千里之行，始于足下讓知識帶有溫度。第第2頁/共2頁精品文檔推薦熱工基礎答案第一章

1.平衡狀態與穩定狀態有何區分？熱力學中為什幺要引入平衡態的概念？

答：平衡狀態是在不受外界影響的條件下，系統的狀態參數不隨時光而變化的狀態。而穩定狀態則是不論有無外界影響，系統的狀態參數不隨時光而變化的狀態。可見平衡必穩定，而穩定未必平衡。熱力學中引入平衡態的概念，是為了能對系統的宏觀性質用狀態參數來舉行描述。

2.表壓力或真空度能否作為狀態參數舉行熱力計算？若工質的壓力不變，問測量其壓力的壓力表或真空計的讀數是否可能變化？

答：不能，由于表壓力或真空度只是一個相對壓力。若工質的壓力不變，測量其壓力的壓力表或真空計的讀數可能變化，由于測量所處的環境壓力可能發生變化。3．當真空表指示數值愈大時，表明被測對象的實際壓力愈大還是愈小？答：真空表指示數值愈大時，表明被測對象的實際壓力愈小。4.準平衡過程與可逆過程有何區分？

答：無耗散的準平衡過程才是可逆過程，所以可逆過程一定是準平衡過程，而準平衡過程不一定是可逆過程。準平衡過程只注意的是系統內部而可逆過程是內外兼顧！5.不行逆過程是無法回復到初態的過程，這種說法是否正確？

答：不正確。不行逆過程是指不論用任何蜿蜒復雜的辦法都不能在外界不遺留任何變化的狀況下使系統回復到初態，并不是不能回復到初態。引起其他變化時是可以回到初態的！6.沒有盛滿水的熱水瓶，其瓶塞有時被自動頂開，有時被自動吸緊，這是什幺緣由？答：水溫較高時，水對熱水瓶中的空氣舉行加熱，空氣壓力上升，大于環境壓力，瓶塞被自動頂開。而水溫較低時，熱水瓶中的空氣受冷，壓力降低，小于環境壓力，瓶塞被自動吸緊。

大氣壓力轉變，熱水能量散失，導致內部壓力轉變，壓力平衡打破

7.用U形管壓力表測定工質的壓力時，壓力表液柱直徑的大小對讀數有無影響？答：嚴格說來，是有影響的，由于U型管越粗，就有越多的被測工質進入U型管中，這部分工質越多，它對讀數的精確?????性影響越大。

習題

1-1解：

kPabarpb100.61.00610133.37555==??=-

1.kPapppgb6.137********.100=+=+=

2.kPabarpppbg4.149494.1006.15.2==-=-=

3.kPammHgpppvb3315.755700755==-=-=

4.kPabarpppbv6.50506.0

5.000

6.1==-==-

1.3解：

barpppab07.210.197.01=+=+=barpppb32.005.107.212=-=-=

barpppbC65.032.097.02=-=-=1.6解：改過程系統對外作的功為

?

