工程热力学和传热学和流体力学初级课件

1第一篇工程热力学

EngineeringThermodynamics1.熟悉热力学基本概念：热力系统、热力平衡状态及工质状态参数等

2.掌握理想气体和实际气体的性质、混合气体的性质及相关参数的计算

3.掌握气体热力过程的能量交换及参数变化

4.掌握热力学第一定律的实质及应用、理想气体模型及其状态方程

5.掌握热力学第二定律的实质及表达、卡诺循环和卡诺定理

6.熟悉朗肯循环、再热循环、回热循环、热电循环1第一篇工程热力学

EngineeringTherm2第一节热力系统

Thermodynamicsystem一、系统、边界与外界系统：热设备中分离出来作为热力学研究对象的物体外界：surrounding系统之外与系统有关的物体边界：boundary系统与外界的分界面边界可以是假想的，也可以是实际存在的，可以是固定的，也可以是移动的。通常用虚线标出。QW

膨胀中的燃气系统的边界

流动中的工质系统的边界2第一节热力系统

Thermodynamicsystem334二、系统的类型1.按系统与外界交换的形式分类系统与外界有三种相互作用形式：质、功、热（1）开口系统：opensystem

系统与外界有物质交换工质流入工质流出QW系统边界

稳定流动开口系统不稳定流动开口系统4二、系统的类型1.按系统与外界交换的形式分类系统与外界有三556（2）闭口系统：closed

system系统与外界无物质交换

（×）

闭口系统的质量保持恒定，保持质量恒定的系统是闭口系统。QW

膨胀中的燃气系统的边界

闭口系统具有恒定质量，但具有恒定质量的系统不一定都是闭口系统。6（2）闭口系统：closed

system系统与外界无778（3）绝热系统：adiabaticsystem系统与外界没有热量交换.冷源QW

把冷源包括在内的绝热系统自然界不存在理想的绝热系统，只有当系统与外界传递的热量小到可以忽略不计时，可以看做是绝热系统。汽轮机、喷管一般都看做绝热系统。8（3）绝热系统：adiabaticsystem系统与外9（4）孤立系统：isolatedsystem系统与外界既没有物质交换，也没有热和功的交换。自然界中绝对的孤立系统是不存在的，有时候把研究对象连同与它直接相关的外界用一个新的边界包围起来，可以共同看做是一个孤立系统。（√）一切热力系统连同与之相互作用的外界可以抽象为孤立系统。9（4）孤立系统：isolatedsystem系统与外界既10一、工质(workingsubstance;workingmedium)1.定义：实现热能和机械能相互转化，或传递热能的媒介物质例如：电站锅炉的水蒸气燃烧形成的烟气气缸中的燃气工质种类有：气态、液态和固态第二节工质及基本状态参数物质三态中气态最适宜10一、工质(workingsubstance;work112.对工质的要求:

1）膨胀性

2）流动性

3）热容量

4）稳定性，安全性

5）对环境友善

6）价廉，易大量获取112.对工质的要求:12二、工质的基本状态参数系统中某一瞬时表现的工质热力性质的总状态称为工质的热力状态，简称状态热力状态反映的是工质大量分子热运动的平均特性。热力系统中工质的状态可以用描述各种宏观状态特性的物理量来表示，这些物理量被称为状态参数凡是能从任何一方面说明工质所处状态的物理量均为状态参数12二、工质的基本状态参数系统中某一瞬时表现的工质热力性质的131.常用状态参数：压力、温度、比容、密度、内能、焓和熵重要特征：1）状态参数的数值由系统的状态唯一性确定；2）当系统从初态变为终态时,状态参数的变化量,只与系统的初、终状态有关,而与变化的途径无关。状态参数是系统状态的单值函数或点函数,状态参数的微元变量是全微分。这是判断某一参数是否为状态参数的充分和必要条件。功和热量是过程量，不仅与初、终状态参数有关，还与过程有关。131.常用状态参数：重要特征：1）状态参数的数值由系统的状142.状态参数分类强度量尺度量压力、温度比容、热力学能（内能）、焓、熵基本参数导出参数压力、温度、比容热力学能（内能）

、焓、熵（√）状态参数的变化只与系统的初、终状态有关，而与变化途径无关。（×）功也是状态参数，其变化只与系统的初、终状态有关。（×）热量是状态参数，其变化只与系统的初、终状态有关。142.状态参数分类强度量压力、温度比容、热力学能（内能）、153.基本状态参数a.压力：系统表面单位面积上的垂直作用力。压力的单位：1N/m2=1Pa(帕）

1MPa=106Pa；1bar=105Pa(2)大气压力B（mmHg）：1mmHg＝133.3Pa

标准大气压（atm)：1atm=0.101325MPa(3)绝对压力P、表压力Pg、真空度H相对压力绝对压力系统真实压力（是状态参数）表压力Pg真空度H系统相对与大气压力的数值（不是状态参数）153.基本状态参数a.压力：系统表面单位面积上的垂直作用力16U形管式压力计示意图真空度U形管式压力计示意图

16U形管式压力计示意图真空度U形管式压力计示意图17（×）压力表显示的压力是状态参数17（×）压力表显示的压力是状态参数18

b.温度：表征物体冷热程度的物理量。(1)热平衡定律(热力学第零定律)

两个系统分别与第三个系统处于热平衡,这两个系统彼此之间必定处于热平衡。(2)温标：

温度的数值表示法实用温标t摄氏温标℃国际单位制规定，单位：开（K）热力学温标Tt(C)=T(K)-273.15温度是描述热力平衡系统冷热状况的物理量18

b.温度：表征物体冷热程度的物理量。(1)热平衡定律(19

①热平衡定律（热力学第零定律）:分别与第三个系统处于热平衡（相互之间没有热量传递）的两个系统，它们彼此也必定处于热平衡。（这是由实验、经验中得到的。不可以由其它定律推出。）

既然两个（或多个）独立的系统各自处于一定状态时是热平衡的，那么，这两个（或多个）系统具有一个共同的宏观性质。可以用一个物理量来描述。

②温度的定义：标志系统热平衡性质的物理量为温度。一切处于热平衡的物体，其温度相等。上述第三个系统，可作为测量温度的仪器，叫温度计。

③温度标志物体内部分子无序运动的剧烈程度。它是描述热力学平衡系统的一个状态参数，是强度量。19①热平衡定律（热力学第零定律）:20体积V：工质所占有的空间m3比容(比体积)ν：单位质量工质所占有的体积m3/kg密度

