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工质的热力学性质

发布时间：2010/6/8 阅读次数：7748 字体大小: 【小】【中】【大】

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工质的热力学性质

1．在容积为0.3m³的封闭容器内装有氧气，其压力为300kPa，温度为15℃，问应加入多少热量可使氧气温度上升到800℃？

① 按定值比热容计算；

② 按平均比热容计算。

2．每摩尔质量为30g的某理想气体，在定容下由275℃加热到845℃，若内能变化为400kJ/㎏，问焓变化了多少？

3．2㎏的CO₂，由p₁=800kPa，t₁=900℃膨胀到p₂=120kPa，t₂=600℃，试利用定值比热求其内能、焓和熵的变化。

4．由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的千摩尔数为

求混合气体的容积成分，质量成分以及在p=400kPa，t=27℃下混合气体的比容。

5．试证明理想气体混合物质量成分和摩尔成分间有关系式：

6．湿饱和蒸汽，p=0.9kPa，0.85，试由水蒸气表求t_s，h，v，s和u。

7．过热蒸汽，p₁=3.0kPa，t=425℃,根据水蒸气表求v，h， s，u和过热度，再用h-s图求上述参数。

8．开水房烧开水用p=0.1kPa，0.86的蒸汽与t=20℃及同压下的水混合，试问欲得5t的开水，需要多少蒸汽和水？

9．1㎏的蒸汽，p₁=2.0kPa，x₁=0.95，定温膨胀至p₂=0.1kPa，求终态v，h， s及过程中对外所作的膨胀功。

10．空气的参数为p_b=0.1kPa，t₁=20℃，=30%。在加热器中加热到t₂=85℃后送入烘箱去烘干物体。从烘箱出来时空气温度t₃=35℃，试求从烘干物体中吸收1㎏水分所消耗的干空气质量和热量。

11．设大气压力为0.1kPa，温度为30℃，相对湿度为0.8。如果利用空气调节设备使温度降低到10℃去湿，然后再加热到20℃，试求所得空气的相对湿度。

第四章工质的热力过程

1.某理想气体初温T₁=470K，质量为2.5㎏，经可逆定容过程，其内能变化为△U=295.4kJ，求过程功、过程热量以及熵的变化。设该气体R=0.4KJ/(㎏·K),κ=1.35，并假定比热为定值。

2．一氧化碳的初态为p₁=4.5MPa，T₁=493K。定压冷却到T₂=293K。试计算1kmol的一氧化碳在冷却过程中的内能和焓的变化量，以及对外放出的热量。比热取定值。

3．氧气由t₁=30℃, p₁=0.1MPa被定温压缩至p₂=0.3MPa。

① 试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；

② 若按绝热过程压缩，初态和终压与上述相同，试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；

③ 将它们表示在同一幅p-v图和T-s图上，试在图上比较两者的耗功。

4．某单级活塞式压气机每小时吸入的空气量V₁=120m³/h，吸入空气的温度t₁=17℃，压力p₁=0.1MPa，输出空气的压力为p₂=0.64MPa。试按下列三种情况计算压气机所需的理想功率：①定温压缩；②绝热压缩；③多变压缩（n =1.2）。

5．燃气经过燃气轮机中渐缩喷管绝热膨胀，流量，燃气初参数p₁=0.6MPa，t₁=600℃，燃气在喷管出口处的压力p₂=0.4MPa，喷管进口流速及摩擦损失不计，试求燃气在喷管出口处的流速和出口截面积。设燃气热力性质与空气相同，取定值为比热。

第五章热量传递

1．有一厚为20mm的平面墙，导热系数为1.3W/(m·℃)。为使每平方米墙的热损失不超过1 500W，在外表面上覆盖了一层导热系数为0.2W/(m·℃)的保温材料。已知复合壁两侧的温度分别为750℃及55℃，试确定此保温层的厚度。

2．冷藏箱壁由两层铝板中间夹一层厚100mm的矿棉组成，内外壁面的温度分别为-5℃和25℃，矿棉的导热系数为0.06W/(m·℃)。求散冷损失的热流密度q。如大气温度为30℃，相对湿度为70%，由于水分渗透使矿棉变湿，且内层结冰。设含水层和结冰层的导热系数分别为0.2W/(m·℃)和0.5W/(m·℃)，问冷藏箱的冷损失增加多少？