?=--===--0.5

0.3

3.013

.023.1111.3

3.115.03

.02585.)(0.3

VW1kJVVVpdVVppdV

其次章

絕熱剛性容器，中間用隔板分為兩部分，左邊盛有空氣，右邊為真空，抽掉隔板，空氣將彌漫囫圇容器。問：⑴空氣的熱力學能如何變化？⑵空氣是否作出了功？⑶能否在坐標

圖上表示此過程？為什么？

答：（1）空氣向真空的絕熱自由膨脹過程的熱力學能不變。（2）空氣對外不做功。

（3）不能在坐標圖上表示此過程，由于不是準靜態過程。

2.下列說法是否正確？

⑴氣體膨脹時一定對外作功。

錯，比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹，對外不作功。⑵氣體被壓縮時一定消耗外功。

對，由于按照熱力學其次定律，氣體是不行能自壓縮的，要想壓縮體積，必需借助于外功。

⑶氣體膨脹時必需對其加熱。

錯，比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹，不用對其加熱。⑷氣體邊膨脹邊放熱是可能的。

對，比如多變過程，當n大于k時，可以實現邊膨脹邊放熱。⑸氣體邊被壓縮邊吸入熱量是不行能的。

錯，比如多變過程，當n大于k時，可以實現邊壓縮邊吸熱。⑹對工質加熱，其溫度反而降低，這種狀況不行能。

錯，比如多變過程，當n大于1，小于k時，可實現對工質加熱，其溫度反而降低。

4.“任何沒有體積變化的過程就一定不對外作功”的說法是否正確？

答：不正確，由于外功的含義很廣，比如電磁功、表面張力功等等，假如只考慮體積功的話，那么沒有體積變化的過程就一定不對外作功。

5.試比較圖2-6所示的過程1-2與過程1-a-2中下列各

量的大小：⑴W12與W1a2；(2)?U12與?U1a2；(3)Q12與Q1a2答：（1）W1a2大。

(2)一樣大。（3）Q1a2大。

6.說明下列各式的應用條件：

⑴wuq+?=

閉口系的一切過程⑵?+

?=pdvuq

閉口系統的準靜態過程⑶)(1122vpvpuq-+?=

開口系統的穩定流淌過程，并且軸功為零⑷)(12vvpuq-+?=

開口系統的穩定定壓流淌過程，并且軸功為零；或者閉口系統的定壓過程。

7.膨脹功、軸功、技術功、流淌功之間有何區分與聯系？流淌功的大小與過程特性有無關

系？

答：膨脹功是系統因為體積變化對外所作的功；軸功是指工質流經熱力設備（開口系統）時，熱力設備與外界交換的機械功，因為這個機械工通常是通過轉動的軸輸入、輸出，所以工程上習慣成為軸功；而技術功不僅包括軸功，還包括工質在流淌過程中機械能（宏觀動能和勢能）的變化；流淌功又稱為推動功，1kg工質的流淌功等于其壓力和比容的乘積，它是工質在流淌中向前方傳遞的功，惟獨在工質的流淌過程中才浮現。對于有工質組成的容易可壓縮系統，工質在穩定流淌過程中所作的膨脹功包括三部分，一部分消耗于維持工質進出開口系統時的流淌功的代數和，一部分用于增強工質的宏觀動能和勢能，最后一部分是作為熱力設備的軸功。對于穩定流淌，工質的技術功等于膨脹功與流淌功差值的代數和。假如工質進、出熱力設備的宏觀動能和勢能變化很小，可忽視不計，則技術功等于軸功。

習題2-1

解：kJUQW308050Δ-=-=-=，所以是壓縮過程

2.4解：狀態b和狀態a之間的內能之差為：

kJWQUUUabab6040100Δ=-=-=-=

所以，a-d-b過程中工質與外界交換的熱量為：

kJWUQabbda802060Δ=+=+=--

工質沿曲線從b返回初態a時，工質與外界交換的熱量為：

kJWUWUUQabbaab903060Δ-=--=+-=+-=-

按照題中給定的a點內能值，可知b點的內能值為60kJ，所以有:

kJUUUdbad204060=-=-=?

因為d-b過程為定容過程，系統不對外作功，所以d-b過程與外界交換的熱量為：

kJUUUQdbbdbd20=?=-=-

所以a-d-b過程系統對外作的功也就是a-d過程系統對外作的功，故a-d過程系統與外界交換的熱量為：

kJWUWUUQbdaaddaadda60)20(40=--=-?=--=

2.8解：壓縮過程中每千克空氣所作的壓縮功為：

kgkJuqw/196.5146.550Δ-=--=-=

忽視氣體進出口宏觀動能和勢能的變化，則有軸功等于技術功，所以生產每kg壓縮空氣所需的軸功為：

kgkJhqw/252100.845)0.10.175(0.8146.550Δ3s-=??-?=-=

定義式h=u+pv

所以帶動此壓氣機所需的功率至少為：

kWwPs4260

10

=?-

=第三章

1.抱負氣體的pc和vc之差及pc和vc之比是否在任何溫度下都等于一個常數？答：抱負氣體的pc和vc之差在任何溫度下都等于一個常數，而pc和vc之比不是。

2.假如比熱容是溫度t的單調增函數，當12tt>時，平均比熱容10|tc、20|tc、21|t

tc中哪一

個最大？哪一個最小？答：由10|t

c、20|t

c、21|t

tc的定義可知

)(d10

01

1

?tcttcctt==?，其中10t10|t

c，又由于

20

21

121

20

21

120

21

0)()(1021

21

02t

ttttttttt

tt

tcctcctcctttctcc>?>-=-?--=

故可知21|t

tc最大，又由于：

)

