论工程热力学和传热学在机制专业的应用以及发展趋势

1、综述工程热力学和传热学在机制专业的应用及开展趋势工程学院10机制4班 关德彪202130510403摘要：工程热力学是热力学最先开展的一个分支，它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换 的规律及其应用，是机械工程的重要根底学科之一。而传热学是研究热量传递规律，研究不同温度的物体或同一物体的不同局部之间热量传递规律的学科。在机件的冷、热加工过程中包含有大量复杂的热传递过 程。Abstract: Engineering thermodynamics is one of the earliest development branch of thermodynamics, It mainlystu

2、dies the heat energy and mechanical energy and other energy between the rule of their conversion to each other andtheir applications, is one of the important basic subject of mechanical engineering. And heat transfer is a subject whichstudys of heat transfer law, and the heat transfer law between th

3、e object with different temperature or different parts ofthe same one. In parts of the cold and hot working process contains a large number of complex heat transfer process.关键词：工程热力学 传热学应用开展1、什么是工程热力学和传热学工程热力学是热力学的工程分支， 也是 热力学最先开展的一个分支， 它主要研究能 量转换，特别是热能转化成能的规律和方 法，以及提高转化效率的途径。传热学是研 究热量传递规律的科学，它和工程热力

4、学一 起组成热工理论的根底。2、工程热力学和传热学的应用2.1工程热力学在机械设计制造中的应用18世纪，英国开始了产业革命，产生 了对热机的巨大需求，各种蒸汽机应运而 生。在蒸汽机的众多创造和改良者中，最有名的是英国人瓦特，他在1763-1784年间， 主要凭借经验摸索对当时只能用于抽水和 灌溉的纽克曼蒸汽机作了重大改良，且研制成功了应用高于大气压的蒸汽和配有独立 凝汽器的单位缸蒸汽机，使蒸汽机能耗了75% ; 1782年，制造了联协式蒸汽机，1784年，创造了调速器并对蒸汽机进一步改良， 使其能适用于各种机械运动的原动机。此 后，纺织业、采矿业、冶金业、造纸业、陶 瓷业等工业部门，都先后以蒸

5、汽机作为原动 机获得迅速的开展阶段。活塞式内燃机起源于荷兰物理学家惠 更斯用火药爆炸获取动力的研究，但因火药燃烧难以控制而未获成功。1794年，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力， 并且第一次提出了燃料与空气混合的概念。1833年，英国人赖特提出了直接利用燃烧 压力推动活塞作功的设计。19世纪中期，科学家完善了通过燃烧煤气，汽油和柴油等 产生的热转化机械动力的理论。这为内燃机的创造奠定了根底。直到1860年，法国的 勒努瓦模仿蒸汽机的结构，设计制造出第一台实用的煤气机。自19世纪60年代问世以 来，经过不断改良和开展，已是比拟完善的 机械。它热效率高、功率和转速范围宽、配 套方便、机动性

6、好，所以获得了广泛的应用。 全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、 工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃 机为动力。海上商船、内河船舶和常规舰艇， 以及某些小型飞机也都由内燃机来推进。世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位， 它在人类活动中占有非常重要的地位。2.2工程传热学在机械设计制造中的应用工程热力学和传热学在机械制造中的 应用主要表达在对机械工程材料的影响上。 材料在加热和冷却的时候都会在微观上产 生组织变化，从而引起宏观上的物理性质变 化，而这些变化，都会给机械带来非常大的 危害，因此，在机械加工制造的过程中，我 们就要充分考虑到这些问题，在问题未产生之前通过一些方式方法来防止问

7、题的产生。对于很多在高温下工作的零件， 只考虑 室温下的力学性能是不够的，因为热会自动由高温向低温传递，而随着零件温度的上 升，零件材料的组织发生变化，从而引起材 料的力学性质的改变。因此高温下材料的强 度随温度升高和时间的延长而降低。评定材料高温力学性能指标有：蠕变极限和持久强 度。建于某些在高温下时不考虑变形量的大 小，只考虑在给定应力下使用寿命的零件， 如锅炉管道等，持久强度应作为设计的主要 依据。对于在高温下对塑性变形要求严格的 零件，如燃气机叶片等，在长期工作中只能 许有一定量的变形，设计时那么必有用蠕变极 限作主要依据。高温下零件的失效和室温下 零件的失效相似，主要有过量塑性变形、

8、断 裂、磨损等。由于温度和应力的同时作用，更加速了塑性变形、裂纹形成和扩展过程， 有时同一零件可同时产生几种失效形式。另外一方面，空调，制冷机，北方供热 系统等都是基于传热学的原理设计制造而 成的。分别是制冷以及制热。以空调为例制冷原理： 压缩机将气态的氟利昂压缩 为高温高压的气态氟利昂， 然后送到冷凝器 室外机散热后成为中温中压的液态氟利 昂，所以室外机吹出来的是热风。液态的氟利昂经 毛细管，进入蒸发器室内机， 空间突然增大， 压力减小， 液态的氟利昂就 会汽化，从液态到气态是个吸热的过程， 吸收大量的热量，蒸发器就会变冷，室内机 的风扇将室内的空气从蒸发器中吹过，所以室内机吹出来的就是冷风

