空气动力学与热工基础
空气动力学与热工基础讲义
迎角(图3—4—36)。由于迎角增大，引起飞机产生正的附加升力 Y飞机，此附加升力作用在飞机焦点上，对飞机重心形成俯仰恢复 力矩，其方向同俯仰操纵力矩的方向相反，力图恢复原来的迎角 。随着迎角逐渐增大，飞机的附加升力和它形成的俯仰恢复力矩 也逐渐增大，及致迎角增大到一定程度，相互矛盾的俯仰恢复力 矩与俯仰操纵力矩重新平衡时，飞机就停止俯仰转动，保持以较 大的迎角飞行。
方向舵是靠脚左右蹬来操纵的(图3—4—34)．左脚向前蹬左 脚蹬，方向舵向左偏转，飞机便向左方转过去；右脚向前蹬右脚 蹬，方向舵向右偏转，飞机便右转。
三个舵面的操纵，在空气动力作用的原理方面，它们基本上 是一样的，都是改变舵面上的空气动力，产生附加力，对飞机重 心形成操纵力矩，来达到改变飞机飞行状态的目的，下面我们仍 从飞机的纵向、横向和方向三方面来分别说明操纵性的基本原理 、影响因素，最后简单介绍随空布局飞机的直接力操纵问题。
如果飞机的迎角稳定性较强，则移动驾驶杆操纵水平尾翼( 或升降舵)偏转时，飞机迎角改变甚少，俯仰恢复力矩就能与俯 仰操纵力矩相平衡，也就是说，水平尾翼(或升降舵)偏转相同角 度的条件下，飞机迎角变化较少，即飞机的纵向操纵性较差。由 此可知，飞机的纵向稳定性和纵向操纵性是互相矛盾的，飞机的 纵向稳定性增强，其纵向操纵性变差。飞机从亚音速飞行向超音 速飞行过渡时，由于飞机焦点位置显著后移，纵向稳定性大大增 加，纵向操纵性要变差。
(二)增强飞机俯仰操纵性的措施——全动水平尾翼
一般亚音速飞机都采用升降舵进行俯仰操纵，飞行员操纵 升降舵，升降舵偏转所引起的压力变化能逆气流传播，使整个水 平尾翼的压力分布发生显著变化，产生较大的附加升力，故升降 舵效能提高，能够保证飞机具有良好俯仰操纵性(图3—4—37a) 。
热工基础第12章气体动力循环
冲程 四冲程 (进气,压缩,燃烧膨胀,排气) 二冲程 (进气-压缩-燃烧膨胀,排气)
四冲程柴油机的工作过程
内燃机的整个工作过程存在着诸多不可逆因 素，因此实际内燃机的工作循环是不可逆的。
P
0-1：吸气过程。由于阀门的阻力，吸入
3 4 气缸内空气的压力略低于大气压力。
1-2：压缩过程
2
2－3－4－5：燃烧和膨胀
混合加热循环
内燃机按加热方式 定容加热循环
定压加热循环 (一) 混合加热循环
特征参数：
p3
4
压缩比：压缩前的比体积与
压缩后的比体积之 2
比，它是表征内燃
5
v1 机工作体积大小的
1
v2 结构参数。
0
v
混和加热理想循环
定容升压比：
p
定容加热后的压力与加热前
3
的压力之比，它表示内燃机
2
定容燃烧情况的特性参数。
第一节 活塞式内燃机的理想循环
内燃机一般都是活塞式
Hale Waihona Puke 活塞式内燃机的分类：（特或点称是往用复燃式烧）的的产，物其作共为同工
使用燃料
煤气机 质推动活塞作功，燃料的燃
烧过程以及工质的膨胀和压
汽油机 缩都在同一个带活塞的气缸
柴油机
中进行，再由连杆带动曲轴 转动。
点火方式 点燃式 （汽油机、煤气机）
压燃式 （柴油机）
1 T1 T2
1
1
1
定容加热理想循环
定容加热理想循环的热效率:
t
1
1
1
混合加热理想循环的热效率:t
1
1[(
1 1) (
冶金炉热工基础-冶金炉热工基础-气体力学
提高燃烧效率与降低污染排放
优化燃料配比
01
根据不同燃料的特点和燃烧需求，合理配比燃料和空气的比例，
实现高效燃烧和低排放。
采用高效燃烧器
02
选用具有高效燃烧性能的燃烧器，提高燃料的燃烧速度和燃烧
效率，降低未燃尽气体和有害物质的排放。
烟气处理与净化
03
采用适当的烟气处理技术和净化设备，如脱硫、脱硝、除尘等
通过气体力学的研究，可以进一步揭示冶金炉内的流动规律和传热机制，为新型高 效、环保的冶金炉的开发提供科学依据。
未来发展方向与挑战
