《热工基础》张学学_教材缺损页_101~116
热工基础第二版张学学
(5)对于各向异性物体, 热导率的数值与方向有关 ；
(6)对于同一种物质, 晶体的热导率要大于非定形态物 体的热导率。
热导率数值的影响因素较多, 主要取决于物质的 种类、物质结构与物理状态, 此外温度、密度、湿度 等因素对热导率也有较大的影响。其中温度对热导率 的影响尤为重要。
最剧烈。
温度梯度：等温面法线方向的温度变化率矢量：
gradt t n n
温度梯度是矢量，指 向温度增加的方向。
n—等温面法线方向的单位矢量，指向温度增加的方向。 7
在直角坐标系中，温度梯度可表示为
gradt t i t j t k x y z
t 、t 、t 分别为x、y、z 方向的偏导数; i、j、k 分 x y z 别为x、y、z 方向的单位矢量。
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3. 热导率（导热系数）
热导率表明物质导热能力的大小。根据傅里叶定
律表达式
q
gradt
绝大多数材料的热导率值都可以通过实验测得。
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物质的热导率在数值上具有下述特点:
(1) 对于同一种物质, 固态的热导率值最大,气态的热 导率值最小； (2)一般金属的热导率大于非金属的热导率 ；
(3)导电性能好的金属, 其导热性能也好 ；
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傅里叶定律的适用条件：
（1）傅里叶定律只适用于各
向同性物体。对于各向异性物体， 热流密度矢量的方向不仅与温度
qy
梯度有关,还与热导率的方向性
有关, 因此热流密度矢量与温度 y y
梯度不一定在同一条直线上。
n
qx
q
x
x
（2）傅里叶定律适用于工程技术中的一般稳态和 非稳态导热问题，对于极低温（接近于0K）的导热问 题和极短时间产生极大热流密度的瞬态导热过程, 如 大功率、短脉冲(脉冲宽度可达10-12～10-15s)激光瞬态 加热等, 傅里叶定律不再适用。
热工基础答案张学学
热工基础答案张学学热工基热答案第一章1-1 解,1.2.3.4.热表示常用的斜管式微热热的工作原理。
由于有引热机的抽吸～热热炉1.21-8 热的烟道中的热力略低于大热力。
如果微热机的斜管热斜角将气～管水内解,根据微热热原理～烟道中的热力热等于热境热力和水柱热力之差解, 1.3,解, 141解, 1.4解,由于热热热程是定热的～所以有 1.5解,改热程系热热外作的功热1.6解,由于空热力正比于球的直～所以可热气气径～式中热常～数热球的直～由热中热定的初始件～可以气径条1.7cD得到,热热程空热外所作的功热气解,;,所作的功热,气体1.81;,摩擦力所消耗的功热, 2所以去摩擦力消耗的功后活塞所作的功热,减解,由于假热球的初始热热零～热球在充热程中～外热力始热保持相等～恒等于大热力气体气气内气～所以热外气体1.90.09MPa所作的功热,3的热～热罐原有热力至少热热;此热热罐的热力等于球中的热力～同热等于外界大热体气内气气气, 解,定热了球充到确将气1-11 2m3前热情能使球充到两况气2m情三况:2所以球只能被充到气的大小～故热外作的功热,气体第二章热热解, ～所以是热热热程 2.1解,2.2解, 2.3,解,热状和热状之热的能之差热,内24ba所以～热程中工热外界交热的热量热,与a-d-b工热沿曲热从返回初热热～工热外界交热的热量热, 与ba根据热中热定的点能热～可知内点的能热热内～所以有ab60kJ:由于热程热定容热程～系热不热外作功～所以热程外界交热的热量热, 与d-bd-b所以热程系热热外作的功也就是热程系热热外作的功～故热程系热外界交热的热量热, 与a-d-ba-da-d, 25热程Q kJ W kJ 热U kJ1-2 1390 0 13902-30 395 -3953-4 -1000 0-10004-10 -5 5解,由于汽化热程是定、定热热程～系热热的热化就等于系热外界吸收的热量～汽化热～所以有, 温从即潜2.6内能的热化热,32.7解,热取缸中的空作热究的热力系热～系热的初热热, 气气研学当达状去掉一部分热热～系热重新到平衡热热～其热热热,由于通热缸壁可外界充分热热～所以系热的初和热相等～都等于热境度, 气体气与温温温即根据理想的热方程可得到系热的热热热～热, 气体状体6所以活塞上升的距热, 离由于理想的能是度的函～而系热初和热相同～故此热程中系热的能热化热零～同热此热程可看作定热膨热热程～所以气体内温数温温内气体与外界交热的热量热,解,热热热程中每千克空所作的热热功热, 气2-84忽略热出口宏热热能和热能的热化～热有热功等于技热功～所以生热每气体热热空所需的热功热,气kg所以热热此热机所需的功率至少热, 气解,是否要用外加取暖热热～要看室热源热生的热量是否大于通热热壁和热热热外界的热量～室热源每小热热生的热量热, 内窗内2.95 小于通热热壁和热热热外界的热量热窗～所以必热外加取暖热热～供热量热,310kJ×解,取容器的作热究的热力系热～根据系热的热方程可得到系热热热热热,内气体研学状体2.10热程中系热热外所作的功热,所以热程中系热和外界交热的热量热,热吸热。
