(2015)热工基础习题课及复习.pdf

热工基础 热工基础 复习课复习课 第一章基本概念第一章基本概念 1 1 热力系统1 1 热力系统 1 2 1 2 平衡状态及状态参数平衡状态及状态参数 1 3 状态方程与状态参数坐标图1 3 状态方程与状态参数坐标图 1 4 1 4 准平衡过程与可逆过程准平衡过程与可逆过程 1 5 功量与热量1 5 功量与热量 重点掌握重点掌握 1 工程热力学的宏观研究方法 2 热力系统 热力平衡状态 工质的 1 工程热力学的宏观研究方法 2 热力系统 热力平衡状态 工质的 状态参数与状态参数坐标图状态参数与状态参数坐标图 热力过程 与热力循环 准平衡过程 可逆过程与 不可逆过程 热量与功量等热力学基本 概念 热力过程 与热力循环 准平衡过程 可逆过程与 不可逆过程 热量与功量等热力学基本 概念 只有绝对压力才是状态参数只有绝对压力才是状态参数 只有平衡点才可以在坐标图上表示 只有平衡点才可以在坐标图上表示 只有可逆过程才可以在坐标图上连续实线表示只有可逆过程才可以在坐标图上连续实线表示 第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律 2 1 热力系统的储存能2 1 热力系统的储存能 2 2 热力学第一定律的实质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 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 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2 5 稳定流动能量方程式的应用 重点掌握重点掌握 热力学第一定律的实质 热力学能 焓 膨胀 功 流动功 技术功等基本概念 掌握闭口系统的 热力学第一定律表达式 开口系统的稳定流动能量 方程式 热力学第一定律的实质 热力学能 焓 膨胀 功 流动功 技术功等基本概念 掌握闭口系统的 热力学第一定律表达式 开口系统的稳定流动能量 方程式 并会用于简单热工设备的热力计算 并会用于简单热工设备的热力计算 系统放热 温度必定降低 气体吸热 热力学能一定增加 气体一定要吸热后才能对外做功 气体被压缩时一定消耗外功 第三章理想气体的性质与热力过程第三章理想气体的性质与热力过程 3 1 理想气体状态方程式3 1 理想气体状态方程式 3 2 理想气体的热容 热力学能 焓和熵3 2 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3 4 理想气体的热力过程 重点掌握重点掌握 理想气体状态方程式 理想气体状态方程式 理想气体状态方程式 理想气体状态方程式 理想气体热力学能 焓 熵的计算方法 理想气体热力学能 焓 熵的计算方法 理想气体热力学能 焓 熵的计算方法 理想气体热力学能 焓 熵的计算方法 理想气体基本热力过程的过程方程式 状态理想气体基本热力过程的过程方程式 状态理想气体基本热力过程的过程方程式 状态理想气体基本热力过程的过程方程式 状态 参数坐标图上的表示及状态参数的变化与过程参数坐标图上的表示及状态参数的变化与过程参数坐标图上的表示及状态参数的变化与过程参数坐标图上的表示及状态参数的变化与过程 中的功量 热量的计算方法 中的功量 热量的计算方法 中的功量 热量的计算方法 中的功量 热量的计算方法 只与温度有关只与温度有关 3 12 6kg空气由初态p1 0 3MPa t1 30 经下列不同过程膨胀到同 一终态p2 0 1MPa 1 定温 2 定熵 3 n 1 2 试比较不同过程中 空气对外作功 交换的热量和终温 可逆绝热过程一定是定熵过程可逆绝热过程一定是定熵过程 使系统熵增加的过程一定是不可逆过程吗 使系统熵增加的过程一定是不可逆过程吗 闭口系统状态闭口系统状态1和状态和状态2之间做的功之间做的功W U1 U2适用于什么条件 适用于什么条件 第四章热力学第二定律与熵第四章热力学第二定律与熵 4 1 自发过程的方向性与热力学第二定4 1 自发过程的方向性与热力学第二定 律的表述律的表述 4 2 卡诺循环与卡诺定理4 2 卡诺循环与卡诺定理 4 3 熵4 3 熵 重点掌握重点掌握 热力学第二定律的实质热力学第二定律的实质 正向循环 逆向 循环 热机效率 工作系数等基本概念 正向循环 逆向 循环 热机效率 工作系数等基本概念 卡 诺循环与卡诺定理 卡 诺循环与卡诺定理 不可逆过程的熵变 熵 流与熵产 不可逆过程的熵变 熵 流与熵产 孤立系统的熵增原理及其与作功 