随着科技的不断发展，气体力学在冶金炉热工基础领域的 应用将更加广泛和深入，需要进一步研究新型的数学模型 和计算方法，以提高模拟精度和计算效率。
未来发展中，需要加强气体力学与其他学科的交叉融合， 如化学反应动力学、传热学和计算流体动力学等，以推动 冶金炉热工基础领域的创新发展。
装置，对排放的烟气进行净化处理，减少对环境的影响。
新型冶金炉的开发与应用
新型燃烧技术的研究与应用
研究开发新型的燃烧技术，如富氧燃烧、催化燃烧等，提高燃烧 效率和降低污染排放。
智能化控制技术的引入
将先进的智能化控制技术引入冶金炉中，实现炉内参数的实时监测、 控制和优化，提高冶金炉的自动化和智能化水平。
流动速度的影响
气体流动速度越快，越有利于燃料与氧气混合，提高燃烧效率。但 过高的流速可能导致氧气供应不足，影响燃烧效率。
流动状态的影响
湍流流动有利于增强燃料与氧气的混合程度，提高燃烧效率；层流流 动则有利于形成稳定的燃烧区域，减少燃烧产物的波动。
05
气体力学在冶金炉优化中的应用
优化炉内气流组织
1 2 3
合理设计炉膛结构
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》第一章
1
第一章 基本概念
本章重点介绍工程热力学中常用的基本 概念，了解和掌握这些基本概念是学习工程 热力学的基础。
1-1 热机、工质、热源与热力系统
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。
2
3
工质：
实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
例如：在活塞式热力机械中，活塞运动的 速度一般在10m/s以内，但气体的内部压力 波的传播速度等于声速，通常每秒数百米， 活塞运动的速度很慢，这类情况就可按准平 衡过程处理。
38
不平衡过程 ：过程中并非每一点都
非常接近于平衡状态
平衡状态1
平衡状态2
39
思考： 准平衡过程和不平衡过程哪个常见？ • 准平衡过程：一般均可视作 • 不平衡过程：会特别说明
36
在系统内外的不平衡势（如压力差、温
度差等）较小、过程进行较慢、弛豫时间非
常短的情况下，可以将实际过程近似地看作
准平衡过程。
非平衡态→近平衡态 时间
在状态参数坐标图上，准平衡过程可以近 似地用连续的实线表示。
p
1
2
v 37
在系统内外的不平衡势（如压力差、温度 差）不是很大的情况下，弛豫时间非常短， 可以将实际过程近似地看做准平衡过程。
（3）可逆过程
如果系统完成了某 一过程之后可以沿原路 逆行回复到原来的状态， 并且不给外界留下任何 变化，这样的过程为可 逆过程。
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。
不可逆过程无法恢复到初始状态？ 错！
热工基础(正式)全
正向运动（膨胀）时，吸 收热源的热量，所作膨胀功除 去用于排斥大气外，全部储存 在飞轮的动能中。
若无摩擦等耗散效应
反向运动（压缩）时，利用飞 轮的动能来推动活塞逆行，压缩工 质所消耗的功恰与膨胀功相等。
同时压缩过程中质向热源所 排热量也恰与膨胀时所吸收的热 量相等。
如果系统经历了一个过程后，系统可沿原过程的路线反 向进行，回复到原状态，不在外界留下任何影响，则该过 程称为可逆过程。
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(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。 这一结论称做《热力学第零定律》。
热力学第零定律表明，一切互为热平衡的系统具有一 个数值上相等的共同的宏观性质──温度。温度计测定物体 温度正是依据这个原理。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和 温度的测量方法。它为建立温度概念提供了实验基础。
