总复习(热工).

1、上节内容回顾上节内容回顾1. 系统、边界与环境的定义？系统、边界与环境的定义？ 系统人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统 边界热力系统和环境之间的分界面（线） 环境边界以外与系统相互化作用的物体 ， 通过功、热、物质交换3种形式与系统相互作用1/4/2022太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2 (1)(1)、闭口系：热力系与外界没有物质交换。（、闭口系：热力系与外界没有物质交换。（C.M)C.M) (2) (2)、开口系：热力系与外界有物质交换。、开口系：热力系与外界有物质交换。 (C.V) (C.V) (3) (3)、绝热系：热力系与外界无热量交换。、绝热系：热力系与外界无

2、热量交换。 (4) (4)、孤立系：热力系与外界既无能量交换又无物质交换。、孤立系：热力系与外界既无能量交换又无物质交换。 (5) (5)、简单可压缩系：热力系与外界只有一种体积变化功的交换。、简单可压缩系：热力系与外界只有一种体积变化功的交换。 (6) (6)、热源：无限大的热库，吸入热量和放出热量后，温度不变。、热源：无限大的热库，吸入热量和放出热量后，温度不变。3、什么是绝对压力和相对压力？下图中的绝 对压力如何计算？绝对压力与相对压力绝对压力与相对压力当pPb表压力 pe当p有足够时间恢复新平衡 准静态过程上节内容回顾上节内容回顾3. 什么是热力系统的可逆过程可逆过程？上节内容回顾上节

3、内容回顾4.如图所示，可逆过程的膨胀功如何计算？对于 m kg工质222111WFdxpAdxpdV 功可以用p-v图上过程线与v轴包围的面积表示为什么说功是过程量？热是过程量吗？简单可压缩系：热力系与外界只有一种体积变化功的交换上节内容回顾上节内容回顾5.什么是热力循环热力循环？定义：热力系统从某一初态开始，经过一系列状态变化回到初态，这一系列变化过程称为热力循环。正循环：顺时针方向逆循环：逆时针方向上节内容回顾上节内容回顾6.各个循环如何评价？上节内容回顾上节内容回顾7.什么是热力学能热力学能？ 热力学能是状态参数热力学能是状态参数吗吗？UvTT )( )(热力学能原子核能化学能、内势能内

4、动能上节内容回顾上节内容回顾8. 热力系统的总能量如何表示热力系统的总能量如何表示？pkEEUEgzcuueuepk2f21mgzEmcEpfk ;212什么含什么含义？义？上节内容回顾上节内容回顾9. 热力学第一定律的能量方程热力学第一定律的能量方程？进入系统的能量离开系统的能量系统能量的增加进入系统的能量离开系统的能量系统能量的增加 14EWQ宏观的动能的势能忽略不计宏观的动能的势能忽略不计 (2 27)Q W UQ U W 或系统吸热系统吸热Q为正，放热为正，放热Q为负；为负；系统对外作功系统对外作功W为正，外界对为正，外界对系统作功系统作功W为负为负适用条件：适用条件：任何过程，任可工

5、质任何过程，任可工质（1）闭口系统的能量方程式闭口系统的能量方程式4. 图示稳定流动开口系统的能量方程系统的能量方程？上节内容回顾上节内容回顾代入上式得令 pVUH222222211 1111()21 ()2shQm up vcgzm up vcgzW221 (2 31 )21 (2 31)2shshQHmc m g z WQ dHm dc m gdz Wa 21 (23 2 )2s hq hc gz w5. 焓的定义及物理意义 ？上节内容回顾上节内容回顾定义定义： H=U+pV 或或 h=u+pv 单位单位： J, kJ 或或 J/kg, kJ/kg焓的物理意义焓的物理意义: : 随着工质移

6、动的能量随着工质移动的能量6. 技术功的意义及公式 ？上节内容回顾上节内容回顾21 (2 32)2shqhc g z w )()(2121ttwpvdwpvpdvwttwpvuwhqwuq)(是机是机械械能能, , 可供工程中直接利用，所以定义它为技术功可供工程中直接利用，所以定义它为技术功wt )(2121212121vdppdvpdvpvdpdvwt22)(2 )212( 2121pdvwvdpwtt1/4/2022太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系18上节内容回顾上节内容回顾8.8.稳定流动开口系统稳定流动开口系统能量方程的应用？能量方程的应用？21 (2 3 2 )2shq

