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1、工程熱力學與傳熱學復習題答案渤海石油職業(yè)學院石油工程系一一晏炳利第一篇工程熱力學第一章緒論一、填空題1 1 . .水力能、風能、太陽能、地熱能、燃料化學能、原子能等2 2 . .以機械能的形式直接利用(如水力能、風能);以熱能的形式利用(如太陽能、地熱能、燃料化學能、原子能等)。3 3 . .直接利用熱能加熱物體(如采暖、烘烤、冶煉、蒸煮等);間接利用。4 4 . .吸氣、壓縮、爆發(fā)、排氣5 5 . .熱力學第一、第二定律;研究工質(zhì)的熱物理性質(zhì);研究各種熱力設備中的能量轉(zhuǎn)換過程二、概念題1 1 . .熱力學:是一門研究與熱現(xiàn)象有關的能量、物質(zhì)和它們之間相互作用規(guī)律的科學。2 2 . .工程熱力

2、學:是從工程應用的角度研究熱能與機械能之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律,達到提高能量有效利用率目的的學科。三、簡答題1 1 . .工程熱力學的基本任務.:通過對各種用能設備及系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換過程及影響因素的研究,探索有效、合理利用能量的技術途徑和基本方法。第二章基本概念一、概念題1 1 .工質(zhì):工程熱力學中,把實現(xiàn)熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換的媒介物或工作介質(zhì)稱為工質(zhì)。2 2 . .環(huán)境(外界):指系統(tǒng)以外與系統(tǒng)相聯(lián)系的部分稱為環(huán)境。3 3 . .熱力狀態(tài):系統(tǒng)在某一瞬間的宏觀物理狀況稱為系統(tǒng)的熱力狀態(tài)簡稱狀04,4,平衡態(tài):指在不受外界影響的條件下,系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間改變的狀5,5,絕對壓力(P P):):一

3、般情況下,容器內(nèi)系統(tǒng)的實際壓力稱為絕對壓力(測壓計測出的不是絕對壓力,而是氣體的絕對壓力與當?shù)卮髿鈮毫Φ牟钪?P)P)是一個相對壓力。6 6 .表壓力(PgPg): :當容器內(nèi)氣體的實際壓力大于大氣壓力時,測壓計(壓力表)的讀數(shù)為正,讀數(shù)稱為表壓力。7 7 .真空度(PvPv): :當容器內(nèi)氣體的實際壓力小于大氣壓力時,測壓計(真空表)的讀數(shù)為負,讀數(shù)的絕對值稱為真空度。狀態(tài)方程:表示基本狀態(tài)參數(shù)之間函數(shù)關系的方程稱為狀態(tài)方程。熱力過程(過程):系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)所經(jīng)歷的狀態(tài)稱為熱力過程。準靜態(tài)(準平衡)過程:系統(tǒng)由平衡態(tài)(I I)變化到平衡態(tài)(IIII)的過程中,所經(jīng)歷的每一個中

4、間狀態(tài)都可看作平衡態(tài),這樣的過程均稱為準靜態(tài)(準平衡)過程??赡孢^程:在工質(zhì)進行完一個熱力過程以后,如果能使工質(zhì)沿著相同的路徑,逆行回到原來的初始狀態(tài),并且系統(tǒng)和環(huán)境也完全都能恢復到原來的狀態(tài)而不留任何改變。這樣的過程稱之為可逆過程。反之,則稱之為不可逆過程。功(W W): :當系統(tǒng)與環(huán)境之間存在壓力差時,系統(tǒng)通過邊界與環(huán)境之間相互傳遞的能量稱為功。容積功(體積功):封閉系統(tǒng)中通過工質(zhì)的容積改變而與環(huán)境交換的功。熱量(Q Q): :當熱力學系統(tǒng)與環(huán)境之間存在溫差時,系統(tǒng)與環(huán)境之間相互傳遞的非功形式的能量稱為熱量。功與熱量的區(qū)別熱量的傳遞宏觀上是由于熱力系統(tǒng)與環(huán)境之間存在溫差造成,微觀上使物體之