理想气体实际并不存在， 在现实物质中，即使是绝热可 逆过程，系统的熵也在增加， 不过增加的少。
热力学第三定律发现者 德国物理化学家能斯特
三、理想气体的状态方程
kg K
pV mRgT
Pa m3
pv RgT pV nRT p0V0 RT0
1kg n mol 1mol标准状态
气体常数：J/(kg.K) R=mRg=8.3145J/(mol.K)
(2) 特别是在下列技术领域存在传热问题
a 航空航天：高温叶片冷却；空间飞行器重返大气 层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却；
b 微电子： 电子芯片冷却 c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器
官的冷冻保存 d 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 e 新 能 源：太阳能；燃料电池
833热工基础
833热工基础
热工基础是工程热力学的一个重要分支，主要研究与能量转化和传递有关的基本原理和基础知识。
在热工基础课程中，通常包括以下内容：
1. 热力学和能量守恒：研究热力学系统的性质，如温度、压力、体积和热量等之间的关系，并探讨能量在系统内的转化和传递规律。
2. 热工循环：研究各种热力循环，如卡诺循环、布雷顿循环等，了解不同循环对功和效率的影响。
3. 理想气体和真实气体：研究理想气体的状态方程、性质和状态变化，以及真实气体的特性和修正方法。
4. 蒸汽和水的性质：研究蒸汽和水的物理性质，如饱和蒸汽表、湿汽表等，以及蒸汽湿度和干度的计算方法。
5. 热量传递：研究热量传递的方式和计算方法，包括传导、对流和辐射三种传热方式的原理和应用。
6. 热工设备：介绍各种常用的热工设备，如锅炉、蒸汽发生器、换热器等的工作原理和性能。
通过学习热工基础，学生可以了解热力学和能量转化的基本原理，掌握热工系统的基本计算方法，为后续的热工工程设计和实践奠定基础。
空气动力学与热工基础 2—3三角翼的空气动力特性
•
而细长三角翼具有不寻常的升力特性，其不同点为： 升力系数曲线的斜率比大展弦比机翼小得多；其随迎角 的变化呈现非线性，升力系数的增长比迎角更快一些， 如图3—2—34所示。其所以如此，是因为升力由两部 分组成。一部分是翼面的附着流(整个下表面和部分上 表面)所产生的升力，叫做“位流升力”，其变化与迎 角成线性关系。另一部分是上表面脱体涡所产生的升力， 叫“涡升力”，其变化与迎角成非线性关系。
• 在很小的迎角下，上式可写成 • 2 C y K p K N
Kp 式中第一项是位流升力，第二项是涡升力； 与 Kn 均为常值，其大小取决于展弦比。图3—2—36表明了 按上式计算的结果与实验结果的比较。 • 当迎角增大到一定程度，脱体涡在机翼上表面后缘 发生破碎，变得不规则，这会使流谱发生变化。迎角进 步增大，破碎点向前移动，能量进一步耗散，涡升力减 小。再后，出现失速，升力相应下降。临界迎角可高 达 35 ~ 40 。 • 三角翼虽然有这样大的临界迎角，但起飞、着陆， 还很难得到充分利用。因为起飞、着陆，增大迎角或迎 角过大，势必影响飞行员的视界，还会造成机身尾部擦 地。例如歼7飞机起飞的着陆迎角，不超过 9 ~ 10，远 远小于临界迎角。为此，有的超音速飞机将机头向下折 转，改善视界。同时，加高起落架，防止机尾擦地。
•
•
脱体涡具有增大上表面吸力，使升力增大的作 用。因为脱体涡从前缘连续产生，形成稳定的低压区， 上表面正处于脱体涡低压之下，所以吸力很大。迎角 大，低压区吸力也大，所以升力增大更多。图3—2— 35是一个展弦比为1的三角翼，在20°迎角下的各个 横断面上压强分布图。它说明了上表面在脱体涡所复 盖的区域，吸力很大。 • 据理论分析结果：细长三角翼的升力系数( C y ) 与迎角( )之间的关系，如下式所示： C y K p sin a cos 2 K N cos a sin 2
