热工基础-05第五章_热工基础的应用资料
热工基础与应用第三版课后题答案
热工基础与应用第三版课后题答案热工基础与应用第三版课后题答案：第一章热力学基础1. 什么是热力学系统？热力学系统的分类？答：热力学系统是指一定空间范围内的物质，它可以与外界进行能量、物质和动量的交换。
热力学系统分为开放系统、闭合系统和孤立系统。
2. 热力学第一定律及其公式表达？答：热力学第一定律是指能量守恒原理，即一定量的能量在各种形式间的转换中，总能量量保持不变。
它的公式表达为： $\Delta U = Q -W$，其中$\Delta U$表示系统内能的变化，$Q$ 表示系统所吸收的热量，$W$表示系统所做的功。
第二章理想气体1. 什么是理想气体？理想气体的特点有哪些？答：理想气体是指在一定温度和压力下，以分子作为粗略模型，遵守物理气体状态方程，没有相互作用力的气体。
理想气体的特点是分子间没有相互作用力，分子大小可忽略不计，分子数很大，分子与容器壁之间的碰撞是完全弹性碰撞。
2. 理想气体状态方程及其公式表达？答：理想气体状态方程是描述理想气体状态的基本方程，公式表达为$pV=nRT$，其中$p$表示压力，$V$表示体积，$n$表示物质的定量，$R$为气体常数，$T$表示气体的绝对温度。
第三章湿空气1. 什么是湿空气？湿空气的组成及其特点？答：湿空气是指空气中含有一定量的水蒸气的气体体系。
湿空气主要由氧气、氮气和水蒸气等气体组成。
湿空气的特点是其含水量随着温度和压力的变化而发生变化，同时湿空气的性质也会随着水蒸气的增加发生改变。
2. 湿空气状态的计算方法？答：湿空气的状态可用气体混合物的状态方程描述，即Dalton分压定律。
同时，根据水蒸气分压度和空气分压度的表格，可以通过查表法来计算湿空气的状态。
第四章热功学性质1. 热功学性质的三种基本类型是什么？答：热功学性质的三种基本类型是热力学势、热容和熵。
2. 熵的基本概念及其计算？答：熵是指物理系统内部不可逆过程的度量。
根据定义，熵的计算公式为$\Delta S = Q/T$，其中$\Delta S$表示熵的变化量，$Q$表示系统吸收的热量，$T$表示系统的温度。
《热工基础及应用》第3版知识点汇总
《热工基础及应用》第3版知识点第一章 热能转换的基本概念本章要求：1.掌握研究热能转换所涉及的基本概念和术语；2.掌握状态参数及可逆过程的体积变化功和热量的计算；3.掌握循环的分类与不同循环的热力学指标。
知识点：1.热力系统：根据研究问题的需要和某种研究目的，人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统，简称热力系或系统。
热力系可以按热力系与外界的物质和能量交换情况进行分类。
2.工质：用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。
3.热力状态：热力系在某瞬时所呈现的宏观物理状态称为热力状态。
对于热力学而言，有意义的是平衡状态。
其实现条件是：0,0,0p T μ∆=∆=∆=。
4. 状态参数和基本状态参数：描述系统状态的宏观物理量称为热力状态参数，简称状态参数。
状态参数可按与系统所含工质多少有关与否分为广延量（尺度量）参数和强度量状态参数；按是否可直接测量可分为基本和非基本状态参数。
5. 准平衡（准静态）过程和可逆过程：准平衡过程是基于对热力过程的描述而提出的。
实现准平衡过程的条件是推动过程进行的不平衡势差要无限小，即0p ∆→，0T ∆→（0μ∆→）。
6、热力循环：为了实现连续的能量转换，就必须实施热力循环，即封闭的热力过程。
热力循环按照不同的方法可以分为：可逆循环和不可逆循环；动力循环（正循环）和制冷（热）循环（逆循环）等。
动力循环的能量利用率的热力指标是热效率：0=t H W Q η；制冷循环能量利用率的热力学指标是制冷系数：L 0=Q W ε。
