南昌大学_材料工程基础复习

1、材料工程基础复习一）导热1，热传导：又称导热，指两个相互接触的物体或同一物体的各部分，由于温差而引起的热量传递现象。（导热是依靠物体微观粒子的热运动而传递热量，其特点是物体各部位不发生宏观相对位移。）傅里叶公式：k:导热系数（热导率）：单位温度梯度作用下物体内单位时间，单位面积的传热量；一般情况下，固体的k值较大，液体次之，气体最小。q:热流密度:单位时间内通过单位面积的热流量。Q:热流量：单位时间通过面积A的热量。单位：2，导热热阻： 对流换热热阻：3，导热微分方程：导热系数为常数，无内热源：导温系数（热扩散率）：反映了导热过程中材料的导热能力（k）与沿途物质储热能力（）之间的关系。热扩散系

2、数说明物体被加热或冷却时，物体内各部分温度趋向于均匀一致的能力。导热系数为常数，无内热源，稳态导热： （拉普拉斯方程）4，热传导分析计算通过单层平壁的导热： 由于通过每层的热流密度q一定，所以可以根据 公式算出在x处的温度，通过多层平壁的导热：，同样根据通过各层的热流密度q一定算出各个地方的温度值。复合壁的导热：注意： 一定要加入面积来算热流量Q，不算热流密度q。通过单层圆筒壁的导热（认为圆筒壁长度远大于直径，简化为沿半径方向的一维导热）： 也可以根据q一定来计算某点的温度值。（意识到这里的q值的不同）通过多层圆筒壁的导热： 通过球壳的导热： 二）干燥和燃烧1，发热量，高位发热量，低位发热量和

3、弹筒发热量的含义与差别发热量：单位质量或体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量称为燃料的发热量或热值。高位发热量：单位燃料完全燃烧，并当燃料产物中的水蒸气（包括燃料所含水分生成的水蒸气和燃料中的氢燃烧时生成的水蒸气）全部凝结为水时所放出的热量。低位发热量：单位燃料完全燃烧后，燃烧产物冷却到反应前的温度，其水蒸气仍以气体存在时所放出的热量。弹筒发热量：实验室用氧弹式量热计（氧弹法）的实测值。即将一定量的燃料试样置于氧弹中，在有过剩氧的条件下燃烧，燃烧产物冷却到室温，在此条件下测得的单位质量燃料所放出的热量。三种发热量之间的区别：氧弹法中，燃料中的硫和氮在燃烧温度下转变成的

4、三氧化硫、氮氧化物等溶于水并生成硫酸和硝酸。而测量高位发热量时燃烧产物中的三氧化硫、氮氧化物并没有转变成硫酸和硝酸，因此弹筒发热量减去三氧化硫、氮氧化物形成硫酸、硝酸的溶解热即为燃料的高位发热量。而由于燃烧后水的状态不同，高位发热量减去水的汽化热就是燃料的低位发热量。2，元素分析法和工业分析法元素分析法分析：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素和水（M）、灰分（A）灰分：灰分是指燃料中不能燃烧的矿物杂质。工业分析法分析：挥发分（V）、固定碳（FC）、水分（M）、灰分（A）3，空气过剩系数：指实际空气量Va与理论空气量Va的比值，用表示。过剩空气系数的选择原则：在保证物料完全

5、燃烧的前提下，应尽可能采用接近于1，以提高燃烧温度。4，理论燃烧温度：在稳态，绝热，完全燃烧的条件下，如果输入燃烧室的全部热量都用来提高燃烧产物的温度，则称该温度为理论燃烧温度或绝热火焰温度。即理论燃烧温度是指燃料在燃烧过程中没有任何热损失时烟气能到达的温度。5，提高理论燃烧温度的有效措施：选用高发热量的燃料（燃料的产热度），燃料发热量越高，理论燃烧温度越高控制适当的空气系数：在保证物料完全燃烧的前提下，应尽可能采用接近于1，以提高燃烧温度。适当增加空气中的氧含量：当增加助燃空气中氧的浓度时，则相对减少了氮气的含量，从而减少了燃料产物的容积，从而使燃烧温度得以提高。提高预热温度或燃料温度：对燃

