热工基础7
904热工基础
904热工基础【最新版】目录一、热工基础的概念与重要性二、热工基础的基本原理三、热工基础的应用领域四、热工基础的发展趋势正文一、热工基础的概念与重要性热工基础，全称为热能工程基础，是一门研究热能的生成、转换、传输及利用的学科。
它主要研究热力学、传热学、燃烧学等基础理论，以及热力设备、热力系统等实际应用。
在我国能源领域，热工基础占据着重要地位，对于能源的开发、利用和节约具有重要意义。
二、热工基础的基本原理热工基础主要包括以下几个方面的基本原理：1.热力学原理：研究热能与其它能量之间的转换关系，如热力学第一定律和第二定律。
2.传热学原理：研究热能在不同介质中的传输规律，如导热、对流和辐射传热。
3.燃烧学原理：研究燃料与氧气在特定条件下的化学反应过程，如燃烧反应动力学和燃烧过程的控制。
三、热工基础的应用领域热工基础在多个领域具有广泛的应用，如：1.能源工程：包括火力发电、核能发电、太阳能发电等，热工基础为这些领域提供理论基础和设计依据。
2.化工过程：石油化工、煤化工、天然气化工等，热工基础为化工过程提供热能转换和利用的技术支持。
3.冶金工业：钢铁、有色金属等，热工基础为冶金工业提供高温熔炼、热处理等关键技术。
4.航空航天：火箭推进、发动机燃烧等，热工基础为航空航天领域提供高性能热力系统的设计与优化。
四、热工基础的发展趋势随着全球能源需求的增长以及环境污染问题的加剧，热工基础在未来发展中将面临诸多挑战和机遇。
具体表现在以下几个方面：1.高效清洁能源技术的研究：热工基础将更加注重高效、清洁、可再生能源技术的研究，以降低能源消耗和减少环境污染。
2.节能减排技术的发展：热工基础将加大对节能减排技术的研发力度，提高能源利用效率，降低碳排放。
3.热工系统智能化：随着信息技术的发展，热工基础将引入大数据、云计算等技术，实现热工系统的智能化和优化运行。
总之，热工基础作为能源领域的重要学科，对于我国能源事业的发展和环境保护具有重要意义。
《热工基础(张学学 高教》课后答案 第五章-第七章
传出的热量为：
Q mu u' mh h' mv(P2 P1) 816 .69kJ
5-5 某汽轮机入口蒸汽的压力 p1 1.3 MPa、 t1 350 ℃，出口蒸汽压力为 p2 0.005
MPa，假定蒸汽在汽轮机内进行理想绝热膨胀，忽略进、出口动能差，求每千克蒸汽流过汽
轮机所作的轴功及乏汽(排汽)的温度和干度。
解：查表得：
'' 0.89219 m3 / kg
h h'' 2706.18kJ / kg
所以：
V mv 0.5 0.89219 0.446095m3 t 800 C 时，
'＝0.00102903 0.89219 '' 3.4086
所以为湿饱和蒸汽。
x ' 0.89219 0.00102903 26.2% '' ' 3.4086 0.00102903 h xh''(1 x)h' 938.40kJ / kg
能源第七章 热量传递的三种基本方式
Φ 1A1 (T14 -T24 ) W
A1 A2
T1 , A1,ε1 T2
热工基础与应用
4. 例题 已知：A=1.42m2(H=1.75m,d=0.25m),t1=30℃,t2=10 ℃(冬),t2=25℃(夏),ε1=0.95 求：冬天与夏天人体与内墙的辐射传热量
③h：表面传热系数，是表征对流传热过程强弱的 物理量。过程量，与很多因素有关(流体种类、表 面形状、流体速度大小等)
④记住 h 的量级，“个” “十” “百” “千” “成千上万”。(表4-1)
流动方式：强制>自然对流
介质：水>空气 相变：有相变>无相变
水蒸气凝结>有机蒸汽凝结
热工基础与应用
三、辐射(radiation, thermal radiation) 1. 定义 辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式
q Φ A h(tw t f ) W m2 q Φ A h(t f tw) W m2
tw t f t f tw
流体力学研究：tw=tf , isothermal flow
①A:与流体接触的壁面面积
②约定对流传热量永远取正值(失去/得到)
热工基础与应用
③对流传热(convective heat transfer)：流体流 过温度不同的固体壁面时的热量传递过程（工程 上感兴趣）
热工基础与应用
3. 分类 对流传热按照不同的原因可分为多种类型 流动起因，分为：强制对流和自然对流。 是否相变，分为：相变对流传热和无相变对流传热。
