《热工基础与应用（第3版）》傅秦生（电子课件）热工基础与应用 第3版-习题解答

习参考答案第一章1-1解：状态量：压力，温度，动能，位能，密度;过程量:热能，热量，功量。1-2解：强度量：比体积，高度，压力，温度。图1-9习题1-3图1-3解：根据压力单位换算得：1-4解：由分析知：设所求烟气的绝对为p，压力计中煤油段压力为pv，所以有：,其中，所以，由此得1-5解：设左气缸压力为p1，右气缸压力为p2，则有pA即为所求，155kPa.1-6解：（1）选择水为系统，则外界向系统传热，但是无功量的交换；（2）选择电阻丝，容器，水为系统，则外界向系统做电功；（3）选取图中的虚线框为系统，则该系统为孤立系统，与外界无能量交换。1-7解：汽轮机进口处的绝对压力：冷凝器内蒸汽的绝对压力：1-8解：容器内的绝对压力，真空表读数：。1-9解：（1）；（2）；（3）；（4）。1-10解：设，将水在大气压下的冰点值及沸点值带入，可得：，解方程组可得。从而：，所以绝对零度时：1-11解：图略。1-12解：（1）定温条件下：（2）定压条件下：（3）定容条件下：1-13解：（1）由煤的总发热量为：，则动力厂的热效率为:（2）蒸汽的总吸热量为：，所以锅炉的效率为：第二章2-1解：根据题意得：,要恢复到初始状态，即，根据有，所以。2-2解:由分析知：热力过程中，根据有，所以为外界对工质做功，压缩过程。2-3解：，则根据有：（1）；（2）由分析知气体先作等温膨胀后等温压缩回初始状态，热力学能变化为0，而膨胀过程，所以压缩过程（3）2-4解：(1)对于封闭系统，根据题意得：所以有(2)(3)根据题意得：所以有：由图可知，d-b的过程中体积不变，Wdb=0，所以，。2-5 过程序号 Q/J W/J U1/J U2/J ΔU/J 1 25 -12 46 -9 37 2 -8 8 -74 58 -16 3 38 17 -13 34 21 4 18 -11 22 7 292-6解：（1）因为流体不可压缩，所以，根据可知W=0，所以活塞对流体不做功；（2）由分析知，绝热过程Q=0，根据可知Q=0，W=0，所以；由焓的定义可知,所以2-7解：根据能量转换规律可知，重力势能以及动能全部转化为热量。2-8解：(1)(2)取汽轮机进出口所围空间为控制容积系统，Δc=0，Δz=0，所以故：(3)(4)(5)(6)2-9解：，由分析得乏汽放热量与冷却水吸热量相等，根据可得，所以有，即，所以2-10解：已知下列初始条件：（1）根据可得，所以：w=-346kJ/kg；（2）根据，在忽略动势能时，可得，所以有，其中，所以（3）功率2-11解：已知，根据可得2-12解：(1)选1-3截面为研究对象，(2)由题意知，3-4截面为研究对象，又由“若燃气推动叶轮时热力状态不变”，所以h4=h3,方程简化为(3)功率2-13： 热力过程 Q/kJ W/kJ 1-2 1210 0 1210 2-3 0 250 -250 3-4 -980 0 -980 4-1 0 -20 20 热效率 2-14解：混合前：水：p1=200kPa,T1=273.15+20=293.15K,qm1=100kg/min;水蒸气：p2=200kPa,T2=273.15+300=573.15K,h2=3072kJ/kg；混合后：；根据开口系稳定流动方程：，知Q=0，Wt=0，所以，即，有根据质量守恒有，所以有：，即，解得2-15解：根据有，所以有，又根据，得，带入可得下式：。2-16解:（1）由分析知：，；（2）冷凝器系统视为稳定流动系统根据题意得：Δz=0，Δwsh=0，所以：2-17解：由分析知：，根据热力学能的性质可知，由可知，所以有则，再根据可得。第三章3-1解：（1）（2）由（3）由3-2解：根据卡诺有：，（1）当两热机输出功相等时，即，而W1与W2分别为：整理得T=600K；（2）当两热机效率相等时，即，，所以T=519.6K.3-3解：由分析知：根据克劳修斯不等式有：所以，不满足克劳修斯不等式。3-4解：由分析知：所以满足克劳修斯不等式。