：单位体积工质所具有的质量

kg

/m3c.比容和密度比容和密度不是两个独立的状态参数，一个已知，另一个也就确定了。20体积V：工质所占有的空间m3c.比容和密度比容和密度21第三节理想气体定律一、理想气体与实际气体1.理想气体——是一种实际上不存在的假想气体，这种气体分子本身不占有体积，分子之间完全没有引力。2.实际气体——是气体的状态处于很高的压力或很低的温度，气体有很高的密度，以至于分子本身的体积及分子间的相互作用力不能忽略的气体。理想气体实质上就是实际气体的压力p0或比容v0时的极限状态的气体21第三节理想气体定律一、理想气体与实际气体22（1）当气体分子本身的体积与整个气体的容积相比微不足道，而且由于气体分子的平均距离相当大以至于分子间的引力可以忽略到不计时，实际气体可以看作是理想气体（2）实际应用时，气体温度不太低，压力不很高，比容比较大，且距离液态比较远时，可以看成是理想气体理想气体氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳空气、烟气实际气体锅炉产生的水蒸气、制冷剂蒸气、石油气22（1）当气体分子本身的体积与整个气体的容积相比微不足道，23为什么要讨论不存在的理想气体?

在工程中具有很重要的实用价值和理论意义。

1、在通常的工作参数范围内，按理想气体性质来计算气体工质的热力性质具有足够的精确度，其误差在工程上往往是允许的。对于一般的气体热力发动机和热工设备中的气体工质，在无特殊精确度要求的情况下，多可按理想气体性质进行热力计算。

2、理想气体性质是研究工质热力性质的基础。理想气体性质反映了气态工质的基本特性，更精确的气体、蒸气的热力性质表达式，往往可以在理想气体性质的基础上引入各种修正得出。23为什么要讨论不存在的理想气体?在工程中具有很重要24二、理想气体状态方程—ideal-gasequation;Clapeyron’sequation（克拉贝隆方程）24二、理想气体状态方程—ideal-gasequatio25举例例1容积为2m3的压缩空气罐上的压力表指针指示为1.5MPa，此时的温度为20℃，试计算罐中空气质量，已知空气气体常数R为287J/(kg•K)。解：

pV＝mRT

绝对压力：p＝1.5＋0.1＝1.6MPa＝1.6×106Pa

气体体积：V＝2m3

绝对温度：T＝20＋273＝293K

那么，25举例例1容积为2m3的压缩空气罐上的压力表指针指示为126二、理想气体状态方程的应用1.波义耳－马略特定律对于一定量的理想气体，当温度不变时，压力与比容（或容积）成反比。2.查理斯定律对于一定量的理想气体，当比容（或容积）不变时，压力与绝对温度成反比。3.给•吕萨克定律对于一定量的理想气体，当比容（或容积）不变时，压力与绝对温度成反比。26二、理想气体状态方程的应用1.波义耳－马略特定律2.查理274.理想气体状态方程的另外一种表示274.理想气体状态方程的另外一种表示28例2：某燃气加热炉每小时耗气量为200m3,燃气供气压力为30KPa（表压）,温度为15℃，当地大气压为95KPa，请核算一下，燃气加热炉每小时实际消耗燃气多少标准立方米？（标准状态大气压按105Pa，温度按273K计。）28例2：某燃气加热炉每小时耗气量为200m3,燃气供气压力29例3：某燃气用气设备，燃气供气压力为1000×103Pa（表压）,温度为20℃，当地大气压为95×103Pa。试问：当燃气流量计显示的实际用气量为5000m3时，经温度压力校正后，燃气用气量应为多少标准立方米？（标准状态大气压按105Pa，温度按273K计。）29例3：某燃气用气设备，燃气供气压力为1000×103Pa30三、摩尔、摩尔容积及气体常数1.摩尔——物质的量的单位。热力学中是以气体中所包含的分子数目与0.012kg碳-12的原子数目相等时气体的质量，称为1mol。热力学中常以n表示千摩尔kmol为单位。1kmol就等于该物质的分子量对应的千克数。

1kmol氧气＝32kg

各种气体的千摩尔数等于该气体的质量m除以该气体的分子量M30三、摩尔、摩尔容积及气体常数1.摩尔——物质的量的单位。312.摩尔容积对于任何理想气体，1kmol气体所占的容积称为千摩尔容积。在标准状态下，任何理想气体1kmol容积均为22.4Nm3。那么，在标准状态下：标态比容m3/kg标态密度kg/m3312.摩尔容积标态比容m3/kg标态密度kg/m3323.气体常数计算各种气体1kg的气体常数R为：J/(kg•K)kJ/(kg•K)理想气体的气体常数与气体所处的热力状态无关，只与气体的种类有关。通用气体常数R0：在标准状态下，得出通用气体常数是J/(kmol•K)323.气体常数计算J/(kg•K)kJ/(kg•K)理想气33四、理想气体的比热容、热力学能、焓和熵

1、比热容单位物量的物质，温度升高或降低1K（1℃）所吸收或放出的热量，称为该物体的比热容（简称比热）比热容的单位取决于热量单位和物量单位，相应有：质量比热c：kJ/（kg·k）体积比热c‘：kJ/（m3·k）摩尔比热Mc：kJ/（kmol·k）33四、理想气体的比热容、热力学能、焓和熵1、比热容单位物定容比热和定压比热

定容比热cv：在定容情况下，单位物量的气体，温度变化1K(1℃)所吸收或放出的热量。定压比热cp：在定容情况下，单位物量的气体，温度变化1K(1℃)所吸收或放出的热量。（√）等量气体升高相同的温度，定压过程吸收热量多于定容过程吸收热量。34定容比热和定压比热（√）等量气体升高相同的温度，定压过程吸收35第四节混合气体

工程实际应用的气体通常是混合气体，如空气、烟气等等。混合气体的性质取决于各组分气体的成份及热力性质。

混合物的性质与各种混合物的性质以及各组元在整个混合物中所占的份额有关。35第四节混合气体工程实际应用的气体通常36一、混合气体分压力和道尔顿分压力定律

分压力是各组成气体在混合气体的温度下单独占据混合气体的容积时所呈现的压力。道尔顿分压力定律：混合气体的总压力p等于各组成气体分压力pi之和。36一、混合气体分压力和道尔顿分压力定律分37二、混合气体分容积和阿米盖特分容积定律

