12. 孤立系统中进行了⑴可逆过程；⑵不可逆过程。问孤立系统的总能、总熵各自如何变化？ 答：经历可逆过程后，孤立系统的总能、总熵均不改变；
经历不可逆过程后，孤立系统的总能将保持不变，总熵将增加。 13. “熵增大的过程必为不可逆过程”说法是否有错误？
答：说法不正确。系统的熵变来源于熵产和热熵流两个部分，其中熵产必定是正值（含零），热熵流则可为正值，亦可为负值。当系统吸热时热熵流为正值，即便是可逆过程（熵产为零）系统的熵也增大；
14. “熵增大的过程必定为吸热过程”说法是否有错误？
答：说法不对。系统的熵变来源于熵产和热熵流两个部分，不可逆绝热过程中工质并未从外界吸热，但由于存在熵产工质的熵也会因而增大。 15. 分析气体的热力过程要解决哪些问题？
答：分析气体的热力过程要解决的问题是：揭示过程中气体的状态（参数）变化规律和能量转换的情况，进而找出影响这种转换的主要因素。
传热学
1.什么叫导热、对流、热辐射?
答：温度不同的物体相互接触,直接接触物体各部分间热量传递现象叫导热。冷热流体之间的热量依靠流体的运动来传递的现象叫对流,依靠电磁波来传递热量的现象叫热辐射。
例如:金属棒一端加热,另一端温度随之升高是导热的结果。水的局部加热会使周围水温度升高是对流传热的结果。太阳的热量传递到地球是热辐射的结果。 2.影响对流换热系数的因素有哪些?
答:流动的流体与固体壁面接触时,由于流体与壁面之间有温度差而发生的两者之间的热交换现象称为对流换热。影响对流换热系数的因素有: ①流体流动的动力:强迫流动换热系数大于自然流动换热系数; ②与流体有无物态变化有关:有物态变化时的对流换热比无物态变化时的对流换强烈; ③与流体流动状态有关:紊流流动对流换热比层流流动强烈; ④与流体所接触的固体表面的形状、大小及流体与固体表面间相对位置有关; ⑤与流体的物理性质如密度、粘性、导热系数、比热、汽化潜热等有关; ⑥与流体种类有关。
3.什么是传热过程?答:一种流体通过固体壁面将热量传给另一种流体的过程叫传热过程。如锅炉水冷壁管外是高温火焰,管内是被加热流体,热量通过管壁由火焰传给水。 4.何为遮热板?它的作用是什么?
答:所谓遮热板一般指一层薄金属板,放在辐射换热的两物体中间,可以起到削弱辐射换热的作用。遮热板的作用主要是消弱遮热板间物体的辐射换热。 5.增强传热的措施有哪些? 答:增加传热的措施有:
(1)提高传热系数K。增大传热系数,应首先减小热阻中的数值最大一项,就可增强传热。 (2)增大传热面积。 (3)增大传热温差△t。
如:增大锅炉受热面传热的主要办法是增大烟气侧传热系数,锅炉水冷壁和省煤器管外加装肋片,传热管束尽可能叉排布置,受热面定期吹灰、除垢等都是为了加强传热。 6.换热器有几种?制冷空调设备常用的是哪一种?
答:换热器种类很多,按其工作原理可分为间壁式、蓄热式和混合式三种。间壁式换热器内，冷流体和热流体同时在其内流动,但冷热流体被壁面隔开，互不接触。热量通过换热面由热
流体传给冷流体。
制冷空调设备中蒸发器、冷凝器均属于表面式换热器。热流体和冷流体交替地流过同一加热面,热流体流过加热面时将热量传给加热面,使加热面温度升高;当冷流体流过加热面时,加热面又将热量传给冷流体。
7. 传热计算平均温差有几种?