热工基础与应用
4. 基本计算式—(Newton’s Law of Cooling)
热工基础课后习题参考答案完整版童钧耕,王平阳,苏永康编《热工基础》上海交通大学出版社
解：由题意可知 p1v1 = p2v2 ,= v2 2=v1 2m3
因此有 p=2
p1
v=1 v2
0.2MPa × =1 2
0.1MPa
在可逆定温膨胀过程中，设某一时刻的压力为 p，则有
∫ ∫ w=
v2 pd=v
v1
v2 p1v1 d=v v v1
p1v1
ln
1-3 用斜管压力计测量锅炉烟道气的真空度，管子倾斜角 α= 30° ，压力计使用密度 ρ = 0.8g/cm3 的煤油，斜管中液柱长 l = 200mm ，当地大气压力 pb = 745mmHg 。求烟
气的真空度（ mmHg ）及绝对压力。
2 / 78
解：压力计斜管中煤油产生的压力为
p j = ρ gl sina = 0.8×103 kg / m3 × 9.8× 0.2m × sin30°=784Pa
1-6 气体= 初态为 p1 0= .3MPa, V1 0.2m3 ，若在等压条件下缓慢可逆地膨胀到V2 = 0.8m3 ，
求气体膨胀所做的功。
解：有条件可得气体膨胀所做的功为
∫ ( ) W=
V2 pdV=
V1
p (V2 −V1 )=
0.3MPa × 0.8m3 − 0.2m3 = 180kJ
1-71m3空气， p1 = 0.2MPa ，在可逆定温膨胀后容积为原来的两倍。求：终压p2和气体所
当地大气压为
= pb 745mmHg=745mm ×133.3224Pa/mm=99325.2Pa
则烟气的绝对压力为
p = pb − pj = 99325.2Pa − 784Pa = 98541.2Pa
若压力计斜管中煤油产生的压力用mmH2O表示，则烟气的真空度为
热工基础复习资料
热工基础复习资料对于学习热力学的学生来说，热工基础是非常重要的一门课程。
热工基础是热力学、传热学和流体力学等学科的基本理论和实践基础。
这门课程的学习要求我们掌握热学基本概念、热学方程、热力学循环以及热力学系统等基本知识。
因此，我们需要认真复习这门课程，为后面的学习打下坚实的基础。
首先，我们需要复习热学基本概念。
热学基本概念包括热力学量、状态方程、热力学性质等，这些是热力学分析的基础。
通过学习这些概念，我们可以了解热力学中所涉及的物理量和表达式，掌握这些基本概念可以帮助我们理解热力学的其他知识点，如热平衡、热传导和热传递等。
其次，我们需要复习热学方程。
热学方程包括热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律等。
其中热力学第一定律是能量守恒定律，它表明热能可以被转化为其他形式的能量，而不会减少。
热力学第二定律是热力学循环的基础，它描述了能量在热机中的转化和传输。
热力学第三定律与热力学系统的熵有关，它帮助我们理解系统能量趋向熵增的规律。
复习这些方程可以加深我们对热力学理论的认识和理解。
此外，我们还需要复习热力学循环。
热力学循环是热力学在实际应用中的体现，如汽轮机、内燃机、制冷机等等。
掌握热力学循环可以帮助我们更好地理解热力学中的第二定律，并将理论知识应用到实际工程中去。
最后，我们还需要复习热力学系统。
热力学系统是指在一定条件下，内部组分和能量的交换受到控制的物质系统。
对热力学系统的了解，可以帮助我们对物质在不同状态之间的转化、物质内能等概念进行更深入的理解，同时也可以帮助我们更好地理解实际问题的本质，为我们在工程中的设计提供帮助。
小结起来，复习热工基础需要我们掌握热学基本概念、热学方程、热力学循环以及热力学系统等基础知识。
这些基础知识是后续热力学、传热学、流体力学等学科的基础，因此我们必须认真对待复习。
希望能在复习中发现自己的不足之处，及时补上，为后面的学习打下坚实的基础。
《热工基础》课程教学大纲
《热工基础》课程教学大纲课程代码：020232041课程英文名称：Fundaments of Thermodynamics and Heat Transfer课程总学时：32 讲课：24 实验：8 上机：0适用专业：能源与动力工程；车辆工程大纲编写（修订）时间：2017.5一、大纲使用说明；（一）课程的地位及教学目标热工基础是车辆工程专业的一门专业基础选修课，主要讲述热能与机械能相互转换的基本理论、热能合理利用和热量传递规律，为学生学习后续专业课程和将来解决热工领域的工程技术问题奠定坚实的基础。
