【考研类试卷】热工基础A卷真题2007年及答案解析.doc

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1、热工基础 A卷真题 2007年及答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)1.热力学第一定律和第二定律的实质区别是什么?写出各自的数学表达式。（分数：5.00）_2.若封闭系统经历一过程，熵增为 25kJ/K，从 300K的恒温热源吸热 8000kJ，此过程可逆?不可逆?还是不可能?为什么?（分数：5.00）_3.试问为何在封闭室内敞开冰箱大门不能降温，而安装空调却能降温?（分数：5.00）_4.实际气体在哪些情况下可以当作理想气体处理，为什么?（分数：5.00）_5.湿空气的湿球温度、干球温度、露点温度是如何定义的?请给出这三个温度的大小关系。（分数：5.00）_6.简述活塞式压气

2、机与叶轮式压气机(离心式或轴流式) 在工作原理上的区别。（分数：5.00）_7.容积为 200升的绝热容器，内有压力为 0.6MPa、温度 35的氮气。容器上装有压力控制阀，当压力高于 0.8MPa时自动打开放气以维持容器压力不超过 0.8MPa。当容器内的氮气被加热到温度为 350时，共加入了多少热量?(氮气视作理想气体，比热容为定值)（分数：15.00）_某燃气轮机装置的定压加热循环，压气机入口空气参数为 80kPa、17。循环增压比 =7，增温比=4，压气机的绝热效率 c,s=0.9，燃气轮机相对内效率 T=0.92。燃气可视为理想气体，k=1.386，c p=1.03kJ/(kgK)

3、，R=0.287kJ/(kgK) ，环境温度为 290K(设燃气轮机装置定压加热理想循环为 1-2-3-4-1，由于空气在压气机及燃气轮机中经历不可逆过程，令其实际循环为 1-2-3-4-1) ，（分数：15.00）(1).求循环热效率 t、循环吸热量 q1和放热量 q2；（分数：7.50）_(2).求装置每一循环的可用能损失。（分数：7.50）_如图所示，一渐缩喷管经一可调阀门与空气罐连接。气罐中参数恒定为 pa=500kPa，t a=43，喷管外大气压力 pb=100kPa，温度 t0=27，喷管出口截面积为 68Cm2。设空气的气体常数 Rg=287J/(kgK) ，等熵指数 K=1.4

4、。试求：（分数：15.00）(1).阀门 A完全开启时(假设无阻力) ，求流过喷管的空气流量 qm是多少?（分数：7.50）_(2).关小阀门 A，使空气经阀门后压力降为 150kPa，求流经喷管的空气流量 qm，以及因节流引起的作功能力损失为多少?并将此流动过程及损失表示在 T-s图上。（分数：7.50）_8.写出努赛尔数 Nu的表达式，说明公式中符号和说出努赛尔数的物理意义。（分数：5.00）_9.在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为 ls。从传热学角度，你认为此值可信吗?（分数：5.00）_10.一般情况下黏度大的流体其 Pr数也较大。由对流换热的实验关联式 Nu=CRe

5、mPrn可知(m0，n0) ，Pr 数越大，Nu 数也越大，从而换热系数 h也越大，即黏度越大的流体其表面传热系数也越高。这与经验得出的结论相反，为什么?（分数：5.00）_11.请说出在一定温度下强化两表面间的辐射换热的措施。（分数：5.00）_12.把肋片的散热归入一维稳态导热问题的前提条件是什么?肋片效率是如何定义的?（分数：5.00）_13.室内温度同为 20，夏季人在室内可穿单衣、而冬季人在室内要穿毛衣。从传热学角度来分析原因。（分数：5.00）_14.一炉墙厚度为 2cm，炉墙材料的导热系数为 1.3W/(mK) ，为了保证每平方米热损失少于 1830W，需要在炉墙外敷设热绝缘材料

6、，绝热材料的导热系数为 0.35W/(mK) ，炉墙内表面温度为 1300，热绝缘层外表面温度为 30，求所需要热绝缘层的厚度。（分数：15.00）_15.一个辐射率为 0.9的水银温度计吊在屋子里，它所指示的温度为 20，房屋的墙壁隔热不好，其壁温为 5。该温度计与屋内环境的对流换热系数 h值为 8.3W/(m2K) ，请计算室内空气的真实温度。(玻尔兹曼常数 =5.6710 -8w/(m2K4) )（分数：15.00）_5kg/s的水从 85加热到 99，设计一壳管式换热器利用水蒸气来加热。换热器为单壳程，双管程，壳侧为水蒸气，管侧为水，每个管程含有 30根外径是 25mm，壁厚是 2mm

7、的铜管。水蒸气的进口温度为138，出口温度假设仍为 138。换热器管内水的对流换热系数为 3660W/(m2K) ，壳侧水蒸气的凝结换热系数为 10000W/(m2K) 。水的比热是 4175J/(kgK) 。（分数：15.00）(1).计算换热器总传热系数(忽略管壁热阻和污垢热阻不计) ；（分数：5.00）_(2).计算换热器所需要的管长；（分数：5.00）_(3).当使用一段时间后，由于结垢，总传热系数有所下降，污垢热阻为 0.00009m2K/W请计算此条件下总传热系数。（分数：5.00）_热工基础 A卷真题 2007年答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)1.热力学第一定