()()()(dd)(dd2

101122

111202212

110

212

10

20

1001

21

2

1

1

2

1

1

1

2

1

2>--=

-+-=

+-=

-=-????ttcctttttctttctttttt

cttcttttt

cttctccttttt

tttttttt

所以10|t

c最小。

2.假如某種工質的狀態方程式遵循TRpvg=，這種物質的比熱容一定是常數嗎？這種物

質的比熱容僅是溫度的函數嗎？

答：不一定，比如抱負氣體遵循此方程，但是比熱容不是常數，是溫度的單值函數。這種物質的比熱容不一定僅是溫度的函數。由比熱容的定義，并考慮到工質的物態方程可得到：

gRT

u

TvpTuTwTuTwuTqc+?=+?=+?=+?==

ddddddddddd)d(dd由此可以看出，假如工質的內能不僅僅是溫度的函數時，則此工質的比熱容也就不僅僅是溫度的函數了。

2.在vu-圖上畫出定比熱容抱負氣體的可逆定容加熱過程、可逆定壓加熱過程、可逆定

溫加熱過程和可逆絕熱膨脹過程。

答：圖中曲線1為可逆定容加熱過程；2為可逆定壓加熱過程；3為可逆定溫加熱過程；4為可逆絕熱膨脹過程。由于可逆定容加熱過程容積v不變，過程中系統內能增強，所以為曲線1，從下向上。可逆定壓加熱過程有：

v

cucuvcccvcudvcdvRcPdvPvTcduPP12212

110001====+=?=??

?

??-=?????-=，所以時，為常數，且考慮到和所以此過程為過原點的射線2，且向上。抱負氣體的可逆定溫加熱過程有：

加，

氣體對外做功，體積增0

0>=?=-=?wqwqu

所以為曲線3，從左到右。可逆絕熱膨脹過程有：

為常數

、2121

1111cccvkcudvv

cpdvdukk+-=?-=-=-所以為圖中的雙曲線4，且方向朝右（膨脹過程）。

3.將滿足空氣下列要求的多變過程表示在vp-圖sT-圖上

⑴空氣升壓，升溫，又放熱；

⑵空氣膨脹，升溫，又放熱；(此過程不行能)⑶6.1=n的膨脹過程，并推斷q、w、u?的正負；

⑷3.1=n的壓縮過程，推斷q、w、u?的正負。答：

（1）空氣升溫、升壓、又放熱有：

()k

nnR

cTTTTnRcqVV

dQ）時，系統的熵必定增強。10.圖3－17所示的管段，在什么狀況下適合作噴管？在什么狀況下適合作擴壓管？

答：當1Ma時，要想使氣流的速度增強，要求噴管的截面積沿氣流方向逐漸增強，即漸擴噴；而對于先縮后擴的縮放噴管（也稱拉戈爾噴管），在最小截面處氣流的流速恰好等于當地聲速。所以對于亞聲速氣流，漸縮管適用于做噴管，漸擴管適用于做擴壓管，縮放管適用于做噴管；對于超聲速氣流，漸縮管適用于做擴壓管，漸擴管適用于做噴管。

習題

3.1解：設定熵壓縮過程的終態參數為222STp和、

，而定溫壓縮過程的終態參數為

222

STp'''和、,按照給定的條件可知：1222

TTpp='='；又由于兩個終態的熵差為S?，固有：

2

1222222

lnlnlnTT

McppmRTTmcSSSpgp='-'=-'=?所以有：

)exp(12p

mCS

TT?-

=對于定熵壓縮過程有：

kkkkTpTp212111

--=

所以：

)exp()exp(])1(exp[()(11112112g

pkk

mRS

pmRSMpmckSkpTTpp?-=?-=-?==-

3.2解：設氣體的初態參數為1111mTVp和、、，閥門開啟時氣體的參數為2222mTVp和、、，閥門重新關閉時氣體的參數為3333mTVp和、、，考慮到剛性容器有：321VVV==，且

21mm=。

⑴當閥門開啟時，貯氣筒內壓力達到5

10

75.8?Pa，所以此時筒內溫度和藹體質量分離為：

K25366.7

8.75

293121

2=?==ppTTkgTRVpmm0.225293

2870.027

10751g1121=???===

⑵閥門重新關閉時，筒內氣體壓力降為5

104.8?Pa，且筒內空氣溫度在排氣過程中保持不變，所以此時筒內氣體質量為：

kgTRVpTRVpmgg216.025

.366287027

.0104.852333333=???==

所以，因加熱失掉的空氣質量為：

kgm0.0090.2160.225mmΔ32=-=-=

3.4解：因為Ar可看作抱負氣體，抱負氣體的內能時溫度的單值函數，過程中內能不變，故終溫KT6002=，由狀態方程可求出終壓為：

PaVVpp55211

2102.03

1

106.0?=??==熵的變化為：

KkJppmRTTcSp

/31.143

1

ln2085lndΔ12g2

1

=??-=-=?