通过本课程的学习，使学生掌握热力学和传热学两方面的热工理论知识，获得有关热科学的基本计算和解决有关热工工程问题的基本能力。
通过对本课程的学习，学生应达到以下基本要求：1.正确理解热力系统、平衡和可逆等概念；2.掌握热力学的基本定律；3.掌握热力循环和热力过程的基本分析方法；4.掌握热量传递的三种基本方式的概念和基本定律；5.对典型的传热现象能进行分析和计算。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：掌握热力学系统、热力学平衡状态、可逆等基本理论知识；掌握热量传递的三种基本方式（导热、对流和辐射）的基本理论知识。
2.基本理论和方法：掌握热力学第一定律和第二定律的实质，建立能量守恒的概念；掌握导热、对流和热辐射换热的基本定律，并学会对传热过程进行解剖处理和分析计算的基本方法。
3.基本技能：通过对热力循环和热力过程的学习，能够把实际热工设备的工作过程进行相应的简化，并在此基础上应用热力学定律进行分析计算；能对强化传热和减少传热损失所采取的技术措施进行综合分析。
（三）实施说明1.教学方法：本课程教学方式为课堂教学，在教学中应采用课堂讨论、提问等各种教学手段和方法，调动学生的思维、激发学生的学习兴趣，使学生对这门课有深刻的认识。
讲课过程中要联系实际，注重培养学生的创新能力。
2.教学手段：在教学中采用电子教案并播放相应的教学视频，加深对教学内容的理解，确保在有限的学时内，直观全面、高质量地完成课程教学任务。
热工基础第7章课后答案
热工基础第7章课后答案第七章思考题1. 什么情况下必须采用多级压缩？多级活塞式压缩机为什么必须采用级间冷却？答：为进一步提高终压和限制终温,必须采用多级压缩。
和绝热压缩及多变压缩相比，定温压缩过程，压气机的耗功最小，压缩终了的气体温度最低，所以趋近定温压缩是改善压缩过程的主要方向，而采用分级压缩、中间冷却是其中一种有效的措施。
采用此方法，同样的压缩比，耗功量比单级压缩少，且压缩终温低，温度过高会使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质。
理论上，分级越多，就越趋向于定温压缩，但是无限分级会使系统太复杂，实际上通常采用2－4级。
同时至于使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质,必须采用级间冷却。
2. 从示功图上看，单纯的定温压缩过程比多变或绝热压缩过程要多消耗功，为什么还说压气机采用定温压缩最省功？答：这里说的功是技术功，而不是体积功，因为压缩过程是可看作稳定流动过程，不是闭口系统，在p-v图上要看吸气、压缩和排气过程和p轴围成的面积，不是和v轴围成的面积。
3. 既然余隙不增加压气机的耗功量，为什么还要设法减小它呢？答：有余隙容积时，虽然理论压气功不变，但是进气量减少，气缸容积不能充分利用，当压缩同量的气体时，必须采用气缸较大的机器，而且这一有害的余隙影响还随着增压比的增大而增加，所以应该尽量减小余隙容积。
4. 空气压缩制冷循环能否用节流阀代替膨胀机，为什么？答：蒸汽制冷循环所以采用节流阀代替膨胀机，是因为液体的膨胀功很小，也就是说液体的节流损失是很小的，而采用节流阀代替膨胀机，成本节省很多，但是对于空气来说，膨胀功比液体大的多，同时用节流阀使空气的熵值增加很大，从T-s图上可以看出，这样使吸热量减少，制冷系数减少。
5. 绝热节流过程有什么特点？答：缩口附近流动情况复杂且不稳定，但在缩口前后一定距离的截面处，流体的流态保持不变，两个截面的焓相等。
对于理想气体，绝热节流前后温度不变。
6. 如图7-15(b)所示，若蒸汽压缩制冷循环按122 351 运行，循环耗功量没有变化，仍为h2 h1，而制冷量则由h1 h4增大为h1 h5,这显然是有利的，但为什么没有被采用？答：如果按122 351运行，很难控制工质状态，因此采用节流阀，经济实用。
热工基础(张学学 第三版)复习知识点
式
数间的关系
交换的功量
w /( J / kg) wt /( J / kg)
交换的热 量
q /(J / kg)
定容 v 定数 定压 p 定数 定温 pv 定数
定熵 pvk 定数
v2
v1;
T2 T1
p2 p1
p2
p1
;
T2 T1
v2 v1
T2
T1;
p2 p1
v1 v2
p2 p1