3-5。解：图A所示，图B所示，作功量吸热量其热效率：两循环的热效率比：3-6解：（1）将热机循环的热机、热源、冷源划分为孤立系统所以，循环可能，为不可逆循环（2）将热机循环的热机、热源、冷源划分为孤立系统根据题意得：所以，该循环不能实现。3-7解：由分析知，根据可得所以满足孤立系统熵增原理，此过程可行不可逆。3-8解：（1）设冷却水的流量为q，在此过程中油的放热量QC和水的吸热量QW分别为：，根据热力学第一定律有：则有：，所以求解可得；（2）水和油构成的绝热系的总熵增即是熵产，即有：水的熵变：油的熵变：所以：3-9解：由题意知冰融化需吸热，设平衡温度Tm根据平衡状态下吸放量相等有：即：可得到平衡温度为；取混合物为孤立系统，根据有3-10解：由分析知：可逆热机满足，根据孤立系统熵增原理有可得，而另一方面：，所以可逆机所做的循环净功为：。3-11解：由分析知，取冷源，物体以及热机为孤立系统，根据孤立系统熵增原理，可逆条件下有，则，所以有，则。3-12解：设二者的平衡温度为tm，在此过程中钢的放热量QC和水的吸热量Qoi分别为：，根据热力学第一定律有：则：，可求得；所以有效能损失：3-13解：由分析知：根据有效能可知：，则。3-14解：已知，则根据闭口系能量方程有：，则选取孤立系统，由孤立系统熵增原理可得：3-15解：由分析知，传热过程中的有效能为恒温热源放出热量有效能为，工质吸收热量有效能为，传热过程㶲损失为。3-16解：已知，根据能量平衡原理可知：，可求得，则混合系统熵增为：。3-17解：由分析知：可逆热机满足，根据孤立系统熵增原理有，代入数据可得：，可得,而，所以可逆机所做的循环净功为：。3-18解：（1）取A,B物体，热机，功源为孤立系统，根据孤立系统熵增原理知：由分析有：,，则,整理可得：，即（2）A物体为有限热源，放热Q1；B物体为有限冷源，吸热Q2，其中，热机为可逆机时，其做功量最大，即（3）根据能量平衡方程可得平衡温度：，，则两物体组成的系统熵变化量为：第四章4-1解：适用于理想气体的闭口系能量方程：。4-2解：设大气压力，由可得，且根据已知条件可得：，将已知数据带入公式可得：。4-3解：（1）由分析知，始末状态下V，m不变，，由，则。（2）初始时刻，瓶内氮气质量为：；排气时有，排气完毕时有，其中，则有，所以质量减少了8.3g。4-4解：（1）由，且，根据已知条件可得：，将已知数据带入公式可得：；（2）同理由，，带入公式可得：所以：4-5解：由根据状态方程：可得两种工况如下：，，其中，计算可得。4-6解：由，且所以：4-7解：由，且可得：（1）（2）查得：，计算得：。4-8解：由题可得：因为，可得：所以：故比焓为，摩尔焓变为：。4-9解：（1）由题可得：，且故：，，因此：（2）查得：，可得：，。4-10解：由分析知CO2为多原子气体分子，则有下式：，则热力学能变化为：；焓变为：；熵变为：4-11解：由，且根据已知条件可得：将已知数据带入公式可得：（1）由，所以（2）查得：，，，，，（3）查得：可得：（4）查得：，可得：4-12解：根据已知条件可得：所以：（1）按照定值比热容计算可得：（2）按照平均比热容的直线关系计算查得：计算可得：4-13解：（1）按照定值比热容计算查表：因此，（2）按照平均比热容表计算查表：计算：4-14解：（1）由分析知绝热膨胀过程有，根据热力学第一定律有，则有；（2）由绝热过程有，则根据熵的定义式,可知：；有效能损失为：；（3）由题意知：4-15解：，，计算得：，，则有：计算可得：4-16解：根据定义可得：，因为，所以可得：，又因为，即：，因此：。4-17解：对于理想气体的绝热过程有：又因为：，且可得：，故：。4-18解：对于理想气体有：对于定温过程，无论是否可逆均有：于是恒有：。4-19解：由题可知：，所以由且，得，故可得：4-20解：已知：，可得：；其热力学能的变化：；焓的变化：；对外放热量：4-21解：（1）（2）（3）图略；绝热过程比定温过程耗功多。