热工与流体力学_第12章
《热工基础与流体力学》教学大纲
《热工基础与流体力学》教学大纲一、课程基本情况英文名称：Fundamentals of thermodynamics and fluid mechanics课程编号：F0717********总学时：48 讲课学时：42 实践学时：6总学分：3课程性质：必修考核方式：考查适用对象：机械设计制造及其自动化先修课程：大学物理参考文献：[1]蒋祖星.《热工与流体力学基础》[M].北京:机械工业出版社，2016[2]魏龙.《热工与流体力学基础》[M]. 北京:化学工业出版社，2017二、课程简介与目标《热工基础与流体力学》课程是高等工科院校机械类专业必修的一门专业技术基础课。
主要研究内容包括工程热力学、传热学和流体力学三大部分：第一、工程热力学是从工程实际出发，研究物质的热力性质、能量转换的规律和方法以及有效合理利用热能的途径。
包括热力系统的基本概念、气体的热力性质、热力学第一定律、理想气体的热力过程、热力学第二定律、水蒸气、湿空气、气体和蒸汽的流动、制冷循环等基本内容的学习，可为学生从事本专业的科研生产工作奠定必备的理论基础；第二、传热学主要研究工程中物质传导热、对流传热、辐射传热及其总传热过程的热量传递规律的学科。
主要目的是计算传递的热量从而控制热量传递过程，确定物体内各点的温度分布用于判断热传递引起某些现象的原因、温度控制等。
具有分析和解决工程中有关热量传递的实际问题的能力、应用有关技术资料选择换热器的能力、机械的能量传递方面的设计计算能力；第三、流体力学是研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程实际问题中的应用。
主要目的是掌握流体的平衡和运动的基本规律；学会必要的流体力学分析、计算方法；掌握一定的流体力学实验技能，具有分析和解决工程实际问题的能力。
为日后从事机械设计工作提供必须的基础知识和理论基础。
通过本课程的学习，达到如下学习目标：目标 1.掌握与流体力学、传热学和工程热力学有关的工程基础知识，对复杂机械工程进行推演和分析。
西南科技大学《热工基础及流体力学》期末考试复习
热工基础及流体力学第一章 气体的热力性质（名词解释）1.工质：实现能量传递与转换的媒介物质 。
2.热力学系统：热力学研究时，根据研究问题的需要人为选取一定的工质或空间作为研究对象，称为热力系统，简称热力系或系统。
3. 热力系分类：①封闭热力系（与外界有能量传递,无物质交换的系统。
系统的质量恒定不变）②开口热力系：（与外界有能量、物质交换的系统，系统的质量可变）③绝热热力系（与外界没有热量交换的系统）④孤立热力系：（与外界既无能量（功、热量）交换又无物质交换的系统）4.热力状态：工质在某一瞬间所呈现的全部宏观物理特性，称为热力学状态，简称状态。
5. 状态参数：描述工质热力状态的宏观的物理量叫做热力学状态参数，简称状态参数。
基本状态参数：温度（T ）、压力（p ）、比体积（v ）导出状态参数：热力学能（U ）、焓（H ）、熵（S ）6. 理想气体：是指状态变化完全遵循波义耳-不占体积的质点，分子之间没有相互作用力。
7. 热力学能：指组成物质的微观粒子本身所具有的能量, 即所谓的热能。
包括了：①内动能:分子热运动的动能。
②内位能: 分子之间由于相互作用力而具有的位能。
第二章 热力学基本定律（填空+计算（卡洛循环）+名词解释） 1.准平衡过程：过程中热力系所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的热力过程称为 准平衡过程，或准静态过程 。
2. 可逆过程：如果热力系完成某一热力过程后, 再沿原来路径逆向进行时 , 能使热力系和外界都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为 可逆过程。
反之,则称为不可逆过程 。
(可逆过程是一个理想过程，可逆过程的条件：可逆过程= 准平衡过程 ＋ 无耗散效应）。
3.关系：准平衡过程概念只包括热力系内部的状态变化，而可逆过程则是分析热力系与外界所产生的总效果。
可逆过程必然是准平衡过程，而准平衡过程只是可逆过程的条件之一。
4.热力学第一定律：实质就是热力过程中的能量守恒定律。
热工基础第12章 对流换热
大空间竖直壁面的自然对流换热
自然对流边界层也 有层流和紊流两种 流态。 局部表面传热系数 随流态发生变化。
自然对流换热的特征数与关联式
1.特征数关联式： Nu f (Gr, Pr)
定性温度：tm
1 2
(tw
t
)
圆柱面的修正
d 35
竖直圆柱满足 H Gr1/4 时可按竖直壁面处理， 否则要进行修正：
hcy Ccyhp
hp——按竖直平壁的计算值
例题12-4 室温为10℃的大房间中有一个直径为 15cm的烟囱，其竖直部分高1.5m，水平部分长 15m，烟囱的平均壁温为110℃，求每小时的对流 换热量。
解：定性温度： tf=600℃， tw=120 ℃
查表得： ＝0.0742W/(m·K)， ＝93.61×10－6m2/s ,Prf=0.62,Prw=0.6896
ud 8 0.06 Re 93.61106 5128
Nu 0.27 51280.63 0.620.36 ( 0.62 )0.25 0.91 36.87 0.6896
强迫对流换热特征数与关联式
雷诺数：