《热工基础》课程大纲
《热工基础》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程性质工程热力学和传热学是研究与分析热机和常用热力设备（动力装置、制冷装置等）热能转换规律、性质的理论依据，也为识别和判断车辆复杂工程问题提供理论分析的实用、有效方法。
《热工基础》课程已经成为机械类、交通运输类、土建类、车辆类专业的必修或选修专业课程之一。
通过本课程的学习，使学生掌握工程热力学的基本定律、基本热力过程和循环的分析计算方法以及常用热力设备的工作原理；通过传热学的学习，使学生掌握传热学的基本概念、基本理论及基本分析和实验研究方法，为今后分析、研究、处理、解决实际的车辆工程应用问题奠定必要的技术理论基础。
本门课程内容涉及面广，公式计算类知识点偏多，学习时应以理解和灵活应用为主，掌握相关的理论、定律及公式，并结合工程实践应用进行理论分析，培养学生理论联系实际和解决实际问题的能力。
三、课程目标（一）总体目标：本课程内容涵盖热力学第一及第二定律、理想气体的性质与热力过程、水蒸气与湿空气、热量传递的基本方式、导热、对流换热等内容，教学过程中要注意与先修课程基础知识的联系。
通过本课程的学习，能够培养学生的工程意识，培养和提高学生理论联系实际、分析问题、解决问题的能力，并掌握工程热力学和传热学的相关知识及应用。
（二）课程目标：课程目标1：掌握工程热力学和传热学中的基本概念、理论、分析计算方法、常用热力设备的工作原理等。
结合数学与自然科学的基本概念、基本理论，能对工程热能的转换和传递问题进行描述、计算。
课程目标2：掌握工程热力学和传热学中的实验研究方法。
并结合数学与自然科学的理论，能对工程中热能的转化和传递问题进行实验分析、研究和求解。
课程目标3：将理论知识点应用于工程实际，以解决工程实际中有关热能和机械能相互转换和传递的能量分析计算和不可逆分析计算，具备相关的计算能力。
并运用所学科学原理、理论，识别、判断及分析车辆专业的工程实际问题。
（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求1和毕业要求2：观测点1-2.能够运用数学与自然科学的基本概念和语言对工程问题进行合理描述。
热工基础ppt教学教材
活塞，汽轮机，火箭引擎 Piston, Gas Turbine & Rocket Engines
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热电厂 Power Plants
20
Air Conditioning
21
能量转换装置工作过程简介
1、蒸汽动力装置 2、内燃机
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在这个循环过程中，为什么要有一个放 热的过程？
如果设有放热过程它不是能更好地利用 能源吗？
三个守恒方程是指质量守恒方程、能量守恒方程 和熵守恒方程等,这是热工分析计算的基础;
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四个热力过程指的是定温、定压、定容和绝热等 四个基本热力过程。包括过程的特点、过程中状 态参数的变化、热量和功量(机械功)的转化情况 等;
在实际的能量转换过程中，转换的效率不可能达 到100%，工程热力学所要研究的就是怎样使这个 效率达到最大，以更好地利用热能。
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内容： “一种工质、两个基本定律、三个守 恒方程、四个热力过程、五方面应用”
一种工质是指理想气体,包括理想气体的定义、性 质、状态参数、状态方程等;
两个基本定律是热力学第一定律和第二定律,包括 了定律的定性和定量表达及有关应用等;
和破坏力非常大，每年因污染造成的经济损 失在1000亿元以上
能源供需矛盾十分突出
节能 7
热能的利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。*
燃料电池
氢、酒精等二次能源
电能
机械能 辐射能
光电池
发电机
机械 风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
煤、石油、天然气
核能
核反应