分容积是各组成气体在混合气体的温度和压力下，单独存在时所占据的容积。阿米盖特分容积定律：混合气体的总容积V等于各组成气体分容积Vi之和。37二、混合气体分容积和阿米盖特分容积定律分38三、混合气体的成份表示方法及换算1.质量成份gi——混合气体中某组成气体的质量mi与混合气体总质量m的比值2.容积成份ri——混合气体中某组成气体的分容积Vi与混合气体总容积V的比值3.摩尔成份xi——混合气体中某组成气体的摩尔数ni与混合气体总摩尔数n的比值38三、混合气体的成份表示方法及换算1.质量成份gi——混合39四、混合气体的分子量与气体常数1.混合气体的分子量（1）已知容积成分ri或摩尔成份xi和各组成气体分子量Mi（2）已知质量成分gi和各组成气体分子量Mi39四、混合气体的分子量与气体常数1.混合气体的分子量（2）402.混合气体的气体常数（1）已知混合气体分子量M，即可以求得混合气体的折合气体常数R：（2）已知各组成气体的质量成份及气体常数，则（3）已知各组成气体的容积成份及气体常数，则402.混合气体的气体常数（1）已知混合气体分子量M，即可以413.混合气体的分压力（1）已知总压和各组成气体的容积成分（2）已知总压和各组成气体的质量成分413.混合气体的分压力（1）已知总压和各组成气体的容积成分424.混合气体的比热（1）已知各组成气体的质量比热和质量成份（2）已知各组成气体的容积比热和容积成份424.混合气体的比热（1）已知各组成气体的质量比热和质量成435.混合气体的热力学能、焓和熵

理想混合气体的热力学能

理想混合气体的焓

435.混合气体的热力学能、焓和熵理想混合气体的热力学能44理想混合气体的熵*熵不仅与温度有关，而且还与压力有关。因为温度为T的组成气体单独存在于体积V中，其分压力为Pi，所以计算组成气体比熵的变化量时应采用其分压力Pi

，而不是理想混合气体的压力P，即（A）1、理想气体的熵是状态参数，当理想气体从一个状态变化到另一个状态时，其熵值的变化由哪个因素确定

A、气体的初、终状态B、状态间变化的过程C、变化过程的方向性D、变化过程是否可逆44理想混合气体的熵*熵不仅与温度有关，而且还与压力有关456.应用比热计算热量（1）定压过程中，质量mkg的气体，温度由t1升高到t2所需要的加热量为：

Q=mc（t2-t1）456.应用比热计算热量（1）定压过程中，质量mkg的气体，46例4某燃气储罐中存储的天然气，储气压力为0.8MPa，气体容积成分为：CH4：95%，C2H6：4.3%，N2：0.7%。试求该天然气的平均分子量、气体常数和各组分气体的分压力。［通用气体常数为R0=8314J/（kmol•K）］。该天然气的平均分子量：

气体常数：

各组分气体的分压力：

46例4某燃气储罐中存储的天然气，储气压力为0.847当多种理想气体在同一容器中混合以后，各组分的性质有无变化？各组分的温度、压力及所占容积比例等方面有哪些特点？遵循哪些规律？多种理想气体在同一容器中混合以后，仍然具有理想气体的特性：

1）性质：混合后各组分仍然保证自己的特性，组分之间不发生化学反应，分子之间无相互作用；

2）温度：由于分子热运动的结果，各组分气体混合均匀后温度将一致，即处处相等；

3）压力：各组分的分压遵循道尔顿定律，即混合气体的总压力等于各组分气体压力之和；分压力是指各组分单质气体在该温度下，单独占有整个容积时所产生的压力。

4）所占容积：各组分所占容积遵循阿密盖特定律，即混合气体的总容积等于各组分气体的分容积之和；分容积是指各组分单质气体在该温度、压力下单独存在时所占有的体积。47当多种理想气体在同一容器中混合以后，各组分的性质有无变化48第五节热力状态及状态参数

一、状态及状态参数状态：热力系统在某一瞬间所处的宏观物理状况状态参数：描述系统宏观特性的物理量48第五节热力状态及状态参数

一、状态及状态参数49二、热力学平衡态1.平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间而变化，则该系统所处的状态称为热力学平衡态。2.系统实现平衡态的条件

在不发生化学反应的系统内,如同时满足力学平衡条件和热平衡条件,则系统处于热力学平衡态。3.平衡与稳定、均匀的差别平衡必稳定，稳定未必平衡均匀必平衡，平衡未必均匀49二、热力学平衡态1.平衡态：在无外界影响的条件下，如果系50区别平衡和均匀：例如水和水蒸气组成的系统，不受外界的影响，系统的宏观

性质不随时间变化，处于平衡状态。其中每一部分是均匀的，但整个系统是不均匀的。所以系统平衡不一定均匀。对于单相系，忽略重力

场的影响，可认为是均匀的，可用统一的、确定的状态参数描述系统状态。50区别平衡和均匀：例如水和水蒸气组成的系统，不受外界的影响51第六节热力过程热力过程:系统从初始平衡态变化到终了平衡态所经历的全部状态，简称“过程”。一、准静态过程（准平衡过程）

弛豫时间：恢复平衡所需要的时间51第六节热力过程热力过程:系统从初始平衡态变化到终了平52图1说明准静态过程用图52图1说明准静态过程用图53

任何实际过程都是在有限势差推动下进行的，因而都是不平衡过程。所谓准平衡过程，只是实际过程当不平衡势趋于零时的极限过程，是可以设想而不可能达到的。53任何实际过程都是在有限势差推动下进行54结论：

热力系的一切变化过程都是在不平衡势推动下进行的，没有不平衡就没有变化，也就没有过程。当不平衡势为无限小时所进行的极限过程称为准平衡过程。

54结论：热力系的一切变化过程都是在不平衡55

如过程进行的足够缓慢，则封闭系统所经历的每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准静态过程。

p1p2v1v2

准静态过程在p-v图上的表示vP1255如过程进行的足够缓慢，则封闭系统所经历的56

二、可逆过程

系统进行了一个过程后，如系统和外界均能恢复到各自的初态，则这样的过程称为可逆过程。

可逆过程必定是准静态过程，准静态过程不一定可逆。无任何不可逆因素的准静态过程为可逆过程。56二、可逆过程系统进57过程的不可逆因素：1）耗散效应：由功变成热的现象2）有限温差传热：3）自由膨胀（作功为零）4）不同工质混合实现可逆的具体条件：1）过程没有势差（或势差无限小），如没有温差、没有压力差作膨胀功；2）过程没有耗散效应，如机械运动没有摩擦、导电没有电阻57过程的不可逆因素：实现可逆的具体条件：58三、理想气体的热力过程1.研究热力过程的目的和方法目的：揭示过程中工质状态参数的变化规律，以及该过程中热能与机械能之间的转换情况，进而找出影响它们转换的主要因素。方法：讨论理想气体的可逆过程1.过程方程,一般写成的形式。2.利用状态方程和过程方程推出初、终状态参数之间的关系式。3.在p-v图和T-s图上表示出该过程曲线。4.该过程热力学能、焓、熵的变化以及功和热量。58三、理想气体的热力过程1.研究热力过程的目的和方法目的：2.多变过程n称为多变指数，对于某一指定的多变过程，n为一常数，但不同的多变过程有不同的n值，如：2.多变过程n称为多变指数，对于某一603.定容过程（1）过程方程（2）初、终状态参数关系603.定容过程（1）过程方程（2）初、终状态参数关系61（3）p-v图及T-s图pv122‘Ts212‘在T－s图上，由于即T随s按指数曲线变化，斜率为

