热工基础张学学-第三版复习知识点

热工基础（第三版）张学学复习提纲PAGEPAGE1第一章 基本概念1.工程热力学是从工程角度研究热能与机械能相互转换的科学。2.传热学是研究热量传递过程规律的一门科学。3.工质：热能转换为机械能的媒介物。4.热力系统：选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统，简称系统。5.外界（或环境）：系统之外的一切物体。6.边界：系统与外界的分界面。7.系统的分类：（1）闭口系统：与外界无物质交换的系统。（2）开口系统：与外界有物质交换的系统。（3）绝热系统：与外界之间没有热量交换的系统。（4）（）交换。8.热力状态：系统中的工质在某一瞬间呈现的各种宏观物理状况的总和称为工质（或系统）的热力状态，简称为状态。9.平衡状态：在不受外界影响的条件下，工质（或系统）的状态参数不随时间而变化的状态。10.基本状态参数：压力、温度、比容、热力学能（内能）、焓、熵。11.表压力Pg、真空度Pv、绝对压力PPg=PPb Pv=PbP12.热力学第零定律(热平衡定律)：如果两个物体中的每一个都13.热力过程：系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。14.准平衡过程（准静态过程）：热力过程中，系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。15.可逆过程：一个热力过程完成后，如系统和外界能恢复到各自的初态而不留下任何变化，则这样热力过程称为可逆过程。16.不可逆因素：摩擦、温差传热、自由膨胀、不同工质混合。17.可逆过程是无耗散效应的准静态过程。18.系统对外界做功的值为正，外界对系统做功的值为负。系统吸收热量时热量值为正，系统放出热量时热量值为负。第二章 热力学第一定律1.热力学第一定律：在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。QUW微元过程：QdUW2QU12

pdV

QdUpdV单位质量工质的微元过程：quw du2qu123.比焓hupv

pdv

qdupdv.技术功：t

1mcs2 fs

2mgzWs5.开口系统的稳定流动能量方程式：QH1mcs2 f

2mgzW，即QHWt单位质量工质：qh1c2 f

2gzw

，即qhwts6.膨胀功、流动功、技术功与轴功的区别和联系。squw(p2v2p1v1)wtw1ct 2 f

2gzws当p2v2p1v1时，技术功等于膨胀功。s2.t1dpp2相反。8.稳定能量方程的应用。1换热器1

qh2h1喷管和扩压管

c2cf1fcf1

2h汽轮机

Wsh1h2（4）泵和压缩机 -Ws绝热节流

h1h2第三章 理想气体的性质与热力过程1.RPVmRgT 或R

PVnRT其中R8.314J/(molK)，3.定容比热与定压比热。

RgM定容比热cV

VdT

定压比热cp

qpdT对于理想气体，

cpcVRg

或 Cp,m,mR

(迈耶公式）p定义比热容比kcp，则cpcV

k Rk1g

，

1 Rk1g4.理想气体的定值摩尔热容。单原子气体双原子气体多原子气体CV,m3R25R27R2Cp,m5R27R29R2k1.671.401.295.理想气体的熵。

sclnT2Rlnv2Vg g当比热容为定值时，sclnT2Rlnp2 pggsc

T1lnp2c

p1lnv2Vp p6.各种热力过程的计算公式。过程过程方程式交换的功量交换量q/(J/的热kg)w/(J/kg)wt/(J/kg)定容v定数vv;T2p22 1T p1 10v(p1p2)cV(T2T1)定压p定数pp;T2v22 1T v1 1p(v2v1)或Rg(T2T1)0cp(T2T1)定温pv定数TT;p2v12 1p v1 2plnv211 1ww或T(s2)p vk21v2T vk21v2k1T2p2k p1v1p2v2k1或定熵pvk定数Rg(TT)kw0k1 1 2多变pvn定数p vn21v2T vn121v2n1T2p2n p2v2n1或Rg(TT)n1 1 2nwcn(T2T1) R cgV n1(T2T1)7.三种压缩过程。（理想状态下压气机所消耗的功即为技术功）（1）,T

