热工学基础知识
热工学基础
答案：一、填空1. 物质种类、温度、0.2w/(m.k)2. 层流、紊流（湍流）、粘性、雷诺数3. 物体的性质、表面状况、温度4. 状态参数、强度参数、广延参数5. 气体分子本身不占有体积、气体分子之间没有相互作用力6. 增加、减少7．导热、对流、热辐射二、简答题1. 答：影响对流换热的因素：流体的流动起因、流体的流动状态、流体的相变、流体的物理性质、换热表面的几何尺寸、形状与大小。
2. 答：(1)黑体：若物体能完全吸收外来的投射能量，即=1，这样的物体称为绝对黑体，简称黑体；（2）白体：若物体能完全反射外来的投射能量，即=1，这样的物体称为绝对白体，简称白体；（3）透明体：若物体能完全透射外来的投射能量，即=1，这样的物体称为透明体或透热体。
3. 答：（1）准静态过程：若过程进行的极其缓慢，则系统在每一瞬间的状态都无限接近于平衡状态，或者说只是无限小地偏离平衡状态，该过程称为准静态过程。
（2）可逆过程：系统在经历某一过程之后沿原路线反向进行，若系统和外界都能够回复到它们各自的最初状态，则该过程称为可逆过程。
（3）二者的区别与联系：可逆过程必定是准静态过程，而准静态过程未必是可逆过程，它只是可逆过程的条件之一，没有机械摩擦等损失的准静态过程才是可逆过程。
4. 答：卡诺循环效率444.0540300112==-=T T c η 设计的热力设备的效率45.0145.0==η 因为ηc <η，故该热力设备不能实现。
三、计算题1. 课本例题3-2（P45）2. 课本例题4-1（P64）3. 课本例题1-4（P10）4. 课本例题0-1（P123）5. 课本例题12-1（P162）。
工热知识点总结
工热知识点总结一、理论基础1. 热力学基础热力学是研究热现象和能量转化规律的科学，其研究对象包括热力学系统的状态、过程和相互作用等。
热力学定律包括热力学第一、二、三定律，它们分别描述了能量守恒、熵增加和温度不可降的规律。
2. 热传导热传导是指物质内部热能的传递，根据导热介质的不同，可分为导热、导电、导磁等传导方式。
热传导的计算公式为热传导方程，其中包括热传导系数、温度梯度和距离梯度等。
在实际工程中，热传导的计算可以通过有限元分析、数值模拟等方法得到。
3. 对流传热对流传热是指通过流体的流动使热能传递的过程，可以是强迫对流或自然对流。
对流传热的传热系数和换热器的设计是工热领域的重要内容。
4. 热辐射热辐射是指物体由于温度差而发出或吸收的电磁波，热辐射的计算需要考虑辐射率、温度、表面发射率等参数。
热辐射通常可以通过辐射传热方程来描述，实际工程中可以应用黑体辐射、灰体辐射等模型进行计算。
二、热力学系统1. 封闭系统封闭系统是指不与外界交换物质，但与外界进行能量交换的系统。
热力学系统通常可以根据其与外界的物质交换情况分为封闭系统、开放系统和孤立系统。
2. 开放系统开放系统是指既与外界进行能量交换，又与外界进行物质交换的系统。
例如，蒸汽锅炉和汽轮机系统就是开放系统。
3. 孤立系统孤立系统是指既不与外界交换物质，也不与外界进行能量交换的系统。
孤立系统是理论假设中的一个重要模型，可以用于研究理想化的热力学系统。
三、热力学循环1. 卡诺循环卡诺循环是理想化的热力学循环模型，其效率最高，可用于分析和比较各种热力学循环系统的性能。
卡诺循环包括等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程，可以用来分析热机和热泵的性能。
2. 布雷顿循环布雷顿循环是一种热力学循环，广泛应用于蒸汽轮机、汽轮机和制冷机等系统。
布雷顿循环包括等压加热、等压膨胀、等压冷却和等压压缩四个过程，可以用来分析蒸汽发电系统和空气压缩系统的性能。
3. 斯特林循环斯特林循环是一种理想化的热力学循环模型，包括等温定压加热、绝热膨胀、等温定压冷却和绝热压缩四个过程。
热工知识
ξ1、热工基础知识(一)、热力学基础1、温度温度是衡量物体冷热程度的尺度，是物质分子热运动平均动能的度量。
摄氏温标：1个标准大气压下纯水的冰点定为0℃，沸点定为100℃，在这个区域内划分100等分，每1等分为1度，单位为℃。
用t表示。
华氏温标：1个标准大气压下纯水的冰点定为320F，沸点定为2120F，在这个区域内划分180等分，每1等分为1度，单位为0F。
