热物性测试2011-讲义
2011年热工学标准试卷A
重庆大学试卷 教务处07版 第 1 页 共 2 页
重庆大学 热工学 课程试卷juan
2011 ~2012 学年 第 一 学期
开课学院： 机械工程 课程号： 11001525 考试日期：2011-12-15
考试方式： 考试时间： 120 分钟
题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总
分
得 分
一、判断题（10分）
1．理想气体组成的闭口系统吸热后温度必定增加。这一论述正确吗？为什么？（5分）
2．封闭系统经历某过程，已知其终态的熵大于初态的熵，则该过程必为不可逆过程。这一论述正确吗？为什么？（5分）
二、证明题（10分）
试证明：对于活塞式内燃机理想循环，在具有相同的进气状态、最高压力和最高温度条件下，定压加热理想循环的热效率最高。（10分）
三、工程热力学计算题（30分）
1.初态为0.1MPa，15℃的空气在压缩机中被绝热压缩到0.5MPa，终温为217℃，问过程是否可行？是否可逆？空气的Rg=287J/（kg·K），比热容为定值，cp=1.005kJ/(kg·k)。（10分）
2.如下图所示的混合加热活塞式内燃机理想循环，工质为空气，比热容为定值并取cp=1004J/（kg·K），cv=718J/（kg·K），比热容比κ=1.4,
Rg=287J/(kg·k)。已知压缩比ε=14.5，循环加热量q1=900 kJ/kg，初态p1=0.17MPa，t1=60 ℃，气缸中气体最大压力p3=10.3MPa，试求循环各点的温度、压力、比体积，循环热效率。（20分）
四、传热学计算题（50分）
1．蒸汽管道的内径为160mm，外径为170mm，管外覆有两层保温材料，第一层的厚度δ1 = 30 mm，第二层厚度δ2 = 50 mm。设钢管和两层保温材料的导热系数分别为λ1 = 50 W/(m·K)、λ2 = 0.15 W/(m·K)和λ3 = 0.08 W/(m·K)。已知蒸汽管内表面温度tw1 = 300℃，第二层保温材料的外表面温度tw4 = 50℃。试求每米蒸汽管的散热损失和各层接触面上的温度。（10分）
2011年热工学实践实验内容
实验3 二氧化碳气体P-V-T关系的测定
一、实验目的
1. 了解CO2临界状态的观测方法，增强对临界状态概念的感性认识。
2. 巩固课堂讲授的实际气体状态变化规律的理论知识，加深对饱和状态、临界状态等基本概念的理解。
3. 掌握CO2的P-V-T间关系测定方法。观察二氧化碳气体的液化过程的状态变化，及经过临界状态时的气液突变现象，测定等温线和临界状态的参数。
二、实验任务
1．测定CO2气体基本状态参数P-V-T之间的关系，在P—V图上绘制出t为20℃、31.1
℃、40℃三条等温曲线。
2．观察饱和状态，找出t为20℃时，饱和液体的比容与饱和压力的对应关系。
3．观察临界状态，在临界点附近出现气液分界模糊的现象，测定临界状态参数。
4．根据实验数据结果，画出实际气体P-V-t的关系图。
三、实验原理
原理部分还要加入：实际气体的状态方程很难确定，它可以用实验的方法得到状态参数图、表，可以根据图表计算系统的循环效率。这点可以参考水蒸汽的发生过程。实际气体随着温度、压力的变化，它的状态可以是液态、汽态，或汽液混合态。请看书水蒸气的发生过程,每一种实际气体的状态方程的确定要经过大量的实验，建立物理模型，再推导出方程式，所以一般采用实验的方法，得到p-v图、T-s图或h-s图和表（在书得附录中），按照理论循环过程，在图表中查取焓值，计算热力过程的循环效率。看水蒸汽图标的应用例题。因此理论部分的内容还要加强。
1. 理想气体状态方程：PV = RT
实际气体：因为气体分子体积和分子之间存在相互的作用力，状态参数（压力、温度、比容）之间的关系不再遵循理想气体方程式了。考虑上述两方面的影响，1873年范德瓦尔对理想气体状态方程式进行了修正，提出如下修正方程：