第二章 热力学第一定律本章要求：1. 深入理解热力学第一定律的实质；2. 熟练掌握热力学第一定律的闭口系统和稳定流动系统的能量方程。
知识点：1. 热力学第一定律：是能量转换与守恒定律在涉及热现象的能量转换过程中的应用。
热力学第一定律揭示了能量在传递和转换过程中数量守恒这一实质。
2. 闭口系统的热力学第一定律表达式，即热力学第一定律基本表达式：Q U W =∆+。
热工基础-5-(2)-热工基础的应用-换热器
2、传热的强化
kA t f 1 t f 2
的数值。
（4）由传热方程求出所需要的换热面积 A，并核算
换热面两侧有流体的流动阻力。 （5）如流动阻力过大，改变方案重新设计。
➢ 平均温差法用作校核计算时步骤如下：
（1）先假设一个流体的出口温度，按热平衡式计 算另一个出口温度；
（2）根据4个进出口温度求得平均温差
tm
（3）根据换热器的结构，算出相应工作条件下的 总传热系数k。
称之为肋效率。
解得：
t fi t f 0
1
1
hi Ai Ai h00 A0
其中：
0
A1 f
A0
A2
称为肋面总效率。
t fi t f 0
1
1
k ' Ai (t fi t f 0 )
hi Ai Ai h00 A0
定义肋化系数： A0 / Ai
传热系数为：
k
1
1
1
hi h00
1、通过平壁的传热过程
流体与壁面1的换热量：
h1 A(tf1 tw1)
通过平壁的导热量：
A
(tw1
tw2 )
壁面2与冷流体的换热量：
h2 A(tw1 tf2 )
A(tf1 tf2 )
1 1
kA(tf1 tf2 )
h1 h2
传热方程式：
kA(tf1 tf2 ) kAt
2 效能-传热单元数法（不讲）
(1)传热单元数和换热器的效能
换热器的效能按下式定义：
t t
max
t1 t2
则，换热器交换的热流量：
热工基础的原理及应用
热工基础的原理及应用1. 热工基础的概念热工基础是热力学和热传导学的基础，是研究能量转化、能量传递和能量转换的科学。
它主要涉及热力学、热传导、热辐射等内容，可以应用于各个领域，如工业、航空航天、能源等。
热工基础对于理解和应用能量转化、传递和转换非常重要。
2. 热工基础的原理2.1 热力学的原理热力学是热工基础的重要组成部分，它研究的是热力学系统中能量的转化和传递规律。
热力学的基本原理包括以下几个方面：•热力学第一定律：能量守恒，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量不会减少或增加。
•热力学第二定律：熵增原理，自然界的熵总是增加的，热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
•热力学第三定律：绝对零度原理，当温度接近绝对零度时，物体的熵趋于零。
2.2 热传导的原理热传导是热工基础中的重要内容，研究的是物体内部的热量传递规律。
热传导的原理可以用以下几个概念和公式来描述：•热导率：热导率是物质传导热量的能力，它的单位是瓦特/米·开尔文（W / m · K）。
•热传导方程：热传导方程描述了物体内部的温度变化与热流量之间的关系，可以用下面的公式表示： $Q = -k \\cdot A \\cdot \\frac{{dT}}{{dx}}$ •热阻和热导：热阻是物体传输热量的阻力，它的大小取决于物体的热导率和几何形状。
2.3 热辐射的原理热辐射是热工基础中的另一个重要内容，研究的是物体通过辐射传递热量的规律。
热辐射的原理可以用以下几个概念和公式来描述：•黑体辐射：黑体是理想的辐射体，它能完全吸收所有进入它表面的辐射能，并能以最大的效率辐射出去。
•斯特藩-玻尔兹曼定律：斯特藩-玻尔兹曼定律描述了黑体辐射的功率密度与温度的关系，可以用下面的公式表示： $P = \\sigma \\cdot A \\cdot T^4$•辐射传热：物体的辐射传热是指物体通过辐射的方式将热量传递给其它物体，其传热速率与物体的温度差和表面特性有关。
热工基础第五章.