用F表示。
F=1.8t+32 (0F)绝对温标：又称热力学温标，开氏温标，每一度大小与摄氏温标相等，起点为物质内分子热运动完全停止时温度（-273.15℃），单位为K。
用T表示。
T=t+273.15(K)三种温标的换算关系：t=T-273.15=(5/9)(F-32)例题：单元式空调机组制冷工况时，进风干球温度27℃，湿球温度19℃，进风温度相当于华氏温度多少？t db27F db=27*1.8+32=80.6t wb19F wb=19*1.8+32=66.22、压力1 bar 巴 =100000 pa 帕斯卡=0.1MPa1 psi 磅/平方英寸=0.0703 kgf/cm21 kgf/cm2 千克力/平方厘米 =98000 pa 帕1 mm aq. 毫米水柱=9.8 pa 帕pgh1 mm hg 毫米汞柱=133.28 pa 帕1 m H2O 米水柱=9800 pa 帕=0.1 kgf/cm2 千克力/平方厘米工程上常将1大气压（B）看成1个工程大气压或0.1MPa,即B=1kgf/cm2,或B=0.1MPa表压：通过压力表读出的压力，为绝对压力减当地大气压。
真空度：压力比大气压低的程度。
真空度=B-绝对压力管道机要求抽真空到60~120pa3、热能：分子热运动强度的度量，是依靠温差传递的能量。
用Q表示1kcal=4.1868kJ1 kcal/h 大卡/时=1.163 W 瓦1 kW千瓦=860 kcal/h 大卡/时1 btu/h 英制热量单位/时=0.293 W瓦1BTH：把1磅水升温1F0所吸取的热量。
热工基础知识
一、传热基本方式
① 导热的特点 A 必须有温差 B 物体直接接触 C 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动 而传递热量 D 不发生宏观的相对位移
一、传热基本方式
②导热机理 气体： 气体：导热是气体分子不规则热运动时相 互碰撞的结果，温度升高，动能增大， 互碰撞的结果，温度升高，动能增大，不 分子相互碰撞， 同能量水平的 分子相互碰撞，使热能从高 温传到低温处。 温传到低温处。
一、传热基本方式
对流换热特点 对流换热与热对流不同，既有热对流，也 有导热； 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运 动；也必须有温差
一、传热基本方式
4） 对流换热的基本规律 < 牛顿冷却公式 > ） 流体被加热时： 流体被加热时： 流体被冷却时： 流体被冷却时
Φ = t
1
δ
A
−
t
2
=
λ
∆ R
t
λ
一、传热基本方式
单位热流密度
q =
t1 − t 2
δ λ
∆ t = rλ
δ Rλ = Aλ
导热热阻
δ rλ = λ
单位导热热阻
Φ=
λ ∆tA δ
一、传热基本方式
λ— 比例系数，称为导热系数或热导率，其 意义是指单位厚度的物体具有单位温度差 时，在它的单位面积上每单位时间的导热 量，它的国际单位是 W／( m·K)。它表示材 料导热能力的大小。导热系数一般由实验 测定，例如，普通混凝土 W／(m·K), 纯铜 的将近400 W／(m·K) 。
作业题
2、一大平板，高3m，宽2m，厚0.2m, 导 热系数为45 W/(m·K), 两侧表面温度分别为 =150 ℃ 及=285 ℃, 试求该板的热阻、单位 面积热阻、热流密度及热流量
热工学重点内容
热工学部分基本概念与基本原理:热力系统：开口系、闭口系、绝热系、孤立系。
状态参数：p、v、T、u、h、s;过程量：q,w;可逆过程. p-v图，T-s图热力学第一定律能量方程式--闭口系统能量方程、开口系统稳定流动能量方程及其应用。
（计算与分析）理想气体的状态方程式、比热的性质，内能、焓、熵等状态参数的计算。
掌握理想气体的四个基本热力过程及多变过程的分析计算，并会使用p-v、T-s图进行定性分析。
理解正循环与逆循环及其经济性能指标、卡诺循环与卡诺定理、制冷循环与逆卡诺循环。
掌握水蒸气这种常用工质的热力性质，会用水蒸气热力性质表进行工程计算。
掌握湿空气的特性参数及其计算、焓湿图及其应用。
掌握傅立叶定律和一维稳态导热问题的求解，了解非稳态导热问题和集总参数法。
平壁和圆筒壁的导热。
了解对流换热的基本概念、边界层概念。
掌握流体受迫流动换热的计算和流体自由流动换热计算。