RTbvvap2 （3-1）
式中: a / v2是分子力的修正项；
b是分子体积的修正项。修正方程也可写成 :
2011-固表-6(2);固体表面物理测试方法
1
X射线光电子能谱法(XPS)紫外光电子能谱法(UPS)俄歇电子能谱法(AES) ——激发源为电子束电子能谱分析法是采用单色光源（如X射线、紫外光）或电子束去照射样品，使样品中电子受到激发而发射出来，然后测量这些电子的产额（强度）对其能量的分布，从中获得有关信息的一类分析方法。光电子能谱法四、X射线光电子能谱在催化剂氧化还原态表征中的应用
表面能谱光电子能谱¾Ｘ射线光电子能谱：采用Ｘ射线激发样品，用于测量内壳层电子结合能¾紫外光电子能谱：用真空紫外线激发样品，用于研究价电子的电离电能Î由于紫外线的能量比较低，因此只能研究原子和分子的价电子及固体的价带，不能深入原子的内层区域。但是紫外线的单色性比Ｘ射线好，因此紫外光电子能谱的分辨率比Ｘ射线光电子能谱高，两种技术是互相补充的
Ｘ射线光电子能谱XPS——最常用的表面能谱之一。XPS采用软X-射线(E<5Kev)照射被测样品，使被测样品中的金属原子核外电子(通常是内层电子）受激发射，研究受激发射电子的结合能的一种表征手段。具有较好的分辨率和较高的灵
敏度。多相催化发生在固体催化剂的表面上，主要是表面性质决定着催化剂的性能。因此要深入了解催化作用的本质，催化剂表面性质的表征至关重要。光电子能谱是表面灵敏的技术光电子平均自由程是指光电子在固体样品表面不发生非弹性碰撞时逸出固体表面的深度。由于X射线激发的深度比光电子逸出深度大得多，使得从深度大于光电子自由程的那些原子所发射的光电子和样品中各种粒子发生非弹性碰撞, 最后不能逸出。X光电子能谱法是一种表面分析方法，提供的是样品表面的元素含量与形态，而不是样品整体的成分，其信息深度约为3-5nm。
——爱因斯坦的光电效应定律1. Ｘ射线光电子能谱的基本原理材料暴露在波长足够短（高光子能量）的电磁波下，可以观察到电子的发射。这是由于材料内电子是被束缚在不同的量子化了的能级上，当用一定波长的光量子照射样品时，原子中的价电子或芯电子吸收一个光子后离开原子。这个现象因为存在可观测的光电流而称为光电效应（光电离作用／光致发射）。原子中电子的受激发射和电子弛豫
工程热力学实验讲义
0 第一章 工程热力学
§1-1 空气绝热指数的测定实验
一、实验目的
通过测量绝热膨胀和定容加热过程中空气的压力变化，计算空气绝热指数。
理解绝热膨胀过程和定容加热过程以及平衡态的概念。
二、实验原理
气体的绝热指数定义为气体的定压比热容与定容比热容之比，以K表示，即pvckc。
本实验利用定量空气在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律来测定空气的绝热指数K。实验过程的P-V图如图1所示。图中AB为绝热膨胀过程；BC为定容加热过程。
图1 等容和绝热过程
AB为绝热过程，
1122kkpvpv （1）
BC为定容过程，
23vv （2）
假设状态A和C温度相同，则23TT。根据理想气体的状态方程，对于状态A、C可得：
1133pvpv （3）
将（3）式两边K次方得：
1133kkpvpv （4） 1 由（1）、（4）两式得，1132kpppp，再两边取对数，得：
1213lnlnppkpp （5）
因此，只要测出A、B、C三状态下的压力123,,ppp且将其代入（5）式，即可求得空气的绝热指数k。
三、实验装置
空气绝热指数测定仪由刚性容器，充气阀、排气阀和U型差压计组成，如图2所示。空气绝热指数测定仪以绝热膨胀和定容加热两个基本热力过程为工作原理，测出空气绝热指数。整个仪器简单明了，操作简便，有利于培养学生运用热力学基本和公式从事实验设计和数据处理的工作能力，从而起到巩固和深化课堂教学内容的实际效果。
