热力学与传热学
工程热力学与传热学详解
工程热力学与传热学实验指导书热工实验2013年3月实验一 非稳态（准稳态）法测材料的导热性能实验一、实验目的1. 快速测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热。
掌握其测试原理和方法。
2. 掌握使用热电偶测量温差的方法。
二、实验原理图1 第二类边界条件无限大平板导热的物理模型本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。
设平板厚度为2δ，初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（见图1）。
求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t (x ，τ)。
导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下：0),0( 0),( )0,( ),( ),( 022=∂∂=+∂∂=∂∂=∂∂xt q x t t x t x x t a x t cτλτδτττ方程的解为：⎢⎣⎡+--=-δδδτλτ63),( 220x a q t x t c ⎥⎦⎤-⎪⎭⎫ ⎝⎛-∑∞=+10221)( exp cos 2)1(n n n n n F x μδμμδ (1-1) 式中：τ — 时间；λ — 平板的导热系数；a — 平板的导温系数；n μ— πn ，n = 1，2，3，………； F 0 — 2δτa 傅里叶准则；0t — 初始温度； c q — 沿x 方向从端面向平面加热的恒定热流密度。
随着时间τ的延长，F 0数变大，式(1-1)中级数和项愈小，当F 0> 0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，式(1-1)变成⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=-612),( 2220δδτλδτx a q t x t c (1-2) 由此可见，当F 0> 0.5后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。
这种状态称为准稳态。
在准稳态时，平板中心面x =0处的温度为：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-61),0( 20δτλδτa q t t 平板加热面x =δ处为：⎪⎭⎫⎝⎛+=-31),( 20δτλδτδa q t t c 此两面的温差为：λδττδc q t t t ⋅=-=∆21),0( ),( (1-3) 如已知c q 和δ，再测出t ∆，就可以由式(1-3)求出导热系数：tq c ∆=2δλ (1-4) 实际上，无限大平板是无法实现的，实验总是用有限尺寸的试件，一般可认为，试件的横向尺寸为厚度的6倍以上时，两侧散热对试件中心的温度影响可以忽略不计。
工程热力学和传热学和流体力学初级
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2.状态参数分类
强度量 尺度量
压力、温度 比容、热力学能（内能）、焓、熵
基本参数 导出参数
压力、温度、比容 热力学能（内能） 、焓、熵
（√）状态参数的变化只与系统的初、终状态有关，而与变 化途径无关。 （×）功也是状态参数，其变化只与系统的初、终状态有关。 （×）热量是状态参数，其变化只与系统的初、终状态有关。
热量多于定容过程吸收热量。
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第四节 混合气体
工程实际应用的气体通常是混合气体，如空气、 烟气等等。混合气体的性质取决于各组分气体的成 份及热力性质。
混合物的性质与各种混合物的性质以及各组元在整个 混合物中所占的份额有关。
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一、混合气体分压力和道尔顿分压力定律
分压力是各组成气体在混合气体的温度下单独 占据混合气体的容积时所呈现的压力。
p1v1 p2v2
p1V1 p2V2
2.查理斯定律
对于一定量的理想气体，当比容（或容积）不变时，压
力与绝对温度成反比。
p1 p2 T1 T2
3.给•吕萨克定律
对于一定量的理想气体，当比容（或容积）不变时，压
力与绝对温度成反比。V1 V2 或 v1 v2
T1 T2 T1 T2
26
4.理想气体状态方程的另外一种表示
（√）一切热力系统连同 与之相互作用的外界可 以抽象为孤立系统。
9
第二节 工质及基本状态参数
一、工质(working substance; working medium)
1.定义：实现热能和机械能相互转化，或 传递热能的媒介物质
例如：
电站锅炉的水蒸气 燃烧形成的烟气 气缸中的燃气
工程热力学与传热学
（3）按平均比热计算
根据附表查得空气的平均定压比热为
cp cp
100 0 300 0
1.006kJ/(kg K) 1.019kJ/(kg K)
cp cp
200 0 400 0
1.012kJ/(kg K) 1.028kJ/(kg K)
用线性内插法，得
cp
127 0
1.0076 kJ/(kg K) ,
例
某气缸活塞装置,气缸内空气的初始压力为200kPa,体积为2m3，如果
活塞缓慢运动过程中维持pV恒定，当气缸内压力达到100 kPa时， 活塞停止运动，问该热力系统与外界交换的功量为多少？
解 取气缸－活塞装置内的空气为热力系统,由
pV p1V1 p 2V2 定值
得
p1V1 200 103 2 3 V2 4m p2 100 103
解：(1)问题(1)的循环是否可行： T
Tre
δQ Q1 Q2 2000 300 2 1 1 0 T T 1000 300 re 1 2
因此，循环不可能进行。 δQ 2000 Q2min 至少应排出的热量： 0
例 某工程师设计一台热机，欲使之从温度1000K的高 温热源吸热2000kJ，向温度300K的低温热源放出热 量300kJ，请分析此循环能否实现？设计中有没有 什么问题，如何解决?