5、間通過紊亂的分子運動發(fā)生相互作用而傳遞的能量;功的傳遞宏觀上是由于物體的宏觀運動發(fā)生相互作用而傳遞的能量,微觀上是物體之間有規(guī)律的微觀運動發(fā)生能量的傳遞。功是有序能的傳遞量;熱量是無序能的傳遞量。二、填空題1 1 . .對工質(zhì)的要求:具有良好的流動性和膨脹性;通常選用氣(汽)態(tài)物質(zhì)2 2 .根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境的關系,系統(tǒng)可分為四種:1開口系統(tǒng):系統(tǒng)與環(huán)境之間即存在物質(zhì)交換,又存在能量交換。如,在空氣中燃燒木材等是開口系統(tǒng);圖 2-1(b)2-1(b)所示的系統(tǒng)是開口系統(tǒng)。2閉口系統(tǒng):系統(tǒng)與環(huán)境之間只有能量交換,沒有物質(zhì)交換。如,在一個有密封蓋的杯子內(nèi)裝有熱水。此時,熱量可以通過杯子向外擴散,但水分

6、子不能進入空氣中。圖 2-1(a)2-1(a)所示的系統(tǒng)是閉口系統(tǒng)。3絕熱系統(tǒng):系統(tǒng)與環(huán)境之間無熱量交換,但可以有功量和物質(zhì)交換。如:內(nèi)燃機汽缸中封閉的工質(zhì),在膨脹時有熱量傳給冷卻水,若把冷卻水和工質(zhì)作為系統(tǒng),則該系統(tǒng)與環(huán)境沒有熱量交換,為絕熱系統(tǒng)。孤立系統(tǒng):系統(tǒng)與環(huán)境之間即無物質(zhì)交換,又無能量交換。如果把所有發(fā)生相互作用的各種設備作為一個整體,并把這個整體作為研究的系統(tǒng),則這個系統(tǒng)與環(huán)境沒有任何相互作用時該系統(tǒng)就是一個孤立系統(tǒng)。如,熱水裝在保溫瓶內(nèi)。則水和保溫瓶構成的系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)。平衡態(tài)的條件:不受外界影響;不隨時間改變。熱力學平衡態(tài)的特點:內(nèi)部溫度和壓力處處相等;溫度和壓力只有唯一值。熱

7、力學中常見的狀態(tài)參數(shù):溫度、壓力、比容、內(nèi)能、物質(zhì)的量、始和嫡等。狀態(tài)參數(shù)的特點:是狀態(tài)的單值函數(shù),隨狀態(tài)變化而變化;只與狀態(tài)變化的始態(tài)和終態(tài)有關,與狀態(tài)變化的途徑無關。強度參數(shù):與質(zhì)量無關的參數(shù)。如:壓力、溫度等。特點:不具有加和性。尺度參數(shù):與質(zhì)量有關的參數(shù)。如:體積、內(nèi)能、始、嫡等。特點:具有加和性。華氏溫標、攝氏溫標與絕對溫標之間的換算:|t0C32翼t0F32)t0C273.15實現(xiàn)可逆過程必須滿足的條件:系統(tǒng)狀態(tài)所經(jīng)歷的過程必須是準靜態(tài)過程;系統(tǒng)中不存在任何能量的不可逆損耗(如摩擦、溫差傳熱等耗散效應)第三章熱力學第一定律一、填空題自然界中存在的能量形式有:物體發(fā)生宏觀運動時表現(xiàn)出

8、的機械能(包括:動能和勢能);化學反應中表現(xiàn)出的化學能;核能;分子熱運動熱中表現(xiàn)出的能等。工質(zhì)的內(nèi)能包括:分子作無規(guī)則熱運動具有的內(nèi)動能和分子間相互作用力產(chǎn)生的內(nèi)位能。工質(zhì)的內(nèi)能是溫度和容積(或比容)的函數(shù)。熱力學第一定律用于閉口系統(tǒng)的數(shù)學表達式(閉口系統(tǒng)能量方程)為:Q=AU+W對于單位質(zhì)量工質(zhì)有:q=Au+w對于微元過程有:dq=dU+dw一元穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)的熱力學第一定律數(shù)學表達式。q=Ah+1/2A(wg2)+gAz+ws常見的換熱器有:鍋爐、冷凝器、蒸發(fā)器、空氣冷卻器、水冷卻器和油冷卻器等。噴管:是一種使流動工質(zhì)加速而增加其流動動能的管道。擴壓管:是使工質(zhì)沿流動方向增加壓力的管道。