3.7解：⑴定溫：KTT30321==，由抱負氣體的狀態方程可得到初終態的體積：

36

11g173922.110

0.3303

2876mpTmRV=???==3

6

2

2

g221766.510

10.3032876mpTmRV=???=

=

所以氣體對外所作的功和汲取的熱量分離為：

kJVVTmRVpWgVV22573.73922

.121766.5ln3032876ln

d1212

1

=???===?kJWQ22573.-=-=

⑵定熵：相當于可逆絕熱過程，氣體對外所作的功和熱量分離為：

kJ

ppVpkk

VpWk

kVV135])3

1

(1[30310287.0611.44.1]

)

(1[1d4

.114.131

1

2112

1

=-?????-=

--==--?技術功

0=Q

終溫為：

Kpp

TTk

k41221.)

0.3

0.1

(303)

(1.4

11.411212=?==--

⑶n=1.2：為多方過程，按照過程方程可得到氣體的終溫為：

Kpp

TTn

n3.252)0.3

0.1(

303)

(2

1./20.11

212=?==-氣體對外所作的功和熱量分離為：

kJppnTmRWnng5.436])3

1

(1[121.3032876])(1[12.11

2.11

121

=--??=--=--

kJnknTTmcQV11.2181

2.14

.12.1)3033.252(717.061)(12=--?-??==

第四章

1.循環的熱效率公式

121qqt-

=η和12

1TT

t-=η

有何區分？各適用什么場合？

答：前式適用于各種可逆和不行逆的循環，后式只適用于可逆的卡諾循環。

2.循環輸出凈功愈大，則熱效率愈高；可逆循環的熱效率都相等；不行逆循環的熱效率一

定小于可逆循環的熱效率，這些說法是否正確？為什么？

答：不正確，熱效率為輸出凈功和吸熱量的比，因此在相同吸熱量的條件下，循環輸出的出凈功愈大，則熱效率愈高。不是全部的可逆循環的熱效率都相等，必需保證相同的條件下。在相同的初態和終態下，不行逆循環的熱效率一定小于可逆循環的熱效率。

3.熱力學其次定律可否表述為“機械能可以所有變為熱能，而熱能不行能所有變為機械

能”？

答：不對，必需保證過程結束后對系統和外界沒有造成任何影響這一條件。否則熱能可以所有變為機械能，比如抱負氣體的定溫膨脹過程，系統把從外界汲取的熱量所有轉化為機械能，外界雖然沒有任何任何變化，但是系統的體積發生轉變了。

4.下列說法是否正確？為什么？

⑴熵增大的過程為不行逆過程；⑵不行逆過程的熵變S?無法計算；

⑶若工質從某一初態經可逆與不行逆途徑到達同一終態，則不行逆途徑的S?必大于

可逆途徑的S?；

⑷工質經受不行逆循環后0>?S；

⑸自然界的過程都是朝著熵增的方向舉行的，因此熵減小的過程不行能實現；⑹工質被加熱熵一定增大，工質放熱熵一定減小。

答：（1）不正確，惟獨孤立系統才可以這樣說；

（2）不正確，S為狀態參數，和過程無關，知道初態和終態就可以計算；（3）不對，S為狀態參數，和過程無關，S?相等；

（4）不對，工質經受可逆和不行逆循環后都回到初態，所以熵變為零。（5）不對，比如系統的抱負氣體的可逆定溫壓縮過程，系統對外放熱，熵減小。（6）工質被加熱熵一定增大，但是系統放熱，熵不一定減小。假如是可逆過程，熵

才一定減小。

5.若工質從同一初態動身，分離經受可逆絕熱過程與不行逆絕熱過程膨脹到相同的終壓

力，兩過程終態的熵哪個大？對外作的功哪個大？試用坐標圖舉行分析.答：不行逆過程熵大，可逆過程作功大

6.假如工質從同一初態動身，分離經受可逆定壓過程與不行逆定壓過程，從同一熱源汲取

了相同的熱量，工質終態的熵是否相同？為什么？

答：不相同，由于二者對外所作的功不同，而它們從同一熱源汲取了相同的熱量，所以終于二者內能的變化不同，故此二者的終態不同，因為熵是狀態參數，它們從同一初態動身，故終態的熵不同。

