《热工与流体力学基础》课件绪论
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3热工流体动力学基础PPT课件
由中由上向下流动，
且管径不变
即 hs→hg （几何压头视为“能量损失”
同理热气由下向上流动时
hg→hs（几何压头视为“推动力”）
.
24
（2）动压头和静压头之间的转变
1-1和2-2的伯努力方程:
hs1 hk1 hs2 hk2
因为 hk1＞hk2
流体在一水平 即
的、逐渐扩张 的管道中流动
则
hk→hs
QV
u dA
A
体积流量与Q质m量流A量u之 间dA的关系为 M = ρQV
单位过流面积的流量分别计为 q 和 m
q=Q/A m=M/A
.
4
流速
单位时间内流体在流动方向上流经的距离称为流速，以符号u表 示，单位为m/s。
在流体流动中通常按流量相等的原则来确定平均流速。平均速度
以符号 表示
.
【例】 一硅酸盐工业窑炉的供风系统，已知：吸风管内径为300mm， 排风管内径为为400mm，吸风管处气体静压强为负10500Pa，排风管 气体静压强为150Pa，设1-1和2-2截面的压头损失为50Pa。使温度 10℃，风量为9200m3 /h的气体通过整个系统，试确定需要外界输入 多少机械能 。
支运算的空间，写连续性方程。
qV1 = 3qV = 3 × 0.8 = 2.4 (m3/s) qV2 = 2qV= 2 × 0.8 = 1.6 (m3/s) qV3 = qV = 1 × 0.8 = 0.8 (m3/s) 各断面的流速：
u1 = qV1 / A1 = 2.4/(0.5×0.5) = 9.6 (m/s) u2 = qV2 / A2 = 1.6/(0.5×0.5) = 6.4 (m/s) u3 = qV3 / A3 = 0.8/(0.5×0.5) = 3.2 (m/s)
且管径不变
即 hs→hg （几何压头视为“能量损失”
同理热气由下向上流动时
hg→hs（几何压头视为“推动力”）
.
24
（2）动压头和静压头之间的转变
1-1和2-2的伯努力方程:
hs1 hk1 hs2 hk2
因为 hk1＞hk2
流体在一水平 即
的、逐渐扩张 的管道中流动
则
hk→hs
QV
u dA
A
体积流量与Q质m量流A量u之 间dA的关系为 M = ρQV
单位过流面积的流量分别计为 q 和 m
q=Q/A m=M/A
.
4
流速
单位时间内流体在流动方向上流经的距离称为流速，以符号u表 示，单位为m/s。
在流体流动中通常按流量相等的原则来确定平均流速。平均速度
以符号 表示
.
【例】 一硅酸盐工业窑炉的供风系统，已知：吸风管内径为300mm， 排风管内径为为400mm，吸风管处气体静压强为负10500Pa，排风管 气体静压强为150Pa，设1-1和2-2截面的压头损失为50Pa。使温度 10℃，风量为9200m3 /h的气体通过整个系统，试确定需要外界输入 多少机械能 。
支运算的空间，写连续性方程。
qV1 = 3qV = 3 × 0.8 = 2.4 (m3/s) qV2 = 2qV= 2 × 0.8 = 1.6 (m3/s) qV3 = qV = 1 × 0.8 = 0.8 (m3/s) 各断面的流速：
u1 = qV1 / A1 = 2.4/(0.5×0.5) = 9.6 (m/s) u2 = qV2 / A2 = 1.6/(0.5×0.5) = 6.4 (m/s) u3 = qV3 / A3 = 0.8/(0.5×0.5) = 3.2 (m/s)
热工与流体力学基础最新版教学课件第4章 热力循环
h1 h5 h6 h7 h1 h3 h6 h5
ηt
？
其他影响：x末上升（根本目的）； • 再热循环本身不一定提高
d0下降；
循环热效率
复杂化，投资上升。
• 与再热压力有关
• x2降低,给提高初压创造 了条件，选取再热压力合
适，一般采用一次再热可
使热效率提高2％～3.5％。
4.1 蒸汽动力装置循环
4.3 燃气轮机装置的理想循环 一、燃气轮机(gas turbine)装置简介
