西安交大热工基础课件

西安交通大学热工基础课件欢迎来到西安交通大学热工基础课程。本课件将带您深入了解热力学、传热学和流体力学的核心概念。热工基础课程简介热力学研究热能转换和热平衡的科学传热学探讨热量传递的规律和机制流体力学分析流体运动和相互作用的学科热力学基础概念温度物体热状态的度量压力单位面积上的作用力比容单位质量的体积热量、能量和功热量物体间传递的能量形式，单位焦耳(J)能量物体做功的能力，包括动能、势能等功力与位移的乘积，表示能量转换的过程理想气体状态方程PV=nRTP为压力，V为体积，n为物质的量，R为气体常数，T为绝对温度应用范围适用于低压、高温条件下的气体局限性忽略了分子间相互作用，在高压下误差较大理想气体的内能和焓1内能U气体分子的平均动能总和2焓HH=U+PV，表示气体的总能量3关系对理想气体，内能和焓仅是温度的函数第一定律和热功转换能量守恒系统得到的热量等于内能增加与对外做功之和数学表达Q=ΔU+W应用分析热力过程中能量的转换和分配循环过程和热机1热机将热能转化为机械功的装置2卡诺循环理想热机的工作循环3效率输出功与输入热量的比值熵的概念1定义描述系统混乱程度的状态函数2计算可逆过程中，dS=δQ/T3意义判断过程方向和不可逆性熵的增加原理2定律热力学第二定律：孤立系统的熵总是增加的0平衡态系统达到平衡时，熵达到最大值∞应用预测自发过程的方向和极限可逆过程和不可逆过程可逆过程理想化的过程，系统可以回到初始状态，无熵产生不可逆过程实际过程，伴随熵的产生，不能完全回到初始状态蒸汽动力循环锅炉产生高温高压蒸汽汽轮机蒸汽膨胀做功冷凝器蒸汽冷凝回水气体动力循环1压缩压缩机增加气体压力2加热燃烧室提高气体温度3膨胀涡轮机中气体做功4排气废气排出，完成循环制冷循环压缩压缩机提高制冷剂压力和温度冷凝冷凝器中制冷剂放热液化节流节流阀降低制冷剂压力蒸发蒸发器中制冷剂吸热气化传热学基础传热方式导热、对流和辐射传热过程温度梯度驱动下的能量传递应用换热器设计、建筑保温等导热传热模式金属导热自由电子传递热量绝缘体导热晶格振动传递热量流体导热分子碰撞传递热量导热微分方程1傅里叶定律q=-k(dT/dx)，热流密度与温度梯度成正比2一维稳态导热方程d²T/dx²+q/k=03边界条件确定温度分布的关键稳态导热计算平壁导热Q=kA(T1-T2)/L圆筒壁导热Q=2πkL(T1-T2)/ln(r2/r1)球壁导热Q=4πk(T1-T2)/(1/r1-1/r2)换热设备设计1换热器类型管壳式、板式、翅片式等2设计参数传热面积、流速、压降3性能评估传热系数、效率、经济性对流传热概念自然对流由浮力驱动的流动强制对流由外力驱动的流动相变传热如沸腾和凝结对流传热系数计算牛顿冷却定律q=h(Tw-T∞)无量纲数Nu,Re,Pr用于相似性分析经验公式基于实验数据的拟合方程辐射传热基础电磁波无需介质的能量传递方式黑体辐射理想辐射体，遵循斯特凡-玻尔兹曼定律灰体实际物体，辐射能力小于黑体辐射计算方法1视角系数考虑物体几何关系的辐射换热2辐射网络法类比电路分析辐射换热3蒙特卡罗法统计模拟复杂辐射问题真实流体力学粘性流体内部的摩擦力压缩性体积随压力变化的特性表面张力液体表面的收缩趋势粘性流体的流动特性1层流流体呈层状流动，无混合2过渡流层流向湍流的过渡状态3湍流流体剧烈混合，不规则运动管道流动计算雷诺数判断流动状态摩擦系数计算压力损失局部阻力弯头、阀门等造成的压降泵性能和选型扬程泵能提升液体的高度流量单位时间内输送的液体体积效率有效功率与输入功率之比流体机械基础叶轮机械通过旋转叶片与流体交换能量容积式机械通过改变工作容积输送流体喷射式机械利用高速射流带动流体风机、压缩机工作原理1进气流体进入机械内部2压缩增加流体的压力和密度3排气高压