能力损失之间的关系 孤立系统的熵增原理及其与作功 能力损失之间的关系 能量品质与能量贬值 的概念 能量品质与能量贬值 的概念 第五章气体动力循环第五章气体动力循环 5 1 活塞式内燃机混合加热动力循环5 1 活塞式内燃机混合加热动力循环 5 2 活塞式内燃机定容加热动力循环5 2 活塞式内燃机定容加热动力循环 5 3 活塞式内燃机定压加热动力循环5 3 活塞式内燃机定压加热动力循环 重点掌握重点掌握 三种活塞式内燃机动力循环的基本过三种活塞式内燃机动力循环的基本过三种活塞式内燃机动力循环的基本过三种活塞式内燃机动力循环的基本过 程 能在程 能在程 能在程 能在 p p v v 图和图和图和图和 T T s s 图上表示三种动力循图上表示三种动力循图上表示三种动力循图上表示三种动力循 环及其过程 会利用理想气体及不同过程的环及其过程 会利用理想气体及不同过程的环及其过程 会利用理想气体及不同过程的环及其过程 会利用理想气体及不同过程的 相关计算方法计算各个点的状态参数及循环相关计算方法计算各个点的状态参数及循环相关计算方法计算各个点的状态参数及循环相关计算方法计算各个点的状态参数及循环 的热效率 的热效率 的热效率 的热效率 例题例题 某活塞式内燃机定容加热理想循环 压缩比某活塞式内燃机定容加热理想循环 压缩比 10 气体在压缩中程的起点状态是 气体在压缩中程的起点状态是 P1 100kPa t1 35 C 加热过程中气 体吸热 加热过程中气 体吸热 650kJ kg 假定比热容为定值且 假定比热容为定值且 Cp 1 005kJ kg K K 1 4 求 求 1 循 环中各点的温度和压力 循 环中各点的温度和压力 2 循环热效率 并与同温度限的卡诺循环热效率作比较 循环热效率 并与同温度限的卡诺循环热效率作比较 3 平均有效压力 平均有效压力 解 1 各点的温度和压力解 1 各点的温度和压力 2 热效率 2 热效率 3 平均有效压力 3 平均有效压力 第六章水蒸气第六章水蒸气 6 1 水蒸气的产生过程6 1 水蒸气的产生过程 6 2 水蒸气的状态参数6 2 水蒸气的状态参数 6 3 水蒸气的基本热力过程6 3 水蒸气的基本热力过程 重点掌握重点掌握 水蒸气的水蒸气的水蒸气的水蒸气的 定压加热产生过程 能在定压加热产生过程 能在定压加热产生过程 能在定压加热产生过程 能在 p p v v 图和图和图和图和 T T s s 图上表示定压加热时水蒸图上表示定压加热时水蒸图上表示定压加热时水蒸图上表示定压加热时水蒸 气的状态变化过程 会利用水和水蒸气气的状态变化过程 会利用水和水蒸气气的状态变化过程 会利用水和水蒸气气的状态变化过程 会利用水和水蒸气 表及水蒸气的焓熵图确定水蒸气的状态表及水蒸气的焓熵图确定水蒸气的状态表及水蒸气的焓熵图确定水蒸气的状态表及水蒸气的焓熵图确定水蒸气的状态 参数 参数 参数 参数 处于饱和状态时饱和温度和饱和压力一一对应处于饱和状态时饱和温度和饱和压力一一对应 干饱和蒸汽 湿蒸汽 饱和水的温度压力一一对应干饱和蒸汽 湿蒸汽 饱和水的温度压力一一对应 饱和湿蒸汽计算时需要饱和湿蒸汽计算时需要干度干度的值的值 第七章蒸汽动力循环第七章蒸汽动力循环 7 1 蒸汽动力装置循环7 1 蒸汽动力装置循环 重点掌握重点掌握 蒸汽动力装置的工作原理 蒸汽动力装置的工作原理 朗肯循环的朗肯循环的朗肯循环的朗肯循环的 工作过程工作过程工作过程及循环热效率的主要影响因素工作过程及循环热效率的主要影响因素及提及提及提及提 高循环效率的途径高循环效率的途径高循环效率的途径 高循环效率的途径 水蒸气动力循环系统的简化水蒸气动力循环系统的简化 锅 炉 锅 炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝汽器凝汽器 郎肯循环郎肯循环 1 2 3 4 简化 理想化 简化 理想化 1 2 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀 2 3 凝汽器凝汽器 p 放热放热 3 4 给水泵给水泵 s 压缩压缩 4 1 锅炉锅炉p 吸热吸热 4 32 1 T s h s 1 3 24 郎肯循环郎肯循环Ts和和hs图图 1 2 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀2 3 凝汽器凝汽器 p 放热放热 3 4 给水泵给水泵 s 压缩压缩4 1 锅炉锅炉p 吸热吸热 第九章 传热机理与传热速率方程第九章 传热机理与传热速率方程 7 1 基本方式 导热 对流和辐射7 1 