上海同育工程热力学与传热学概念整理.doc

上海同育-工程热力学与传热学概念整理一、工程热力学第1章 、基本概念1.热力系：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称为热力系（统），建成系统。热力系以外的物质称为外界；热力系与外界的交界面称为边界。2.闭口系：热力系与外界无物质交换的系统。开口系：热力系与外界有物质交换的系统。绝热系：热力系与外界无热量交换的系统。孤立系：热力系与外界无任何物质和能量交换的系统3.工质：用来实现能量像话转换的媒介称为工质。4.状态：热力系在某一瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和非平衡态两种。5.平衡状态：在没有外界作用的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）的消失。6.强度参数：与系统所含工质的数量无关的状态参数。广延参数：与系统所含工质的数量有关的状态参数。比参数：单位质量的广延参数具有的强度参数的性质。基本状态参数：可以用仪器直接测量的参数。7.压力：单位面积上所承受的垂直作用力。对于气体，实际上是气体分子运动撞击壁面，在单位面积上所呈现的平均作用力。8.温度T：温度T 是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。换言之，温度是热力平衡的唯一判据。9.热力学温标：是建立在热力学第二定律的基础上而不完全依赖测温物质性质的温标。它采用开尔文作为度量温度的单位，规定水的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。10 状态参数坐标图：对于只有两个独立参数的坐标系，可以任选两个参数组成二维平面坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。11.热力过程：热力系从一个状态参数向另一个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。12.热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列状态变化后，又回到原来初始的封闭热力循环过程称为热力循环，简称循环。13.准平衡过程：由一系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。实现条件：推动过程进行的势差无限小。这样保证系统在任意时刻皆无限接近平衡状态。14.可逆过程：如果一个系统完成一个热力过程后，再沿原路径逆向进行时，能使系统和外界都返回原来状态，而不留下任何变化的过程。实现条件：过程为准静态过程且无任何耗散效应。15. 状态量：描述工质状态的参数。16.功：系统与外界之间在压力差的推动下，通过宏观有序运动（有规则运动）的方式传递的能量。17.热：系统与外界在温差的推动下，通过微观粒子的无需运动（无规则运动）的方式传递的能量。第2章 、热力学第一定律1.热力学第一定律：当热量与其他形式的能量相互转化时，能的总量保持不变。热力学第一定律也可表述为：第一类永动机是不可能制造成功的。2.内部储存能：热力学能（状态参数）它包括：（1）分子热运动形成的内动能，它是温度的参数。（2）分子间相互作用形成的内位能，它是比体积的参数。（3）维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原子能及电磁场作用下电磁能。3.外部储存能：需要用在系统外的参考坐标测量的参数表示的能量称为外部储存能，它包括系统的宏观动能和重力位能。4.迁移能：功和热量都是系统与外界所传递的能量，而不是系统本身具有的能量，与过程有关的过程量称为迁移能。5.6.体积变化功W：系统体积变化时完成的膨胀功或压缩功统称为体积变化功。7.推动功：开口系因工质流动传递的功。8.技术工：技术上可以利用的功称为技术工，它是稳定流系统的动能、位能的增量和轴功三项的总和，即 t f z S W = mC 2 +mg +W9.有用功和无用功：凡是可以用来提升重物、驱动机器的功称为有用功；反之，则称为无用功。10.焓：焓的定义式为H =U + pV 或h =u + pv因为在流动过程中，工质携带的能量除热力学能外，总伴有推动功，所以为工程应用的方便起见，把U 和pV 组合起来，引入推动功。焓可以理解为由于工质流动而携带的，并取决于热力状态参数的能量，及热力学能与推动功的总和。11.稳定流动：开口系内任意一点的工质状态参数不随时间的流动过程称为稳定流动。实现稳定流动的必要条件：进出口截面的参数不随时间而改变。