小型燃气轮机
4.3 燃气轮机装置的理想循环
构成
压气机(compressor) 燃烧室(combustion chamber) 燃气轮机(gas turbine) 特点
1.开式循环(open cycle)，工质流动； 2.运转平稳，连续输出功； 3.启动快，达满负荷快； 4.压气机消耗了燃气轮机产生功率
简化：引用空气标准假设
燃烧2-3等容吸热+3-4定压吸热
排气5-1等容放热 压缩、膨胀1-2及4-5等熵过程 吸、排气线重合、忽略 燃油质量忽略 燃气成分改变忽略
4. 2 活塞式内燃机循环 1. p-v图及T-s图
12 等熵压缩；23 等容吸热； 34 定压吸热；45 等熵膨胀； 51 定容放热
特性参数： 压缩比(compression ratio) 定容增压比(pressure ratio)
44制冷循环面积34kn3面积35gm3相等下降44制冷循环不变相同适用于小压比大流量的叶轮式压气机空气制冷系统空气回热制冷与非回热的比较44制冷循环空气压缩制冷的根本缺陷44制冷循环二压缩蒸气制冷循环1设备流程及ts图44制冷循环2制冷系数44制冷循环过冷措施工程上常用44制冷循环62三热泵制冷系数制热系数制冷热泵44制冷循环endchaptertwo
热工与流体力学基础全套课件
2020/3/1
2014.9.13
30
第一章
热力学基本概念
2020/3/1
2014.9.13
31
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
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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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11
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绪论
制冷的本质是热量的转移，且 是从低温介质向高温介质的转 移，这个转移需要消耗能量。 --------此部分的理论基础来 自于工程热力学（工程热力学主
要研究热能和机械能及其他形式的 能量之间相互转换的规律）
制冷过程的实现是在某一空间内通 入液体使之吸热变为气体流出。
液体 气体
房间
--------此部分的理论基础来自 于流体力学（流体力学主要研究流体
热工与流体力学基础
山东商业职业技术学院 制冷与空调专业
王 琪 1996年 天津商学院 制冷与冷藏技术专业 担任课程:《制冷压缩机》 《制冷原理与设备》 《食品冷加工工艺》 《热工与流体力学基础》 《流体力学、泵与风机》
期望我的付出 能换取你们的进步!
基 本 内 容
第一篇 工程热力学 第二篇 流体力学 第三篇 传热学
制冷:用人为的方法在一定的时 间和一定的空间内将某物体或 流体冷却，使其温度降到环境 温度以下并维持这个低温的一 门工程技术。 空调:“空调”是“空气调节”的 简称，它是通过对空气的处理， 使室内空气的温度、湿度、气 流速度和洁净度达到一定要求 的一门工程技术。
制冷 之 电冰箱
电冰箱 的 工作 原理
我们的专业
பைடு நூலகம்
我们的专业是为了适应人们希望改 变局部环境温度的需要而产生和发 展的。 它可以从衣、食、住、行各方面改 善人类的生活质量，更可以为卫星 地面站、国防工业等尖端现代科学 提供强有力的保障。 是美国工程院2000年评出20世纪20 项对人类社会和生活影响最大的工 程技术成就之一。
制冷 与 空调
的平衡和运动规律，以及如何克服流动 阻力而减少能量损失。）
热工流体第一章、基本概念
热工与流体力学基础第一篇工程热力学第一章基本概念第一节工质及热力系统一、工质是物质运动的量度，能量与物质是不可分割的。
在热力过程中，完成热能与机械能之间的相互转换必须借助于某种工作介质---工质来实现。
