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中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期
石工2004《工程热力学与传热学》期末试卷——A卷（闭卷）
工程热力学部分
一. 判断对错（每题1分，共计6分）
1 2 3 4
孤立系统的热力状态不能发生变化；（ ） 气体吸热后热力学能一定升高；（ ） 一切可逆热机的热效率均相同；（ ）
如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变大于可
逆过程的熵变；（ ） 5 6
知道了温度和压力，就可确定水蒸气的状态；（ ）
当湿空气的相对湿度为0时，表示空气中完全没有水蒸气。（ ）
二. 问答题（共计20分）
1
将满足空气下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上 （1） 理想气体的定温，定压，定容和定熵过程；
（2） n=1.6的膨胀过程，并判断q，w，?u的正负。（6分） 2 3 4
写出两个与热力学第二定律相对应的数学表达式，并对表达式进行简单说明。（4分） 解释湿空气的露点温度，说明将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法。（4分） 分析提高朗肯循环热效率的方法有哪些，解释再热循环的目的。（6分）
三. 计算题（共计29分）
1
一绝热刚性汽缸（如图），被一导热的无摩擦活塞分成两部分。最初被固定在某一位置上，汽缸的一侧储有压力为0.2 MPa，温度为300K的m3的空气；另一侧储有同体积，同温度的空气，其压力为0.1 MPa。去除
A 0.2 MPa 300K B 0.1 MPa 300K 活塞0.01 销
钉，放松活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。设空气的比热容为定值。试计算： （1） 平衡时的温度为多少？ （2） 平衡时的压力为多少？
（3） 两侧空气的熵变值及整个气体的熵变值为多少？（14分） 2
图示为一烟气余热回收方案。设烟气比热容Cp = 1.4 kJ/(kg.K)，
t 1 =527℃p1=0.1MPam=6kgt 2 =37℃p2=0.1MPaＱ１热机ＷCv = 1.0 kJ/(kg.K)。 试求：
（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。（本题15分）
Ｑ２大气t 0=27℃p0=0.1MPa传热学部分
四. 回答问题（共计17分）
1 2 3
比较下列三种物质：空气，金属，水导热系数的大小。（2分） 写出Nu，Fo，Bi准则的表达形式及物理意义。（6分）
说明影响对流换热的因素有哪些。分析在相同的流动和换热壁面条件下，导热系数大的流体，表面传热
系数是大还是小。（2分） 4 5
对管内强制对流换热，为何采用短管可以强化流体的换热？（3分）
分析组成辐射换热网络的热阻有哪两类，如何表示，当辐射表面为黑体时，热阻如何表示。（4分）
五. 计算题（共计28分）
1
蒸汽管道的外直径d1=30mm，准备包扎两层厚度都是15mm的不同材料的热绝缘层。a种材料的导热系
数λa = 0.04 W/(m.K)，b种材料的导热系数λb = 0.1W/(m.K)。若温差一定，试问从减少热损失的观点看下列两种方案：
（1） a在里层，b在外层
（2） b在里层，a在外层，哪一种好，为什么？（本题12分） 2
发射率分别为0.3和0.5的两个大平行平板，其温度分别维持在800 ℃和370℃，在它们之间放置一个两
面发射率均为0.05的辐射遮热板。试计算：
（2） 没有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？ （3） 有辐射遮热板时，单位面积的辐射换热量是多少？ （4） 辐射遮热板的温度。
（5） 绘制无，有遮热板的辐射网络图。（本题16分）
中国石油大学（北京）2006-2007学年度第一学期
石工2004《工程热力学与传热学》期末试卷——A卷答案
工程热力学部分
一. 判断对错（每题1分，共计6分）
1 X； 2 X； 3 X； 4 X； 5 X； 6 √ 。
二. 问答题（共计20分）
1 （6分） Q<0 放胀对外作功；减少。 2 （4分）
2Tsvp热；?U<0
TpTsvW>0膨热力学能
1.s.01p2n=1.6膨胀过程0n=1.6膨胀过程v答：（1）克劳修斯积分式：
??QT?0。用于判断一个循环是否可能，是否可逆。式中等号用于可逆循
环，不等号用于不可逆循环。 （2）热力过程熵的变化：?S??2?QT1。用于判断过程能否进行，是否可逆。等号适用于可逆过
程，不等号适用于不可逆过程。
（3）孤立系统熵增原理：?Siso?0。孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。等号用于可
逆过程，不等号用于不可逆过程。 （4）卡诺循环热效率：?c?1?T2。根据卡诺定理一：在相同的高温热源和低温热源间工作的一切T1可逆热机具有相同的热效率，与工质的性质无关；
定理二：在相同的高温热源和低温热源间工作的任何不可逆热机的热效率，都小于可逆热机的热效率。
以上相应数学表达式写出任意两个即可。 3 （4分）
答：湿空气中水蒸气分压力pv所对应的饱和温度，称为露点温度。 将未饱和湿空气转变为饱和湿空气的方法有两种：
法1：湿空气温度T一定时，增加水蒸气分压力 pv?pvmax?ps(T), 法2：保持水蒸气含量pv不变，降低湿空气温度T?Ts(pv)。 4 （6分）
答：提高朗肯循环热效率的方法有：
（1）保持蒸汽的初压p1，终压p2不变，提高蒸汽的初温T1； （2）保持蒸汽的初温T1，终压p2不变，提高蒸汽的初压p1； （3）保持蒸汽的初压p1，初温T1不变，降低蒸汽的终压p2； （4）在朗肯循环的基础上，改进循环，如采用再热循环，回热循环等。
再热循环的目的：在于增加蒸汽的干度，以便在初温度限制下可以采用更高的初压力，从而提高循环热效率。
三. 计算题（共计29分）
1 （14分）
解：（1）取整个汽缸为闭口系，因汽缸绝热，所以Q=0，又活塞导热无摩擦，W=0。由闭口系能量方程
Q?W??U，得?U??UA??UB。
因为平衡时A，B两侧温度应相等，即TA2?TB2?T2
A 0.2 MPa 300K B 0.1 MPa 300K 则有：mAcV(T2?TA1)?mBcV(T2?TB1)?0， 因此：TA1?TA2?T1?300K，
既是终态平衡时，两侧的温度均为：T2?T1?300K。 （2） 当终态时，两侧压力相等，为pA2?pB2?p2， 对A侧：p2VA2?mARgT2，（a） 对B侧：p2VB2?mBRgT2 （b）
将（a）+（b）两式相加，得：p2(VA2?VB2)?(mA?mB)RgT2，
即：
p2?(mA?mB)RgT2VA2?VB2?pA1VA1?pB1VB1，
VA1?VB10.2MPa?0.01m3?0.1MPa?0.01m3?0.15MPa 代入数据：，得：p2?0.01m3?0.01m3（3） 熵变化： 整个汽缸绝热系的熵变： 2 （15分）
解：（1）烟气放热为：
Q1?mcp(t2?t1)?6kg?1.4kJ/(kg?K)?(527?37)K?4116kJ（2）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：?Siso??SH??SL??SE??SW?0
?SH??其中：
T2?QTT1??mcpT1T2TdT?mcpln2TT1(37?273)K??7.964kJ/K(527?273)K
?6kg?1400J/(kg?K)ln ?SE?0，?SW?0
于是：?Siso??7.964kJ/K?解得：Q2?2389.2kJ （4） 热机输出的最大功：WQ2?0
300K?Q1?Q2?(4116?2389.2)kJ?1726.8kJ
传热学部分