Re vl
表征了给定流场的惯性力
与其黏性力的对比关系
普朗特数：Pr 反映了流体的动量扩散能 力与其能量扩散能a 力的对比关系
平均努塞尔数：Nu hl
壁面处在壁面法线方向上流体平均无量纲温度
梯度。反映了给定流场的换热能力与其导热能 力的对比关系
Gr Re2 1，惯性力与浮升力相比很小，可
热工与流体力学基础习题集(答案)
热工与流体力学基础习题集主编：惠节王玉洁叶亚兰王宜翠王红涛主审：王永祥安翔二0一四年四月前言《热工与流体力学基础习题集》依据热能、空调、内燃机等专业的人才培养方案、校企合作企业的需求以及一线教师根据的相关考试科目与知识要求等整编写而成。
《热工与流体力学基础习题集》由惠节、王玉洁、叶亚兰、王宜翠、王红涛等老师主持编写（排名不分先后），全书由王永祥副教授和安翔副教授担任主审。
本书是《热工基础与流体力学》教材配套用书。
本书侧重于基本知识理论，在学习过程中使用能加强对基础知识理解和熟练掌握，有效地提高学习效果。
需要强调的是：学好热工基础课程要重视对概念的理解，注意知识要点及其各知识点之间的联系，并在此基础上归纳、总结，反对“背出来就能考出来”观点。
因水平有限，时间仓促，书中若有错误和不妥之处，欢迎读者指正。
编者20XX年4月第一篇工程热力学1.. 把热量转化为功的媒介物称为______。
A．功源B．热源C．质源D．工质2.. 把热能转化为机械能，______通过工质的膨胀来实现。
A．可以B．只有C．无法D．均不对3.. 在热力设备中进行的热能与机械能相互转换需通过物质来完成，这种物质简称为______。
A．工质B．燃气C．蒸汽D．理想气体4.. 把热能转化为机械能，通过______的膨胀来实现。
A．高温气体B．工质C．液体D．A、B、C均不对5.. 工质是把热量转化为功的______。
A．功源B．热源C．质源D．媒介物6.. 作为工质应具有良好的______和______。
A．流动性/多变性B．膨胀性/多变性C．膨胀性/分离性D．膨胀性/流动性7.. 工质必须具有良好的膨胀性和流动性，常用工质有______。
A．燃气B．润滑油C．水D．天然气8.. 气态物质具有显著的______性质，所以最适合充当工质。
A．压缩B．膨胀C．流动D．A+B+C9.. 蒸汽动力装置的工质必须具有良好的______性。
A．膨胀B．耐高温C．纯净D．导热10.. 热力学研究的工质一般都是______物质。
热工与流体力学基础全套课件
2020/3/1
2014.9.13
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第一章
热力学基本概念
2020/3/1
2014.9.13
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学习导引
本章介绍了许多重要的概念，对于后续内 容的学习非常重要。在学习过程中，应注意把 相关的概念串接起来，既对单个概念的物理意 义有较深刻的理解，又能从整体上将这些概念 有机的联系起来。
2020/3/1
1980 1991 2014.9.13
1997
中国 世界先进
15
（3）环境污染严重
据世界银行统计资料，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1600亿元人 民币；酸雨使农作物减产每年损失达400亿元人民 币。
全世界2001年由化石燃料所排放的CO2达到 236.83亿吨，其中我国的排放量达到30亿吨，占 世界总排放量的13％，仅次于美国，居世界第 二位。
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二、本课程的性质 、研究对象及主要内容
• 主要的专业基础课
工程热力学
• 三部分组成 流体力学
传热学
• 以热机工作过程为例:
化学能
热能
2020/3/1
2014.9.13
机械能
21
热机工作过程示意图
过热蒸汽
发电机
锅 汽轮机 炉
乏汽 循环水
冷凝器
• 热机
——能将热能转换为 机械能的机器。
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我国能源利用现状及存在的主要问题：
（1）人均能源占有率低，远低于世界平均水平
煤炭：90.45 吨/人（世界人均 162.48吨/人）； 石油：2.59 吨/人（世界人均 23.25 吨/人）； 天然气：1079.90 m3/人（世界人均 24661 .32 m3/人）
热工与流体力学基础第二版知识点
热工与流体力学基础第二版知识点《热工与流体力学基础》第二版是一本涵盖热工学和流体力学基础知识的教材。
下面是该教材的主要知识点总结。
第一章：热力学基础1.热力学基本概念：系统、过程、状态、平衡等。
2.热力学第一定律：能量守恒原理，包括内能、功和热量的转化。
3.理想气体的状态方程和理想气体的内能、焓、比热容等基本性质。
4.热力学第二定律：热量无法自流体温度较低的物体传递到温度较高的物体，熵增原理。
5.热力学过程：等温过程、绝热过程、等焓过程、等熵过程等。
第二章：热力学第二定律1.热力学第二定律的表述：克劳修斯表述、开尔文表述、普朗克表述等。
2.热力学可逆性：可逆过程和不可逆过程的区别。
3.温度原理：第二定律的另一个表述。
