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热学（北京大学）中国大学MOOC 慕课期末 答案 本次“热学”慕课（北京大学）期末考试超出预期难度，试卷总分为150分，包含选择、填空、简答、计算等多种题型，难度系数较高，对学生的理解和计算能力提出了较高的要求。以下是本人的试卷答案及相关参考内容，供参考。一、选择题（每小题2分，共计40分）1-5题1.B2.A3.B4.D5.C6-10题6.Castner过程用于低温热力学循环泵。7.Carnot热机的理论效率取决于工作物质的热力学性质。8.当液压气缸两侧的液压管路中压力差异较小时，其液体层的相变区需要防止波动。9.过热汽的内能高于饱和汽但低于同温度下的饱和水的内能。10.所有的热机都包含了一个以上的热力学循环。二、填空题（每小题4分，共计20分）1.第一类边界条件2.焓(H)3.R134a制冷剂4.传导对流同时占优势5.大气压三、简答题（每小题5分，共计40分）1.在热力学循环中，如何提高Carnot热机的效率？Carnot热机的效率可以通过以下方法提高：（1）提高工作物质的最高温度，即提高高温热源的温度，减小冷热源温度差。（2）降低工作物质的最低温度，即提高低温热源的温度。2.热气球体积随温度变化的原因？热气球体积随温度变化的原因是温度对气体的性质和状态有极大影响。根据理想气体状态方程PV=nRT，气体分子的运动决定了气体的体积。当气体加温时，分子运动加剧，间距变大，体积扩大。相反，当气体冷却时，分子运动减缓而回归原本状态，体积缩小。因此，热气球用于升空时需要加热空气，使其体积膨胀，达到升空的目的。3.分别简述Clausius和Kelvin等式？Clausius等式是：ΔSint=Qrev/T，表示了一个系统内部熵变的定义。其中ΔSint为系统内部熵变，Qrev为热力学定量程度上等于系统吸收的热量，T为热力学定量程度上等于环境温度。Kelvin等式是：∮dS=0，表示了在循环过程中熵的不变性。其中∮dS为整个循环过程中熵的积分。4.什么是Refrigerant？Refrigerant是指用于制冷循环的物质，具有较低的沸点和高的比热，可以在制冷循环中完成多次相变，实现了高效的热交换。目前常用的制冷剂有R134a、R22、R32等。四、计算题（每小题10分，共计50分）1.空气在300K下流过一个圆柱体，墙面温度为400K，圆柱体表面：$\frac{h_i}{k}=200, \frac{h_o}{k}=50$，则半径为r，高为L的圆柱体表面平均热流为多少？解：根据传热学的表面温度公式可得：$$\frac{1}{h_i}=\frac{1}{h_o}+\frac{r*ln(\frac{r+L}{r})}{k}$$通过变形可得到：$$q=\frac{T_s-T_w}{\frac{r}{k}(ln\frac{r+L}{r}+\frac{1}{4}ln \frac{r^2}{R_1R_2})}=\frac{20}{5ln\frac{5}{4}}=364.2W/m^2$$因此，圆柱体表面平均热流为364.2W/m^2。2.请计算1mol水从10摄氏度被升高到50摄氏度的变热。解：将下列数据代入公式可得$$q=mC(T_2-T_1)$$其中$$m=nM=\frac{1mol}{18g/mol}*1000g/kg=55.56kg$$$$C=4.186 J/g·K$$$$T_1=10°C$$$$T_2=50°C$$代入公式得：$$q=55.56kg*4.186kJ/kg·K*(50°C-10°C)=10.81MJ$$因此，1mol水从10摄氏度被升高到50摄氏度的变热为10.81MJ。3.做一个Carnot循环发电机，最高温度为800K，低温温度为300K，热容比γ=1.4，市场电的功率为10MW，循环的进入和退出状态均为饱和汽或水，试计算电机的效率和热机的排放率。解：通过循环的进入和退出状态均为饱和汽或水得知该循环是Rankine循环。根据Carnot热机的效率公式，得到$$\eta=\frac{1-T_c/T_h}{γ-1}$$将数据代入公式得,得$\eta=0.542$。则Carnot循环发电机的效率为54.2%。热机的排放率可以用公式$$E_R=1-\frac{1}{q_i/q_f}$$其中，$$q_i/q_f=800/300=2.67$$代入公式计算得到排放率为0.625。因此，热机的排放率为62.5%。以上就是本次“热学”慕课（北京大学）期末考试的参考答案及配套的相关内容，供有需要的同学参