工程热力学与传热学总结与复习

λ的大小反映材料的导热能力， λ越大，材料导热能力越强。
导热热阻（平壁）：Rλ
=
δ λA
表示物体对热量传递的阻力单位：K/W
热流密度：q:单位时间通过单位面积的热流量。单位：W/m2 q tw1 tw2
A

热对流：由于流体的宏观运动使温度不同的流体相对位移而产生的热
ห้องสมุดไป่ตู้
量传递现象。（只能发生在流体中、必然伴随导热）
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
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。 v V
m
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。
临界点
未饱和湿空气
饱和湿空气
露点（温度）：湿空气中水蒸气的分压为������������所对应的饱和温度。������������
绝对湿度：每 1m3 湿空气中所含的水蒸气的质量。
相对湿度
v pv s ps
表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度、反映所含水蒸气的饱和
程度 。
含湿量：在湿空气中，与单位质量干空气共存的水蒸气的质量。
dS dSf dSg
饱和状态:汽化与凝结的动态平衡
饱和液体:
饱和蒸气
饱和温度
未饱和水
饱和水
湿（饱和）蒸汽
干度
x

干饱和蒸汽质量＝ mv 湿饱和蒸汽质量 mw mv
干（饱和）蒸气
汽化潜热：整个气化过程中吸收的热量，r，单位������⁄������������。
过热蒸气
饱和水线（下界线）
干饱和蒸汽线（上界线）
3， 水蒸气在汽轮机中的可逆绝热膨胀过程 1-2；
4， 乏汽在冷凝器中定压放热过程 2-3。
提高蒸汽动力循环效率的途径：再热循环（增加蒸汽的干度）、回热
循环（提高锅炉前给水的温度）。
第八章
导热：在物体内部或相互接触的物体表面之间，由于分子、原子及自
由粒子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象称为热传导。
过程称为热力循环。
正向循环：顺时针方向、对外作功、吸热。
逆向循环：逆时针方向、对内作功、放热。
动力循环：正向循环
循环热效率：ηt
=
Wnet Q1
=
1
−
Q2 Q1
制冷系数：ε = Q2 = Q2
Wnet (Q1−Q2)
供热系数：ε′ = Q1 = Q1
Wnet (Q1−Q2)
全部由可逆循环组成的循环是可逆循环，部分过程或全部过程是不可
焓：h = u + pv
[ kJ/kg ]
H = U + pV
、 [ kJ ]
对流动工质，比焓代表能量(比热力学能+流动功) 对静止工质，比焓虽具有能量的单位但不代表能量。
比焓：h = u + pv
流动功：在数值上等于工质的压力与比体积的乘积。pv
技术功：
wt

1 2
c2

gz

ws
第三章 理想气体的性质和热力过程
毕渥数： Bi h
1h
分子为导热物体内部单位面积上的导热热阻������⁄������，分母为边界处的单 位表面积上的对流换热热阻 1/h。物理意义为物体内部的导热热阻与
边界处的对流换热热阻之比，所以 Bi 的大小，反映了边界条件对平
壁内温度分布的影响。
特征数：Bi 和 F0称为特征数。也称为准则数，具有特定的物理意义。 集总参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法。
特征长度：V/A 具有长度的量纲，称之为物体的特征长度。
时间常数：
第十章
平均表面传热系数：h，������ = Ah（tw − tf），q = h（tw − tf） 其中������������为固体表面的平均温度，������������为流体温度。 对于外部绕流，������������取远离壁面的平均温度t∞，对于内部流动，������������取流 体的平均温度。
说明：其大小反映物体被瞬态加热或冷却时，物体内温度变化的快慢
热扩散率 a 越大，温度随时间的变化率∂t越大，即温度变化越快。
∂τ
单值性条件：为完整地描写某个具体的导热过程，还必须说明导热过
程的具体特点，即给出导热微分方程的单值性条件，或定解条件，使 导热微分方程具有唯一解。
定解条件：几何条件，物理条件，时间条件，边界条件。 边界条件：说明导热物体边界上的热状态以及与周围环境之间的相互 作用，例如边界上的温度分布、热流密度分布以及物体通过边界与周 围环境之间的热量传递情况等。
d
=
mv ma
=
ρv ρa
第六章
蒸汽动力装置：
蒸汽动力循环：以水蒸气为工质的蒸气动力装置工作循环。
动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的热量的一部分转换成
对外的净功。
郎肯循环（循环的过程构成及主要装置）：
1， 水在给水泵中的可逆绝热压缩过程 3-4
2， 水与水蒸气在锅炉中可逆定压加热过程 4-5-6-1；
导热热阻（圆筒壁）： R

1 2 l
ln

d2 d1

傅里叶数：F0
=
a������ ������2
=
������ ������2⁄a
分子为从非稳态导热过程开始到τ时刻的时间，分母可理解为温度变
化波及到������2面积所需要的时间。所以，F0为两个时间之比，是非稳态
导热过程的无量纲时间。
结果使高温物体失去热量，低温物体得到能量，这种热量传递的现象。
传热过程：这种热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一
侧流体的过程。Φ
=
= tf1−tf2
tf1−tf2
A1h1+Aδλ+A1h2
Rk
传热热阻：Rk
=
1 Ah1
+
δ Aλ
+
1 =R
Ah2
h1
+
Rλ
+
Rh2
单位：K/W
传热系数：1 = 1 + δ + 1 单位： W/m2·K
压力（Pa，mmH2O，mmHg，atm, at 换算）：
p pb pv p pe pb
1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013 105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665 104 Pa 1 psi=0.006895MPa