9、；空气中的水蒸汽遇到冷的蒸发器后就会凝结成水滴，顺着水管流出去，这就是空调会出水的原因。 然 后气态的氟利昂回到压缩机继续压缩，继续循环。制热的时候有一个叫四通阀的部件， 使氟利昂在冷凝器与蒸发器的流动方向与 制冷时相反，所以制热的时候室外吹的是冷 风，室内机吹的是热风。其实就是用的初中物理里学到的液化由气体变为液态时 要排出热量和汽化由液体变为气体时要 吸收热量的原理，同时蒸发热量。制热原理： 热泵制热是利用制冷系统的 压缩冷凝器来加热室内空气。空调器在制冷工作时，低压制冷剂液体在蒸发器内蒸发吸 热而高温高压制冷剂在冷凝器内放热冷凝。 热泵制热是通过电磁换向，将制冷系统的吸排气管位置对换。原

10、来制冷工作蒸发器的室 内盘管变成制热时的冷凝器，这样制冷系统 在室外吸热向室内放热，实现制热的目的。3、工程热力学和传热学的开展和趋势3.1热力学的开展史古代人类早就学会了取火和用火，不过后来才注意探究热、冷现象的实质。但直到17世纪末，人们还不能正确区分温度和热量 这两个根本概念的本质。在当时流行的热质说统治下，人们误认为物体的温度高是 由于储存的 热质数量多。17091714年华 氏温标和17421745年摄氏温标的建立，才使测温有了公认的标准。随后又开展了量 热技术，为科学地观测热现象提供了测试手 段，使热学走上了近代实验科学的道路。1798年，朗福德观察到用钻头钻炮筒 时，消耗机械功的

11、结果使钻头和筒身都升 温。1799年， 英国人戴维用两块冰相互摩擦 致使外表融化，这显然无法由 热质说得到 解释。1842年，迈尔提出了能量守恒理论， 认定热是能的一种形式，可与机械能互相转 化，并且从空气的定压比热容与定容比热容 之差计算出热功当量。英国物理学家焦耳于1840年建立电热 当量的概念，1842年以后用不同方式实测了 热功当量。1850年，焦耳的实验结果已使科 学界彻底抛弃了 热质说。公认能量守恒、 能的形式可以互换的热力学第一定律为客 观的自然规律。能量单位焦耳就是以他的名 字命名的。热力学的形成与当时的生产实践迫切 要求寻找合理的大型、高效热机有关。1824年，法国人卡诺提出

12、著名的卡诺定理，指明工作在给定温度范围的热机所能到达的效 率极限，这实质上已经建立起热力学第二定 律。但受热质说的影响，他的证明方法还 有错误。1848年，英国工程师开尔文根据卡 诺定理制定了热力学温标。1850年和1851年，德国的克劳修斯和开尔文先后提出了热 力学第二定律，并在此根底上重新证明了卡 诺定理。18501854年，克劳修斯根据卡诺定理 提出并开展了痼的概念。 热力学第一定律和 第二定律确实认，对于两类 永动机的不可 能实现作出了科学的最后结论，正式形成了 热现象的宏观理论热力学。同时也形成了 工程热力学这门技术科学， 它成为研究热 机工作原理的理论根底，使内燃机、汽轮机、 燃气

13、轮机和喷气推进机等相继取得迅速进 展。与此同时， 在应用热力学理论研究物质 性质的过程中，还开展了热力学的数学理 论，找到了反映物质各种性质的相应的热力 学函数，研究了物质在相变、化学反响和溶 液特性方面所遵循的各种规律。1906年，德国的能斯脱在观察低温现象和化学反响 中发现热定理；1912年，这个定理被修改成 热力学第三定律的表述形式。二十世纪初以来， 对超高压、超高温水 蒸汽等物性，和极低温度的研究不断获得新 成果。随着对能源问题的重视，人们对与节 能有关的复合循环、 新型的复合工质的研究 发生了很大兴趣。近20多年，现代技术的进步，特别是 高参数大容量发电机组的开展，原子能、:阳能、地热能等新能源的开发利用，航天技 术的飞速开展，超导、大规模集成电路、机 械和生物工程等一系列现代科学技术的进 步，推动了传热学科学的迅速开展，其理论 体系日趋完善，已经成为现代科学技术中充 满活力的根底学科之一。3.2热力学的开展趋势如今，人们将开展看作人的根本需求逐 步得到满足、 人的