9、氣輪機分為:蒸汽輪機和燃氣輪機。它們都是由噴管和工作葉片組成的。節(jié)流過程中,工質(zhì)的始值相等。二、概念題及簡答題熱力學第一定律的實質(zhì):熱和功可以相互轉(zhuǎn)換,消耗一定數(shù)量的功,必定產(chǎn)生相應數(shù)量的熱量;反之為了獲取一定數(shù)量的功,必須消耗相當數(shù)量的熱量穩(wěn)定流動:工質(zhì)的流動狀況不隨時間而改變,流道中任意位置工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和toFt0CTK流速也不隨時間而改變的流動稱為穩(wěn)定流動。一元穩(wěn)定流動滿足的條件:(1)(1)任意一點的狀態(tài)參數(shù)不隨時間而改變;(2)(2)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量無積聚(即單位時間內(nèi)進入系統(tǒng)那個的質(zhì)量等于離開系統(tǒng)的質(zhì)量);(3)(3)系統(tǒng)內(nèi)儲存能量保持不變(即(即單位時間內(nèi)進入系統(tǒng)的能量等于離開系

10、統(tǒng)的能量)。節(jié)流:流體流經(jīng)閥門或縮孔,流動突然受阻而產(chǎn)生的降壓現(xiàn)象稱為節(jié)流。第四章熱力學第二定律一、填空題熱力學第一定律揭示了熱量與功的相互轉(zhuǎn)換及熱量傳遞中的能量守恒規(guī)律。熱力學第二定律解決的是熱功轉(zhuǎn)換和熱量傳遞的方向、條件與限度等問題。熱力循環(huán)包括:可逆循環(huán)和不可逆循環(huán)??赡嫜h(huán)包括:正循環(huán)和逆循環(huán)逆循環(huán)可分為:制冷循環(huán);熱泵循環(huán)。熱力學第二定律的代表性描述有兩種:1 1 . .克勞修斯說法:不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體,而不引起其他變化。2 2 . .開爾文說法: 不可能從單一熱源吸收熱量使之完全變?yōu)橛杏霉Γ?而不引起其他變化。二、概念題與簡答題熱力循環(huán):指工質(zhì)從某一熱力狀態(tài)出發(fā),經(jīng)

11、過一系列中間狀態(tài)變化過程,又回到原來的熱力狀態(tài)的全部過程的組合稱為熱力循環(huán)(循環(huán))??赡嫜h(huán)的特征:(1)(1)循環(huán)中工質(zhì)的任意一個狀態(tài)參數(shù)的凈變化量都為零。(2)(2)循環(huán)過程中工質(zhì)與環(huán)境交換的凈功 w w 等于其與環(huán)境的凈傳熱量 q q。制冷機的目的:從冷庫或冰箱中抽取熱量排向溫度較高的環(huán)境,使冷庫或冰箱內(nèi)的溫度下降并保持低溫。逆循環(huán):是消耗機械能,迫使熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的循環(huán)。自發(fā)過程:不需要借助外力的作用就能進行的過程稱為自發(fā)過程。非自發(fā)過程:需要借助外力的作用才能進行的過程稱為非自發(fā)過程。卡諾循環(huán):是在恒定的高溫熱源和低溫熱源之間,由兩個可逆的定溫過程和兩個可逆的絕熱過程組

12、成的可逆循環(huán)。提高熱能動力裝置熱效率的基本途徑:(1)(1)提高工質(zhì)從高溫熱源吸熱時的平均吸熱溫度,向高溫方向發(fā)展;(2)(2)降低工質(zhì)向低溫熱源放熱時的平均放熱溫度,盡量使其低至接近環(huán)境溫度;(3)(3)盡量避免和減少過程的不可逆性,使實際循環(huán)盡量接近可逆循環(huán)。提高制冷裝置系數(shù)的基本途徑:(1)(1)在滿足冷藏對象要求的條件下,應選擇較高的冷庫(低溫熱源)溫度;(2)(2)在可選擇的情況下,選擇低溫的冷卻介質(zhì)(高溫熱源);(3)(3)盡量避免和減少過程的不可逆性(如減小冷凝器、蒸發(fā)器的傳熱溫差和各種摩擦損失),使實際循環(huán)盡可能接近可逆循環(huán)。嫡:微元可逆過程中工質(zhì)吸收的熱量與溫度的比值稱為該微

