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【关键字】基础第一章思考题1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
看来平衡必稳定，而稳定未必平衡。
热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。
2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。
若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。
3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。
4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。
5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？答：不正确。
不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。
6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。
而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。
7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。
习题1-1 解：1-2图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。
由于有引风机的抽吸，锅炉设备的烟道中的压力将略低于大气压力。
如果微压机的斜管倾斜角，管内水解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差1-3解：1－4 解：1-4解：1-5解：由于压缩过程是定压的，所以有1-6解：改过程系统对外作的功为1-7解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设，式中c为常数，D为气球的直径，由题中给定的初始条件，可以得到：该过程空气对外所作的功为1-8解：（1）气体所作的功为：（2）摩擦力所消耗的功为：所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为：1-9解：由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程中，内外压力始终保持相等，恒等于大气压力0.09MPa，所以气体对外所作的功为：1-11 解：确定为了将气球充到的体积，贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐的压力等于气球中的压力，同时等于外界大气压）前两种情况能使气球充到情况三:所以气球只能被充到的大小，故气体对外作的功为：第二章思考题绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。
第一章思考题1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。
热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。
2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。
若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。
3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。
4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。
5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？答：不正确。
不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。
6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。
而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。
7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。
习题1-1 解：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4. kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==-1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。
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1001=t ℃、502=t ℃，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 W K A R /407.7452302.0=⨯⨯=＝λδm 热流量 W t t A Q w w 67500002.050100452321=⨯⨯⨯-=－＝δλ热流密度 2/11250023675000m W S Q q ＝⨯==8-2. 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70=h W/(m 2 ·K)，5000=q W/m 2，试求管壁温度及热流量。
解：由牛顿冷却公式：()f w t t h q -=得到 C t h q t f w 042.15180705000=+=+=W s q Q 53.2405.045.250002=⨯⨯⨯⨯=π＝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051.=λ 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51=h W/(m 2 ·K)和202=h W/(m 2 ·K)，试求玻璃窗的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： W h h t t s Q f f 9.7120105.10003.05152012.1112121=+⨯⨯++-⨯=＋－＝λδ导热热阻为：W K R /000286.005.10003.01===λδ 内侧对流换热热阻为：W K h R /2.051112===外侧对流换热热阻为：W K h R /05.0201123===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025.0=λ W/(m ·K)。
第一章思考题1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。
热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。
2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。
若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。
3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。
4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。
5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？答：不正确。
不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。
6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。
而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。
7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。
习 题1-1 解：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4. kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==-1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。
第一章思考题1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。
热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。
2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。
若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。
3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。
4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。
5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？答：不正确。
不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。
6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。
而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。
