《热工基础》第一讲_661605842.pdf

1 热工基础热工基础 第第0章 绪论章 绪论 主讲教师主讲教师 助教 助教 赵甜赵甜 地址 蒙民伟科技大楼北楼地址 蒙民伟科技大楼北楼825房间 电话 房间 电话 62796332Email chenqun 陈群 陈群 地址 蒙民伟科技大楼北楼地址 蒙民伟科技大楼北楼808B房间 电话 房间 电话 62782982 808Email gszhaotian 教材及参考书教材及参考书 教 材教 材 热工基础 张学学 李桂馥 编 高等教育出版社 参考书 热工基础 曹玉璋 韩振兴 编 热工基础 童钧耕等 编 热工基础与应用 傅秦生 主编 热工基础 张学学 李桂馥 编 高等教育出版社 参考书 热工基础 曹玉璋 韩振兴 编 热工基础 童钧耕等 编 热工基础与应用 傅秦生 主编 研究对象研究对象 蒸汽动力装置蒸汽动力装置 研究对象研究对象 太阳能热发电系统太阳能热发电系统 研究对象研究对象 内燃机内燃机 2 研究对象研究对象 小型燃气轮机装置 喷气发动机示意图 小型燃气轮机装置 喷气发动机示意图 研究对象研究对象 空调系统示意图空调系统示意图 研究对象研究对象研究对象研究对象 研究对象研究对象研究对象研究对象 3 研究对象研究对象 再入弹头 航天飞机 速度可达到8 Ma 速度可达到5 8 Ma 研究对象研究对象 再入弹头的驻点温度 最高可以达到7000 K以上 1 航天飞机 X 30 再入阶 段其最高温度可达到2620 F 1437 2 再入弹头和航天飞机再入的气动加热 1 李凰立 再入弹头的气动加热及热响应分析 西北工业大学 2001 2 Earl A Thornton Thermal Structures for Aerospace Applications AIAA 1996 研究对象研究对象 03年 哥伦比亚号由于防热瓦的损坏 导致航天飞 机在返回时爆炸 年 哥伦比亚号由于防热瓦的损坏 导致航天飞 机在返回时爆炸 泡沫脱落位置和撞击部位泡沫脱落位置和撞击部位 1 1 竺士伟 航天飞机热结构的辩证反思 太空探索 2010 12 研究对象研究对象 研究对象研究对象研究对象研究对象 X 37 B剖视图 4 F 22 热管理系统热管理系统 以PAO 聚 烯烃 为工质的两 液冷回路 冷环和热环 分 别冷却电子设备和发动机 并将其传递给燃油 以PAO 聚 烯烃 为工质的两 液冷回路 冷环和热环 分 别冷却电子设备和发动机 并将其传递给燃油 燃油带走PAO液冷回路 液压 及润滑系统热量 燃油带走PAO液冷回路 液压 及润滑系统热量 燃油冷却器将燃油热量排放 给冲压空气 燃油冷却器将燃油热量排放 给冲压空气 特点 一体化 整机的各处散热工作由单套热管理系统完成 特点 一体化 整机的各处散热工作由单套热管理系统完成 19 热科学 研究热能 热量及热现象的科学热科学 研究热能 热量及热现象的科学 热科学热科学 热学热学 传热学传热学 燃烧学燃烧学 热测试热测试 工程热 力学 工程热 力学 热学 热学 研究自然界中物质与冷热有关的性质及这些性 质变化的规律 研究自然界中物质与冷热有关的性质及这些性 质变化的规律 工程热力学 工程热力学 研究能量转换 热功转换 的规律及提 高能量转换效率的途径 研究能量转换 热功转换 的规律及提 高能量转换效率的途径 传热学 传热学 研究热量传递规律的一门科学 热量传递的 机理 规律 计算方法 研究热量传递规律的一门科学 热量传递的 机理 规律 计算方法 燃烧学 燃烧学 研究燃烧现象和燃烧机理 研究燃烧现象和燃烧机理 热测试 热测试 与热学相关的温度 压力 流速等测试技术 与热学相关的温度 压力 流速等测试技术 课程主要教学内容课程主要教学内容 绪论 0 1能量与能源 0 2热工基础的主要内容及其与航空器的关系 第一篇 工程热力学 