工程热力学与传热学-13传热的强化与削弱
工程热力学与传热学
一、选择题 (82分)1、定量气体吸收热量50kJ,同时热力学能增加了80kJ,则该过程是（）。
A、压缩过程B、膨胀过程C、熵减过程D、降压过程正确答案：A学生答案：A2、以下系统中,和外界即没有质量交换,又没有能量交换的系统是（）。
A、闭口系统B、开口系统C、绝热系统D、孤立系统正确答案：D学生答案：3、下列各热力过程,按多变指数大小排序,正确的是（）A、定熵过程>定温过程>定压过程>定容过程B、定容过程>定熵过程>定温过程>定压过程C、定压过程>定容过程>定熵过程>定温过程D、定温过程>定压过程>定容过程>定熵过程正确答案：B学生答案：4、等量空气从相同的初态出发,分别经历可逆绝热过程A和不可逆绝热过程B到达相同的终态,则两过程中热力学能的变化（）。
A、可逆过程>不可逆过程B、二者相等C、可逆过程<不可逆过程D、无法确定正确答案：B学生答案：5、对于理想气体的定容过程,以下说法正确的是（）。
A、定容过程中工质与外界没有功量交换B、定容过程中技术功等于工质的体积变化功C、工质定容吸热时,温度升高,压力增加D、定容过程中工质所吸收的热量全部用于增加工质的焓值正确答案：C学生答案：6、某液体的温度为T,若其压力大于温度T对应的饱和压力,则该液体一定处于（）状态。
A、未饱和液体B、饱和液体C、湿蒸汽D、过热蒸汽正确答案：A学生答案：7、在高温恒温热源和低温恒温热源之间有卡诺热机,任意可逆热机以及任意不可逆热机,以下说法正确的是（）。
卡诺热机是一种不需要消耗能量就能对外做功的机器B、热机的热效率:卡诺热机>可逆热机>不可逆热机C、热机的热效率:卡诺热机=可逆热机D、热机的热效率:可逆热机>不可逆热机正确答案：C学生答案：8、关于热力学第二定律的表述,以下说法错误的是（）。
A、功可以自发地无条件的转变为热B、热量可以自发地由高温物体传递至低温物体C、第二类永动机是不可能制造出来的D、可以从大气中取热并使之全部转变为功正确答案：D学生答案：9、下列物质:水、水蒸气、冰中,导热系数大小的排列顺序为（）。
杨世铭《传热学》(第4版)笔记和考研真题详解 第(1-2)章【圣才出品】
圣才电子书
（3）关系
十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
①分析任何的热量传递过程都要用到热力学第一定律，即能量守恒定律；
②在研究热能从一种介质传递到另一种介质时，在两种介质的分界面上也要用到能量守
恒的原则。
4．传热学在科学技术各个领域中的应用 大致上可以归纳为三种类型的问题： （1）强化传热； （2）削弱传热； （3）温度控制。
π 2
D
L
D
(tw
tf
)
1
2
0.1
0.3
0.1
(500
300)
71.4W/m2
由此可以确定该表面的散热量为 71.4W/m2 。
9 / 84
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
1-10 解释以下现象：某办公室由中央空调系统维持室内恒温，人们注意到尽管冬夏 两季室内都是 20℃，但感觉却不同。[东南大学 2000 研]
k
1
1
1
h1 h2
（1-8）
这个式子揭示了传热系数的构成，即它等于组成传热过程诸串联环节的1 h1 、 及
1 h2 之和的倒数。
（2）传热过程热阻
1 Ak 称为传热过程热阻，其组成为
1 11 1 Ak Ah1 A Ah2
（1-9）
传热过程热阻的组成1 Ah1 、 A 及1 Ah2 分别是各构成环节的热阻。串联热
值。它表征传热过程强烈程度。
三、综合题 1-8 对于室内安装的暖气设施，试说明从热水至室内空气的热量传递过程中，包含哪 些传热环节？[华中科技大学 2004 研] 答：传热环节包括热水与暖气内壁面的对流换热和辐射换热、暖气内壁面与外壁面之间 的导热、外壁面与室内空气的对流换热和辐射换热。
工程热力学与传热学 第十八章 传热过程分析与换热器计算