重点：常见的相关准则，受迫流动换热计算。
理解热辐射的基本概念和热辐射的基本定律，掌握辐射换热的基本计算方法。
基尔霍夫定律及灰体辐射换热分析法。
掌握传热过程的分析方法，了解换热器的设计、校核过程。
发动机原理部分1. 考试题型简答题，分析说明题。
主要考察利用基本原理分析与发动机相关的现象、技术与问题。
2．基本知识点A、术语充气效率、气门重叠、换气损失、VTEC（或VVT）、废气涡轮增压、辛烷值、十六烷值、过量空气系数、空燃比、自燃（压燃）、点燃、链式反应、预混燃烧、扩散燃烧、爆燃（爆震）、EGR、三元催化转化器（TWC）、工况、电控燃油喷射系统、氧传感器、ECU、汽油缸内直喷（GDI）、高压共轨系统B、基本知识1、发动机的性能指标：经济性、动力性、运转性能，及如何提高经济与动力性2、四冲程发动机的工作循环3、理解配气相位与气门重叠（换气过程）4、如何提高充气效率及其作用5、油品的主要指标6、着火方式与着火机理7、燃烧方式8、供油规律与喷油规律9、油束特性10、柴油机燃烧的四个阶段，放热规律11、柴油机燃烧的特点12、影响柴油机燃烧过程的运转因素13、柴油机工作过程粗暴的机理14、汽油机的燃烧过程，三个阶段15、爆燃与表面着火16、汽油燃烧室的要求与特点17、发动机的负荷特性、速度特性、万有特性及其应用（能读懂相关图表）18、汽车的主要排放物（HC、CO、NOx、PM）及其生成机理19、机内净化技术20、机外净化技术21、我国的排放法规22、电控燃油喷射系统组成，一般控制策略。
热工学基础
热工学基础第一章 工质与热力系统1、工质：各种形式能量的转换或转移，通常都要借助一种携带热能的工作物质来完成，这种工作物质称为工质。
2、温度：实用温标（t ）、理论温标（T ） t=T —273.153、准静态过程、可逆过程及其联系与区别 准静态过程：若过程进行的极其缓慢，则系统在每一瞬间的状态无限接近平衡状态，或者说，只是无限小的偏离平衡状态，该过程则为准静态过程。
可逆过程：系统在经历某一过程之后沿原路线方向进行，若系统和外界都能够回复到它们各自的最初状态，这过程成为可逆过程（它是指可能性，不是指必须回到最初状态的过程）。
联系与区别：可逆过程必定是准静态过程，而准静态过程未必是可逆过程。
它只是可逆过程的条件之一，没有机械摩擦损失的准静态过程是可逆过程，可逆过程是准静态过程的进一步理想化。
4、系统储存能=系统内部储存能（内能）+系统外部储存能（动能和位能）5、功量和热量：功量是除温度差外，不平衡势差作用下外界传递的能量，包括膨胀功和轴功；热量是热力系统通过边界与边界交换的能量中除了功的部分，是外界与系统之间所传递的能量，不是系统本身具有的能量。
第二章 热力学第一定律1、热力学第一定律：主要说明热能与机械能在转换过程中能量守恒。
2、热力学第一定律的基本表达式：输入系统的能量—系统输出的能量=系统储存能的变化3、闭口系统热力学第一定律解析式：Q=△U+W ；对于1千克工质：q=△u+w ；对于微元热力过程：w du q δδ+=4、焓：是物质进出开口系统时带入或带出的热力学能与推动功之和，是随物质一起转移的能量，它是宏观的状态参数，同时存在于闭口系统中。
H=u+pv(j ／kg)5、5kg 气体在热力过程中吸热70kj,对外膨胀做功50kj 。
该过程中内能如何变化，每千克气体内能的变化为多少？（p17例2-1、2-2）6、2Kg 气体在压力0.5Mpa 下定压膨胀，体积增大了0.12m 2，同时吸热60kj.求气体内能的变化。
大一热工学基础知识点总结
大一热工学基础知识点总结热工学是工程热力学的一部分，研究热能与机械能之间的转化关系以及热力系统的性质和运行规律。
在大一的学习中，我们学习了一些热工学的基础知识点，下面将对这些知识点进行总结。
一、热力学基本概念1. 系统与环境：热力学中，我们研究的对象称为系统，而系统外部的一切都称为环境。
2. 状态和过程：系统在某一时刻的特定条件下所具有的性质称为系统的状态，而系统从一个状态变化到另一个状态的过程称为过程。
3. 热平衡与热力学平衡：系统与环境之间无热交换和无功交换的状态称为热平衡，而系统内各部分之间无微观流动和无宏观运动等变化的状态称为热力学平衡。
二、热力学定律1. 第一法则（能量守恒定律）：能量不会凭空消失或产生，只能从一种形式转化为另一种形式，即能量的输入和输出必须平衡。