图2 空气绝热指数测定装置示意图
岩溶地区浅层岩土体热物性参数测试及应用分析
２０１３年３Ｏ卷 第１期（总第１１４期） 贵 州 地 质 ＧＵＩＺＨＯＵ ＧＥ０Ｌ０ＧＹ Ｖｏ１．３０ Ｎｏ．１（Ｔｏ１．１１４）２０１３ ・７１・
岩溶地区浅层岩土体热物性参数测试及应用分析
何文君 ，王明章２，李勇刚 ．
（１．贵州省有色金属和核工业地质勘查局，贵州贵阳５５０００５；２．贵州省地质矿产勘查开发局，贵州贵阳５５０００４）
［摘要］以岩溶场地为地埋管地源热泵系统示范，通过场地岩土综合热物性测试成果及地埋
管地源热泵系统建造后期运行情况，分析地埋管地源热泵技术在岩溶地区应用的可行性，为地
埋管地源热泵技术在岩溶地区应用推广提供技术性参考。 ［关键词］岩溶地区；地埋管地源热泵技术；岩土体热物性参数；基础桩螺旋盘管；双Ｕ垂直
埋管 ［中图分类号］ＴＫ５２１ ２；Ｐ３１４．３［文献标识码］Ａ［文章编号］１０００—５９４３（２０１３）０１—００７１—０４
地埋管地源热泵技术近年在我国北方各地许 多工程中得到应用，地埋管地源热泵系统要获得
推广应用必须解决冷热负荷不均衡问题，而合理 的系统设计是解决冷热不均衡的有效手段，岩土
体的热导系数是地埋管地源热泵系统设计的重要 参数¨Ｊ，获得更真实、可靠的工程区域岩土热物 性参数，是确保地埋管地源热泵系统高效、稳定运
行的关键。 ． 贵州省主要以碳酸盐岩分布为主，地形起伏 变化大，浅表层岩土体组合复杂，岩溶发育程度各
向异性特征明显，使得获取场地岩土体有效的热 物性参数尤为重要。因此岩溶地区岩土热物性参
数测试、分析和研究，实现地埋管地源热泵系统优 化设计、延长系统寿命、降低运行用费，促进地源
热泵节能技术在岩溶地区的应用，是一个具有重 要现实意义的研究课题。本文分别选择岩溶一般 发育和中等发育的两个建设工程场地进行岩土热
物性测试，依据测试成果，选择其中一个在建工程 建造地埋管地源热泵系统作为试验平台，通过其 后期运行情况表明地埋管地源热泵技术在岩溶地 区应用的可行性。
热分析的原理
热分析的原理
热分析是一种重要的热物性测试方法，用于研究物质在加热过程中的物化性质变化。其原理基于物质在加热时对吸热或放热的反应，通过测定样品在加热或冷却过程中所产生的热量变化，可以推断出样品的热稳定性、相变特性、热储存能力等相关信息。
热分析实验常用的方法包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）、动态热力学分析法（DTA）等。这些方法在原理上有所不同，但都是基于热量的变化进行分析。
在差示扫描量热法中，样品和对比样品（通常为惰性材料或纯金属）一同加热或冷却。通过比较样品和对比样品之间的温度差异，可以计算出样品的吸热或放热量。这种方法可以用于研究样品熔化、分解、相变等过程的特性。
热重分析法是通过测量样品在加热过程中的质量变化来得到有关信息的。样品在加热时会经历失重或得重的过程，通过比较样品和空白容器的质量变化，可以推断出样品的热失重或热增重特性。这种方法常用于研究样品的分解、氧化、脱水等过程。
动态热力学分析法是通过测量样品和参比样品之间的温差来得到有关信息的。样品和参比样品一同加热或冷却，通过比较它们之间的温度差异，可以推断出样品的物理或化学变化。这种方法常用于研究样品的相变、晶体结构变化、热化学反应等过程。
总之，热分析方法通过测量样品在加热过程中的热量变化来推断出其热物性特征。它在材料科学、化学、生物学等领域中有着广泛的应用，对于理解和改进物质的热性质具有重要意义。
土壤导热系数的现场测定
土壤导热系数的现场测定
0 引言