7、hc gz w 1、动力机（蒸汽轮机和燃气轮机）sh12 twhhhw 2、压气机（压气机的耗功为 wc）sh21 Ctwwhhhw 3、换热器12hhhq4、管 道2221121()2cchh5、节 流21hh q0, c 0, z 0q0, c 0, z 0wsh=0, c 0, z 0wsh=0, q 0, z 0wsh=0, q 0, c 0, z 019在相同的两个热源之间工作的所有热机中，卡诺热在相同的两个热源之间工作的所有热机中，卡诺热机的效率最高。这就是著名的机的效率最高。这就是著名的卡诺定理卡诺定理。 由卡诺定理出发，我们可以得到如下两条由卡诺定理出发，我们可以得到如下两条推

8、论推论： 1. 在两个不同温度的热源之间工作的任意可逆热机，其效率必与卡诺热机相等，且与工作物质的性质无关。 2. 工作于相同的两个热源之间的任何不可逆热机，其效率必小于卡诺热机，即：ir ”表示不可逆。表示不可逆。表明：表明：1、若过程的、若过程的 ( Q/T) = S 可逆过程可逆过程2、若过程的、若过程的 ( Q/T) S不可能发生的过程不可能发生的过程 (违反热二违反热二律，不可能发生的过程律，不可能发生的过程 不自发过程不自发过程)因此，只要通过计算过程的热温商之和，并且与因此，只要通过计算过程的热温商之和，并且与 S比较，比较，即可判断该过程是否可逆或是否能按指定的方向进行即可判断

9、该过程是否可逆或是否能按指定的方向进行过程方向的共同判据。过程方向的共同判据。 上节内容回顾上节内容回顾4.4.热力学第二定律的两种表述？热力学第二定律的两种表述？（1）、克劳修斯说法、克劳修斯说法 热量热量不可能不可能自发地自发地、不付代价地不付代价地从低温物体传至从低温物体传至高温物体。高温物体。（2）、开尔文说法、开尔文说法 不可能不可能制造出单一热源吸热、使之全部转化为功而制造出单一热源吸热、使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机。不留下其他任何变化的热力发动机。23 上节内容回顾上节内容回顾5 5、孤立系的、孤立系的熵增原理熵增原理？孤立系统孤立系统中进行的一切自发过程，都

10、是向使系统中进行的一切自发过程，都是向使系统S 的方的方向进行的，一直进行到熵值达到最大为止，也就是系统向进行的，一直进行到熵值达到最大为止，也就是系统达到平衡状态为止。换言之，达到平衡状态为止。换言之，孤立系统孤立系统的熵永不减少。的熵永不减少。孤立系统：由于 Q00,subisogjjSSS注意注意：熵增原理只适用于孤立系统。至于非孤立系，或者：熵增原理只适用于孤立系统。至于非孤立系，或者孤立系中某个物体，它们在过程中可以吸热也可以放热，孤立系中某个物体，它们在过程中可以吸热也可以放热，所以它们的熵既可能增大、可能不所以它们的熵既可能增大、可能不变，也可能减小。变，也可能减小。 24第第7

11、 7讲讲 上节内容回顾上节内容回顾1.1.理想气体的微观假定和四种状态方程？理想气体的微观假定和四种状态方程？微观微观假定：假定： (1) 气体分子是些弹性的、不占体积的质点；气体分子是些弹性的、不占体积的质点； (2) 气体分子间没有相互作用力。气体分子间没有相互作用力。gmg1 kg (3-1)1 mol (3-4) (3-6) pv RTpVRTmpV mRTnpV nRT气 体气 体质 量 为 的 气 体物 质 的 量 为 的 气 体 (3-7)单位：单位：pPa； vm3/kg; TK; RgJ/(kg.K)称为摩尔气体常数称为摩尔气体常数J/(mol.K) 3314. 8R MRR

12、g对于各种气体的气体常数的对于各种气体的气体常数的25 上节内容回顾上节内容回顾2.2.比定容比热容比定容比热容和和比定压比热容的定义比定压比热容的定义？ppv( ( )dTqc)dTqcv比定压热容比定容热容理想气体的比定容比热容理想气体的比定容比热容和和比定压比热容比定压比热容vp (3 12) (3 13)ducdTdhcdT26 上节内容回顾上节内容回顾3.3.迈耶公式迈耶公式？ggRdTdudTTRddudTdh)(得：得： (31 4 )pvgc c R p m V m ( 31 5 )C C R 比热容比比热容比v 11 1pggcRcRp,mvv,m pcCcC27 上节内容回