(2) 根据初态和过程特点以及终态的一个参数值， 确定终态的其它参数值; (3) 根据热力学基本定律，结合过程的特点，计 算过程中工质与外界交换的功量与热量。
10
定容过程：
w0
wt v( p1 p2 )
q u2 u1 (h2 h1 ) ( p2 p1 )v
11
定温过程：
湿蒸汽的状态参数 1kg 湿蒸汽是由x kg干蒸汽和（1－x）kg饱 和水混合而成， vx xv 1 x v v x v v 注意 hx xh 1 x h h x h h 单位
sx xs 1 x s s x s s
23
5. 湿空气的焓
湿空气的焓： H
ma ha mv hv
H ha dhv kJ/kg（干空气） 湿空气的比焓：h ma
工程上，取0 C时干空气、饱和水的焓为零，即
ha= 0 、 hv= 0
温度t下干空气和水蒸气的焓分别为
ha c pt 1.005t
温度t下干湿空气的焓为
2. 冷却去湿过程
湿空气被冷却时， 温度降低。在温度降至 露点前其含湿量保持不 变，相对湿度逐渐增加。 当相对湿度达到＝1时， 湿空气饱和，如果再继 续冷却，则析出水份， 过程将沿着的饱和曲线 向含湿量减少、温度降 低的方向进行，如1－2 所示。
28
5－6 干湿球温度计
将干湿球温度计由两个温度计构成，如图所示。 干球温度计：测量空气温度 t 湿球温度计: 测量湿球温度 tw 如果将干湿球温度计置于通风良 好的湿空气中，由于湿球温度计上湿 布的水分蒸发,吸收汽化潜热，使湿 纱布中的水温降低，湿球温度计读书 下降。当水分蒸发所需要的热量等于 周围空气所传给的热量时，湿球温度 计读书维持在某一数值不变，这一温 度值称为湿球温度 tw 。
热工基础复习资料
热工基础复习资料对于学习热力学的学生来说，热工基础是非常重要的一门课程。
热工基础是热力学、传热学和流体力学等学科的基本理论和实践基础。
这门课程的学习要求我们掌握热学基本概念、热学方程、热力学循环以及热力学系统等基本知识。
因此，我们需要认真复习这门课程，为后面的学习打下坚实的基础。
首先，我们需要复习热学基本概念。
热学基本概念包括热力学量、状态方程、热力学性质等，这些是热力学分析的基础。
通过学习这些概念，我们可以了解热力学中所涉及的物理量和表达式，掌握这些基本概念可以帮助我们理解热力学的其他知识点，如热平衡、热传导和热传递等。
其次，我们需要复习热学方程。
热学方程包括热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律等。
其中热力学第一定律是能量守恒定律，它表明热能可以被转化为其他形式的能量，而不会减少。
热力学第二定律是热力学循环的基础，它描述了能量在热机中的转化和传输。
热力学第三定律与热力学系统的熵有关，它帮助我们理解系统能量趋向熵增的规律。
复习这些方程可以加深我们对热力学理论的认识和理解。
此外，我们还需要复习热力学循环。
热力学循环是热力学在实际应用中的体现，如汽轮机、内燃机、制冷机等等。
掌握热力学循环可以帮助我们更好地理解热力学中的第二定律，并将理论知识应用到实际工程中去。
最后，我们还需要复习热力学系统。
热力学系统是指在一定条件下，内部组分和能量的交换受到控制的物质系统。
对热力学系统的了解，可以帮助我们对物质在不同状态之间的转化、物质内能等概念进行更深入的理解，同时也可以帮助我们更好地理解实际问题的本质，为我们在工程中的设计提供帮助。
小结起来，复习热工基础需要我们掌握热学基本概念、热学方程、热力学循环以及热力学系统等基础知识。
这些基础知识是后续热力学、传热学、流体力学等学科的基础，因此我们必须认真对待复习。
希望能在复习中发现自己的不足之处，及时补上，为后面的学习打下坚实的基础。
(6)第五章水蒸汽热力性质_热工基础 [兼容模式].
![(6)第五章水蒸汽热力性质_热工基础 [兼容模式].](https://img.taocdn.com/s3/m/241e41e39ec3d5bbfd0a7444.png)
pv = ps (T )
49
工程热力学 露点
露点：湿空气中的水蒸气分压力pv对应的饱和温度Td 称为露点温度, 简称露点。
pv < ps (T )
结露：定压降温到露点, 湿空气中的水蒸气饱和, 凝结 成水(过程1－2)。 结霜：Td < 0 DC
Ts=85.95 ℃ Ts=113.32 ℃
纯物质的p-T相图
p
液 固
p 流体
临界点
气 三相点
流体
固
液
临气界点 三相点
水
T
一般物质 T
工程热力学 水蒸气的定压发生过程
t < ts 未饱和水
v < v'
t = ts
t = ts
t = ts
t > ts
饱和水 饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽 过热蒸汽
v = v' v'< v <v'' v = v'' v > v''
h, v, s
工程热力学
水和水蒸气表
两类
1、饱和水和干饱和蒸汽表 2、未饱和水和过热蒸汽表
工程热力学
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工程热力学
35
工程热力学
表的出处和零点的规定
