热工基础综合

1、热能工程学基础 WHEN YOU NEED TO BE SURE WHEN YOU NEED TO BE SURE 目录 1、热力学基础 2、流体力学基础 3、传热学基础 4、热工测量技术 WHEN YOU NEED TO BE SURE 一、热力学基础 1、热力系统 人为分割出来作为热力学分析 对象的有限物质系统 如图：用界面分离出的研究对象。 外界：系统以外的所有物质 边界（界面）：系统与外界的分界面 系统系统与与外界外界的作用都通过的作用都通过边界边界 WHEN YOU NEED TO BE SURE p V W 示功图示功图 pdVW 功（过程量） 系统对外做功，w0;外界对 系统做功

2、，w0;系统向 外界放热，Q 定容比热 两者关系 cpcvR （迈耶公式） 比热容比 ， 结合上式有 c c v p Rc gv 1 1 RcgP 1 WHEN YOU NEED TO BE SURE 、定容过程 等容过程：是工质在变化过程中容积保持不变的热 力过程。 1.建立过程方程式： v = 常数（定值） 2.基本状态参数间的关系式： 按理想气体状态方程式pvRT，可得定容过程中 系统的压力和温度成正比，即 21 vv 及及 1 2 1 2 T T p p 5、理想气体的热力过程 WHEN YOU NEED TO BE SURE p v T s 1 2 1 2 2 2 0q 0q 定容过

3、程的定容过程的p-v p-v 图图 定容过程的定容过程的T-sT-s图图 WHEN YOU NEED TO BE SURE 、定压过程 等压过程：定压过程是工质在变化过程中压力保持 不变的热力过程。 1.建立过程方程式： p = 常数（定值） 2.基本状态参数间的关系式： 按理想气体状态方程式pvRT，可得定压过程 中系统的比容和温度成正比，即 1 2 1 2 T T v v WHEN YOU NEED TO BE SURE p v T s 1 2 1 2 v 2 2 0q 0q 0w 0w 定压过程的定压过程的p-v p-v 图图 定压过程的定压过程的T-T-图图 WHEN YOU NEED

4、 TO BE SURE 、定温过程 等温过程：是工质在变化过程中温度保持不变的热力过程 1.建立过程方程式：T=常数（定值）即pv定值 2.基本状态参数间的关系式： 按理想气体状态方程式pvRT，可得定温过程 中系统的压力和比容成反比，即 2211 vpvp 21 12 pv pv 或或 WHEN YOU NEED TO BE SURE p v T s 1 2 1 2 0q 0q 2 2 0w0w 定温过程的定温过程的p-v p-v 图图 定温过程的定温过程的T-sT-s图图 WHEN YOU NEED TO BE SURE 、绝热过程（定熵过程） 绝热过程：是系统与外界没有热交换的情况下发生

5、的热 力过程。 1.建立过程方程式： 0d T q s 常数 k pv 为比热容比或绝热指数， v p c c k 单原子气体单原子气体 k k=1.66=1.66 双原子气体双原子气体 k k=1.4=1.4 多原子气体多原子气体 k k=1.29=1.29 WHEN YOU NEED TO BE SURE p v T s 1 2 1 2 T 22 0w0w 绝热过程的绝热过程的p-v p-v 图图 绝热过程的绝热过程的T-sT-s图图 WHEN YOU NEED TO BE SURE 、多变过程 以上四种基本热力过程中均为某一状态参数保持不变的过程。 在工程中常常有一些过程，其状态参数均在

6、变化，且与外界 有热量、功量交换。 多变过程：凡工质按定值而变化的过程称为多变过程。 其中：n 为多变指数，在0之间变化，每个n 值代表一个多 变过程。 常数 n pv WHEN YOU NEED TO BE SURE p v T s n=0 n= n= n=0 n=0 n=0 n=k n=k n=k n=k n=1n=1 n=1 n=1 1n k 1n k 1n k 1n k n= n= n= n= n0 n0 n0 n 0K，都在不断发射热射线。 WHEN YOU NEED TO BE SURE 热辐射基本公式 1.黑体辐射能（史蒂芬-玻尔兹曼定律） 2.一切实际物体的辐射能力都小于同温度