Q = kA(t1 − t 2 ) = kA∆t m
热流体放出的热量 冷流体吸收的热量
′ ′ Q1 = q m1c1 (t1 − t1′) ′ ′ Q2 = q m c 2 (t 2′ − t 2 )
′ ′ ′ ′ q m1c1 (t1 − t1′) = q m 2 c 2 (t 2′ − t 2 )
A2 β = A1
肋片越高，肋距越小，肋化系 数就越大。
' 肋片与流体的换热量 α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2 ' α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2η f
ηf 为肋片效率 加肋侧与流体的换热量
' ' Q = α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2' +α 2 (t w 2 − t f 2 2) A2η f ' ' A2' A2 = α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2 ( + η f ) A2 A2
图9-6 交叉流换热器示意图
4）板式换热器。板式换热器由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所 组成，两相邻平板之间用特殊设计的密封垫片隔开，形成一个通道，冷、 热流体间隔地在每个通道中流动。为强化换热并增加板片的刚度，常在平 板上压制出各种波纹。板式换热器中冷、热流体的流动有多种布置方式， 图9-7所示为1-1型板式换热器的逆流布置，这里的1-1型表示冷、热流体 都只流过一个通道。板式换热器拆卸清洗方便，故适合于含有易污染物的 流体(如牛奶等有机流体)的换热。
图9-4 简单的壳管式换热器示意图
为了提高管程流体的流速，在图9-4所示的换热器中，一端的封头里 加了 一块隔板，构成了两管程的结构，称为l-2型换热器(此处l表示壳程 数，2表示管程数)。图9-5所示是一个1-2型换热器的剖面图。
安全工程专业“工程热力学与传热学”课程教学改革
安全工程专业“工程热力学与传热学”课程教学改革“工程热力学与传热学”课程是安全工程专业的专业基础课程之一,起着联结本专业基础课与技术课的桥梁作用。
可见本课程在该专业的重要性,其教学水平直接影响安全专业本科生的质量。
中国石油大学(华东)(以下简称“我校”)自2000年开始招生安全工程专业,并于2002年开设本课程。
由于是新招专业的新开课程,在专业建设和课程建设方面较其他学校的同类专业存在较大的差距。
在这几年的教学实践过程中,对本课程建设方面进行了一些探索,得到了一些粗浅的体会。
一、适应人才培养目标,修订课程教学大纲1.课程的人才培养目标任何一门学科都有自己的特点和独特的知识结构。
因此,在安全工程专业教育过程中针对特殊行业的安全,应该进行突出行业特点的安全工程专业教育。
只有通过科学而全面的课程设置,让学生充分掌握学科的基础知识,深入掌握安全科技知识,培养出安全工程技术及安全管理工程人才,才能较全面掌握安全科学理论和技术原理,对可能发生的事故进行预防性的处理,避免了经验主义造成的事故预防滞后性和片面性的缺点。
我校的安全工程专业正是通过石油、石化行业特点开展安全教育,培养出适于该行业的高层次安全专业人才,其培养目标为:培养掌握现代石油、石化工业生产过程中安全技术和安全管理方法,从事安全技术及工程、安全科学和研究、安全监察与管理、安全健康环境检测、安全设计与生产、安全教育与培训等方面工作的复合型高级工程技术人才。
在专业培养目标的总体框架下,开设课程的培养目标就应与专业培养目标相符合。
另外,随着社会发展和市场经济体制的完善,用人单位对人才需求提出了更高的要求,希望大学生既是懂理论又会实践的全才。