例 若采用上例的条件，将此热机改作制冷机用，从低温热源 吸热800kJ，能否向热源放热2000kJ，制冷机至少需要消 耗多少功?
Wnet, min 1867kJ
例 某工程师设计一台热机，欲使之从温度1000K的高 温热源吸热2000kJ，向温度300K的低温热源放出热 量300kJ，请分析此循环能否实现？设计中有没有 什么问题，如何解决?
工程热力学与传热学基本理论
2.准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于
系统内部及系统与外界作用的总效果
3.可逆=准静态+没有耗散效应
10
注意：
可逆过程只是指可能性，并不 是指必须要回到初态的过程。
●实际过程都是不可逆过程！
11
1-5 功和热量
热力过程 A、本身状态发生变化 B、与外界进行能量交换
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一、功
功的起源 功的热力学定义：热力系统通过界面与 外界进行的机械能的交换量称为作功量， 简称为功（机械功）。
7
8
一个可逆过程必定是准静态过程，而过 程的不平衡必然导致过程的不可逆。 实际过程都是不可逆过程，如传热、混 合、扩散、渗透、溶解、燃烧、电加热等 。 可逆过程是一个理想过程。可逆过程的 条件：准平衡过程＋无耗散效应。
可逆过程可用状态参数图上实线表示
9
都能在热力学参数 坐标图上用一连续的曲线表示。
热量正负的规定： 系统吸热：q > 0 ; 系统放热：q < 0 。
热量和功量都是系统与外界在相互作用的过 程中所传递的能量，都是过程量而不是状态量
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热量与功的异同：
1.均为通过边界传递的能量； 2.均为过程量； 3.功传递由压力差推动，比体积变化是作功标志； 热量传递由温差推动，比熵变化是传热的标志； 4.功是物系间通过宏观运动发生相互作用传递的能量； 热是物系间通过紊乱的微粒运动发生相互作用而传递的 能量。 功 热
《热力学与传热学》课程综合复习资料
《热力学与传热学》课程综合复习资料一、判断题：1、理想气体吸热后，温度一定升高。
2、对于顺流换热器，冷流体的出口温度可以大于热流体的出口温度。
3、工程上常用的空气的导热系数随温度的升高而降低。
4、工质进行膨胀时必须对工质加热。
5、工质的熵增就意味着工质经历一个吸热过程。
6、已知湿蒸汽的压力和温度，就可以确定其状态。
7、同一温度场中两条等温线可以相交。
二、简答题:1、夏天，有两个完全相同的储存液态氮的容器放置在一起，一个表面上已结霜，另一个没有。
请问哪一个容器的隔热性能更好？为什么？2、有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。
为使稀饭凉的更快一些，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？3、一卡诺热机工作于500 ℃和200 ℃的两个恒温热源之间。
已知该卡诺热机每秒中从高温热源吸收100 kJ，求该卡诺热机的热效率及输出功率。
4、辐射换热与对流换热、导热相比，有什么特点？hl的形式，二者有何区别？5、Nu数和Bi数均可写成λ三、计算题:1、将氧气压送到容积为2m3的储气罐内，初始时表压力为0.3bar，终态时表压力为3bar，温度由t1=45℃升高到t2=80℃。
试求压入的氧气质量。
当地大气压为P b=760mmHg，氧气R g=260J/(kg⋅K)。
2、2kg温度为25 ℃，压力为2 bar的空气经过一个可逆定压过程后，温度升为200 ℃。
已知空气的比定压热容c p=1.0 kJ/(kg⋅K)，比定容热容c V=0.71 kJ/(kg⋅K)。
试计算：(1)该过程的膨胀功；（2）过程热量。
3、流体受迫地流过一根内直径为25 mm的直长管，实验测得管内壁面温度为120℃，流体平均温度为60 ℃，流体与管壁间的对流换热系数为350 W/(m2⋅K)。
试计算单位管长上流体与管壁间的换热量。
4、在一根外直径为120mm的蒸汽管道外包一厚度为25mm的石棉保温层，保温层的导热系数为0.10 W/(m⋅K)。
工程热力学和传热学课后题答案
第2章课后题答案解析
简答题
简述热力学第一定律的实质和应用。
计算题
计算一定质量的水在常压下从100°C冷却 到0°C所需吸收的热量。
答案
热力学第一定律的实质是能量守恒定律在 封闭系统中的表现。应用包括计算系统内 能的变化、热量和功的相互转换等。
答案
$Q = mC(T_2 - T_1) = 1000gtimes 4.18J/(gcdot {^circ}C)times (0^circ C 100^circ C) = -418000J$
工程热力学和传热学课后题答 案
目
CONTENCT
录
• 热力学基本概念 • 气体性质和热力学关系 • 热力学应用 • 传热学基础 • 传热学应用 • 习题答案解析
01
热力学基本概念
热力学第一定律
总结词
能量守恒定律
详细描述
热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表述，它指出系统能量的增加等于进入系统的能量减去离开系统的 能量。在封闭系统中，能量的总量保持不变。