答:传热计算平均温差通常有两种,一种是算术平均温差,另一种是对数平均温差。 8.强化传热的途径有哪些？
答:强化传热就是通过人工干预，强化传热过程的主要途径有三条。1）增大传热面积A；2）增大平均温度差；3）增大传热系数K。比如搅拌来提高热量传递速度，就是通过增大传热系数实现强化传热目的。
9. 简要说明什么是表面式换热器的设计计算？
答：根据生产任务的要求，给定冷、热流体的质量流量和4个进出口温度中的3个，需确定换热器的型式、结构，计算传热系数k及换热面积A。
10. 研究稳态无相变对流换热时常用哪些准则？各有何物理意义？ 答：Nu努塞尔特准则，表征对流换热的强弱；
Re雷诺准则，表征流体强制流动时流态对换热的影响； Pr普朗特准则，表征流体的物理性质对换热的影响；
Gr格拉晓夫准则，表征流体自然流动时流态对换热的影响。
综合题
1. 循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？
答： 不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。
2. 热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能”？
答： 不对， 必须保证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以全部变为机械能，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。
3. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？
答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。
4. 膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关系？ 答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械工通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流动功又称为推进功，1kg工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩
系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。
5. 在T-S图上，如何将理想气体任意两状态间的热力学能和焓的变化表示出来。
答：理想气体的内能和焓都是温度的单值函数，因此在T-S图上，定内能和定焓线为一条平行于T轴的直线，只要知道初态和终态的温度，分别在T-S图上找到对应温度下的定内能和定焓直线，就可以确定内能和焓的变化值。
6. 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，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？
答：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动时属自然对流。而稀饭的换热比水要差。因此要强化传热增加散热量，应该用搅拌的方式强化稀饭侧的传热。
7. 什么是灰体？在实际工程计算中我们把物体表面当作灰体处理应满足什么条件？而
又为什么要满足这样的条件？
答：灰体是单色吸收率为常数的物体。
在实际工程计算中我们把物体表面当作灰体处理应满足的条件是物体的辐射换热过程必须在工程温度范围。
这是因为在工程温度范围（2000K以下）物体的热辐射主要是红外辐射，而在红外辐射范围内大多数物体表面的吸收率仅在一个小范围内变化，因而可以将其视为常数，也就可以当作灰体处理。
8. 用辐射换热知识解释玻璃温室的工作原理？
答：当太阳光照射到玻璃上时，玻璃对波长小于2.2?m的辐射能吸收比很小，从而使大部分太阳能可以进入到暖房内。暖房中的物体温度低，辐射能绝大部分位于红外区，而玻璃对于波长大于3的辐射能吸收比很大，阻止了辐射能向暖房外的散失。
9. 冬天，在相同的室外条件下，为什么有风比无风时感觉更冷一些？
答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属于自然对流换热。而空气的强制对流换热比自然对流强烈，因而在有风时人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。
10. 夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣会感到很舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿羽绒衣才觉得舒服。从传热学分析原因。
答：首先，冬季和夏季最大的区别就是室外温度不同，夏季室外温度高于室内温度，因此通过墙壁的热量的传递方式是由室外传向室内，而冬季则相反，因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此尽管冬季室内温度略高于夏季，但是人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多，由于人体对于冷感的感受主要是散热量，所以在冬季要传一些后的衣服。
计算题 工程热力学
1.有报告称：某热机自160℃的热源取热，向5℃的热源放热。在吸热1000 kJ/h时可输出功率0.12kW。试分析该报告的正确性。（5分）
设在两热源之间运行一卡诺热机，其热效率为：
?tc?1?Tr2278?1??0.358 Tr1433 报告中的热机，其热效率为：
?t?W00.12??0.432 Q11000/3600 因为：?t??tc，根据卡诺定理可知该报告是错误的。
2.有一专利申请提出一台热机工作与t1= 427℃，t2=277℃之间，当工质从高温热源吸热5×104 KJ，对外作功10KJ，而排给低温热源的热量恰为两者之差。试分析其可能性。（4分） 答：卡诺循环热效率：?c?1?T2T?1?550700?0.214（1分）
1热机循环的热效率：?t?WQ?1050000?0.0002（1分）
1?t??c（1分）
可能实现。（1分）
3．分别绘出定容、定压、定温和绝热过程的p-v图和T-s图。（8分）
V
S
p T
S
T V
P
T
P v s
4.如果外界加给某系统工质1000焦尔的热量,其中有200焦尔转变为内能储存于工质内部,问有多少热量转变为机械能做了功?其热效率为多少? 答案:已知:Q=1000焦尔 △U=200焦尔 求:W=? η=? 解:Q=△U+W, W=Q-△U=1000-200=800焦
??W?0.8 Q有800焦尔能量转变为机械能作了功。热效率为0.8
传热学
5.有一台表面积为15米2的换热器,蒸汽侧有t=45℃的蒸汽流过换热器的表面,且此表面金属温度为25℃,如果传热量为6000瓦特,计算蒸汽对管壁的对流换热系数? 答案:已知:F=15米2 t1=45℃ t2=25℃ Q=6000瓦特 求:α=?