ln pp2p

T1 k

n1k p2k p2n定熵（绝热）压缩：

,sk11p p n1

1

1k1n p2n p2k多变压缩：

,nn11p

T2，sT1p1

1比较：

,s

wt,n

wt,T

T2,sT2,nT2,T1pz1z8.多级压缩每级的增压比

p19.多级活塞式压气机的特点：10.喷管：使流体的压力降低，流速升高的管道称为喷管。11.扩压管：使流体的压力升高，流速降低的管道称为扩压管。12.喷管和扩压管流速变化与截面变化的关系。2kk12kk1 k p2k对于理想气体，出口流速

cf2

1p 1 pcr

k2k1临界压力比

cr p

k11 注：当当

p2/p1cr即2kk1pv112kk2kk1pv112kk1RTg1

p2pcrp2pcr

时，应选择渐缩喷管；时，应选择缩放喷管。临界流速c

f,cr 2k12k1k12k2k1p1v1

qmA22k12k1v1p12k p2kk p2kp1

qm,max

Amin14.绝热滞止。（1）滞止焓h

h1c20 2fc20（2）滞止温度T0

T

f2cpp（3）滞止压力p0

k pT0k1 T 第四章 热力学第二定律1.机械能可以自发的转化为热能，而热能却不能自发的转化为机械能。2.自发过程是不可逆的。3.热力学第二定律。（的。）t4.热机循环效率wnet1q2，适用于一切热力过程。t5.卡诺循环1→2为定温膨胀过程；2→3为定熵膨胀过程；3→4为定温压缩过程；4→1为定熵压缩过程。C卡诺循环热效率C

1q2T2(s2s1)1T2(s2) 结论：T1与低温热源T2T1T2，可以使卡诺循环的热效率提高。T1→∞T2＝0K都是不可能的。这说明通过热机循环不可能将热能全部转变为机械能。T1=T2（第二类永动机）是不可能的。6.逆卡诺循环。卡诺制冷循环的制冷系数C

TT1 2卡诺热泵循环的供热系数 C TT1 2PAGEPAGE197.卡诺定理。8.熵流（ΔSf）：熵流是由于系统和外界进行热量交换和物质交换而引起的熵变化。Sf0Sf0Sf0

吸热或工质流入放热或工质流出绝热或无工质流入流出熵产（ΔSg）：熵产是由于过程中系统内部存在不可逆因素造成作功能力的损失而引起熵的变化。Sg0Sg0

可逆过程不可逆过程对于一个不可逆过程，SSfSg9.克劳修斯不等式。克劳修斯积分等式Q0，用于可逆循环T克劳修斯不等式Q0，用于不可逆循环T10.孤立系统熵增原理：孤立系统的一切实际热力过程总是向着熵增加的方向进行。即熵只能增大，或者不变，绝不能减少。孤立系统，

Sf0从而

SisoSg0第五章 水蒸气与湿空气1.水蒸气的定压发生过程（1）水定压预热（2）饱和水定压汽化（3）干蒸汽定压过热3个阶段，5种状态。2.一点、两线、三区、五状态Cd1d231b2b3…（未饱和水区（湿蒸汽区（过热蒸汽区3.水蒸气的基本热力过程定容过程：w0,wtv(p1p2)qu2u1(h2h1)(p2p1)v定压过程：wp(v2v1),wt0qh2h1wquT(s2h2p2v2)qhT(s2h2)2q1TdsT(s21)2定熵过程：wu1u2,wth1h2,q04.pV称为露点温度，简称露点。5.湿空气的湿度（）绝对湿度V

mV

pV ，RgR T

461.5J/(kgK)最大绝对湿度s

g,VpsRg,VT（）相对湿度Vs（3）含湿量d0.622

pVpspV

0.622

ps

kg/kg(干空气)ppV5.湿空气的相对分子质量Mr

pps28.9710.954pVp湿空气的气体常数

Rg

28710.378pVp

J/(kgK)湿空气的密度

p287T

0.001317psT6.湿空气的焓hhahV1.005td(25011.842t)