13、顾上节内容回顾4.4.理想气体定值摩尔热容和比热容比理想气体定值摩尔热容和比热容比R8.3143J(mol.K)R251.291.401.67多原子气体多原子气体（i7）双原子气体双原子气体（i5）单原子气体单原子气体（i3）mV,mp,/CC)J/(mol.K/mV,C)J/(mol.K/mp,CR23R25R27R27R2928 上节内容回顾上节内容回顾5.5.理想气体的理想气体的热力学能、焓与熵的计算热力学能、焓与熵的计算？21pp21vv dTchdTcdhdTcudTcduTcTTcdTchTcTTcdTcup12p21pv12v21v)()( 当比热容取当比热容取定值定值时时? 理

14、论研究中，认为过程都可逆保持一个状态参数 不变化： 定容，定压，定温，定熵2、 四个基本热力过程指的是那些？ 上节内容回顾上节内容回顾定容过程定容过程3、说明所示、说明所示p-v、T-s图为何种基本过程？图为何种基本过程？ 上节内容回顾上节内容回顾定压过程定压过程定温过程定温过程4、说明所示、说明所示p-v、T-s图为何种基本过程？图为何种基本过程？ 上节内容回顾上节内容回顾定熵过程定熵过程vpvps)( 定熵过程vpvpT)( 定温过程1 定值npvpvn=常数，这里常数，这里n为变量，为变量，n取不同的可得到不同的过程。取不同的可得到不同的过程。当当n0时，时，p常数，则为定压过程常数，则

15、为定压过程当当n1时，时，pv常数，则为定温过程常数，则为定温过程当当n时，时，pv 常数，则为定熵过程常数，则为定熵过程当当n时，时，v 常数，则为定容过程常数，则为定容过程5、多变过程有什么特点，写出过程方程上述四种热力过程中，始终有一个状态参数保持不变，但上述四种热力过程中，始终有一个状态参数保持不变，但实际上是往往所有的状态参数都在变化；实验研究发现，实际上是往往所有的状态参数都在变化；实验研究发现，在变化过程中：在变化过程中：多变过程方程式多变过程方程式 上节内容回顾上节内容回顾 在在p-v、T-s图上用图上用 T 的正负判断的正负判断u 、h的正负，的正负， 用用s正负判断正负判断

16、 q 的正负；用的正负；用v的正负判断的正负判断 w 的正负。的正负。 p-v图图 T-s图图 第第1010讲讲 上节内容回顾上节内容回顾1.1.热量传递的基本方式热量传递的基本方式 ？导热基本定律及对导热基本定律及对流换热公式流换热公式？热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射tqAx 导热基本定律导热基本定律 对流换热公式对流换热公式牛顿冷却公式牛顿冷却公式uttwA 热流量W，单位时间传递的热量2mWq 热流密度h h 表面传热系数2mA 与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积Cwt 固体壁表面温度固体壁表面温度Ct 流体温度流体温度W )(tthAw2mW )( fwtthAqC)(

17、mW2 Convection heattransfer coefficientt1t2Q1t2tARtAtt21AR 导热热阻导热热阻r单位导热热阻单位导热热阻2.2.大平板导热的导热热阻和单位面积导热热阻大平板导热的导热热阻和单位面积导热热阻 公式？公式？ 上节内容回顾上节内容回顾4.4.辐射换热辐射换热的定义与特点？的定义与特点？定义：物体间靠热辐射进行的热量传递定义：物体间靠热辐射进行的热量传递特点：特点：a)不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量；不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量；b)在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能物体热

18、力学能电磁波能电磁波能物体热力学能物体热力学能c)无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量能、相互辐射能量(发射、吸收同时发射、吸收同时) 上节内容回顾上节内容回顾5.5.黑体与斯蒂芬黑体与斯蒂芬-玻尔兹曼定律？玻尔兹曼定律？黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物体。黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物体。 或或称绝对黑体。称绝对黑体。（Black bodyBlack body）黑体的辐射能力与吸收能力最强。黑体的辐射能力与吸收能力最强。黑体向外发射的辐射能，黑体向外发射的辐射能，斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律：24mW T

