热工基础课程总结教材

热工基础学习总结

摘要：本文就热工基础这门课程的学习进行了以下三方面的总结。第一：说明这门课程的研究目的和研究方法；第二：简单总结各章节的主要内容和知识框架体系；第三：从个人角度论述一下学习这门课程的心得体会及意见。

关键词：热力学传热学循环

正文：自然界蕴藏着丰富的能源，大部分能源是以热能的形式或者转换为热能的形式予以利用。因此，人们从自然界获得的的能源主要是热能。为了更好地直接利用热能，必须研究热量的传递规律。

1 热工基础的研究目的和研究方法

1.1 研究目的

热的利用方式主要有直接利用和间接利用两种。前者如利用热能加热、蒸煮、冶炼、供暖等直接用热量为人们服务。后者如通过个证热机把热能转化为机械能或者其他形式的能量供生产和生活使用。

能量的转换和传递是能量利用中的核心问题，而热工基础正是基于实际应用而用来研究能量传递和转换的科学。

传热学就是研究热量传递过程规律的学科，为了更好地间接利用热能，必须研究热能和其他能量形式间相互转换的规律。工程热力学就是研究热能与机械能间相互转换的规律及方法的学科。由工程热力学和传热学共同构成的热工学理论基础就是主要研究热能在工程上有效利用的规律和方法的学科。

作为一门基于实际应用而产生的学科，其最终还是要回归到实际

的应用中，这样一来，就要加强对典型的热工设备的学习和掌握。

1.2研究方法

热力学的研究方法有两种：宏观研究方法和微观研究方法。宏观研究方法是以热力学第一定律和热力学第二定律等基本定律为基础，针对具体问题采用抽象、概括、理想化简化处理的方法，抽出共性，突出本质。建立合适的物理模型通过推理得出可靠和普遍适用的公式，解决热力过程中的实际问题。微观研究方法是从物质的微观基础上，应用统计学方法，将宏观物理量解释为微观量的统计平均值，从而解释热现象的本质。

传热学的研究方法主要有理论分析，数值模拟和实验研究。理论分析是依据基本定律对热传递现象进行分析，建立合适的物理模型和数学模型，用数学分析方法求解；对于难以用理论分析法求解的问题，可采用数值计算和计算机求解；对于复杂的传热学问题无法用上述两种方法求解时，必须采用实验研究方法，实验研究法是传热学最基本的研究方法。

2主要章节内容总结

2.1基本概念（热力学基础知识）

热力系统：根据某种研究目的认为地划定的研究对象。按照热力系统和外界的物质和能量交换情况进行分类。常用的热力系统有开口系统、闭口系统、绝热系统和孤立系统。

工质：实现能量转换的媒介物质。如水蒸气，液态水，空气等都是常用的工质

热力系统某一瞬间呈现的宏观物理状态称为热力学状态。用于描述工质所处状态的宏观物理量称为状态参量。基本状态参量有压力、温度和比体积。

平衡态具有确定的状态参数。准静态过程是实际过程进行的足够缓慢的极限情况。实现准静态过程的条件是推动过程进行的不平衡势差无限小。

可逆过程与准静态过程的差别就在于无耗散损失。一个可逆过程必须同时是准静态过程，但准静态过程不一定可逆。

2.2热力学第一定律

热力学第一定律阐述了能量间相互转换的数量关系。本质是能量在转换过程中守恒，但依赖于物质的形态变化。

热力学第一定律应用于闭口系统的能量方程是：W U Q +∆= 热力学第一定律应用于稳流系时的能量关系式即为稳流系能量方程。其表达式也有以下几种形式，它们的使用条件也不同： （1）t w h q +∆=或t W H Q +∆=(适用条件：任意工质、任何过程)

（2）⎰⎰-∆=∆=2

1dp vdp -h q V H Q 或（适用条件：任意工质、可逆过程）

（3）⎰⎰∆=∆=21p p V dp -m c vdp -c q T Q T 或（适用条件：理想气体、可逆过

程）

2.3理想气体的性质与热力性质

理想气体的状态方程的基本形式为PV=nRT

气体常数Rg 是随工质而异的常数，工质一定，其值是一个确定的常数，摩尔气体常数是与工质无关的常数。

二者的关系为：Rg=R/M

理想气体的比热容有真实比热容、平均比热容、平均比热容直线关系式及定值比热容。可根据精度要求选用。

理想气体混合物仍具有理想气体的一切特性，利用理想气体混合物的成分可以求解折合气体常数和折合摩尔质量。

在理想气体的热力过程部分主要讨论了4个典型基本过程，即定容过程、定压过程、定温过程、定熵过程以及具有一般意义的多变过程。前4种过程中总有一个状态参数保持不变；对于多变过程，则过程中所有的状态参数都在变。关于过程方程，应记住基本方程const n pv =，可认为理想气体在可逆过程中都遵循该关系式。多变指数n 的取值范围为从+∞→→∞-0之间的任一实数，所以该过程方程适用于所有的可逆过程。而4种基本热力过程则是所有可逆多变过程中的几个特例，根据过程特点分别为定容过程：n=±∞，定压过程：n=0，定温过程：n=1，定熵过程：n=κ，所以4种基本热力过程的过程方程不需要死记硬背就可以推出。

用来压缩空气或其他气体的设备称为压气机。活塞式压气机绝热压缩耗功最多，定温压缩最少，多变压缩介于两者之间，所以应尽量减少压缩过程中的多变参数，使压缩过程更接近于定温过程。但实际的活塞式压气机的余隙容积是不可避免的，余隙容积的存在，虽然对理论耗功没有影响，但使容积效率随压力比增大而减少。为了避免单级压缩因增压比大而影响容积效率，常采用多级压缩级间冷却的方法。

2.4热力学第二定律

热力学第二定律典型的说法是克劳修斯的说法和开尔文的说法。虽然两者在表述上不同，但实质是相同的，具有等效性。

热力学第二定律的数学表达式可归纳为以下几种：

（1）卡诺定理 ηt ≤ηtc , ε≤εc , ε＇≤εc ＇

（2）克劳修斯积分不等式 ∮r δQ T ≤0

（3）由克劳修斯积分不等式推出 dS ≥

r δQ

T = dSf （4）熵方程 g

f g r S S S T Q

S ∆+∆=∆+=∆⎰δ （5）孤立系熵增原理 iso g 0S S ∆=∆≥

熵是非常重要的状态参数，由可逆过程熵的定义式，得可逆过程熵变的基本计算公式为

⎰=∆T Q

S δ

上式可用于任意物质熵变的计算。但针对不同的工质，在结合该种工质热力性质的条件下，所推出的熵变计算公式不同。

2.5实际气体的性质及热力学一般关系式

实际气体由于距液态较近，构成气体的微观粒子间的作用力不容忽略，因而不能作为理想气体处理。

实际气体偏离理想气体的程度，通常采用压缩因子或压缩系数Z 表示，Z=ｐｖ／ＲｇＴ，Ｚ是状态函数，Ｚ值与１偏离越远，越表明这时的实际气体与理想气体的偏差越大。Ｚ值的大小取决于气体种