熱工學(xué)原理期末復(fù)習(xí)解讀

1、20132014學(xué)年度第二學(xué)期期末復(fù)習(xí)熱工學(xué)原理第一章：基本概念一、名詞解釋1、熱力系統(tǒng)（1）（2）（3）（4）P910）（控制質(zhì)量系統(tǒng)） （控制容積系統(tǒng)）閉口系統(tǒng) 開(kāi)口系統(tǒng) 絕熱系統(tǒng)：與外界無(wú)熱量交換的系統(tǒng)。 孤立系統(tǒng)：與外界既無(wú)能量（功、熱）交換又無(wú)物質(zhì)交換的系統(tǒng)。:與外界無(wú)物質(zhì)交換的系統(tǒng)。:與外界有物質(zhì)交換的系統(tǒng)。2、狀態(tài)參數(shù)（P1012）（1）狀態(tài)參數(shù)：用于描述工質(zhì)所處狀態(tài)的宏觀物理量。(2)F,P =。A溫度：宏觀上，溫度是用來(lái)標(biāo)志物體冷熱程度的物理量；微觀上，氣體的溫度是組成 t=T- 273.15K。V 、V，單位：m壓力：?jiǎn)挝幻娣e上所受到的垂直作用力（即壓強(qiáng)）（3）氣體的大量分

2、子平均移動(dòng)動(dòng)能的量度。（4）比體積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的工質(zhì)所占有的體積,m3/kg。kg/m3。（5）密度：?jiǎn)挝惑w積工質(zhì)的質(zhì)量，-, h =1，單位:3、熱力過(guò)程（P13）系統(tǒng)由一個(gè)狀態(tài)到達(dá)另一個(gè)狀態(tài)的變化過(guò)程稱為熱力過(guò)程，簡(jiǎn)稱過(guò)程。4、可逆過(guò)程（P14）如果系統(tǒng)完成了某一過(guò)程之后，再沿著原路徑逆行而回到原來(lái)的狀態(tài)，外界也隨之回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)而不留下任何變化，則這一過(guò)程稱為可逆過(guò)程。二、問(wèn)答題問(wèn)測(cè)量其1、（ 1 - 2）表壓力或真空度能否作為狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行熱力計(jì)算？若工質(zhì)的壓力不變， 壓力的壓力表或真空計(jì)的讀數(shù)是否可能變化？ 答：不能，因?yàn)楸韷毫蛘婵斩戎皇且粋€(gè)相對(duì)壓力。若工質(zhì)的壓力不變，測(cè)量其壓力的壓

3、力 表或真空計(jì)的讀數(shù)可能變化，因?yàn)闇y(cè)量所處的環(huán)境壓力可能發(fā)生變化。2、（ 1-3）當(dāng)真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測(cè)對(duì)象的實(shí)際壓力愈大還是愈?。?答：真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測(cè)對(duì)象的實(shí)際壓力愈小。3、（ 1-4）準(zhǔn)平衡過(guò)程與可逆過(guò)程有何區(qū)別？答：無(wú)耗散的準(zhǔn)平衡過(guò)程才是可逆過(guò)程，所以可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)平衡過(guò)程，而準(zhǔn)平衡過(guò)程不是可逆過(guò)程。第二章：熱力學(xué)第一定律一、名詞解釋熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)（P21（1 ）熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)就是熱力過(guò)程中的能量守恒和轉(zhuǎn)換定律。（2 ）熱力學(xué)第一定律的表述 在熱能與其他形式能的互相轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能的總量始終不變。 不花費(fèi)能量就可以產(chǎn)生功的第一類永動(dòng)機(jī)是不可能造成功的

4、。二、計(jì)算題（2- 8）空氣在某壓氣機(jī)中被壓縮，壓縮前空氣的參數(shù)為P1=0.1MPa , V1=0.845m3/kg ；壓縮后為P2=0.8MPa , V2=0.175m3/kg。若在壓縮過(guò)程中每千克空氣的熱力學(xué)能增加為146.5J,10kg。同時(shí)向外界放熱50kJ，壓氣機(jī)每分鐘生產(chǎn)壓縮氣體 試求：（1）壓縮過(guò)程中對(duì)每千克空氣所作的壓縮功；（2）生產(chǎn)1kg壓縮空氣所需的軸功；(3) 帶動(dòng)此壓氣機(jī)所需功率至少為多少( kW)?解：(1) w =q r ；u =-50 _146.5 kJ/kg = _196.5kJ / kg。(2) 忽略氣體進(jìn)出口宏觀動(dòng)能和勢(shì)能的變化，則有軸功等于技術(shù)功。Ws =

5、q - Ah - -50 -146.5 -(0.8 0.175 -0.1 0.845) 103kJ /kg - -252kJ/kg 。(3) P 一I 嚴(yán) 10kW=42kW。60 60第三章：理想氣體的性質(zhì)與熱力過(guò)程、名詞解釋 1理想氣體狀態(tài)方程式(P33)R pV =mRgT =m T = nRT , R=8.314J/(mol K)。M.口.冋1K (或1C)所需要的熱量稱為該物體的熱容量，簡(jiǎn)稱熱容。2、熱容(P3537)(1) 熱容：物體溫度升C 二 dT dt，單位為 J/(kg K)(2) 比熱容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)的熱容量稱為該物質(zhì)的比熱容(質(zhì)量熱容) 或 kJ/(kg K), c q