6、料、空气进行预热，可大大增加燃料与空气的物理显热，而不会引起燃烧后烟气的增多，因而有效地提高燃烧温度。6，绝对湿度：单位体积湿空气中所含水蒸气的质量，用符号表示 相对湿度：湿空气的绝对湿度与相同温度下可能的最大湿度（即饱和空气的绝对湿度）之比，用符号来表示。 湿含量：每1千克干空气所带水蒸气的质量，用d表示。7，干球温度：湿空气的实际温度t 湿球温度：在普通温度计外包裹一层湿纱布，湿纱布的一端进入水中，使得纱布保持湿润，这种温度计称为湿球温度计。在平衡状态下，湿球温度计所测出的空气温度称为湿球温度，用表示。当湿球温度计周围为未饱和空气，在湿纱布表面与空气中的水蒸气压差作用下，水分从湿纱布表面气

7、化并扩散到空气中，水分气化需要吸收热量，从而使湿球温度计表面的温度降低，当空气向纱布传递的热量等于湿纱布表面水分气化所需热量时达到平衡状态，此时的表面温度就为湿球温度。 绝热饱和温度：空气与大量水接触，在绝热情况下空气达到饱和时的空气温度，称为空气的绝热饱和温度，用来表示一般 露点温度：当未饱和湿空气中水蒸气分压或含湿量不变时，湿空气冷却到饱和状态（%）的温度称为露点温度，用来表示。8，图注：干燥介质的预热阶段是等d和等水蒸气分压的理论干燥阶段是等h的。求露点温度时也是等d下降到与=100%相交的点所对应的干球温度。a从A点引平行于等线的直线和纵座标轴相交，可查出b从A点可读出c从A点沿等湿含

8、量线向下，与=100%的等相对湿度线相交，过交点的等温线所示的温度即为露点温度d从A点沿等湿球温度线的方向作直线与线相交，过交点的等温线所示的温度即为湿球e从A点沿垂直线向下和水蒸气分压线相交，再从此点引一水平线，和右面下部座标轴相交，即可查出f由线和线的交点向下作垂直线与水蒸气分压线相交，过交点所示的压强即为饱和水蒸气分压。热空气由温度冷却至温度()图解方法：（1）当时，冷却后状态点的图解法为上述冷空气预热过程的逆过程。（2）当时，分两步：等湿含降温过程:沿湿空气的初始状态点A的等湿含量线向下与的等相对湿度线的相交，交点B处开始达到饱和状态。析出露水的过程：其分界点为等线与等相对湿度线的交点

9、。的等相对湿度线与等温线的交点C即是确定冷却后的状态点。（3）由状态点C确定空气冷却后的各状态参数的方法同前。9，湿空气中干球温度，湿球温度，露点温度的大小比较：答:10，湿空气的焓：1kg干空气焓及其所携带的d（kg）水蒸气的焓值之和湿空气的焓其数值随温度和含湿量的增大而增大。11，产热度：12，焓：1kg干空气中焓及其所携带的dkg水蒸气的焓值之和，用h表示。说明焓随温度和含湿量的变化而变化比热容：1kg干空气及其所携带的dkg水蒸气在定压情况下升高或降低单位温度所吸收或释放的热量。说明湿空气的比热不仅与温度有关，还与湿空气的含量有关。13，物料干燥的过程从干燥速度曲线上可知干燥过程分几个

10、阶段：（1）加热阶段图中AB段，单位时间传给物料的热量远大于表面水分蒸发所需热量，物料表面被加热，表面温度升高，水分开始蒸发，水分量在减少，干燥速度也不断增加，但总时间很短，排除的水分是不多。（2）等速干燥阶段图中BC段，物料表面温度上升到干燥介质的湿球温度后，温度不再上升，传给物料的热量全部用来蒸发水分，物料中含水量大，移动速度能适应表面水分汽化的速度，表面总是维持湿润状态。若干燥介质的湿度、温度、速度及与物料接触情况恒定，而物料表面的湿度也维持不变，则此时的传热速度及水分汽化速度即可维持不变。等速阶段主要是排除物料中的非结合水。（3）降速干燥阶段图中CD段，物料中水分量低于某一限度时内部向