热力学第二定律
总结词：熵增原理
详细描述：熵增原理指出，在一个孤 立系统中，自发反应总是向着熵增加 的方向进行，而不是减少。这意味着 孤立系统中的反应总是向着更加无序、 混乱的方向进行。
热力过程
总结词：等温过程 总结词：绝热过程 总结词：等压过程
详细描述：等温过程是指系统温度保持不变的过程。在 等温过程中，系统吸收或释放的热量全部用于改变系统 的状态，而不会引起系统温度的变化。
热力过程分析
总结词
热力过程分析是研究系统在热力学过程 中的能量转换和传递的过程，包括等温 过程、绝热过程、多变过程等。
VS
详细描述
等温过程是指在过程中温度保持恒定的过 程，如等温膨胀或等温压缩。绝热过程是 指在过程中系统与外界没有热量交换的过 程，如火箭推进或制冷机工作。多变过程 是指实际气体在非等温、非等压过程中的 变化过程，通常用多变指数来表示压力随 温度的变化关系。
工程热力学与传热学复习资料总体(主要是一些概念)
工程热力学第一章工质——实现热能和机械能相互转化的媒介物质。
热力学系统——简称系统、体系，人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。
闭口系统——与外界只有能量交换而无物质交换的热力系统，闭口系统又叫做控制质量。
开口系统——与外界不仅有能量交换而且有物质交换的热力系统，开口系又叫做控制容积，或控制体。
区分闭口系和开口系的关键是有没有质量越过了边界，并不是系统的质量是不是发生了变化。
绝热系统——与外界无热量交换的热力系统。
绝热系是从系统与外界的热交换的角度考察系统，不论系统是开口系还是闭口系，只要没有热量越过边界，就是绝热系。
简单可压缩系——由可压缩流体构成，与外界可逆功交换只有体积变化功（膨胀功）一种形式，没有化学反应的有限物质系统。
对于简单可压缩系，只要有两个独立的状态参数即可确定一个平衡状态，所有其它状态参数均可表示为这两个独立状态参数的函数。
准平衡过程——又称准静态过程，不致显著偏离平衡状态，并迅速恢复平衡的过程。
准平衡过程进行的条件是破坏平衡的势无穷小，过程进行足够缓慢，工质本身具有恢复平衡的能力。
准平衡过程在坐标图中可用连续曲线表示。
可逆过程——工质能沿相同的路径逆行而回复到原来状态，并使相互作用中所涉及到的外界回复到原来状态，而不留下任何改变的过程。
过程不可逆的成因一是有限势差的作用，二是物系本身的耗散作用，所以可逆过程，首先应是准平衡过程，同时在过程中没有任何耗散效应。
实际热力设备中所进行的一切热力过程都是不可逆的，可逆过程是不引起任何热力学损失的理想过程。
可逆过程可用状态参数图上连续实线表示。
膨胀功——又称“体积功”。
机械功的一种。
由系统体积变化而由系统对环境所做的功或环境对系统所做的功。
第二章热力学能——原称内能，由分子或其他微观粒子的热运动及相互作用力形成的内动能、内位能及维持一定分子结构的化学能和原子核内部的原子能以及电磁场作用下的电磁能等一起构成的内部储存能。
工程热力学与传热学与复习总结
一、基本要求严格遵守考试纪律，绝不做任何有作弊嫌疑的动作。
二、考试需要携带的物品相关身份证件、笔、计算器三、复习要点（一）基本概念（红色粗体部分是热力学与传热学最基本的概念，要求掌握其定义、物理意义、表达式、单位）第一章基本概念工质：热能与机械能之间转换的媒介物质。
热源：热容量很大、并且在吸收或放出有限热量时自身温度及其他的热力学参数无明显变化的物体。
热力系统:人为选取的研究对象（空间或工质）。
外界（环境）：系统以外的所有物质。
闭口系统：与外界无物质交换的系统。
开口系统：与外界有物质交换的系统。
绝热系统：与外界无热量交换的系统。
孤立系统：与外界既无热量交换又无物质交换的系统。
平衡状态：在不受外界影响（重力场作用除外）的条件下，工质或系统的状态参数不随时间而变化的状态。
热力状态：工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。
状态参数：压力、温度、比体积、热力学能、焓、熵等。
基本状态参数：压力、温度、比体积压力（Pa ，mmH 2O ，mmHg ，atm, at 换算）：1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa1 psi=0.006895MPa温度：处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理量。
（标志冷热程度的物理量） 比体积：单位质量的工质所占有的体积。
密度：单位体积工质的质量。
ρν=1。
状态公理：对组元一定的闭口系，独立状态参数个数 N =n +1 状态方程式：Ϝ(p ，ν，T)=0。
独立参数数目N =不平衡势差数=能量转换方式的数目=各种功的方式+热量= n +1准平衡过程：系统所经历的每一个状态都无限接近平衡态的过程。
可逆过程：系统经历某一过程后，如果再沿着原路径逆行而回到初始状态，外界也随之恢复到原来的状态，而不留下任何变化。
工程热力学与传热学：1-5 功量与热量
对准平衡过程：
系统在整个过程中作功
pA
2
W 1 工质所作的膨胀功 。
2
w pdv 1
J kg
5. 示功图：
对一个可逆过程，体积变化功可在p-v图上用、
过程线下面的面积表示
