热工基础 第0章 绪论
热工基础-1-绪论
1824 年 ， 法 国 陆 军 工 程 师 Nicholas Léonard Sadi Carnot 发表了 “ 关于火的动力研究” 的 论文。 他通过对自己构想的理想热机 的分析得出结论：热机必须在两个 热源之间工作，理想热机的效率只 Carnot 取决与两个热源的温度，工作在两 个一定热源之间的所有热机，其效 (1796 - 1832) 率都超不过可逆热机，热机在理想 状态下也不可能达到百分之百。这 就是卡诺定理。
卡诺的论文发表后，没有马上引起人们
的注意。过了十年，法国工程师Benôlt Paul
Emile Clapeyron (1799 - 1864)把卡诺循环 以解析图的形式表示出来，并用卡诺原理研 究了汽液平衡，导出了克拉佩隆方程。
1842 年 ， 德 国 医 生 Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 主要受病人 血液颜色在热带和欧洲的差 异及海水温度与暴风雨的启 发，提出了热与机械运动之 间相互转化的思想。
热力学基本定律反映了自然界的客观 规律,以这些定律为基础进行演绎、逻辑推 理而得到的热力学关系与结论,显然具有高 度的普遍性、可靠性与实用性,可以应用于 机械工程、化学、化工等各个领域,由此形 成了化学热力学、工程热力学、化工热力 学等重要的分支。化学热力学主要讨论热 化学、相平衡和化学平衡理论。工程热力 学主要研究热能动力装置中工作介质的基 本热力学性质、各种装置的工作过程以及 提高能量转化效率的途径。化工热力学是 以化学热力学和工程热力学为基础，结合 化工实际过程逐步形成的学科。
主讲教师：袁 越 锦 yuanyj@
绪 论
1-1 为什么要学习热工基础？ 1-2 能)
1-4 发展简史
1-1 为什么要学习热工基础？
火电厂热工基础培训课件讲义
第一章 绪 论
3、仪表的灵敏度、线性度、回差及分辨率（1）灵敏度 仪表的灵敏度是指其输出信号的变化 值与对应的输人信号变化值的比值。用数学形式表示，在某一点处仪表的灵敏度为
式中 S——在某一点处仪表的灵敏度； φ——仪表的输出信号； x—一仪表的输入信号。
S
=
lim
= d
x0 x
dx
第一章 绪 论
火电厂热工知识培训讲义
2020/7/12
第一章 绪 论
第一章 绪 论
第一章 绪 论
第一章 测量技术的基本知识
• 测量与误差 • 仪表的组成与分类 • 仪表的质量指标
第一章 绪 论
第一节 测量与误差
一、测量与误差 测量是利用某种工具并以实验或计算的方法获取被测参数数值的过程。具体说，是指被
测参数与预先确定的被测参数的“单位”进行比较，并获取比值的过程。
（1）接触电势:
接e触A电B势的(t大)小可=用下式K表Te示： ln
N A (t ) N B (t )
（2）示值比较检定法
这种方法是用标准表对被检定仪表进行检定。被检表和标准表同时测同一被测量，把标 准表的示值当成真值（约定真值），比较二者的示值以确定被检仪表有 关性能指标，这就是示值比较检定法。为保证检定工作的质量，一是要求标准表的
第二章 温度测量
第二章 温度测量
第二章 温度测量
第一节 热电偶测温 一、热电偶的测温原理
测量的基本公式如下：x = αUx 式中 x——被测参数（被测量) Ux——测量单位；
α——测量获得的比值，又称为测量值。
αUx是测量的结果。考虑到测量过程一般有误差存在，实际的关系式应该是 x ≈ αUx 测量过程有三要素：一是测量单位 ；二是测量方法 ；三是测量工具。
热工基础(第二版)-张学学(1)绪论课件
2022/10/23
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0-2 热工基础的研究内容
热工基础
（热工理论基础）
工程热力学篇 传热学篇
主要研究内容：
热工基础主要研究热能利用的基 本规律、提高热能利用率的方法以及 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。
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1.工程热力学的研究内容与研究方法
（1）研究内容
我国的CO2排放量仅次于美国，居世界第二，占 世界总排放量的13.6%。
据世界银行报导，我国城市空气污染对人体健 康和生产造成的损失估计每年200亿美元；酸雨使农 作物减产每年损失达50亿美元。
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3. 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
机械能
高温热源 吸热Q1 作功W
热机 机械能
放热Q2
水泵
冷却水
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 。
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2.传热学的研究内容与研究方法
（1）研究内容
传热学以热力学第一、第二定律为 基础，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。
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
（不涉及微观，整体对待）研究方法，