6、 q。dT dt(3) 比定容熱容q = 9 二二匕。比定容熱容是在體積不變的情況下比熱力學(xué)能對(duì)溫度dTVT 丿v1K時(shí)比熱力學(xué)能的變化量。的偏導(dǎo)數(shù)，其數(shù)值等于在體積不變的情況下物質(zhì)溫度變化(4) 比定壓熱容Cp二也 -。比定容熱容是在壓力不變的情況下比晗對(duì)溫度的偏P dT &T 丿p導(dǎo)數(shù)，其數(shù)值等于在壓力不變的情況下物質(zhì)溫度變化1K時(shí)比晗的變化量。(5) 邁耶公式：Cp Cv =Rg , Cp,m Cv,m =R ( Cp,m、C/,m分別為摩爾定壓熱容、摩 爾定容熱容)CY1(6) 比熱容比，CpRg， CvRg。cV； -1； -13、混合氣體的成分(P45)(1) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)：如果混合氣

7、體由k種組元?dú)怏w組成，其中第 i種組元的質(zhì)量 mi與混合氣體kk總質(zhì)量m的比值稱為該組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，wmL , m=E m，瓦Wj=1。mi diT(2) 摩爾分?jǐn)?shù)：如果混合氣體由k種組元?dú)怏w組成，其中第i種組元的物質(zhì)的量 ni與混合n.kk氣體的物質(zhì)的量n的比值稱為該組元的摩爾分?jǐn)?shù)，x.=匕,n =嘉nix. =1。nim(3) 體積分?jǐn)?shù)：如果混合氣體由k種組元?dú)怏w組成，其中第 i種組元的分體積 Vi與混合氣V kk體總體積V的比值稱為該組元的體積分?jǐn)?shù)，i 1 , V V. -1oV i d i d4、理想氣體的基本熱力過(guò)程(P5061)(1) 定容過(guò)程：氣體比體積保持不變的過(guò)程稱為定容過(guò)程

8、。(2) 定壓過(guò)程：氣體壓力保持不變的過(guò)程稱為定壓過(guò)程。(3) 定溫過(guò)程：氣體溫度保持不變的過(guò)程稱為定溫過(guò)程。(4) 絕熱過(guò)程：氣體與外界沒(méi)有熱量交換的狀態(tài)變化過(guò)程稱為絕熱過(guò)程?？赡娼^熱過(guò)程稱 為定熵過(guò)程。各種熱力過(guò)程的計(jì)算公式過(guò)程過(guò)程方程式初、終狀態(tài) 參數(shù)間的關(guān)系交換的功量交換的熱量q/(J/kg)w/(J/kg)wt/(J/kg)定容v=定數(shù)T2p2V2 = Vi ；=Tipi0V(P2 Pi )Cv(T2 -Ti )定壓p=定數(shù)T2V2P2 = Pi ;= 一TiViP(V2 Vi ) 或 RgTi)0Cp(T2 Ti)定溫pv=定數(shù)TTi ;2PiV2.V2PiV| In Viww定熵

9、pvK=定數(shù)P2 PiTi 1T2_Ti&2丿P2 ;Pi丿)c|0 ,t2t _ tit,t2 c02 c0【i|t2t2t2ti112112t又因?yàn)?乙=:二(ctiC0)t2=(入c)tiA0=ctjc0 ,故可知c|t；最大。t2 一ti又因?yàn)閏；tiILdc2L o2IL-to1Ldcti缶-t2)o cdt ti t cdtt1t2t1t2ti0tit2tit23、( 3 - 3)如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式遵循pv二,這種物質(zhì)的比熱容一定是常數(shù)嗎？這種物質(zhì)的比熱容僅是溫度的函數(shù)嗎？答：不一定，比如理想氣體遵循此方程，但是比熱容不是常數(shù)，是溫度的單值函數(shù)。這種物質(zhì)的比熱容不一定僅是溫度

10、的函數(shù)。由比熱容的定義，并考慮到工質(zhì)的物態(tài)方程可得到：d q d(:u w) du d w du d v ducpRa，由此可以看出，如果dT dTdT dT dT dT dT a(ti 一t2)tiC+ (tt1)t1cti(t2 ti )ti(Cti-) 0，所以c |0最小。dT工質(zhì)的內(nèi)能不僅僅是溫度的函數(shù)時(shí)，則此工質(zhì)的比熱容也就不僅僅是溫度的函數(shù)了。4、( 3 -4)在U - V圖上畫(huà)出定比熱容理想氣體的可逆定容加熱過(guò)程、可逆定壓加熱過(guò)程、 可逆定溫加熱過(guò)程和可逆絕熱膨脹過(guò)程。答：圖中曲線1為可逆定容加熱過(guò)程；2為可逆定壓加熱過(guò)程；3為可逆定溫加熱過(guò)程；4 為可逆絕熱膨脹過(guò)程。 因?yàn)榭?/p>

11、逆定容加熱過(guò)程容積 v不變，過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能增加， 所以為曲 線1,從下向上。理 想 氣 體 的 可 逆 定 壓 加熱 過(guò) 程 有 ：du = TCp -P dv = Pi 空 一1 dv = gdv二 u =c1yv c2,I v 丿 IR .丿&和C2為常數(shù)，且考慮到 v = 0時(shí)，u = 0,所以C2 = 0; u = Civ ,所以此過(guò)程為過(guò)原點(diǎn)的射線2，且向上。理想氣體的可逆定溫加熱過(guò)程有：cu =q - w=0= q =w . 0 ,氣體對(duì)外做功，體積增加，所以為曲線3，從左到右。理想氣體的可逆絕熱膨脹過(guò)程有：du - - pdv二-氣dv= u 纟 二亠C2 (* c2為常數(shù))vk