：系统与外界的功和热量的交换不随时间而改变。：工质的质量流量不随时间而改变，且进出口质量流量相等。可以概括为：系统与外界进行物质和能量交换不随时间而改变。12. 总能：热力学能与宏观运动动能及位能的总和，叫做工质的储存能，简称总能。E = U + mC 2 + mg z第三章、理想气体的性质与过程1.理想气体：理性气体实际上是一种并不存在的假想气体，其分子是些弹性的、不具体积的点，分子之间没有相互作用力。2.克拉贝隆方程：表示理想气体在任一平衡状态时P、V、T 之间的关系的方程式3.热容：物体的温度升高1K（或1）所需要的热量。4.绝热过程：状态变化的任何微元过程中系统与外界不交换热量的过程。第四章、热力学第二定律1.自发过程：在自然界中能够独立、无条件自动进行的过程。2.非自发过程：不能独立自动进行而需要外接帮助作为补充条件的过程。3.热力学第二定律的克劳修斯说法：热不可能自发地、无条件地从低温物体转移至高温物体。非自发过程进行必须同时伴随一个自发过程作为代价，补充条件。4.热力学第二定律的开尔文说法：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机，开尔文说法意味着用任何技术手段都不可能使其取自热源的热全部转换为机械功，不可避免地有一部分要排给低温物体。5.卡诺定理：定理一：在相同温度的高温热源和相同的温度的低温物体之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类物管，与采用哪一种工质也无关。定理二：在温度同为1T 的热源和同为2 T 的冷源之间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。6.克劳修斯不等式：工质经过任意不可逆循环，微量r TQ沿整个循环积分必小于零，即 0r TQ。7.熵产：闭口系不可逆过程中熵由于不可逆因素引起的耗散效应，使损失的机械工转化为热被工质吸收。这部分由于耗散产生的熵增量叫做熵产。8.绝对熵：假设纯物质在热力学温度0K 时的熵为零，以此为起点的熵叫做绝对熵。相对熵：人为规定一个参照下状态的熵值 = 0 基准点S ，从而得出的相对值称为相对熵。9. 熵流：系统与外界换热量与热源温度的比值，称为热熵流，简称熵流。10.质熵流： = jj jif m i i S S m S m , 称为质熵流，ii i S m 是输入系统的物质带进的熵，jj j S m 是离开系统的物质带走的熵。11.耗散功：由于摩擦等耗散效应而损失的机械工称为耗散功，以i W 表示。12.（火无）：由于单一热源提供的热量不可能是连续的，因而由他们提供的热量无法变为机械工，他们是不可转换的能量，从动力的观点称其为废热，或者（火无）。13.（火用）：在环境条件下，能量中可以转化为有用功的最高份额称为该能量的（火用）。14.（火无）：在环境条件下，能量中不可能转化为有用功的那部分能量叫做（火无）。15.热量（火用）：在温度0 T 的环境条件下，系统所提供热量中可转化为有用功的最大值称为热量（火用），用 X Q E , 表示。16.冷量（火用）：温度低于环境温度的系统，吸入热量0 Q 时做出的最大有用功称为冷量（火无）。17.闭口系的（火用）：闭口热利系与环境作用下，从给定状态以可逆方式变换到与环境平衡的状态所能做出的最大有用功，称为该状态下闭口系的（火用），或称热力学能（火用）。18.能量的贬值：（火用）损失不是使系统所具有的能量的数量减少，而是能量品质的贬值，这种现象称为能量的贬值。19.熵：熵是一种广延性参数。熵的定义式是Td Qrevs= ，即熵的变化等于可逆过程中系统与外界交换的热量与热力学温度的比值。第五章、热力学一般关系式及实际气体的性质1.压缩因子：温度、压力相同时的实际气体比体积与理想气体的比体积之比。2.束缚能：TS 是可逆定温条件下热力学能中无法转变为功的那部分，称为束缚能。第六章、蒸汽的热力性质1.饱和状态：当液体分子脱离表面的气化速度与气体分子回到液体中的凝结速度相等时，汽化与凝结过程虽然仍在不断进行，但总的结果状态不再改变。这种液体和整齐处于动态平衡的状态，称为饱和状态。2.临界点：当温度高过一定的温度c T 时，液相不可能存在而只能是汽相。c T 称为临界温度，与临界温度相对应的饱和压力称为临界压力。3. 三相点：当压力低于tp P 时，液相也不可能存在汽相或固相， tp P 称为三项点压力，与三相压力点相对应的饱和温度tp t 称为三相点温度。第七章、理想气体混合物及空气1.分压力i P ：混合气体中第i 种组元气体单独占有与混合气体相同的体积V，并处于混合气体相同的温度T 时，所呈现的压力。2.