对于土壤源热泵系统的设计，无论是利用相关软件计算还是使用工程上简化计算公式，土壤的热物性参数都是土壤源热泵系统地下埋管换热器设计的一个重要参数，它的大小对钻孔深度与个数的有着显著的影响。如果物性参数不准确，则所设计的系统可能达不到负荷需求，也有可能系统规模过大，从而大大增加系统的初投资。所以研究的热点就集中在合理减少钻孔的深度和个数上，而这些都工作首先都需要确定土壤的热物性参数。
1 土壤热物性的测定方法
目前国内外在确定土壤热物性参数时的设计方法主要有以下3种：
1.1 根据前期钻井获得的地质资料，通过查找土壤地质方面的手册进行确定
如美国电力局（EPRI）编写的手册：Soil and Rock Classification for the Design of
Ground-coupled heat pump Systems Field Manual；以及国际热泵协会（IGSHPA）编写的手册：Soil and
Rock Classification Manual等。由于这种手册给出的土壤物性参数并非一个确定值，而是一个可能存在的范围，系统设计人员在设计土壤换热器时，由于设计者的知识水平、经验以及设计估测保守程度等不同会存在很大的差异。
1.2 实验室取样测试法
这是较为经典的实验室方法。此方法将现场采集的土壤试样在实验室中通过一定的方法进行测试，从而获得其导热系数等土壤的热物性参数值。虽然通过此方法测量的土壤试样热物性数值较为准确，但是由于土壤属于多孔介质，其热物性不仅与地理位置以及当地地层构造有关，还与地下含水层密切相关。已有结果表明【1】，仅土壤的导热系数就与试样的温度、密度、空隙比、饱和度等因素有关。由于此种方法离开了原工程地，故而对现场因素造成的影响考虑不够全面。
1.3 现场测试法
顾名思义，现场测试法就是在施工现场进行测试，这样就避免了现场因素影响造成的误差。这种现
基于无限长圆柱热响应的岩土体热物性测试方法
第37卷第2期南京理工大学学报V01．37No．2
呈Q!三生垒旦塑!型堕翌!型堡墨旦型!!!!竺堕皇堡竺!!竺!里!!竺竺生墅垒巳!：2Q!三
基于无限长圆柱热响应的岩土体热物性测试方法
余延顺，许磊，陈水锋，钱普华
(南京理工大学能源与动力工程学院，江苏南京210094)
摘要：岩土的热物性参数是影响地源热泵系统设计与运行的重要因素。该文基于半无限大物
体恒热流作用下的非稳态传热理论，通过引入形状修正系数得到恒热流作用下无限长圆柱体的
热响应，数据处理获得岩土体导热系数与导温系数的表达式。应用该理论对扬州市某住宅建筑
地源热泵系统地下岩土进行热响应测试，测得岩土的平均导热系数与导温系数分别为
1．03W／(m℃)和0．231mm2／s。实测数据与理论结果吻合良好。
关键词：地源热泵；热响应测试；土壤热物性参数；形状修正系数
中图分类号：TU832．1文章编号：1005—9830(2013)02—0305—04
Method
todeterminesoil
thermo-physicalparametersbased
on
thermal
responseofinfinite
cylinder
Yu
Yanshun，XuLei，ChenShuifeng，QianPuhua
(Schoolof
EnergyandPowerEngineering，NUST，Nanjing210094，China)
Abstract：Thesoil
thermo—physicalparametersare
importantfactorsforthe
designand
operationofthe
groundsourceheat
pumpsystem．Basedonthe
unsteadyheattransfer
theoryofthesemi—infinite
body
withthe
constantheat
flux，thethermal
responseoftheinfinite
深层岩土热物性的现场测定
刁乃仁教授