13、元工程中嫡的增量。嫡增原理:物質(zhì)在自然界中的一切變化過程中,其嫡的總和必朝著增大的方向進行,決不會減小。這個規(guī)律稱為嫡增原理。第五章理想氣體的熱力性質(zhì)一、填空題理想氣體的特點:分子本身不占體積;分子之間沒有相互作用力。一種某一狀態(tài)的氣體是否可以被看成是理想氣體的條件:看它與理想氣體的分子模型相接近的程度??从嬎闼枰臏蚀_度。物量可以是質(zhì)量、體積或物質(zhì)的量。二、概念題與簡答題熱容量:物體升高 1 10C C(或 1K1K)所需的熱量稱為該物體的熱容量(簡稱熱容)。熱容量與物質(zhì)本身的性質(zhì)、質(zhì)量及加熱過程等因素有關。比熱容:單位物量物體升高 1 10C C(或 1K1K)所需的熱量稱為該物體的比熱

14、容(簡稱比熱)。定壓比熱:定壓條件下,單位物量的工質(zhì),溫度變化 1 10C C 所需要的熱量。根據(jù)所選物量單位不同,定壓比熱可分為:定壓質(zhì)量比熱Cp;定壓容積比熱dp;定壓千摩爾比熱 C CM. .p定容比熱:定容條件下,單位物量的工質(zhì),溫度變化 1 10C C 所需要的熱量。根據(jù)所選物量單位不同,定壓比熱可分為:定容質(zhì)量比熱 C Cv;定壓容積比熱 C Cv;定壓千摩爾比熱CM,v第六章理想氣體的熱力過程一、填空題研究過程的目的:確定工質(zhì)在熱力過程中狀態(tài)參數(shù)變化的規(guī)律;確定熱能與機械能相互轉(zhuǎn)化的數(shù)量關系;分析能量變化的特性。工質(zhì)的基本熱力過程包括:定壓過程、定容過程、等溫過程和絕熱過程等二、

15、概念題與簡答題分析熱力學過程的方法和步驟:(1 1)根據(jù)過程的特征和熱力性質(zhì),將過程的規(guī)律表示為過程方程式 P=fP=f(v v); ;(2 2)根據(jù)過程方程式和熱力過程確定過程狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律(既初、終態(tài)參數(shù)間的關系);(3 3)在 p-vp-v 圖和 T-sT-s 圖上畫出過程曲線,并分析過程的方向;(4 4)計算系統(tǒng)中工質(zhì)的內(nèi)能變化量、始的變化量,確定過程的容積功(封閉系統(tǒng))、技術功(開口系統(tǒng))以及系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱量。定容過程: 一定量工質(zhì)在狀態(tài)變化中始終保持體積不變的熱力過程稱為定容過程。定壓過程: 一定量工質(zhì)在狀態(tài)變化中始終保持壓力不變的熱力過程稱為定壓過程。等溫過程:一定量工質(zhì)

16、在狀態(tài)變化時,溫度始終保持不變的過程稱為等溫過程。絕熱過程:一定量工質(zhì)在狀態(tài)變化時,與環(huán)境之間沒有熱量交換的熱力過程稱為絕熱過程。第十章水蒸氣一、填空題水蒸氣的特點:具有良好的熱力性質(zhì);如比熱容大、傳熱性好。價格低廉,對環(huán)境無污染。適用范圍汽化有兩種方式:蒸發(fā)與沸騰。定壓水蒸氣的產(chǎn)生過程可分為三個階段:定壓預熱階段一過冷水加熱到飽和水的過程。定壓汽化階段一一飽和水加熱到干飽和蒸汽的過程。定壓過熱階段一一干飽和蒸汽加熱到過飽和蒸汽的過程。水的臨界參數(shù)為:p pc=22.115MPat=22.115MPatc=374.12=374.120CvCvc=0.003147m=0.003147m3/kg/