11、表面传递的水分少，表面蒸发多，表面不再维持湿润，向外界蒸发的水分也逐渐减少，干燥速度逐渐下降。后期水分移动阻力越来越大，干燥速度下降甚剧，直至最后物料中的水分与热干燥介质的湿度成平衡，即达到平衡水分，干燥过程停止。在平衡水分时，干燥速度等于零。14，表示煤的四种基准：收到基：实际使用的煤的组成，用下角标“ar”表示。（燃烧计算的原始数据）%空气干燥基：是指分析实验室里所用的空气干燥煤样的组成，用下角标“ad”表示。（实验室常用）%实验条件：20，%干燥1小时，质量变化0.2%干燥基：绝对干燥的煤的组成，用下角标“d”表示。（用于生产控制）%干燥无灰基：是假想的无水无灰的煤的组成，用下角标“da

12、f”表示。（煤矿常用）%15，干燥基的转换注意在某种基准中没有水分或灰分时则不需要减15，空气和烟气的计算一）空气的计算理论空气量：实际空气量:已知空气系数：指实际空气量Va与理论空气量Va的比值，用表示。则2） 烟气的计算理论烟气量:1，烟气中所含各气体的体积：实际烟气量:1，1时，2，1时，16，空气过剩系数的计算（1）利用碳平衡，即燃料中C烟气中C灰渣中C ，可计算烟气量。（2）利用氮平衡，即燃料中N2空气中N2烟气中N2，可计算空气量。三）对流换热1，相似三定理：两个系统相似，他们的同名准数必定相等 描述同一物理现象的各准数之间存在着一定的函数关系，这些函数关系将由描述现象的微分方程式

13、所决定。 所有的定解条件（包括几何相似，边界相似和初始条件）相似，同名的已定准数相等的同类现象必定相似。2，对流换热系数（表面传热系数的计算）注意：压强的改变会改变流体的密度，从而改变准数的值对管道流而言，雷诺准数大于2000为紊流，小于2000为层流。3，对流换热：指流体与固体壁直接接触时彼此之间的换热过程，它既包括流体位移时所产生的对流，又包括流体分子间的导热作用，因此其实质上是热对流和热传导两种传热机理共同作用的结果。对流换热公式：h:对流换热系数：（表面传热系数）表示单位时间内流体和壁面间温差相差1时，每单位面积所传递的热量。单位：4，热对流：流体不同部分之间发生相对位移，把热量从一处

14、传到另一处的现象五），黑体辐射1，黑体辐射的五大定律：2，角系数：一个物体（物体i）向外辐射的能量落到另一个物体（物体j）表面上的百分数，称为表面i对表面j的角系数，记做.相对性：完整性：在封闭图形中：自见性：不一定为零。平面和凸面：凹面：兼顾性：在任意放置的两物体1和3之间设置一透热体2，当不考虑路程对辐射热量的影响，那么就有：分解性：常见的几种角系数数值：两个无限大的平行平面，一个平面和一个曲面组成,的封闭体系，如图（b）物体1据完整性：据自见性：故：物体2据完整性：据互变性：一个物体被另一个物体包围，如图（c）物体1据完整性：据自见性： 注意：这里的等于零。故：物体2据完整性：据互变性：

15、 然后就可以求出.两个曲面组成的封闭体系，如图（d）如图假设在两个曲面间有一个透热体面积为f，则：物体1据兼顾性：3，有效辐射（J）：本身辐射E和反射辐射之和称为有效辐射J 投射辐射(G)：单位时间内外界投射到物体单位面积上的总辐射能量。 吸收辐射：单位时间内物体单位面积吸收的部分投射辐射能量 反射辐射：单位时间内物体单位面积反射的部分投射辐射能量 本身辐射：单位时间内物体本身向外界单位面积上辐射的总能量。4，定向辐射强度（I）:黑体是漫射表面，定向辐射强度与方向无关单位：定向辐射率（定向辐射本领） 单位：单色辐射强度（光谱辐射强度） 单位：辐射力（E）：单位时间内物体单位辐射面积向半球空间辐

16、射的全波段的辐射能。5，辐射能的载体是电磁波6，热辐射与导热，对流的区别热辐射是唯一一种非接触的传热方式，即导热和对流换热这两种热量传递方式必须通过一定的中间介质才能进行，而热辐射的传递就不需要任何中间介质，在真空中也能进行。7，热辐射：由于温度是内部电子激动的根本原因，由此产生的辐射能也就取决于温度，这种仅与温度有关的辐射称为热辐射。8，辐射换热：物体不停地向空间发出热辐射，同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射的过程称为辐射换热。9，热辐射特点:一切物体只要其温度高于绝对零度就会不断地热辐射辐射换热过程不仅有能量的转移，还伴随着能量的二次转化，物体部分内能电磁波辐射能物体内能10，黑体模型：