61（3）p-v图及T-s图pv122‘Ts212‘在T－s62（4）能量转换1）过程功2）热量62（4）能量转换1）过程功2）热量634.定压过程（1）过程方程（2）初、终状态参数关系（3）p-v图及T-s图pvTs212‘曲线斜率122‘在T-s图上，同一温度下定容线比定压线的斜率大634.定压过程（1）过程方程（2）初、终状态参数关系（3）64（4）能量转换1）过程功2）热量64（4）能量转换1）过程功2）热量655.定温过程（1）过程方程（2）初、终状态参数关系（3）p-v图及T-s图pv122‘6543122‘34Ts曲线斜率655.定温过程（1）过程方程（2）初、终状态参数关系（366（4）能量转换1）过程功2）热量pv122‘6543122‘34Ts66（4）能量转换1）过程功2）热量pv122‘654312676.绝热过程：系统与外界没有热交换（1）过程方程绝热指数，数值随气体的种类和温度而变对于空气和燃气，（2）初、终状态参数关系676.绝热过程：系统与外界没有热交换（1）过程方程绝热指数68关于过程方程的推导0068关于过程方程的推导0069（3）p-v图及T-s图定温pv122‘6543122‘Ts曲线斜率在P-v图上，绝热线比定温线陡。（4）能量转换1）过程功69（3）p-v图及T-s图定温pv122‘6543122‘703）热量技术功是膨胀功的κ倍。2）技术功**可逆绝热过程也是定熵过程703）热量技术功是膨胀功的κ倍。2）技术功**可逆绝热过程716.多变过程（1）过程方程：分别为定容、定压、定温、绝热过程称为多变指数（2）初、终状态参数间的关系：将绝热过程中的κ换成n即可。716.多变过程（1）过程方程：分别为定容、定压、定温、绝热72（3）热力学能、焓、熵的变化：72（3）热力学能、焓、熵的变化：73（4）功、热量：多变指数为n的多变过程，技术功是体积功的n倍73（4）功、热量：多变指数为n的多变过程，技术功是体积功的74第七节热力循环

工质从初态出发，经过一系列状态变化又回到初态的全部过程称为热力循环，简称循环。可逆循环不可逆循环vP1234正循环（动力循环）1-2-3-4-1逆循环1-4-3-2-1制冷循环热泵循环74第七节热力循环工质从初态出发，经过一系列状态75动力循环：

也称热机循环。目的是从高温热源取热Q1，得到功

W。在状态参数坐标图P－V图上为顺时针方向。为正循环。

75动力循环：

也称热机循环。目的是从高76制冷循环：

目的是把热量Q2从低温物体中取出排向高温，为此要消耗外功W。在状态参数坐标图P－V图上为逆时针方向。为逆循环。76制冷循环：

目的是把热量Q2从低温物体中77热泵循环：

为另一种逆循环，目的是向高温热源供热（空调取暖）。其工作原理和P-V图与制冷循环相同。（B）3、用活塞式压缩机给气体加压时，哪个过程消耗能量

A、吸气过程B、压缩过程

C、排气过程D、余隙膨胀过程77热泵循环：

为另一种逆循环，目的是向高温热源供78循环的经济性指标用工作系数来表示动力循环的经济性用循环的热效率来衡量制冷循环的经济性用循环的制冷系数来衡量供热循环的经济性用循环的供热系数来衡量Q1为与高温热源交换的热量，Q2为与低温热源交换的热量78循环的经济性指标用工作系数来表示动力循环的经济性用循环的79第八节热力学第一定律一、热力学第一定律的实质二、能量三、封闭系统热力学第一定律的表达式79第八节热力学第一定律一、热力学第一定律的实质80一、热力学第一定律的实质“热力学第一定律”的实质是能量转换与守恒定律在热力学中的应用。——确立了在热力过程中热力系统与外界进行进行能量交换时，各种形态能量在数量上的守恒关系。

19世纪30-40年代，许多科学家前赴后继，迈尔·焦耳（德国医生）最后发现和确定了能量转换与守恒定律。80一、热力学第一定律的实质“热力学第一81恩格斯说：能量转换与守恒定律是19世纪三大发现之一（细胞学说、

达尔文进化论）。81恩格斯说：能量转换与守恒定律是19世纪三大发现之一（细胞82

这个定律指出“一切物质都具有能量。能量既不可能创造，也不能消灭，它只能在一定的条件下从一种形式转变为另一种形式。而在转换中，能量的总量恒定不变”。这一真理可以说：“颠扑不破”、“放之四海而皆准”。因为至今为止，没有一个人提出一个事实不符合这条自然规律，

相反，在各个领域：天文、地理、生物、化学、电磁光、宏观、微观各领域都遵循这条规律。当然我们热力学就是研究能量及其特性的科学，它必然要遵循这条规律。82这个定律指出“一切物质都具有能量。83热力学第一定律的描述

任何发生能量传递和转换的热力过程中，能量的总量始终保持不变。

输入系统的能量-系统输出的能量=系统储存能量的变化

83热力学第一定律的描述

任何发生能量传递和转换84

“热力学第一定律”的建立是在资本主义发展初期，那时，有人曾提出各式各样不消耗能量而获得动力的装置，称为第一类“永动机”，但均失败了。为什么？因为它违反了“热一”，故“热一”的另一形象的说法是“第一类永动机是不可能制造成功的”（1975年法国科学院）。——反说84“热力学第一定律”的建立是在资本主义发展初期85二、能量储存的能量传递的能量内部储存能（热力学能）外部储存能内动能uk=f(T)内势能up=f(T,v)动能EK势能EP能量功热量85二、能量内部储存能外部储存能内动能uk=f(T)内势能u861、储存能量：内部储存能---内部状态参数决定外部储存能---外部状态参数决定（1）内部储存能—热力学能分子运动的平均动能和分子间势能称为“热力学能”符号：U

u(单位质量热力学能）单位：JkJkJ/kgu=U/mu=f(t,v)**理想气体热力学能只是温度的单值函数u=f(T)**理想气体分子间不存在相互作用力，没有内位能861、储存能量：（1）内部储存能—热力学能分子运动的平均动87（2）外部储存能——

