每kg空气对外所作的功为： 所以输出功率为：
6-8 解:1到2为可逆绝热过程，所以有： 2到3为定容过程，所以有： 所以定容增压比为：
3到4为定压过程，所以有： 所以预胀比为： 所以循环热效率为： 所以循环的净功为：
6-9 解：首先求出压缩比、定容增压比和预胀比： 1到2为绝热压缩过程，所以有： 2到3为定容加热过程，所以有： 5到1为定容过程，所以有： 3到4为定压过程，所以有： 所以循环热效率为：
相同温度范围卡诺循环的热效率为： 6-10 解:(1) ?=
由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有： 由2到3的过程为定容加热过程，所以： 由于循环的加热量已知，所以有： 由3到4为定压过程，所以有： 所以预胀比为： 所以热效率为：
??k?11.5?1.711.4?1??1?k?1?1?1.4?1?63.90% (2) ?=
?????1??k????1??16??1.5?1??1.4?1.5??1.71?1??由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有：
由2到3的过程为定容加热过程，所以： 由于循环的加热量已知，所以有： 由3到4为定压过程，所以有： 所以预胀比为： 所以热效率为：
??k?11.75?1.5071.4?1??1?k?1?1?1.4?1?65.10% (3) ?=
?????1??k????1??16??1.75?1??1.4?1.75??1.507?1??由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有：
由2到3的过程为定容加热过程，所以： 由于循环的加热量已知，所以有： 由3到4为定压过程，所以有： 所以预胀比为： 所以热效率为：
??k?12.25?1.2351.4?1??1?k?1?1?1.4?1?66.46%6-11 解:压缩过程可看作
?????1??k????1??16??2.25?1??1.4?2.25??1.235?1??可逆绝热压缩过程，所以有：
6-12 解: 根据理想绝热过程得过程方程，可得： 所以压气机所耗轴功： 燃气轮机所作轴功： 输出净功： 热效率：
6-13 解: 根据理想绝热过程得过程方程，可得： 所以有：
热效率为： 第七章 习题
7-1 解：(1)绝热压缩： (2)定温压缩： (3)多变压缩：
7-2 解：(1) 绝热压缩： (2) 等温压缩：
(3)多变压缩： 7-3 解：首先求多变指数
2?233.35每秒钟带走的热量=?6?1.778kJ
607-4 解：如果采用一级压缩，则压气机的排气温度为： 所以必须采用多级压缩，中间冷却的方法。 如果采用二级压缩，最佳压缩比为： 所以中间压力为：
各级排气温度相同，等于： 二级压缩所需的技术功为： 7-5 解：求多变指数n： 所以功率为： 7-6 解：查表得到： h1=1670kJ/kg P1= h2=1789kJ/kg P2= h4=h3=489kJ/kg 吸热量：
q2=h1?h4=1181kJ/kg 流量： 耗功： 功率：
7-7 解：(1) 可逆绝热压缩 压气机所需的技术功为： 功率：
压气机出口温度：
(2) 压气机的绝热效率为 功率：
7-8 解： 制冷系数： 膨胀机出口温度： 制冷量：
放热量： 耗功：
7-9 解：因为制冷系数为： 制冷量： 供热系数： 供热量：
7-10 解：查表得到： h3=h4=536kJ/kg
h1=1532kJ/kg h2=1703kJ/kg 流量： 制冷量：
7-11 解：查表得到：
h1=1670kJ/kg h2=1820kJ/kg h3=h4=512kJ/kg
??h2?h3? 由Q1?m 得流量为：
Q18?104m=m????61kg/h
h2?h31820?512耗功：
供热系数： 电炉功率：
7-12 解: 供热系数： 耗功率：
7-13 解：查表得到： h1=495kJ/kg h2=540kJ/kg h3=h4=240kJ/kg 流量： 功率：
7-14 解：(1)室内温度20?C 查表得到：
h1=500kJ/kg h2=525kJ/kg h3=h4=225kJ/kg
(2)室内温度为30?C： 查表得到： h2=550kJ/kg h3=h4=240kJ/kg
??h1?h4500?240??6.2 所以，应该保持室内温度为20?C。 h2?h1550?500第八章 习 题
8-1. 一大平板，高3m，宽2m，厚 0.02m，导热系数为45 W/(m·K)，两侧表面温度分别为t1?100℃、t2?50℃，试求该板的热阻、热流量、热流密度。 解：解：由傅立叶导热定律： 热阻 R??0.02＝?7.407K/Wm ?A3?2?45tw1?tw2 热流量 Q?A? 热流密度 q??＝3?2?45?100－50?675000W
0.02Q675000?＝112500W/m2 S3?28-2. 空气在一根内径50mm，长2.5m的管子内流动并被加热，已知空气平均温度为80℃，管内对流换热的表面传热系数为
h?70 W/(m2 ·K) ，热流密度为q?5000W/m2，试求管壁温度及热流量。
解：由牛顿冷却公式：q?htw?tf得到
8-3. 一单层玻璃窗，高1.2m，宽1m，玻璃厚0.3mm，玻璃的导热系数为??1.05 W/(m·K)，室内外的空气温度分别为20℃和5℃，室内外空气与玻璃窗之间对流换热的表面传热系数分别为h1?5 W/(m ·K)和h2?20 W/(m ·K)，试求玻璃窗的
2
2
??散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热阻。
解：对流换热计算公式： 导热热阻为：R1??0.0003??0.000286K/W ?1.05 内侧对流换热热阻为：R2?11??0.2K/W h1511??0.05K/W h220 外侧对流换热热阻为：R3?8-4. 如果采用双层玻璃窗，玻璃窗的大小、玻璃的厚度及室内外的对流换热条件与1-3题相同，双层玻璃间的空气夹层厚度为5mm，夹层中的空气完全静止，空气的导热系数为??0.025 W/(m·K)。试求玻璃窗的散热损失及空气夹层的导热热阻。
解：对流换热计算公式： 空气夹层的导热热阻为：R??0.005??0.2K/W ?0.0258-5. 有一厚度为??400mm的房屋外墙，热导率为??0.5 W/(m·K)。冬季室内空气温度为t1?20℃，和墙内壁面之间对流换热的表面传热系数为h1?4 W/(m2 ·K)。室外空气温度为t2?-10℃，和外墙之间对流换热的表面传热系数为h2?6 W/(m2 ·K)。如果不考虑热辐射，试求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内、外壁面温度。
解：传热系数h?11?1??h1?h2?1?0.822K/W
10.41??40.56 热流通量为：q?htf1?tf2?0.822??20＋10?＝24.66W/m2 由q?htf1?tw得到：
????8-6. 如果冬季室外为大风天气，室外空气和外墙之间对流换热的表面传热系数为h2?10 W/(m2 ·K)，其它条件和题1-5相同，并假设室内空气只通过外墙与室外有热量交换，试问：要保持室内空气温度不变，需要多大功率的电暖气?