公共基础知识热工基础知识概述
《热工基础知识综合性概述》一、引言热工基础知识在现代科学技术和工程领域中占据着至关重要的地位。
从日常生活中的供暖、制冷到工业生产中的能源转换、动力系统，热工知识无处不在。
它不仅涉及到热力学、传热学等基础理论，还与材料科学、机械工程、电气工程等多个学科领域密切相关。
本文将对热工基础知识进行全面的阐述与分析，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、基本概念1. 温度温度是表示物体冷热程度的物理量。
在热工领域中，常用的温度单位有摄氏度（℃）、华氏度（°F）和开尔文（K）。
其中，开尔文是国际单位制中的基本温度单位，它与摄氏度的换算关系为 T （K）=T（℃）+273.15。
2. 热量热量是指由于温度差而传递的能量。
热量的单位通常为焦耳（J）或千卡（kcal）。
在热传递过程中，热量总是从高温物体流向低温物体。
3. 热容量热容量是指物体温度升高（或降低）1 摄氏度所吸收（或放出）的热量。
热容量的大小与物体的质量、物质种类以及温度变化范围有关。
4. 热导率热导率是衡量物质导热能力的物理量。
热导率越大，物质的导热能力越强。
热导率的单位为瓦/（米·开尔文）（W/(m·K)）。
三、核心理论1. 热力学第一定律热力学第一定律也称为能量守恒定律，它指出在一个封闭系统中，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
在热工领域中，热力学第一定律可以用来计算系统在热传递和做功过程中的能量变化。
2. 热力学第二定律热力学第二定律有多种表述方式，其中最著名的是克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
开尔文表述为：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
热力学第二定律揭示了热过程的方向性和不可逆性。
3. 传热学基本理论传热学主要研究热量传递的规律和方法。
传热的方式主要有三种：热传导、热对流和热辐射。
（1）热传导：是指热量通过物质的分子、原子或电子的运动而传递的过程。
热工基础知识
• 6、减少总压头损失的措施 • A、选取适当的流速 流速大时，h失亦相应增大。流速小时会造成设备断面的过分 增大，从而浪费较多的管道材料和占用较多的建筑空间。因此， 设备内的流速应选得合适，称经验流速。 • B、力求缩短设备长度 设备长度愈大，则h摩愈大。因此，在满足生产需要下应力求 缩短设备长度。顺便指出，使管壁光滑些可减少h摩。 • C、力求减少设备的局部变化 设备的局部变化愈小，则设备的局部损失愈少，因此，应在 满足生产需要的条件下力求减少设备的局部变化。 当必须有局部变化时，也应采用如下措施： a 用断面的逐渐变化代替断面的突然变化可减少h局。 b 用圆滑转弯代替直转弯或用折转弯代替直转弯可减少h局。
• 1.2.2 运动气体的连续方程式 • 气体连续方程式是研究运动气体在运动过程中流量间关系 的方程式。气体发生运动后便出现了新的物理参数，流速和 流量就是运动气体的主要物理参数。 • 1、流速和流量 • A、流速：用符号ω表示，单位是m/s。 • B、流量 • a、体积流量：单位时间内气体流过某截面的体积称为体 积流量，用符号V表示，单位为m3/s、m3/min或m3/h。 标准状态下气体的体积流量用V0表示。生产中和资料中多 用V0表示气体的体积流量。 • b、质量流量：单位时间内气体流过某截面的质量称为质 量流量，用符号贝M表示，单位是kg/s或kg/h。
• ⑴ 气体的温度 • 绝对温标与摄氏温标的关系： K＝273.15+ t K