动能Ek和势能Ep

由系统速度和高度决定宏观动能Ek：速度c（3）系统的总储存能（总能）

E=U+Ek+Ep单位质量e=u+ek+ep重力位能Ep：位置高度z87（2）外部储存能——动能Ek和势能Ep（3）系统的总88（1）功

热力学定义：系统除温差以外的其它不平衡势差所引起的系统与外界之间的传递的能量。

电功、磁功、机械拉伸功、弹性变形功、表面张力功、和膨胀功、轴功等2.系统与外界传递的能量封闭系统，传递的能量有两种：功和热量1）膨胀功（也称容积功）：在压力差作用下，由于系统工质容积发生变化而传递的机械功。膨胀功是过程量，一旦过程结束，做功即停止刚性闭口系统不能向外界输出膨胀功88（1）功

热力学定义：系统除温差以外的其它不平衡燃气进口排入大气**可逆过程对外做的膨胀功最大。**作膨胀功一定有容积变化，容积变化并不一定作膨胀功。燃气进口排入大气**可逆过程对外做的膨胀功最大。902）轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功。系统输出轴功为正功，输入轴功为负功。轴功来源于能量的转换，如汽轮机中热能转换成机械能；也来源于机械能的直接传递，如水轮机、风车等。902）轴功：系统通过机械轴与外界传递的机械功。系统输出轴功91（2）热量

热量是除功以外，通过边界系统与外界之间传递的能量。热量也是过程量。符号规定：系统从外界吸热为正；Q>0

系统向外界放热为负。Q<0单位：J、kJ91（2）热量热量是除功以外，通过边（3）流动功是为推动流体通过控制体界面而传递的机械功，它是维持流体正常流动所必须传递的能量。对于1kg的流体，对于移动1kg的工质进出控制体净流动功为：（3）流动功是为推动流体通过控制体界面而传递的机械功，它是维（4）流动工质传递的总能量包括物质流本身储存能量和流动功：（4）流动工质传递的总能量包括物质流本身储存能量和流动功：（5）焓H对于流动工质，焓是热力学能和流动功的代数和。焓是状态参数。焓表示流动工质向流动前方传递的总能量中取决于热力状态的那部分能量。对于理想气体：h=u+pv=u+RT对于理想气体，焓与热力学能都是温度的单值函数（5）焓H对于流动工质，焓是热力学能和流动功的代数和。焓是状95三、闭口系统能量方程QW热源

功源单位质量工质微元过程95三、闭口系统能量方程QW热源功源单位质量工质微元过程96可逆过程：任意工质、可逆过程1.适用于任意工质、任意过程。2.q、w分别为各个吸热、作功过程的代数和。3.U=U2-U196可逆过程：任意工质、可逆过程1.适用于任意工质、任意过97第九节热力学第二定律The

second

law

of

thermodynamics

第一节热力学第二定律的典型表述第二节卡诺循环和卡诺定理第三节克劳修斯不等式第四节状态参数—熵第五节熵增原理97第九节热力学第二定律The

second

law

o98热力学第一定律有两个方面问题没有涉及：（1）过程具有方向性（2）不同类型能量存在做功能力上的差异问题的提出98热力学第一定律有两个方面问题没有涉及：问题的提出99自由（无阻）膨胀不可逆99自由（无阻）膨胀不可逆100

不同工质混合隔板

不同工质混合不可逆100不同工质混合隔板不同工质混合不可逆1011.一杯热水热量：水→空气（自发过程）将散失到空气中的热量自发地聚集起来，使水加热？2.运动的机械摩擦生热，功量→热量（自发过程）将散失到空气中的热量自发地聚集起来，使机械重新运动？3.高压容器中的气体高压→低压（自发过程）让泄露到大气中的气体自发地重入容器，使容器恢复高压？4.功量→热量（无条件，100%），热量→功量（≠100%）过程的进行是有方向的、有条件的、有限度的。热力学第二定律的任务：判断进行的方向、条件、限度。1011.一杯热水热量：水→空气（自发过程）102一、热力学第二定律的典型表述1.克劳修斯Clausius说法（1850年）2.开尔文Kelvin说法（1851年）102一、热力学第二定律的典型表述1.克劳修斯Clausiu103Clausius不可能使热量由低温物体向高温物体传递而不引起其它的变化。103Clausius不可能使热量由低温物体向高温物体传递而104p1p2v1v212Kelvin不可能制造只从一个热源吸热并全部转变为机械能，而不引起其他变化的循环发动机。等温膨胀104p1p2v1v212Kelvin不可能制造只从一个热源105克劳修斯Clausius说法——能量传递开尔文Kelvin说法——能量转换两种说法是等价的。105克劳修斯Clausius说法——能量传递106

热力学第二定律的各种说法是一致的，若假设能违反一种表述,则可证明必然也违反另一种表述。

假设机器A违反开尔文说法能从高温热源取得热量q’1而把它全部转变为机械功w0，即w0

＝q’1，则可利用这些功来带动制冷机B，由低温热源取得热量q2而向高温热源放出热量q1

。即A机：B机：从上两式：有

即低温热源给出热量q2，而高温热源得到了热量q2，此外没有其它的变化。这显然违反了克劳修斯说法。106热力学第二定律的各种说法是一致的，若107二、卡诺循环和卡诺定理四个过程组成的理想循环反映的是在一定的高温热源和低温热源范围内，其最大限度的转换效率是多少107二、卡诺循环和卡诺定理四个过程组成的理想循环反映1081.卡诺循环可逆循环：循环的各过程均为可逆过程，相应的热机为可逆热机。卡诺循环：两热源间的可逆循环，由定温吸热、绝热膨胀、定温放热、绝热压缩四个可逆过程组成。pv3T112q14T2q2Ts12341081.卡诺循环可逆循环：循环的各过程均为可逆过程，相应的109卡诺循环热效率：可见：①②③④q1=T1(sa-sb)q2=T2(sd-sc)卡诺循环的有关结论对工程实践有着非常重要的指导意义！！109卡诺循环热效率：可见：①q1=T1(sa-sb)卡诺循1102.卡诺定理

（1）在两个给定的热源之间工作的所有热机，不可能具有比可逆热机更高的热效率。（2）在两个热源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率。