7.工質由初態經過一不行逆絕熱過程膨脹到終態，問能否通過一個絕熱過程使工質回到初

態？

答：不能，工質由初態經過一不行逆絕熱過程膨脹到終態，其熵增強，要想使其回到初態，過程的熵必需削減，而絕熱過程是不能使其熵削減的，故不能通過一個絕熱過程使其回到初態。

8.系統在某過程中從熱源吸熱20kJ，對外作功25kJ，請問能否通過可逆絕過程使系統回

到初態？為什么？能否通過不行逆絕熱過程使系統回到初態？答：按照克勞休斯不等式，我們知道系統在過程中的熵變滿足：

0)

()

(20≥=?≥

?KTkJTQS即：系統的熵增強，要想使系統回到初態，新的過程必需使系統熵削減，而可逆絕熱過程熵不變，不行逆絕熱過程熵增強，因而不行能通過一個可逆過程或者一個不行逆過程使系統回到初態。

9.閉口系統經受了一不行逆過程對外作功10kJ，同時放出熱量5kJ，問系統

的熵變是正、是負還是不能確定？

答：熵是狀態參數，功和熱量都是過程量，所以不能確定系統的熵變。

習題

4.1解:由熱量守恒

JWQQ550450100012=-=-=由克勞休斯不等式：

00185.0300

550

54010002211>=-=+KJTQTQ它的設計是不合理的4.3解：

（1）熱效率為%1.33423

10

150121=-=-=

TTTη

（2）吸熱

kJW

Q16.8%

1.337

.21==

=

η

放熱

kJWQQ46.57.216.812=-=-=（3）性能系數02.310

150273

150'211=-+=-=

TTTε

()()02.35.4''1211?-=-=?=QQQWQεε得到

skJQ73.61=所以

skJQQW23.25.473.621=-=-=

第五章

1.熱水泵必需安裝在熱水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安裝在熱水容

器上面，為什么？答：保證其壓力。

2.鍋爐產生的水蒸氣在定溫過程中是否滿足wq=的關系？為什么？

答：不對，由于水蒸氣不能看作是抱負氣體，其內能不僅是溫度的函數，還是壓力的函數，故此定溫過程內能是轉變的，U?不等于0。

3.有無0℃或低于0℃的蒸汽存在？有無低于0℃的水存在？為什么？

答：有0℃或低于0℃的蒸汽存在，只要壓力足夠低就可能，但是沒有低于0℃的水存在，由于水的三相點溫度為0.01℃，低于三相點溫度，只可能是固態或是氣態。

4.25MPa的水，是否也象1MPa的水那樣經受汽化過程？為什么？

答：不行以，由于水的臨界點壓力為22.12MPa，故此，當壓力高于臨界壓力時，它的汽化不經過氣液兩相區，而是由液相延續的到達氣相。

5.dTcdhp=適用于任何工質的定壓過程。水蒸氣定壓汽化過程中dT=0，由此得

出結論，水定壓汽化時0==dTcdhp，此結論是否正確？為什么？

答：不正確，由于定壓汽化過程中發生了相變，上式只適用于不發生相變的過程。

KkJSSSSsVetot/757.9=?+?+?=?

第六章

思量題

1.試畫出容易蒸汽動力裝置的系統圖、容易蒸汽動力循環的p-v圖與T-s圖。

2.既然利用抽氣回熱可以提高蒸汽動力裝置循環的熱效率，能否將所有蒸汽抽出來用于回

熱？為什么回熱能提高熱效率？

答：采納回熱措施，雖然對每kg蒸汽來說做功量削減，但抽汽在凝聚時所放出的潛熱卻所有得到的利用，進入鍋爐給水溫度提高了，使每kg工質在鍋爐中汲取的熱量大為削減，因此，提高了循環效率。但抽汽量不是越多越好，是按照質量守恒和能量守恒的原則確定的。