4.卡诺循环：理想热机的最高效率，热量机和制冷机的理论效率等。
5.热力学状态函数：焓、熵等。
第三章：气体物性1.理想气体状态方程：理想气体的状态方程、气体的通用状态方程等。
2.实际气体的物性：气体的压缩因子、物态方程等。
3.混合气体：混合气体的压力、物态方程等。
4.湿空气的物性：湿空气的物态方程，空气的相对湿度等。
第四章：热力学循环1.热力学循环的基本概念：容器、工质、制冷剂等。
2.理想循环：卡诺循环、斯特林循环、布雷顿循环等。
3. 实际循环：由理想循环引出的实际循环，如Otto循环、Diesel 循环等。
4.循环效率：循环效率的计算和提高方法等。
第五章：流体力学基础1.流体力学的基本概念：流体、运动、静压力、动压力等。
2.流体的物理性质：密度、体积模量、表面张力等。
3. 流体静力学：流体的静力学平衡方程、静压力、Pascal定律等。
4.流体流动的描述：速度场、流线、流管、速度势等。
第六章：定常流动1.流体的连续性方程：质量守恒定律。
2.流体的动量方程：动量守恒定律，流体的动力学压强等。
3. 流体的能量方程：能量守恒定律，Bernoulli方程等。
4.流动的稳定性：雷诺数、层流和湍流等。
热工与流体力学基础
2020/4/27
第八章
流体性质和流体静力学基础
2020/4/27
学习导引
本章主要内容分为两大部分：第一部分阐述 了流体的力学定义及流体的基本特性，引入了 流体连续性假定，分析了流体的主要力学性质 ，最后简单介绍了作用于流体上的力；第二部 分主要分析了流体处于静止状态时，其内部压 力的分布规律及特性，进而推导出了流体静力 学基本方程，并举例分析了流体静力学基本方 程的工程应用。
第二篇
流体力学
2020/4/27
流体力学是以理论分析与实践相结合的方法，研究 流体平衡和运动的规律，并运用这些规律解决实际工程 问题的学科。
流体力学包括流体静力学和流体动力学两部分。流体 静力学是研究流体在静止状态下的力学规律以及这些规律 在工程上的应用；流体动力学则是研究流体的运动规律及 应用 。
流体包括气体和液体 2. 流体与固体 3. 液体与气体
2020/4/27
二、 流体连续性假定
认为流体是由彼此之间没有间隙的无数流体微 团（又称为流体质点）所组成，是一个内部没有间 隙的连续体。
它使得流体一切的力学性质都可以被看为变量 的连续函数，因而在解决流体力学实际问题时，就 能用连续函数这一有力的数学工具去分析和研究。
黏性只有在流体运动时才显示出来。
D d δ
例8-1
2020/4/27
v L
3. 表面张力特性
表面张力: 使液体表面有收缩趋势的力。 表面张力特性: 液体在自由表面上能承受微小 张力的特性。
表面张力特性是液体特有的性质。
2020/4/27
图8-3 液体润湿固体现象
热工基础及流体力学(第二版)
第一节蒸汽动力循环 第二节制冷循环 思考题 习题
第七章流体及其物理 性质
第八章流体静力学
第九章流体动力学基 础
第十章黏性流体的管 内流动
第一节流体的定义和连续介质模型 第二节流体的主要物理性质 第三节作用在流体上的力 思考题 习题
第一节流体的平衡方程式 第二节重力作用下的流体平衡 第三节液柱式测压计 第四节平面上和曲面上的流体压力 思考题 习题
第一节热力学第一定律 第二节热力学第二定律 思考题 习题
第一节理想气体 第二节水蒸气 第三节混合气体 思考题 习题
第一节分析热力过程的目标和一般方法 第二节理想气体典型热力过程 思考题 习题
第一节稳定流动基本方程 第二节喷管和扩压管中的流动特性 第三节喷管的计算 第四节绝热节流 思考题 习题
第一节描述流体运动的几个基本概念 第二节连续性方程 第三节理想流体的伯努利方程 第四节定常流动的动量方程 思考题 习题
第一节黏性流体的伯努利方程 第二节管内流动的能量损失 第三节黏性流体的两种流动状态 第四节圆管层流和紊流的流动规律 第五节管内流动的阻力系数 第六节管道水力计算 第七节水击现象 思考题 习题
热工基础及流体力学（第二版）
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 精彩摘录
目录
02 内容摘要 04 读书笔记 06 作者介绍
思维导图
本书关键字分析思维导图
热工
传热
流体力学
计算
实验
典型
附表
热工
流体
工程 习题
方程
版
流体
基本概念
典型
导热
性质
物理
内容摘要
本书共分三篇，由工程热力学、流体力学和传热学三部分内容组成。工程热力学部分主要讲述：热力学基本 概念和基本定律，常用工质的热物理性质及基本热力过程，气体和蒸汽的流动，典型蒸汽动力循环和制冷循环分 析计算；流体力学部分主要讲述：流体的基本物理性质，流体静力学，流体动力学基础，黏性流体的有压流动特 点及能量损失计算；传热学部分主要讲述：导热、对流传热、辐射传热的基本规律和计算方法，传热过程的分析 计算方法及优化控制措施，换热器的类型和传热计算方法。各章附有切合实际的典型例题、思考题和习题，附录 附有热工流体典型实验、习题解答、模拟试题及参考答案。本书综合了热工及流体基础理论知识，可作为热工控 制及自动化、供热工程、环境工程、热能工程、制冷及低温工程、热工测量仪表及相关专业的教材或教学参考书， 也可作为能源动力类专业培训教材，或作为相关工程技术人员参考用书。
流体力学与热工学基础 1-1 流体的主要物理性质