4-22解：（1）定温过程中，，，，所以初态中：，可得：，体积功：；热力学能：；热量：（2）多变压缩过程，，，体积功：；热力学能：；热量：4-23解:图略4-24解：可逆绝热压缩即为等熵过程，满足：，故：4-25解：（1）定温过程：末态温度，；（2）多变过程，初态，由可得，.（3）定熵过程，由可得，，，。4-26解：由分析知，题中可分为定容与定压两过程，先考虑定容过程有：,其后则有，，所以，当压力达到0.8MPa时，其后经历定压过程，有：，，所以：，整个过程中共产生热量。4-27解：（1）由于是绝热膨胀过程，满足：，可得：；初态：，可得：；末态：，可得：；所以，。（2）定容过程，满足：，可得满足：。4-28解：由于放出的热全部被环境吸收，使其有效能全部变为无效能，所以有效能损失为，图略。4-29解：已知：且：所以：，，则有：。4-30解：已知：，其定压比热容为：，（1）计算其每小时空气质量：吸热量：比焓：比熵：（2），4-31解：此过程是一个多变过程，已知：，，带入已知条件可得：，，将上述两式联立，即可求得。4-32解：1-2定容过程：，可得：，，计算可得该过程：，，，2-3定熵过程：，计算可得该过程：，，，。3-1定温过程：计算可得该过程：，，。4-33解：（1）燃气的比热容：，其气体常数：因，所以是不可逆过程。（2）稳定流动系统能量方程，不计动能、位能的变化，且绝热膨胀可以简化为：（3）有效能损失：第五章5-1解：由分析知热力学第一定律可表示为，微元表达式则有，假设其为可逆过程则有，两边同除ds，则有，考虑定压条件则有dp=0，所以。5-2解：查表可知：当水蒸气压强为时，5-3解：由分析知,查水蒸气热力性质表：5-4解：假设需要蒸汽，需要水，可得：，查表可知湿蒸汽：未饱和水：则有：，计算可得：。5-5解：由分析知：已知，查表可知：，则工质处于两相区，根据干度定义：可求得，进而可求出下列参数：；。5-6解：由分析知：，1-2为定温膨胀过程，查表计算初态参数如下：，，，；末态：工质处于过热状态，参数如下：，，；根据可知定温过程有，，所以有：。5-7解：已知℃查表可知：则计算可得到：，同理可得：可逆绝热过程熵不变，则当查图可得：，由题可知，则。5-8解：由题意分析知则干度从而由x1=0.00246查算得刚性容器加热为定容加热，比体积不变，且全部汽化，终态为干饱和蒸汽，故：由查得不可逆温差引起的有效能损失：5-9解：（1）由题意可知此时，则其初始状态是过热蒸汽；（2）其末态压强，该封闭容器初末状态比体积不变，查表可得，再由焓熵图可查得：左右。（3）水蒸汽的质量由焓熵图可知：，放热量，且则有效能损失5-10解：由题意分析已知，查表可知，经过定压过程达到饱和液态，有：，则乏汽体积与饱和水体积之比为30577，由可得。5-11解：由题意分析知：根据可得，由，查表可得，再由比体积定义可得，，则，根据，查表可得，则有：，不可逆有效能损失为：。5-12解：由题意分析知：，根据初态空气查表可知，而出口为饱和液态水，则；（1）根据热力学第一定律有，所以求得；（2）焓增量为，熵增量为；（3）乏汽的熵变为：，不可逆过程引起的熵产为。5-13解：由题意分析知：，查图可知，绝热过程有，再查图可知（1）根据相对内效率定义，由可得；（2）由，可查图知，所以，图略。5-14解：由题意分析知：，节流前后焓不变，查表知，，则查表可知，节流后处于湿饱和蒸汽状态，压力为，，节流过程㶲损失为。5-15解：由题意分析知：，查表知，可逆绝热压缩至末状态，查图知，由可得。第六章6-1解:（1）由，查水蒸气表得：。则,由，查水蒸气表得。则露点温度（2）（3）6-2解：由，，查h-d图可得：，加热过程含湿量不变，，查得：空气在干燥箱内经历的是绝热加湿过程，有，查得：根据上述各状态参数，可计算得每千克干空气吸收的水分和所消耗热量。所以：蒸发1kg水蒸汽所需干空气量为：，。6-3解：由，，查h-d图可得：，冷却去湿过程当被冷却到露点温度时，空气为饱和状态，查得：，加热过程含湿量不变，，查得：。