3.蒸汽動力裝置循環熱效率不高的緣由是冷凝器放熱損失太大，如取消冷凝器而用壓縮機

將乏氣直接升壓送回鍋爐是否可以？

答：乏氣假如是水汽混合的，則不能舉行壓縮。假如所有是氣體舉行壓縮，則體積流量太大，需要采納大尺寸的機器設備，是不利的。

4.卡諾循環優于相同溫度范圍的其它循環，為什么蒸汽動力循環不采納卡諾循環？

答：與郎肯循環相同溫限的卡諾循環，吸熱過程將在氣態下舉行，事實證實氣態物質實現定溫過程是非常困難的，所以過熱蒸汽卡諾循環至今沒有被采納。那么，能否利用飽和區定溫定壓的特性形成飽和區的卡諾循環，從原理上看是可能的，但是實施起來，有兩個關鍵問題，一是，汽輪機出口位于飽和區干度不高處，濕度太大使得高速運轉的汽輪機不能平安運行，同時不行逆損失增大，其二，這樣的卡諾循環，壓縮過程將在濕蒸汽區舉行，氣液混和工質的壓縮會給泵的設計和創造帶來難以克服的困難，因此迄今蒸汽動力循環未采納卡諾循環。

5.假如柴油機在使用過程中，噴油嘴保養不好，致使燃油霧化不良，燃燒延遲，問此時柴

油機的經濟性如何？

答：燃燒延遲，沒有充分膨脹便開頭排氣，這將使熱效率顯著降低，且排氣冒黑煙，這是很不好的。

6.今有兩個內燃機的混合加熱循環，它們的壓縮比、初態、總的加熱量相同，但兩者的定

容升壓比λ不同，（1）請在p-v圖與T-s圖上表示出這兩個循環的相對位置；（2）利用T-s圖定性地比較這兩個循環的熱效率。

7.燃氣輪機裝置循環與內燃機循環相比有何優點？為什么前者的熱效率低于后者？

答：燃氣輪機與內燃機相比，沒有往復運動機構，可以采納很高的轉速，并且可以延續進氣，因而可以制成大功率的動力裝置。但要保持燃氣輪機長久平安運行，必需限制燃氣進燃氣輪機時的最高溫度，目前為700—800C，所以效率比較低。

8.試述動力循環的共同特點。

答：有工質在高溫熱源吸熱，在低溫熱源放熱，并對外輸出功。

習題

6-1某朗肯循環新蒸汽的參數為P1=4MPa、t1=400°C，乏氣的壓力P2=4kPa，忽視泵功，試計算此循環的循環凈功、加熱量、熱效率及乏氣的干度x。假如t1=550°C呢？解：①1點：P1=4MPa,t1=400?C

查表得：h1=3215.71kJ/kg,s1=6.773kJ/(kg.K)2點：s2=s1=6.773kJ/(kg.K),P2=4KPa查表得：h2=2040.13kJ/kg,x=0.789

3(4)點：由P3=P2=4KPa查表得：h3=121.29kJ/kg

吸熱量：q1=h1-h3=3215.71－121.29=3094.42kJ/kg凈功量：wnet=h1-h2=3215.71－2040.13=1175.58kJ/kg

熱效率：η=

1qwnet=42

.309458

.1175=37.99%干度：x=0.789

②1點：由P1=4MPa,t1=550?C

查表得：h1=3558.58kJ/kg,s1=7.233kJ/(kg.K)

2點：由s2=s1=7.233kJ/(kg.K),P2=4kPa查表得：h2=2179.11kJ/kg,x=0.8463(4)點：由P3=4kPa,

查表得:h3=121.29kJ/kg

吸熱量：q1=h1－h3=3558.58－121.29=3437.29kJ/kg凈功量：wnet=h1－h2=3558.58-2179.11=1379.47kJ/kg熱效率：η=

1qwnet=29

.343747

.1379=40.13%干度：x=0.846

6-2某蒸汽動力裝置，氣輪機入口蒸汽的參數為P1=13MPa,t1=535°C,在氣輪機內膨脹做功至干飽和蒸汽后被送入再熱器，在定壓下重新加熱到535°C，再進入氣輪機后半部繼續膨脹至乏氣壓力7kPa,如蒸汽流量為200t/h，忽視泵功，計算氣輪機的軸功、循環效率及乏氣

干度x。設煤的發熱量為2?104kJ/kg,求理論煤耗量。解：1點：由P1=13MPa,t1=535?C得：

h1=3430.18kJ/kg,s1=6.559kJ/(kg.K)