结论：在同样的两个温度不同的热源间工作的热机，以可逆热机热效率为最大，不可逆热机的热效率小于可逆热机,它指出了在两个温度不同的热源间工作的热机热效率的最高极限值。

另一种说法：

在温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的热机循环，以卡诺循环的热效率为最高。”

1102.卡诺定理（1）在两个给定的热源111三、状态参数—

熵1.沿可逆过程的克劳修斯积分abcdpv对任意可逆循环a-b-c-d，假设用定熵线分割该循环，就形成一系列微元卡诺循环，取其中一个微元卡诺循环，则：由于是负值，则有对整个可逆循环积分，111三、状态参数—熵1.沿可逆过程的克劳修斯积分abc112熵S

比熵s

对于微元过程：

由于熵是状态参数，熵变只由初、终状态决定，与过程的路径及过程是否可逆无关。

沿可逆过程的克劳修斯积分与路径无关，由初、终状态决定，这就引出了状态参数---熵的定义式。112熵S比熵s对于微元过程：1132.熵流与熵产

沿任何过程（可逆或不可逆）的克劳修斯积分，称为“熵流”，用“Sf”表示。1132.熵流与熵产沿任何过程（可逆或不可逆）的克劳114系统熵的变化量与熵流之差定义为熵产，用“Sg”表示

熵流是由于系统与外界的发生热交换而引起的，其取值可正可负可为零，而熵产是过程不可逆性的度量，可逆过程熵产为零，不可逆过程熵产大于零，任何过程的熵产不可能小于零。114系统熵的变化量与熵流之差定义为熵产，熵流是由于1154.熵的性质1.熵是状态参数，是尺度量。2.T-s（温-熵）图上可逆过程曲线下的面积等于过程热量。Ts12s1s2可逆过程ds>0

吸热

ds<0放热

ds=0

无热交换

可逆的绝热过程为等熵过程。3.熵产是过程不可逆性的度量。1154.熵的性质1.熵是状态参数，是尺度量。2.T-s116四、熵增原理对任意过程：孤立系统和绝热系统：孤立系统熵增原理：

在孤立系统和绝热闭口系统中，如进行的过程是可逆过程，其系统总熵保持不变；如为不可逆过程，其熵增加；不论什么过程，其熵不可能减少。任何实际过程都是不可逆过程，只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行。116四、熵增原理对任意过程：孤立系统和绝热系统：孤立系统熵117重要结论：

1.熵增过程与过程不可逆性密切相关，不可逆程度越大，熵增也越大。2.根据孤立系统熵的变化可判断过程进行的方向（可逆、不可逆、不能实现）。：3.熵增原理可作为系统平衡的判据：当孤立系统的熵达到最大值时，系统处于平衡状态117重要结论：1.熵增过程与过程不可逆性密切相第二篇传热学

(heattransfer)1.掌握热量传递的基本方式及规律

2.熟悉导热的基本概念、傅里叶定律、导热系数；稳态导热和肋片导热过程及特点3.熟悉对流换热的基本概念；影响对流换热的因素；单相流体对流换热过程4.了解沸腾换热与凝结换热5.熟悉热辐射的基本概念及特点、热辐射的基本定律；辐射换热计算6.掌握传热过程分析，增强与削弱传热措施7.了解换热器工作原理及特点第二篇传热学

(heattransfer)1.掌握第二篇传热学

(heattransfer)第一节传热学的研究对象第二节热量传递的三种基本方式第三节导热第四节对流换热原理第五节各种对流换热过程的特征及计算公式第六节辐射换热第七节传热过程与热交换器第二篇传热学

(heattransfer)第一节第一节传热学的研究对象

传热学是研究有温差存在情况下的热量传递规律的科学。自然界温差无处不在，无时不有。第一节传热学的研究对象传热学是研究有温差存在情况下制冷空调

在制冷空调中，大量的运用了散热片、换热器来达到热交换的目的制冷空调

冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。试解释原因。

冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚

解：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小（20℃，1.01325×105Pa时，空气导热系数为0.0259W/m•K）），具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。解：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里

冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些？冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风

解：假定人体表面温度相同时，人体的的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自然对流换热（不考虑热辐射或假定辐射换热量相同时）。而空气的强制对流换热强度要比自然对流强烈。因而在有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。

解：假定人体表面温度相同时，人体的的散航空航天

人造地球卫星在返回地球表面时为何容易被烧毁？在航空航天领域,航天飞机表面材料要求绝热良好；卫星上装有的太阳能吸收装置能提供卫星工作所需的部分能量航空航天在航空航天领域,航天飞机表面材料要求绝热良好；卫

解：卫星在太空中正常运行时，其表面的热量传递方式主要依靠与太空及太阳等星体的辐射。而在卫星返回地面的过程中，由于与大气层之间的摩擦，产生大量的热量，无法及时散失，因而易被烧毁。解：卫星在太空中正常运行时，其表面的热量传递方式电子器件

电脑内,必须加强诸多芯片的散热。电子器件

电脑内,必须加强诸多芯片的散热。CPU芯片CPU芯片

芯片内空气流动换热示意图芯片内空气流动换热示意图

建筑上,利用空气导热系数小的特点,制成的空心砖具有良好的保温效果工程热力学和传热学和流体力学初级课件第二节热量传递的三种基本方式

分析室内热量传给室外的热传递过程（1）室内→内墙：对流换热，热辐射（2）内墙→外墙：导热（3）外墙→大气：对流换热，热辐射

三种热量传递方式：导热、热对流和热辐射α，tf1α2tf2tw1tw2Q第二节热量传递的三种基本方式分析室内热量传给（2）特征：

a.物体间无相对位移；

b.物体间必须相互接触；

c.没有能量形式的转化。

（3）导热量的计算如上图所示的大平壁，若其两侧壁面各点温度保持不变，分别保持为tw1及tw2，则热量将从tw1一侧传向tw2一侧。此时通过大平壁的热流量Q可表示为：tW1Q

δ

x1.导热（热传导）conductionheattransfer

（1）定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。

tw2（2）特征：（3）导热量的计算tW1Qδ热流量温差热阻导热热阻外表面壁温，℃壁的厚度，m内表面壁温，℃垂直于导热方向的物体横截面积,m2导热系数，W/m·K热流量，W热流量温差热阻导热热阻外表面壁温，℃壁的厚度，m内表面壁温，