6-4解:由，，查h-d图可得：，加热过程含湿量不变，根据，，查h-d图可得：。6-5解：（1）由，查得：由，查得：所以相对湿度：，含湿量（2）达到饱和蒸汽状态时，所以含湿量可得：由，可得：6-6解：水蒸气的由，，查得：，；由，，查得：，；，，由热力学能第一定律得：可得：由上述参数查表可得：，。6-7解:略。6-8解：取水的比热容，则有：，查h-d图可知，，，冷却塔的质量平均方程为：能量方程为：联立上述两个方程有：所需的湿空气量为：由于蒸发造成的水量损失为：。第八章8-1解：8-2解：（1）根据傅里叶导热定律，有：故此时刻及处的热流密度分别为：（2）导热系数为常数、有内热源的一维非稳态导热微分方程为：故热力学能随时间的变化率为：（3）根据能量守恒，有：导入总热流量+内热源的生产热=导出总热流量+热力学能增量即：故热力学能随时间的变化率为：8-3解：1500W/m2=(750℃-55℃）/(0.02m/1.3W/(m•K)+2/0.1W/(m•K))2=0.0348m保温层的厚度最少为0.0348m。8-4解：由题可知：故热风管的热损失为：8-5解：0.15W/(m·K)×(44.7℃-22.7℃)/0.0161m=2(22.7℃-18.2℃)/0.01562=0.71W/(m·K)8-6解：根据傅里叶导热定律，有：故散冷损失的热流密度为18W/m2。设冰层厚度为d，则求解得：d=1/30m；根据傅里叶导热定律，有：则因此，冷藏箱的冷损失增加57W/m2。8-7解：经过几次迭代得：1=1.005W/(m∙K)，2=0.10366W/(m∙K)，8-8解：假设套管中每一截面上的温度是相等的，则温度计套管可以看作截面积为πdδ的一等截面直肋。引入过余温度θ=t-tf，根据肋片计算公式有：，即归并整理得：换热周长P=πd，套管截面积Ac=πdδ，故ml的值可由定义求出，即代入tf计算式得：测量误差8-9解：设管长为1m。 当量肋高 肋片效率 ∴单根肋片的散热量为 总散热量 8-10解：根据肋片计算公式有：，即归并整理得：而mH的值可由定义求出，即代入t计算式得：第九章9-1解：（1）（2）9-2解：已知流体与两板表面传热系数均可视为无限大。两板材料相同，则导热系数和热扩散系数相同。设板B的厚度为，板A的厚度为2：板A中心点参数：，，；板B中心点参数：，，；可得：，即9-3解：计算傅里叶数为，毕渥数的倒数为，查无限大平板中心温度的诺谟图得，有中心温度离表面1.5cm处，，，查无限大平板的曲线得，计算得每平方米初始焓，且，查无限大平板的曲线得，于是得5分钟内散失的热量为。9-4解：查无限长圆柱诺谟图可得：达到800C所需时间：由及查图得：表面温度：9-5解：由近似计算：小球冷却所需时间又球表面的温度为9-6解：由圆柱体四周表面绝热，本问题可视作厚度为0.4m的无限大平板非稳态导热问题。圆柱体中心点参数：，查诺谟图可得：9-7解：，查无限大平板中心温度的诺谟图得查无限大平板的曲线得航天器表面温度壁面最高温度9-8解：由题得：故采用集总参数法。引入过余温度可得：由可得：9-9解：水银的，可以采用集总参数法。9-10解：1.图线法（a）构成短圆柱的一维平板计算查图得：圆柱曲面中心：（b）构成短圆柱的一维圆柱计算查图得：圆柱曲面中心：冷却20min后，几何中心几何中心温度：圆柱表面中心：表面中心温度：2.集总参数法特征长度：，可采用集总参数法。第十章10-1解：温度关系式为：开始时假设取得迭代值汇总于表1： 迭代次数 t1 t2 t3 t4 0 25 25 10 10 1 26.2500000000000 21.5625000000000 15.3125000000000 12.9687500000000 2 26.7187500000000 22.4218750000000 16.1718750000000 13.3984375000000 3 27.1484375000000 22.6367187500000 16.3867187500000 13.5058593750000 4 