kJ/kg(干空气)7.1

时，湿球温度Tw高于露点温度Td而低于干球温度T；1

时，干球温度、湿球温度、露点温度相等。第六章动力装置循环1.朗肯循环：朗肯循环系统是由水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器等四种主要设备组成。2.工作原理3→4：水在给水泵中的可逆绝热压缩过程消耗机械功 ws,344→5→6→1：水与水蒸气在锅炉中的可逆定压加热过程，定压吸热量

q1h1h41→2：水蒸气在汽轮机中的可逆绝热膨胀过程，对外输出机械功ws,12h1h22→3：乏汽在冷凝器中的定压放热过程，定压放热量

q2h2h3t3.朗肯循环热效率wnett

(h1h2)(h4h3)1h2h3

)

h1h4汽耗率d3600，单位wnet

kg/(kWh)4.提高朗肯循环热效率的基本途径是提高工质的平均吸热温度和降低平均放热温度。（1）从改变工质参数角度上来讲有：（即过热蒸汽②降低乏汽压力以降低平均放热温度；（2）其他途径：采用所谓“回热”、“再热”等措施，来提高5.混合加热循环（萨巴德循环）：柴油机理想循环（1）内燃机的几个特性参数压缩比v1，表示压缩过程中工质体积被压缩的程度。v2升压比

p3，表示定容加热过程中工质压力升高的程度。p2预胀比v4，表示定压加热时工质膨胀的程度。v3（2）热力过程的理想化T v

k12 11→2可逆绝热压缩过程212 1

k1T

Tk1v22→3可逆定容加热过程T3p3T

TTk1p2

3 2 13→4可逆定压加热过程T4v4T

T

Tk1T v

k

4

3k1

1

k

k14→5可逆绝热膨胀过程5

4

3

2

v5

v1

v1

k1TT Tk5 4 15→1可逆定容放热过程（3）混合加热循环的热效率q1cV(T3T2)cp(T4T3)q2cV(T5T1)q c(T

T)

TT

k1t121 V 5 1 1 5 1 1q c(TT)c(TT) (TT)k(TT)

k1[(1)k(1)]1 V 3 2

p 4 3

3 2 4 3当压缩比ελ增加及预胀比ρ6.定容加热循环（奥托循环）：汽油机的理想循环111t 定容加热循环的热效率只与压缩比ε有关，且随压缩比ε的增大而提高。7.定压加热循环（狄赛尔循环）:早期柴油机理想循环

11

k11t k当压缩比ε增加、预胀比ρ减8.三种活塞式内燃机理想循环的比较。（1）进气状态、最高压力、最高温度彼此相同。tVt,mt,p（2）进气状态、最高压力、吸热量彼此相同。t,pt,mtV9.燃气轮机装置的理想循环定压加热燃气轮机装置循环（布雷登循环）（1）四个过程1→2绝热压缩过程2→3定压加热过程3→4绝热膨胀过程4→1定压放热过程（2）循环特性参数循环中工质的吸热量为

q1cp(T3T2)工质放出的热量为

q2cp(T4T1)增压比p2p1T p

kk

k1pk T

k1参数关系

22

3

3k

p4q

T4c(TT)

T

11121p 4 111 1（3）循环热效率 t q

c(T

T)