表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编 制, IFC(国际公式化委员会)1967、1997和2005年先后发表分段 拟合的水和水蒸气热力性质公式, 但工程上仍会用到图表。 焓、内能、熵零点的规定： 原则上可任取零点, 国际上统一规定。
Thermal Process of Steam
热工基础与应用 第3版 知识点
《热工基础及应用》第3版知识点第一章 热能转换的基本概念本章要求：1.掌握研究热能转换所涉及的基本概念和术语；2.掌握状态参数及可逆过程的体积变化功和热量的计算；3.掌握循环的分类与不同循环的热力学指标。
知识点：1.热力系统：根据研究问题的需要和某种研究目的，人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统，简称热力系或系统。
热力系可以按热力系与外界的物质和能量交换情况进行分类。
2.工质：用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。
3.热力状态：热力系在某瞬时所呈现的宏观物理状态称为热力状态。
对于热力学而言，有意义的是平衡状态。
其实现条件是：0,0,0p T μ∆=∆=∆=。
4. 状态参数和基本状态参数：描述系统状态的宏观物理量称为热力状态参数，简称状态参数。
状态参数可按与系统所含工质多少有关与否分为广延量（尺度量）参数和强度量状态参数；按是否可直接测量可分为基本和非基本状态参数。
5. 准平衡（准静态）过程和可逆过程：准平衡过程是基于对热力过程的描述而提出的。
实现准平衡过程的条件是推动过程进行的不平衡势差要无限小，即0p ∆→，0T ∆→（0μ∆→）。
6、热力循环：为了实现连续的能量转换，就必须实施热力循环，即封闭的热力过程。
热力循环按照不同的方法可以分为：可逆循环和不可逆循环；动力循环（正循环）和制冷（热）循环（逆循环）等。
动力循环的能量利用率的热力指标是热效率：0=t H W Q η；制冷循环能量利用率的热力学指标是制冷系数：L 0=Q W ε。
第二章 热力学第一定律本章要求：1. 深入理解热力学第一定律的实质；2. 熟练掌握热力学第一定律的闭口系统和稳定流动系统的能量方程。
知识点：1. 热力学第一定律：是能量转换与守恒定律在涉及热现象的能量转换过程中的应用。
热力学第一定律揭示了能量在传递和转换过程中数量守恒这一实质。
2. 闭口系统的热力学第一定律表达式，即热力学第一定律基本表达式：Q U W =∆+。
热工基础
工程上所用的蒸气通常是干度大于 工程上所用的蒸气通常是干度大于50%的湿蒸气或过 的湿蒸气或过 干度大于 图的实用部分为其右上角部分 右上角部分。 热蒸气， 热蒸气，所以 h－s 图的实用部分为其右上角部分。
5-4 水蒸气的热力过程
水蒸气热力过程的分析和计算， 水蒸气热力过程的分析和计算，与理想气体热力过程 的方法、步骤类似，同样可利用热力学的基本公式。 的方法、步骤类似，同样可利用热力学的基本公式。 如能量方程： 如能量方程： q=∆u＋w； ＋ ； 对可逆过程： 对可逆过程：
二、饱和状态 (自然蒸发 饱和状态 蒸发与凝结处于动态平衡的状 自然蒸发)饱和状态 自然蒸发 饱和状态: 发生在密闭容器内) 态(发生在密闭容器内 发生在密闭容器内 (强制蒸发 饱和状态: 沸腾的液体为饱和液体，对饱 强制蒸发)饱和状态 沸腾的液体为饱和液体， 强制蒸发 饱和状态 和液体继续加热， 液体不断蒸发汽化， 和液体继续加热， 液体不断蒸发汽化，直至全部变 为气体。 为气体。 从饱和液体到干饱和蒸汽的各状态均属饱和状态。 从饱和液体到干饱和蒸汽的各状态均属饱和状态。 其压力、温度均为饱和压力和饱和温度，但其余参 其压力、温度均为饱和压力和饱和温度， 数各不相同（与理想气体的区别）。 数各不相同（与理想气体的区别）。 p-T 图自己看。 图自己看。
附表4：以温度为准编排的饱和水与干饱和蒸汽表。 附表 ：以温度为准编排的饱和水与干饱和蒸汽表。 附表5：以压力为准编排的饱和水与干饱和蒸汽表。 附表 ：以压力为准编排的饱和水与干饱和蒸汽表。 附表6： 附表 ：未饱和水与过热蒸汽表 湿蒸汽热力状态的确定： 湿蒸汽热力状态的确定： 设干度为 x，则 ，
蒸发的机理: 蒸发的机理 蒸发是由于液体表面能量较高的分子， 蒸发是由于液体表面能量较高的分子，克服邻近分 子的引力作用而脱离液体， 子的引力作用而脱离液体，逸入液体外的空间而引 起的。 起的。 液体温度越高，蒸发表面积越大， 液体温度越高，蒸发表面积越大，液面上方蒸气分 子的密度越小，蒸发越快。在这一过程中， 子的密度越小，蒸发越快。在这一过程中，由于能 量较高的分子逸出液面， 量较高的分子逸出液面，液体内的分子平均动能减 少而使液体温度降低。 少而使液体温度降低。 2、沸腾 、 在液体表面和内部同时进行的剧烈的汽化现象称为 沸腾 。
热工基础 第5章 热力学第一定律
物体的内能与机械能的区别
能量的形式不同。物体的内能和机械能分别与两种不同的 运动形式相对应，内能是由于组成物体的大量分子的热运动 及分子间的相对位置而使物体具有的能量。而机械能是由于 整个物体的机械运动及其与它物体间相对位置而使物体具有 的能量。
决定能量的因素不同。内能只与物体的温度和体积有关， 而与整个物体的运动速度及物体的相对位置无关。机械能只 与物体的运动速度和跟其他物体的相对位置有关，与物体的 温度体积无关。
1