1
2
w pdv
2. 可逆过程中系统与外界交换的热量：
q Tds
q 2
Tds
1 2
1
Q 2
TdS
1 2
1
3.示热图：
可逆过程中，热量在T-s图上用过程线下面的
面积表示
q Tds
2
q 1 Tds
T
2
q
1
T
规定：
０
➢ 系统吸热：热量为正， q > 0
系统放热：热量为负， q < 0
系统绝热： q = 0
递，传热过程中不出现能量形态的变化；
（2）功转变成热量是无条件的； 而热转变成功是有条件的。
思考 题
1. 功可以全部转变为热，但热不能全部转变为热
2. 质量相同的物体A和B ，若TA >TB，则物体Ａ具 有的热量比物体Ｂ多
可逆绝热： d s = 0
ds
s
示热图
➢ 热量是过程量：与初终状态，过程有关
1-5-3 功和热量的关系
共同点 （1）都是能量传递的度量，都是过程量； （2）只有在传递过程中才有功，热量。
区别 （1）功是有规则的宏观运动能量的传递，在作功
过程中往往伴随着能量形态的转变； 热量是大量微观粒子杂乱热运动的能量的传
pA
2
w 1 pdv
热力学与传热学
二、传热学 传热三种形式：导热、对流、热辐射 （一）导热 T1,T2 所在的面是等温面 1、导热的基本定律： 傅里叶定律： 2、热导率：材料导热能力的物理量。每秒钟在温 差为1K，壁厚1m，面积为1m2的壁上传导的热量。
被动式太阳房
3、平壁导热。 公式改写： 热阻：R=。。。 壁越厚，热导率越小，热阻越大。
2、压力、压强 Pa, 大气压 公式：绝对压力p=大气压力Po+表压力Pg 绝对压力：工质的真实压力
二、热量、比热容和热量计算 1、热量：Q（焦耳），物体之间存在温度差而引 起的热交换 2、比热容：单位质量的物质温度升高1 ℃或（1K） 吸收的热量或降低1 ℃或（1K）所放出的热量。 数量就是该物质的比热容。 C水=4.186kJ(kg ℃) ，可认为不变 1度电=？kJ
平板型太阳能集热器：吸热面积等于采光面积，无 跟踪 平板式
13
太阳能热水器
真空管式
平板式
14
太阳能热水器
单体机
集中集热系统
15
多层平壁导热： 每一层的热流量是相等的（稳定情况下）； 总热阻为各层热阻之和（类似串联电阻）
4、圆筒壁导热。 工程上：类似平壁导热计算公式来计算圆筒壁热 流量；用平均直径来计算传热面积。 厚度：平均 面积：πd(平均直径）
多层呢？原理一样。
（二）对流
定义：流体和固体壁面之间的热量交换
对流热流量：Ø=hA(Ts-Tf) （W）
ห้องสมุดไป่ตู้
流体与壁面的温差越大，面积越大，对流换热 系数越大，则换热热流量越大。
换成热阻：R
（二）热辐射
定义：不直接接触而进行热量传递
见图1-19,吸收比a，反射比P，透射比ţ
a+ P+ ţ=1
工程热力学与传热学基础知识
（1）闭口系统
与外界无物质交 换的系统。系统的质 量始终保持恒定，也 称为控制质量系统。
闭口 系统
边界 外界
7
（2）开口系统
与外界有物质交
进口
换的系统。系统的容
积始终保持不变，也
称为控制容积系统。
（3）绝热系统 与外界没有热量交换的系统。 出口
（4）孤立系统
与外界既无能量（功、热量） 交换又无物质交换的系统。
22
（2）比体积 定义： 单位质量的工质所占有的体积，用
符号v表示，单位为 m3/kg 。
vV m
密度： 单 位 体 积 工 质 的 质 量 ， 用 符 号
表示，单位为 kg/ m3 。
v 1
比体积和密度二者相关，通常以比体积作 为状态参数 。
23
（3）温度
1）温度的物理意义
温度是反映物体冷热程度的物理量。温度的 高低反映物体内部微观粒子热运动的强弱。
在标准大气压下，纯水的冰点温度为0 ℃ ，纯水的沸点温度为100 ℃，纯水的三相 点（固、液、汽三相平衡共存的状态点）温 度为0.01℃ 。
选择水银的体积作为温度测量的物性，认 为其随温度线性变化，并将0 ～100 ℃温度下 的体积差均分成100份，每份对应1 ℃。
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热力学温标（绝对温标）:
英国物理学家开尔文（Kelvin)在热力学 第二定律基础上建立，也称开尔文温标。
安全在于心细，事故出在麻痹。20.12. 2420.1 2.2404:23:2304 :23:23 December 24, 2020
踏实肯干，努力奋斗。2020年12月24 日上午4 时23分 20.12.2 420.12. 24
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 2月24 日星期 四上午4 时23分 23秒04 :23:232 0.12.24
805热力学与传热学(热力学50%、传热学50%)
2022年805热力学与传热学考试大纲参考书目：[1] 沈维道，童钧耕，《工程热力学》（第五版），北京：高等教育出版社，2016[2] 陶文铨，《传热学》（第五版），北京：高等教育出版社，2019考试形式和试卷结构一、试卷满分及考试时间试卷满分为150分（热力学占50%，传热学占50%），考试时间为180分钟．二、试卷内容结构基础概念、简述与辨析、计算分析三、试卷题型结构题型：（1）填空题约占总分的35%（2）简答或论述题约占总分的20%（3）计算题约占总分的45%考试内容及要求一、热力学部分1. 基本概念考试内容热能和机械能相互转换的过程；热力系统；状态及状态参数；平衡状态、状态方程式及坐标图；工质的状态变化过程；过程功和热量；热力循环。