17、kg水的相變過程在 p-vp-v 圖和 T-sT-s 圖上所表示的規(guī)律可歸納為:一點(臨界點)、兩線(x=0 x=0, ,x=1x=1)、三區(qū)(未飽和水區(qū)、濕蒸汽區(qū)、過熱蒸汽區(qū))、五態(tài)(過冷水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽)二、概念題與簡答題蒸汽:是指剛剛脫離液態(tài),或比較接近液態(tài)的氣體工質(zhì),在被冷卻或壓縮時很容易回到液態(tài)。蒸發(fā):在液體的自由表面上進行氣化過程稱為蒸發(fā)。蒸發(fā)過程:液面附近動能較大的分子克服液體的表面張力,離開頁面,并上升到空氣中。由于能量較大的分子的離開,會使液體內(nèi)分子的平均動能減少,表現(xiàn)為液體溫度降低,只有不斷加熱,才能維持液體的溫度不變。溫度越高,蒸發(fā)越劇烈。飽和

18、溫度(ts):飽和狀態(tài)時所對應的溫度稱為飽和溫度。飽和壓力(p ps):飽和狀態(tài)時液體表面上方蒸汽產(chǎn)生的壓力稱為飽和壓力。飽和蒸汽:處于飽和狀態(tài)的蒸汽稱為飽和蒸汽;飽和液體:飽和狀態(tài)下的液體稱為飽和液體。濕飽和蒸汽(濕蒸汽):飽和蒸汽與飽和液體的混合物。干飽和蒸汽(干蒸汽):不含飽和液體的飽和蒸汽。未飽和液體:溫度低于其壓力所對應的飽和溫度的液體稱為未飽和液體。沸騰:在一定溫度下,液體的內(nèi)部和表面同時發(fā)生劇烈氣化的現(xiàn)象稱為沸騰。濕蒸汽的干度(x x):1kg:1kg 濕蒸汽中所含飽和蒸汽的質(zhì)量稱為濕蒸汽的干度。第十一章蒸汽壓縮制冷循環(huán)一、填空題常用的氟利昂有: 氟利昂 1212 (CFCF2C

19、lCl2)、 氟禾I 昂 223223 苗20)、 氟禾1 昂 134134a a (C C2H H2F F4)等。p-hp-h 圖是以 logplogp 為縱坐標、以 h h 為橫坐標建立的半對數(shù)坐標圖。蒸汽壓縮制冷裝置的組成:壓縮機、冷凝器、熱力膨脹閥(節(jié)流閥)、蒸發(fā)器(冷庫)。二、概念題與簡答題制冷:對物體進行冷卻,使其溫度低于周圍環(huán)境溫度,并維持這個低溫,稱為制冷。簡述蒸汽壓縮制冷循環(huán)的工作原理:制冷劑的干飽和蒸汽在壓縮機中絕熱壓縮, 壓力和溫度升高, 成為過飽和蒸汽;2進入冷凝器后在定壓下被冷卻為干飽和蒸汽,然后在定溫定壓條件下,凝結(jié)為飽和液體;3經(jīng)節(jié)流閥,進行絕熱節(jié)流,壓力和溫度都

20、降低,并有少量液體汽化;4進入蒸發(fā)器,在定壓定溫下吸熱,制冷劑液體全部變?yōu)楦娠柡驼羝?,同時達到制冷的目的;5最后,干飽和蒸汽再進入壓縮機,開始下一輪的循環(huán)。蒸汽壓縮制冷理想循環(huán)的制冷系數(shù)為空hih4wh2h1提高制冷系數(shù)的方法:(1 1)增大制冷量 q2q2 和降低耗功 w w 可以增大制冷系數(shù)。(2 2)使冷凝器出口、狀態(tài)為 3 3 的飽和液體繼續(xù)在定壓下冷卻放熱,使飽和液體過冷。第十二章濕空氣一、填空題濕空氣:含有水蒸氣的空氣稱為濕空氣。干空氣:不含水蒸氣的空氣稱為干空氣。理想混合氣體:指由理想氣體干空氣和水蒸氣組成的濕空氣。濕空氣的熱力過程主要指濕空氣處理中的加熱、冷卻、加濕、去濕等過程