（2）对流换热：流体流过与之温度不同的固体壁面时引起的热量传递。

（3）特征：有相对位移；一定伴随着流体的导热；没有能量形式之间的转换；流体和固体壁面相互接触。

（1）热对流：流体的各部分之间由于相对宏观位移而引起的热量传递。2.热对流（convectionheattransfer）（√）2、流体与固体表面之间的热量传递称为对流换热，这种传热现象包括热对流和导热两种基本传热方式。（2）对流换热：（3）对流换热公式牛顿冷却定律固体壁面温度，℃流体温度，℃壁面面积,m2对流换热系数，W/（m2·K）热流量，W对流换热热阻对流换热公式牛顿冷却定律固体壁面温度，℃流体温度，℃壁面面3.热辐射(radiationheattransfer)（1）定义：依靠物体表面对外发射可见和不可见的射线（电磁波）传递热量。（2）特征：有能量形式间的转化：热能辐射能热能不需直接接触，不需要中间介质T>0就有能量辐射与绝对温度呈4次方关系3.热辐射(radiationheattransfer（ABDEF）热辐射是最基本的传热方式之一，物体间的辐射换热具有以下哪些特点A、热辐射过程总是伴有能量形式的转换B、不依靠中间媒介，可以在真空在进行C、只有高温物体发射辐射能D、热射线具有电磁波的共性E、热射线以光速传播F、两物体温度相同时，热辐射交换也在进行热辐射可以在真空中传播，不需要介质。热辐射本质上是电磁波辐射，只要温度高于0K的物体都能辐射电磁波，向外辐射能量。（ABDEF）热辐射是最基本的传热方式之一，物体间的辐射换热公式

具有不同表面温度的物体之间，依靠热辐射进行的热传递过程，或者有热辐射能力的气体与包壳之间热传递过程，均称为辐射换热。

Cs为该辐射系统的辐射系数，它和参与辐射物体的性质、物体之间的距离、相对论位置、物体的形状等因素有关，其单位为

W/m2·K4辐射换热公式具有不同表面温度的物体之间四、传热公式Q四、传热公式Q

一维稳态传热过程忽略热辐射换热，则左侧对流换热热阻固体的导热热阻右侧对流换热热阻燃气侧冷却水侧

一维稳态传热过程中的热量传递

----内燃机气缸壁的冷却过程一维稳态传热过程固体的导热热阻右侧对流换热热阻燃气侧冷上面传热过程中传递的热量为：传热系数，是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。

传热系数单位热阻或面积热阻上面传热过程中传递的热量为：传热系数，是表征

例1

有一平底铝制水壶，壶底直径D为24cm，底厚=2mm，内装tf2=20C的冷水，置于电炉上。已知铝的导热系数为200W/(m·K)，传热热流量Q=400W，壶内壁对冷水的换热系数为200W/(m2·K)

，求壶底外壁的温度。t1。解：P155例1有一平底铝制水壶，壶底直径D为24cm第三节导热一、傅立叶定律和导热系数二、导热微分方程三、平壁导热四、圆筒壁导热五、通过接触面的导热第三节导热一、傅立叶定律和导热系数一、傅里叶定律和导热系数（一）温度场和温度梯度1、温度场：任一瞬间，在所研究空间中所有点上温度分布的总称，是空间坐标和时间的函数。稳态温度场非稳态温度场2、等温面与等温线：在温度场中,将温度相等的点连成面即为等温面。等温面与任一平面的交线便是等温线。等温线与另一条温度不同的等温线不可能相交,它可以是封闭曲线或者终止于物体的界面上。一、傅里叶定律和导热系数（一）温度场和温度梯度1、温度场：任

热流线与等温线垂直，且指向温度降低的方向。

3、温度梯度：在温度场中，温度在空间上改变的大小程度，用gradt表示。它是在等温面法线方向ｎ上单位长度的温度增量,它是一个矢量,指向温度增大的方向。n热流的方向与温度梯度方向相反热流线与等温线垂直，且指向温度降低的方向。（二）傅立叶定律

热流量热流密度

1822年，法国数学家傅里叶（Fourier）在实验研究基础上，发现导热基本规律——傅里叶定律。（二）傅立叶定律热流量热流密度1821）

2）各种物质的值都是温度的函数。

3）多孔物质的值较小，吸水后导热系数急剧增大。

（三）导热系数

导热系数表明物体导热能力的程度，是每单位温度梯度所传导的热流密度值。1）

2）各种物质的值都是温度的函数。

3）多孔物质的二、导热微分方程式（HeatDiffusionEquation）确定导热体内的温度分布是导热理论的首要任务。傅里叶定律：确定热流密度的大小，应知道物体内的温度场:理论基础：傅里叶定律+热力学第一定律假设：(1)所研究的物体是各向同性的连续介质

(2)热导率、比热容和密度均为已知

(3)物体内具有内热源；强度[W/m3];

内热源均匀分布；表示单位体积的导热

体在单位时间内放出的热量(一)导热微分方程式二、导热微分方程式（HeatDiffusionEqua在导热体中取一微元体热力学第一定律：

d时间内微元体中：[导入与导出净热量]+[内热源发热量]=[热力学能的增加]1、导入与导出微元体的净热量d时间内、沿x轴方向、经x表面导入的热量：在导热体中取一微元体热力学第一定律：d时间内微元体中：d时间内、沿x轴方向、经x+dx表面导出的热量：d时间内、沿x轴方向导入与导出微元体净热量：其中：d时间内、沿x轴方向、经x+dx表面导出的热量：

同理：d时间内、沿y、z

轴方向也有导入与导出微元体净热量：同理：d时间内、沿y、z轴方向也有导入与导出微元2、微元体中内热源的发热量d时间内微元体中内热源的发热量：3、微元体热力学能的增量d时间内微元体中热力学能的增量：由[1]+[2]=[3]：导热微分方程式、导热过程的能量方程2、微元体中内热源的发热量d时间内微元体中内热源的发热量

直角坐标系下，为常数，有内热源的、三维、非稳态导热微分方程：

a为导温系数（是一个物性参数），也称热扩散系数，说明物体被加热或冷却时其各部分温度趋于一致的能力。a大的物体被加热时，各处温度能较快地趋于一致。直角坐标系下，为常数，有内热源的、三维、非稳态对无内热源、常物性、一维非稳态导热微分方程对无内热源、常物性、一维稳态导热微分方程或者：对无内热源、常物性、一维非稳态导热微分方程对无内热源、常物性

定解条件：使微分方程获得适合某一特定问题的解的特定条件。初始条件：边界条件：初始时刻的温度分布，只适用于非稳态导热。导热物体边界上的温度或换热情况。1）第一类边界条件：给定边界上的温度值；2）第二类边界条件：给定边界上的热流密度值；3）第三类边界条件：给定边界上物体与周围流体间的换热系数及周围流体的温度。定解条件：使微分方程获得适合某一特定问题的解三、平壁导热（一）单层平壁