12、 一1 v所以為圖中的雙曲線 4,且方向朝右(膨脹過(guò)程)。三、計(jì)算題1、( 3- 2)體積為0.027m3的剛性儲(chǔ)氣筒，裝有壓力為 7X 105pa、溫度為20C的空氣。筒 上裝有一排氣閥，壓力達(dá)到 8.75 X 105Pa時(shí)就開(kāi)啟，壓力將為 8.4 X 105Pa時(shí)才關(guān)閉。若由于 外界加熱的原因，造成閥門(mén)開(kāi)啟。問(wèn)：(1)當(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，筒內(nèi)溫度為多少？p2、V2、T2和 m2，閥 V| = V2 =V3，且 m = m2。3(2)因加熱而失掉多少空氣？設(shè)筒內(nèi)空氣溫度在排氣過(guò)程中保持不變。解：設(shè)氣體的初態(tài)參數(shù)為V、和m，閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)氣體的參數(shù)為門(mén)重新關(guān)閉時(shí)氣體的參數(shù)為p3、V3、T3和m3，考慮到

13、剛性容器有：(1) 當(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，貯氣筒內(nèi)壓力達(dá)到8.75X 105Pa,所以此時(shí)筒內(nèi)溫度和氣體質(zhì)量分別為：p28.75I05T2 二壬 竺=20 273.15 K =366.44K ,p17 10m = m2kg = 0.225kg 。RgT1287 20 273.15v閥門(mén)重新關(guān)閉時(shí)，筒內(nèi)氣體壓力降為8.4X 105Pa,且筒內(nèi)空氣溫度在排氣過(guò)程中保持p3Vjp3Vj8.4 105 0.027.所以此時(shí)筒內(nèi)氣體質(zhì)量為m3 = = =kg = 0 216kg 。RgT3 RgT287 漢 366.44因加熱失掉的空氣質(zhì)量為Am =m2 -m3 =0.225 - 0.216 kg = 0.00

14、9kg。(2)不變,所以,p1V17 105 0.0272、(3 - 3) 一絕熱剛體氣缸，被一導(dǎo)熱的無(wú)摩擦的活塞分成兩部分。最初活塞被固定在某一位置，氣缸的一側(cè)儲(chǔ)有 0.4MPa、30C的理想氣體 0.5kg，而另一側(cè)儲(chǔ)有 0.12MPa、30C、0.5kg 的同樣氣體。然后松開(kāi)活塞任其自由移動(dòng)，最后兩側(cè)達(dá)到平衡。設(shè)比熱容為定值試求：(1)平衡時(shí)的溫度(C) ； (2)平衡時(shí)的壓力(MPa)。解：(1)氣體可以看作是理想氣體，理想氣體的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，選取絕熱氣缸內(nèi)的兩部分氣體共同作為熱力學(xué)系統(tǒng)，在過(guò)程中，由于氣缸絕熱，系統(tǒng)和外界沒(méi)有熱量交換，同時(shí)氣缸是剛性的，系統(tǒng)對(duì)外作功為零，故過(guò)程

15、中系統(tǒng)的內(nèi)能不變，而系統(tǒng)的初溫為30C,所以平衡時(shí)系統(tǒng)的溫度仍為 30C。(2)設(shè)氣缸一側(cè)氣體的初始參數(shù)為p1、V1、和m1，終態(tài)參數(shù)為p；、V1、T1，另一側(cè)氣體的初始參數(shù)為P2、VT2和m2，終態(tài)參數(shù)為P2、VT2,重新平衡時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的總體積不變，所以先要求出氣缸的總體積。0.4 106Vm1R= 0.5 2873 627315 m3 二 0.109m3 ,P1mzRgT20.5X287U30+273.15) 3V26mP20.12 10V、= y V2 =0.109 0.363m3 = 0.471m3 終態(tài)時(shí)，兩側(cè)的壓力相同，即P1V1 _ P1V1 _ pV1 P2V2 _ P2V2

16、T T1 T1 ，T2 - T2pV, = P1V1, p V總-V= P2V2 戒 p2V20.4 106 0.109 0.12 106 0.303p60.12 103=0.363m ,P1 = P2 二 P，P(V 總一V=7、V。對(duì)兩側(cè)分別寫(xiě)出狀態(tài)方程,T2pV總二P1V1 P2V2=終態(tài)時(shí)的壓力65Pa = 18466102Pa=1.85 10 Pa。V、0.4723、(3- 4) 5kg的Ar氣體經(jīng)歷了一熱力學(xué)能不變的過(guò)程，初態(tài)為p1=6.0X 105Pa、=600K ,膨脹終了的體積 V2=3V1。Ar氣體可作為理想氣體，設(shè)比熱容為定值，Rg=0.208kJ/(kg K),求終溫、

17、終壓及總熵變量。解：由于Ar可看作理想氣體，理想氣體的內(nèi)能時(shí)溫度的單值函數(shù)，過(guò)程中內(nèi)能不變，故終V1溫T600K，由狀態(tài)方程可求出終壓為p2 = p1二=6.0 105 Pa =2.0 105 Pa。V235踐=-5 0.208 In 2.0 105 kJ/K =1.143kJ/K。 p6.0 105P1=0.3MPa、t1=30 C經(jīng)下列不同過(guò)程膨脹到同一終壓(3) n=1.2。試比較不同過(guò)程中空氣對(duì)外作的膨脹功、交2 dT ,Cp - mRg|n4、( 3 - 7) 6kg的空氣，由初態(tài) p2=0.1MPa ; (1)定溫;(2)定熵; 換的熱量和終溫?？傡刈兞縜s =解：(1)定溫：TT