工质并不直接参与能量的转换，只是在能量转换过程中起媒介作用，即在热力过程和热力循环中，伴随工质热力状态的不断变化，使得热力系统与外界之间通过界面而发生能量的转换与传递。
二、热力系统根据热力学分析的需要，在相互作用的各物体中，选取某一范围内的物体作为热力研究的对象，称为热力系统或系统。
将与热力系统相互作用的周围物体称为外界或环境。
热力系统与外界的分界面成为界面或边界。
热力系统与外界之间的界面可以是真实的，也可以是虚拟的，可以是固定的，也可以是活动的。
图1-1 热力系统、外界与边界三、热力系统的分类根据界面上系统与外界间能、质交换的情况不同来分类：闭口系统：界面上无质量交换的系统（控制质量cm）；开口系统：界面上有质量交换的系统（控制体积cv）；绝热系统：界面上无热量交换的系统；孤立系统：界面上既无质量交换又无能量交换的系统。
自然界中的物体都是相互联系的。
相互制约和相互作用的，因此绝对的绝热系统和孤立系统都是不存在的。
只有当系统与外界间的热量、功量、质量的交换无限小或该作用的影响可忽略不计时，可看作是某一特定条件下的简化。
在热力学中还有一些特殊的系统。
像具有无限大热容的系统，他们在放出或吸收有限的热量时不改变系统的自身的温度，被称为热源或热库。
另外，若热力系统与外界可逆的功交换只有体积变化功一种形式，则该系统称为简单可压缩系统。
第二节工质的热力学状态及其基本状态参数一、热力状态与状态参数热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为热力状态或状态。
热力状态是系统各种宏观物理特性的表现，能描述这种宏观特性的物理量称为热力状态参数或状态参数。
该课程主要讨论的状态参数有温度（T）、压力（P）、比体积（v）或密度（ρ）、热力学能（U）、焓（H）、熵（S）等。
热工与流体力学基础最新版教学课件第3章 气体和蒸汽的性质及其热力过程
➢按平均比热容计算(查附表B)：
u
t2 t1
cV
dt
cV
t2 t1
(t 2
t1 )
h
t2 t1
c
p
dt
cp
t2 t1
(t 2
t1 )
3.1理想气体的热容、热力学能和熵
2、状态参数熵
状态参数熵是从研究热力学二律与卡诺循环而得出的，它在 热工计算及理论中占据重要的作用。
✓熵的定义：dS Qrev 或 ds qrev du pdv cV dT pdv
同理：
ds qrev
T
dh vdp T
c p dT
RgT p
dp
T
dT dp cp T Rg p
pv RgT dp dv dT pv T
ds
cp
dp p
dv v
Rg
dp p
cp Rg
dp p
cp
dv v
cV
dp p
cp
dv v
3.1理想气体的热容、热力学能和熵 理想气体熵方程：
第3章 气体、蒸气的性质及其 热力过程
Properties and thermodynamic process of gas and vapor
第3章 气体和蒸气的性质
3.1 理想气体的热容、热力学能和熵 3.2 理想气体的热力过程 3.3 理想混合气体 3.4 水蒸气 3.5 水蒸气的基本热力过程 3.6 湿空气 3.7 湿空气的基本热力过程
cV
du dT
du
cV dT
cV cV (T ) 温度的函数
3.1理想气体的热容、热力学能和熵 3.定压比热容cp：可逆定压过程的比热容
u
t2 t1
cV
dt
cV
t2 t1
(t 2
t1 )
h
t2 t1
c
p
dt
cp
t2 t1
(t 2
t1 )
3.1理想气体的热容、热力学能和熵
2、状态参数熵
状态参数熵是从研究热力学二律与卡诺循环而得出的，它在 热工计算及理论中占据重要的作用。
✓熵的定义：dS Qrev 或 ds qrev du pdv cV dT pdv
同理：
ds qrev
T
dh vdp T
c p dT
RgT p
dp
T
dT dp cp T Rg p
pv RgT dp dv dT pv T
ds
cp
dp p
dv v
Rg
dp p
cp Rg
dp p
cp
dv v
cV
dp p
cp
dv v