a
ΔU1a2 = ΔU1b2 = ΔU12 =U2 −U1
b
注意： ΔU21 =−ΔU12 =U1 −U2 0
2 v
二、外部储存能 —— 宏观动能Ek和重力位能Ep
由系统速度和高度决定
¾ 宏观动能：
Ek
=
1 2
mc 2
m — 物体质量；c — 运动速度
机械能
¾ 重力位能： Ep = mgz
Z — 相对于系统外的参考坐标系的高度
分子运动的平均动能和分子间势能称为热力学能（内能）。
符号：U
单位： J
比热力学能（比内能）：单位质量物质的热力学能，u，J/kg
u=U/m
增加热力学能的两种方法：做功、传热
2、微观组成 内动能：分子热运动（移动、转动、振动）形成的内动能。 它是温度的函数。 内位能：分子间相互作用形成的内位能。 它是比体积和温度的函数。 其它能：维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原子能 及电磁场作用下的电磁能等。
对于不做整体移动的闭口系，系统宏观动能和位能均无变
化，有：（∆E=∆U），故Q：−W = ΔU 或 Q = ΔU +W
热力系吸 收的能量
增加系统的热力学能
热工基础5
cvε =
k −1
T1 [λ − 1 + kλ (ρ − 1)]
(
)
ε −1 V1 ε
R p1V1 得cv = 代入(1)式得 (k − 1)T1 k −1
T1 热源 假定热机A从热源吸热 从热源吸热Q 假定热机 从热源吸热 1 对外作功W 对外作功 A Q1 Q2 对冷源放热Q 对冷源放热 2 A WA = Q1 - Q2 WA Q2 Q2 冷源无变化 冷源 T2 <T1
11
从热源吸收Q 从热源吸收 1-Q2全变成功 WA 违反开表述 违反开表述
证明2 违反开表述导致违反克表述 开表述导致违反 证明2、违反开表述导致违反克表述
卡诺认为： 卡诺认为：1）热量像水一样： 热量像水一样： 水从高处 热从高温
水轮机 热动力机
低处 低温
作功 作功
2）可逆过程输出的功最大，如果不 可逆过程输出的功最大， 设置动力机等，作功能力损失了。 设置动力机等，作功能力损失了。 循环的吸、 循环的吸、放热过程均应是等温的 连接吸、 3）连接吸、放热的过程应是可逆绝热的
16
卡诺循环热机效率
T1 q1
卡诺循环热机效率 卡诺循环热机效率
Rc q2 T2
17
w
卡诺循环热机效率的说明
• ηt,c只取决于恒温热源T1和T2 只取决于恒温热源 恒温热源
而与工质的性质无关； 而与工质的性质无关；
• T1
高 •如果ηt,c = 100%，则 T1 = ∝ 或 T2 = 0 K ，
热机不可能将从热源吸收的热量全部转 热机不可能将从热源吸收的热量全部转 不可能将从热源 变为有用功，而必须将某一部分传给冷源 冷源。 变为有用功，而必须将某一部分传给冷源
《热工基础及应用》第3版知识点汇总
《热工基础及应用》第3版知识点第一章 热能转换的基本概念本章要求：1.掌握研究热能转换所涉及的基本概念和术语；2.掌握状态参数及可逆过程的体积变化功和热量的计算；3.掌握循环的分类与不同循环的热力学指标。
知识点：1.热力系统：根据研究问题的需要和某种研究目的，人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统，简称热力系或系统。
热力系可以按热力系与外界的物质和能量交换情况进行分类。
2.工质：用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。
3.热力状态：热力系在某瞬时所呈现的宏观物理状态称为热力状态。
对于热力学而言，有意义的是平衡状态。
其实现条件是：0,0,0p T μ∆=∆=∆=。
4. 状态参数和基本状态参数：描述系统状态的宏观物理量称为热力状态参数，简称状态参数。
状态参数可按与系统所含工质多少有关与否分为广延量（尺度量）参数和强度量状态参数；按是否可直接测量可分为基本和非基本状态参数。
5. 准平衡（准静态）过程和可逆过程：准平衡过程是基于对热力过程的描述而提出的。
实现准平衡过程的条件是推动过程进行的不平衡势差要无限小，即0p ∆→，0T ∆→（0μ∆→）。
6、热力循环：为了实现连续的能量转换，就必须实施热力循环，即封闭的热力过程。
热力循环按照不同的方法可以分为：可逆循环和不可逆循环；动力循环（正循环）和制冷（热）循环（逆循环）等。
动力循环的能量利用率的热力指标是热效率：0=t H W Q η；制冷循环能量利用率的热力学指标是制冷系数：L 0=Q W ε。
第二章 热力学第一定律本章要求：1. 深入理解热力学第一定律的实质；2. 熟练掌握热力学第一定律的闭口系统和稳定流动系统的能量方程。
知识点：1. 热力学第一定律：是能量转换与守恒定律在涉及热现象的能量转换过程中的应用。
热力学第一定律揭示了能量在传递和转换过程中数量守恒这一实质。
2. 闭口系统的热力学第一定律表达式，即热力学第一定律基本表达式：Q U W =∆+。
热工基础与应用
一、基本概念主要包括导热、对流换热、辐射换热的特点及热传递方式辨析。
1、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。
试解释原因。
答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进人更多的空气。