分体积i V ：混合气体中第i 种组元气体在混合气体温度T 和压力P 单独存在时占有的体积。3.饱和湿空气：如果湿空气中水蒸气分压力V P 达到了湿空气温度T 所对应的饱和压力s P ，则成其为饱和湿空气，否则称为未饱和湿空气。4.露点：在一定的压力V P 下，未饱和湿空气冷却达到饱和空气，即将结出露珠时的温度。5.干球温度：用普通温度计侧得的湿空气的温度。6.湿球温度：用纱布包裹的湿球温度计测得的湿纱布中水的温度。7.相对湿度：是空气中水蒸气分压力与同温度下水蒸气饱和压力之比。8.含湿量：单位质量的干空气所含的水蒸气的质量。9.湿空气的比焓：含有1Kg 干空气的湿空气的焓值。10.绝热加湿：在绝热条件下像空气喷水，或水蒸气而向空气加入水蒸气的过程。第八章、气体和蒸汽的流动1.绝热滞至过程：气体在绝热流动过程中，因受到某种物体的阻碍，而流速降低为零的过程2.节流现象：流体在管道内流动时，有时流经阀门，孔板设备时，由于局部阻力，使流体压力降低，这种现象称为节流现象。第九章、气体和蒸汽的压缩1.余隙容积：在实际的活塞式压缩机中，因为制造公差，金属材料的热胀性及安装进、排气阀等零件的需要，当活塞运动到上死点位置时，在活塞顶面与气缸盖之间留有一定的间隙，该空间的容积称为余隙容积。第十章、热力循环及其装置1.活塞排量：上止点和下止点之间的气缸容积差。2.抽气式回热循环：从汽轮机的适当部位抽出尚未完全膨胀的，压力，温度相对较高的少量水蒸气去加热低温凝结水的循环方式。3.冷吨：1 冷吨是1000Kg0的饱和水在24 小时冷冻为0的冰所需要的制冷量，这个制冷量可以换算为 386Kj / s。二、传热学第一章、绪论1.导热：物体的各个部分之间不发生相对位移时，依靠分子，原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为热传导，简称导热。2.热流量：单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量。3.热流密度：通过单位面积的热流量称为热流密度。4.热对流：由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所导致的热量传递过程。5.对流传热：流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程。6.热辐射：因热的原因而发出的辐射的想象称为热辐射。7.传热系数：传热系数树枝上等于冷热流体见温差t = 1，传热面积A =1m2时的热流量值，是表征传热过程强度的标尺。8. 传热过程：我们将热量由壁面一侧流体通过壁面传递到另一侧流体的过程。第二章、导热基本定律及稳态导热1.温度场：各个时刻物体中各点温度所组成的集合，又称为温度分布。2.等温面：温度场中同一瞬间温度相同的各点连成的面。3.傅里叶定律的文字表达：在导热过程中，单位时间内通过给定截面积的导热量，正比于垂直该界面方向上的温度变化率和截面面积，而热量的传递方向则与温度升高的方向相反。4.热流线：热流线是一组与等温面处处垂直的的曲线，通过平面上人一点的热流线与改点热流密度矢量相切。5. 内热源：内热源值表示在单位时间内单位体积中产生或消耗的热量。6.第一类边界条件：规定了边界点上的温度值。第二类边界条件：规定了边界上的热流密度值。.第三类边界条件：规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度f t7.热扩散率a：ca= ，a 越大，表示物体内部温度扯平的能力越大；a 越大，表示材料中温度变化传播的越迅速。8. 肋片：肋片是依附于基础表面上的扩展表面。第三章、非稳态导热1.非稳态导热：物体的温度随时间的变化而变化的导热过程称为非稳态导热。2.非正规状况阶段：温度分布主要受出事温度分布的控制，称为非稳态导热。3.正规状况阶段：当过程进行到一定深度时，物体初始温度分布的影响逐渐消失，此后不同时刻的温度分布主要受到边界条件的影响，这个阶段的非稳态导热称为正规状况阶段。4.集中参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集中参数法。5. o F 数： o F 数可以看成是表征非稳态过程进行深度的无量纲时间。这一无量纲时间越大，热扰动就越深入地传播到物体内部，因而物体内部各点的温度分布就越接近周围介质的温度。第五章、对流换热1.对流换热：流体流过固体表面时流体与固体的热量交换称为对流换热。2.牛顿型流体：切应力服从牛顿粘性定律 =t / y 的流体。3.流动边界层：在固体表面附近流体的速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层。