•⑵ 气体的压力 •a、定义： 由于气体自身的重力作用和气体内部的分子运动作 用，气体内部都具有一定的对外作用力。 •b、压力的单位 •① 以单位面积上所受的作用力来表示，例如：牛顿/ m2(Pa或 N/m2)、公斤/cm2(kgf/cm2）或公斤/m2(kgf/m2)。 •② 用液柱高度来表示：例如米水柱(mH2O)、毫米水拄 (mmH2O)和毫米汞柱(mmHg)。 •③ 用大气压来表示：大气重量对地球表面上所造成的压力称 为大气压力，常用单位是mmHg。
904热工基础
904热工基础（实用版）目录一、热工基础概述二、热力学基本概念1.能量与功2.热力学循环三、热力学第一定律1.能量守恒2.内能与热量四、热力学第二定律1.热量传递的方向性2.熵与熵增加原理五、热力学应用领域1.工程热力学2.物理化学正文一、热工基础概述热工基础是研究热力学系统在热力学循环过程中的宏观性质和规律的学科，它主要研究热力学系统的状态变化、能量转换以及热力学循环的效率等问题。
热工基础是能源科学与工程领域的基础知识，广泛应用于电力、化工、冶金等工程领域。
二、热力学基本概念热力学是研究热力学系统在热力学循环过程中的宏观性质和规律的学科。
热力学系统是由一组相互作用的物质和外部环境组成的，其状态变量包括压力、体积、温度等。
热力学系统在热力学循环过程中，会发生能量的转换和传递，从而实现功的输出。
1.能量与功能量是热力学系统状态变化的度量，可以表现为热力学系统的内能、热量和功。
功是热力学系统在力的作用下发生的位移所对应的能量，是能量转换的一种形式。
2.热力学循环热力学循环是指热力学系统在固定的过程路径上进行的一系列状态变化，包括吸热、膨胀、放热和压缩等过程。
热力学循环的效率是指热力学系统在循环过程中实际输出的功与输入的热量之比。
三、热力学第一定律热力学第一定律，又称能量守恒定律，是指热力学系统在状态变化过程中，其内能的变化量等于吸收的热量和对外做的功之和。
即ΔU = Q - W，其中ΔU 表示内能变化，Q 表示吸收的热量，W 表示对外做的功。
1.能量守恒能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，它表明在任何物理过程中，能量的总量保持不变。
2.内能与热量内能是热力学系统分子无规则运动的能量总和，是热力学系统的一种状态变量。
热量是在热力学系统间由高温部分传递到低温部分的能量，也是热力学系统的一种状态变量。
四、热力学第二定律热力学第二定律是指在热力学循环过程中，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，即热量传递具有方向性。
空气动力学与热工基础
使机翼有效迎角增大，机翼升力增大；同时，在正迎角下，机翼 上表面流速加快，也会使机身升力增大。
• 翼身组合体，由于翼、身相互于扰，产生了额外的阻力。
•
3．翼身组合体对水平尾翼的干扰
•
组合体对平尾的干扰主要表现在两个方面：一是阻滞作用，
二是下洗作用。
• 空气流过组合体，由于粘性的影响，要损失一部分
能量，使气流受到阻滞。这样，流向平尾的气流速
一定范围内是随飞行速度的增大而减小的。这样的襟翼即所谓
“游动”式襟翼，其游动规律如图3—1—36所示。
•
采用游动式襟翼后，当飞机起飞离地后，随速度
增大，襟翼就开始逐渐回收。着陆前放襟翼，随着速度
的减小，襟翼逐渐缓慢地放到最大角度。这就有效地缓
和了下洗气流对平尾的影响。
•
二、前缘缝翼
•
前缘缝翼位于机翼前缘，能在大迎角下自动张开，
• 由上式知 •
Cx Cx0 ACy2
• 于是
1 K
Cx Cy
Cx0 Cy
ACy
• 上式两边对 C y 求导并令其为零，即
•
• 可得 K max 时
d dC y
1 K
Cx0
C
2 y
A0
Cx0 ACy2 Cxi
• 可见在有利迎角下，零升阻力系数与诱导阻力系数相等，此时阻
力系数 •
Cx0 ACy2 Cxi
C x2