1.理想气体：理想气体分子的体积忽略不计；理想气体分子之间
无作用力；理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性
碰撞。
2.理想气体状态方程式（克拉贝龙方程式）
PV mRgT
其中 R 8.314J /(mol K )，
或 PV nRT
RgΒιβλιοθήκη R M3.定容比热与定压比热。
定容比热 cV
wt
1 2
c f
2
gz
ws
当 p2v2 p1v1 时，技术功等于膨胀功。
当忽略工质进出口处宏观动能和宏观位能的变化，技术功就
是轴功；且技术功等于膨胀功与流动功之差。
在工质流动过程中，工质作出的膨胀功除去补偿流动功及宏
观动能和宏观位能的差额即为轴功。
7.可逆过程的技术功：
wt
2
vdp
6.边界：系统与外界的分界面。
7.系统的分类：
（1）闭口系统：与外界无物质交换的系统。
（2）开口系统：与外界有物质交换的系统。
（3）绝热系统：与外界之间没有热量交换的系统。
（4）孤立系统：与外界没有任何的物质交换和能量（功、热量）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
pb p1
＜ 时，选缩放形喷管。
pb——喷管出口处外界压力（背压） p2——出口截面上压力。
结论：采用渐缩形喷管只能获得亚音速和音速气
流，要想获得超音速气流，必须采用缩放形喷管。
四、 流量 的计算
qm
或
Ac v
A2 c 2 v2
（渐缩喷管）
（缩放喷管）
qm
A cr c cr v cr
大流量。
五、蒸气的流动特点（小结）
1、过程方程中κ值不同，κ为经验值，不具有
比热比的含义；
2、临界压力比计算公式同理想气体，只需代
入蒸汽的κ值即可；
3、能量方程（计算流速）中h值应查蒸气表 或图。
7―4 绝热节流
一、绝热节流现象
二、 能量方程
q h 1 2 c gz ws
2
第七章 气体与蒸汽的流动
主要研究内容：气体和蒸汽在流动过程中的能量传
递与转换规律。
工程应用举例：
1、喷管（重点） • 涡轮机械：高温高压气体流经喷管后流速升高， 然后进入涡轮机冲击叶轮旋转，输出机械功； • 喷气式飞行器：利用尾部喷管高速气流的反作用
力推进飞行器；
• 射流设备：消防设备、射流风机等。
*
,
p
*
滞止压力。）
由
c cr
2 1 p cr R g T1 p 1 1
1
1
ca
R g T cr
p cr R g T1 p 1
c cr c a
可推得
2、扩压管
• 叶轮式压气机：涡轮机流出的高速气流经扩压管 将动能转换为压能。 • 冲压式喷气推进机：前方扩压管、尾部喷管（气 流经扩压管进入燃烧室，燃气进入尾部喷管）速度
足够高时不需燃料，但不能自行起飞。
3、绝热节流 • 制冷装置：节流阀 • 管路中的减压阀、调节阀或流道截面突然变化等 情况。
重点研究内容：研究气体在喷管中的流动规律。
干饱和蒸气：κ=1.135 ，ν= 0.577 ；
湿蒸气：κ=1.035 + 0.1x 在喷管设计中，ν是选择喷管外形的重要依据。
三、 喷管的选型原则（气体）——节能： 喷管的设计工况： 设 c1 < ca，则当
1）c2≤ ca 时，
pb p1
p2 pb
时，选渐缩形喷管；
2）c2 > ca 时，
当 c1≥ 50 m/s 时，不能忽略 c1 的影响，此时 前面计算流速公式中用 h0 代替 h1 。 二、 临界流速、临界压力比 1. 定义： 临界流速： ccr= ca （当地音速）
p cr p1
临界压力比： ( 或 cr , cr ）
（当 c1 较大时，
p cr p
T* 和 p*的计算式见 P.115 式（7.26）和（7.27）(改)
滞止过程（c→0、T↑、p↑）：c↑→△T↑，△p↑
理想气体实际滞止与定熵滞止温度相同（焓相同）， 但压力小于定熵滞止压力（有熵产）。
因 过程为 s ,式（5）的微分表达式为：
c vdp d 2
2
(6 )
（思考：式（6）的使用条件） 由(6）得：
dc c
vdp c
2
（能量转换）
p↓→ c↑（喷管），反之 p↑→ c↓（扩压管）
四、音速方程
气体音速 ca (a) ：
ca
ca
pv
pv R g T
理想气体的音速：
1. 当地音速：
流体处于某一状态下的音速。
不同截面(状态)ca不同. 2. 马赫数 Ma=c /ca
最大流量——以压比为自变量求极值，求得：
当
p2
2 1 p1 1
2
q m , max A 2
2 1 p 1 · · 1 1 1
2
或
q m , max
A 2 c cr
cr
分析：对渐缩喷管
当 pb＝pcr 时:
作业：7.1，7.2，7.3
微分得:
dp p
dv v
注：理想气体κ为绝热指数（cp/cV）, 蒸气κ为经验值
三、稳流能量方程
q h 1 2 c gz ws
2
（普遍适用）（3）
（可逆） g△z = 0； （4）
q h
2 1
dp
简化条件：
q=0
ws＝0；（wt= -Δh≠0） 将简化条件代入式（3）得：
c cr
p cr p1
2 1 1 2
1
R g T1
2. 临界压力比ν的取值（仅取决于气体的热力性质）
理想气体： 单原子气：κ＝1.67，ν= 0.487 双原子气：κ=1.4，ν= 0.528
多原子气：κ=1.3，ν= 0.546
对于蒸汽，κ仅是一经验数据，有 过热蒸气：κ=1.3 ，ν= 0.546 ；
7―3 喷管中流速及流量的计算
一、出口流速
1 2 ( c 2 c1 ) h1 h 2
2 2
c2
2 ( h1 h 2 ) c1
2
通常c1<< c2，当c1< 50 m/s 时, c1可忽略不计, 则
c2 2 ( h1 h 2 ) m/s
（以上公式使用条件：任意工质、任意过程）
对渐缩喷管, 将 c2、v2 (理想气体)计算式代入得:
q m A2
2 1 p2 2 p1 p 2 p 1 1 p1 1
kg/s
流量随压比的变化曲线见P.115 图7.3
1 2 c h wt
2
（5） (任意工质和过程)
∴ 动能的增量 = 焓降=技术功
由（5）式还可推得在喷管任意截面处，有：
1 Байду номын сангаас c h1
2 1
1 2
c 2 h2 h c pT
2 *
*
const
h* 为气体绝热滞止时的焓，滞止时的温度和压力用
T* 和 p* 表示。
p dp
c
2
dA A
( Ma
2
1)
dc c
Ma
c ca
——截面方程
P.112（7.18）
分析：
dA A
( Ma
2
1)
dc c
喷管沿程 dc > 0，根据截面方程 在 Ma < 1 区间，dA < 0；
在 Ma > 1 区间（较少），dA > 0；
扩压管与喷管正好相反。 在 Ma＝1 处，dA＝0，即在 c＝ca 处，dA＝0。 液体例外：喷管渐缩；扩压管渐扩。
两种常用喷管的形状：
简化模型: 一维、定熵(可逆、绝热)、稳定流动
7―1 一维稳定流动基本方程
一、 连续性方程（对流道中任意截面） A c qm const （1） v
微分整理, 得:
dA A
dv v
dc c
对液体：dv = 0，其喷管只能是渐缩喷管，c２≤当地音速．
二、(定熵)过程方程 pvκ＝const （2）
当 pb＞pcr 时:
p2 pb ,
c 2 c cr c a ,
q m q m , max
此时，pb 降低, 流速和流量均增大。
对缩放喷管
p2 pb , q m q m , max
质量流量与压比的关系见P.115 图7.3 其中右边抛物线实线段是渐缩喷管的流量变化规
律, 左边水平实线段是缩放喷管的流量, 恒等于最
对于理想气体
c2
2 c p (T1 T 2 )
对于水蒸气，可查水蒸气表或图得 h1、h2。
在定熵条件下，若工质为理想气体，可进一步化为
c2 2 R g (T1 T 2 )
1
2
1 p2 R g T1 1 ( ) 1 p1
c2 与工质性质、进口处的状态参数及压力比有关。
p 2 p b p cr , c 2 c cr c a , q m q m , max
当
p b p cr 时:
, c 2 c cr c a , q m q m , max
p 2 p cr p b
上述两种情况, 无论 pb 如何降低, 流速和流量均不再 变化。
Ma >1：超音速；Ma＝1：音速；Ma <1：亚音速。
7-2 气体流速与管道截面积的关系
一、气体流速与管道截面积的关系——截面方程 由
dA A d d dc c dp ( 过程 (能量 ( 音速 ( 连续 ) ) ) )
dc c
，
q 0,
1 2
c 0 , w s， 0
2
h 0 , h1 h 2
节流前后焓相等。
二、 各种参数的变化
1. 对理想气体： ∵ h1＝h2，∴ T1=T2 ，节流前后温度不变。 2. 对实际气体 三种可能：T1>T2，T1＝T2，T1<T2。 3. s 的变化 S ↑， 节流是高度不可逆过程。 4. P↓, 节流后压力下降。