[工程热力学与传热学]试题参考答案及评分标准 传热学和工程热力学
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《工程热力学与传热学》试题参考答案及评分标准
一、名词解释（本大题共8小题，每小题2分，共16分）
1、传热学：传热学是研究热量传递规律的科学。
2、孤立系：与外界既无任何物质交换又无任何形式的能量交换的系统。
3、迈耶公式：理想气体的比定压热容Cp和比定容热容Cv相差一个气体常数R。
4、多变过程：在实际过程中，凡是状态变化规律符合pvn=定值的过程，称为多变过程，式中n 叫作多变指数。
5、孤立系熵增原理：孤立系统中的一切实际过程总是朝着熵增加的方向进行。
6、比热容：单位质量物体改变单位温度时的吸收或放出的热量。
7、黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值称为实际物体的发射率，俗称黑度。
8、对流换热：流体流过与其温度不同的固体壁面时的热量传递过程。
二、单选题（本大题共9小题，每小题2分，共18分）
BDACD BCAB
三、填空题（每空1分，共13分）
1、热力学能u。
2、冷源温度； 热源温度；可逆的等温过程；可逆的绝热过程。
3、0； 0。
4、吸收率。
5、热传导（导热）；热对流；热辐射。
6、1500。
7、5796（5795.2）
四、简答题（本大题共5小题，共33分）
1、在P-V图和T-S图上表示工质压缩，对外放热、同时又升温的多变过程（用阴影线表示）（两个图，每图3分）
答：略
2、定熵过程是否就是绝热过程？比较定熵过程和绝热过程的区别。（7分）
答：定熵过程就是无摩擦的绝热过程。（1分）
当无摩擦的时候：
δq=du+pdv=ds⨯T⇒因为绝热过程即δq=0,T>0,所以ds=0即定熵过程 （3分） 当有摩擦的时候：
δq+δwL=du+pdv=ds⨯T⇒因为绝热过程即δq=0,所以Tds=δwL>0即ds>0不是定熵过程（3分）
3、热力学第一定律和第二定律的实质分别是什么？写出各自的数学表达式。（6分） 答：热力学第一定律 是包含热交换在内的能量守恒定律，数学表达式为
Q=∆E+⎰τ(eδm22-e1δm1)+W
表明：外界对系统所传递的热量，一部分使系统的内能发生变化，一部分用于系统对外作功．一部分用于提供给流进流出系统的能量差（3分）
热力学第二定律，数学表达式为
∆S=Sf+Sg+⎰τ(s1δm1-s2δm2)
热力学第二定律的实质：指出一切与热现象有关的实际过程都是单方向进行的不可逆过程。 （3分）
4、简述黑体热辐射三大基本规律。（9分）
答：黑体的辐射力由玻耳兹曼定律确定，辐射力正比于热力学温度的四次方。黑体的辐射能量按波长的分布服从普朗克定律，而按空间方向的分布服从兰贝特定律；黑体的单色辐射力有个峰值，此峰值对应的波长由维恩位移定律确定（3分）
1、玻耳兹曼定律：Eb=σT4 其中σ=5.67⨯10w/(m∙k)。黑体的辐射力由玻-824
耳兹曼定律确定，它反映的是黑体的辐射力与热力学温度（K）的关系即黑体辐射力正比例于热力学温度的四次方 （2分）
2、普朗克定律：Ebλ=c1λ-5
ec2
λT 黑体辐射能按波长的分布服从普朗克定律。（2分） -1
dφ(θ)dφ(θ)或I=3、兰贝特定律：Icos(θ)=。反映的是黑体辐射能按空间方向dAdΩdAdΩcos(θ)
的分布规律（2分）。
5、简述辐射强度和定向辐射力的含义以及两者关系和区别（6分）
答：物体表面在某辐射方向上的单位投影面积，在单位时间，单位立体角内发射的全波长域的能力称为辐射强度I；（2分）
在某辐射方向的单位立体角内所发射的全波长能量称为定向辐射力E。（2分）
定向辐射力是以发射物体的单位面积为计算依据，而辐射强度是以垂直于发射方向的单位面积为计算依据。所以Eθ=Iθcosθ（2分）
五、计算题（本大题共2小题，共20分）
1、2kg空气经过定温膨胀可逆过程，从初态p1=9.807bar，t1=300 C膨胀到终态容积为初态容积的5倍，试计算过程中空气的终态参数，对外所做的功和交换的热量以及过程中内能、焓、熵的变化量。已知1bar=100Kpa，空气的气体常数R=0.2871 kJ/（kg · K）。