17、射入小孔的热射线经过壁面的多次吸收和反射后几乎全部被吸收。11，吸收率：被物体吸收的辐射能与其投射辐射能之比 反射率：被物体表面反射出去的辐射能与投射辐射能之比透过率：透过物体的辐射能与投射辐射能之比黑体：；白体：；透热体：工程材料： 气体：12，气体辐射的三个特征： （气体辐射只有二氧 气体的辐射和吸收对波长有选择性，即气体的辐射光谱不连续 化碳和水发生 气体的辐射和吸收是在整个容器内进行的 吸收和辐射） 气体的反射率等于零，透过率在吸收率等于1，不同气体具有不同的辐射特性，即只有部分气体具有辐射和吸收能力。13，热辐射：物体通过电磁波向外传递能量的过程称为辐射，能明显引起热效应的辐射称为热

18、辐射。当物体与周围环境处于热平衡时，辐射换热量为零。14，辐射换热的计算求物体的净辐射散热损失，即为物体表面辐射出去的净热量，即辐射换热值物体1净损失了的热量，则物体2就净得到了的热量。（净得到就是指吸收的热量减去辐射出去的热量）(物体1的温度高于物体2的温度)求物体1在单位时间内辐射出多少热量或者是发射出多少辐射能即求:则设一个绝对温度为的黑体，用辐射换热公式求即可。求物体2获得的净辐射量即为。15,辐射换热：六），流体力学1，边界层理论:对于雷诺准数很高的流动问题，可将流动分成两个区域：远离壁面的大部分区域和壁面附近的一层很薄的流体层。在远离壁面的主流区域，粘性影响可以忽略，流体可按理想流

19、体处理，而对壁面附近的薄流体层，由于粘性作用，必须考虑粘性力的影响。壁面附近速度梯度较大的流体层称为边界层，边界层之外，速度梯度接近于零的区域称为外流区或主流区。另外随着流动距离的增加，边界层的厚度不断增加，在平板前部一段距离内，边界层厚度较小，流体的流动为层流，流动距离继续增大，流体的流动经过一个过渡区后逐渐由层流变成湍流，出现湍流边界层。对于平滑的平壁： 对于管流：2，粘性流体工作时分为哪几个状态：雷诺准数越大，越趋于湍流。三种状态：层流，湍流，过渡流层流：流体作有规则的平行运动，质点之间互不混杂干扰 ，流线层次分明，互相平行。（流速慢）湍流：又称紊流。流体质点作无规则的运动，质点间相互碰

20、撞相互混杂，运动轨迹错综复杂，含有大量无规则的三维漩涡，微元的动量和能量高效率的相互混合，从而使阻力增大。（流速快）过渡流：流速介于层流和湍流之间，是由层流到湍流的过渡。质点沿轴向前进时，在垂直于轴向上边也有分速度。层流绕流：物体后面无漩涡1紊流绕流：物体后面有漩涡13，迹线和流线的概念和区别迹线是指流体微元运动的轨迹，也就是微元在空间运动时所描绘出来的曲线，迹线的概念直接与拉格朗日描述相联系。特点：实际存在的，连续的流线：是用来描述流场中各点运动方向的曲线，它是某时刻速度场中的一条矢量线，该线上任意一点的切线方向与该点在该时刻的速度矢量方向一致，流线的概念直接与欧拉描述相联系。特点：假象的，

21、瞬时的。4，系统和控制体的概念和区别系统：某一确定的微元集合的总体。特点：系统将随系统内质点一起运动，系统内质点始终包含在系统内，系统边界形状和所围空间的大小，可随质点的运动而变化。系统与外界无质量的交换，但可以有力的相互作用及能量（热和功）交换。控制体：指流体所在空间中，被假想或真实的流体边界包围，既可静止不动也可以是运动的某一区域。特点：控制体的形状和大小不变，但控制体内的微元组成可随时间变化。控制体既可通过控制面与外界交换质量和能量，也可与环境有力的相互作用。5，雷诺运输定理：系统与控制体内内物理量变化速率的差等于物理量通过控制容积的净流出速率。6，拉格朗日法：随体描述，着眼于流体微元，描述它们的位置随时间的变化规律。欧拉法：空间描述，着眼于空间点，设法在空