杭州电子科技大学学生考试卷（ B ）卷 考试课程 课 程 号 考生姓名 热工基础 教 师 号 考试日期 2012年 9月 日 任课教师姓名 成绩 车辆工程 学号（8位） 年级 2010 专业 一、 问答简算题（共36分）： 1、在p-v图和T-s图上，标出空气的升压、升温又放热的过程1-2和膨胀、升温又吸热的过程1-3。（本题6分） S V S v T 2 2 P 3 3 P T 2、家用冰箱的使用说明书指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？（本题6分） 根据逆向卡诺循环制冷系数，冷库温度与环境温度的差值越小，制冷系数就越大。把冰箱放置在通风处，并保持与墙壁适当的距离，保证了冰箱散热器附近局部温度不致过高，从而减少了冷库温度与环境温度的 差值。 不把冰箱温度设置过低，同样使冷库温度与环境温度的差值降低，提高了制冷系数，这样可使冰箱使用的费用降低 3、空气在气缸中经历某种过程，内能减少22kJ，对外做功12kJ，试分析空气的熵变有哪几种可能性？为什么？（本题6分） 由，Q=-10kJ，因此系统对外放热，空气在该过程中熵流为负Sf<0，但Sg≥0，因此，空气的熵变可能大于零，小于零，或等于零。 5、解释下列名词：（1）有效辐射；（2）黑体；（3）遮热板。（本题6分） （1）有效辐射：单位时间内离开单位面积表面的总辐射能，即自身辐射力与反射的投入辐射之和； （2）黑体：吸收比为1的物体 称为黑体； （3）遮热板：插入两个辐射换热表面之间可以用于削弱辐射换热的薄板 6、为了测量管道内空气的温度，常采用热电偶并在管道壁上安装金属套管以保护热电偶。热电偶端点镶嵌在套管的端部。如套管长H=100mm，外径d=15mm，壁厚δ=1mm，套管材料的导热系数λ=45 W/(m.K)。已知热电偶指示温度为200℃，套管根部温度为50℃，套管外表面与空气之间的对流换热系数为40 W/(m2.K)。试求出测温误差并说明产生测温误差的原因。（本题6分） 忽略测温套管横截面上的温度变化，并认为套管端部绝热，则套管可看成是等截面直肋 ch2.98=9.87， 热电偶指示的读数为测温套管端部的温度tH， 由于套管的导热，造成读数和实际流体温度的误差。 二、 计算题（共 64 分） 1、有一循环装置在温度为1000K和300K的恒温热源间工作，装置与高温热源交换的热量为2000kJ，与外界交换的功量为1200kJ，试用孤立系统熵增原理判别此装置是热机还是制冷机？可逆还是不可逆？（本题13分） （1））假设此装置为制冷机，则循环中，低温热源向工质放热，Q2=-800kJ， 高温热源吸热Q1=2000kJ。取热源、制冷机、冷源为系统，因为外界向制冷机输入功，这是一个闭口绝热系，根据孤立系统熵增原理：热源熵变、冷源熵变、热机熵变之和应大于零： 违反了孤立系统熵增原理，不可能是制冷装置。 （2）再设此装置为热机，则在循环中高温热源向工质放热，Q1=-2000kJ，低温热源从工质吸热，Q2=800kJ，则 符合孤立系统熵增原理，所以该装置循环是不可逆热机循环。 1 4、写出Bi数和Nu数的数学表达式，并说明它们的物理意义，指出它们之间的区别。（本题6分） 形式上Nu与Bi完全相同，但Nu中的λ为流体导热系数，而一般h未知，Nu为待定数，Nu表示壁面附近流体的无量纲温度梯度，表示流体对流换热的强弱。 Bi中的λ为导热物体的导热系数，一般h已知，Bi为已定数，表示物体内部导热热阻与外部对流热阻的相对大小。

2、有一等压燃烧内燃机，输出功率为3700kW，燃料热值为4.65×104 kJ/kg。假定可将循环简化为空气的等压加热理想循环，循环压缩比为14，预胀比为2。空气比热容为定值，cp =1.004 kJ /(kg. K) ，气体常数Rg=0.287 kJ/（kg.K）。试求：（1）在T-s 图上画出循环过程线；（2）循环热效率；（3）燃料消耗量。（本题14分） 1-2过程 2-3过程 3-4过程 循环吸热量： 循环放热量： 循环效率 置，来流温度为25℃，电热丝温度为55℃，测得电加热功率为20W/m。假定除对流外其他热损失可以忽略不计，试确定此时的气流来流速度。 已知：确定平均表面传热系数的准则式为 Nu= 空气的物性参数为：λ=0.0276W/(m.K), ν=16.96×10-6 m2/s, Pr=0.699 （本题12分） Φl=20W/m 由牛顿冷却公式Φl=hA(tw-tf)=hπd(tw-tf) H=Φl/πd(tw-tf)=20/(π*0.1/1000*(55-25)]=2122 W/m2K 因此，Nu=hd/λ=7.689 因此Re=233.12 u=Re×ν/d=39.54 m/s 5、在某产品的制造中，厚度为2.0mm的基板上紧贴一层厚度为0.1mm的透明薄膜，薄膜表面上有一股冷气流流过，其温度为10℃，对流换热系数为50W/(m2.K)，同时有辐射能q透过薄膜投射到薄膜与基板的结合面上，如图所示。基板的另一面维持在30℃。生产工艺要求薄膜与基板的结合面温度应为60℃。试确定辐射热流密度q应为多大？已知薄膜导热系数为λ1=0.02 W/(m.K)，基板导热系数为λ2=0.06 W/(m.K)。投射到结合面上的辐射热流全部被结合面吸收，薄膜对60℃的热辐射不透明，而对投入辐射完全透明。 （本题13分） 2q 10℃， 50W/(m.K 薄膜，0.1mm 60℃ 基板，2mm ?t60?10??2000W/m2 薄膜对外的热流密度: q1??1/?1?1/h0.0001?1/500.02基板对外的导热热流密度q2?3、热电偶的热接点可以近似看作球形，已知其直径d=0.5mm，材料的密度ρ＝8500 kg/m3，比热容c=400 J/(kg.K)。热电偶的初始温度为25℃。突然将其放入120℃的气流中，热电偶表面与气流间的表面传热系数为90W/(m2.K)。试求：（1）热电偶的时间常数；（2）热电偶的过余温度达到初始过余温度的1％时，需要多长时间？（本题12分） hRBi??0.1，可用集总参数法 ?时间常数 ?t60-30??900W/m2 ?2/?20.0020.06当处于稳态换热条件时，穿过薄膜的辐射热流密度q为 t=30℃ 4、用热线风速仪测定气流速度的试验中，将直径为 0.1mm的电热丝与来流方向垂直放2