一，流体的重度与密度 1，密度与比容
密度：在均质流体中，单位体积流体的质量。 比体积：单位质量流体的体积。 2，重度——均质流体中，单位体积流体的重量。
一般流体的重度和密度随温度和压力而变 对液来说，影响极小；对气体来说，影响极大 水的转回温度为40C，即一大气压下： 水在40C以下时，为冷胀热缩
在40C以上时，为热胀冷缩 工程上取
0 E t1 t1 t2 51
4、影响粘度的因素
温度的影响： 液体的粘度与温度成反比；气体的粘度与温度成正比。
液压系统温度过高时，粘度下降，压力易波动，工作不平稳。 压力的影响：
液体的粘度与压力成正比 各种机械用的燃油和滑油，必须控制其温度。 如：为使燃油雾化良好，可升温
低温航区和季节，应控制油温
§12-1 流体的主要物理性质
问题设计： 1、衡量流体物理性质的指标有哪些？ 2、如何表示流体膨胀和压缩性的大小？ 3、流体沿固体壁流动时为什么会产生摩擦力？基大小与 哪些因素有关？ 4、如何表示流体粘性的大小？工程上常用的流体粘度测 量方法有哪些？你是否能想象一些新的粘度测量方法？
§12-1 流体的主要物理性质
dy
μ——动力粘度：代表流体粘性的大小。 粘滞切应力——单位接触面积上的内摩擦力。
du
dy
几点说明 ①对静止流体，梯度=0，T=0，说明流体的粘性只有在流动 或变形时才显示出来。 ②内摩擦力或切应力总是成对出现的，大小相等、方向相反、 分别作用在对方流层上。 ③该定律是建立在流体作层运动的基础上的，故只适用层流， 它不适合于某些流体，如泥浆、有机胶体、油漆、高分子溶液、纸 浆液等，这些流体的切应力和速度并不是简单的直线关系。
热工与流体力学基础第二版知识点
热工与流体力学基础第二版知识点热工与流体力学是工程中的重要学科，涉及热力学、传热学和流体力学等内容。
下面将介绍《热工与流体力学基础第二版》中一些重要的知识点。
第一章：热力学基础本章介绍了热力学的基本概念和基本定律。
热力学是研究热和功之间相互转化关系的学科。
其中包括热力学系统、状态方程、热力学过程等内容。
第二章：气体的热力学性质本章主要介绍了理想气体和真实气体的性质。
理想气体的状态方程为PV=RT，其中P为气体压强，V为气体体积，R为气体常数，T为气体温度。
真实气体的性质受到压力、温度和物质的影响。
第三章：热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律，它表明能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量保持不变。
热力学第一定律还可以用来分析各种热力学过程中的能量转化和能量平衡。
第四章：理想气体的热力学过程本章介绍了理想气体在不同热力学过程中的性质和特点。
其中包括等温过程、等容过程、等压过程和绝热过程。
这些过程在工程中具有重要的应用价值。
第五章：气体混合与湿空气本章介绍了气体混合和湿空气的热力学性质。
气体混合是指两种或多种气体按一定的比例混合在一起的过程。
湿空气是指空气中含有一定的水蒸气。
湿空气的热力学性质对于气候和环境工程有着重要的影响。
第六章：热力学第二定律热力学第二定律是热力学的基本定律之一，它规定了一个孤立系统的熵永远不会减少。
熵是一个表示系统无序程度的物理量，它可以用来描述热力学过程的方向性。
第七章：传热学基础传热学是研究热量从一个物体传递到另一个物体的学科。
本章介绍了传热的基本概念和热传导、对流传热、辐射传热的基本原理。
第八章：传热过程与换热器本章介绍了传热过程和换热器的基本原理和应用。
传热过程包括散热、传热和吸热。
换热器是一种用于实现热能转移的设备，广泛应用于工业生产和能源利用。
第九章：流体力学基础流体力学是研究流体运动规律的学科。
本章介绍了流体的基本性质和运动方程。
流体的性质包括密度、压力、粘度和表面张力等。
热工基础与流体力学 课后答案
热工基础与流体力学课后答案第一章: 热力学基本概念与原理1.1 热力学基本概念1.定义热力学是什么？热力学是研究能量转化与传递规律的物理学科。
2.什么是热力学系统？热力学系统是指我们研究的一个物体或一组物体，它们受到外界的控制和观察的范围。
3.什么是热力学状态？热力学状态是指热力学系统所处的一组特定的物理状态，可以用热力学性质来描述。
4.什么是热力学平衡？热力学平衡是指热力学系统各部分之间不存在宏观可观察的时间依赖关系，即不存在任何自发变化的趋势。
5.定义温度和热平衡。
温度是一个物体冷热程度的度量。
热平衡是指两个物体之间存在与观察时间长短无关的稳定非宏观可观察的温度相等状态。
1.2 状态方程与过程1.定义状态方程。
状态方程是指描述热力学系统内在状态的方程式，其中自变量为热力学性质。
2.什么是过程？过程指的是热力学系统从一个状态变为另一个状态的经历。
3.什么是定性描述过程？定性描述过程是通过描述它产生的具体效果和过程中产生的热和功来描述。
4.什么是定量描述过程？定量描述过程是通过确定系统的初始和最终状态来描述。
5.什么是容器？容器是指质点能通过的空间，可以将容器看作一个封闭的系统。
6.什么是界面？界面是指两种同质或异质材料之间的连接表面。
7.什么是外部和内部介质？外部介质是指与系统相邻接的其他物体或介质。
内部介质是指系统内部的物体或介质。