27.2558593750000 22.6904296875000 16.4404296875000 13.5327148437500 5 27.2827148437500 22.7038574218750 16.4538574218750 13.5394287109375 6 27.2894287109375 22.7072143554688 16.4572143554688 13.5411071777344 7 27.2911071777344 22.7080535888672 16.4580535888672 13.5415267944336其中第五次与第六次相对偏差已小于迭代终止。10-2解：根据热平衡法从节点W通过界面w传至节点P的热流量为：从节点E通过界面e传至节点P的热流量为：根据能量守恒方程则：10-3解：节点1：；节点2：；节点5：；节点6：；节点9：；节点10：；10-4解：(1)热平衡法：化简得：(2)边界上节点B:一阶差分形式：(3)物理意义上：热平衡法准确性大于边界条件的一阶差分表达式原因：边界条件的一阶差分表达式相当于把问题看作一维稳态导热，没有考虑N、S两点的影响10-5解：采用热平衡法可列出节点2、3、4的离散方程为：节点2：节点3：节点4：肋端绝热肋端对流其中。将已知条件代入可得下列两方程组：肋端绝热时肋端对流由此解得：肋端绝热肋端对流肋端对流换热的条件使肋端温度更接近于流体温度。第十一章11-1解：该换热属于管内强制对流换热。 定性温度：在此温度下查得水的物性参数为：平均流速：计算已定准则：选取实验关联式：计算表面换热系数：，计算管子长度，根据热平衡原理有：11-2解：℃定性温度下机油物性：壁温下机油物性：层流（1）管长（2）管长11-3解：水的物性按15℃查取，不考虑由温差引起的修正。由附录查得，15℃时水的物性，，又属旺盛湍流，考虑到水被加热，取公式11-4解：℃假设管内为湍流，则：能量守恒有：可得：验证：Re=20800>2300,所以管内为湍流，假设成立。11-5解：℃定性温度下水的物性：湍流当水被加热时：当水被冷却时：原因：水被加热时，近壁处粘性降低，使对流换热系数比冷却情况下高。11-6解：，属于层流，属于湍流11-7解：在此温度下查得空气的物性参数为：于是：单位宽度的平板传给空气的总热量为：临界雷诺数为500000，所以层流边界层向湍流边界层过渡的临界长度为：同理，在层流边界层区域单位宽度平板和空气的换热量为：则在湍流边界层区域，单位宽度平板和空气的换热量为11-8解：℃定性温度下空气的物性：外掠平板：外掠圆柱：直径：11-9解：由附录查得，，，又.211-10解：℃，此温度下水的物性值：11-11解：℃定性温度下空气的物性：修正系数：11-12解：假设为湍流又，得假设保温层外表面温度为40℃，则由附录查得，，解得，表面温度为29.0℃假设保温层外表面温度为30℃，则由附录查得，，解得，表面温度为29.0℃所以表面温度在29.0℃到30.0℃之间11-13解：（1）平均温度由附录查得，15℃时空气的物性，，，处于过渡流态（2）按理想气体性质，为湍流11-14解：℃定性温度下空气的物性：分为上、下和侧表面分别求解。（1）侧表面查表得：（2）上表面对于上下表面，查表得：（3）下表面查表得：每米管道与空气的自然对流换热量为：11-15解：℃，可近似取20℃温度下的物性值：11-16答：因为水壶烧开水时的热流密度远远小于发生临界热流密度，不能产生稳定膜态沸腾。11-17解：本题属于膜状凝结换热问题。假设液膜为层流。（1）查物性值大气压下饱和水蒸气的温度，汽化潜热膜平均温度为，在此温度下查得水的物性参数为：（2）竖壁的凝结传热系数（3）校核，以上计算有效11-18解：压力为0.045×105Pa对应的饱和蒸汽温度为30.8℃，，液膜的平均温度为，在此温度下查得液膜的物性参数为：可取。第十二章12-1解：高温板为1，低温板为2，封闭系统（两无限大平板）。12-2解：蒸汽管道为表面1，砖砌沟为2.12-3解：遮热板记为表面3。