解：传热系数h?11?1??h1?h2?1?0.8696K/W
10.41??40.5102 热流通量为：q?htf1?tf2?0.8696??20＋10?＝26.087W/m
?? 为了维持室内温度不变。必须保证电暖气的散热量等于通过墙壁的换热量，所以电暖气的功率为
W?qs?26.087sW
第九章
9-1 一冷库的墙由内向外由钢板、矿渣绵和石棉板三层材料构成，各层的厚度分别为0.8 mm、150 mm和10 mm，热导率分别为45 W/(m?K)、 W/(m?K)和 W/(m?K)。冷库内、外气温分别为-2 ?C和30 ?C，冷库内、外壁面的表面传热系数分别为2 W/(m2?K)和3 W/(m2?K)。为了维持冷库内温度恒定，试确定制冷设备每小时需要从冷库内取走的热量。
解:根据多层复壁及对流换热计算公式:
所以为了维持冷库内温度恒定，需要从冷库内每小时取走的热量为：
9-2 炉墙由一层耐火砖和一层红砖构成，厚度都为250 mm，热导率分别为 W/(m?K)和 W/(m?K)，炉墙内外壁面温度分别维持700 ?C和80 ?C不变。（1）试求通过炉墙的热流密度；（2）如果用热导率为 W/(m?K)的珍珠岩混凝土保温层代替红砖层并保持通过炉墙的热流密度及其它条件不变，试确定该保温层的厚度。 解：根据多层复壁导热计算公式:
由q?tw1?tw2?1?2＋?1?2＝700?80?595.2得到：
0.250?2＋0.60.0769-3 有一炉墙，厚度为20 cm，墙体材料的热导率为 W/(m?K)，为使散热损失不超过1500 W/m2 ,紧贴墙外壁
面加一层热导率为 W/(m?K)的保温层。已知复合墙壁内外两侧壁面温度分别为800 ?C和50 ?C，试确定保温层的厚度。
解：根据多层复壁导热计算公式: 得到：
9-4 图2-43为比较法测量材料热导率的装置示意图。标准试件的厚度?1?15 mm，热导率?1?0.15 W/(m?K)；待测试件的厚度
?2?16 mm。试件边缘绝热良好。稳态时测
得壁面温度tw1?45 ?C、tw2?23 ?C、
tw3?18 ?C。忽略试件边缘的散热损失。试
图2-43 习题2-4附求待测试件的热导率?2。 解：根据题意： 得到：
45?2323?18＝ 0.0150.0160.15?29-5 有一3层平壁，各层材料热导率分别为常数。已测得壁面温度tw1?600 ?C 、tw2?500 ?C 、tw3?250 ?C 及tw4?50 ?C。试比较各层导热热阻的大小并绘出壁内温度分布示意图。 解：根据题意：
得到：
即R1:R2:R3?2:5:4
9-6 热电厂有一外径为100 mm的过热蒸汽管道（钢管），用热导率为??0.04 W/(m?K)的玻璃绵保温。已知钢管外壁面温度为400 ?C，要求保温层外壁面温度不超过50 ?C，并且每米长管道的散热损失要小于160 W，试确定保温层的厚度。
解：根据圆筒壁稳态导热计算公式： 解得d2?173.3mm
(d2?d1)?36.65mm 29-7 某过热蒸汽管道的内、外直径分别为150 mm和160 mm ，管壁材料的热导率为45 W/(m?K)。管道外包两层保温材料：第一层厚度为40 mm，热导率为 W/(m?K)；第二层厚度为50 mm，热导率为 W/(m?K)。蒸汽管道内壁面温度为400 ?C，保温层外壁面温度为50 ?C。试求：（1）各层导热热阻；（2） 每米长蒸汽管道的散热损失；（3）各层间的接触面温度。 解：
根据圆筒壁稳态导热计算公式：
所以保温层厚度为l? 由?l?tw1?tw4R1?R2?R3＝tw1?tw2R1?tw2?tw3R2?tw3?tw4R3得到：
热工基础答案 - - 张学学
