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科目名称：热工基础 第1页，共3页中国科学院研究生院 2012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（共20分，每小题 4分） （1）卡诺定理 （2）熵 （3）理想气体 （4）平衡状态 （5）可逆过程 二、简答题（共15分，每小题 5分） （1）写出3个热力学基本状态参数并解释其意义。 （2）在温-熵（T-S）图上绘出以饱和蒸气为工质的卡诺循环过程，并标出做功量，写出循环效率的计算式。说明图中每个过程是什么，并举例说明在哪种设备中发生。 （3）气流通过喷管，气体绝热膨胀、压力降低、流速增加，写出不同马赫数下的气流截面变化规律。 三、（共10分）证明下列等式 = vvcsT T ， = ppcsT T 。 四、（共 10 分）某制冷机工作于两恒温热源 3231 T K， 2732 T K 之间，如果工质在放热 1Q 过程中与高温热源的温差为7K，在吸热 2Q 过程中与低温热源的温差为3K，压缩机做功为 netW 。试判断以下几种情况能否实现，是否是可逆循环。 （1） 2702 Q J， 60netW J； （2） 10002 Q J， 11501 Q J； （3） 5402 Q J， 150netW J。 科目名称：热工基础 第2页，共3页五、（共10分）某种理想气体以700、0.6MPa及100m/s的速度流入绝热收缩喷管，若喷管的背压 25.0bp MPa、速度系数 0.9、喷管的截面积为2400 2mm 。 （1）计算喷管的流量； （2）计算由摩擦引起的作功能力损失。 已知该气体的物性参数为 )KkJ/(kg32.0 gR 、 )KkJ/(kg16.1 pc 。环境温度300sT K，定熵流动下的表达式： kpv =定值；滞止参数表达式为 20 /2 pT T c c ； 流速表达式为 22 1 2 12c h h c ；临界压力比 12( )1crv 。 六、（共 10 分）某燃气轮机乏气温度为 800HT K，采用某一热机循环来回收其余热，工质的平均吸热温度为 6001 T K,平均放热温度为 3002 T K。热机的效率为工作在 1T 和 2T 温度区间卡诺循环的 80%，即 8.0t c。每 kg 工质，热源放热量 1001 q kJ。已知环境温度 2880 T K。试采用可用能(火用)分析方法求各相应温度下的可用能(火用)和不可逆损失。 传热学 一、简答题（共25分，每小题5分） （1）热扩散系数的物理意义是什么？试写出它与导热系数的主要区别。 （2）说明辐射换热的主要特点。 （3）什么是速度边界层？请画出流体掠过平板时速度边界层的发展过程。 （4）画出竖壁附近自然对流的温度分布与速度分布并分析其特征。 （5）简述地球“温室效应”的形成机制。 二、（共10分）厚度为 导热系数为 的半无限大平板，一侧（x=0）绝热，另一侧（x=）为恒温 t 。平板内部放置一个热源 ，且 axe 0 ，a为常数。在稳态条件下， （1）导出平板中温度分布的表达式； （2）计算x=0处的温度； （3）计算 x 处的热流密度。 三、（共10分）某管壳式换热器，水蒸气在管壳侧凝结，产生的热量被管内的水带走。管长 5l m，管内径 20d mm。假设管壁很薄、温度均匀，管内的水入口温度 ft =84.3C，水在管内的流速为 m/s2u ，管壳侧水蒸气温度为 oT 100C、科目名称：热工基础 第3页，共3页凝结换热系数为 4 21.57 10 W/(m K)oh 。试计算 （1）管内换热系数 ih 、管壁温 wT 及水出口温度 ft 。水的平均温度取算术平均值。 （2）该换热器的对数平均温差及总传热系数。 已 知 ： 管 内 湍 流 强 制 对 流 换 热 0.8 0.40.023Re Prf f fNu ； 水 的 物 性 ，0.68W/(m K)f , 6 20.326 10 m /sf , 3965.3kg/m , 4.208kJ/(kg K)pc 。 四、（共 15 分）在室温为 10的大房间中，有一个竖直部分高 1.6m，水平部分长 20m，直径为 20cm 的烟筒。该烟筒所用材料的发射率为 0.7，求当烟筒的平均壁面温度为110时单位时间总的散热量。 1.6m20m假设烟筒分别按照竖直段和水平段计算，不考虑相交部分的影响。空气物性31.060kg/m ， 1.005kJ/(kg K)pc ， 0.029W/(m K)f ，6 218.97 10 m /s 。 已知大空间内自然对流换热关联式： nfNu C GrPr （ ）；32tlGr g ； 层流： 4 91.43 10 3 10Gr ， 0.59C ， 0.25n ； 湍流： 102 10Gr ， 0.11C ， 0.33n 。 五、（共15分）用一裸露的圆球热电偶测量烟气管道内的温度，该热电偶直径为1mm，密度为 38500kg/m ，比热容为400J/(kg K) ，导热系数为20W/(m K) 。该热电偶的测量值为 1 177t ，管道内壁温度为 94wt ，烟气对热电偶的表面对流换热系数h142W/(m K) ，热电偶表面的黑度 1 0.6 。 （1）试求该热电偶在该场合下的时间常数； （2）求烟气的真实温度； （3）如果其他条件不变，给热电偶加以黑度为 0.8 的足够长的遮热罩，烟气对遮热罩的对流换热系数同样为h142W/(m K) 。求此时热电偶的测量值。
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