第二章: 热力学第一定律2.1 热力学第一定律的描述和适用范围1.什么是热力学第一定律？热力学第一定律是能量守恒原理的数学表述，在一个封闭系统中，系统从一个状态变为另一个状态所得到的热和功等于系统内能的变化。
2.热力学第一定律适用的条件是什么？热力学第一定律适用于封闭系统和控制体。
2.2 热力学第一定律的数学表示和应用1.热力学第一定律的数学表示是什么？热力学第一定律的数学表示为：$\\Delta U = Q - W$，其中$\\Delta U$表示内能的变化，Q表示吸收的热量，Q表示对外做功。
热工基础及流体力学课程设计
热工基础及流体力学课程设计一、课程背景热工基础及流体力学是机械工程专业本科生必修的一门课程，主要介绍了流体静力学、流体动力学和热力学等方面的基本理论及其应用。
课程内容涉及热力学基础概念、热力学第一、第二定律、热力学循环、杆材力学、流体静力学及动力学、粘性流体流动等方面，内容丰富、实用性强，为学生今后掌握流体流动基本理论，开展流体流动的模拟与实验研究，以及工程设备设计与改进打下坚实的基础。
二、课程设计目标本次课程设计的主要目标是帮助学生通过实践学习热工基础及流体力学相关知识，提高学生的应用能力。
通过对某一设备或工艺过程进行热工基础和流体力学的分析和计算，促进学生自主学习和自主创新的能力提升。
三、课程内容与任务3.1 课程内容本次课程设计分为两个部分，第一部分是热工基础分析，第二部分是流体力学分析。
3.1.1 热工基础分析主要内容包括：•热力学基础知识，包括状态方程、热力学第一定律和第二定律、熵和熵增、焓等。
•处理某种设备或过程的热工性质，包括压力、温度、比容等的计算。
•热力学循环分析，掌握热力学循环分析的方法，比如卡诺循环和布雷顿循环等。
3.1.2 流体力学分析主要内容包括：•流体静力学，处理某种流体系统的平衡状态、大气压力、液位等基础概念。
•流体动力学，掌握包括雷诺数、黏性系数、雷诺应力等流体动力学的基本概念，通过流体力学方程分析流体宏观运动规律。
•流量控制和传热分析，掌握某种设备或过程的流量分析和传热分析的方法及应用。
3.2 课程任务选定工业中一个设备或过程，对其手动计算热工和流体力学相关参数，并用流体模拟软件进行计算和模拟，以比较手动计算与模拟结果的差异。
四、课程教学方法4.1 在线学习学生在课前通过网络学习相关基础理论和知识，包括热力学基础和流体动力学等内容，同时了解计算机工具和软件的应用方法，为实验做好相关准备。
4.2 课堂教学课堂教学分为授课和实验报告两个部分，授课主要是针对一些难点问题进行讲解和重点强调，实验报告则是鼓励学生积极参与实验和模拟计算，并对所得结果做出评价和总结。
流体力学与热工基础
流体力学与热工基础随着科技的发展，流体力学与热工基础越来越重要。
它是探究流体运动和热现象的学科，对于机械工程、航空航天、能源工程等领域都有着广泛的应用。
下面我将分步骤阐述流体力学与热工基础的相关内容。
一、流体力学基础流体力学研究流体的性质、力学行为、流动规律等问题，我们可以通过以下几个步骤来了解流体力学的基础。
1. 流体的性质：流体是一种特殊的物质，具有流动性，是液体和气体的总称。
流体力学的第一步就是了解流体的性质，包括：密度、粘度、压力、温度等。
2. 流体的静力学：静力学研究流体在静态平衡状态下的压力分布和平衡条件，这对于我们分析流体的稳定性、运动趋势等方面非常有用。
3. 流体的动力学：动力学研究流体在运动状态下的力学行为和运动规律，包括牛顿运动定律、质量守恒定律、动量守恒定律等，这些原理对于我们理解流体的运动状况有很大的帮助。
4. 流体流动的基础：了解了流体的性质、静力学和动力学，接下来我们需要学习流体的流动规律和特性，包括连续性方程、质量流率方程、能量守恒方程等。
二、热工基础热工学是科学技术中最广泛和重要的研究领域之一，它是研究热现象和热能转化的基础学科。
我们可以通过以下几个步骤来了解热工基础。
1. 热力学基础：热力学研究热现象和热能转化的基本原理和规律，包括热力学一定律、热力学第二定律、热量方程等。
2. 热平衡和热传导：研究热平衡和热传导是热工学的重点，我们需要学习温度场、傅里叶定律、热流密度等概念，理解热传导的规律和特性。
3. 热功和热功率：热功是热能和机械能互相转化的过程，热功率是表征热流的大小和流转速度的参数。
这些概念对于我们理解热力学的应用和热能转化的规律非常重要。
4. 热力学循环与热力机：热力学循环和热力机是热工学的重点领域，我们需要学习卡诺循环、朗肯循环、热力机效率等概念，理解热能转化的效率和规律，为能源工程、动力工程等领域提供理论依据。
综上所述，流体力学与热工基础是机械工程、能源工程等领域中必不可少的学科，它们研究流体和热现象的规律和特性，为我们提供了理论基础和技术支持。
热工与流体力学(精品课件)
第一节 热辐射的基本概念和基本定律
一、热辐射的基本概念
1.热辐射的本质和特点 • 辐射 、辐射能
物体以电磁波的形式传递能量的过程称为辐射，被 传递的能量称为辐射能。
• 热辐射
因热的原因激发物质内部微观粒子振动，将热能转 变成辐射能，以电磁波的形式向外辐射的过程称为热辐 射。
2020/10/3
• 电磁波谱 • 热射线
常用波长来 描述电磁波
热辐射产生的电磁波，包括全部可见光(为0.38～0.76m） 、 部分紫外线（＜0.38m）和部分红外线（＞0.76m） 。
一般可将热辐射看成红外线辐射。
2020/10/3
• 热辐射的特点