2. 第二法则（热力学第一定律）：能量自发流动的方向是从高温物体向低温物体，不可逆过程中总是有熵增加。
三、气体状态方程1. 理想气体状态方程：PV = nRT，其中P为气体压力，V为体积，n为物质的摩尔数，R为气体常数，T为温度。
2. van der Waals方程：(P + a/V^2)(V - b) = nRT，修正了理想气体状态方程对实际气体性质的不足。
四、热力学循环1. 卡诺循环：由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环，是一个完全可逆的循环。
2. 热机效率：热机的等效传热效率为η = (Q1 - Q2) / Q1，其中Q1为热量输入，Q2为热量输出。
3. 逆卡诺循环：是卡诺循环的逆过程，用来冷却物体。
4. 热泵效率：热泵的等效传热效率为η = Q1 / (Q1 - Q2)，其中Q1为热量输入，Q2为热量输出。
五、热力学性质1. 焓：在常压下，单位质量物质的焓称为比焓，表示为h。
比焓可以用来计算物质的热量变化。
2. 熵：熵是一个系统的无序程度的度量，表示为S。
熵增加代表系统向着混乱状态发展。
3. 压力、体积、温度、比容、比熵等物理量之间的关系可以通过热力学过程和状态方程得到。
热工基础知识
湿空气：含有水蒸气的空气。 1、相对湿度： 2、含湿量： 3、湿空气焓： 4、焓-含湿图：
湿空气过程 1、加热（或冷却）过程 2、冷却去湿过程 3、干燥过程
第二十一页，课件共63页
第二节 传热学
第二十二页，课件共63页
1、第一类边界条件 图示：4.2-7、 4.2-8、 4.2-9 公式：4.2-8、4.2-9 2、第三类边界条件 图示：4.2-9 公式：4.2-10、4.2-11 3、应用：P75例题6
第二十六页，课件共63页
一、导热传热
例题：一双层玻璃窗由宽1m，高1.2m，厚3mm的玻璃
和其中间的厚为5mm空气间隙组成。设空气层仅起导热
假设过程为稳态,试计算加热膜所施加的热流密度大 小。
解：材料1侧:q1=(t0-t1)/(δ1/λ1)=1680W/m2, 材料2侧:q2=(t0-tf)/(δ2/λ2+1/h)=975W/m2,
q= q1 + q2=2655W/m2
第二十八页，课件共63页
一、导热传热
圆筒壁导热 1、第一类边界条件 图示：4.2-10 公式：4.2-12、4.2-13 2、第三类边界条件 图示：4.2-10 公式：4.2-12、4.2-13 3、应用： P75例题7
热工基础知识
第一页，课件共63页
第一节 第二节
第三节
第四节
工程热力学 传热学
流体力学
热工测量技术
第二页，课件共63页
第一节 工程热力学
第三页，课件共63页
第一节 知识结构
一、热力学第一定律 二、理想气体性质及热力过程 三、热力学第二定律 四、水蒸气 五、气体和蒸汽流动 六、气体和蒸汽动力循环 七、湿空气
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相似理论在对流换热中的应用： 1. 物理现象相似性质的应用：物理现象相似的性质（凡是彼此相似的现象，他们的同名相似准则必定想等。） 2. 相似准则间关系的应用：物理现象中的物理量不是单个起作用的而是由其组成的准则起作用。
1． 黑体：通常把吸收率 a=1 的物体称为黑体——一种理想的物体或表面 2． 透明体：穿透率������=1 的物体称为透明体 3． 白体：反射率等于 1 的物体称为白体（漫反射的表面）或镜体（镜面反射的表面）。
1．能源的分类：
2.新能源 概念：非常规能源，传统能源之外，刚开始开发或正在研究，有待推广的能源。 1) 大中型水电 2) 新可再生能源（小水电，太阳能，风能，现代生物质能，地热能，海洋能） 3) 传统生物质能 3.我国的发展
b) 华氏温度（F）
c) 热力学温标：（开尔文温标，绝对温标）
符号：T 单位：K
热力学第一定律：（表述）能量守恒与转换定律+公式 热力学第二定律：表述
1. 克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。（传热方向性） 2. 开尔文-普朗克表述：不可能制造只从一个热源取得热量，使之完全变为机械功而不引起其他变化的循环