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
3
0-1 能量与能源 能量
热工基础(张学学)第一章
pv = RgT
p = f ( v, T )
f ( p , v, T ) = 0
T = f ( p, v )
14
（3）状态参数坐标图 ） 以独立的状态参数为坐标的坐标图。 以独立的状态参数为坐标的坐标图。
在以两个独立状态参 数为坐标的平面坐标图 上 ， 每一点都代表一个 平衡状态。 平衡状态。
15
6∗
2. 基本状态参数
工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、 工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、 压力 比热力学能、比焓、比熵等 比热力学能、比焓、比熵等。 其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积， 其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积， 压力 称为基本状态参数 基本状态参数。 称为基本状态参数。
2∗
热力系统： 热力系统：
在工程热力学中，通常选取一定的工质（或空间） 在工程热力学中，通常选取一定的工质（或空间）作为研 究的对象，称之为热力系统 简称系统 热力系统， 系统。 究的对象，称之为热力系统，简称系统。 系统以外的物体称为外界或环境。 系统以外的物体称为外界或环境。 外界 系统与外界之间的分界面称为边界。 系统与外界之间的分界面称为边界。 边界 （1）闭口系统：与外界无 ）闭口系统： 物质交换的系统。 物质交换的系统 。 系统的质 量始终保持恒定， 也称为控 量始终保持恒定 ， 也称为 控 制质量系统。 制质量系统。
第一篇 工程热力学
1∗
第一章 基本概念
热机、工质、 1-1 热机、工质、热源与热力系统
热机：将热能转换为机械能的机器。如内燃机、蒸汽轮机、 热机：将热能转换为机械能的机器。如内燃机、蒸汽轮机、 燃气轮机、喷气式发动机等。 燃气轮机、喷气式发动机等。 工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质。例如空气、 工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质。例如空气、 燃气、水蒸气等。 燃气、水蒸气等。 热源：本身热容量很大， 热源：本身热容量很大，在放出或吸收有限的热量时自身 温度及其它热力学参数没有明显变化的物体。例如锅炉、 温度及其它热力学参数没有明显变化的物体。例如锅炉、循 环水池、大气等。提供热量的热源称为高温热源 热源） 高温热源（ 环水池、大气等。提供热量的热源称为高温热源（热源）； 吸收热量的热源称为低温热源（冷源） 吸收热量的热源称为低温热源（冷源）。 低温热源
热工基础课后答案超详细版(张学学)
第一章思考题1.平衡状态与稳定状态有何区别热力学中为什幺要引入平衡态的概念答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。
可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。
热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。
2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。
若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。
3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。
4. 准平衡过程与可逆过程有何区别答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。
5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确答：不正确。
不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。
6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。
而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。
7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。