热辐射是热量传递 的基本方式之一
（1）热辐射不需要冷、热物体直接接触，也不需要 中间介质来传递热量，可以在真空中进行热量传播。
辐射换热
2020/10/3
学习导引
热辐射的传热现象与导热、热对流相比有着 本质的区别。物体之间以热辐射的形式实现热量 交换的现象称为辐射换热。本章主要介绍热辐射 的本质、特点及其有关的基本概念，阐述了热辐 射的两个基本定律，最后引入角系数的概念，并 延伸到两固体壁面间的辐射换热计算。
2020/10/3
6.了解气体辐射的特点。
2020/10/3
本章难点
1.黑体是一种理想的概念，对黑体的理解有一定难度， 但它对辐射换热的研究起着重要作用。由黑体过渡 到一般物体，是由易到难，由特殊到普通的研究方 法。
2.角系数的概念理解起来有一定难度，从物理概念入手， 理解角系数的物理含义会比较容易些。
3.两固体表面间的辐射换热计算较难，应结合例题与习 题加强练习。
2020/10/3
• 黑度
《流体力学与热工基础》教学大纲
《流体力学与热工基础》教学大纲（学时范围：90-100学时，使用专业：制冷工程，制定人陈礼）一、课程的性质、地位和作用本课程系专业基础课，旨在为专业课的学习奠定必要的基础，是进入专业理论和技能学习的一级重要台阶。
因此，也是本专业的主干课和核心课。
二、课程的目的和任务使学生掌握热力学、流体力学和传热学的基础知识、基础理论和计算，以便进入专业理论和专业技能的学习，也有利于学生的可持续性发展。
三、与其它课程的联系与分工本课程的先修课程是应用数学基础和工程制图，后续课程是制冷技术、空气调节系统、中央空调、流体机械与制冷压缩机、冰箱空调器及其维修、综合实训等专业理论课和实训课。
本课程涉及制冷装置的热力学基础、工质及其它介质的流动计算，制冷装置中换热过程的基本原理及计算。
但只涉及到装置的热力过程，不涉及装置的结构、分类、选型及制造工艺等。
四、课程的基本要求课程分热力学、流体力学和传热学三篇，使学生了解能量转换所用工质状态及基本参数，气体状态方程，掌握热力学第一定律、第二定律，了解蒸汽的定压产生过程及制冷循环的热力学原理；了解流体静压强分布规律，深刻理解能量方程及其应用，掌握阻力损失的计算方法；了解传热的三种方式及其规律，重点掌握单相对流和相变对流换热及换热器热力计算思想。
五、课程内容和教学要求第一篇工程热力学第一章工质与气态方程1．热能与机械能的相互转换2．工质的热力学状态及其基本参数3．气体状态方程4．气体的比热要求：理解工质、状态、状态参数的物理意义，掌握其单位换算；深刻理解气态工质的状态方程，工质的比热,并能熟练运用和计算。
*第二章热力学基本定律1. 热力学第一定律2. 稳定流能量方程式3. 能量方程式在制冷装置部件中的应用4. 气体的基本热力过程5. 热力学第二定律6. 熵和温熵图要求：在理解内能和膨胀功的基础上理解热力学第一定律；在理解闭口系、开口系、推动功、轴功的基础上深刻理解稳定流能量方程式及焓的物理意义；熟练运用能量方程式解决压缩机、节流、换热器等装置的热和功的计算。
热工与流体力学(精品课件)
度T1、T2不变，且遮热板的面积也为A，遮热板的两面黑度相等，均等
于3。假定这些平板的尺寸比它们之间的距离大得多，试求加入遮热板
后两平行平板间的辐射换热量减少为原来的百分之几。
解：没有放置遮热板之前，两平行 板间的辐射换热量属于表14-1中的 第一种情况。角系数X1，此时两 平行平板间的辐射换热量为
==
hh
辐射面间的距离
1—圆盘形；2—正方形；3—长方形（边之比为2:1）；4—长方形（狭长）
2020/10/3
二、两固体间的辐射换热
工程上常见的两固体(灰体1、2 )相互辐射传热的过 程，是两者之间辐射能的反复发射和反射过程 。两固体
间辐射换热的总结果为温度较高的物体传递给温度较低 物体的净热量。
（2）实际物体的辐射力恒小于同温度下黑体的辐射力。
（3）物体的吸收率等于同温度下该物体的黑度。
E A
E1 A1
E2 A2
En An
Eb
该式在太阳辐射
A E / Eb
E / Eb
A
吸收中不适用
上式即为基尔霍夫定律表达式。
2020/10/3
第二节 固体壁面之间的辐射换热
一、角系数
物体间的辐射换热量除与物体的表面温度和黑度有关 外，还与物体换热表面的几何形状、大小及相对位置有关。
辐射换热
2020/10/3
学习导引
热辐射的传热现象与导热、热对流相比有着 本质的区别。物体之间以热辐射的形式实现热量 交换的现象称为辐射换热。本章主要介绍热辐射 的本质、特点及其有关的基本概念，阐述了热辐 射的两个基本定律，最后引入角系数的概念，并 延伸到两固体壁面间的辐射换热计算。
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2014-5-16
第一节 导热的基本定律
一、基本概念
导热又称热传导，是指物体各部分无相对位移或不同 物体直接接触时依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的 热运动而进行的热量传递现象。
导热是物质的属性，在固体、液体和气体中均可进行， 但微观机理有所不同。
• 气体 • 固体
2014-5-16
导热是气体分子不规则热运动时碰撞的结果; 导电体的导热主要靠自由电子的运动来完成； 非导电固体则通过原子、分子在其平衡位置 附近的振动来传导热量 .
