大小表明实际气体偏离理想气体的程度。 )解析：4.卡诺定理的
7、理论价值和实用价值。（分数：5.00）_正确答案：(卡诺定理指出了热效率的极限值；指出了提高热工效率的方向；表示了在大气环境下热功转换的极限。)解析：5.用搅拌器搅拌绝热容器中的水：(a) 水温 20；(b) 水温 60。在搅拌器耗功相同条件下，试问两种情况哪种的不可逆损失大?为什么?（分数：5.00）_正确答案：(情况(a) 的不可逆损失大于情况(b) 。因搅拌器耗功 W=mcpt，在 W 相同情况下，两种情况的 mcp相同，所以温升也相同。但低温引起的熵产大于高温引起的熵产。)解析：6.压气机高压比时为什么采用多级压缩中间冷却方式?（分数：5.00）_正确答案：(采用多级压缩、中间冷却，有
8、如下好处：a) 可降低排气温度，压气机出口温度降低了。b) 可减少压气机耗功量。c) 对于活塞式压气机还可提高压气机的容积效率，有利于压比的提高。)解析：7.某燃气轮机装置中燃烧室的温度为 1800，来自压气机的压缩空气的温度为 220。根据燃气轮机叶片强度的要求，进入燃气轮机的气体温度不得超过 850。试确定来自燃烧室的燃气与来自压气机的压缩空气的混合比例。(设燃烧室燃气的比热 cp,1=1.170kJ/(kgK) ，压缩空气的比热为 cp,2=1.004kJ/(kgK) 。)（分数：15.00）_正确答案：(设燃烧室燃气质量为 m1，压缩空气质量为 m2，由能量守恒 m1cP,1t 1=m
9、2cP,2t 2，因此有m11.170(1800-850) =m21.004(850-220) ，所以，)解析：8.冬季室外温度-15、室内温度 18，耗电 3kW 的热泵能向室内提供的最大热量是多少?夏季热泵以空调方式工作，要求室内温度为 22，允许的室外温度最高为多少?假定室内无热源，且室内外之间的热交换的热流量是常数。（分数：15.00）_正确答案：(使用冬季热泵情况下：T R=273+18=291K，T=18-(-15) =33K热泵最大制热系数为因此热泵能向室内提供的最大热量是Q=26.4kW。室内外热交换的热流量：夏季热泵以空调方式下工作：T R=273+22=295K，T=T 0
10、-295热泵最大制冷系数为)解析：下图为一烟气余热回收方案。（分数：15.00）(1).烟气流经换热器时传给热机工质的热量：（分数：5.00）_正确答案：(烟气放热为Q1=mcp(t2-t1) =61.4(527-37) =4116103J=4116kJ。)解析：(2).热机放给大气的最小热量 Q2；（分数：5.00）_正确答案：(方法 1：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方法 2：热机为可逆机时 Q2最小，由卡诺定理得即 )解析：(3).热机输出的最大功 W。（分数：5.00）_正确答案：(输出的最大功为：)解析：9.冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温度 Ta高于 0，
11、有人却发现地面上结有一层薄冰，试解释原因(若不考虑水表面的蒸发)（分数：5.00）_正确答案：(假定地球温度为 Te，太空温度为 Tsky，设换热过程达到稳态，空气与地面的表面传热系数为h，地球表面近似看成温度为 Te的黑体，太空可看成温度为 Tsky的黑体，则由热平衡：)解析：10.有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快一些，你认为应该搅拌碗中稀饭还是盆中凉水?为什么?（分数：5.00）_正确答案：(从稀饭到凉水是一个传热过程。显然稀饭和水的换热在不搅拌时属于自然对流。而稀饭的换热比水要差。因此，要强化传热增加散热量，应该搅拌稀饭侧以强化传热。)解析：11.试从沸腾过程分析