4.流动边界层厚度：规定达到主流速度99处的距离y 为流动边界层厚度。5.层流边界层：随着x 的增加，由于壁面粘滞力的影响逐渐向流体内部传递，边界层逐渐增厚，但在某一距离l x 以前一直会保持层流的性质。此时流体做有序的分层流动，各层互不干扰，这时的边界层称为层流边界层。6.湍流边界层：沿流动方向随边界层厚度的增加，边界层内部粘性力和惯性力的对比向着惯性力相对强大的方向变化，促使边界层内的流动变的不稳起来。自距前缘l x 起处，流动朝着湍流过渡，最终过渡为旺盛的湍流，此时流动质点沿x 方向流动的同时，又做紊乱不规则的脉动，故称为湍流边界层。7.粘性底层：湍流边界层内紧靠壁面处粘滞力仍占主导地位，致使贴附于避免的一极薄层内任然保持层流的主要性质。这个极薄层称为湍流边界层的粘性底层。8.热边界层：在固体表面附近流体的温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层。9. rP 数： rP 数表征了流体流动边界层与热边界层的相对大小，它反映了流体中流动扩散与热量扩散之比。10.自然对流：不依靠泵或风机等外力推动，由于流体的自身温度场的不均匀所引起的流动称为自然对流。11.大空间自然对流：热边界层的发展不受到干扰或者阻挠的自然对流，而不局限于几何上的很大或者无限大。12. u N 数： u N 数表示壁面上无量纲温度梯度的大小，它的大小表示了换热的强弱。第六章、凝结与沸腾换热1.膜状凝结：如果凝结液体能够很好地润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜。这种凝结方式称为膜状凝结。2.珠状凝结：当凝结液体不能很好地润湿避免时，凝结液体在壁面上形成一个个的液珠，称为珠状凝结。3.稳定膜状沸腾：加热面上已形成稳定的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规律地排离膜层，q 随着t 的增加而增大。此阶段称为稳定膜状沸腾。4.烧毁点：将热流密度峰值max q 称为临界热流密度， max q 亦称为烧毁点。5.核态沸腾转折点DNB ：在烧毁点附近，有个比max q 值略小，表现为q 值缓慢上升的点。第七章、热辐射的基本定律及物体的辐射特性1.热辐射：由于热的原因产生的电磁波辐射称为热辐射。热辐射的电磁波使物体内部的微观粒子的热运动状态改变时而激发出来的。只要物体的温度高于“决定零度”，物体总是不停地把热变为辐射能，向外发出热辐射。2.近红外线：波长在25mm 以下的红外辐射称为近红外线。3.远红外线：波长在25mm 以上的红外辐射称为远红外线。4.微波：波长在1mm-1m 之间的电磁波称为微波。5.镜面反射：当表面的不平整尺寸小于投入辐射的波长发生的反射称为镜面反射。6.黑体：我们把吸收比 =1的物体叫做黑体。7.镜体：我们把反射比 =1E 的物体叫做镜体。8.就对透明体：我们把穿透比 =1的物体叫做绝度透明体。9.辐射力：单位时间单位面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的全部波长范围的能量称为辐射力。10.光谱辐射力：单位时间单位面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的在包含波长在内的单位波长的能量称为光谱辐射力。11.兰贝特定律：黑体的定向辐射强度是个常数，与空间方向无关，这就是黑体辐射的兰贝特定律。12.发射率：实际物体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能量之比称为是及物体的发射率。13.光谱发射率：是及物体的光谱辐射力与同温度下黑体同一波长下的光谱辐射力，称为实际物体的光谱发射率。14.漫射体：对于定向辐射强度随 的分布满足兰贝特定律的物体，其定向发射率在极坐标中是半径小于1 的半圆，这样的物体称为漫射体。15. 投入辐射：单位时间内从外界投入到物体单位面积上的辐射能称为投入辐射。16.灰体：把光谱的吸收比与波长无关的物体称为灰体。17.定向辐射强度：单位时间、单位可见辐射面积向半球空间 方向单位立体角内的辐射能量称为定向辐射强度。18.黑体辐射函数：某一温度下物体在0 波长范围内物体辐射能占同温度下黑体辐射能力的百分比。19.立体角：以立体角的角端为中心，做半径为r 的半球，将半球表面上被立体角所切割的面积c A 除以半径的平方r 2，即得立体角的度量 A /r 2 c = 。第八章、辐射传热的计算1.角系数：表面1 中发出的辐射能中落到表面2 的百分数称为表面1 对表面2 的角系数。2.有效辐射：单位时间内离开表面单