还普遍采用抽象、概括、理想化和简化
处理方法。
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热工基础(正式)全
正向运动（膨胀）时，吸 收热源的热量，所作膨胀功除 去用于排斥大气外，全部储存 在飞轮的动能中。
若无摩擦等耗散效应
反向运动（压缩）时，利用飞 轮的动能来推动活塞逆行，压缩工 质所消耗的功恰与膨胀功相等。
同时压缩过程中质向热源所 排热量也恰与膨胀时所吸收的热 量相等。
如果系统经历了一个过程后，系统可沿原过程的路线反 向进行，回复到原状态，不在外界留下任何影响，则该过 程称为可逆过程。
热力学第零定律
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系 统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。 这一结论称做《热力学第零定律》。
热力学第零定律表明，一切互为热平衡的系统具有一 个数值上相等的共同的宏观性质──温度。温度计测定物体 温度正是依据这个原理。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和 温度的测量方法。它为建立温度概念提供了实验基础。
理想气体实际并不存在， 在现实物质中，即使是绝热可 逆过程，系统的熵也在增加， 不过增加的少。
热力学第三定律发现者 德国物理化学家能斯特
三、理想气体的状态方程
kg K
pV mRgT
Pa m3
pv RgT pV nRT p0V0 RT0
1kg n mol 1mol标准状态
气体常数：J/(kg.K) R=mRg=8.3145J/(mol.K)
(2) 特别是在下列技术领域存在传热问题
a 航空航天：高温叶片冷却；空间飞行器重返大气 层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却；
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 新 能 源：太阳能；燃料电池
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
热工基础课后答案超详细版(张学学)
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。
2.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：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4. kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==-1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。
00章 热工基础
比定压热容与比定容热容之比称为绝热 指数或比热比，用κ表示
(四)理想气体的熵 熵是一个导出的状态参数 S为熵(单位为J/K)，s为单位质量的熵， 称为比熵(单位为J/(K·kg))
二、理想气体的热力过程及参数计算 (一)多变过程与基本热力过程 分析热力过程中工质状态的变化规律， 即过程方程式p、v、T间的关系，进一步 可导出其热力学能、热量、功量的计算 公式
状态参数坐标图
工质从一个状态向另一个状态变化时所经历的全部状 态的总和称为热力过程。在状态参数坐标图中表示为 一条连续曲线，如图1-2曲线。 当工质从某一状态开始，经过一系列中间状态后，又 回复到原来状态时，则是封闭的热力过程，如图b的闭 合曲线，称为热力循环。
热力过程和热力循环
三、功和热量 热力过程中工质的能量交换用功和热量表示。 工质通过系统界面和外界进行的机械能的交换 表现为做功，即使工质的体积变化(膨胀或压 缩)，如图1-7所示。
热量的符号规定：
当工质从外界吸热时，热量为正值，即 Q>0，系统的熵增加，即dS>0； 当工质对外界放热时，热量为负值，即 Q<0，系统的熵减少，即dS<0； 当与外界无热量交换时，热量为零，即 Q=0，系统的熵不变，即dS=0。
四、热力学第一定律 加入热力系统的能量的总和-离开热力系 统能量的总和=热力系统总能量的增量
图1-8 过程的功量和热量
热量传递的动力是温度，只要存在温差就会传 热 Q=TdS S(单位为J/K) 是状态参数熵；单位质量的熵称 为比熵，用s(单位为J/(kg·K))表示 q=Tds 系统经过一个过程后，工质与外界交换的热量 可以用图1-8b所示T-S图上1-2-3-4-1的面积表 示。
考研833热工基础之工热简答题整理
工热简答题整理林夕第0章：绪论第1章：基本概念及定义1.物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
2.经验温标的缺点是什么？为什么?答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
3.状态参数坐标图。
答：处在非平衡态的系统，内部的强度量不均匀，无法用来表征整个系统的状态，因此只有可逆过程（准静态过程），其中的每一个步骤都是平衡态，才可以在p-v图和T-s图上画出来。
绝热自由膨胀是不可逆过程，是无法画出来的。