19、Eb 绝对黑体辐射力 黑体表面的绝对温度（热力学温度） 斯蒂芬-玻尔兹曼常数， bET )K(mW105.6742-8 K2 传热系数的计算传热系数的计算热流体热流体tf1到到tw1：)(111wfttAh111Ahttwftw1到到tw2：1211/ )(wwttA1121/Attwwtw2到冷流体：到冷流体：)(222fwttAh222Ahttfw21211111hhrrrhhk单位热阻或面积热阻单位热阻或面积热阻k越大，传热越好。若要越大，传热越好。若要增大增大k，可，可增大增大h，减，减小小。 上节内容回顾上节内容回顾7.7.温度梯度？温度梯度？ 系统中某一点所在的等温面与相邻等温面系

20、统中某一点所在的等温面与相邻等温面之间的温差与其法线间的距离之比的极限之间的温差与其法线间的距离之比的极限为该点的温度梯度为该点的温度梯度，记为，记为gradt。 kztjytixtnntntLimgradtn0注：温度梯度是向量；正向朝着温度增加注：温度梯度是向量；正向朝着温度增加的方向的方向 第第1111讲讲 上节内容回顾上节内容回顾1.1.导热系数与导温系数的定义导热系数与导温系数的定义？有什么区别？有什么区别？导热系数是物性参数，它与物质结构和状态密切相关，例如物质的种类、材料成分、温度、 湿度、压力、密度等，与物质几何形状无关。它反映了物质微观粒子传递热量的特性。gradtq/w/m

21、 caa 称为热扩散率，又叫导温系数。称为热扩散率，又叫导温系数。热扩散率热扩散率 a 反映了导热过程中材料的导热能力（反映了导热过程中材料的导热能力（ ）与沿途物质储热能力（与沿途物质储热能力（ c ）之间的关系。）之间的关系。a值大，即值大，即 值大或值大或 c 值小，说明物体的某一部分一值小，说明物体的某一部分一旦获得热量，该热量能在整个物体中很快扩散。旦获得热量，该热量能在整个物体中很快扩散。 上节内容回顾上节内容回顾5.5. 单层平壁导热的温度如何分布，为什么？单层平壁导热的温度如何分布，为什么？o xt1tt22122 , , 0 0ttxttxdxtdxtxtc)(直接积分，得：

22、211 cxctcdxdt无内热源，为常数，并已知平壁的壁厚为，两个表面温度分别维持均匀而恒定的温度t1和t2 上节内容回顾上节内容回顾6.6. 多层平壁导热的温度如何分布，为什么？多层平壁导热的温度如何分布，为什么？总热阻为： 332211321rrrrt2t3t4t1 q334322321121ttttttq33221141ttqt1 r1 t2 r2 t3 r3 t4推广到n层壁的情况: niiinttq111 第第1212讲讲 上节内容回顾上节内容回顾1.1.通过多层圆筒壁的导热通过多层圆筒壁的导热 ？343432323212121212121rrnLttrrnLttrrnLtt311

23、41121iiiilrrnttLQq单位管长的热流量单位管长的热流量 流动边界层：流动边界层：靠近壁面靠近壁面流速流速急剧变化的薄层急剧变化的薄层 。 紧贴固体表面，紧贴固体表面，速度为零速度为零流速剧烈变化的这个流速剧烈变化的这个薄层，为流动边界层，薄层，为流动边界层，或速度边界层或速度边界层主流区，其速度梯度主流区，其速度梯度几乎为零，流体的粘几乎为零，流体的粘性不起作用。性不起作用。 第第1313讲讲 上节内容回顾上节内容回顾1.1.流动边界层流动边界层 ？ 热边界层：热边界层：靠近壁面靠近壁面温度温度急剧变化的薄层急剧变化的薄层 。流体温度由流体温度由y=0处的壁面温度处的壁面温度tw变化到主流温度变化到主流温度tf，温度剧，温度剧烈变化的这一薄层，热边界烈变化的这一薄层，热边界层，或温度边界层层，或温度边界层等温流动层等温流动层2.2.热边界层热边界层 ？ 上节内容回顾上节内容回顾流体呈现成层的，有流体呈现成层的，有秩序的滑动状流动，秩序的滑动状流动，各层互不干扰，保持各层互不干扰，保持层流的特性层流的特性随着边界层厚度增加，随着边界层厚度增加，边界层内的流动变得边界层内的流动变得不稳定起来，流动向不稳定起来，流动向湍流过渡。湍流过渡。紧贴壁