基本方式 导热 对流和辐射 7 2 傅里叶定律 导热的热流速率方程7 2 傅里叶定律 导热的热流速率方程 7 3 7 3 对流与对流换热 牛顿冷却公式对流与对流换热 牛顿冷却公式对流与对流换热 牛顿冷却公式对流与对流换热 牛顿冷却公式 7 4 7 4 热辐射 波尔兹曼定律热辐射 波尔兹曼定律热辐射 波尔兹曼定律热辐射 波尔兹曼定律 重点掌握重点掌握 三种传热方式的基本内容和定理 三种传热方式的基本内容和定理 发生发生发生发生热传导热传导热传导热传导的两个物体必须的两个物体必须的两个物体必须的两个物体必须直接接触直接接触直接接触直接接触 x t A d d x t A q d d 或者或者或者或者 傅里叶定律傅里叶定律 对流换热的热流速率方程对流换热的热流速率方程是是 fw tthA 牛顿冷却公式牛顿冷却公式 黑体黑体的理想化模型的理想化模型 4 b qT 4 bb Tq 黑体辐射常数 1067 5 428 KmW 发射率发射率 亦可称为 亦可称为黑度黑度 第十章 稳态导热第十章 稳态导热 10 1 10 1 平壁的导热计算平壁的导热计算平壁的导热计算平壁的导热计算 10 2 多层平壁与复合平壁导热10 2 多层平壁与复合平壁导热 w1w2 tt A A R 穿过平壁的导热热流量穿过平壁的导热热流量穿过平壁的导热热流量穿过平壁的导热热流量 导热热阻导热热阻导热热阻导热热阻 流换热的热阻流换热的热阻流换热的热阻流换热的热阻 wf 1 tt hA hA 1R e 对流边界条件下对流边界条件下的平壁导热 的平壁导热 传热过程传热过程 f1w1w1w2w2f2 12 1 1 tttttt h AAh A f1f 2 tot tt R tot 12 11 R h AAh A f1f2 kA tt 高温侧对流高温侧对流 平壁导热平壁导热 低温侧对流低温侧对流 多层平壁与复合平壁导热多层平壁与复合平壁导热多层平壁与复合平壁导热多层平壁与复合平壁导热 23 3 2 2 1 1 1 f2f1 11 hh tt R t q i 例例 一锅炉炉墙采用密度为300kg m一锅炉炉墙采用密度为300kg m3 3的水泥珍珠岩制 作 壁厚 100 mm 已知内壁温度 的水泥珍珠岩制 作 壁厚 100 mm 已知内壁温度t t1 1 500 外壁 温度 500 外壁 温度t t2 2 50 求炉墙单位面积 单位时间的热损失 50 求炉墙单位面积 单位时间的热损失 解 解 材料的平均温度为 材料的平均温度为 t t t t1 1 t t2 2 2 500 50 2 275 查得 2 500 50 2 275 查得 Ck W m 000105 00651 0 t k W m0940 0 275000105 00651 0 2 21 W m423 50500 1 0 0940 0 ttq 例例 一双层玻璃窗 高2m 宽1m 玻璃厚0 3mm 玻璃的导热系 数为1 05 W m K 双层玻璃间的空气夹层厚度为5mm 夹层 中的空气完全静止 空气的导热系数为 0 025W m K 如果 测得冬季室内外玻璃表面温度分别为15 和5 试求玻璃窗 的散热损失 并比较玻璃与空气夹层的导热热阻 一双层玻璃窗 高2m 宽1m 玻璃厚0 3mm 玻璃的导热系 数为1 05 W m K 双层玻璃间的空气夹层厚度为5mm 夹层 中的空气完全静止 空气的导热系数为 0 025W m K 如果 测得冬季室内外玻璃表面温度分别为15 和5 试求玻璃窗 的散热损失 并比较玻璃与空气夹层的导热热阻 解 解 这是一个三层平壁的稳态导热问题 散热损失为 这是一个三层平壁的稳态导热问题 散热损失为 可见 单层玻璃的导热热阻为0 003 K W 而空气 夹层的导热热阻为0 1 K W 是玻璃的33 3倍 可见 单层玻璃的导热热阻为0 003 K W 而空气 夹层的导热热阻为0 1 K W 是玻璃的33 3倍 321 41 3 3 2 2 1 1 41 wwww RRR tt A A A tt W3 94 5 02 003 0 025 0 2 005 0 5 02 003 0 515 如果采用单层玻璃窗 则散热损失为如果采用单层玻璃窗 则散热损失为 是双层玻璃窗散热损失的35倍 可见采用双层玻璃窗 可以大大减少散热损失 节约能源 是双层玻璃窗散热损失的35倍 可见采用双层玻璃窗 可以大大减少散热损失 节约能源 W3 3333 003 0 10 第十一章 单相对流换热第十一章 单相对流换热 11 1 11 1 对流换热的概念和特点对流换热的概念和特点对流换热的概念和特点对流换热的概念和特点 11 2 边界层理