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科目名称：热工基础 第 1 页，共 3 页 中国科 学院 大学 2013 年 招收 攻 读硕士 学位研 究生入 学统一 考试试 题 科目名 称：热 工基础 考生须知： 1本试卷满分为 150 分，全部考试时间总计 180 分钟。 2所有答案必须写在答题纸上，写在试题纸上或草稿纸上一律无效。 3可以使用无字典存储和编程功能的电子计算器。 工程热力学 一、名词解释（每小题 4 分，共 16 分） 1、可逆过程；2、不可用能；3、孤立系统熵增原理；4、热力循环。 二、简答题（每小题 5 分，共 20 分） 1、平衡状态与稳定状态有何共同点和不同点？ 2、闭口系统从温度为 300K 的热源中取热 500kJ ，系统熵增加 2.0kJ/K ，问这一 过程能否实现，为什么？ 3、写出热力学第一定律和第二定律的数学表达式，并说明其物理意义。 4、循环热效率公式 1 2 1 Q Q Q t = 和 12 1 c TT T = 分别在什么情况下适用？ 三、 （9 分） 如图所示， 一个带有阀门的绝热 真空容器置于压强为 0 0.1MPa p = 、温度为 0 300K T = 的气体中。打开阀门后，气体迅 速进入容器中， 当进入容器中的气体压力达 到 0 0.1MPa pp = = 时， 立即关闭阀门， 这个 过程可视为绝热过程。已知进入容器内的气体在容器外时体积为 3 0 1m V = ，该气 体是摩尔定容比热为常数的理想气体，绝热指数为 1.4 = 。试计算： （1）进入容器内气体的内能与它在容器外时的内能之差 U ； （2）进入容器后气体的温度T ； （3）容器的体积V 。 科目名称：热工基础 第 2 页，共 3 页 四、 （10 分） 空气进入渐 缩喷管时的初速为 200m/s ， 初压为 1MPa ， 初温为 500， 求喷管达到最大流量时出口截面的流速、压力和温度。已知空气的 1.4 = ， R g =287J/(kgK) ，c p =1005J/(kgK) 。 五、 （20 分） 某 R134a 为工质的朗肯循环利用当地海水为热源， 已知 R134a 的流 量为 1000kg/s ， 当地表层海水的温度为 25， 深层海水的温度为 5。若 在加热 和冷却过程中近似认为海水和工质的温差都为 5， 且工质不过热， 试计算循环 的功率和热效率。已知 R134a 的有关参数如下表： t ( ) p (MPa) h (kJ/kg) h (kJ/kg) s (kJ/(kgK) s (kJ/(kgK) v (m 3 /kg) 10 0.4149 213.5 404.3 1.048 1.722 0.0008 20 0.5721 409.8 1.718 传 热 学 一、简答题（每小题 5 分，共 25 分） 1、写出 贝克 莱数(Pe) 、普朗特 数(Pr)、雷 诺数(Re)的 定义式 、物理 意义以及三 者之间的关系。 2、速度边界层和热边界层分别是什么？相应的边界层厚度如何定义？ 3、什么是接触热阻？减小固体壁面之间的接触热阻有哪些方法？ 4、什么是物体的发射率和吸收率？二者在什么条件下相等？ 5、在寒冷的北方地区，建房采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？ 二 、（ 10 分）一根足够长的圆柱形套管，导热系数为 ，内径为 1 r ，外径为 2 r ， 单位体积的内热源为 ，套管内壁与温度为 0 t 的流体进行换热，换热系数为 h ， 外壁面绝热。在稳态条件下推导出： （1）套管中温度分布表达式； （2） 1 r r = 处热流密度； （3） 2 r r = 处温度。 三、 （12 分）水流过 10m 长的管道，入口温度 为 20，出口温度为 40 ，管内 径 d=20mm ，水在管内流速为 2m/s ，求对流换热系数和管壁平均温度。 已知：30 水的物性为 ( ) 0.618W/ m K = ， 62 0.805 10 m /s v = ， 42 . 5 Pr = ， 3 995.7kg/m = ， ( ) 4.17kJ/ kg K p c = 。管内流强制对流换热关联式为 0.8 0.4 Nu 0.023Re Pr = 。 科目名称：热工基础 第 3 页，共 3 页 四 、（ 13 分）如图所示，用一个板式紧凑式 换热器来冷却一个燃气轮机的润滑油。 板式 换热器由多层薄金属板组成，共有 60 个宽 度为 a 的流道。 润滑油和水的流动被分为 30 股独立的支流，两者在交替流道中逆向流 动。换热器外部整体为边长为 L 的立方体， 忽略板厚度以及换热器对环境的热损失。 冷 却水总流量为 0.2kg/s ，润滑油总流量为 0.1kg/s 。冷却水和润滑油入口的温度分别为 20和 150。欲使润滑油出口温 度达到 30。试计算换热器的边长 L 。 已知： 水物性： ( ) 4.178kJ/ kg K p c = ， 42 7.25 10 N s/m = ， 0.625W/(m K) k = ， 3 944kg/m = ；润滑油物性： ( ) 2.131kJ/ kg K p c = ， 22 3.25 10 N s/m = ， 0.138W/(m K) k = ， 3 852.1kg/m = ；假设流动为层流，且 D Nu 7.54 = 。 五、 （15 分）一根很长的钢管，外径 d=100mm ，外壁温度为 80，表面发射率 为 0.85， 置于一横截面为 1m1m 的砖砌暗槽内， 暗槽内壁温度为 20， 表面发 射率为 0.9。求： （1）单位长度钢管表面的辐射换热量； （2）若 将该钢 管置于 大空间中 ，空间 环境的 温度、发 射率与 暗槽内 表面相同， 则单位长度钢管表面的辐射换热量是多少？ L a L L
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