12、，为什么用电加热器加热时当加热功率 qq max时易发生壁面被烧毁的现象，而采用蒸汽加热则不会?（分数：5.00）_正确答案：(用电加热时，加热方式是控制表面的热流密度。而采用蒸汽加热则是壁面温度可控的情形。由大容器饱和沸腾曲线可知，当加热功率 q 稍超过 qmax值时，工况将沿大容器饱和沸腾曲线中 qmax虚线跳至稳定膜态沸腾线，使壁面温度飞升，导致设备烧毁。)解析：12.写出普朗特数 Pr 的表达式，并说明其物理意义。（分数：5.00）_正确答案：(，动量扩散厚度与热量扩散厚度之比的一种度量。 )解析：13.“善于发射的物体必善于吸收”，即物体辐射力越大，其吸收比也越大。你认为对吗?为什么
13、?（分数：5.00）_正确答案：(基尔霍夫定律对实际物体成立必须满足两个条件：物体与辐射源处于热平衡，辐射源为黑体。即物体辐射力越大，其对同样温度的黑体辐射吸收比也越大，善于发射的物体，必善于吸收同温度下的黑体辐射。所以上述说法不正确。)解析：14.设计肋片时，是否肋片越长越好?（分数：5.00）_正确答案：(不是。肋片长，其传出的热量较多，但过长时，会增加肋片导热热阻，且再过长部分温差很小，均会降低肋片的使用效率。)解析：15.利用数量级分析的方法，对流体外掠平板的流动，从动量微分方程 导出边界层厚度的如下变化关系式 ，其中 （分数：15.00）_正确答案：(由外掠平板流动的动量微分方程(1
14、) 由于 uu ,xx,y，而由连续性方程(2) 可知 ，因此，动量微分方程(1) 式中各项的数量级如下：在边界层内，粘性力项与惯性力项具有相同数量级，即即 所以 )解析：16.某厂由于生产需要，将冷却水以 201032510 3kg/h 的质量流量向距离 3km 的车间供应，供水管道外直径为 160mm。为防止冬天水在管道内结冰，在管道外包裹导热系数 =0.12W/(mK) 的沥青蛭石管壳。保温层复合换热表面的传热系数 h0=35W/(m2K) 。该厂室外空气温度达-15，此时水泵的出口水的温度为 4。试确定为使冷却水不结冰的最小保温层厚度。忽略管壁热阻及管内水的对流换热热阻。（分数：15.
15、00）_正确答案：(本题属导热和复合换热的热阻分析问题。先由管内水确定换热量，然后按热阻条件确定绝热层厚度，最小绝热层厚度发生在管道出口水温降至 0的时刻，且此时水的质量流量最低(2010 3kg/h) 。水由 4降至冰点时的放热量： 定性温度 对应水的定压比热容 考虑到忽略管壁热阻及管内对流热阻，因而保温层内壁温度近似为水的平均温度，即 twi=20。从保温层内壁温 twi到外部空气温度 tf=-15，中间有保温层的导热热阻及空气侧复合换热热阻，即：而 d0=di+2， 为保温层厚度。即： )解析：17.两个直径为 0.4m，相距 0.1m 的平行同轴圆盘，放在环境温度保持在 300K 的大
16、房间内。两圆盘背面不参与换热。其中一个圆盘绝热，另一个保持均匀温度 500K，发射率为 0.6。且两圆盘均为漫射灰体。试确定绝热圆盘的表面温度及等温圆盘表面的辐射热流密度。(注：从传热学教材图 8-9“两同轴平行圆盘问角系数”可知 x1,2=0.62)（分数：15.00）_正确答案：(这是三个表面组成封闭系的辐射换热问题，表面 1 为漫灰表面，表面 2 为绝热表面，表面 3相当于黑体。如图 8-(a) 所示。辐射网络图见 8-(b) 所示。计算角系数分别为X1,2=0.62X1,3=X2,3=1-0.62=0.38。吸收热量面积分别为对于 J1，J 2列节点方程：其中 J3=Eb3=T 34=5.6710-83004=459.27W/m2，Eb1=T 14=5.6710-850043543.75W/m2。节点间的热阻分别为因而(1) ，(2) 式成为解得：等温圆盘 1 的表面辐射热流： 图 8-(a) )解析：