7、下的和黑体 为该物体的发射率，也称黑度，总是小于1。 3.两物体之间传热 4 TA 4 TA )( 4 2 4 111 TTA WHEN YOU NEED TO BE SURE 普朗克定律（Planck） 普朗克定律：揭示了黑体的单色辐射力与波长、温度的依变关系。 揭示在特定温度下黑体的辐射能按波长分布的规律。 绝对黑体的单色辐射力与波长和温度的关系。 式中， 波长，m ； T 黑体温度，K ； c1 第一辐射常数，3.734108 m4W/m2； c2 第二辐射常数，1.4387104 mK； 1 )( 5 1 2 Tc b e c E W/m2m WHEN YOU NEED TO BE S

8、URE 维恩定律（Wien） 维恩定律:是反映对应于最大单色辐射力的波长max与绝 对温度T之间的关系。 E 最大值对应的波长 m 与T 的关系为 即： 维恩定律表明黑体携带辐射能最多的射线波长m，随绝对温 度T的升高而移向波长较短的方向。 维恩定律数学表达式维恩定律数学表达式 WHEN YOU NEED TO BE SURE 兰贝特定律 1.表述1：黑体表面具有漫反射性质，即黑体和漫反射表面， 在半球空间各个方向上辐射强度相等。 2.表述2：漫反射表面的辐射力是任意方向辐射强度的 倍。 基尔霍夫定律 实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为 该物体的发射率。 单色定向发射率与单色定向吸

9、收率的关系为： 44 ) 100 ( T CTEE bbb TT, WHEN YOU NEED TO BE SURE .强化与消弱辐射传热方法 强化辐射换热的主要途径： 增加发射率； 增加角系数 消弱辐射换热的主要途径： 降低发射率； 降低角系数； 加入隔热板 WHEN YOU NEED TO BE SURE 四、热工测量技术 1.测量的定义 测量就是运用专门的工具，通过试验和对试验数据的分析 计算，将被测物理量与同性质的标准量（测量单位）进行比较， 以确定出被测量是标准量多少倍数的过程。所得的倍数称为测 量值。 测量过程的三要素：测量方法、测量单位、测量工具。 测量工作包括：测量方法、测量仪

10、表的选择、测得数据的 处理。 国际单位制选定基本物理量：长度（米）、质量（千克）、 时间（秒）、电流强度（安培）、热力学温度（开尔文）、物 质的量（摩尔）、发光强度（坎德拉）。其他物理量的单位都 可以由这些基本单位导出。 WHEN YOU NEED TO BE SURE 2.测量方法 根据测量结果的获取方式分： 直接测量 间接测量法 组合测量 根据被测量与测量单位的比较方式分： 偏差测量法 零位测量法 微差测量法 根据仪表是否与被测对象接触分： 接触测量法 非接触测量 根据被测量在测量过程中的状态： 静态测量法、动态测量法。 WHEN YOU NEED TO BE SURE 3.误差的表示方法

11、 绝对误差：仪表的指示值与被测量的真实值之间的差值。 相对误差：绝对误差与标准值之比的百分数。相对误差 更能说明示值的准确程度。 引用误差：是仪表的绝对误差与该仪表的测量范围的比 值，并以百分数表示。 仪表的基本误差和允许误差 4.误差产生原因 仪器因素； 环境因素 方法因素； 主观因素 WHEN YOU NEED TO BE SURE 5.测量误差的分类 粗大误差：主要是由于操作者的主观过失引起。在测 量结果中应当剔除。 处理方法：细心检查、认真操作、反复测量、多人合 作等。 系统误差：在同一条件下，多次测量同一被测量，绝 对值和符号保持不变或按某种确定规律变化的误差。 发现方法：理论分析法

12、、实验对比法、数据分析法。 处理方法：从产生系统误差的根源上加以消除； 用修正的方法引入修正值或修正项；选择适当的测量方 法，用测量技术抵消系统误差。 WHEN YOU NEED TO BE SURE .随机误差：在相同的条件下，多次测量同一被测量时，绝对值 和符号不可预知地变化着的误差称为随机误差，也叫偶然误差。随 机误差必然发生，只能设法减小，而不能彻底消除。 产生原因：主要是测量过程中存在的许多难以控制的、不确定 因素引起。 特点：单峰性：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现几率 大，非常大误差出现几率为零；对称性；有界性；抵偿性。 随机误差的处理方法： 适当提高仪表等级 进行多次测量，以测量结果的算术平均值作为测量结果。 WHEN YOU NEED TO BE SURE 6.测量范围和测量精度 仪表量程 仪表或测量系统所能测量的最大输入值与最小输入值 之间的范围。如果被测量在满刻度的2/3左右，则能提高 测量精度。 测量精度 精密度：