3.1理想气体的热容、热力学能和熵 理想气体熵方程：
第3章 气体、蒸气的性质及其 热力过程
Properties and thermodynamic process of gas and vapor
第3章 气体和蒸气的性质
3.1 理想气体的热容、热力学能和熵 3.2 理想气体的热力过程 3.3 理想混合气体 3.4 水蒸气 3.5 水蒸气的基本热力过程 3.6 湿空气 3.7 湿空气的基本热力过程
cV
du dT
du
cV dT
cV cV (T ) 温度的函数
3.1理想气体的热容、热力学能和熵 3.定压比热容cp：可逆定压过程的比热容
热工与流体力学(精品课件)
度分别为T1、T2，黑度分别为1、2，其中放置遮热板后两平行板的温
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。
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。
热工与流体力学基础第3章
强化传热技术在换热器中应用前景展望
表面处理技术
通过改变换热器表面形貌、 增加表面粗糙度等方法， 提高表面传热系数，增强 传热效果。
添加物技术
在流体中添加适量纳米颗 粒、表面活性剂等物质， 改变流体物性，提高传热 系数和换热效率。
新型换热器开发
研发具有高效传热、低能 耗、环保等特点的新型换 热器，满足不断升级的能 源利用和环保要求。
与外界只有能量交换而无物质交换的 系统。
热力学基本定律及性质
热力学第零定律
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此也必定处 于热平衡。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转 换过程中，能量的总值保持不变。
热力学第二定律
对流传热机制
01
流体流过固体表面时，由于流体质点的移动和混合引起的热量
传递。
影响因素
02
流体的物理性质（如密度、粘度、导热系数等）、流动状态
（层流或湍流）、流动速度、固体表面的形状和粗糙度等。
强化与削弱对流传热的措施
03
改变流动状态、增加流体速度、改变固体表面形状和粗糙度等。
辐射传热原理及特点阐述
流体静力学原理及应用
流体静力学原理
流体静力学是研究流体在静止状态下的力学规律，包括压力、密度和重力等基 本概念。静止流体中任一点的压力由该点上方流体的重量决定，且在同一水平 面上各点的压力相等。
应用举例
流体静力学原理在工程中有广泛应用，如液压传动、水利工程中的水压计算、 气象学中的大气压力分布等。
通过实验手段对优化设计方案进行验证和性能评 估，确保优化效果的可靠性和实用性。
《流体力学基础》课件
流体力学的发展与前景
流体力学的历史
流体力学的发展可以追溯到古代，如亚历山大在水力学方面的研究奠定了基础。
流体力学的现状
随着计算机和数值模拟技术的发展，流体力学得到了迅速进展，推动了各个领域中的应用。
流体力学的未来
未来的流体力学研究将继续突破技术限制，深入探索流体力学领域中的未知，并应用于更多 的实际问题。
《流体力学基础》PPT课 件
流体力学是研究流体力学的基本原理和应用的学科。它涉及到流体的运动、 特性和行为，以及在各个领域中的应用。
流体力学的定义
什么是流体力学？
流体力学研究流体在宏观上的物理性质和运动规律，包括流体的压力、密度、速度、流量等。
为什么流体力学重要？
流体力学是解决涉及流体的问题和设计各类工程设备的基础，对于工程、天文学和生物学等 领域都具有重要意义。
3
流体的流动行为
流体在管道、河流、以及涡流等情况下，会产生不同的流动行为，如旋涡、沉积 和分层等。
应用案例介绍
流体力学在工程中的应用
流体力学在建筑物、水利工程、 飞行器设计等领域中有着广泛 的应用，帮助解决各种流体相 关的问题。
流体力学在天文学中的 应用
天文学中的星系、恒星和行星 的运动，以及宇宙中物质的分 布都与流体力学有着密切的关 系。
流体力学在生物学中的 应用