18、2 -30 273.15 K =303.15K。由理想氣體的狀態(tài)方程可得到初終態(tài)的體積：mRT 6漢287漢303.15 33 、，mRT? 6787303.15 3 廠 “ 3M6 m -1.74m , V26 m =5.22m。p0.3 106P20.1 106所以氣體對(duì)外所作的功和吸收的熱量分別為：v2v5 22W 二 pdVnm&Tjn 2 =6 287 303.15 In J =573502.311 J =573.5kJ , V1V11.74q 二 _W = -573.5kJ。)定熵：相當(dāng)于可逆絕熱過(guò)程，氣體對(duì)外所作的功和熱量分別為：vkp 忙41 401 工 105 1.4W =

19、V2 pdVpM1-(旦廠6 287 303.15 1 -( 呂)1.4 JV1瓷 一1p11.4 10.3漢10=492216.7935J =492.22kJp 00 1 X106 DQ=0,終溫 T2 =久(也)=303.15 ( ) 1.4 K =221.48K。、0.3 漢 106(3) n=1.2 :為多變過(guò)程，根據(jù)過(guò)程方程可得到氣體的終溫門(mén)亠01X10 1.2 4T2 =T；(-P2)V =303.15 ( )Pk =252.43K。p0.3 10氣體對(duì)外所作的功和熱量分別為：mRT|P2 W- 1-(也)nn-1P1n 忙Q =mc/(T2 -T1)6 287 303150.1

20、106 %1()1.2 J =43671辺4J =43672kJ, 1.2-10.3 106T1) 口 =6 漢0287汽(2524330315$1：14kJ = 21835kJ。n1 -1n11.4-11.21oc5、( 3 - 8) 一氧氣瓶的體積為 0.04m ,內(nèi)盛Pi=147.1 X 10 Pa的氧氣，其溫度與室溫相同，即ti=to=2O CO (1)如開(kāi)啟閥門(mén)，使壓力迅速下降到p2=73.55 X 105Pa,求此時(shí)氧氣的溫度 t2和所放出的氧氣的質(zhì)量; (2)閥門(mén)關(guān)閉后，瓶?jī)?nèi)氧氣的溫度與壓力將怎樣變化；(3 )如放氣極為緩慢，以致瓶?jī)?nèi)氣體與外界隨時(shí)處于熱平衡，當(dāng)壓力自147.1

21、X 105pa降到73.55 X 105Pa時(shí)，所放出的氧氣較第一種情況是多還是少？解：(1)如果放氣過(guò)程很快，瓶?jī)?nèi)氣體來(lái)不及和外界交換熱量，同時(shí)假設(shè)容器內(nèi)的氣體在放 氣過(guò)程中，時(shí)時(shí)處于準(zhǔn)平衡態(tài)，過(guò)程可看作可逆絕熱過(guò)程。1-瓷147 1 1門(mén)51丄4所以氣體終溫 T2(旦)=20 273.15 ( )F K =240.48K。p273.55工 105瓶?jī)?nèi)原來(lái)的氣體質(zhì)量 m 日呂147.1 10 004 kg二7.73kg。RgT18.314川20 + 273.15)32 10；放氣后瓶?jī)?nèi)氣體的質(zhì)量5P2 73.55 10 叫=4.71kgRgT2旳4, 240.4832 10所以放出的氧氣質(zhì)量

22、為.m = g -m2 = 7.73-4.71 kg = 3.02kg。(2)閥門(mén)關(guān)閉后，瓶?jī)?nèi)氣體將升溫，直到和環(huán)境溫度相同，即T3=20+273.15(K)=293.15K , 壓力將升高，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可得到，最終平衡時(shí)的壓力為T(mén)35 293.156氏=卩2亠=73.55 10Pa =8.97 10 Pa。T2240.48(3)如果放氣極為緩慢，以至瓶?jī)?nèi)氣體與外界隨時(shí)處于熱平衡，即放氣過(guò)程為定溫過(guò)程，5所以放氣后瓶?jī)?nèi)的氣體質(zhì)量為m2 型=咕 =73.55 10 型 kg = 3.86kg ,RgT2RgT18.314/293.1532 10.imm -m27.73 -3.86 kg

23、= 3.87kg，故所放的氧氣比的一種情況多。第四章：熱力學(xué)第二定律一、名詞解釋熱力循環(huán)(P8485)(1) 熱力循環(huán)：工質(zhì)經(jīng)過(guò)一系列的狀態(tài)變化，重新回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的全部過(guò)程。(2 )正向循環(huán)(動(dòng)力循環(huán)、熱機(jī)循環(huán))：將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的循環(huán)。循環(huán)熱效率七二如二2亠=1 一念oQ1Q1Q1(3)逆向循環(huán)：消耗外界提供的功量，將熱量從低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩吹难h(huán)。(4)制冷裝置的制冷系數(shù) :二d = QWnetQ2 一 Q1(5 )熱泵的供熱系數(shù)；=-二Q1。WnetQi - Q2一、名詞解釋1、等溫線與等勢(shì)面(P175)第九章：導(dǎo)熱在同一時(shí)刻，溫度場(chǎng)中溫度相同的點(diǎn)所連成的線或面。2、溫度梯度(P