12-4解：已知X1,2+3=1，而2和3堆成，所以X1,2=0.5*X1,2+3=0.5（1）半球空腔曲面1对底面的1/4缺口2，如图12-25b所示；因为X2,1=1，利用角系数互换性：（2）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，如图12-25c所示；根据对称性X2，1=1/6，再根据互换性：（3）两平行平面1、2，如图12-25d所示；将1表面扩大4倍，使得1表秒和2表面具有相同大小，这时的X2，1’=0.42。根据对称性：X2，1=0.25X2，1’=0.105根据角系数的互换性：（4）两无限长方柱体，如图12-25e所示。根据公式计算得X1,2=0.41412-5解：a:二维两平行平板之间角系数求解公式：b:将竖直平板补满，补充面积记为3查图得：12-6解：热阻计算：；1和2平面的换热量为：如果使用软木塞替代，则换热方式又辐射变为导热：厚度显然这样的替代不合理。12-7解：金属块共有六个表面，其中两个金属块相邻的表面记为2，其它表面记为3，马弗罩记为112-8解：如果两块金属紧靠，则相当于马弗罩与一块长方体六个面的辐射换热辐射换热量相比较上一题，辐射换热量相当于少了两个辐射换热面的换热量。12-9解：设热电偶指示值为，遮热罩平均温度为，则有以下两个关系式：（1）（2）由第2式：，即，由此解得，代入（1）得：，由此解得，。12-1012-11解：12-12解：略12-13解：略十三章13-1解：由题意可知：，取，根据渐缩喷管，，出口背压为，绝热流动过程有,由公式计算可得：，而，所以出口截面积为。13-2解：由题意可知渐缩喷管以下参数：，取工质的物性参数为：，则,，，所以出口最多膨胀到，由绝热膨胀有：，再由，而，所以；若考虑速度系数，则，由，同理可得，所以。13-3解：由题意知，对渐缩喷管分析两种工况：（1）当时，由，此时，由，而，所以；（2）当时，由，此时，，而，所以。13-4解：由题意分析知：，根据，所以应该选择缩放形喷管。根据初始参数查图可知，临界截面参数为：，此时出口压力，对应查图可知，则，所以根据公式有：。13-5解：由题意分析知渐缩喷管：，根据，可知出口处至多膨胀到临界压力，而，而出口截面参数为：，查图可知，则有，则。13-6解：已知，根据可得13-7解：由分析知：，根据定熵流动过程有：，再由，由音速公式得，所以。13-8解：由题意知：，工质在渐缩喷管中流动，流动过程压力降低，流速增大，当出口压力与进口压力之比为时，出口截面压力降至最低，即便背压再减小，出口压力也不会变化，。第十四章14-1解：1、两层平壁：（1）采用热流量平衡法：（2）采用热阻串联法：2、两层圆筒壁：14-2解：1、锅炉筒热传导：内径d1=0.56m，外径d2=0.6m采用热阻串联法计算热流密度：计算得出热流密度q=7.89×104W/m2采用对流传热计算公式：因此求得，壁温tw=234.31℃14-3解：传热过程包括管内流体到管内壁面对流、管内壁面导热、保温层导热、保温层外壁面到空气侧对流过程。根据热阻定义，单位长度热阻为=1.26其中，d2、d1分别表示管子的外径和内径的大小，d3表示保温层外径，λ1、λ2分别表示管子和保温层热导率。首先，求出单位管长的热损失=（300-25）/1.26=218.25W/m内表面的单位长度热流量:内表面温度:=299.32℃，外表面的单位长度热流量:外表面温度:=40.4℃14-4解：首先进行肋管的效率计算：查图14-5得【基于包括肋面的全部外部面面积】14-5解：1、未加肋时热流量计算：采用热阻串联计算：可以解得：0=570.34A1W2、在1侧加肋：采用热阻串联计算方法，并加入肋化系数及肋面总效率：解得q1=596.26W/m2由于可知：可以解得此时加肋前后热流量变化：W3、在2侧加肋：采用热阻串联计算方法，并加入肋化系数及肋面总效率：解得q2=4364.58W/m2由于可知：可以解得此时加肋前后热流量变化：△2=3794.