生物中的血液循环、鱼类的游 泳、鸟类的飞行等现象都受到 流体力学的影响，帮助揭示生 物机制。
流体力学研究的挑战
1 流体力学领域的未解之谜
2 流体力学研究的技术难题
尽管流体力学取得了许多成果，但仍有一ห้องสมุดไป่ตู้些现象和问题，如湍流、颗粒流等，尚未 完全理解。
流体力学研究需要借助先进的计算方法、 实验设备和数值模拟技术，来解决复杂的 流体问题。
热工与流体力学基础课件10第十章流动阻力和能量损失
B点为 最高点
边界层 的外缘
分离面 CD
局部阻力 摩擦阻力
C点为边界层分离点
分离面与壁面之间 有流体倒流产生旋 涡，产生形体阻力
因固体表 面形状而
造成
形体阻力 (旋涡阻力)
第四节 流体在管内流动阻力损失的计算
一、沿程损失计算
1.沿程阻力系数的影响因素
流体流态不同，对流动阻力的影响也不同。
流体层流流动时: Re较小，黏性力起主导作用，产生
黏性阻力，其值取决于雷诺数Re，而与管壁粗糙度无关。
因此，对于层流：
f Re
流体湍流流动时: Re较大，其阻力为黏性阻力和惯性 阻力之和，其值分别取决于雷诺数Re及管壁面粗糙度。
K为绝对粗糙 度, d 为管径
壁面粗糙度对沿程损失的影响取决于相对粗糙度K/d 。
绝对粗糙度K: 管壁表面粗糙突起绝对高度的平均距离。
然后才能选用恰当的公式进行计算。
湍流光滑区
2000＜Re≤
0.32 d
1.28
K
湍流过渡区 湍流粗糙区
0.32 d 1.2＜8 Re≤ K
1000 d K
Re＞1000 d K
表10-1 常用工业管道的绝对粗糙度数值
管道材料
K/mm
管道材料
K/mm
管道材料
新铜管 新无缝钢管 旧无缝钢管 镀锌钢管 新焊接钢管 生锈钢管
• b＜K，粗糙度影响到湍流核心区的流动，与Re、K/d有关。
• b＜＜K，管壁凸起部分
完全暴露于湍流核心区
中，为粗糙管， 主要与
K/d有关。
湍流中流速较大的流 体质点冲击凸起部位， 形成旋涡，能量损失
激增
（2）莫迪图与沿程阻力系数
第一章 流体力学基础ppt课件(共105张PPT)
原
力〔垂直于作用面，记为 ii〕和两个切向 应力〔又称为剪应力，平行于作用面，记为
理
ij，i j），例如图中与z轴垂直的面上受
到的应力为 zz〔法向）、 zx和 zy〔切
电 向），它们的矢量和为：
子
课
件 τ zzix zjy zkz
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主题
西
1.1 概述
安
交 • 3 作用在流体上的力
大 化
子 课 件
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主题
西
1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用
安
交
大 思索：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数 R反
化 映了什么？
工 原
理 p1p2
p2
p1 z2
电 子
(0)gR(z2z1)g z1
课
R
件
A A’
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主题
西 1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量上的应用
安
交 大
•
2．压差计
化 • （2〕双液柱压差计
p1
p2
工•
原•
理
电•
子•
课
件
又称微差压差计适用于压差较小的场合。
z1
1
z1
密度接近但不互溶的两种指示
液1和2 ， 1略小于 2 ；
R
扩p 大1 室p 内2 径与2 U 管1 内g 径之R 比应大于10 。 2
图 1-8 双 液 柱 压 差 计
返回
安
交 大
•
1．压力计
化 • （2〕U形压力计
pa
工 • 设U形管中指示液液面高度差为RA，1 指• 示液
热工与流体力学基础最新版教学课件第1章 热力学基本概念
1.5 功量和热量
p
.