考试要求掌握热力学基本术语和概念、状态参数的特征及基本状态参数的定义和单位、热量和功量的特征及计算。
2. 热力学第一定律考试内容热力学第一定律的实质；热力学能和焓；热力学第一定律基本能量方程；开口系能量方程式；能量方程式应用。
考试要求理解热力学第一定律的实质，熟练掌握第一定律方程式及其应用，掌握能量、功量的概念及计算。
3. 气体和蒸汽的性质考试内容理想气体的概念；理想气体的比热容；理想气体的热力学能、焓及熵；水蒸气的饱和状态和相图；水的汽化过程和临界点；水和水蒸气的状态参数及热力性质图表。
考试要求熟练掌握理想气体状态方程式、比热容及状态参数的计算，掌握蒸汽的相关术语、水定压加热汽化过程特点及状态参数的确定（图和表）。
4. 气体和蒸汽的基本热力过程考试内容理想气体的可逆多变过程；定容过程、定压过程和定温过程；绝热过程；理想气体热力过程综合分析；水蒸气的基本过程。
考试要求掌握理想气体基本热力过程及多变过程状态参数、功量和热量的计算，掌握蒸汽基本过程功量和热量的计算。
5. 热力学第二定律考试内容热力学第二定律概述；卡诺循环和多热源可逆循环；卡诺定理；熵、热力学第二定律数学表达式；熵方程；孤立系统熵增原理；火用概念及计算；能量贬值原理。
工程热力学与传热学
热流密度：
大小：
t q n
q q q
x
t x
y
方向：温度降落的方向 单位： w/m2
导热系数λ=常数
无内热源фV=0 稳态导热
t 0
2 2 2 t t t t a ( 2 2 2 ) V x y z c
2 2 2 t t t t a ( 2 2 2) x y z
z y
导热微分方程
2
x
φ
t 1 t 1 t t c ( r) ( ) ( ) r r rr z z
V
无内热源，稳态，一维导热微分方程
d dt (r ) 0 dr dr
3. 球坐标系下的导热微分方程
r , , ) 球坐标系中 ( x r sin cos , y r sin sin , z r cos
λ ρ с
内热源强度фv ： 单位时间，单位体积的 内热源生成热。
фV
y z x
选取微元六面体，应用能量守恒方程
导入微元体 的总热流量
+
微元体内热 源生成热
-
导出微元体 的总热流量
=
微元体储存 能的变化
d d d dU in V out
dU dф y+dy
λ ρ с
фV
dz dx
掺入杂质（合金） （黄铜）
非金属 耐火材料，建筑材料
工程热力学与传热学概念整理
工程热力学与传热学概念整理工程热力学第一章、基本概念1.热力系：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称为热力系（统），建成系统。
热力系以外的物质称为外界；热力系与外界的交界面称为边界。
2.闭口系：热力系与外界无物质交换的系统。
开口系：热力系与外界有物质交换的系统。
绝热系：热力系与外界无热量交换的系统。
孤立系：热力系与外界无任何物质和能量交换的系统3.工质：用来实现能量像话转换的媒介称为工质。
4.状态：热力系在某一瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和非平衡态两种。
5.平衡状态：在没有外界作用的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。
实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）的消失。
6.强度参数：与系统所含工质的数量无关的状态参数。
广延参数：与系统所含工质的数量有关的状态参数。
比参数：单位质量的广延参数具有的强度参数的性质。
基本状态参数：可以用仪器直接测量的参数。
7.压力：单位面积上所承受的垂直作用力。
对于气体，实际上是气体分子运动撞击壁面，在单位面积上所呈现的平均作用力。
8.温度T：温度T是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。
换言之，温度是热力平衡的唯一判据。
9.热力学温标：是建立在热力学第二定律的基础上而不完全依赖测温物质性质的温标。
它采用开尔文作为度量温度的单位，规定水的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。
10状态参数坐标图：对于只有两个独立参数的坐标系，可以任选两个参数组成二维平面坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。
11.热力过程：热力系从一个状态参数向另一个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。
12.热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列状态变化后，又回到原来初始的封闭热力循环过程称为热力循环，简称循环。
13.准平衡过程：由一系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。