习 题1-1 解：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4. kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==-1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。
热工基础课后答案超详细版(张学学)
p1 p真空室 pa 2 360 362kPa
p2 p1 pb 362 170 192kPa
pc pb p真空室 192 2 190kPa
F
( pb
p真空室 ) A
745 133.3
1 4
π 0.45 2
15.8kN
1-4 解：
p pb p水柱 ＋p汞柱＝760＋300 9.81 /133.3＋800＝1582mmHg 2.11bar
ΔU ab U b U a Q W 100 40 60kJ
所以， a-d-b 过程中工质与外界交换的热量为：
Qa d b ΔU ab W 60 20 80kJ
工质沿曲线从 b 返回初态 a 时，工质与外界交换的热量为：
Qb a 给定的 a 点内能值，可知 b 点的内能值为 60kJ，所以有 :
气体可以看作是理想气体理想气体的内能是温度的单值函数选取绝热气缸内的两部分气体共同作为热力学系统在过程中由于气缸绝热系统和外界没有热量交换同时气缸是刚性的系统对外作功为零故过程中系统的内能不变而系统30所以平衡时系统的温度仍为30
第一章 思考题 1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下， 系统的状态参数不随时间而变化的状态。 而稳定 状态则是不论有无外界影响， 系统的状态参数不随时间而变化的状态。 可见平衡必稳定， 而 稳定未必平衡。 热力学中引入平衡态的概念， 是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行 描述。
1-9 解：由于假设气球的初始体积为零， 则气球在充气过程中， 内外压力始终保持相等， 恒等于大气压力 0.09MPa，所以气体对外所作的功为：
W p V 0.09 106 2 1.8 105 J
《热工基础(张学学 高教》课后答案 第十章习题解答
10-1水和空气都以速度1=∞u m/s 分别平行流过平板，边界层的平均温度都为50 ︒C ，试求距平板前沿100 mm 处流动边界层及热边界层的厚度。
解：对水：由C t m 050=查附录3水的物性表得到： Km W ⋅⨯=-2108.64λ，sm2610556.0-⨯=ν，54.3Pr =56108.110556.01.01Re ⨯=⨯⨯==-∞νxu()mm m x 179.1001179.01.0108.15Re 0.521521==⨯⨯⨯=⨯=--δ()mm m t 77.000077.054.300179.0Pr3131==⨯==--δδ对空气：由C t m 050=查附录2空气的物性表得到： Km W ⋅⨯=-21083.2λ，sm261095.17-⨯=ν，698.0Pr =561005571.01095.171.01Re ⨯=⨯⨯==-∞νxu ()mm m x 699.6006699.01.01005571.05Re 0.521521==⨯⨯⨯=⨯=--δ()mm m t 552.7007552.0698.0006699.0Pr3131==⨯==--δδ10-2 试求水平行流过长度为0.4 m 的平板时沿程4.03.02.01.0、、、=x m 处的局部表面传热系数。
己知水的来流温度为=∞t 20 ︒C ，速度为1=∞u m/s ，平板的壁面温度60w =t ︒C 。
解：由C t t t fw m 040220602=+=+=查附录3水的物性表得到： Km W ⋅⨯=-2105.63λ，sm2610659.0-⨯=ν，31.4Pr =610659.01Re -∞⨯⨯==xxu ν当x=0.4时，为旺盛湍流，不应再用那个公式。
2131216312163.42231.410659.01635.0332.0Pr Re 332.0--=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯==x x x x x λα 当m x 1.0=时，()Cm Wx 0221447.13361.063.422⋅=⨯=-α当m x 2.0=时，()C m W x 0221032.9452.063.422⋅=⨯=-α 当m x 3.0=时，()C m W x 0221615.7713.063.422⋅=⨯=-α 当m x 4.0=时，()Cm Wx 0221239.6684.063.422⋅=⨯=-α10-3如果将上题中的水改为空气，其它参数保持不变，试计算整个平板的平均表面传热系数以及单位宽度平板的换热量，并对比这两种情况的计算结果。