变化的幅度最大
热导率高的物质 有利于热传递
热导率
如银、铜、铝
等金属
物质的热导率具有如下特点:
（1）导电性能好的材料，导热性能也较好。
（2）液体热导率的范围为0.07～0.7W/（mK）；气 体热导率的范围为0.006～0.6W/（mK）。
（3）非金属固体材料热导率的范围很大，高限可达 6.0W/（mK），低限接近气体。 保温材料: 国家标准规定, 凡平均温度不高于350℃时 热导率不大于 0.12W/（mK）的材料。 孔隙多，很容易 （4）湿度对保温材料的热导率影响很大。
5.掌握单层平壁和多层平壁的一维稳态导热计算公式及其应用。
6.掌握单层圆筒壁和多层圆筒壁的一维稳态导热计算公式及其应用。
2014-5-16
本章难点
1.导热基本概念中，理解温度场、等温面（或等温线）及 温度梯度等概念有一定的难度，要求初学者从物理概念 入手比较容易。 2.圆筒壁的导热面积与其半径成正比，虽然稳态导热中通 过圆筒壁的热流量不变，但其热流密度却在变化，温度 也不呈线性分布。为此圆筒壁的导热公式是由简单的微 分方程导出的，必须从物理概念角度充分认识到这一点。
2014-5-16
二、导热基本定律
也称傅里叶定律。
该定律指出：当导热体内进行的是纯导热时，单位时 间内以导热方式传递的热量，与温度梯度及垂直于导热方 向的导热面积成正比。 对于一维稳态导热，傅里叶定律可表示为
dt Φ A dx
或
dt q dx
: 热流量， W；
A : 导热面积，m2；
0 1 btm
t w1 t w 2 tm 2
式中，0、b为相对于不同材料的系数，其数值可在 相关资料中查出。
2014-5-16
二、多层平壁的稳态导热
多层平壁由多层不同材料组成。
以三层平壁为例, 假设
如锅炉 的炉墙
• 各层壁面厚度与热导率分别 为1、2、3与1、2、3， • 各层壁面面积均为A，层与层 间相互接触的两表面温度相同， • 各表面温度分别为tw1、tw2、 tw3和tw4，且tw1＞tw2＞tw3＞tw4，
壁类似
通过三层圆筒壁单位管长的热流量为
qL t w1 t w 4 1 d2 1 d3 1 d4 ln ln ln 21 d1 22 d 2 23 d3
2014-5-16
多层平壁的稳态导热
三层平壁上的热流量为
Φ qA t w1 t w 4
1 2 3 1 A 2 A 3 A
相应地可以推出：对于n层平壁的热流密度和热流量为
q
tw1 tw,n 1
i i 1 i
n
tw1 tw,n 1 R
Φ
tw1 tw,n 1
i i 1 i A
n
tw1 tw,n 1 RW
表明: 通过多层平壁的稳态导热，总热阻等于各串联平 壁分热阻之和。
tw 3 tw 4
3 q 3
将上述三式相加并整理得
2014-5-16
1 2 3 1 2 3
多层圆筒壁的稳态导热
单位管长的总导热热阻等于三层管壁单位管长的 导热热阻之和，即 与多层平
R
1 21
ln
d2 1 d 1 d ln 3 ln 4 d1 22 d 2 23 d 3
热导率表示物质导热能力的大小。 影响热导率的因素主要有: 物质种类、温度、结构、密度、湿度等。
2014-5-16
热导率
工程上常见物质的热导率可从有关手册查得。
如附表 14、15
物质的热导率一般 通过实验测定。
常见材料热导率的大
致范围及随温度的变
化关系见图12-2 。
气体热导率随温度
2014-5-16
2014-5-16
第三节 圆筒壁的稳态导热
研究圆筒壁的一维稳态导热 。
当圆筒壁的长度大于外径的10倍时， 不考虑沿轴向的温度变化，仅考虑 沿径向发生的温度变化
如热力管道、蒸汽管道、换热器中的换热管等。
一、单层平壁的稳态导热
内半径r1（内径d1），
外半径r2（外径d2）；
长度L； 材料的热导率为常数； 内、外壁温度tw1、 tw2不变,（tw1＞tw2）;
2014-5-16
多层平壁的稳态导热
上述多层平壁的计算是假设层与层之间接触良好， 两个相接触的表面具有相同的温度。 实际多层平壁的导热过程中存在着 “接触热阻” 。 • 接触热阻: 实际多层平壁的导热过程中，固体表面并非 理想平整，总是存在着一定的粗糙度，因而使固体表面 接触不可避免的出现附加热阻 。
2014-5-16