工程热力学与传热学13)传热学
对比热阻大小，可以找到强化传热的主要环节 。 在一个串联的热量传递过程中，如果通过各个环节 的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联 环节热阻的和。
用纸可以烧开水，你相信吗？
答：水侧热阻远小于加热测热 阻，纸的温度更接近与水的温 度，所以不会达到纸的燃点 （400度左右）。
思考题：
人体为恒温体。若空调房间里气体的温度在夏天 和冬天都保持20摄氏度，那么人所穿的衣服能否 一样？ 双层玻璃为什么能隔热？空气层是否越厚越好？ 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子 快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试 分析其原因。
烧开水时，为什么一旦水烧干了， 铝壶就很容易烧坏？ 答：水侧的表面传热系数远大于 火焰侧的表面传热系数，没烧干
时壶底温度更接近水的温度，未
达到铝的熔点。
例：一室内暖气片的散热面积为3m2，表面温度为tw = 50℃，和温度为20℃的室内空气之间自然对流换热的表 面传热系数为h = 8 W/(m2· K)。试问该暖气片相当于多 大功率的电暖气? 解：暖气片和室内空气之间是稳态的自然对流换热， Q= Ah(tw – tf) = 3m2×8 W/(m2· K)×(50-20)K = 720W = 0.72 kW
要弄清下列概念的联系与区别：
温度：物质分子平均运动动能的宏观量度（强度量） （热迁移势） 热能：物质所具有的内动能，微观运动属性。（广延 量）（功）
热量Q（J）：系统与外界依靠温差传递的能量。（过 程量）
热流量 （W）：单位时间所传递的热量。
热流密度q （W/m2）：通过单位横截面上的热流量。
传热学
第十三章 导言
1、传热学研究内容及其工程应用 2、热量传递的基本方式 3、传热过程和传热系数 4、传热学的研究方法和发展史
工程热力学与传热学课程设计
工程热力学与传热学课程设计课程概述工程热力学与传热学是机械工程专业的一门重要课程。
它主要研究热力学基本原理和热力学系统的性质，以及物质内部的热传递、质量传递和动量传递规律。
通过本门课程的学习，学生能够建立并熟练运用热力学和传热学基础理论来解决实际工程问题。
本课程设计旨在帮助学生加深对热力学和传热学的理解，通过实际案例进行分析和解决问题，提高学生的实际操作能力。
设计内容本课程设计分为两个部分：热力学实验和传热学实验。
热力学实验热力学实验是通过实验装置和仪器，测试和分析热力学基础理论在实际中的应用。
本次实验的目的是测量和分析水在不同温度下的物理性质。
实验装置及仪器实验装置主要包括：恒温水浴、测量热电偶、温度计、电源等。
其中恒温水浴用于控制水的温度，测量热电偶和温度计用于测试不同温度下水的物理性质。
实验步骤和数据处理1.准备恒温水浴，测量恒温水浴的温度，保证水浴温度的稳定。
2.准备好测量热电偶和温度计，并将其插入水中进行温度测量。
3.测量并记录不同温度下水的密度、比热容和导热系数。
4.对实验数据进行处理，绘制出水密度、比热容和导热系数与温度的函数关系图。
传热学实验传热学实验是通过实验装置和仪器，测试和分析传热学基础理论在实际中的应用。
本次实验的目的是测量和分析水在不同情况下的传热特性。
实验装置及仪器实验装置主要包括：恒温水浴、传热仪、温度计、电源等。
其中恒温水浴用于使水达到稳定温度，传热仪用于测试传热系数。
实验步骤和数据处理1.准备恒温水浴，将传热仪放入恒温水浴中。
2.调整水浴温度及传热仪温度，使水和传热仪达到稳定温度。
3.测量并记录不同温度差下的传热系数。
4.对实验数据进行处理，绘制出传热系数与温度差的函数关系图。
结束语本次课程设计通过实验测试的方式，增加了学生对工程热力学与传热学的实际操作能力和深入理解。
希望学生们通过本次实验，加深对热力学基础理论的理解，提高科学实验的操作和数据处理能力，增强对传热学应用的理解和创新能力。
传热学和热力学
传热学和热力学
传热学（Heat Transfer）是研究热量从一个物体传递到另一个
物体的科学，它主要研究热传导、对流和辐射三种传热机制。
传热学研究的主要内容包括热传导介质内部的热量传递、流体中的热量传递、辐射热传递以及这三种传热方式的组合。
传热学可以应用于各种工程领域，如能源系统、飞行器设计和制造、化工过程等。
热力学（Thermodynamics）是研究能量转化与传递的学科，它与物质的宏观性质和宏观运动有关。
热力学的研究对象包括热力学系统、热力学过程和热力学性质。
热力学基本定律是热力学的核心内容，包括能量守恒定律、热力学第一定律和热力学第二定律。
热力学可以应用于工程领域、物质转化过程、热动力系统等，为能源利用、工艺设计和热力设备提供基础理论和分析方法。
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热力学与传热学》综合复习题一、判断说明下列说法是否正确，并说明理由。
1、某种理想气体经过一个不可逆循环后，其熵的变化值大于零。
2、功的数值仅仅取决于工质的初态和终态，与过程无关。
3、理想气体吸热后，温度一定升高。
4、牛顿冷却公式中的△ t可以改为热力学温度之差△ T。