24、175)溫度梯度表示等溫面法線方向的溫度變化，gradt n。溫度梯度是矢量，其方向沿等溫面的法線指向溫度增進(jìn)的方向。3、熱導(dǎo)率（P177）熱導(dǎo)率是物質(zhì)的重要熱物性參數(shù)，表示該物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小。-一4，熱導(dǎo)率的值等于溫度梯度的絕對(duì)值為1K/m時(shí)的熱流密度值。gradt4、邊界條件（P185186）所以需要說(shuō)明導(dǎo)熱物體邊界因?yàn)槲矬w內(nèi)部的導(dǎo)熱現(xiàn)象總是在外部環(huán)境的作用下發(fā)生的， 上的熱狀態(tài)以及與周圍環(huán)境之間的相互作用。tw = f X, y, z,。（1）第一類邊界條件給出物體邊界上的溫度分布及其隨時(shí)間的變化規(guī)律 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，tw =常數(shù)；非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，tw二f 。qf x,y, z,.。（2）第二類

25、邊界條件給處物體邊界上的熱流密度分布及其隨時(shí)間的變化規(guī)律 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，qw=常數(shù)；非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，qw = f 。tf及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h：（3）第三類邊界條件給出了與物體表面進(jìn)行對(duì)流換熱的流體溫度-htw -tf。w二、問(wèn)答題1、（ 9- 3）為什么導(dǎo)電性能好的金屬導(dǎo)熱性能也好？答：導(dǎo)電快的金屬電子運(yùn)動(dòng)更頻繁和自由，因此對(duì)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的傳遞也就快，也就是導(dǎo)熱快。因此，導(dǎo)電性能好的金屬導(dǎo)熱性能也好。為了獲得某一具體 稱為定解條件。對(duì) 即給出初始時(shí)刻溫度分布的初始條件，以及給出2、（ 9 -4） 一個(gè)具體導(dǎo)熱問(wèn)題的完整數(shù)學(xué)描述應(yīng)包括哪些方面？ 答：導(dǎo)熱微分方程及定解條件構(gòu)成了一個(gè)具體導(dǎo)熱問(wèn)題的完整數(shù)學(xué)描述

26、。 導(dǎo)熱問(wèn)題的溫度分布，還必須給出用以表征該特定問(wèn)題的一些附加條件， 于非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題， 定解條件有兩個(gè)方面， 導(dǎo)熱物體邊界上溫度或換熱情況的邊界條件。3、（ 9 - 5）何謂導(dǎo)熱問(wèn)題的單值性條件？它包含哪些內(nèi)容？答：（1 ）導(dǎo)熱問(wèn)題的單值性條件就是使導(dǎo)熱微分方程式具有唯一解的補(bǔ)充條件。（2）單值性條件一般包括：幾何條件、物理?xiàng)l件、時(shí)間條件、邊界條件。4、（ 9-6）試說(shuō)明在什么條件下平板和圓筒壁的導(dǎo)熱可以按一維導(dǎo)熱處理。答：（1 ）當(dāng)平壁的兩表面分別維持均勻恒定的溫度時(shí)，平壁的導(dǎo)熱為一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。（2）由于圓筒壁內(nèi)的溫度只沿徑向變化，故若采用圓柱坐標(biāo)系，則圓筒壁內(nèi)的導(dǎo)熱為一維 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。5、

27、（ 9 - 7）試用傳熱學(xué)觀點(diǎn)說(shuō)明為什么冰箱要定期除霜。答:冰箱結(jié)了霜后，阻礙了冰箱里的空氣與制冷管周圍冷空氣的熱量交換，使制冷效率降低,冰箱的熱量交換通過(guò)冰箱壁傳導(dǎo)， 冰箱結(jié)霜后相當(dāng)于增加了熱阻；而冰箱除霜就是為了減小 熱阻，使冰箱降低功率損耗，節(jié)約電能，且制冷快。第十章：對(duì)流換熱一、名詞解釋1相似分析（P258）（1 ）由描述物理現(xiàn)象的方程式導(dǎo)出相似特征數(shù)的方法叫做相似分析。（2）A、B兩個(gè)常物性、不可壓縮牛頓流體外掠等壁溫平板的對(duì)流換熱現(xiàn)象相似，努塞爾數(shù) Nu、雷諾數(shù)Re、普朗特?cái)?shù)Pr分別相等。（3）彼此相似的物理現(xiàn)象，同名的相似特征數(shù)相等。2、相似特征數(shù)（P258259、P282）h

28、I（1 ）努塞爾數(shù)Nu二一，表征流體在壁面外法線方向上的平均無(wú)量綱溫度梯度，其大小反 映對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。（2）雷諾數(shù)Re二世，表征流體慣性力與粘性力的相對(duì)大小。低雷諾數(shù)狀態(tài)下對(duì)流換熱強(qiáng)v度小于高雷諾數(shù)狀態(tài)。icp(3) 普朗特?cái)?shù)Pr.匕，是流體的物性特征數(shù)，表征流體動(dòng)量擴(kuò)散能力與熱量擴(kuò)散能a力的相對(duì)大小，反映流體物理性質(zhì)的無(wú)因次準(zhǔn)則數(shù)。(4) 格拉曉夫數(shù)Gr二，表征浮升力與粘性力的相對(duì)大小，反映自然對(duì)流的強(qiáng)弱。vGr越大，浮升力的相對(duì)作用越大，自然對(duì)流越強(qiáng)。二、問(wèn)答題1、 (10 - 12)分別寫(xiě)出努塞爾數(shù) Nu、雷諾數(shù)Re普朗特?cái)?shù)Pr、格拉曉夫數(shù) Gr的表達(dá)式, 并說(shuō)明它們的物理意義。2、(