)和升阻比及性质角θ，可以确定有利迎角和最
• 大升阻比等。
•
下面介绍找出三个有特殊意义的迎角的方法(见图3—1-28)
•
1．临界迎角
•
作飞机极线的水平切线，切点所对应的迎角就是临界迎角，
对应的升力系数即为飞机的最大升力系数。
空气动力学与热工基础-飞机的平衡
移动，但其移动量与 不变。
L尾
比较起来，却很微小，故
L尾可认为
已知
Y尾
C y尾
1 2
C尾2 S尾
故得 式中
M Z尾
C y尾
1 2
C尾2 L尾
C y尾——水平尾翼升力系数
C尾 ——流向水平尾翼的气流速度
S尾 ——水平尾翼面积
从上式可以看出，对同一架飞机来说，在一定高度上飞行，
一、飞机的俯仰平衡
(一)俯仰平衡的条件 (二)影响俯仰平衡的几个因素 (三)保持俯仰平衡的方法
一、飞机的俯仰力矩平衡
飞机俯仰力矩平衡(简称俯仰平衡)，是指作用 于飞机的各俯仰力矩之代数和为零．飞机取得俯 仰平衡之后，迎角不改变，不绕横轴转动(即不上 仰、不下俯)或仅作等速转动，见图3—4—2．
(一)俯仰平衡的条件
飞机的平衡
介绍飞机三个方向的平衡条件 及恢复平衡的方法 飞机三个方向的平衡条件
恢复平衡的方法 2/64
§4—1 飞机的平衡
一、飞机的俯仰力矩平衡 二、飞机的滚转力矩平衡 三、飞机的偏转力矩平衡
§4—1 飞机的平衡
平衡是相对的有条件的，不平衡是绝对的。飞机的平衡也是 如此。飞机能否自动保持平衡状态，是稳定性问题；如何改变其 原有的平稳状态，是操纵性问题，所以研究飞机的平衡，是分析 飞机稳定性和操纵性的基础。
飞机机身前部上表面的流速快，压力较小，下表面的流速慢，压
力较大，故在机身的前部产生空气动力Y机身(见图3—4—5)，此
力绕重心构成 迫使机头上仰的力矩，叫做机身力矩(
)。即
M Z机身
式中d为机身作用力M的主要因素是迎角。迎角增大，机身上仰力矩也增
热工基础课后答案超详细版
热工基础课后答案超详细版(张学学)(总102页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。
空气动力学与热工基础
• 解 由于氧气是双原子气体，因此可知氧
气的
C v 2.8 0 K 7K J m K ol
C P 2.1 9 K 8 K J m K ol
• 氧气的分子量 =32．00，故得氧气的
Cv23.0 827 0.65K2JKg K
CP23.1 92 80.91K2J Kg K
• 三、应用比热窖计算热量
Cp(ddT p)p(T h)p • 即定压比热容还可能表示为压力保持不变时，焓
对温度的变化率。
• 完全气体的焓仅是温度的函数，所以完全气体 的Cp亦只是温度的函数。
•且
dphdpqCpdT
•或
2
（ h2h1） p（ q1） 2p CpdT 1
• 完全气体焓的变化也只决定于起始和终了温度。
即
T2
• 根据真实比热容的定义式，可知过程的热
量为
•
q12
T2CdT T1
• 当比热容为定值时，那么
q12 T T12CdTCT2T1
• 这在温度不太高或温度范围不太大的情况 下或作一般估算时，还有足够的精确度， 但在温度较高或温度范围比较大的情况下， 用定值比热容计算热量与实际情况就有较 大的误差，这是因为比热容并不是定值， 而是随气体的压力和温度而变化的，除实 际气体以外，压力对完全气体的比热并投 有影响，而温度比照热容的影响那么比较 密切。根据比热容理论及许多实验数据， 一般是温度越高，比热数值越大。
( cal/kg℃)
• 二、定容比热容和定压比热容
•
CdpduPdv
dT dT dT
• 1、定容比热容
Cv
( dp)V dT
• 2、定压比热容
Cp
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
814热工基础