发动机。（第二类永动机是不可能制成的。） 卡诺循环：
直接接触式
管壳式，肋片管式，螺旋板
蓄热式
式，板式
热管式
制造材料
金属材料热质交
换设备
合金
������������������������������
热导率是物质的固有特性之一。影响热导率的因素主要有物质的种类，物质所处的温度和压力，与材料的几何 形状没有关系。
对流换热过程的分类： 按流体运动是否与时间相关可分为 非稳态对流换热 和 稳态对流换热。 按流体运动的起因可分为自然对流换热和强制对流换热。 按流体与固体壁面的接触方式可分为内部流动换热和 外部流动换热 按流体的运动状态可分为层流流动换热和紊流流动换热 按是否发生相变或存在多相的情况分为单相流体对流换热和多相流体对流换热 相似的概念：1 几何的相似 2 物理的想象相似 相似准则：普朗特准则 格拉晓夫准则
������������
面上某点到另一等温面，以该点法线方向的距离最短，故沿等温面法线方向的温度变化率最大。以该点法线方 向为方向，数值也正好等于这个最大温度变化率的向量丞炜温度梯度。
热流密度：单位时间，单位面积上所传递的热量称为热流密度。 热导率：《即导热系数》是出现在傅立叶定律中的比例常数，它表示物质导热能力的大小，是重要的热物 性参数，导热率的定义式为������ = − ������
������
������
������������ = ������
工程热力学基本理论
4.基本状态参数
i. 温度（T）：
热平衡：若两物体接触后，A 又热变冷，B 又冷变热，（不受其他物体影响）经过相当长的时间后，两物体状态 不再变化。
热力学第零定律：若两个物体分别与第三个物体处于热平衡，则他们彼此之间必然也处于热平衡。 温标： a) 摄氏温标： 符号：t 单位：摄氏度（℃） t=T—273.15
平壁的传热： K= K=
传热的强化： 强化传热是指增加传递过程的热传量。 通常方法：增加传热面积，增加传热温差，增加传热系数，增加对流传热系数。
传热的减弱： 高于环境温度的热力设备与管道的保温 无机的绝热材料。 方法：
热水到用户的换热过程：
热质交换设备的分类：（特点及区分）
工作原理
间壁式 →
间壁式分类：
公式：
������������，������=������ −
������������ ������������
=
������������ ������������
逆卡诺循环的效率：
������ = 公式： ������，������
������������
（推导过程课本 P42）
������������−������������
表述：
1) 在同温热源和同温冷源之间工作的一切热机，可逆热机的效率最高。
2) 在同温热源和同温冷源之间工作的一切可逆热机，不论采用什么工质，其热效率均相等。
传热学基本理论
温度场：温度场是指某一瞬间，空间（或物体内）所以各点温度分布的总称。 温度梯度：由等温面的某点出发，沿不同路径达另一等温面时，发现单位距离的温度变化������������不同，等温
能量守恒与转换定律： 能量不可能被创生，也不可能被消灭，他只能从一种形式转换成另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物 体，在转换过程中，能量的总和保持不变。
闭口系统热力学公式：������������ − ������������ = ������ − ������ Q=������������ + ������
������������������������������ = ������������������������
3. 常用单位：
巴（bar），标准大气压（atm），毫米水柱（mm������������������），毫米汞柱（mmHg）
iii. 比体积 v：
������ = ������ ������ = ������
0℃=273.15K
ii. 压力（p）：
1.
定义式：
������
=
������（容器受力，������） ������（容器体积，������������）
2. 1Pa பைடு நூலகம் 1N/������������
������������������������������ = ������������������������