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、下图为一烟气余热回收方案。
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λ=0.12W/(m·K) 的沥青蛭石管壳。保温层复合换热表面的
2
传热系数h0=35W/(m·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卷参考答案
工程热力学
一、解： 1．
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：
①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。
②室内外热交换的热流量：
③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
(1)
由于u～u∞,x～x,y～δ，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：