29、10 - 14)何謂管內(nèi)流動(dòng)充分發(fā)展段和熱充分發(fā)展段？有何特點(diǎn)？答：(1 )流動(dòng)充分發(fā)展段當(dāng)流動(dòng)邊界層的邊緣在圓管的中心線匯合之后，圓管橫截面上的速度分布沿軸向不再變 化，這時(shí)稱流體進(jìn)入了流動(dòng)充分發(fā)展階段。特點(diǎn)：a)沿軸向的速度不變，即U = 0 ,其他方向的速度為零。dxb)圓管橫截面上的速度分布為拋物線形分布，可表達(dá)為ur=2 1-UmR2dp64c)沿流動(dòng)方向的壓力梯度不變，即=常數(shù)，阻尼系數(shù)f為常數(shù)：fdxRe3、( 10- 15)試說(shuō)明在運(yùn)用特征數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算對(duì)流換熱問(wèn)題時(shí)應(yīng)該注意哪些問(wèn)題？ 答：(1)注意流體的流動(dòng)狀態(tài)，是湍流、層流還是過(guò)渡段；(2)注意各個(gè)關(guān)聯(lián)式的 Re或Pr數(shù)的適

30、用范圍。三、計(jì)算題1、(10 - 11)有一外徑為25mm、長(zhǎng)為200mm的水平圓管橫置在風(fēng)洞之中進(jìn)行空氣橫掠的 對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)，管內(nèi)用電加熱器加熱。已測(cè)得圓管外壁面的平均溫度為100 C,來(lái)流空氣溫度為20C、流速為5m/s，試計(jì)算圓管外壁面對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和電加熱器的功率。tfFf20+40解：設(shè)出口溫度tf=40C，空氣平均溫度tf -C二30C。2 2 由空氣的物性表得：k =0.0267W/(mC ),屮=16x10出m2/s ,Prf =0.701, Pr 0.688 , Re 二硼=5 25 叮=7812.5。f 、 16 10 由管束平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的關(guān)聯(lián)式(茹卡烏思卡斯公

31、式)得：。0.250.25n 0.37 I Prf ；0 60 370.701 !Nuf=CRePrf 丨=0.26沃7812.5 .疋0.701 . 父 I =49.613 ,IP：丿10.688 丿:二 Nu-49.613 0.02673W/ m2 C =52.99W/m2C。d25 10校核計(jì)算換熱量Q1 = ：Ftm 58.23W/ m2 C ,校核計(jì)算獲得熱量 Q2 =Gcp tf-tf =52.99W/ m2 C。2、(10 - 12)在一鍋爐煙道中有一 6排管順排構(gòu)成的換熱器。已知管外徑d=60mm，管間距S1/d=S2/d=2，管壁平均溫度tw=100C，煙氣平均溫度 tf=5

32、00C,管間最窄通道處的煙氣流速 u=8m/s。試求管束外壁面和煙氣間對(duì)流換熱的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：tf=500C,由空氣的物性表得： =0.0574W/m C ,、=79.38 10m2/s ,u d8漢60漢10“Prf =0.687, Prw =0.688 , Re 二駟 二=6064.86。f79.38 10= 0.27 6046.8603 0.687.36由管束換熱關(guān)系式(茹卡烏思卡斯公式)得：fPr 嚴(yán)50.630.36 PrfNuf =0.27 Re fPrf-Z丿所以，h = Nu f 仝=56.87 疋 .5743 W /(m2 C )= 54.41W/(m2 C )。 d

33、60x10尹J.25霜=5687，1、名詞解釋對(duì)于n層不同材料組成的無(wú)內(nèi)熱源的多層圓管的穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程，熱流量tf1 -tf22、tf1 tf 2nRh1 二 R i Rh2i 4換熱器(P344)丄丄宀亠d1lh12二 di dn dlh2。(P339)(1 )定義：用來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量從熱流體傳遞到冷流體的裝置稱為換熱器。(2 )分類：按照其工作原理，可分為混合式、蓄熱式及間壁式三大類。 混合式換熱器的工作特點(diǎn)： 蓄熱式換熱器的工作特點(diǎn)： 實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)的熱量交換。 間壁式換熱器的工作特點(diǎn)：冷、熱流體通過(guò)直接接觸、互相混合來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量交換。 冷、熱兩種流體依次交替地流過(guò)換熱器的同一換熱面(蓄熱體)過(guò)程是由

34、熱流體與壁面間的對(duì)流換熱、 的傳熱過(guò)程。換熱器內(nèi)冷、熱流體由壁面隔開(kāi)， 熱量由熱流體到冷流體傳遞 壁的導(dǎo)熱、壁面與冷流體間的對(duì)流換熱三個(gè)環(huán)節(jié)組成第十二章：傳熱過(guò)程與換熱器3、間壁式換熱器的分類(P344347)(1) 管殼式換熱器：管殼式換熱器是由管子和外殼構(gòu)成的換熱裝置。最簡(jiǎn)單的管殼式換熱器，也稱為套管式換熱器。根據(jù)冷、熱流體的相對(duì)流動(dòng)方向不同又有順流及逆流之別，逆流換熱效率咼。(2) 肋片管式換熱器(翅片管是換熱器)：由帶肋片的管束構(gòu)成的換熱裝置，適用于管內(nèi)液 體和管外氣體之間的換熱，且兩側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相差較大的場(chǎng)合。(3 )板式換熱器：由若干片壓制成型的波紋狀金屬傳熱板片疊加而成，板四角