5點：由s5=s1=6.559kJ/(kg.K),得：

P5=1.082MPa，h5=2779.07kJ/kg

1'點：由CttPP53551

51=='='，得：)./(822.7/50.355311

KkgkJskgkJh='='，2點：由1

2ss'=，P2=7KPa得：h2=2430.67kJ/kg，x2=0.941

3(4)點：由P3=P2得：

h3=163.38kJ/kg

吸熱量：

()()()()

kg

kJhhhhq/23.404107.277950.355338.16318.343051311=-+-=-'+-=

凈功量：

()()()()

kg

kJhhhhwnet/94.177367.24305.355307.277918.34302151=-+-=-'+-=

熱效率：

%90.4323

.404194

.17731===

qwnetηhtq/41.4010

2200

4

1=??煤耗率＝

32.7%4

111

14

.114.11=-

=-=--k

kβ

η

第八章習題

8-1.一大平板，高3m，寬2m，厚0.02m，導熱系數為45W/(m2K)，兩側表面溫度分離為1001=t℃、502=t℃，試求該板的熱阻、熱流量、熱流密度。

解：解：由傅立葉導熱定律：熱阻WKAR/407.745

2302.0=??=

＝λδm熱流量WttAQww67500002

.050

10045232

1=?

??-=－＝δ

λ

熱流密度2/1125002

3675000mWSQq＝?==

8-2.空氣在一根內徑50mm，長2.5m的管子內流淌并被加熱，已知空氣平均溫度為80℃，管內對流換熱的表面傳熱系數為70=hW/(m22K)

，熱流密度為

5000=qW/m2，試求管壁溫度及熱流量。

解：由牛頓冷卻公式：()

fwtthq-=得到Cthqtfw042.1518070

5000=+=+=

WsqQ53.2405.04

5.250002=??

??=π

＝

8-3.一單層玻璃窗，高1.2m，寬1m，玻璃厚0.3mm，玻璃的導熱系數為051.=λW/(m2K)，室內外的空氣溫度分離為20℃和5℃，室內外空氣與玻璃窗之間對流換熱的表面傳熱系數分離為51=hW/(m22K)和202=hW/(m22K)，試求玻璃窗的散熱損失及玻璃的導熱熱阻、兩側的對流換熱熱阻。

解：對流換熱計算公式：WhhttsQff9.7120

105.10003.0515

2022.11

12

121=+?

?++-?

=＋－＝λδ

導熱熱阻為：WKR/000286.005

.10003

.01===

λδ內側對流換熱熱阻為：WKhR/2.05

1

112===

外側對流換熱熱阻為：WKhR/05.020

1123===

8-4.假如采納雙層玻璃窗，玻璃窗的大小、玻璃的厚度及室內外的對流換熱條件與1-3題相同，雙層玻璃間的空氣夾層厚度為5mm，夾層中的空氣徹低靜止，空氣的導熱系數為025.0=λW/(m2K)。試求玻璃窗的散熱損失及空氣夾層的導熱熱阻。

解：對流換熱計算公式：

WhhttsQff95.3920

1025.0005.005.10003.02515

2022.11212

221112

1=+??

?+?+-?

=＋＋－＝＋λδλδ

空氣夾層的導熱熱阻為：WKR/2.0025

.0005.0===λδ

8-5.有一厚度為=δ400mm的房屋外墻，熱導率為5.0=λW/(m2K)。冬季室內空氣溫度為201=t℃，和墻內壁面之間對流換熱的表面傳熱系數為41=hW/(m22K)。室外空氣溫度為=2t-10℃，和外墻之間對流換熱的表面傳熱系數為62=hW/(m22K)。假如不考慮熱輻射，試求通過墻壁的傳熱系數、單位面積的傳熱量和內、外壁面溫度。

解：傳熱系數WKhhh/822.06

15.04.0411

1

112

1=++=

++=

λδ

熱流通量為：()

()2

/66.241020822.021mWtthqff＝＋

?=-=由()

wftthq-=1得到：Chqttfw084.13466

.242022=-=-=Chqttfw089.56

66.241022-=+-=+=

8-6.假如冬季室外為大風天氣，室外空氣和外墻之間對流換熱的表面傳熱系數為

102=hW/(m22K)，其它條件和題1-5相同，并假設室內空氣只通過外墻與室外有

熱量交換，試問：要保持室內空氣溫度不變，需要多大功率的電暖氣?