24A1W14-6解：根据定性温度可以查得水侧h1计算：，，，流动横截面积0.00091m2流体速度1.76m/s=9.08×104，=7133W/(K·m2)油侧h2计算流动横截面积，流体速度，，近似的取40℃，因为管内水的对流热阻和壁面的导热热阻要小于油的对流热阻W/(K·m2)利用此值重新确定管壁温度，略去壁面导热热阻，则内侧热阻在总热阻中的比值为=0.0356内管外径外壁面温度=41.1℃重新计算，W/(K·m2)传热系数216.11W/(K·m2)14-7解：（1）逆流布置（2）一次交叉，两种流体均不混合（3）1-2型壳管式，热流体在壳侧 （4）2-4型壳管式，热流体在壳侧 （5）顺流布置 14-8。解：（1）油的流量对换热器进行热平衡计算：查书附录得：c1=1.943kJ/(kg·K)，c2=4.175kJ/(kg·K)已知qm2=3kg/s因此可以解出油的流量：qm1=4.835kg/s（2）所传递的热量对换热器进行热量计算：可以解得所传递的热量为：Φ=3.76×105W（3）所需的传热面积先计算对数平均温差：由于可以求得P，R：P=0.374，R=1.33查图14-12：可以得出：Ψ=0.84因此，对数平均温差△tm=29.20℃利用热量计算公式：可以得出换热面积为：A=36.79m214-9答：(1)管内水特征温度(25+30）/2=27.5℃，，，，管内对流换热传热系数(2)管外空气特征温度(100+60)/2=80℃，，，，管外对流换热传热系数(3)传热系数，忽略导热热阻(4)平均温差(4)传热面积14-10解：水：kJ/(kg·K)kJ（1）单行程逆流（2）1-4型壳管式，水在壳侧流动 （3）单行程交叉流（水在壳侧混合流，苯在管内不混合流）14-11解：采用热量计算公式，先计算出水的换热量：可以得出：=1.79×105W已知饱和水蒸气压力为1.013×105Pa，因此根据饱和水蒸气表由内插法得：t水蒸气=180.01℃计算平均换热温差：可以得到：△tm=136.01℃由于：可以解出：A=1.65m2因此，管道数量为：因此可以解得管道数量为：N≈1714-12解：假设冷却水出口温度47℃，热流量冷流体质量流量流速管内对流换热系数验证与实际Re相差不大，可认为假设温度合理。传热系数，忽略导热热阻平均温差℃所需换热器长度14-13解：空气：kJ/(kg·K)；水：kJ/(kg·K)根据冷热流体两侧的热平衡有：由此，假设进行反迭代求解即可。14-14解：对换热器列出传热方程式和热平衡方程式：采用对数平均温差法计算平均温差：（两式选其一即可）将以上三个方程联立，先假设t1''，得出结果并对该结果进行迭代计算。可以解出：t1''=34.15℃，t2''=62.93℃进一步可以解得：=1.5×105W14-15解：设冷、热水平均温度分别为10℃和75℃，可查得：，由法，逆流换热器的效能为又，故热水的出口温度为=64.8℃平均温度验算：℃℃经验算，冷热流体平均温度与设定相差很小，计算结果有效。14-16解：单位长度的导线计算：J包覆橡胶层后的计算：J第十五章15-1解：由π=，（1）等温过程有：，所以：，所以功率为，出口温度为（2）等熵过程有，所以：所以功率为，出口温度为（3）多变过程有，所以：所以功率为，出口温度为15-2解：由题意知，由，根据分析，所以压气机能满足要求。15-3解：（1）要使压气机耗功最小，则被压缩后的压力为：（2）由分析知，被压缩后的温度为（3）每小时的生产量为：，则实际的质量流量为：，所以压气机耗功为，其功率为（4）空气在级间冷却器中放出的热量： 15-4解：由分析知：定熵压缩时，有，而实际温度：，则耗功为：15-5解：由题意知：，由，再根据压气机绝热效率定义式可知：15-6解：由题意知：，，由，根据，可知，则，又根据，所以。15-7解：由题意知：，初态参数：，绝热压缩则：，由压焓图可知，根据绝热效率定义可得，查图可知，再根据可得。15-8解：由题意知：，若压缩过程绝热，根据可知，通过热力学第一定律可知，因此测量可靠；若实际过程有散热，则实际耗功必然大于此。