T

k11 p 3 2

T2

31 kT2 （4）功量燃气轮机轴功

ws,34h3h4cp(T3T4)压气机轴功

ws,12h2h1cp(T2T1) 1 k输出净功

w w

w c

1 Tk1net

s,34

s,12

p3 k 1 k 第七章 制冷装置循环1.空气压缩式制冷循环1→2可逆绝热压缩过程2→3可逆定压放热过程3→4可逆绝热膨胀过程4→1可逆定压吸热过程空气压缩制冷系数

q2q2

1T2T31TT

1k1k11 42.蒸汽压缩制冷循环1→2绝热压缩过程2→3定压凝结放热过程3→4绝热节流过程4→1定压蒸发吸热过程制冷系数

q2q2

h1h3h2h13.制冷剂的特点（1）对应大气温度的饱和压力不要太高，并且与冷库温度对应的饱和压力不要太低，最好不要使装置在负压下运行；（2）汽化潜热要大，蒸汽比体积要小；（3）具有较高的临界温度；（4）液体的比热容要小；（5）具有化学上的稳定性。4.热泵热泵的供热系数q1wq2w w供热系数与制冷系数的关系1第八章热量传递的基本方式1.热量传递三种基本方式：热传导、热对流、热辐射。2.（导热3.导热基本定律：Atw1tw2tw1tw2 其中，Φ是热流量，单位是W;λ是热导率，单位是W/(m·K)；R

是导热热阻，单位K/W。 热流密度qtw1tw2，单位W/m2。A 4.5.6.牛顿冷却公式。

Ah(twtf)qh(twtf)其中，tw为固体壁面温度；tf为流体温度；h称为对流换热的表面传热系数,单位是W/(m2·K)。twtf1Ah

twtfRh

1称为对流换热系数，单位是K/W。AhPAGEPAGE297.（或者说由于物体自身的温度0.1~100μm之间。8.第九章 导热1.温度场：同一瞬间物体内所有各点的温度分布称为该物体在这一时刻的温度场。2.傅里叶定律：qgradttnn傅里叶定律只适用于各向同性物体。3.导热微分方程单值性条件（1）几何条件；（2）物理条件；（3）时间条件；（4）边界条件：①第一类边界条件：给出边界上的温度分布及随时间的变化规律。②第二类边界条件：给出边界上的热流密度分布及随时间的变化规律。③第三类边界条件：给出与物体表面进行对流换热的流体的温度tf及表面传热系数h。4.平壁的稳态导热（1）单层平壁稳态导热ttw1

tw1tw2x当热导率λ为常数时,平壁内温度呈线性分布。热流量AqAtw1tw2（2）多层平壁稳态导热tw1tw2tw2tw3tw3tw4

tw1tw4

tw1tw411

22

33

11

22

33

R1R2R35.圆筒壁的稳态导热（1）单层圆筒壁的稳态导热tt(t

t )ln(r/)w2w2

ln(r2/r1)壁内的温度分布为对数曲线，温度变化率的绝对值沿r方向逐渐减少。热流量

tw1tw2

tw1tw21

lnd2 d1（2）多层圆筒壁的稳态导热单位长度圆筒壁的导热热流量为 tw1tw4

tw1tw423

11

lnd2d1

12

lnd3d2

13

lnd4d36.球壁的稳态导热1d2t

tw2)7.肋片的稳态导热肋片过余温度ch[m(Hx)]0 ch(mH)散热量

0th(mH)

U0th(mH)肋片效率f

m0

th(mH)mH8.毕渥准则Bihll/ 1/hτ时刻的时间与温度变化波及到l2面积所需要的时间之比。傅里叶准则Foa，物体内部的导热热阻δ/λ与边界处的对l2流换热1/h之比。第十章 对流换热1.边界层理论（1）（δl（2）流场划分为边界层区和主流区。流动边界层内存在较大的速度梯度，是发生动量扩散（即粘性力作用）的主要区域。主流区的流体可近似为理想流体；热边界层内存在较大的温度梯度，是发生热量扩散的主要区域，热边界层之外温度梯度可以忽略。（3）根据流动状态，边界层分为层流边界层和湍流边界层。湍（4）在层流边界层与层流底层内，垂直于壁面方向上的热量传递主要靠导热。湍流边界层的主要热阻在层流底层。2.外掠平板层流换热分析速度边界层5.0Re1/2x x局部摩擦系数cf,x0.664Rex1/2热边界层厚度t

