2007年硕士学位研究生入学统一考试试题。
热工基础b卷。
工程热力学。
一、简答题。
1．写出热力学第一定律对不同系统的表达式。
2．可逆过程的定义，建立可逆过程概念的好处和实际意义。
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。
4．卡诺定理的理论价值和实用价值。
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？
6．压气机高压比时为什么采用多级压缩中间冷却方式？
二、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/(kg·k) ，压缩空气的比热为cp,2=1.004kj/(kg·k) 。
三、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。
四、下图为一烟气余热**方案。
设烟气比热容cp=1.4kj/(kg·k) ，cv=1kj/(kg·k) 。求：
1．烟气流经换热器时传给热机工质的热量：
2．热机放给大气的最小热量q2；
3．热机输出的最大功w。
传热学。五、简答题。
1．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)
2．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？
3．试从沸腾过程分析，为什么用电加热器加热时当加热功率q＞qmax时易发生壁面被烧毁的现象，而采用蒸汽加热则不会？
4．写出普朗特数pr的表达式，并说明其物理意义。
5．“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？
6．设计肋片时，是否肋片越长越好？
六、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。
七、某厂由于生产需要，将冷却水以20×103～25×103kg/h的质量流量向距离3km的车间**，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λ=0.12w/(m·k) 的沥青蛭石管壳。
保温层复合换热表面的传热系数h0=35w/(m2·k) 。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。
八、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)
2007年热工基础b卷参***。
工程热力学。一、解：
2．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。
3．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。
4．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。
5．情况(a) 的不可逆损失大于情况(b) 。因搅拌器耗功w=mcp△t，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。
6．采用多级压缩、中间冷却，有如下好处：
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。
二、解：设燃烧室燃气质量为m1，压缩空气质量为m2，由能量守恒m1cp,1△t1=m2cp,2△t2，因此有m1×1.170×(1800-850) =m2×1.
004×(850-220) ，所以，三、解：
使用冬季热泵情况下：tr=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：tr=273+22=295k，△t=t0-295
热泵最大制冷系数为。
因此室外温度最高为。
t0=328k。
四、解：1．烟气放热为。
q1=mcp(t2-t1)
6×1.4×(527-37) =4116×103j=4116kj。
2．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 3．输出的最大功为：
传热学。五、解：
1．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：
由于ta＞0℃，而tsky＜0℃，因此，地球表面温度te有可能低于0℃，即有可能结冰。
2．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。
3．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。
4．，动量扩散厚度与热量扩散厚度之比的一种度量。
5．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。
6．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。
六、解：由外掠平板流动的动量微分方程。
由于u～u∞,x～x,y～δ，而由连续性方程。
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
七、解：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(20×103kg/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+2δ，δ为保温层厚度。
即： 利用迭代法(试凑法) 求得。
=0.0372m=37.2mm。
八、解：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=0.62
x1,3=x2,3=1-0.62=0.38。
吸收热量面积分别为。
对于j1，j2列节点方程：
其中j3=eb3=σt34=5.67×10-8×3004=459.27w/m2，eb1=σt14=5.67×10-8×50043543.75w/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)
图8-(b)
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