【文章编号】１００７．９４６７（２００７）０１．０００６．０５ 刁乃仁，教授，博士，国家注 册公用设备工程师（暖通空调）， 山东建筑大学热能工程学院副院 长，地源热泵研究所副所长。长期 从事暖通空调工程和地源热泵技 术的研究与应用。专著有（（地埋管 地源热泵技术））（高等教育出版 社，２００６．１０），国家标准（（地源热 泵系统工程技术规范））（ＧＢ ５０３６６－－２００５）的主要编写者之 一● （（深层岩土热物性的现场测 一文是由刁教授推荐并亲自 审阅的技术文章。
深层岩士燕物牲的现场测定
■李鑫。李玉杰，于明志，刁乃仁（山东建筑大学地源热泵研究所，济南２５０１０１）
【摘要】地下岩土热物性的确定一直是地源热泵技术领域的 难点之一。利用自主研发的现场测定岩土热物性方法和仪 器，对待建地源热泵工地岩土层热物性进行了现场测试。测 试结果表明：测得的岩土热物性，能够满足地源热泵工程设 计的精度要求。 【关键词】岩土热物性；地热换热器：地源热泵 【中围分类号］ＴＨ７６５．２＋６；ＴＵ８３３．３ 【文献标志码】Ｂ
６ １ 引言
地源热泵系统是一种利用大地岩土、地下水和 地表水作为其热源或热汇的热泵系统［ｕ。由于地层 深处温度常年维持不变，远高于冬季的室外温度， 低于夏季室外温度，地源热泵有效地克服了空气源 热泵的温限和技术障碍，
大大提高效率。另外，还具 维普资讯 有低噪声、占地面积少、无污染物排放、不抽取地下
水、运行及维修费用低廉、寿命长等优点，因而这项技术
已在国内外广泛应用于各类建筑物的供热空调系统。
深层地下岩土热物性参数是设计地源热泵系 统地热换热器的基础数据。其现场测试条件及其理
论基础与地热换热器传热模型一样较为复杂。因此 地下岩土热物性测试理论与方法一直是地源热泵
技术研究的一个热点与难点。测试中需要确定的参
数较多，导致出现误差的可能性增大，不利于工程
材料热力学性能测试资料
材料热力学性能测试资料
物质热力学性能测试是研究和评估材料在不同温度和压力条件下的热力学性质的重要手段。通过这个测试，我们可以获取到关于材料内在特性和对环境变化的响应的详细信息。本文将介绍材料热力学性能测试的基本原理、常用测试方法以及在不同应用领域中的重要性。
一、热力学性能测试的基本原理
热力学性能测试是通过测量材料在不同热力学条件下的物理性质和热力学参数来获得相关数据。其中，热力学性能指的是材料在热平衡条件下的热胀缩、热导率、比热容等性质。与热平衡不同的是，热传导、热膨胀以及其他热相关现象需要在非平衡条件下进行测试。
热力学性能测试还可以用于确定物质的热力学相变行为，如熔点、凝固点、相变焓等。这些数据对于理解和控制材料的物性变化具有重要意义。
二、热力学性能测试的常用方法
1. 热胀缩测试：热胀缩是材料在温度变化下长度、面积和体积的变化。通过测量材料在不同温度条件下的尺寸变化，可以计算出热胀系数，了解材料在温度变化下的性能。
2. 热导率测试：热导率是描述材料导热性能的参数。通过测量材料在不同温度下的热流和温度梯度，可以计算出材料的热导率。这对于研究材料的传热性能以及应用于热管理领域具有重要意义。 3. 比热容测试：比热容是指单位质量材料在温度变化下吸收或释放的热量。通过测量材料在不同温度下的温度变化和吸热量，可以计算出材料的比热容。比热容的测试结果对于材料的热稳定性和储能性能具有重要影响。
4. 热分析测试：热分析是利用物质在不同温度下吸热或放热的特性来研究材料的热力学性质。常见的热分析技术包括热重分析（TGA）、差示扫描量热（DSC）和热电分析（TGA）等。这些测试可以提供材料的热稳定性、热解特性、相变行为等信息。
三、材料热力学性能测试在不同应用领域中的重要性
1. 材料工程领域：热力学性能测试对于材料开发和设计具有重要参考价值。通过了解材料的热胀缩性能、热导率、比热容等参数，可以为材料的选择和应用提供依据。例如，对于高温工作环境下的材料，需要选择具有较低热胀缩系数和较高热导率的材料，以确保材料的稳定性和可靠性。