35、開(kāi)有角孔，相鄰板片之間用特制的密封墊片隔開(kāi)，使冷、熱流體分別由一個(gè)角孔流入，間隔地在板間沿著由墊片和波紋所設(shè)定的流道流動(dòng)，然后在另一對(duì)角線角孔流出。(4 )板翅式換熱器：板翅式換熱器是由金屬板和波紋狀板形翅片層疊、交錯(cuò)焊接而成，使 冷、熱流體的流向交叉。(5) 螺旋板式換熱器：螺旋板式換熱器的換熱面是由兩塊平行金屬板卷制而成，構(gòu)成兩個(gè)螺旋通道，分別供冷、熱流體在其中流動(dòng)。二、計(jì)算題1、(12 - 2) 一內(nèi)徑為0.16m的蒸汽管道，壁厚為 8mm,管外包有厚度為 200mm的保溫層。 已知管材的熱導(dǎo)率45W/(m K)，保溫材料的熱導(dǎo)率Q0.1W/(m K)。管內(nèi)蒸汽溫度tf1=300 C,蒸

36、汽與管壁間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h1=150W/(m 2 K)。周圍空氣溫度tf2=20 C,空氣與保溫層外表面對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h2=10W/(m 2 K)。試求單位管長(zhǎng)的散熱損失和保溫層外表面的溫度。解：d 0.16m , dd12 0.16 2 0.008 m = 0.176m,d3 =d2 2、2 =0.176 2 0.2 m = 0.576m。(1 )單位管長(zhǎng)的散熱損失：1丄1, d2 丄1, d3 丄1In 一In 一 d1lh12 1l d12 - 2ld2二dslh?W = 140.12W300 - 20沖 1 m込: 0.16 1 150 2二 45 10.162二 0.

37、1 1 0.176 二 0.576 1 10(2)保溫層外表面溫度tw = tf 2Rh2二 d3lh2=20 140.12C =27.74C兀漢0.576燈燈02、(12 - 3)平均溫度為 80C的熱水以5m/s的速度流過(guò)一內(nèi)徑為 80mm、壁厚為10mm的 水平鋼管。管壁材料的熱導(dǎo)率為45W/(m K)，管子周圍空氣溫度為 20C。如果不考慮管壁與周圍環(huán)境間的輻射換熱，試計(jì)算單位管長(zhǎng)的散熱損失和外壁面溫度。解：d1 =0.08m，d2 討 2 =0.08 2 0.01 m = 0.1m。(1)計(jì)算管內(nèi)壁與水流之間的換熱系數(shù)由水的物性表得：九=0.674W/(mC ),屮=0.365 x1

38、0m2 / s ,umd 5 0.08Pr =2.21, Re -6 =1095890。v0.365 00由紊流換熱關(guān)系式(茹卡烏思卡斯公式)得：Nuf = 0.27 Re f 0.8 Pr1/3 = 0.27 10958900.8 2.211/3 = 2387.67。換熱系數(shù) h = NUf 上=2387.67 xWm2 C )= 20116.12W/(m2 C )。 d10.08(2 )計(jì)算管外壁溫度假設(shè)管內(nèi)壁溫度為tw79.98C,q =呦/ 氏沁 0.08 20116.1280 - 79.98 W/m =101.11W / m。丄加1d210.1卄.由 q得tw2 珂皿-q In=79

39、.98-101.11In C79.9C。1 , d22訊 d12450.08In _12二-d1(3)計(jì)算管外壁與空氣之間的自然換熱系數(shù)t +t 小 79 9 +20 特征溫度tm二勺匕二799 20 C二50 C。2 2由空氣的物性表得：k =0.0283W/(mC ), =17.95 d0m2 / s, Pr= 0.698。11 K =0.003095KTm273.15 50Gr *Pr 二gui32 Pr9.807 0.003095 79.9-20 0.13(17.95 漢 1020.698 = 394393692Nuf 二 C Gr Pr n =0.48 3943936.92 1/4

40、= 21.39換熱系數(shù) h = Nu f 21.39 0.0283 w / m2 C = 6.053W / m2 Cd20.1水平換熱量 q 二 Ahtw-tf = ：d2htw-tf =二 0.1 6.053 79.9-20W/m = 113.9W/m。20132014學(xué)年度第二學(xué)期期末復(fù)習(xí)熱工學(xué)原理第一章：基本概念一、名詞解釋1、熱力系統(tǒng)閉口系統(tǒng)、開(kāi)口系統(tǒng)、絕熱系統(tǒng)、孤立系統(tǒng)2、狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)、壓力、溫度、比體積、密度3、熱力過(guò)程4、可逆過(guò)程二、問(wèn)答題1、 ( 1 - 2)表壓力或真空度能否作為狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行熱力計(jì)算？若工質(zhì)的壓力不變，問(wèn)測(cè)量其 壓力的壓力表或真空計(jì)的讀數(shù)是否可能變化？2、