而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小(20℃，1.01325³105Pa时，空气导热系数为0.0259W/(m²K)，具有良好的保温性能。
而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。
2、夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿绒衣才觉得舒服。
试从传热的观点分析原因。
答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。
夏季室外温度比室内气温高，因此通过墙壁的热量传递方向是出室外传向室内。
而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。
因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。
因此，尽管冬季室内温度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。
根据上题人体对冷感的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。
3、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。
答：有以下换热环节及热传递方式(1)由热水到暖气片管到内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)；(2)由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；(3)由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。
4、冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温度t高于0℃，有人却发现地面上结有—层簿冰，试解释原因(若不考虑水表面的蒸发)。
解：如图所示。
假定地面温度为了Te ，太空温度为Tsky，设过程已达稳态，空气与地面的表面传热系数为h，地球表面近似看成温度为Tc 的黑体，太空可看成温度为Tsky的黑体。
则由热平衡：，由于Ta ＞0℃，而Tsky＜0℃，因此，地球表面温度Te有可能低于0℃，即有可能结冰。
热工基础-5-(3)-热工基础的应用-压气机
1 单级活塞式压气机的工作原理和 理论耗功量
一、工作原理
f-1为气体引入气缸； 1-2为气体在气缸内进行压缩；
2-g为气体流出气缸，进储气筒。
其中，即进气和排气（f-1和2-g） 过程都不是热力过程，只是气体 的移动，气体状态不发生变化， 数量发生变化。
压缩过程情况分析: 过程极快，散热差，视为绝热过程1-2s； 过程缓慢，散热良好，气体的温度始终保持与初温 相同，可视为定温压缩过程1-2T。 实际过程在上述两者之间：有传热，温度也有升高， 即实际过程n介于1与k之间的多变过程1-2n。
过程，则完全与活塞式压气机无异，故对它的 工作过程作热力学分析时，和活塞式压气机是
一样的。
如果忽略通过机壳的向外散热，则气体压
缩过程可看作是绝热的。实际压缩过程有相当
大的摩擦损失，是不可逆的绝热压缩过程，过 程中气体的比熵增大。
耗功计算：
如图中1-2’所示，压气
机实际所需要的功为:
实际压缩多耗功为:
降低而压力提高，相邻导 向叶片间的通道相当于一 个扩压管。 气流经过每一级(由一排工作叶片和一排导向叶片所 构成)时连续进行类似的过程，使气体的压力逐级提 高，最后经扩压器从出口排出。流经扩压器时，气 流的余速亦有一部分被利用而提高其压力。
叶轮式压气机的工作原理虽与活塞式压气
机不同，但从热力学观点分析气体的状态变化
这时，各级的增压比相同，各级压气机耗功相同，且：
因此，按此原则选择中间压力可得以下有利结果： (1)每级压气机需功相等，有利于压气机曲轴的平衡； (2)每个气缸中气体压缩后所达到的最高温度相同，这 样每个气缸的温度条件相同； (3)每级向外排出的热量相等，而且每一级的中间冷却 器向外排出的热量也相等； (4)各级的气缸容积按增压比递减。 (5)分级压缩对容积效率的提高也有利。余隙容积的有 害影响随增压比的增加而扩大。分级后，每一级的增 压比缩小，故同样大的余隙容积对容积效率的有害影 响将缩小，使总容积效率比不分级时大。
热工基础第05章 热力学第一定律
2. 宏观机械能（外部能量）
动能：
Ek
1 mv2 2
位能： E p mgz
3. 系统总能量
mkg工质： E U Ek E p 1kg工质： e u ek e p
第二节 闭口系统的能量方程式及其应用
Q
W
进入系统的能量：系统从外界吸取的热量Q(q) 离开系统的能量：系统对外作的膨胀功W(w) 系统储存能量的变化：热力学能的变化ΔＵ(Δu) 表达式：Q-W=ΔＵ q-w=Δu
解口系：1统kg稳工定质流在动锅情炉况中。的锅吸炉热为量热为交换器，根据其
工作特q 点h可2 采h用1 简27化68方程21q0h2255h81kJ / kg 工质每小时吸热量为