814热工基础（原创版）目录一、热工基础的概念与重要性二、热工基础的基本原理三、热工基础的应用实例四、热工基础的发展前景正文一、热工基础的概念与重要性热工基础，全称为热力学与工程热力学基础，是一门研究热现象、热过程及其规律的应用科学。
热工基础广泛应用于能源、动力、航空航天、化学、冶金等工程领域，对于解决实际工程问题具有重要意义。
二、热工基础的基本原理热工基础的基本原理主要包括以下几个方面：1.热力学第一定律：能量守恒定律，即能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
2.热力学第二定律：热过程的方向性，即热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。
3.热力学第三定律：绝对零度不可达到，即在热力学温度下，物体的内能不可能降为零。
4.热力学循环：热力学循环是指在热力学过程中，工质从热源吸收热量，经过膨胀、冷却、压缩等过程，最后又放出热量回到热源的过程。
三、热工基础的应用实例热工基础在实际工程中有广泛应用，例如：1.热力发电：通过燃烧燃料产生高温高压的蒸汽，推动汽轮机旋转，将热能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
2.制冷工程：利用制冷剂在压缩、膨胀、冷却、加热等过程中，实现热量的吸收和释放，以达到制冷或制热的目的。
3.热力学循环优化：通过对热力学循环的各个环节进行优化，提高热能利用率，降低能源消耗。
四、热工基础的发展前景随着我国经济的快速发展，能源和环境问题日益突出，热工基础在节能减排、新能源开发等方面具有重要作用。
未来，热工基础将在以下几个方面取得突破和发展：1.高效能源转换技术：研究高效燃烧、传热、流动等技术，提高能源转换效率。
2.新能源开发：研究太阳能、风能、生物质能等新能源的开发和利用技术，减少对化石能源的依赖。
3.节能减排：通过热工基础技术优化，降低能源消耗，减少温室气体排放，保护生态环境。
总之，热工基础作为一门重要的应用科学，对于解决实际工程问题和推动我国经济发展具有重要意义。
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W12 pdv 0
1
2
2
•
I m i m C p dT 8 2.（ 2 187 17） 2990 KJ 1 (3) 换热量
Qv mCv T 8 1.682 （ 18717 ） 2287
q p C（ ） 1.157 （ 1200 600 ） 694.2kJ / kg p T2 T 1
W12 P（v2 v1） R（T2 T1） 0.287 600 172.2KJ / kg
• (5)每千克气体的内能变化量
u Cv T （C p R）（T2 T1）
• 五、过程能量交换情况 • 1、容积功 • V=0常数或dv=0，所以不论是加热或放热，气体对外 均不做容功，即
w12 Pdv 0
1
2
• 2、内能的变化量
u2 u1 C （ ） v T2 T 1
• 3、换热量
qv u2 u1 C（ ） v T2 T1
例：气缸内有0.002kg空气，温度为300℃， 压力为8bar，定容加热后的压力为40bar， 求加热后的温度，加给空气的热量，设空 气的等容比热为0.718 KJ / kg K • 解 已知 T= 273＋300= 573K, P 1 = 8bar P2 = 40 bar 得加热后的空气温度为
=（1.157－0.287）（1200－600） =522 KJ / kg
• 例 开始时活塞汽缸的体积为0.1m3，其中有压力 为1.15bar的空气0.1kg,若在压力不变的情况下, 体积缩小为原来的75%,求终点的温度,变化过程 中换热量的大小和方向。 • 解 开始时，空气的温度由完全气状态变化过程是一个可逆过程； • (2)气体是完全气体。即在任一平衡状态 下，其参数关系符合完全气体的状态方程 式； • (3)比热容是常数，即比热容不随温度而 变化。 • (4)实际过程近似地看作是具有某一简单 特征的一个特殊过程。