第一章 基本概念 1 1热力系统 1 2平衡状态及状态参数 1 3状态方程与状态参数坐标图 1 4准平衡过程与可逆过程 1 5功量与热量 课程主要教学内容课程主要教学内容 第二章 热力学第一定律 2 1热力系统的储存能 2 2热力学第一定律的实质 2 3闭口系统的热力学第一定律表达式 2 4开口系统的稳定流动能量方程式 2 5稳定流动能量方程式的应用 航空发动机的轴功计算 课程主要教学内容课程主要教学内容 第三章 理想气体的性质与热力过程 3 1理想气体状态方程 3 2大气压力 密度 温度的高度分布 3 3理想气体的热容 热力学能 焓和熵 3 4理想气体的热力过程 定容过程 定压过程 等温过程和定熵过程 3 5活塞式压气机的工作过程 3 6绝热滞止 3 7气体在喷管中的流动 5 课程主要教学内容课程主要教学内容 第四章 热力学第二定律 4 1自发过程的方向性与热力学第二定律的表述 4 2卡诺循环与卡诺定理 4 3熵 课程主要教学内容课程主要教学内容 第五章 水蒸气与湿空气 5 1水蒸气的状态参数 5 2水蒸气的定压气化过程 5 3水蒸气的基本热力过程 5 4常压 低压条件下的湿空气性质 5 5湿空气的基本热力过程 5 6低压湿空气中水蒸气结冰过程 课程主要教学内容课程主要教学内容 第六章 动力装置循环及制冷装置循环 6 1涡轮喷气发动机循环 6 2涡扇 涡轴发动机循环 6 3活塞式内燃机循环 6 4空气压缩式制冷循环 6 5飞机座舱舱内温 湿度控制 课程主要教学内容课程主要教学内容 第二篇 传热学 第七章 导热 7 1导热理论基础 傅里叶定律 7 2导热微分方程 7 3稳态导热 7 4非稳态导热 7 5导热问题的数值解法基础 课程主要教学内容课程主要教学内容 第八章 对流换热 8 1概述 8 2对流换热的数学描述 8 3外掠等壁温平板层流换热分析解简介 8 4相似理论 8 5对流换热的实验研究方法 8 6单相流体强迫对流换热特征数关联式 8 7自然对流换热 8 8凝结与沸腾换热 课程主要教学内容课程主要教学内容 第九章 辐射换热 9 1热辐射的基本概念 9 2黑体辐射的基本定律 9 3实际物体的辐射特性 基尔霍夫定律 9 4遮热板原理 9 5红外探测与隐身原理 9 6辐射换热的计算方法 6 课程主要教学内容课程主要教学内容 第十章 传热过程与换热器热计算基础 10 1传热过程 10 2传热强化与保温技术简介 10 3航空发动机换热器设计 教学目的与重点教学目的与重点 掌握掌握热能热能和和机械能机械能相互转换的相互转换的基本规律基本规律以及热能和机 械能相互转换的 以及热能和机 械能相互转换的能量分析方法能量分析方法 掌握包括理想气体 蒸气和湿空气在内的常用掌握包括理想气体 蒸气和湿空气在内的常用工质的 热力学物性 工质的 热力学物性 应用常见工质的物性公式和图表进行 应用常见工质的物性公式和图表进行物 性计算 物 性计算 掌握不同工质掌握不同工质热力过程热力过程的基本的基本分析方法分析方法 具有典型 具有典型热 力循环 热 力循环的的分析和计算分析和计算能力 能力 教学目的与重点教学目的与重点 掌握包括掌握包括导热 对流换热 辐射换热导热 对流换热 辐射换热三种热量传递方 式的机理 进而掌握热量传递的 三种热量传递方 式的机理 进而掌握热量传递的基本规律和基本理论基本规律和基本理论 掌握与掌握与飞机相关飞机相关的较简单传热问题的分析和计算能力 并能够解决与 的较简单传热问题的分析和计算能力 并能够解决与力学特性相关力学特性相关的传热问题的能力 的传热问题的能力 考试 考试 闭卷考试 期中闭卷考试 期中 期末 期末 考核内容 考核内容 课内授课内容课内授课内容 最终成绩 最终成绩 考试成绩 考试成绩 0 7 作业 作业 0 3 课程考核办法课程考核办法 能量与能源能量与能源 1 能量能量 