1
准静态容积变化功的说明
1）单位为 [kJ] 或 [kJ/kg]
. 2
V
2） p-V 图上用面积表示
3）功的大小与路径有关 功 是过程量 w
4）统一规定：dV>0，膨胀 对外作功（正） dV<0，压缩 对内作功（负）
5）适于准静态下的任何工质（一般为流体）
6）有无f，只影响系统功与外界功的大小差别
Wl—摩擦耗功； Wr＿排斥大气功。
1.5 功量和热量
用外部参数计算不可逆过程的功
不计活塞质量
? 2
W pdV 过程不可逆，p、V关系未知 1
W p0 AH p0 V
p0A 被移动了H
如果面上的反力为恒值， 则可用外部参数计算过程 体积变化功。
1.5 功量和热量
三、热量（heat）
t T 273.15
C
K
温度的数值表示法： 温度的数值表示法称为温度标尺或温标。工程上
常用摄氏温标（公制单位）和华氏温标（英制单位）。 ①摄氏温度规定：标准大气压下纯水的冰点为0℃，
汽点为100℃。 ②华氏温标规定：标准大气压下纯水的冰点为320F，
汽点为2120F，换标关系： [t(℃)-0]/(100-0)=[t(0F)-32]/(212-32) t(0F)=9/5 t(℃)+32
则外界、活塞、系统
p
p外 不能同时恢复原态。
1
2
1.4 准静态过程、可逆过程
典型的不可逆过程
•不等温传热
•自由膨胀
T1
Q
T1>T2
T2
•• ••
• ••
•• •
•• ••
热工与流体力学(精品课件)
2020/10/3
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
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
热工与流体力学基础
热工与流体力学基础绪论工程热力学的研究对象主要是热能转化为机械能的规律、方法及提高转化效率的途径。
流体力学的研究对象是流体的平衡和运动规律，以及在工程应用中力求克服流动阻力减少能量损失。
第一章工质及气态方程第一节工质及热力系统一、工质用以实现热能与机械能相互转换或热能转移的媒介物质，称为工质。
合理的选用工质能提高能量转换的效率。
二、热力系统常见系统：（1）闭口系统（2）开口系统（3）绝热系统（4）孤立系统（5）热源最常见的热力系统是简单可压缩系统(只进行热量与体积变化的系统)。
第二节工质的热力状态及基本状态参数一、热力状态与状态参数初终态的参数变化值，仅与初终态有关。
以x表示状态参数,状态参数的特征:1.状态确定，则状态参数确定，反之亦然。
2.状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关。
工程热力学中常用的状态参数有：温度（T）、压力、体积、热力学能、焓、熵等。
二、基本状态参数1.温度是物质分子热运动激烈程度的标志.热力学温标取纯水的三相点,即冰、水、汽三相平衡共存的状态点为基准点，规定其温度为273.16K。
T=t+2732.压力单位面积上所受到的垂直作用力称为压力,p.P=F/A根据分子运动论,气体的压力是大量分子与容器壁面碰撞作用力的统计平均值.压力的大小与分子的动能和分子的浓度有关.1标准大气压(atm)= 1.01325×105 帕斯卡 =760.00毫米汞柱=10.3323米水柱气体的实际压力称为绝对压力,用 p 表示.当被测气体的绝对压力高于大气压力pb时,相对压力为正压,压力表指示的数值称为表压力,用 pg来表示.当被测气体的绝对压力低于大气压力pb时,相对压力为负压,压力表指示的数值称为真空度,用 pv来表示.当p>pb p=pb+pgP<pb p=pb-pv只有绝对压力才是工质的状态参数,表压力和真空度都与当地大气压有关.3.比体积与密度单位质量的工质所占有的体积称为比体积.用v表示,单位为m3/kg. v=V/m单位体积工质占有的质量称为密度.用ρ表示。
热工与流体力学基础 0绪论
2012-3-12
2012-3-12
据统计， 据统计，目前通过热能形式利用的能源在我 国占总能源利用的90 以上， 90％ 国占总能源利用的90％以上，世界其他各国平均 也超过85％。由此可见 85％。由此可见， 也超过85％。由此可见，在能量转换与利用过程 热能不仅是最常见的形式， 中，热能不仅是最常见的形式，而且具有特殊重 要的作用。 要的作用。热能的有效利用对于解决我国的能源 问题乃至对人类社会的发展有着重大意义。 问题乃至对人类社会的发展有着重大意义。