• 分析热力过程的主要内容是： • (1)建立工质在热力过程中状态参数的变 化规律： • 根据过程进行的特点，在符合状态方程 及热力学定律解析式的条件下，求出状 态参数之间变化关系——过程方程式。 • (2)确定工质在热力过程中能量变换特性： • 计算过程中内能的变化、焓的变化和工 质与外界之间所交换的热量和功。
§3—2 等容过程
• 一、过程的定义 • 等容过程是指气体在容积不变或比容保持不 变的条件下进行的热力过程。活塞式发动机 和脉动式喷气发动机的燃烧过程就近似于等 容过程。图1—3—1(a)表示等容加热过程， 其中活塞不动。 • 二、过程特点 • V= 常数 • 或 ν= 常数
• 三、过程方程
• 或
正号表示对该气体加热。
§3—3 等压过程
• 一、过程的定义 • 气体在压力保持不变的条件下进行的热 力过程。有些活塞式柴油机及涡轮喷气 发动机的燃烧过程，压力变化很小，近 似于定压加热。图1—3—2(a) 。 • 二、过程特点
•
P = 常数
• 三、过程方程式 •
‘
V R 常数 T P
V2 T2 V1 T1
• 说明： • 在定压过程中，气体的比容与热力学温度 成正比；对气体加热，温度升高，比容增 大，气体放热，温度降低，比容减小。
• 四、过程曲线
• P—V图如图1—3—2(b)所示；
• T—s图如图1—3—2(c) 所示。
• 即在P—v图上是一条与P轴相垂直的直线； 在T—s图上是一条指数曲线，且斜率随 温度的升高而增大，亦即温度越高，曲 线的斜率在T—s图中越陡峭。
P R 常数 T v P2 T2 P1 T1
说明： 在等容过程中，气体的压力与热力学温度成正比， 当对气体加热时，温度升高，压力增大，气体放 热，温度降低，压力减少。
• 四、过程曲线
• 图1—3—1（b）和图1—3—1（c）
• 即在P—v图上是一条与v轴相垂直 的直线；在T—s图上是一条指数曲 线，且斜率随温度的升高而增大， 亦即温度越高，曲线的斜率在T—s 图中越陡峭。
分析热力过程的目的、方法和内容 等容过程 等压过程 等温过程
介绍等容、等压、等温的 过程方程、能量转换和过程曲线
过程的能量转换 能量转换及其计算 2/14
第三章 气体的热力过程
§3—1 分析热力过程的目的、方法和内容 • 热力发动机中热能和机械能的相互转 换是通过工质的状态变化过程实现的。 研究热力过程才可以弄清楚热能和机 械能的实际转换情况和影响它们转换 的因素。
P2 40 T2 T1 573 285K P 8 1
• 加热量为 Q mC （ ） 0.02 0.718 （2865 573 ） 3.29KJ v T2 T 1
• 例 某完全气体的定压比热容为2.2 KJ / Kg ，分子量 K 为16.04。该气体8kg在等容条件下自17℃加热至 187℃，求该气体的(1)容积功（2）焓的变化(3)换热 量。
• 五、能量交换情况 • 1、容积功
W12 Pdv P（V2 V1）
1
2
• 2、内能的变化量 •
u12 u2 u1 C（ ） V T2 T 1
• 3、换热量 • q C（T
p p
2
T1） i2 i1
• 例 压力为8bar，温度为327℃的空气进入 燃烧室内定压加热，使其温度升高到927℃。 C p 1.157KJ / Kg K 设燃气的定压比热容 • 燃气的气体常数 R 287J / kg K，求(1)燃烧 前后气体的比容(2)每千克气体的加热量(3) 膨胀功(4)内能的变化量 • 解 (1)燃烧前的比容
RT1 287 （327 273 ） 3 v1 0.2153 m / kg 5 P 8 10 1
• (2)燃烧后的比容
• (3)每千克气体的加热量
• (4)每千克气体的容积功
T2 927 273 v2 v1 0.2153 0.4305 m3 / kg T1 327 273