解：傳熱系數WKhhh/8696.010

15.04.0411

1112

1=++=

++=

λδ

熱流通量為：()

()2

/087.2610208696.021mWtthqff＝＋

?=-=為了維持室內溫度不變。必需保證電暖氣的散熱量等于通過墻壁的換熱量，所以電暖氣的功率為sWqsW087.26==

第九章

9-1一冷庫的墻由內向外由鋼板、礦渣綿和石棉板三層材料構成，各層的厚度分離為0.8mm、150mm和10mm，熱導率分離為45W/(m?K)、0.07W/(m?K)和0.1W/(m?K)。冷庫內、外氣溫分離為-2?C和30?C，冷庫內、外壁面的表面傳熱系數分離為2W/(m2?K)和3W/(m2?K)。為了維持冷庫內溫度恒定，試確定制冷設備每小時需要從冷庫內取走的熱量。

解:按照多層復壁及對流換熱計算公式:

22

3322111/2.103

11.001.007.015.0450008.021)

2(30112

1mWhhttqff=++--+++-=

＋＋＝

＋λδλδλδ

所以為了維持冷庫內溫度恒定，需要從冷庫內每小時取走的熱量為：sJsqstQ7.3744836002.10=??==

9-2爐墻由一層耐火磚和一層紅磚構成，厚度都為250mm，熱導率分離為0.6W/(m?K)和0.4W/(m?K)，爐墻內外壁面溫度分離維持700?C和80?C不變。（1）試求通過爐墻的熱流密度；（2）假如用熱導率為0.076W/(m?K)的珍珠巖混凝土保溫層代替紅磚層并保持通過爐墻的熱流密度及其它條件不變，試確定該保溫層的厚度。

解：按照多層復壁導熱計算公式:22

2

11/2.5954.06.080

7002

1mWttqww=--=

＋＝

＋λδλδ

由2.595076

.06.0250.080

7002

2

2

112

1=--=

δλδλδ＋＝

＋wwttq得到：

mm5.472=δ

9-3有一爐墻，厚度為20cm，墻體材料的熱導率為1.3W/(m?K)，為使散熱損失不超過1500W/m2,緊貼墻外壁面加一層熱導率為0.1W/(m?K)的保溫層。已知復合墻壁內外兩側壁面溫度分離為800?C和50?C，試確定保溫層的厚度。

解：按照多層復壁導熱計算公式:22

2

2

11/15001

.03.120.050

8002

1mWttqww=--=

δλδλδ＋＝

＋

得到：

mm6.342=δ

9-6熱電廠有一外徑為100mm的過熱蒸汽管道（鋼管），用熱導率為04.0=λW/(m?K)的玻璃綿保溫。已知鋼管外壁面溫度為400?C，要求保溫層外壁面溫度不超過50?C，并且每米長管道的散熱損失要小于160W，試確定保溫層的厚度。

解：按照圓筒壁穩態導熱計算公式：

1601

.0ln04.02150400ln212

1221=?--=dddttqwwππλ＝

解得mmd3.1732=所以保溫層厚度為mmddl65.362

)

(12=-=

9-8有向來徑為d、長度為l的瘦長金屬圓桿，其材料熱導率λ為常數，圓桿兩端分離與溫度為

21tt和的表面緊密接觸，如圖2-44所示。桿的側面

與周圍流體舉行對流換熱，表面傳熱系數為h，流體的溫度為ft，且ft<21tt及。試寫出圓桿內溫度場的數學描述。

解：邊界條件：1,0ttx==2,ttlx==換熱方程：d

tthxdttxhdff)

(44

1)

(2

-=

?-?=

Φ?

ππ

λλ

dtthdxtdf)

(422

-=Φ=?

第十章

10-1水和空氣都以速度1=∞um/s分離平行流過平板，邊界層的平均溫度都為50?C，試求距平板前沿100mm處流淌邊界層及熱邊界層的厚度。

解：對水：由Ctm050=查附錄3水的物性表得到：

KmW??=-2108.64λ，s

m2

610556.0-?=ν，54.3Pr=

56

108.110

556.01

.01Re?=??=

=

-∞ν

x

u(

)

mmmx179.1001179.01.010

8.15Re0.52

152

1==???=?=--δ

()

mmmt77.000077.054.300179.0Pr

3

13

1==?==-

-δδ

對空氣：由Ctm050=查附錄2空氣的物性表得到：

KmW??=-21083.2λ，s

m2

61095.17-?=ν，698.0Pr=

5

6

1005571.01