3．某炉墙由耐火砖层、硅藻土焙烧板层和金属密封板所构成（见图5-1），各层的导热系数分别为λ₁=0.7+0.000 58tW/(m·℃)、λ₂=0.047+0.000 201tW/(m·℃)和λ₃=45 W/(m·℃)；厚度分别为，和；炉墙内外表面的温度分别为t_W1=542℃和t_W4=54℃。试求通过炉墙的热流密度。

图5-1

4．现有一热电偶测量管道内高温气流的温度（参见图5-2）。已知热电偶的读数为t₁=650℃,热电偶套管的基部温度t₀=500℃，套管插入深度,套管壁厚，套管外径，套管材料的导热系数λ=25 W/(m·℃)，套管外侧与气流的换热系数α=50W/(m·℃)。试求：气流的真实温度t_f和测量误差=?

图5-2

5．为了增强传热，在外直径为40mm的管道外表面上装置纵肋12片，如图5-3所示，肋厚0.8mm，肋高20mm，肋的导热系数为116W/(m·℃)。若管道的壁温为140℃，周围介质的温度为20℃，换热系数为20W/(m·℃)，求单位管长的散热量。

（本题除考虑肋片的散热以外，还要考虑肋片与肋长之间的管道外表面的散热。）

图5-3

6.设有一块厚为2δ的金属板，初始温度为t₀，突然将它置于温度为t₁的流体中进行冷却。试针对下列两种情况，画出不同时刻金属板中及板表面附近流体的温度分布曲线：

① 金属板导热热阻δ/λ≤1/α（表面换热热阻）；

② δ/λ≥1/α。

7．有两块同样材料的平板A及B，A的厚度为B的两倍，从同一高温中取出置于冷流体中淬火。流体与各表面间的换热系数均可视为无限大。已知板中心总的过余温度下降到初值的一半需要20min，问A板达到同样温度工况需多少时间？

8．一块初始温度t₀=250℃、厚度2δ=5cm、导热系数λ=215W/（m·℃）,热扩散率α=8.4×10^-5/m²/s、密度ρ=2700㎏/m³、比热容c_p=900J/(㎏·℃)的铝板，将其突然置入30℃的冷水中冷却。若表面换热系数α=350 W/（m·℃），试求5分钟后板中心的温度、距壁面1.5cm深处的温度以及这段时间内平板每平方米面积的散热损失。

9．一钢球直径为10㎝，初始温度250℃，后将其置于温度为10℃的油浴中。设冷却过程中的换热系数可取为200 W/（m·℃），问欲使球心温度降低到150℃需要经过多长时间，此时球表面的温度为多少？球的导热系数为44.8 W/（m·℃）,热扩散率为1.229×10^-5m²/s。

10．水以0.8㎏/s的流量在内径d =2.5cm的管内流动，管子内表面温度为90℃，进口处水的温度为20℃。试求水被加热至40℃时所需的管长。

11．在1个大气压下，温度为30℃的空气以45m/s的速度掠过长为0.6m、壁温为250℃的平板。试计算单位宽度的平板传给空气的总热量、层流边界层区域的换热量和紊流边界层区域的换热量。

12．空气横向掠过一外径为d=22mm、s₁=44mm、s₂=22mm、N=12排的叉排管束，空气的平均温度t₁=50℃,u_max=8m/s。试求换热系数。

13．在冬季，采暖房间的天花板表面温度为13℃，室内空气温度为25℃，天花板面积为4×5㎡，求它的自然对流换热系数及散热量。

14．一冷凝器的水平管束由直径d =20mm的圆管组成，管壁温度t_w=15℃。压力为0.045×10⁵Pa的饱和水蒸气在管外凝结。若管束在竖直方向上共20排，叉排布置，求管束的平均换热系数。

15．平行放置的两块钢板，温度分别保持500℃和20℃，黑度均为0.8，钢板尺寸比二钢板间的距离大得多。求二板的辐射力、有效辐射、投入辐射以及它们之间的辐射换热量。

16．求下列情况下的角系数X_1,2(见图5-4)

(a)等腰三角形深孔300℃的底面1（长200mm）对200℃的腰侧面2（顶角25°），见图5-4(a)；

(b)半球空腔曲面1对底面的四分之一缺口2，见图5-4(b)；

(c)边长为a的正方体盒的内表面1对直径为a的内切球面2，见图5-4(c)；

(d)二平行平面1、2，见图5-4(d)；