41、( 1-3)當(dāng)真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測(cè)對(duì)象的實(shí)際壓力愈大還是愈??？3、( 1-4)準(zhǔn)平衡過(guò)程與可逆過(guò)程有何區(qū)別？第二章：熱力學(xué)第一定律一、名詞解釋熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)二、計(jì)算題(2 - 8)空氣在某壓氣機(jī)中被壓縮，壓縮前空氣的參數(shù)為P1=0.1MPa , w=0.845m3/kg ；壓縮后為P2=0.8MPa ,V2=0.175m /kg。若在壓縮過(guò)程中每千克空氣的熱力學(xué)能增加為146.5J,同時(shí)向外界放熱50kJ，壓氣機(jī)每分鐘生產(chǎn)壓縮氣體 10kg。試求：(1)壓縮過(guò)程中對(duì)每千克空氣所作的壓縮功；(2)生產(chǎn)1kg壓縮空氣所需的軸功；)帶動(dòng)此壓氣機(jī)所需功率至少為多少( kW )？第三章：

42、理想氣體的性質(zhì)與熱力過(guò)程一、名詞解釋1、理想氣體狀態(tài)方程式2、熱容熱容、比熱容、比定容熱容、比定壓熱容、邁耶公式、比熱容比3、混合氣體的成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、摩爾分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)4、理想氣體的基本熱力過(guò)程定容過(guò)程、定壓過(guò)程、定溫過(guò)程、絕熱過(guò)程各種熱力過(guò)程的計(jì)算公式過(guò)程過(guò)程方程式初、終狀態(tài) 參數(shù)間的關(guān)系交換的功量交換的熱量q/(J/kg)w/(J/kg)wt/(J/kg)定容定壓定溫定熵二、問(wèn)答題1、( 3 - 1)理想氣體的Cp和Cv之差及Cp和Cv之比是否在任何溫度下都等于一個(gè)常數(shù)? 2、 ( 3-2)如果比熱容是溫度t的單調(diào)增函數(shù)，當(dāng)t2ti時(shí)，平均比熱容c|0、c|02、c |t2 中哪一個(gè)最大？

43、哪一個(gè)最小？3、 ( 3 - 3)如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式遵循pv=RgT，這種物質(zhì)的比熱容一定是常數(shù)嗎？ 這種物質(zhì)的比熱容僅是溫度的函數(shù)嗎？4、( 3 -4)在u - V圖上畫(huà)出定比熱容理想氣體的可逆定容加熱過(guò)程、可逆定壓加熱過(guò)程、 可逆定溫加熱過(guò)程和可逆絕熱膨脹過(guò)程。三、計(jì)算題1、 ( 3- 2)體積為0.027m3的剛性儲(chǔ)氣筒，裝有壓力為 7X 105pa、溫度為20C的空氣。筒 上裝有一排氣閥，壓力達(dá)到 8.75 X 105pa時(shí)就開(kāi)啟，壓力將為 8.4 X 105Pa時(shí)才關(guān)閉。若由于 外界加熱的原因，造成閥門(mén)開(kāi)啟。問(wèn)：(1)當(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，筒內(nèi)溫度為多少？(2)因加熱而失掉多少空氣？設(shè)

44、筒內(nèi)空氣溫度在排氣過(guò)程中保持不變。2、(3 - 3) 一絕熱剛體氣缸，被一導(dǎo)熱的無(wú)摩擦的活塞分成兩部分。最初活塞被固定在某一位置，氣缸的一側(cè)儲(chǔ)有 0.4MPa、30C的理想氣體 0.5kg，而另一側(cè)儲(chǔ)有 0.12MPa、30C、0.5kg的同樣氣體。然后松開(kāi)活塞任其自由移動(dòng)，最后兩側(cè)達(dá)到平衡。設(shè)比熱容為定值試求：(1)平衡時(shí)的溫度(C)； (2)平衡時(shí)的壓力(MPa)。53、 (3- 4) 5kg的Ar氣體經(jīng)歷了一熱力學(xué)能不變的過(guò)程，初態(tài)為p1=6.0X 10 Pa、T1=600K ,膨脹終了的體積 V2=3V1。Ar氣體可作為理想氣體，設(shè)比熱容為定值，Rg=0.208kJ/(kg K),求終

45、溫、終壓及總熵變量。4、( 3 - 7) 6kg的空氣，由初態(tài) p1=0.3MPa、230 C經(jīng)下列不同過(guò)程膨脹到同一終壓 p2=0.1MPa ; (1)定溫；(2)定熵；(3) n=1.2。試比較不同過(guò)程中空氣對(duì)外作的膨脹功、交 換的熱量和終溫。5、 ( 3 - 8) 一氧氣瓶的體積為 0.04m3，內(nèi)盛卩1=147.1 X 105Pa的氧氣，其溫度與室溫相同，即t1=t0=20 Co (1)如開(kāi)啟閥門(mén)，使壓力迅速下降到p2=73.55 X 105Pa,求此時(shí)氧氣的溫度 t2和所放出的氧氣的質(zhì)量：m ; (2)閥門(mén)關(guān)閉后，瓶?jī)?nèi)氧氣的溫度與壓力將怎樣變化；(3 )如放氣極為緩慢，以致瓶?jī)?nèi)氣體與外界隨時(shí)處于熱平衡，當(dāng)壓力自147.1 X 105Pa降到73.55 X 105Pa時(shí)，所放出的氧氣較第一種情況是多還是少？第四章：熱力學(xué)第二定律一、名詞解釋熱力循環(huán)熱力循環(huán)、正向循環(huán)、逆向循環(huán)、制冷裝置的制冷系數(shù)、熱泵的供熱系數(shù)第九