解:由Q=αF(t1-t2)得:
??Q?20W/m2?KF?t1?t2?
蒸汽对管壁换热系数为20瓦特/米2·℃
6.对于一平板的导热,试计算下列条件下平板两表面间的温差。已知平板面积F=0.1平方米,板厚δ=25毫米,板的导热系数λ=0.2瓦特/米·℃,通过板面的导热量Q=1.5千瓦。 答案:已知: F=0.1米2 δ=25毫米=0.025米 λ=0.2瓦/米·℃
Q=1.5千瓦=1500瓦 求:t1-t2=?
解:由Q??Ft1?t2得:
?t1?t2?Q?1500?0.025??1875 0.2?0.1?F 平板两表面温差为1875℃。
7.一热机产生1.5千瓦的功率,其热效率为0.24,问热机每小时吸收多少千焦的热量?放出热量与吸收热量之比为多少?所做的功与放出的热量之比又为多少? 已知:N=1.5千瓦 η=0.24 τ=1小时=3600秒 求:Q1=? Q2 W ───=? ──=?
Q1 Q2
W 解: W=Nτ=1.5×3600=5400千焦 因为: η= ── Q1 W 5400 所以Q1= ── = ─── = 22500千焦 η 0.24
Q2=Q1-W=22500-5400=17100千焦 Q2 17100 ──=-----------------=0.76 Q1 22500
W 5400 ──=────=0.3158 Q2 17100
答:热机每小时吸收22500千焦热量。放出热量与吸收热之比为0.76。作功与放出热之比为0.3158。
8.有一容器有0.07立方米的气体,其压力为0.3兆帕,当温度不变,容积减小到0.01立方米,其压力上升到多少?(题中压力为绝对压力) 答案:已知:V1=0.07米3 P1=0.3兆帕 V2=0.01米3 求:P2=?
解:该过程是等温过程,所以P1V1=P2V2 P1V1 0.3×0.07
则:P2=─── = ──── = 2.1兆帕 V2 0.01
压力上升到2.1兆帕。
9.试求锅壁两表面温度t壁1、t壁2及单位面积传热量q。已知锅壁厚δ=20毫米,导热系数λ=50瓦特/米2·℃;烟气温度t流1=1000℃,
水的温度t流2=200℃,从烟气到壁面热系数a1=100瓦特米2·℃,从壁面到水换热系数a2=2000瓦特/米2·℃。
已知:δ=20毫米=0.02米 λ=50瓦特/米2·℃ t1=1000℃, t2=200℃,
a1=100瓦特米2·℃。 a2=2000瓦特/米2·℃ 求:t壁1=? t壁2=? q=?
1 1
解:K=──────────=──────────=91.74瓦特/米2·℃ 1 δ 1 1 0.02 1 ──+──+── ──+───+─── a1 λ a2 100 50 2000 q=K(t1-t2)=91.74×(1000-200)=73392瓦特/米2 q=a1(t1-t壁1)
q 73392
所以:t壁1=t1-──=1000-───=266.08℃ a1 100 λ
q=──(t壁1-t壁2) δ
δ 0.02
所以:t2壁=t1壁-──q=266.08-───×73392=236.72℃ λ 50
锅壁的表面温度t壁1及t壁2分别为266.08℃及236.72℃,单位面积传热量为73392瓦特/米2。 10.某锅炉空气预热器,空气横向冲刷管簇,空气的平均温度t空气=133℃,空气与管簇间的平均换热系数为60瓦/米2℃,空气与管簇间换热量为2100瓦/米2。试确定管子表面的平均温度。 答案:已知:t空气=133℃ a=60瓦特/米2·℃ q=-2100瓦特/米2
壁
求:t=?
解:q=a(t空气-t壁)
q (-2100)
t壁=t空气-──=133-────=168℃ a 60
管子表面平均温度为168℃。