Q qmq 2000 2558 5.116106 kJ / h
锅炉每小时用煤量为
5.116 106
冷流体：吸热，
q 0, h'2
h
' 1
火力发电装置
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
给水泵
动力机械
燃气轮机 压气机
制冷 空调
压缩机
（二）动力机械
q
h
1 2
c
2 f
gz
ws
1、功用：输出或消耗机械功
2、工作特点：q
0,
c
2 f
0, z
0
3、简化方程：ws h1 h2
汽轮机
发电机 凝 汽 器
给水泵
火力发电装置
制冷空调装置 热交换器
q
h
1 2
热工基础5
一、填空题1．实现热能和机械能相互转化的工作物质就叫做工质。
2．热能动力装置的工作过程，概括起来就是工质从高温热源吸取热能，将其中一部分转化为机械能，并把余下的一部分传给低温热源的过程。
3．热力系统与外界间的相互作用一般说有三种，即系统与外界间的热量交换、功交换和物质交换。
4．按系统与外界进行物质交换的情况，热力系统可分为闭口系统和开口系统两类。
5．状态参数的变化量等于初.终两状态下，该物理量的差值，而与工质的状态变化途径无关。
6．决定简单可压缩系统状态的独立状态参数的数目只需两个。
7．1mmHg= 133.3 Pa；1mmH2O= 9.81 Pa。
8．气压计读数为750mmHg，绝对压力为2.5×105Pa的表压力为0.15 MPa。
9．用U形管差压计测量凝汽器的压力，采用水银作测量液体，测得水银柱高为720.6mm。
已知当时当地大气压力Pb=750mmHg，则凝汽器内蒸汽的绝对压力为0.0039 MPa。
10．一个可逆过程必须是准平衡过程，而且在过程中没有任何形式的能量耗散。
11．只有平衡状态才能用参数坐标图上的点表示，只有准平衡过程才能用参数坐标图上的连续实线表示。
12．热量和功都是系统与外界能量传递的度量，它们不是状态参数而是过程量。
13．工质作膨胀功时w 大于0，工质受到压缩时w 小于0，功的大小决定于工质的初.终状态以及过程的变化路径。
二、名词解释1．标准状态—-压力为1atm，温度为0℃时的状态。
2．平衡状态——系统内工质各点相同的状态参数均匀一致的状态。
3．准平衡过程——由一系列平衡状态所组成的热力过程。
4．可逆过程——当一个过程进行完了以后，如能使工质沿相同的路径，逆行回复至原来状态，并使整个系统和外界全部都回复到原来状态而不留下任何改变5．热机——能够将热能转变为机械能的设备。
6．热源——在工程热力学中，能不断地供给工质热能的物体叫做热源。
7．热力系统——被人为分离出来的热力学研究对象。
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山东大学（威海）机械系
第一节 喷管和扩压管
• 本章研究气体和蒸气在变截面短管内的流动。最后获得
喷管和扩压管的流动规律.
• 先分析可逆流动，然后对不可逆过程进行修正。
• 流动为一元流动。
•
先分析理想气体过程，再分析蒸气过程。 1
2
一 稳定流动的基本方程式1、质 Nhomakorabea守恒方程
1
2
qm1
饱和水蒸气 1.135
cr =0.577
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2、喷管q的m流量A计v22c算2
Acr ccr vcr
qm A2
2
1
2 1
p0 v0
p2 p0
p2 p0
=
f
(
p2 p0
)
对于渐缩喷管
cr
p2 p0
1
qm
b
c
(5 15)
对于缩放喷管
0 p2 1 p0
c
ca
x
x
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三 喷管
喷管：用于加速气流的管道称为喷管。
１、渐缩喷管
１
Ｍ< 1
２
Ｍ≤1
２、缩放喷管（拉伐尔喷管）
２ １
dA = 0
Ｍ< 1
Ｍ= 1
Ｍ> 1
２ １
dA < 0
１
dA > 0
２
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1、喷管的流速计算及分析 （主要是出口截面的流速计算与分析）
由
h0
h1
Ｍ> 1
dA = 0
Ｍ= 1
dA < 0
dA > 0
dA > 0渐扩
Ｍ< 1
缩放
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流体被加速时，沿流动方向流体参数的变化规律 (DCF > 0)
dA = 0
Ｍ< 1
Ｍ≤1
Ｍ< 1
Ｍ= 1
Ｍ> 1
dA < 0渐缩
p
ca c
dA < 0
(临界截面)
p
dA > 0
pcr Tcr ccr = cfcr
dA dv dc Avc
（5---1b)
得
dA (M 2 1) dc
A
c
(5 11)
上式称为流动的特征方程。
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分析特征方程
dA (M 2 1) dc
A
c
(8 11)
１、当沿流动方向定熵膨胀，压力降低，流速增加时；
即(T↓、p ↓ 、c↑)（dc > 0 喷管)
当Ｍ < 1时，dA < 0, 气流截面收缩； 当Ｍ = 1时，dA = 0, 气流截面收至最小； 当Ｍ > 1时，dA > 0, 气流截面扩张；