5、工质进行膨胀时必须对工质加热。
6、在温度同为T i的热源和同为T2的冷源之间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。
7、工质的熵增就意味着工质经历一个吸热过程。
8、已知湿蒸汽的压力和温度，就可以确定其状态。
9、同一温度场中两条等温线可以相交。
二、简答题1．有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。
为使稀饭凉的更快一些，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？2．对于高温圆筒壁来说，加保温层一定能降低对外散热量，对吗？为什么？3．在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？4．同一物体内不同温度的等温线能够相交，对吗？为什么?5、在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为 1 秒。
从传热学角度，你认为此值可信吗？为什么？三、计算题1. 一循环，工质从高温热源吸热 3.4氷06 kJ,输出功率1.1 X O6 kJ。
试计算该循环的热效率n。
若循环是在温度分别为577 C和30 C的恒温热源间完成的，试计算该循环的热效率n 与同温限下卡诺循环的热效率n之比。
2 .可视为理想气体的空气在活塞中从 1 bar、20C经历一可逆绝热过程后，压力升为6bar。
已知空气的比定压热容C p=1.0 kJ/(kg K)，比定容热容c v=0.71 kJ/(kg K)。
试计算该过程终了时空气的温度,每千克空气所作的膨胀功。
3. 有一直径为5cm初始温度为400C的钢球，将其突然放到温度为30C的空气中。
设钢球表面与周围环境间的总换热系数为24 W/(m 2 K)，试计算钢球冷却到180 C所需的时间。
已知钢球的c=480 J/(kg K), p =7753 kg/用，入=33 W/(mK)。
34. 将氧气压送到容积为2m 的储气罐内,初始时表压力为0.3bar ,终态时表压力为3bar,温度由11=45C升高到12=80 C。
试求压入的氧气质量。
当地大气压为P b=760mmH,g 氧气R g=260J/(kg K)。
5. 流体受迫地流过一根内直径为25 mm 的直长管,实验测得管内壁面温度为120 C,流体平均温度为60 C,流体与管壁间的对流换热系数为350 W/(m 2 K)。
试计算单位管长上流体与管壁间的换热量。
6. 相距甚近而平行放置的两个面积相等的灰体表面,黑度各为0.6 和0.5,温度各为700C和350C,试计算它们之间的辐射换热量。
7. 一^诺热机工作于500 C和200 C的两个恒温热源之间。
已知该卡诺热机每秒中从高温热源吸收100 kJ,求该卡诺热机的热效率及输出功率。
8．在一根外直径为120mm 的蒸汽管道外包一厚度为25mm 的石棉保温层, 保温层的导热系数为0.10 W/(m K)。
已知管子外表面温度为250 C,保温层外表面的温度为38C，试求单位管长的热损失。
9．一定量的空气,经过下列四个可逆多变过程组成的循环。
试求：(1)填充F表所缺数据；(2)循环净功；(3)该循环的热效率。
10、厚为36 mm的无限大平壁，两侧表面温度分别为50 C和20 C。
已知平壁材料的导热系数为入=0.56( 1+0.0018t) W/(m K)(其中t的单位为C )，试计算通过平壁的热流密度。
11、绝热容器由隔板分成两部分，左边为压力600kPa,温度为300K的空气；右边为真空，容积是左边的5倍。
如将隔板抽去，空气迅速膨胀，充满整个容器。
试求：该过程中1千克空气的热力学能、温度和熵的变化。
【空气R g=287J/(kg K)]12、外径为100 mm，表面温度为100 C，黑度为0.76的圆筒壁，被水平放置于一温度为20 C的大房间中。
已知圆筒壁外表面与空气的纯对流换热系数为7.03W/(m 2 K)，试计算单位长度圆筒壁散失到房间中的总热量。
综合复习题参考答案一、判断下列说法是否正确，并说明理由。
1、不正确。
原因：熵是状态参数，不管循环是否可逆，工质的熵变均为零。
2、不正确。
原因：功是过程量，其数值与工质所经历的中间途径有关。
即使初终态相同，但若经历的途径不同，功值是不同的。
3、不正确。
原因：气体吸热Q>0，而U=Q-W，理想气体U=mc v T,贝U T是否大于零还取决于W的大小。
4 、正确。
原因：摄氏度与热力学温度的温差相等，t = T。
5 、不正确。
原因：工质也可进行绝热膨胀。
6、正确。
原因：卡诺定理二7 、不正确。
原因：在可逆过程中，工质的熵增意味着工质经历一个吸热过程。
但在不可逆过程中，由于不可逆因素引起的熵产恒大于零。
因此即使是绝热过程，工质的熵增也可能大于零。
8、不正确。
原因：湿蒸汽的压力与温度是互相对应的数值，不是相互独立的参数，故仅知其压力和温度不能决定其状态，必须再另有一个独立参数才行，如干度x。
9、不正确。
原因：同一物体内任一点在同一瞬间只有一个温度值，不可能具有两个以上的温度。
二、简答题1．答：应该搅拌碗中的稀饭。
这是一个传热过程。
相对而言，稀饭侧的对流换热系数较小、换热热阻较大。