在此基础上制定的“工程热力学与传热学”课程的培养目标为:通过课程的学习,学生应了解热力学的宏观研究方法,掌握热能与机械能之间的转换规律和能量有效利用的理论,获得热量传递规律的基础知识,能够正确运用热力学基本原理和定律分析计算各种热力过程、热力循环,能够正确利用传热规律分析工程传热问题,使学生具备分析解决实际工程热问题的基本能力,初步培养安全用热的能力,并为学生学习有关的专业课程提供必要的理论基础。
第十二章传热过程和换热器1
K
1Leabharlann 1 11 rKh1 h2
W / m2 0 C
增大其中较小的值(减小较大的换热热阻)才 能有效提高K值
2.通过圆筒壁的传热过程
工程中用最
1. 传热公式
外测面积
tf1 tf2 Rk
tf1 tf2 1 1 ln d2
1
KA2 (t f 1 t f 2 ) W
在管外从相反的方向流过，空气流量 727.86kg/h，进口温度为25 ℃。冷热流体 的比热为cph=4.18kJ/(kg·℃)，cpc=1.005 kJ/(kg·℃)。管内、外表面的对流换热系 数各为500W/(m2·℃)和50W/(m2·℃)，管 的内直径和外直径分别为100mm和 120mm，管子材料的导热系数为36W/(m· ℃)。试求所需的换热面积。
dc
22
h2
m
dc称为临界热绝缘直径
热绝缘层直径与dc的关系
对保温效果的影响分析
d1 dc
d1 dx d2 增加传热量Q
dx d2 绝热
d2 dc
绝热
§12-2 换热器
用来使热量从热流体传递到冷流体，以满
足规定的工艺要求的装置统称换热器。
分类：间壁式、蓄热式（或称回热式）、 混合式三大类。
h1 d1l 2l d1 h2 d2l
K
1
1 (W/m2 o C) hi
d2 d2 ln d2 1 rK
h1d1 2 d1 h2
ho
3. 临界热绝缘直径dc (了解)
为了减少管道的散热损失，采用在管道外侧 覆盖热绝缘层或称隔热保温层的办法。
是否绝缘层越厚保温效果越好呢 ？
强化传热原理
（4）横向绕流圆管
（5）横向绕流管束 顺列和叉列
第三章 管内单相流体对流换热的 强化
一、单相流体管内对流换热概述
影响因素: 自然对流、强制对流 层流、紊流、过度区域（流动雷诺数） 入口段、稳定段
– 管内换热强化的方法
原则上分两大类： 第一类为增加管子内侧的换热面积； 第二类是使管内换热系数提高。
例如采用每台换热器全年的费用
六、传热研究方法
理论分析求解
经典方法，求解微分方程组及定解条件，只能解决简 单问题
数值求解
利用数值分析和计算机，可解决较复杂问题，近些年发展迅速， 但紊流模型不够完善。
实验求解
传统方法，可解决复杂问题，可分为直接实验和模型实验。实 验范围和结果适用条件受限
第二章 强化对流换热理论基础
1、对流换热的理 论基础
（1）边界层概念
速度边界层厚度δ和 温度边界层厚度Δ之 间的关系，取决于流 体普朗特数Pr的数值。 当Pr>1时，Δ＜δ；当 Pr＜1时，Δ＞δ
（2）流体流过平壁
当Re的数值达到3．5×1O5时，层流边界层开始向 湍流边界层转变．临界雷诺数的数值还取决于流动 工况、流经物体的几何状况和来流的湍流度．层流
的流动工况，使换热明显提高。
强化换热的特点：
管内翅片对管内层流和紊流均能起到强化作用； 肋片系数越大，强化传热效应均增加； 螺旋翅片的强化效果要好于直肋片； 内翅片管的强化传热效应随Re的增加而减弱； 将肋片开槽，做成分段翅片、弯曲翅片等可进一 步强化翅片的传热。
使用场合：
内翅片管主要适用于管内对流换热系数 相对较小，流体流动雷诺数较小时的场 合，它不适合于流体易阻塞，易结垢的 场合。
工程热力学和传热学
原因:
石油
内燃机 燃料的燃烧 化学能 热能 热能 机械能 对外做功
燃烧 热量的传递（传热）
热能转化为机械能（机械设备的热分析）
工程热力学和传热学 的研究内容及其在科学技术和 工程中的应用
热电厂 (热能机械能)
汽车(热能机械能)
飞机 (热能机械能)
冰箱(机械能热能)
工程热力学和传热学在生产技术等众多领域中 的应用十分广泛：