解：将空气取作闭口系
对可逆定温过程1-2，由过程中的参数关系，得
p2=p1v11=9.807⨯=1.961bar （1分） v25
按理想气体状态方程，得v1=RT10.2871⨯573===0.1677m3/kg （1分） p19.807⨯100
v2=5v1=0.8385m3/kg （1分）
T2=T1=573K t2=300 C （1分）
气体对外作的膨胀功及交换的热量为
WT=QT=p1V1lnV2=529.4kJ （2分） V1
过程中内能、焓、熵的变化量为
∆U12=0 ∆H12=0 ∆S12=QT=0.9239kJ /K （2分） T1
或∆S12=mRlnV2=0.9238kJ /K （2分） V1
22、一厚度为50mm的无限大平壁，其稳态温度分布为t=a+bx（ºC），式中a=200 ºC,
b=-2000ºC/m。若平板导热系数为45W/(m.k),试求（1）平壁两侧表面处的热流密度。（2）如果有内热源的话，它的内热源强度应该是多少？ ∂t∂2t∂2t∂2tφ解：=λ（2+）+ +22∂τρc∂x∂z∂y∂t∂2t∂2t由题意知这是一个一维（2=2=0）、稳态（=0）、常物性导热问题。导热微分方程∂τ∂y∂z
式可简化为：
∂2tφ+=0 （a） （3分） ∂x2λ
因为t=a+bx，所以
2dt=2bx（b） （1分） dx
d2t=2b （c） （1分） dx2
根据式（b）和付立叶定律
qx=-λ
dt=-2λbx （1分） dxqx-0=0，无热流量 （1分）
qx=δ=-λ2bδ=-2⨯(-2000)⨯45⨯0.05=9000(w/m2) （1分）
（2）将二阶导数代入式（a）
d2tqv=-λ=-2bλ=-2⨯(-2000)⨯45=180000w/m32dx（1分）
43该导热体里存在内热源，其强度为1.8⨯10w/m。（1分）
制定人：______________
审核人：______________
时 间：
学 院： 工 学 院
一、名词解释（本大题共8小题，每小题2分，共16分）
1、传热学：传热学是研究热量传递规律的科学。
2、孤立系：与外界既无任何物质交换又无任何形式的能量交换的系统。
3、迈耶公式：理想气体的比定压热容Cp和比定容热容Cv相差一个气体常数R。
4、多变过程：在实际过程中，凡是状态变化规律符合pvn=定值的过程，称为多变过程，式中n 叫作多变指数。
5、孤立系熵增原理：孤立系统中的一切实际过程总是朝着熵增加的方向进行。
6、比热容：单位质量物体改变单位温度时的吸收或放出的热量。
7、黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值称为实际物体的发射率，俗称黑度。
8、对流换热：流体流过与其温度不同的固体壁面时的热量传递过程。
二、单选题（本大题共9小题，每小题2分，共18分）
BDACD BCAB
三、填空题（每空1分，共13分）
1、热力学能u。
2、冷源温度； 热源温度；可逆的等温过程；可逆的绝热过程。
3、0； 0。
4、吸收率。
5、热传导（导热）；热对流；热辐射。
6、1500。
7、5796（5795.2）
四、简答题（本大题共5小题，共33分）
1、在P-V图和T-S图上表示工质压缩，对外放热、同时又升温的多变过程（用阴影线表示）（两个图，每图3分）
答：略
2、定熵过程是否就是绝热过程？比较定熵过程和绝热过程的区别。（7分）
答：定熵过程就是无摩擦的绝热过程。（1分）
当无摩擦的时候：
δq=du+pdv=ds⨯T⇒因为绝热过程即δq=0,T>0,所以ds=0即定熵过程 （3分） 当有摩擦的时候：
δq+δwL=du+pdv=ds⨯T⇒因为绝热过程即δq=0,所以Tds=δwL>0即ds>0不是定熵过程（3分）
3、热力学第一定律和第二定律的实质分别是什么？写出各自的数学表达式。（6分） 答：热力学第一定律 是包含热交换在内的能量守恒定律，数学表达式为
Q=∆E+⎰τ(eδm22-e1δm1)+W