第2章：热力学第一定律*1.热力学为何要引进准平衡与可逆过程这两个概念？答：热力学是以平衡态为研究对象的，而热力过程需要状态变化处于非平衡，所以只有引入势差（温度差、压力差等）无限小，因而变化相对缓慢的准平衡过程概念，实际的热力过程才能用热力学描述。
可逆过程是在准平衡过程基础上进一步理想化，即热力过程不留下任何不可回复的后果，也即无任何耗散损失，实际虽不能实现，但为热力过程树立了一个极限目标，也给热力计算带来了方便。
第3章：气体和蒸汽的性质1.二氧化碳的临界点是什么？超临界状态是什么？答：①临界点：二氧化碳在温度高于临界温度Tc=31.26℃,压力高于临界压力Pc=7.4MPa的状态下,性质会发生变化,其密度近于液体,粘度近于气体,扩散系数为液体的100倍,因而具有惊人的溶解能力。
②超临界状态：指气体和液体的界限消失，性质介于气体与液体之间的状态。
2.闭式超临界二氧化碳布雷顿循环的优缺点？3.第4章：气体和蒸汽的基本热力过程1.如何判断p-V图、T-s图中q,w的正负？答：（1）n<k的多变过程，w与q正负相同，膨胀过程w>0，熵增过程q>0，（1<n<k时，|w|>|q|，即气体温度一定降低）。
（2）n>k的多变过程，w与q正负相反，膨胀过程w>0，熵增过程q>0。
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0.2 研究方法
一、工程流体力学
研究方法 进行步骤
建立理论模型→建立方程组与定
优点
普适性好 发现新现象、新
缺点
数学难度大
理论分析
解条件→求解析解→算例验证
建立实验模型并选取实验介质→
分析解有限
实验研究
测定有关物理量→拟合实验数据 原理，验证其它 找出准则方程式 建立理论模型→建立方程组与定 方法得到的结论 应用面广泛，结 果直观——数值
工程热力学——热能与机械能的相互转换规律及其 工程应用。 • 热能→机械能: 动力装置(蒸汽轮机、燃气轮机、 内燃机、原子能动力装置等)
• 机械能→热能: 制冷、热泵、空气分离装置等
传热学——热量传递过程规律及工程应的规律；
工程流体力学
②流体与 边界 的相互作用。
学三门课程的基础知识。
工程流体力学主要研究流体平衡与运动的规律及流体 与周围物体的相互作用。
工程热力学主要研究能量转换与能量的有效利用。
传热学主要研究热量传递过程及其规律。
教学目的和任务：
• 掌握流体力学、热力学和传热学的基本理论，并能理
论联系实际地对工程实际问题进行分析计算； • 为学习后续有关专业课程提供必要的基础理论和基本
固定边界：水工 建筑物、河床、 海洋平台等
运动边界：飞 机、船只等
a. 流体荷载（设计管道壁厚） 工程中的三大问题
b. 流体的输送能力（确定流量）
c. 流动的形态（确定能量损耗）
工程热力学：
基本概念 工质的热力性质 1. 基础理论 基本定律 数学模型及求解方法
2. 各种热力过程的分析、计算 3. 部分典型热工设备的工作原理、热力过程 分析及计算。 传热学：热传导、对流换热、辐射换热和传热过程。
普适性差
数值计算
解条件→编制计算程序→计算并
近似性 不稳定性
分析答案
实验
理论分析、实验研究和数值计算相结合。三个方面是互相补充和 验证，但又不能互相取代的关系。
二、工程热力学：宏观为主，微观为辅。
方法特点:
1、把物质系统看作一个整体，以实践为依据，以
热力学第一、第二定律为基础，运用严密的逻辑推
理，对宏观现象和热力过程的性质和规律进行分析
分内容相互渗透交叉。 工程流体力学以牛顿运动定律和质量守恒定律为主要基础。
热力学第一定律 、热力学第二定律、工质热力性质和热
力过程是贯穿工程热力学整个内容的主线。 热平衡方法的应用（能量守恒）是贯穿传热学内容的主线。
所以要注意学习将工程实际问题简化抽象为物理模
型的原则和方法，并给出正确的数学描述；学习分 析和解决实际问题的逻辑思维方式和巧妙的迂回手
4、独立完成作业，在可能的情况下多看一些例题，并作适当归纳。
热工基础
先修课程：大学物理、高等数学 教材：傅秦生 主编. 热工基础与应用. 第2版.机械工业出版社 主要参考书： 1、童均耕，赵镇南. 热工基础. 高等教育出版社
2、张学学主编. 热工基础. 第二版. 高等教育出版社
3、李玉柱，贺五洲主编. 工程流体力学. 清华大学出版社
《热工基础》包含工程流体力学、工程热力学、传热
的计算方法；
• 培养科学的逻辑思维能力，为毕业后从事工程设计、 管理和科学研究提供必要的理论基础及良好的工程素养。
第0 章
绪论
0.1 热工基础的研究对象及主要内容
一、研究对象
工程流体力学——流体处于平衡状态与运动状态的运
动规律及其工程应用。
液体：无形状，有一定体积，不易压缩，存在自由（液）面 流体 气体：既无形状，也无体积，易于压缩
段，并通过实验培养自己的动手能力。
二．学习方法建议
1、重视对基本概念和基础理论的学习。对基本概念和术语要注意
理解其物理本质; 对公式要理解公式中每一项的物理意义,理解 性地记忆,并注意公式的使用条件。 2、针对逻辑性强、各部分内容相互渗透交叉特点,应注意各部分 内容之间的相互联系, 按课堂讲授内容的顺序进行学习和复习。 3、学习过程主动思考，多提问题，及时复习小结。
研究；
2、必要时引入气体分子运动学和统计物理理论解
释一些热现象的本质。
三、传热学：也主要采用宏观方法
同样是归纳无数经验事实，得到热传导、热对
流和热辐射的基本定律。具体可利用解析法、实验
法和数值法进行分析计算，各种方法相辅相成，互
为补充。
0.3 课程特点与学习方法
一、课程特点
课程特点：概念多、公式多、内容抽象、逻辑严密，各部