热能动力装置
内燃动力装置
1.内燃动力装置
燃气进 口
排入大气
2.蒸汽动力装置
二、制冷装置中热量从低温处传递到高温处的过程
q1
3
2
冷凝器
膨
w
胀
压缩机
阀
4
q2
1
蒸发器
工程热力学的研究对象、内容和方法
研究对象：热能与机械能相互转换的规律和方法以及 提高转换效率的途径。
基本内容：1）基本概念和定律； 2）工质的性质和过程； 3）工程应用；
特别是在下列技术领域大量存在、
工程热力学和传热学问题
动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新 能源、微电子、核能、航空航天、微机电 系统（MEMS）、新材料、军事科学与技 术、生命科学与生物技术…
在几个特殊领域中也有许多应用：
a 航空航天：高温叶片气膜冷却与发汗冷 却；火箭推力室的再生冷却与发汗冷却； 卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大 气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷 却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电火 箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机
b 微电子： 电子芯片冷却 c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组 织与器官的冷冻保存 d 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮 存 e 制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵； 高温水源热泵 f 新能源：太阳能；燃料电池
工程热力学与传热学(第十三讲)6-2(二)
三、等温过程等温过程：一定量工质在状态变化时，温度始终保持不变的过程称为等温过程。
1．过程方程在等温过程中温度保持不变，过程方程为T=常数对理想气体，因为pv=RT，所以，过程方程为pv=常数2．初、终状态参数关系根据理想气体状态方程pv=RT和过程方程，可求得初、终状态参数之间的关系为T1=T2 p1v1= p2v2结论：等温过程中理想气体的压力与比容成反比。
3．p-v图，T-s图如图6-3所示，在p-v图上，等温过程为一条等边双曲线，。
其斜率为图中，线段1-2为等温加热过程。
工质膨胀，比容增大，压力降低，系统从环境吸热。
线段1-2/为等温放热过程。
工质被压缩，比容减小，压力增大，系统对环境放热。
等温过程在T-s图上为一条水平线，如图6-3（b）所示。
因为点2的比熵大于点1，所以1-2为等温加热过程。
因为点2/的比熵小于点1，所以1-2/为等温放热过程。
4．能量计算与分析因为理想气体的内能和焓都是温度的单值函数，所以等温过程同时也是等内能和等焓过程。
即：Δu=u2-u1=0Δh=h2-h1=0等温过程中比膨胀功为比技术功为比较（6-6）和（6-7）两式可知，等温过程中膨胀功和技术功相等。
由热力学第一定律可得等温过程的单位质量热量为q T=Δu+w t= w tq T=Δh+W t。
T= W t。
T即q T= w t= W t。
T结论：①在理想气体等温过程中，环境加给封闭系统的热量全部用于系统对环境做膨胀功；反之，环境对系统的压缩功全部转换为热量放给了环境。
所以，等温膨胀过程为吸热过程；等温压缩过程为放热过程。
②环境加给的热量与系统对环境所做的膨胀功在数值上相等，系统的内能保持不变（对理想气体而言，温度也没有变化）。
注意：等温过程是指系统本身的温度没有改变，不是说系统与环境之间没有温差。
对实际等温过程，系统与环境之间自然会有温差。
为了保持系统温度不变，通常采用冷却方法来降低系统的温度使之保持温度不变。