第十六章16-1解：由题意知：（1）有1-2过程为定熵过程，则有；2-3过程为定容过程，由，可求出：,且（2）由分析4-1为定容过程，，根据热效率定义可知：16-2解：由题意知：1-2为定熵过程，2-3为定容过程，3-4为定压过程，4-5为定熵过程，5-1为定压过程，，由，，又有，吸热量为：，则循环净功为16-3解：由题意知：，则，升压比为1，则最高压力与温度均出现在2点处，即。16-4解：图略16-5解：由T-S图得，且根据1-2为定熵过程，2-3为定压过程，3-4为定熵过程，4-1为定压过程，则可求出循环热效率：16-6。解：（1）由分析知：（2）由（3）由分析热效率为：16-7解：由题意分析知：（1）图略；（2）最高温度出现在t3，因1-2为定熵过程，2-3为定压过程，3-4为定熵过程，4-1为定压过程，则，进而可得，根据可得最高温度为：；（3）循环热效率为，循环净功为；（4）若燃气轮机相对内效率为0.91，，则此时的实际燃气轮机耗功为，，所以循环热效率为16-8解：（1）由分析知：（2）循环的加热量、放热量和净功：（3）因1-2为等熵过程，，压气机中不可逆过程熵产：；因3-4为等熵过程，，燃气轮机中不可逆过程熵产为：；16-9解：由分析知，对于定压加热循环，,要使循环净功为0，即，即，进而可得，解得16-10解：采用回热装置仅改变吸热量的大小，不改变循环净功大小。理想回热情况下，有,此时吸热量为，放热量为，热效率为，根据熵的定义式有，5-3定压过程。，同理可得1-6定压过程有,根据可得。第十七章17-1解：由题可知：，因为锅炉吸热过程是定压过程，所以由，，查表可得：由，，查表可得：每小时从锅炉吸收的热量为：，由，可得：综上，每小时耗煤量17-2解：（1）当初始温度为300℃时，由题可知：时，查表可得：由于1到2过程为定熵过程，所以有则查焓熵图可得：状态3为饱和水，，查表可得：3-4为定熵过程，且。查表可得：所以吸热、放热量为：，则其热效率：蒸汽末态干度：，解得：（2）当初始温度为500℃时，由题可知：时，查表可得：由于1到2为定熵，所以则查焓熵图可得：状态3为饱和水，，查表可得：3-4为定熵过程，且，查表可得：所以吸热、放热量为：，则其热效率：蒸汽末态干度：，解得：17-3解：（1）当，，时，即17-2（2）。（2）当，，时则查焓熵图可得：，根据，由查表可得：，所以排汽干度。由，查表可得：，，则。忽略水泵功，。17-4解：（1）由题可知：时，得：，查表可得：由于1到2为定熵，所以汽轮机排气压力，查表可得：则：（2）由题可知：时，查图可得：，因为，查表可得：，且，无再热过程时：有再热过程时：所以：17-5解：（1）由，，则查焓熵图可得：，由，，则查焓熵图可得：由，，则查焓熵图可得：由，，查饱和水和饱和蒸汽表得：，根据守恒原理有：则可得：（2）（3）（4）17-6解：由题可知：，冷凝器查焓熵图及饱和水蒸汽表可得：，且因为，查表可得：（1），所以（2）（3），所以（4）（5）（6）以水和水蒸气为系统，可得锅炉内传热熵流：冷凝器内：由于其不可逆，所以：17-7解：由题意：，。在时查R134a性质表得：，，；时查R134a性质表得：，，，，，根据上述参数可得：，汽轮机输出功：泵功：循环净功：循环热效率：。装置功率：。第十八章18-1解：由分析知，根据制冷系数与供热系数定义可知：18-2解：由题可知：，则查图可得：，根据节流的特点：。根据，查表得：从1到2为定熵过程，所以，查表可得：（1）蒸发器中的压力为：冷凝器中的压力为：（2）制冷量，其中循环净功制冷系数（3），所以18-3解：若，由，可以得到：所以：若改用膨胀机：，则制冷量增加量：18-4解：（1），查得：，，查得：。根据节流过程的特点：1-2为定熵过程，由，查得：（2）（3）18-5解：，查得：，，，查得：。根据节流过程的特点：1-2为定熵过程，由，查得：其制冷量：压缩机耗功：，已知绝热效率为0.86，即：，计算得：因此，制冷系数：。