21、。二、概念題與簡答題不飽和濕空氣:由干空氣和過熱水蒸氣組成的濕空氣稱為不飽和濕空氣。飽和濕空氣:由干空氣和飽和水蒸氣組成的,稱為飽和濕空氣。露點溫度:濕空氣開始結(jié)露的溫度絕對濕度:每 1kg1kg 濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量稱為絕對濕度。相對濕度 (小) : 濕空氣的絕對濕度 (pvpv) 與同溫度下飽和濕空氣的絕對濕度 (psps)之比。PVvPss含濕量(d)(d):含有 1kg1kg 干空氣的濕空氣中所含有的水蒸氣質(zhì)量稱為含濕量。第十三章導言一、填空題傳熱學:是研究熱量傳遞規(guī)律的學科。傳熱學研究的對象:(1)(1)不同條件下,傳熱系統(tǒng)內(nèi)部溫度分布規(guī)律;(2)(2)與溫度分布相關的熱流密度;

22、(3)(3)傳遞給定熱量所需的時間。熱傳遞可分為三種基本方式:1 1. .熱傳導(導熱)、2.2.熱對流、3.3.熱輻射二、概念題與簡答題輻射換熱:不同溫度的物體之間,由電磁波來傳遞熱量的過程稱為輻射換熱。第十四章導熱一、填空題導熱是依靠物體內(nèi)部的分子、原子或自由電子等微粒的熱運動來傳遞熱量的。只要有溫度差存在,無論固體、液體或氣體內(nèi)部及兩相界面上都會有導熱現(xiàn)象存在。二、概念題與簡答題溫度場:是指物體內(nèi)部溫度的分布規(guī)律,是任一瞬間在研究空間中的所有點上溫度分布的總稱。傅立葉定律:導熱所傳遞的熱流量與溫度梯度的絕對值和垂直于熱流的截面積成正比。如果物體各部分的溫度隨時間而變化,則該過程為不穩(wěn)定導

23、熱過程。假如物體的一側(cè)被加熱而另一側(cè)被冷卻,并且物體各部分的溫度不隨時間變化,則該過程為穩(wěn)定導熱過程。第十五章對流換熱一、填空題對流換熱是熱對流和熱傳導兩種熱傳遞基本方式同時起作用的一種復雜的熱傳遞過程。對流換熱的分兩類:自然對流換熱;強制對流換熱影響對流換熱的因素主要有:流體的物理性質(zhì)、流動狀態(tài)、流動速度、壁面幾何參數(shù)等。流體運動的狀態(tài)可分為層流和紊流以及處于兩者之間的過渡狀態(tài)。二、概念題與簡答題對流換熱:流動著的流體與固體壁面之間的熱傳遞過程。層流的特征:流體微團平行于壁面作有規(guī)則的層狀運動,沒有橫向脈動,因而沿壁面法線方向的熱傳遞只能依靠分子的導熱。紊流的特征:流體微團除了有沿主流方向運動以外,還存在強烈的橫向脈動,并且以橫向脈動為主,從而使熱量的傳遞增強。第十六章輻射換熱一、填空題熱射線包括:可見光線(0.4-0.75m)0.4-0.75m)、近紅外線(0.750.752525m)m)和遠紅外線黑度與溫度、物體表面光潔度和氧化程度等因素有關。二、概念題與簡答題輻射:物體因某種原因而通過電磁波向外發(fā)射能量的現(xiàn)象稱為輻射。熱輻射:物體由于自身溫度或熱運動而對外發(fā)射輻射能的現(xiàn)現(xiàn)象稱為熱輻射。輻射換熱:當物體之間存在溫度差時,以熱輻射形式實現(xiàn)熱量交換的現(xiàn)象稱為輻射換熱。輻射換熱的特點:(1)(1)參與輻射換熱的物體無須接觸;(2)(2)輻射換熱不必借助中間介質(zhì),可以在真

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