8、律和第二定律的实质区别是什么?写出各自的数学表达式。（分数：5.00）_正确答案：(热力学第一定律：能量守恒与转换定律，即热力过程中参与转换和传递的能量在数量上守恒。其表达式为 dEiso=0。对于常用的闭口系和稳定流动开口系其表达式为 q=u+w 和热力学第二定律：揭示了热力过程的方向、条件与限度，揭示了能量品质的高低。只有同时满足热力学第一定律和第二定律的过程才能实现。其表达式为 )解析：2.若封闭系统经历一过程，熵增为 25kJ/K，从 300K的恒温热源吸热 8000kJ，此过程可逆?不可逆?还是不可能?为什么?（分数：5.00）_正确答案：(系统熵变为 25kJ/K。过程中)解析：3

9、.试问为何在封闭室内敞开冰箱大门不能降温，而安装空调却能降温?（分数：5.00）_正确答案：(以门窗紧闭的房间为系统，由热力学第一定律有U=Q-W。当打开冰箱大门，系统与外界不考虑热量交换，Q=0，同时不做功，即 W=0，所以系统内能不变，就不能降温。当安装空调之后，空调通过边界向环境散热，此时系统并不绝热，Q 为负，且有电功输入系统，W 为正。考虑到|Q|W|，所以U0，即室内空气内能减少，温度下降。)解析：4.实际气体在哪些情况下可以当作理想气体处理，为什么?（分数：5.00）_正确答案：(实际气体在常温常压下(远离临界点) 可以当作理想气体处理，气体足够稀薄使气体分子问的相互作用力及分子

10、本身的体积可以忽略不计。)解析：5.湿空气的湿球温度、干球温度、露点温度是如何定义的?请给出这三个温度的大小关系。（分数：5.00）_正确答案：(干球温度是用普通温度计(又称干球温度计) 测得的温度，即湿空气的温度 T。露点温度 Td是对应于水蒸气分压力 Pv下的饱和温度，即在保持湿空气中水蒸气分压力 Pv不变的条件下，降低湿空气温度，而使其达到饱和状态时对应的温度。湿球温度 Tw是用湿纱布包裹的湿球温度计测得的湿纱布中水的温度。对于未饱和湿空气，TT wT d；对于饱和湿空气，T=T w=Td。)解析：6.简述活塞式压气机与叶轮式压气机(离心式或轴流式) 在工作原理上的区别。（分数：5.00

11、）_正确答案：(活塞式压气机是依赖进、排气阀的开启和关闭以及活塞的往复运动，在气缸中完成气体的压缩。气体的压缩是间歇地、周期性进行的。叶轮式压气机则是依赖叶片之间形成的加速和扩压通道，使气体压缩升压。气体的压缩是在连续流动情况下进行的。)解析：7.容积为 200升的绝热容器，内有压力为 0.6MPa、温度 35的氮气。容器上装有压力控制阀，当压力高于 0.8MPa时自动打开放气以维持容器压力不超过 0.8MPa。当容器内的氮气被加热到温度为 350时，共加入了多少热量?(氮气视作理想气体，比热容为定值)（分数：15.00）_正确答案：(定容加热：温度从 T1升到 T2，压力从 P1升到 P2，

12、可以得到，该过程的换热量为定压加热：压力维持 P2不变，温度从 T2升到 T3，则该过程的换热量为。总热量：)解析：某燃气轮机装置的定压加热循环，压气机入口空气参数为 80kPa、17。循环增压比 =7，增温比=4，压气机的绝热效率 c,s=0.9，燃气轮机相对内效率 T=0.92。燃气可视为理想气体，k=1.386，c p=1.03kJ/(kgK) ，R=0.287kJ/(kgK) ，环境温度为 290K(设燃气轮机装置定压加热理想循环为 1-2-3-4-1，由于空气在压气机及燃气轮机中经历不可逆过程，令其实际循环为 1-2-3-4-1) ，（分数：15.00）(1).求循环热效率 t、循环

13、吸热量 q1和放热量 q2；（分数：7.50）_正确答案：(设燃气轮机装置定压加热理想循环为 1-2-3-4-1。由于空气在压气机及燃气轮机中经历不可逆过程，令其实际循环为 1-2-3-4-1。由题意得，故有2点的温度为T2=T1+(T2-T1) / C,s=290+(498.76-290) /0.9=521.95K3点的温度为，4点的温度为，4点的温度为T4=T3- T(T3-T4) =1160-0.92(1160-674.48) =713.32K3-2过程换热量为q1=CP(T3-T2) =1.03(1160-521.95) =657.19kJ/kg，4-1过程换热量为)解析：(2).求装