表明：外界对系统所传递的热量，一部分使系统的内能发生变化，一部分用于系统对外作功．一部分用于提供给流进流出系统的能量差（3分）
热力学第二定律，数学表达式为
∆S=Sf+Sg+⎰τ(s1δm1-s2δm2)
热力学第二定律的实质：指出一切与热现象有关的实际过程都是单方向进行的不可逆过程。 （3分）
4、简述黑体热辐射三大基本规律。（9分）
答：黑体的辐射力由玻耳兹曼定律确定，辐射力正比于热力学温度的四次方。黑体的辐射能量按波长的分布服从普朗克定律，而按空间方向的分布服从兰贝特定律；黑体的单色辐射力有个峰值，此峰值对应的波长由维恩位移定律确定（3分）
1、玻耳兹曼定律：Eb=σT4 其中σ=5.67⨯10w/(m∙k)。黑体的辐射力由玻-824
耳兹曼定律确定，它反映的是黑体的辐射力与热力学温度（K）的关系即黑体辐射力正比例于热力学温度的四次方 （2分）
2、普朗克定律：Ebλ=c1λ-5
ec2
λT 黑体辐射能按波长的分布服从普朗克定律。（2分） -1
dφ(θ)dφ(θ)或I=3、兰贝特定律：Icos(θ)=。反映的是黑体辐射能按空间方向dAdΩdAdΩcos(θ)
的分布规律（2分）。
5、简述辐射强度和定向辐射力的含义以及两者关系和区别（6分）
答：物体表面在某辐射方向上的单位投影面积，在单位时间，单位立体角内发射的全波长域的能力称为辐射强度I；（2分）
在某辐射方向的单位立体角内所发射的全波长能量称为定向辐射力E。（2分）
定向辐射力是以发射物体的单位面积为计算依据，而辐射强度是以垂直于发射方向的单位面积为计算依据。所以Eθ=Iθcosθ（2分）
五、计算题（本大题共2小题，共20分）
1、2kg空气经过定温膨胀可逆过程，从初态p1=9.807bar，t1=300 C膨胀到终态容积为初态容积的5倍，试计算过程中空气的终态参数，对外所做的功和交换的热量以及过程中内能、焓、熵的变化量。已知1bar=100Kpa，空气的气体常数R=0.2871 kJ/（kg · K）。
解：将空气取作闭口系
对可逆定温过程1-2，由过程中的参数关系，得
p2=p1v11=9.807⨯=1.961bar （1分） v25
按理想气体状态方程，得v1=RT10.2871⨯573===0.1677m3/kg （1分） p19.807⨯100
v2=5v1=0.8385m3/kg （1分）
T2=T1=573K t2=300 C （1分）
气体对外作的膨胀功及交换的热量为
WT=QT=p1V1lnV2=529.4kJ （2分） V1
过程中内能、焓、熵的变化量为
∆U12=0 ∆H12=0 ∆S12=QT=0.9239kJ /K （2分） T1
或∆S12=mRlnV2=0.9238kJ /K （2分） V1
22、一厚度为50mm的无限大平壁，其稳态温度分布为t=a+bx（ºC），式中a=200 ºC,
b=-2000ºC/m。若平板导热系数为45W/(m.k),试求（1）平壁两侧表面处的热流密度。（2）如果有内热源的话，它的内热源强度应该是多少？ ∂t∂2t∂2t∂2tφ解：=λ（2+）+ +22∂τρc∂x∂z∂y∂t∂2t∂2t由题意知这是一个一维（2=2=0）、稳态（=0）、常物性导热问题。导热微分方程∂τ∂y∂z
式可简化为：
∂2tφ+=0 （a） （3分） ∂x2λ
因为t=a+bx，所以
2dt=2bx（b） （1分） dx
d2t=2b （c） （1分） dx2
根据式（b）和付立叶定律
qx=-λ
dt=-2λbx （1分） dxqx-0=0，无热流量 （1分）
qx=δ=-λ2bδ=-2⨯(-2000)⨯45⨯0.05=9000(w/m2) （1分）
（2）将二阶导数代入式（a）
d2tqv=-λ=-2bλ=-2⨯(-2000)⨯45=180000w/m32dx（1分）
43该导热体里存在内热源，其强度为1.8⨯10w/m。（1分）
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学 院： 工 学 院
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