在自然界以自然形态存在可以直接开发利 逐渐减少的能源。 逐渐减少的能源。 用的能源。 用的能源。
二次能源: 二次能源 由一次能源直接或间接转化而来的能源。
电力、高温蒸汽、汽油、沼气、氢气、甲醇、 电力、高温蒸汽、汽油、沼气、氢气、甲醇、酒精等
2012-3-12
能源分类
（3）按照使用程度和技术分 ）
2012-3-12
能源分类
（4）按照开发利用过程中对环境的污染程度分 ） 清洁能源: 太阳能、风能、水力能、 清洁能源 太阳能、风能、水力能、海洋能 非清洁能源: 煤炭、石油、 非清洁能源 煤炭、石油、天然气
（5） 按照性质分 ）
含能体能源: 含能体能源: 过程性能源: 过程性能源:
2012-3-12
2012-3-12
3.我国的能源建设面临的主要问 3.我国的能源建设面临的主要问 题及发展思路
能源问题是全世界关注的重大问题， 20世 能源问题是全世界关注的重大问题，从20世 70年代起 就被列入世界5大问题之一。 年代起， 纪70年代起，就被列入世界5大问题之一。 全世界关注的5大问题： 全世界关注的5大问题： 1）能源 ） 2）人口 3）粮食 4）环境 5）资源
2012-3-12
据统计， 据统计，目前通过热能形式利用的能源在我 国占总能源利用的90 以上， 90％ 国占总能源利用的90％以上，世界其他各国平均 也超过85％。由此可见 85％。由此可见， 也超过85％。由此可见，在能量转换与利用过程 热能不仅是最常见的形式， 中，热能不仅是最常见的形式，而且具有特殊重 要的作用。 要的作用。热能的有效利用对于解决我国的能源 问题乃至对人类社会的发展有着重大意义。 问题乃至对人类社会的发展有着重大意义。
在自然界以自然形态存在可以直接开发利 逐渐减少的能源。 逐渐减少的能源。 用的能源。 用的能源。
二次能源: 二次能源 由一次能源直接或间接转化而来的能源。
电力、高温蒸汽、汽油、沼气、氢气、甲醇、 电力、高温蒸汽、汽油、沼气、氢气、甲醇、酒精等
2012-3-12
能源分类
（3）按照使用程度和技术分 ）
2012-3-12
能源分类
（4）按照开发利用过程中对环境的污染程度分 ） 清洁能源: 太阳能、风能、水力能、 清洁能源 太阳能、风能、水力能、海洋能 非清洁能源: 煤炭、石油、 非清洁能源 煤炭、石油、天然气
（5） 按照性质分 ）
含能体能源: 含能体能源: 过程性能源: 过程性能源:
2012-3-12
2012-3-12
3.我国的能源建设面临的主要问 3.我国的能源建设面临的主要问 题及发展思路
能源问题是全世界关注的重大问题， 20世 能源问题是全世界关注的重大问题，从20世 70年代起 就被列入世界5大问题之一。 年代起， 纪70年代起，就被列入世界5大问题之一。 全世界关注的5大问题： 全世界关注的5大问题： 1）能源 ） 2）人口 3）粮食 4）环境 5）资源
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一次能源
二次能源
煤气、焦炭、汽油、柴油、 液化石油气、电力、蒸汽等
沼气、氢能等
2014-9-14
2.能源与国民经济和人民生活
• 动力源: 机械化、电气化和自动化
• 珍贵的化工原料: 石油
• 能源消费弹性系数
能源消费的年增长率 ＝ 国民经济生产总值的年增长率
2014-9-14
3.我国的能源建设面临的主要问 题及发展思路
热 能 发电机 机械 直接利用 机械能 风能、水能、海洋能 热机 90％ 燃烧 煤、石油、天然气 直接利用 热 能 核 能 核反应 集热器 燃烧 光合作用 太阳能 食物利用 生物质能
光电池
2014-9-14
据统计，目前通过热能形式利用的能源在我 国占总能源利用的90％以上，世界其它各国平均 也超过85％。由此可见，在能量转换与利用过程 中，热能不仅是最常见的形式，而且具有特殊重 要的作用。热能的有效利用对于解决我国的能源 问题乃至对人类社会的发展有着重大意义。
2014-9-14
能源分类
（4）按照开发利用过程中对环境的污染程度分 清洁能源: 太阳能、风能、水力能、海洋能 非清洁能源: 煤炭、石油、天然气
（5） 按照性质分
含能体能源: 过程性能源:
2014-9-14
煤炭、石油、天然气、原子核能 水力能、风能 、潮汐能
表0-l 能源分类