Pr1/3局部对流换热系数h

Nu

1/ 1/2 1/3平均对流换热系数

x xx x xh2hl即平板全长的平均表面传热系数h是平板末端（x=l）局部表面传热系数hl的2倍。努塞尔数

Nu0.664Re1/2Pr1/33.对流换热的相似理论（1）物理现象相似性质①热现象相似，努塞尔准则Nu相等；②受迫运动场相似，雷诺准则Re相等；③自然运动场相似，格拉晓夫准则Gr相等；④流体的物性相似，普朗特准则Pr相等。（2）准则的物理意义①努塞尔准则Nuhl，分子是实际壁面处的温度变化率，分母是厚为l的流体层导热机理引起的温度变化率。表征流体在壁面外法线方向上的平均无量纲温度梯度，其大小反映对流换热的强弱。②雷诺准则Reul，表征流体惯性力和粘性力的相对大小。③格拉晓夫准则Gr

32

，表征表明浮升力和粘性力的相对大小。④普朗特准则Pr，表征流体动量扩散率与热量扩散率的相对a大小。Pr1ct

速度边界层厚度小于温度边界层厚度。Pr1ctPr1ct

速度边界层厚度等于温度边界层厚度。速度边界层厚度大于温度边界层厚度。（3）相似理论的三个定理①第一定理：如果现象相似，则同名准则相等。②第二定理：准则式是表征现象微分方程组的解。（4）定性温度：确定流体物性的温度，从而把物性当作常量处理。定性尺寸：对流换热影响最大的尺寸。4.管内强迫对流换热定性温度：流体平均温度tf；定性尺寸：ld d1/30.14（Re<2300）

Nuf

1.86RefPrf l

fw（Re>10000）

Nu0.023Re0.8Prn,

n0.4

twtff f f

0.3

twtf5.外掠平板强迫对流换热tm

1(t2 f

tw

)定性尺寸 l（1）层流（Re<5×105）：Nu0.664Re1/2Pr1/3（2）湍流（Re>5×105）：Nu0.037Re0.8Pr1/36.横掠单管强迫对流换热tfd；uwNuCRenPrm(Pr/Prw

)1/4对于Pr≤10的流体，m=0.37；Pr>10的流体，m=0.36。7.横掠管束强迫对流换热定性温度：流体平均温度tf；定性尺寸：管外径d；u取最小截面处的流速。

Pr

0.25f fnNuCRemPr0.36ff fnf8.大空间自然对流换热

Prwtd板）H。NuC(GrPr)n9.凝结换热：蒸汽被冷却凝结变成液体的换热过程。沸腾换热：液体被加热沸腾变成蒸汽的换热过程。10.冷凝器为什么水平放置？如果管子竖直放置，则需按竖直壁面层流膜状凝结换热的计算公式

g3

1/4计算。比较式

g3

1/4可知，sshss

tw

h

twH/d=5011.沸腾换热（1）大容器饱和沸腾（池沸腾）加热面浸在液体自由表面之下，液体无宏观流速，气泡可以自由浮升，这时液体发生的沸腾现象叫大容器饱和沸腾。（2）管内沸腾（强制沸腾）第十一章 辐射换热1GW/m2。2.吸收比G,反射比G,透射比G:

1G G G3.绝对黑体：吸收比α=1的物体称为绝对黑体，简称黑体；镜体：反射比ρ=1的物体称为镜体，漫反射时称为白体；绝对透明体：透射比τ=1的物体称为绝对透明体。4.辐射力（E）：单位时间内，单位面积的物体表面向半球空间W/m2。C5b5.普朗克定律：E 1beC2(T)1结论：① F

单色辐射力与波长、温度有关，一个温度对应一条曲线；②曲线下的面积是辐射力;③在一定的温度下，黑体的光谱辐射力在某一波长下具有最大值；④由图可知，随温度的升高，最大波长向左移动。得出维恩位移定律

x

T2