能量是物质运动的度量 能量是物质运动的度量 世界是由物质构成的 一切物质都处于运动状态 所以一切物质都具有能量 世界是由物质构成的 一切物质都处于运动状态 所以一切物质都具有能量 能量是人类社会进步的动力 能量是人类社会进步的动力 能量的主要形式能量的主要形式 机械能 机械能 物质分子热运动动能与位能之和 不涉及 化学变化和核反应的 物质分子热运动动能与位能之和 不涉及 化学变化和核反应的热力学能热力学能 也称为 也称为内 热能 内 热能 电能 化学能 核能 辐射能 电能 化学能 核能 辐射能 宏观物体的宏观物体的动能动能与与势能势能 热能 热能 与电荷的运动和积蓄有关的能量 通过化学反应释放的能量 通过核反应释放的能量 物体以电磁波的形式发射的能量 与电荷的运动和积蓄有关的能量 通过化学反应释放的能量 通过核反应释放的能量 物体以电磁波的形式发射的能量 7 能源 能够直接或间接提供能量的物质资源能源 能够直接或间接提供能量的物质资源 1 按开发利用的情况分类 1 按开发利用的情况分类 常规能源常规能源 煤 石油 天然气 水能 核能等 煤 石油 天然气 水能 核能等 新能源 新能源 太阳能 风能 海洋能 生物质能 地热能 核聚变燃料等 2 按开发的步骤分类 太阳能 风能 海洋能 生物质能 地热能 核聚变燃料等 2 按开发的步骤分类 一次能源一次能源 煤 石油 天然气 风能 水能 太阳能 地热能 海洋能等 煤 石油 天然气 风能 水能 太阳能 地热能 海洋能等 二次能源 二次能源 电力 煤气 汽油 沼气 氢气 甲醇 酒精等 电力 煤气 汽油 沼气 氢气 甲醇 酒精等 能源分类能源分类 3 按能否再生分类 3 按能否再生分类 可再生能源 可再生能源 水能 太阳能 风能 海洋能 生物质能 地热能等 水能 太阳能 风能 海洋能 生物质能 地热能等 非再生能源 非再生能源 煤 石油 天然气 核能等 4 按是否产生污染分类 煤 石油 天然气 核能等 4 按是否产生污染分类 清洁能源 清洁能源 太阳能 风能 水能 海洋能等 太阳能 风能 水能 海洋能等 非清洁能源 非清洁能源 煤 石油 天然气等 煤 石油 天然气等 环境污染环境污染 我国有我国有57 的城市空气中总悬浮颗粒超标 的城市空气中总悬浮颗粒超标 有有48个大中城市空气中的个大中城市空气中的SO2浓度超标 浓度超标 有有82 城市出现过酸雨 城市出现过酸雨 我国的我国的CO2排放量居世界排放量居世界第一第一 能源转换与利用能源转换与利用 热能利用的基本方式热能利用的基本方式 1 直接利用 直接利用 烧饭 采暖 烘干 熔炼等 烧饭 采暖 烘干 熔炼等 2 动力利用 动力利用 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 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 热能转换为机械能的有效利用程度 即热机的热效 率 较低 热能转换为机械能的有效利用程度 即热机的热效 率 较低 早期蒸汽机的热效率只有早期蒸汽机的热效率只有1 2 现代燃气轮机装置的热效率大约只有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蒸汽电站的热效率也只有40 左右 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 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 工程热力学工程热力学 工程热力学采用经典热力学的宏观研究方法 还普遍采用抽象 概括 理想化和简化处理方法 工程热力学采用经典热力学的宏观研究方法 还普遍采用抽象 概括 理想化和简化处理方法 高温热源高温热源 吸热Q