类别 常规能源 煤炭、石油、天然气、水力 能等 新能源 原子核能、太阳能、风能、地热 能、海洋能、生物质能等
能源：指可向人类提供各种能量和动力的物 质资源。
2014-9-14
能源分类
（1）按照来源分
地球本身蕴藏的能源:
原子核能、地热能
来自地球以外天体的能源:
太阳能、风能、水能、海洋波浪能、生物质能、化石能
来自月球和太阳等天体对地球的引力:
海洋的潮汐能
2014-9-14
能源分类
（2）按照开发的步骤分 一次能源
2014-9-14
（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。
锅 炉
汽轮机
循环水
乏汽
冷凝器
水泵
2014-9-14
冷却水
• 工程热力学主要研究热能与机械能相互转换的规律、方
法及提高转化率的途径，比较集中地表现为能量方程。
• 流体力学是研究流体在平衡和运动时所遵守的规律及其
在工程中的应用。
• 传热学主要研究热量传递的规律和方法，以及根据工程
需要，研究提高传热效果或削弱传热以减小热损失的方
2014容
一、能源概述
二、本课程的性质 、研究对象及主要内容
三、教材特色
四、学习本课程的几点要求
2014-9-14
一、能源概述
能源是人类社会生存的基础，能源的开发 和利用是人类社会发展的动力，能源开发和利 用水平是人类社会文明的重要标志之一。
1.能源及其分类
2014-9-14
中国与日本工业能耗比较
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 吨煤/吨钢
2014-9-14
中国 日本
吨煤/吨合成氨
总利用率
中国发电的平均耗煤量
g / (kW. h)
600 500 400 300 200 100 0 1960 1970 1980 1991 1997 中国 世界先进
法和途径。
2014-9-14
海洋能、生物质能
可再生能源: 太阳能、风能、地热能、水力能、
非再生能源: 煤炭、石油、天然气、原子核能
二次能源: 电力、高温蒸汽、汽油、
沼气、氢气、甲醇、酒精
2014-9-14
能源分类
（3）按照使用程度和技术分
常规能源: 新能源:
煤炭、石油、天然气、水力能 太阳能、风能、生物质能、地热能、海
洋能 、原子核能
2014-9-14
热能利用的基本方式
•直接利用
烧饭、采暖、烘干、熔炼等；
通过热机将热能转换成机械能或者再通过发电机 转换成电能加以利用。
•间接利用
由于热能转换为机械能的有效利用程度（即热机的热
效率）较低，现代燃气轮机装置的热效率大约只有 37 ％ 42 ％，蒸汽电站的热效率也只有 40 ％左右。如何更有效 地实现热能和机械能之间的转换，提高热机的热效率，是 十分重要的课题。
2014-9-14
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
2014-9-14
热能
机械能
热机工作过程示意图
过热蒸汽 发电机 • 热机
——能将热能转换为 机械能的机器。 如蒸汽机、蒸汽轮机、 燃气轮机、内燃机和喷气 发动机等。
2014-9-14
我国的能源建设应走可持续发展的道路：
• 坚持节能优先，降低能耗。
• 推进能源结构多元化，增加能源供应。
• 促进煤炭的清洁高效利用，降低环境污染。 • 加强对能源装备引进技术的消化、吸收和再创新。 • 提高能源区域优化配置的技术能力。
2014-9-14
4.能量的转换与利用
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
能源问题是全世界关注的重大问题，从20世 纪70年代起，就被列入世界5大问题之一。 全世界关注的5大问题： 1）能源 2）人口 3）粮食 4）环境 5）资源
2014-9-14
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）
2014-9-14
（2）能源开发利用设备和技术落后，能源利 用效率低，浪费严重
2000年，我国能源效率（指使用能源过程 中所得有效能源与实际输入能源的比）仅为 33.4％，比发达国家低10％～20％；单位产品 的能耗平均比发达国家高约40％。
2001年，单位国民经济产值的能耗是日本的 6.58倍，德国的4.49倍，美国的3.65倍，巴西的 2.35倍，印度的1.24倍。