14、置每一循环的可用能损失。（分数：7.50）_正确答案：(解法一：解法二：压气机内工质熵变：燃气轮机内工质熵变：)解析：如图所示，一渐缩喷管经一可调阀门与空气罐连接。气罐中参数恒定为 pa=500kPa，t a=43，喷管外大气压力 pb=100kPa，温度 t0=27，喷管出口截面积为 68Cm2。设空气的气体常数 Rg=287J/(kgK) ，等熵指数 K=1.4。试求：（分数：15.00）(1).阀门 A完全开启时(假设无阻力) ，求流过喷管的空气流量 qm是多少?（分数：7.50）_正确答案：(阀门完全开启时，喷管入口参数为p1=500kpa，T 1=Ta=316K。因为所以，)解析：(

15、2).关小阀门 A，使空气经阀门后压力降为 150kPa，求流经喷管的空气流量 qm，以及因节流引起的作功能力损失为多少?并将此流动过程及损失表示在 T-s图上。（分数：7.50）_正确答案：(阀门关小时，有一节流过程 h1=ha，即 T1=T1Ta=316K；喷管入口参数为 P1=150kpa，T 1=316K。作功能力的损失在 T-s图上的表示如图所示。)解析：8.写出努赛尔数 Nu的表达式，说明公式中符号和说出努赛尔数的物理意义。（分数：5.00）_正确答案：(Nu=hl/，其中 h表示对流换热系数；1 表示特征长度； 表示流体导热系数。实质是壁面上流体的无量纲温度梯度。)解析：9.在某

16、厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为 ls。从传热学角度，你认为此值可信吗?（分数：5.00）_正确答案：(根据时间常数定义，=cV/hM，在一定条件下，c，V，A 可以认为是常数，但表面传热系数 h却是与具体过程有关的过程量，与测温元件安装的具体环境的换热条件有关。因此对该说明书上表明的时间常数要进行具体分析，不能盲目相信。)解析：10.一般情况下黏度大的流体其 Pr数也较大。由对流换热的实验关联式 Nu=CRemPrn可知(m0，n0) ，Pr 数越大，Nu 数也越大，从而换热系数 h也越大，即黏度越大的流体其表面传热系数也越高。这与经验得出的结论相反，为什么?（分数：5.00

17、）_正确答案：(黏度越高时，Pr 数越大，Nu 也越大，但 Re数越小。由)解析：11.请说出在一定温度下强化两表面间的辐射换热的措施。（分数：5.00）_正确答案：(采取增加换热表面发射率以及改变两表面的布置以增加角系数的方法。)解析：12.把肋片的散热归入一维稳态导热问题的前提条件是什么?肋片效率是如何定义的?（分数：5.00）_正确答案：(把肋片的散热归入一维稳态导热问题是有前提的，要求肋片在肋厚方向的导热热阻 )解析：13.室内温度同为 20，夏季人在室内可穿单衣、而冬季人在室内要穿毛衣。从传热学角度来分析原因。（分数：5.00）_正确答案：(室内温度同为 20，夏季和冬季墙壁温度是不

18、同的，这决定了人与墙壁之间的热量交换。)解析：14.一炉墙厚度为 2cm，炉墙材料的导热系数为 1.3W/(mK) ，为了保证每平方米热损失少于 1830W，需要在炉墙外敷设热绝缘材料，绝热材料的导热系数为 0.35W/(mK) ，炉墙内表面温度为 1300，热绝缘层外表面温度为 30，求所需要热绝缘层的厚度。（分数：15.00）_正确答案：( 又有， 所以， )解析：15.一个辐射率为 0.9的水银温度计吊在屋子里，它所指示的温度为 20，房屋的墙壁隔热不好，其壁温为 5。该温度计与屋内环境的对流换热系数 h值为 8.3W/(m2K) ，请计算室内空气的真实温度。(玻尔兹曼常数 =5.671

19、0 -8w/(m2K4) )（分数：15.00）_正确答案：(根据辐射换热系数等于对流换热系数，可得)解析：5kg/s的水从 85加热到 99，设计一壳管式换热器利用水蒸气来加热。换热器为单壳程，双管程，壳侧为水蒸气，管侧为水，每个管程含有 30根外径是 25mm，壁厚是 2mm的铜管。水蒸气的进口温度为138，出口温度假设仍为 138。换热器管内水的对流换热系数为 3660W/(m2K) ，壳侧水蒸气的凝结换热系数为 10000W/(m2K) 。水的比热是 4175J/(kgK) 。（分数：15.00）(1).计算换热器总传热系数(忽略管壁热阻和污垢热阻不计) ；（分数：5.00）_正确答案：(换热器总传热系数为 )解析：(2).计算换热器所需要的管长；（分数：5.00）_正确答案：(换热器对数温差为 换热器换热面积为 )解析：(3).当使用一段时间后，由于结垢，总传热系数有所下降，污垢热阻为 0.00009m2K/W请计算此条件下总传热系数。（分数：5.00）_正确答案：(由换热器的热阻计算公式 可得换热器包括结垢的总传热系数为 )解析：