1
pcr p0
1
ca,cr pcrvcr ccr
1
则
2
p0v0 1
1
pcr p0
pcr vcr
从上式可推得
pcr p0
2
1
1
cr
νcr称为临界压比
pcr cr p0
双原子气体 1.4
过热水蒸气
1.3
cr =0.528 cr =0.546
或
cdc vdp
上式两边同除于 c2, 并对方程右边分子和分母同乘以κp得：
dc c
pv c2
dp p
ca2 c2
dp p
1 M
2
dp p
dp M 2 dc
p
c
(力学条件)
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由过程方程式
dp dv 0
p
v
(5--7)
得
dv 1 dp M 2 dc
v p
c
将上式代入质量守恒方程
qm2
A1c1 v1
A2c2 v2
Ac v
常数
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对上式进行微分得
dA dv dc Av c
（5---1b)
2、能量守恒方程 对于稳定流动过程有
q h 1 c2 gz w
2
sh
对于变截面短管内的流动有
q 0 z 0 wsh 0
h1
1 2
c12
h2
1 2
c22
1 2
c2
T0
T1
c12 2cp
T
p0
p1
T0 T1
1
0 1
s
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3、过程方程
对于理想气体可逆过程
pv p1v1 p2v2
微分后得
dp dv 0
pv
(5--7)
4、状态方程
pv RgT
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5、由声物速理和学马可赫知数，声音在介质中传播的速度为
ca
p
s
v
2
p v
s
对于理想气体定熵过程
p v
s
p v
所以 ca pv RgT
(5 9)
马赫数定义为
M c ca
当 M<1时 当 M >1时 当 M =1时
亚声速流动 超声速流动 声速流动
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二 由流能动中的方特程征方程
q
h
1 2
c2
gz
wsh
可得
1 dc2 vdp 2
h
1 2
c2
常数
对于微元过程有
可逆时
dh 1 dc2 0 2
cdc vdp
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流动过程中, 当 c = 0 的点称为滞止点，相应的参数称为 滞止参数。
h0
h1
1 2
c12
h2
1 2
c22
h
1 2
c2
对于理想气体有
c pT0
c pT1
1 2
c12
c pT2
1 2
c12
c pT
1 2
c12
h2
1 2
c22
h
1 2
c2
可得
c2 2(h0 h)
对于出口截面 c2 2(h0 h2 )
c2 2(h1 h2 ) c12
当 c1 << c2 时
c2 2(h1 h2 )
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对于理想气体可逆过程
c2
2(h0 h2 )
2cp (T0 T2 )
1
(2)、选择喷管类型, 确定出截面上的压力. 当
pb p0
cr =
pcr p0
时, 即 p2 pb pcr
选择缩放喷管
当
pb p0
cr =
pcr p0
时, 即 p2 pb pcr
选择渐缩喷管
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(3)、计算出口截面参数及最小截面参数
1) 若选择的是渐缩喷管,则出口截面就是最小截面
0
a
p2/p0
1/2
1
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3、喷管的在设给计定流量qm，初始参数 p1、t1 、 c1、及背压 pb (喷管出 口处环境压力)，设计一喷管。设计的原则是充分利用给定的 压差Δp = p1－ pb , 获得尽可能高的流速。
(1)、求滞止参数
T0
T1
c12 2cp
p0
p1
T0 T1
2
Rg 1
(T0
T2 )
2
Rg 1
T0
1
p2 p0
1
(5 13c)
cf
c2,max
2 1 RgT0
p2/p0 0 1/4 1/2 3/4 １
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在缩放喷管的最小截面, 即临界截面处有
ccr
2
Rg 1
T0
1
p2 p0
1
=
2
p0v0 1
Ｍ< 1
Ｍ≤1
Ｍ≥1
Ｍ> 1
dA < 0渐缩
Ｍ< 1
dA = 0
Ｍ= 1
dA < 0
dA > 0
dA > 0渐扩
Ｍ> 1
缩放
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２、当沿流动方向定熵压缩，流速减小，压力上升时； 即(T↑、P ↑ 、C↓)（DC < 0 ,DP > 0 扩压管)
Ｍ> 1
Ｍ≥ 1
Ｍ≤ 1
Ｍ< 1
dA < 0渐缩