2008年工程热力学与传热学试卷

3.下图为一组电子元件的散热，试分析：（1）为增强散热，这些元件是集中还是分散放置？《工程热力学与传热学》试卷（A卷）

（2）如果某一元件对温度要求较高或不能承受较高温度，则应放在什么位置？ 本试卷考试分数占 总得分 阅卷人 复查人 考试方式 学生总评成绩比例 闭卷 70 %

分数 42 一、简答题（本题共42分，每题6分） 得分

试将满足以下要求的理想气体多变过程在pv图上表示出来：

1）工质又膨胀、又降温； （2）工质又膨胀、又升压； 3）工质又膨胀、又升温，又降压。

4.下图为冷热水顺流、逆流两种换热情况，要求：（1）定性描述（作图）冷热水温度的变化；（2）根据能量守恒原理，建立冷热水进出口温度之间的关系。

HOT HOT COLD COLD

．为什么阴雨天晾衣服不容易干，而晴天就容易干

5.某厂一条架空敷设的电缆使用时发现绝缘层超温，为降温特剥去一层绝缘材料，结果发现温度更高。试解释此现象。

《工程热力学与传热学》A试卷 第1页（共4页）

1.（（

2

6.表面1、2是一个大表面的两个部分，说明下面各式中哪些是正确的： (a) X12,3X1,3X2,3；(b) X3,12X3,1X3,2; (c) A12X3,12A1X3,1A2X3,2; (d) A12X12,3A1X1,3A2X2,3; (e)A3X12,3A3X1,3A3X2,3

7.对于通过平壁的传热过程，两侧流体的温度分别为tf1、tf2（tf1tf2），画出下述两种情况下温度由tf1变化到tf2的示意图: (a) h； (b)  分数 得分 58

2. 把一个直径为D，处于均匀温度T0的金属球从炉中突然移出。并用一根细丝悬挂在大

房间中，房间的空气为均匀温度T∞，四壁温度为Ts。

a) 忽略球内温度梯度，试推导球内的温度随时间变化的微分方程。（8分） b) 忽略辐射换热，试推导出球冷却至某个温度T时所需要的时间。（8分）

3.空气在某压气机中被压缩。压缩前空气的参数是p1=0.1MPa, v1=0.845m3/kg; 压缩后的参数是p2=0.8MPa, v2=0.175m3/kg。假定在压缩的过程中，1kg空气的热力学能增加146kJ,

二、计算题（本题共58分）

同时向外放出热量50kJ,压气机每分钟生产压缩空气10kg。求：（1）压缩过程中对每公斤气体所作的功；（2）每生产1kg的压缩气体所需的功；（3）带动此压气机至少要多大功率的电动机？（14分）

1. 一根直径为3mm的铜导线，每米长的电阻为2.22×103Ω。导线外包有厚1mm 导热系数

为0.15 W/（m·k）的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65℃,环境温度为0℃,空气与绝缘层外表面的表面传热系数为20 W/（m2·k），试确定在这种条件下导线中允许通过的最大电流。（12分）

《工程热力学与传热学》A试卷 第2页（共4页）

………… … … … … … … ：线号…学…… … … … … … … … … ：…名封姓…… … … … … … … … … … … 密 … ：…级…班…业…专… …………………… … … … … … … ：线号…学…… … … … … … … 4．一可逆热机在质量相同的热物体和冷物体之间工作。热物体的初温为T1，冷物体的初温为T2，两物体始终保持压力不变，且无相变，试求：（1）此系统最终达到平衡时的温度；（2）该热机总共输出的功量；（3）如两物体直接接触进行热交换至温度相等，求平衡温度及两物体总熵的变化。（14分） 河南理工大学 2007-2008 学年第 2 学期 《工程热力学与传热学》（A卷）标准答案与评分标准 总得分 阅卷人 复查人 考试方式 本试卷考试分数占学生总评成绩比例 闭卷 70% 分数 30 一、 （标分标准：每小题6分） 得分 《工程热力学与传热学

1． p np np n（2） n = 0 n = 0 n = 0 n = 1 n = 1 （n 3）= 1 （1） o v o v o v `

2.阴天时，空气中相对湿度较大，即空气中水蒸汽含量较多，故此时的空气吸湿能力较差，因此湿衣服中的水分不容易被吸收，衣服不容易干；而晴天时，空气中相对湿度较小，湿衣服中的水分容易被吸收，衣服就容易干。

3.分散放置要好，能有效削弱边界层。应将对温度要求较高的电子元件放在前端，此时在电子元件表面形成的边界层较薄。

4.热水的温度不断降低，冷水不断得到加热。温度变化如下图

冷热水进出口温度之间的关系由能量守恒原理得：m热水ct热水m冷水ct冷水 5.由于此绝缘层外径小于临界热绝缘直径。外径越小，热阻越大，故电缆温度更高。

6. b), d)

7.

a) b)

试卷 第3页（共4页）

》A 分数 得分  -36 二、 （标分标准：每小题12分，具体步骤分如下所示） 6cDTT lnhT0TTf1 Tf1 Tw Tf2 δ 1. 由能量平衡， Tf2 δ

3．（1）压缩过程所作的功

分析可知，在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此取汽缸中的气体为热力系，（1分） 由闭口系能量方程得：

wqu(50kJ/kg)146kJ/kg196kJ/kg （4分） （2）生产压缩空气所需的功

选气体的进出口、汽缸内壁及活塞左端面所围空间为热力系，由开口系能量方程得（1分）

wtqhqu(pv)(50kJ/kg)(146kJ/kg)(0.8103kPa0.175m3/kg0.1103kPa0.845m3/kg)251.5(kJ/kg) （ 4分）

（3）电动机的功率

Pqmwt(10kJ/60s)251.5kJ/kg41.9kW （4分）

4．（1）取热物体、冷物体及热机为孤立系，设系统平衡是的温度为Tm，则 （1分） SisoS1S2SW, 因SW0，故 SisoS1S2mc即 mclnTmTmdTdTmc0 （2分）

T2TTI2Rt65(4分)(4分)17.45W(2分) ln(d2/d1)ln(5/3)1120.15200.0052hd2I17.4588.7A(2分) 0.002222. （1）列平衡式： 金属球的能量增加＝金属球对四壁的辐射散热＋金属球对空气的对流散热 T1dTA(T4Ts4)hA(TT) （5分） d132其中AD， VD （2分） 6dT6cD(T4Ts4)h(TT) （1分） ddTh(TT) （2分） （2）6cDdcV TmTmclnm0， T1TB

所以系统平衡时的温度 TmT1T2。（2分）

（2）热物体为有限热源，过程中放出热量Q1，冷物体为有限冷源，过程中吸收热量Q2 Q1mc(T1Tm)， Q2mc(TmT2) （1分） 热机为可逆热机时，作功量最大，

WmaxQ1Q2mc(T1T22Tm) （3分） （3）平衡温度由能量平衡方程式求得，即 （2分） mc(T1Tp)mc(TpT2) 故 TpdThd （1分） TT6cDhC （2分） 6cD积分：ln(TT)按初始条件：ln(T0T)C （1分） T1T2 （1分） 2TpTpdT(T1T2)2dT （2分） mcmclnT2TT4T1T2TTh ln （2分） TT6cD0…………………… 两物体组成系统的熵的变化量为 SS1S2mcT1《工程热力学与传热学》A试卷 第4页（共4页）