平壁的长和宽远远大于，且两侧壁面温度保持t1和t2，则热量只沿x方向传导，为一维温度场。三、平壁导热（一）单层平壁平壁的长和宽远远大

平壁的长和宽远远大于，且两侧壁面温度保持t1

和t2，则热量只沿x方向传导，为一维温度场。

无内热源、常物性、一维稳态导热微分方程。平壁的长和宽远远大于，且两侧壁面温度保持一次积分二次积分边界条件一次积分二次积分边界条件123123（二）多层平壁的导热123123（二）多层平壁的导热四、圆筒壁导热（一）单层圆筒壁导热只沿半径方向四、圆筒壁导热

从上式解出，通过每米管长的导热量ql从上式解出，通过每米管长的导热量ql（二）多层圆筒壁的导热（二）多层圆筒壁的导热

当d2/d1＜2时，若按平壁计算，其误差不超过4℅；当d2/d1＜1.3时，其误差不超过0.5℅。

对于锅炉中的管子、冷凝器中的管子以及气缸壁，都可以用平壁公式来计算。

当d2/d1＜2时，若按平壁计算，其误五、通过接触面的导热

实际固体表面不是理想平整的，所以两固体表面直接接触的界面容易出现点接触，或者只是部分的而不是完全的和平整的面接触

——给导热带来额外的热阻。

当界面上的空隙中充满导热系数远小于固体的气体时，接触热阻的影响更突出。——接触热阻

当两固体壁具有温差时，接合处的热传递机理为接触点间的固体导热和间隙中的空气导热，对流和辐射的影响一般不大。(Thermalcontactresistance）五、通过接触面的导热实际固体表面不是理想平整：接触热阻（1）当热流量不变时，接触热阻Rt

较大时，必然在界面上产生较大温差;（2）当温差不变时，热流量必然随着接触热阻Rt

的增大而下降;（3）即使接触热阻Rt不是很大，若热流量很大，界面上的温差是不容忽视的。.：接触热阻（1）当热流量不变时，接触热阻Rt较大时，必然接触热阻的影响因素：

（1）固体表面的粗糙度（3）接触面上的挤压压力

（2）接触表面的硬度匹配（4）空隙中的介质的性质在实验研究与工程应用中，消除接触热阻很重要

导热姆（导热油、硅油）、银先进的电子封装材料（AIN），导热系数达400以上接触热阻的影响因素：（1）固体表面的粗糙度（3）接触面第四节对流换热原理

运动着的流体与固体壁面之间的热传递过程称为对流换热。对流换热是热对流和热传导两种热传递基本方式同时起作用的一种复杂的热传递过程。因此,影响对流换热的因素远比导热要多。

一、对流换热概述二、对流换热过程的数学描述三、对流换热过程的实验求解第四节对流换热原理运动着的流体与固体壁面之间的热传一、对流换热概述1对流换热的定义和性质对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的热量传递现象。●对流换热实例：1)暖气管道;2)电子器件冷却；3)电风扇●对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式一、对流换热概述1对流换热的定义和性质对流换热是指流体流(1)

导热与热对流同时存在的复杂热传递过程(2)必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差(3)由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层2对流换热的特点3对流换热的基本计算式牛顿冷却式:(1)导热与热对流同时存在的复杂热传递过程2对流换热的特4对流换热系数——当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。如何确定α及增强换热的措施是对流换热的核心问题。研究对流换热的方法：（1）分析法（2）实验法（3）比拟法（4）数值法4对流换热系数——当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面5对流换热的影响因素

对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。其影响因素主要有以下五个方面：(1)流动起因;(2)流动状态;(3)流体有无相变;(4)换热表面的几何因素;(5)流体的热物理性质。5对流换热的影响因素对流换热是流体的导热和对(1)流动起因

自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动。

强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动。(1)流动起因自然对流：流体因各部分温度不(2)流动状态层流：整个流场呈一簇互相平行的流线紊流：流体质点做复杂无规则的运动（Laminarflow）（Turbulentflow）(2)流动状态层流：整个流场呈一簇互相平行的流线紊流：流体(3)流体有无相变单相换热：相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等（Singlephaseheattransfer）（Phasechange）（Condensation）（Boiling）(3)流体有无相变单相换热：相变换热：凝结、沸腾、升华、凝(4)换热表面的几何因素：内部流动对流换热：管内或槽内外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束(4)换热表面的几何因素：内部流动对流换热：管内或槽内外部(5)流体的热物理性质：导热系数密度比热容动力粘度运动粘度体胀系数(5)流体的热物理性质：导热系数密度比热容动力粘度运动粘度综上所述，对流换热系数是众多因素的函数：综上所述，对流换热系数是众多因素的函数：

对流换热问题的分类对流换热无相变有相变强制对流内部流动外部流动自然对流混合对流沸腾换热凝结换热外掠平板的对流换热外掠单根圆管的对流换热外掠圆管管束的对流换热外掠其它截面形状柱体的对流换热射流冲击换热圆管内强制对流换热其它形式截面管道内的对流换热大空间自然对流有限空间自然对流大容器沸腾管内沸腾管外凝结管内凝结6对流换热的分类：对流换热问题的分类对流换热无相变有相变强制对流内部流动外部二、对流换热过程的单值性条件：几何条件：换热物体的形状和尺寸；物性条件：流体的种类以及热物性参数；边界条件：流体边界面上的速度和温度；时间条件：初始时刻的速度和温度等；只适用于非稳态过程。二、对流换热过程的单值性条件：几何条件：换热物体的形状和尺寸确定对流换热系数的方法数学分析法、实验法和类比法1.数学分析法

质量守恒、能量守恒和动量守恒描述一般的对流换热现象，利用某一特定现象的单值条件，建立一个对流换热的物理模型，进行数学分析，求得换热系数。现象所服从的基本规律某一具体的换热现象对流换热现象=对流换热微分方程组+单值条件边界层方法的分析解离散化方法的数值解求近似解确定对流换热系数的方法数学分析法、实验法和类比法1.数学分析2.实验法经验法半经验法利用实验测得的数据，计算出换热系数值，再利用在该实验范围内获得的一系列值，整理成经验公式。根据换热现象的物理模型，用相似理论找到判别一组相似的对流换热现象所具有的充要条件，应用大量实验数据整理出适用于某一实验范围内的准则方程。现象所服