例12-2 某平壁燃烧炉由一层1100mm的耐火砖和 260mm厚的普通砖砌成，其热导率分别为11.0 W/（mK） 和20.6 W/（mK）。操作稳定后，测得炉内壁温度 tw1700℃，外表面温度tw3100℃。为减少热损失，在普通 砖的外表面加一层厚330mm，热导率30.03 W/（mK） 的保温材料。待操作稳定后，又测得炉内壁温度为 t'W1800℃，外表面温度为tw470℃。保持原有两层材料的 热导率不变，试求：（1）加保温层后热损失比原来减少百 分之几？（2）加保温层后各层的温度差和热阻。
2014-5-16
在r处，有一薄壁圆筒dr ，其温度变化为dt。
单层圆筒壁的稳态导热
假设热量从内壁只沿半径方向向外壁传递，属于一 维稳态导热。等温面为同心圆柱面。 由傅里叶定律，通过该薄圆筒壁的热流量表示为
dt dt Φ A (2rL) dr dr
分离变量后可得
Φ dr dt 2L r
2014-5-16
t=f（x、y） t= f （ x ）
最简单, 工程 应用最多
3.等温线、等温面和温度梯度
等温线、等温面
在温度场中，同一时刻温度相同的点所构成的线或 面称为等温线或等温面。 空间中任何一点不可能同时 等温线和等温面的特点：
具有两个不同的温度值
（1）任意两个等温线或等温面永不相交。 （2）等温线或等温面可以在物体内部是完全封闭的 曲线或曲面，也可终止于物体的边缘，但不可以在物体 内部中断。 （3）等温线或等温面上温度差为零，没有热量的传 递。热量传递只是沿着最短的途径进行，即沿着等温面 或等温线的法线方向进行。
的具体应用，即平壁和圆筒壁的一维稳态导热计算。
2014-5-16
学习要求
本章的重点是掌握平壁、圆筒壁的一维稳态导热计算，通过学 习应达到以下要求： 1.理解导热的物理概念，了解导热的微观机理。 2.理解温度场、等温线、等温面、温度梯度以及稳态导热的概念。 3.掌握导热基本定律傅里叶定律的物理意义和数学表达式。 4.了解热导率的物理意义及影响热导率的因素。
热流量和热流密度反映了热量传递
: 热导率，W/（mK）;
q : 热流密度， W/m2; “—” : 表示热流方向与 温度梯度的方向相反，永 远指向温度降低的方向。
快慢的程度，它们之间的关系为：
q
2014-5-16
Φ A
三、热导率
dt q dx
q dt / dx
热导率在数值上等于单位温度 梯度作用下的热流密度
2014-5-16
多层平壁的稳态导热
则一维稳态导热中通过各层的热流密度相等，即
q t w1 t w 2 tw 2 tw 3 tw 3 tw 4
1 1
2 2Leabharlann 3 3经整理得
t w1 t w 2
1 q 1
2 tw 2 tw 3 q 2
q t w1 t w 4
• 接触热阻的大小与固体表面的粗糙度、接触面的挤压力 和材料间硬度匹配、界面间隙内的流体性质等有关。 • 工程上常采用增加挤压力、在接触面之间插入容易变形 的高热导率的填隙材料等措施来减小接触热阻。 • 接触热阻的大小主要依靠实验确定。
2014-5-16
例12-1 冰箱外壁材料为冷轧钢板，外壁外侧温度 tw130℃，厚度11.2mm，热导率137.0W/（mK）； 内胆壁材料为聚苯乙烯，其内侧温度tw44℃，壁厚 31mm，热导率30.042W/（mK），中间绝热层材质 为聚氨脂发泡材料，厚度225mm，热导率20.02W/ （mK），试求热流密度q及绝热层两侧的温度tw2和tw3。
导 热
• 液体
其导热机理认为介于气体和固体之间。
单纯的导热一般只发生在密实的固体中。
此现象最为普遍，也 最具有应用价值
气体与液体因为具有流动特性，在产生导热的同时往 往伴随宏观相对位移（即对流）而使热量转移。 在工程应用中，一般把发生在换热器管壁、管道保温 层、墙壁等固态材料中的热量传递均可看作导热过程处理。
第三篇
传 热 学
2014-5-16
学习导引
稳态导热是指温度场不随时间变化的导热过程，热 力设备在正常工作运行时发生的导热多数可简化为一维
稳态导热。本章主要介绍工程上常见的一维稳态导热问
题的计算。首先引入有关导热的基本概念，而后阐述了 反映导热基本规律的傅里叶定律，并对其公式中的热导
率进行了分析，最后讨论了一维稳态导热中傅里叶定律
RW
( K/W ) A
导热速率与导热推动力成正比，与导热热阻成反比。 由上两式可归纳出自然界中传递过程的普遍关系为: