热工基础山东大学崔峥
热工基础-05第五章_热工基础的应用资料
山东大学（威海）机械系
第一节 喷管和扩压管
• 本章研究气体和蒸气在变截面短管内的流动。最后获得
喷管和扩压管的流动规律.
• 先分析可逆流动，然后对不可逆过程进行修正。
• 流动为一元流动。
•
先分析理想气体过程，再分析蒸气过程。 1
2
一 稳定流动的基本方程式1、质 Nhomakorabea守恒方程
1
2
qm1
饱和水蒸气 1.135
cr =0.577
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2、喷管q的m流量A计v22c算2
Acr ccr vcr
qm A2
2
1
2 1
p0 v0
p2 p0
p2 p0
=
f
(
p2 p0
)
对于渐缩喷管
cr
p2 p0
1
qm
b
c
(5 15)
对于缩放喷管
0 p2 1 p0
c
ca
x
x
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三 喷管
喷管：用于加速气流的管道称为喷管。
１、渐缩喷管
１
Ｍ< 1
２
Ｍ≤1
２、缩放喷管（拉伐尔喷管）
２ １
dA = 0
Ｍ< 1
Ｍ= 1
Ｍ> 1
２ １
dA < 0
１
dA > 0
２
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1、喷管的流速计算及分析 （主要是出口截面的流速计算与分析）
由
h0
h1
Ｍ> 1
dA = 0
Ｍ= 1
dA < 0
dA > 0
热工基础(张学学--第三版)复习知识点
热工基础（第三版）张学学复习提纲第一章基本概念1.工程热力学是从工程角度研究热能与机械能相互转换的科学。
2.传热学是研究热量传递过程规律的一门科学。
3.工质：热能转换为机械能的媒介物。
4.热力系统：选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统，简称系统。
5.外界（或环境）：系统之外的一切物体。
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）交换。
8.热力状态：系统中的工质在某一瞬间呈现的各种宏观物理状况的总和称为工质（或系统）的热力状态，简称为状态。
9.平衡状态：在不受外界影响的条件下，工质（或系统）的状态参数不随时间而变化的状态。
10.基本状态参数：压力、温度、比容、热力学能（内能）、焓、熵。
11.表压力Pg、真空度Pv、绝对压力PP g = P - P b P v = P b - P12.热力学第零定律(热平衡定律) ：如果两个物体中的每一个都分别与第三个物体处于热平衡，则这两个物体彼此也必处于热平衡。
13.热力过程：系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。
14.准平衡过程（准静态过程）：热力过程中，系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。
15.可逆过程：一个热力过程完成后，如系统和外界能恢复到各自的初态而不留下任何变化，则这样热力过程称为可逆过程。
16.不可逆因素：摩擦、温差传热、自由膨胀、不同工质混合。
17.可逆过程是无耗散效应的准静态过程。
18.系统对外界做功的值为正，外界对系统做功的值为负。
系统吸收热量时热量值为正，系统放出热量时热量值为负。
第二章热力学第一定律1.热力学第一定律：在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。
也可表述为：不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。
热工基础教学大纲
热工基础教学大纲一、课程概述本课程是介绍热力学相关的知识，包括热力学基本概念、状态方程、热力学第一定律和第二定律以及热力学循环等。
本课程着重讲解热力学基本概念和定律，为学生深入理解热力学的应用奠定基础。
二、教学要求1.掌握热力学的基本概念、状态方程、热力学第一定律和第二定律等基础知识；2.掌握热力学循环的原理与应用；3.能够应用所学知识解决基本的热力学问题。
三、教学内容及教学进度章节节数教学内容第一章热力学基本概念2热力学基本概念、热力学系统、过程、平衡及稳定第二章热力学第一定律（能量守恒定律）4热力学第一定律、状态方程、热容量和焓第三章热力学第二定律（熵增原理）4热力学第二定律、熵及其计算方法、可逆过程第四章热力学循环2反应炉及其热力学工作循环、蒸汽章节节教学内容数动力循环第五章热力学应用4理想气体循环、真实气体循环、计算机辅助热力学注：教学进度为每周2节课，共计16周。
四、教学方法1.讲授：授课教师将内容详细、透彻地讲解并通过图像予以说明，重点突出，简明扼要，注重理论联系实际；2.练习：由教师在课堂上布置练习题并解答，或将一定量的习题要求学生在课后认真完成，并将重点、难点、疑点向学生重点解释；3.实验：通过热学实验环节，让学生进一步了解热力学内容和知识，拓展学生的视野，提高实践能力；4.讨论：设置问题讨论环节，让学生独立思考、吸收知识、借鉴他人经验，培养学生积极参与、独立思考、团队合作、创新意识的能力；5.课外拓展：鼓励学生通过书籍、网络和其他渠道了解热力学基础知识的应用和前沿领域的发展，提高学生的自主学习能力。
五、考核办法1.平时表现：课堂练习和实验成绩占平时成绩的30%；2.期中考试：占总成绩的30%；3.期末考试：占总成绩的40%。
六、参考教材1.《热力学基础》（第四版）马紫良、周相忠、李荣华、李忠著，高等教育出版社，2018年；2.《热力学》（第八版）郭仁言、张皖民、林同喜、周雪苹编著，清华大学出版社，2021年；3.《工程热力学》（第四版）侃夫著，中国电力出版社，2018年。
“热工基础”课程教学大纲
“热工基础”课程教学大纲课程编号：学时：48 （理论学时：44 实验学时：4 课外学时：58）学分：2.5适用对象：机械工程与自动化、材料科学与工程、航空航天和工程力学等专业本科生先修课程：高等数学，大学物理一、课程性质和目的（100字左右）性质：基础理论目的：通过本课程学习，使学生掌握包括热能与机械能相互转换基本理论和热量传递规律两方面的热工理论知识，获得有关热科学的基本分析计算训练和解决有关热工工程问题的基本能力。
同时还应为学生对热学科的建模和问题的处理奠定基础。
二、课程内容简介（200字左右）热工基础是研究热现象的一门技术基础课程，主要讲授热能与机械能相互转换基本理论和热量传递规律，以提高热能利用完善程度的一门技术基础课，是机械学科、材料学科、航空航天和建筑等学科相关专业的一门必修课程。
本课程为学生学习有关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。
三、教学基本要求1．掌握热能和机械能相互转换的基本规律(第一、第二定律)，以解决工程实际中有关热能和机械能相互转换的能量分析计算和不可逆分析计算；2．掌握包括理想气体、蒸气和湿空气在内的常用工质的物性特点，能熟练应用常用工质的物性公式和图表进行物性计算；3．掌握不同工质热力过程和循环的基本分析方法，能对工质的热力过程和循环进行计算，具有解决实际工程中有关热能转换的能量分析和计算能力；4．掌握包括导热、对流换热、辐射换热三种热量传递方式的机理，进而掌握热量传递的基本规律和基本理论；5．能对较简单的工程传热问题进行分析和计算，具有解决较简单的传热问题，尤其解决是与力学分析有关的传热问题的能力。
四、教学内容及安排0绪论（能源概述）1、内容:能源和热能利用的基本知识：本学科研究对象，主要研究内容和方法。
2、要求：使学生掌握本学科的研究概况；了解能源和热能利用的概况，能源利用和社会、经济可持续发展的关系，节能的重大意义；正确认识、理解本课程与专业的关系。
热工基础与应用课后习题答案(全)第二版
山东大学热工基础课后习题解答第一章思考题1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。
热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。
表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。
若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。
3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。
4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。
5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？答：不正确。
不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。
6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。
而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。
7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？1答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。
习题1-1 解：5p b 755 133.3 10 1.006bar 100.6kPa1. p p b p g 1 0 .06 1 3 6 0 013 7 0.6k0 P a2. p g p p b 2.5 1. 006 1.494bar 149.4 k P a3. p p b p v 755 700 55m m H g 7.3315k P a4. p v p b p 1.006 0.5 0. 506bar 50.6k P a1-2 图1-8 表示常用的斜管式微压计的工作原理。
《热工基础》第五讲_114805516
dv 0 v const.
5
6
1
3-6 四种典型热力工程分析
初、终态参数的关系
3-6 四种典型热力工程分析
能量转换
v const . v v, pv Rg T 2 1
u cV (T2 T1 ) h c p (T2 T1 ) sv cV ln
p-v图和T-s图
3-6 四种典型热力工程分析
定压过程
过程方程
dp 0 p const .
dsv cV
9
dT T
dT ds
V
T cV
10
3-6 四种典型热力工程分析
初、终态参数的关系
p const . pv Rg T p2 p1 , v2 T2 v1 T1
p-v图定压线下方， T-s图定压线右下方， wt>0
39
40
例题（常见题型1）
1、试将满足以下要求的理想气体多变 过程在p-v图和T-s图上表示出来： （1）工质又膨胀、又吸热、又降温 （2）工质又受压缩、又升温、又吸热 （3）工质又受压缩、又降温、又降压
3-6 四种典型热力工程分析
能量转换
dp 0
wt vdp 0
p1 p2
u cV (T2 T1 ) h c p (T2 T1 ) T p T v s p c p ln 2 Rg ln 2 c p ln 2 c p ln 2 T1 p1 T1 v1
30
5
3-6 多变过程
多变比热容 多变指数
3-6 多变过程
cn nk cV n 1
n cn c p c n cv
热工基础实验指导书讲解
《热工基础实验》实验指导书周露亮编2016年2月目录实验要求 (2)实验一饱和蒸汽压力和温度关系实验 (3)实验二热管换热器性能实验 (6)实验三套管换热器液-液换热实验 (8)实验四球体法粒状材料的导热系数的测定 (10)实验五平板法导热系数的测定 (13)实验六中温辐射黑度的测定 (16)实验七燃料发热量的测定 (18)实验八烟气分析 (22)实验九流体力学综合实验 (26)实验十热工过程参数综合测定 (30)附录1 铜－康铜热电偶分度表 (32)附录2 精密数字温度温差仪使用方法 (33)实验要求1．实验前应预习与实验有关的教材内容和实验指导书，了解实验目的、实验原理、实验步骤和实验要求，做到心中有数。
2．在实验室要首先熟悉实验装置的构造特点、性能和使用方法，使用贵重仪器时需得到指导教师的许可，方可动用。
3．实验时应严肃认真、一丝不苟，细致地观察实验中的各种现象，并作好记录，通过实验，训练基本操作技能，培养科学的工作作风。
4．实验结束时，学生先自行检查全部实验记录，再经指导教师审阅后，方可结束实验。
5．实验时，如出现实验仪器损坏情况，应及时向指导教师报告。
6．按规定格式认真填写实验报告，并按期交出。
实验一饱和蒸汽压力和温度关系实验一、实验目的1、通过观察饱和蒸汽压力和温度变化的关系，加深对饱和状态的理解，从而树立液体温度达到对应于液面压力的饱和温度时，沸腾便会发生的基本概念。
2、通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽p—t关系图表的编制方法。
3、观察小容积的饱和沸腾现象。
二、实验设备本实验使用<可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验仪（ΙΙΙ型）>。
实验装置主要由加热密封容器（产生饱和蒸汽）、电接点压力表（0.1——0——1.5MPa）、调压器（0——220V）、图1电压表（图中未示出）、水银温度计（0——220℃）、测温管（管底注入少量机油，用来传递和均匀温度）和透明玻璃窗等组成（参见图1）。
热工基础与应用 第3版 知识点
《热工基础及应用》第3版知识点第一章 热能转换的基本概念本章要求：1.掌握研究热能转换所涉及的基本概念和术语；2.掌握状态参数及可逆过程的体积变化功和热量的计算；3.掌握循环的分类与不同循环的热力学指标。
知识点：1.热力系统：根据研究问题的需要和某种研究目的，人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统，简称热力系或系统。
热力系可以按热力系与外界的物质和能量交换情况进行分类。
2.工质：用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。
3.热力状态：热力系在某瞬时所呈现的宏观物理状态称为热力状态。
对于热力学而言，有意义的是平衡状态。
其实现条件是：0,0,0p T μ∆=∆=∆=。
4. 状态参数和基本状态参数：描述系统状态的宏观物理量称为热力状态参数，简称状态参数。
状态参数可按与系统所含工质多少有关与否分为广延量（尺度量）参数和强度量状态参数；按是否可直接测量可分为基本和非基本状态参数。
5. 准平衡（准静态）过程和可逆过程：准平衡过程是基于对热力过程的描述而提出的。
实现准平衡过程的条件是推动过程进行的不平衡势差要无限小，即0p ∆→，0T ∆→（0μ∆→）。
6、热力循环：为了实现连续的能量转换，就必须实施热力循环，即封闭的热力过程。
热力循环按照不同的方法可以分为：可逆循环和不可逆循环；动力循环（正循环）和制冷（热）循环（逆循环）等。
动力循环的能量利用率的热力指标是热效率：0=t H W Q η；制冷循环能量利用率的热力学指标是制冷系数：L 0=Q W ε。
第二章 热力学第一定律本章要求：1. 深入理解热力学第一定律的实质；2. 熟练掌握热力学第一定律的闭口系统和稳定流动系统的能量方程。
知识点：1. 热力学第一定律：是能量转换与守恒定律在涉及热现象的能量转换过程中的应用。
热力学第一定律揭示了能量在传递和转换过程中数量守恒这一实质。
2. 闭口系统的热力学第一定律表达式，即热力学第一定律基本表达式：Q U W =∆+。
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2.传热学的研究内容与研究方法
（1）研究内容
传热学主要研究热量传递的规律。 所谓热量，是指在温差的作用下传递的热能的数量。由于在人们的 日常生活和生产实践中温差几乎无处不在，所以热量传递是普遍存 在的物理现象。
一切热能利用过程都离不开传热，热能利用率和传热过程密切相关。
应的热力学能，也称为内热能；
能量的主要形式：
电
能： 与电荷的运动和积蓄有关的能量；
化学能： 通过化学反应释放的能量； 核 能： 通过核反应释放的能量； 辐射能： 物体以电磁波的形式发射的能量。
什么是能源？
能源，顾名思义，就是能量的源泉，即蕴含各种形式能 量的资源。具体来说，是指能够直接或间接提供能量的 物质资源。 能源是带有时代性的一个概念，不同时期，能源的范畴 是不同的。随着科学技术的进步，人类对物质性质及能 量转化方法的认识也在不断深化，对能源的界定也在不 断变化。
乔治 ·米歇尔——页岩气之父
能源对人类生活的影响至关重要，不仅满足了人类最基本的生存需求
，而且为人类社会的繁荣提供了物质基础。纵观人类历史长河，能源
的发展和利用成为每个时代的重要标志和人类进步的重要标志。 21世纪人们都在为追求良好的生存环境而努力，在这种背景下，清洁 能源的开发和利用显得格外重要。各国的能源消耗都是多元化发展的 ，其中风力发电和太阳能发电增长比较迅速，而煤炭和石油几乎处于 停滞状态。能源发展的趋势正向着洁净能源和可持续能源发展的方向
热工基础的研究内容 热 工 基 础
（热工理论基础）
主要研究内容： 主要研究热能利用的基本规律以及热能利用过程 及自然界所有热现象中热量传递的基本规律。
工程热力学篇 传热学篇
1.工程热力学的研究内容与研究方法
（1）研究内容
工程热力学主要研究热能和机械能之间相互转换 的规律及提高能量转换经济性的途径和技术措施。 （2）研究方法
工程热力学采用经典热力学的宏观研究方法，还 普遍采用抽象、概括、理想化和简化处理方法。
热机工作过程示意图
过热蒸汽 发电机 锅 炉 循环水 水泵 汽轮机 乏汽 冷凝器 冷却水 热机 高温热源 吸热Q1
作功W
机械能 放热Q2
低温热源
如何提高热机的热能利用率（热效率）是工程热力学的主 要研究内容之一 。
能源分类
1 根据初始来源：
地球本身的能源：地热能、核能等。 地球以外天体的能源：太阳能以及由太阳能转化而来的风能、水能、 海洋波浪能、生物质能、化石燃料等。 地球与其他天体相互作用产生的能源：潮汐能。
2 按开发的步骤：
一次能源:煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能、地热能、海洋 能等。 二次能源:电力、煤气、汽油、沼气、氢气、甲醇、酒精等。
热
工
基
础
山东大学
崔
峥
热 学 是 什 么？
能量与能源
什么是能量？
能量是物质运动的度量。 世界是由物质构成的，一切物质都处于运动状态，所以 一切物质都具有能量。 能量是人类社会进步的动力。
能量的主要形式：
机械能： 主要包括物体的动能与势能，二者统称为宏观机械能；
热 能： 物质分子热运动动能与位能之和，即不涉及化学变化和核反
热利用：
烧饭、采暖、烘干、熔炼等；
动力利用： 通过热机将热能转换成机械能或者再通过发电 机转换成电能加以利用。
由于热能转换为机械能的有效利用程度（即热机的热效率） 较低，早期蒸汽机的热效率只有1％2％，现代燃气轮机装 置的热效率大约只有37％42％，蒸汽电站的热效率也只有 40％左右。因此，如何更有效地实现热能和机械能之间的 转换，提高热机的热效率，是十分重要的课题。
• 石油时期：
19世纪末20世纪初的第二次科技革命，使内燃机开始走上了历史舞台，以内 燃机为动力设备的机车开始大规模地进入人类社会，极大地促进了石油工业 的迅速发展，石油在整个能源结构中所占的比重也在不断上升。二次大战后 的十几年间，发达国家基本完成了石油代替煤炭成为首要能源的历能带来新的能源变革？
3 按照开发利用情况及其在社会经济生活中的地位：
常规能源：技术比较成熟，如煤炭、石油、天然气、水能等。
新能源：技术不成熟，如太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能 及核能等。
4 按能否再生：
可再生能源：水能、太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能等；
非再生能源：煤、石油、天然气、核能等。
5 按开发利用过程中对环境的污染情况：
是蕴藏于页岩层中的天然气（埋深200米-3000米）。过去十年内，页岩 气已成为美国一种日益重要的天然气资源，同时也得到了全世界其他国 家的广泛关注。2000年，美国页岩气产量仅占天然气总量的1%；而到 2010年，因为水力压裂、水平钻井等技术的发展，页岩气所占的比重已 超过20%。根据美国能源信息署的预测，到2035年时，美国46%的天然 气供给将来自页岩气。
为 什 么 学 习 热 学？
据统计，目前通过热能形式利用的能源在我国占总能源利 用的90％以上，世界其它各国平均也超过85％。由此可见， 在能量转换与利用过程中，热能不仅是最常见的形式，而 且具有特殊重要的作用。热能的有效利用对于解决我国的 能源问题乃至对人类社会的发展有着重大意义。
热能利用的基本方式
前进。
能量的转换与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。 燃料电池 氢、酒精等二次能源 电 能 机械能 辐射能
热 能 发电机 机械 直接利用 机械能 风能、水能、海洋能 热机 燃烧 煤、石油、天然气 直接利用 热 能 核 能 核反应 集热器 燃烧 光合作用 太阳能 食物利用 生物质能
光电池
清洁能源：太阳能、风能、水能、海洋能等； 非清洁能源：煤、石油、天然气等。
• 薪柴时期:
以生物质能为主要能源的薪柴时期延续了漫长的时间，利用薪柴使人们摆脱 了完全依附自然生存的状态，开拓了物质文明的新局面。
• 煤炭时期:
人类开发利用煤炭资源的历史悠久，早在2000多年前我国的春秋战国时期， 就已经有了使用煤炭作为燃料的记载。18世纪60年代，产业革命从英国开始 爆发，使能源结构发生了第一次革命性变化——能源消费从此进入了煤炭时 期。至今，煤炭仍是人类利用的重要能源之一。