搅拌稀饭时增大了其对流换热系数，最大限度的降低总传热热阻，可显著地增强传热，加速冷却速率。
2．答：不对。
因为对于圆筒壁的保温，存在一个临界热绝缘直径d c 问题。
当圆筒壁外径大于临界热绝缘直径d c 时，加保温层一定能降低散热量；但当圆筒壁外径小于临界热绝缘直径 d e 时，在一定的保温层厚度范围内，其散热量是增加的。
3.答：采用多孔的空心砖较好。
因为气体的热导率远小于固体的热导率，相 对实心砖而言，空心砖的热导率较小、导热热阻较大，在冬天可减少房屋的散热 损失，利于保温。
4. 答：不对。
同一物体内任一点在同一瞬间只有一个温度值，不可能具有两 个以上的温度。
5. 答：不可信。
因为测温元件的时间常数不仅取决于其几何参数、物理性质, 还同换热条件有关。
它随着具体的测温过程而变化，并不是一个确定的数值。
三、计算题u 141.68kJ/kg对球体 V/A=R/3M=1/3则h(V/A)hR 24 0.025 0.006 01可用集总参数法计算33 333hAt teVc则cV . In0 t°thAR=d/2=0.025 m t 0=400 C t =30 C1.解：循环热效率的计算： 相应卡诺循环的热效率：eW o Q 1.1 io 6 3.4 106100% 32.35%二者比值为:T 2 T39 273.15 577 273.150.6434 64.34%丄咤0.5028e 64.34%2.解：p 1=1bar p 2=6bar T 1=20+273.15=293.15Kk=c p /c v =1.4k 1由题意知：1宀2为可逆绝热过程，则T 2 T 1上 293.15P 11.4 16° 492.69K1U 1,2 0/ 仃2TJ 0.71 (492.69 293.15)141.68kJ/kg3 .解：d=5cm=0.05m代入数据，7753 480 0.025180 301166 66[]ln1166.66[s]24 3400 304.解：V=2 m 3p b =760mmHg=1.01325barp=p e +p b5 67 1 0 8 ( 973.1546 23.154)丄丄10.6 0.5p i =p ei +p b =0.3+1.01325=1.31325 bar理想气体状态方程：pV=mR g Tp 2=p e2+p b =3+1.01325=4.01325 bar初态时罐内氧气质量为p i V m 1 R g T l1.31325 105 2 260 (45 273.15) 3.178 kg终态时罐内氧气质量为m 2P 2V4.01325 1052260 (80 273.15)8.748kg则压入的氧气质量为m=m 2-m 1 =8.748-3.178=5.57 kg5 •解：管内强迫对流换热问题。
由牛顿冷却公式计算:lhA(t w tj/l h d(t w t f )350 3.14 0.1 0.025 (120 60) 164934 w/m6 .解：T 1=700+273.15=973.15KT 2=350+273.15=623.15K由题意知，A 1=A 2=A X 1,2= X 2,1 = 1.0E b1 E b2A( E b1 E b2)1,2q 1,21A 1A 1X 1,2E b1E b2A 2b(T ： T ；)15863.087 W/m 27 .解：该卡诺热机的热效率:T 2 200 273.15c1 -1 - 0.388 38.8% T 1 500 273.15输出功率为：p 0 1 c 100 0.38838.8 kW8 •解：此为通过圆筒壁的稳态导热问题。
由题意知：d i =120mm d 2=d i +2 =120+2 25=170mmt wi =250oC t w2=38cC则 i tw1 ⑺-------- 250 38382.432 :W/m :11 , d 21, 170In - In2 d 12 3.14 0.10 1209 .解：(1)填表过程Q (kJ ) △ U(kJ) W (kJ) 1-2 1210 (1210) 0 2-3 0 (-250) 250 :3-4 -980 (-980) 0 4-1(20)(-20)(2)W 0=W 1-2+W 2-3+W 3-4+W 4-1 =0+250+0-20=230 kJ或 W 0=Q 0=1210+0-980+0=230kJ(3) 循环热效率(1) 满足q= u+w 绝热q=0 自由膨胀w=0Q 1=1210 kJW o Q 1230 12100.19 19%10•解：大平壁的平均温度为 t m =(t w1+t w2)/2=(50+20)/2=35 C平均热导率为: m =0.56( 1+0.0018t m) =0.56 (0+0.0018 35) = 0.5953 W/(m K)0.595350 20 0.036496.07 W/m11•解：以容器内的空气为研究对象。
已知:T 1=300K p 1=600kPa V 2/V 1=6热流密度为：q -贝U u=q-w=O(2) u=C v (T 2-T 1) =0，则 T 2=T I (3)s=R g |n (V 2/V 1) =287 x In(6)=514 J/(kg K)12.解：这是一个复合表面的换热问题，该圆管壁既与周围气体有对流换热,又与周围环境有辐射换热。