1、中国科学院大学中国科学院大学 20202020 年招收攻读硕士学位研究生入学统一考试试题年招收攻读硕士学位研究生入学统一考试试题 科目名称：科目名称：热工基础热工基础 考生须知考生须知： 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。 科目名称：热工基础 第1页，共3页 工程热力学 一、问答题（共 25 分，每小题 5 分） （1） “平衡态”和“均匀”有什么区别和联系？ （2）气体吸热后热力学能一定增加？气体压缩时一定消耗外功？请说明原因。 （3）实际气体在哪些情况下可以
2、当作理想气体处理，为什么？ （4）熵增原理的意义何在？ （5）有一渐缩喷管，若进口前的滞止参数不变，背压从滞止压力逐渐下降到极低压力，问该喷管的出口压力、出口流速和流量将如何变化？ 二、是非题（共 10 分，每小题 2 分，对的打“” ，错的打“” ） （1）两条定熵线不能相交。 （2）熵增过程即为不可逆过程。 （3）工质从状态 1 到状态 2 经历了一个可逆吸热过程或一个不可逆吸热过程，后者的熵增必定大于前者的熵增。 （4）对气体加热，其温度一定升高。 （5）绝热过程必是定熵过程。 三、 （共 10 分）容积为 200L 的容器，装有初始压力为 0.6MPa、初始温度为 35的氮气。容器上装
3、有压力控制阀，当压力高于 0.8 MPa 时，容器自动打开放气以维持内部压力不超过 0.8MPa。当容器内的氮气被加热到温度为 350时，共加入了多少热量？（氮气视作理想气体） 科目名称：热工基础 第2页，共3页 四、 （共 10 分）初始压力为 1bar，初始温度为 30的空气在一管道中流动，入口速度为 200m/s。 若经某一绝热定熵过程达到流速为零的滞止状态， 求定熵滞止状态的温度和压力。已知空气的定压比热为 1kJ/(kg K)。 五、 （共 10 分）有人声称设计了一整套热设备，可将 65热水的 20%变成 100的高温水，其余的 80%将热量传给温度为 15的大气后降到 15。已知
4、水的定压比热为 4.18kJ/(kg K)。 （1）请分析这种方案在热力学原理上是否能实现？ （2）65热水变成 100高温水的极限比率为多少？ 六、（共 10 分） 从热力学能源利用的角度， 比较以下两种太阳能利用方案的优劣。（设两种情况实际接收的太阳能相等，热机与热泵均理想可逆运行） （1） 由太阳辐射获取 700的恒温热源， 利用该热源直接供应 60的热水； （2）利用太阳辐射获取 700的恒温热源，由其释放热量驱动一热机做功并将余热排入 60的热水。热机所做的功同时又驱动一热泵，将热量由 0的环境输送给 60的热水。 传热学 七、名词解释（共 12 分，每小题 4 分） （1）非稳态导
5、热及其特点 （2）导热系数和热扩散率 （3）黑体和灰体 八、简答题（共 18 分，每小题 6 分） （1）利用温度计套管测量流体温度时如何提高精度？ （2）写出贝克来数 Pe、普朗特数 Pr、雷诺数 Re 的定义式、物理意义以及三者之间的关系。 （3） 空气横掠垂直管束， 沿流动方向增加管排数时， 分析其换热效果如何变化。 科目名称：热工基础 第3页，共3页 九、 （共 15 分）设有一特征尺寸为 L 的任意形状的固态物体，体积为 V，表面积为 A，初始温度为0T。在初始 t=0 时刻，突然将它置于温度恒为T的流体中（0TT） ，固体与流体间的表面换热系数为 h，所有物性均恒定。 （1）根据集
6、总参数法的思想导出物体的过余温度=TT遵循的关系式。已知 Bi 表示以 L 为特征尺度的毕渥数，Fo 表示傅立叶数。 （2）假设该物体为直径 1cm 的某实心球，其物性=0.48kJ/(kg K)c； 3=7753kg/m，=33W/(m K)，2=24W/(mK)h。试计算其 Bi 数，说明采用集总参数法分析的可行性， 计算物体过余温度降至初始过余温度的 50%所需的时间。 十、 （共 15 分）一套管式换热器，饱和蒸汽在内管中凝结，使内管外壁温度保持在 100。初温为 25，质量流量为 2.0 kg/s 的水从套管换热器的环形空间中流过，换热器外壳绝热良好。环形夹层内管外径为 40 mm，
7、外管内径为 60 mm，试确定将水加热到 55时所需的套管长度。已知湍流强制对流加热流体时，0.80.40.023fffNuRePr=； 40水的物性，=0.635W/(m K)f，=4.31fPr，-6=653.3 10 Pa s，=4174J/(kg K)Pc。 十一、 （共 15 分）如图，热线风速仪的测速原理是利用流动的空气冷却电加热的金属丝， 金属丝的最终平衡温度的大小与经过其外表面的风速成一定的关系。如果金属丝的半径为 a，密度为，长度为 L，电阻值为 R，通过电流为 I，比热为pc，热导率为，其表面对流换热系数为，表面黑度为。已知环境温度为0T，试分析： （1）忽略金属丝内部的温差，求金属丝瞬态温度的时间变化率d/dTt； （2）假设金属丝两端的温度等于环境温度，试建立金属丝三维稳态导热控制方程并列出其边界条件。 0T0TI