287 J
/ kg K
摩尔气体常数：R = ������0������0 = 8.314������/(������������������ ∗ ������)
������0
热容：物体温度升高 1K(或
所需要的热量
C δQ δQ dT dt
比热容()：单位物量的物质升高 1K 或 1oC 所需的热量
等温面：在同一时刻，温度场中温度场中的点所连接成的面。
温度梯度：grad t = ∂t ������ 表示等温面法线方向的温度变化。
∂n
热量密度矢量：q = − dΦ
dA
热导率：表示该物质导热能力的大小。λ
=
q |grad
t|
保温材料：温度低于 350。C时热导率低于 0.12 W/m·K 的材料
热扩散率（导温系数）：a = ρλc，单位：m2⁄s
k h1 λ h2
第九章
温度场: 在某一时刻 ，物体内所有各点的温度分布，在直角坐标系
中，温度场可表示为： t f (x, y, z, ) 。
非稳态温度场：随时间变化的温度场。
稳态温度场：不随时间变化的温度场。
稳态导热：稳态温度场中的导热。
等温线：在同一时刻，温度场中温度场中的点所连接成的线。
局部表面传热系数：hx，������ = ∫A qxdA = ∫A hx（tw − tf）xdA
h
=
������ A
∫A
hxdA
对流换热影响因素：1，流动的起因；2，流动的状态；3，流动有无
相变；4，流体的物理性质；5，换热表面的几何因素
特征长度（定型尺寸）：l
流动边界层：速度发生明显变化的流体薄层；
过程方程式： du cvdT dh cpdT
u

cv
t2 t1
(T2
T1)

cv
t2 0
t2
cv
t2 0
t1
ds cvdT Rg dv cpdT Rg dp
T
vT
p

cp
dv v

cv
dp p
多变指数： pvn const
第四章 热力学第二定律 自发过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程。自然界自发过程 都具有方向性。 热力循环：工质经过一系列的状态变化，重新回复到初始状态的全部
特点：（1）不需要物体发生宏观运动（2）物质状态不同（3）微观粒
子的运动特点不同（4）温差
一维稳态导热：平壁两表面维持均匀恒定的温度，温度不随时间的变
化，热量只沿垂直于壁面的方向传递
热流量：
A tw1 tw2
W
热导率（导热系数）：λ是材料的热导率(导热系数) 单位：W/(m•K)
逆的，则是不可逆循环。
克劳修斯积分等式：工质经历任意可逆循环后，沿整个循环积分等于
零
Q
Tr 0
克劳修斯不等式：工质经历任意不可逆循环后，沿整个循环积分小于
零
Q Q1' Q2' 0 T T1 T2
熵流：
dSf

Q T
熵产：熵产是过程不可逆性大小的度量。
闭口系统熵方程 S Sf Sg 第五章 水蒸气与湿空气
规定速度达到 0.99u 处的 y 值作为边界层的厚度，用δ表示。流动
边界层的厚度与流动方向的长度相比非常小，相差一个数量级以上。
由于边界层的存在，流场分成了两个区：边界层区（0 ≤ y ≤ δ )
和主流区（y ≥ δ）。 边界层区： 是存在速度梯度与粘性力的作用区，也是发生动量传递的主要区域， 流体的流动由动量微分方程来描写； 主流区：主流区内速度梯度趋近于 0，粘性力的作用可以忽略，流体 可近似为理想流体。主流区的流动由理想流体的欧拉方程描写。 层流边界层： 湍流边界层： 层流底层： 缓冲层： 临界距离：边界层从层流开始向湍流过渡的距离，xc 临界雷诺数：Rec = 5x105 热边界层：当温度均匀的流体与它所流过的固体壁面温度不同时，在 壁面附近将形成一层温度变化较大的流体层。
理想气体：凡遵循克拉贝龙方程式的气体。
状态方程式：
1mol : pVm RT mkg : pV mRgT
1kg : pv RgT
nmol : pV nRT
气体常数：
Rg

R M
J/ kg K
Rg空气

R M 空气

8.314 J mol K
28.9 10-3 kg mol
对流换热热阻： Rh

1 Ah
单位：K/W
热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的
现象称为热辐射。
说明：热辐射总是伴随着物体的热能和辐射能这两种能量形式的相互
转化、热辐射不依靠中间媒介、物体间热辐射是双向的、辐射换热量
与物体温度、辐射特性、物体大小、形状、相对位置等有关。
辐射换热：当物体之间存在温差时，以热辐射的方式进行能量交换的
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。 不可逆过程：无耗散效应的准平衡过程。 功： 膨胀功： w ( pv) wt
对流换热：流体与固体表面之间的热量传递是热对流与导热两种基本
传递共同作用的结果。
表面传热系数：h 的大小反映对流换热的强度，与物性（热导率、粘
度、密度、比热容等）、流态（湍流、层流）、流动成因（自然对流、
强迫对流）、物体形状和尺寸、换热时流体有无相变（沸腾或凝结）
有关。不是物性参数。 Ah tw t f
热量：热力系统与外界之间依靠温差传递的能量。
比熵：ds
=
δq T
熵：熵体现了可逆过程，传热的大小与方向
定熵过程：可逆绝热过程。
第二章 热力学第一定律
储存能；储存于热力系统的能量 热力学能；单位质量工质的热力学能，u，单位J⁄kg 或 kJ⁄kg。 稳定流动：工质的流动状况不随时间而改变。（状态，质量流量）