7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。
习题1-1 解：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4. kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==-1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。
第一章思考题1.平衡状态与稳定状态有何区别热力学中为什幺要引入平衡态的概念答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。
热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。
2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。
若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。
3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。
4. 准平衡过程与可逆过程有何区别答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。
5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确答：不正确。
不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。
6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。
而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。
7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。
习题1-1 解：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4. kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==-1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。
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而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。
热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。
2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。
若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。
3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。
4. 准平衡过程与可逆过程有何区别答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。
5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确答：不正确。
不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。
6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。
而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。
7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。
习 题1-1 解：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4. kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==-1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。
热工基础第九章思考题答案
1 写出导热傅里叶定律表达式的一般形式，说明其适用条件及式中各符号的物理意义。
答：傅立叶定律的一般形式为：
，其中：为空间某点的温度梯度；是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；为该处的
热流密度矢量。
公式中λ 是热导率，是物性参数，反映物体导热能力的大小。
公式中∂t ∂n 是温度梯度的大小。
表示等温面法线方向的温度变化。
适用条件：适用于各向同性物体。
2 写出直角坐标系三个坐标方向上的傅里叶定律表达式。
答：q x =−λ∂t ∂x
q y =−λ∂t ∂y
q z =−λ∂t ∂z ，其中
分别为三个方向的单位矢量量。
3 为什么导电性能好的金属导热性能也好？
答：因为金属的导电和导热都是依靠自由电子的运动。
自由电子运动的快，导电性能好，导热性能也好。
4 一个具体导热问题的完整数学描述应包括哪些方面？
答：导热问题的完整数学描述应包括导热微分方程和单值性条件。
5 何谓导热问题的单值性条件，它包括哪些内容。
答：导热问题的单值性条件是说明导热过程的具体特点，使导热微分方程具有唯一解。
包括内容：几何条件，物理条件，时间条件，边界条件。
6 试说明在什么条件下平板和圆筒壁的导热可以按一维导热处理。
答：平板：当平板两表面分别维持均匀恒定的温度时，可以近似地认为平壁内的温度只沿着垂直于壁面的方向发生变化，并且不随时间而变，热量也只沿着垂直于壁面的方向传递，可以按一维稳态导热处理。
圆筒壁：壁内的温度只沿径向变化，采用圆柱坐标系，圆筒壁的导热可以按一维稳态导热处理。
7 试用传热学观点说明冰箱为什么要定期除霜。
答：冷冻室内结霜后，使蒸发管和冷冻室间增加一层热阻，而霜有颗粒状的水组成，中间夹杂着不流动的空气，使其当量热导率比密实的冰小得多，热阻较大，要使冷冻室达到指定温度必须增加压缩机工作时间，耗电量增加。
因此冰箱要定期除霜，以减小接触热阻。
8 为什么有些物体要加装肋片？加肋一定会使传热量增加吗？
答：有些物体加装肋片是为了增加换热面积，增加换热量。
肋片要加在热阻大的一面，即表面传热系数h 小的一面，这样能增加传热量。
否则会发生弱化传热的可能性。
在选择肋高，肋片厚度，肋片材质等都会对传热效果有影响。
因此需要工程标准要求选择肋片，按安装要求安装肋片，以达到增强传热的效果。
n x t gradt q ∂∂-=λλ＝－gradt n q k q j q i q q z y x ⋅+⋅+⋅=k j i ,,
9 试说明影响肋片效率的主要因素。
答：（1）肋片材料的热导率λ。
热导率越大，肋片效率越高。
（2）肋片高度H。
肋片越高，肋片效率越低。
（3）肋片厚度δ。
肋片越厚，肋片效率越高。
（4）表面传热系数h。
h越大，即对流换热越强，肋片效率越低。
10 什么是接触热阻？接触热阻的主要影响因素有哪些？
答：由于固体表面存在粗糙度，两个固体表面之间不能完全接触，未接触的空隙中充满空气或其他气体时，由于气体的热导率远小于固体，将会对两个固体间的导热产生热阻，称为接触热阻。
影响因素：
（1）相互接触的物体表面的粗糙度。
（2）相互接触物体表面的硬度。
（3）相互接触的物体表面之间的压力。
11 什么是非稳态导热的正规状况阶段？有什么特点？
答：平壁内所有各点过余温度的对数都随时间线性变化，并且变化曲线的斜率都相等，这一温度变化阶段称为非稳态导热的正规状况阶段。
特点：
1）在正规阶段，物体内各点的温度都按lnθ=−mτ+C（Bi，χ/δ）的规律变化。
2）当F0≥0.2，物体的非稳态导热进入正规状况阶段后，所有各点的冷却率或加热率m都相同，且不随时间而变化，m的数值取决于物体的物性参数，几何形状和尺寸大小以及表面传热系数。
3）当F0≥0.2，非稳态导热进入正规状况阶段以后，虽然θ、θm都随时间而变化，但它们的比值与时间无关，只取决于毕渥数Bi与几何位置χ/δ。
12 写出傅里叶数F0及毕渥数Bi的表达式，并说明它们的物理意义。
傅里叶数是非稳态导热的无量纲时间。
答：F o=ατ
δ2
Bi为物体内部的导热热阻δ/λ与边界处的对流换热热阻1/h之比。
Bi=hδ
λ
13 试以第三类边界条件下无限大平板的非稳态导热为例，说明傅里叶数及毕渥数对平板内部温度分布的影响。
答 Bi对平板内部温度分布的影响。
（1）如图a，当时，对流换热热阻趋于零，平板表面与流体之间的温差趋于零。
这意味着，非稳态导热一开始平壁表面温度就立即变化为流体温度。
平壁内部温度变化完全
取决于平壁的导热热阻。
（2）如图b，时，平壁的导热热阻趋于零，平壁内部各点温度在任一时刻都趋于均匀一致，只随时间变化，且变化快慢完全取决于平壁表面的对流换热强度。
（3）如图c，当时，在这种情况下，平壁的温度既取决于平壁内部的导热热阻，也取决于平壁外部的对流换热热阻。
Fo 对平板内部温度的影响。
当F0≥0.2，物体的非稳态导热进入正规状况阶段后，所有各点的冷却率或加热率m都相同，且不随时间而变化，m的数值取决于物体的物性参数，几何形状和尺寸大小以及表面传热系数。
当F0≥0.2，非稳态导热进入正规状况阶段以后，虽然θ、θm都随时间而变化，但它们的比值与时间无关，只取决于毕渥数Bi与几何位置χ/δ。
14 什么叫非稳态导热的集总参数法？其使用条件是什么？
答：当固体内的δ/λ<<1/h时，物体内部各点的温度在任一时刻都趋于均匀，物体的温度只是时间的函数，与坐标无关。
对这种情况下的非稳态导热问题，只须求出温度随时间的变化规律，以及在温度变化过程中物体放出或吸收的热量。
这种忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集总参数法。
使用条件是：如果物体的热导率很大，几何尺寸很小，表面传热系数也不大，物体内部的导热热阻一般都远小于其表面的对流换热热阻，都可以用集总参数法分析。
