暖通空調(diào)基礎(chǔ)知識

暖通空調(diào)基礎(chǔ)知識課件第1頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第一部分工程熱力學第二部分傳熱學第十章暖通空調(diào)基礎(chǔ)知識第2頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第一部分工程熱力學

第一節(jié)基本概念熱力系一、定義熱力系：人為規(guī)定的熱力學研究對象。外界：熱力系以外，與熱力系發(fā)生物質(zhì)、能量交換的的物質(zhì)系統(tǒng)。邊界：熱力系和外界的分界面。熱力系通過邊界和外界進行功量、熱量和物質(zhì)的交換。邊界可以是實際的容器壁面，也可以是假想的封閉曲面。可以是固定的，也可以是可移動或脹縮的。第3頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月二、分類開口系：與外界有物質(zhì)交換。閉口系：與外界無物質(zhì)交換。絕熱系：與外界無熱量交換。孤立系：與外界既無能量交換，有無物質(zhì)交換。簡單可壓縮系：由可壓縮流體構(gòu)成，通過體積變化而實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換。熱源：是一種特殊的熱力系，具有無限大熱容量，即在從熱源吸收或向熱源放出有限熱量時，熱源本身的溫度不變，如大氣和海洋等。按系統(tǒng)內(nèi)部的狀況不同，還可以將熱力系分為：單元系、多元系、單相系（或稱均勻系）、復(fù)相系（或稱非均勻系）等。工質(zhì)的狀態(tài)及其狀態(tài)參數(shù)一、熱力學狀態(tài)1.工質(zhì)：用來實現(xiàn)能量相互轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。工程中常用的工質(zhì)是可壓縮的流體（水蒸汽、燃氣，空氣等）。2.熱力學狀態(tài)：熱力系在某一瞬間呈現(xiàn)的宏觀物理狀態(tài)。3.狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)所處狀態(tài)的宏觀物理量。描述熱力系平衡狀態(tài)時，可以用少量幾個表征系統(tǒng)性質(zhì)的稱為狀態(tài)參數(shù)的物理量來描述。例如一定質(zhì)量的氣體組成的系統(tǒng)，為了描述它，不必知道單個氣體分子的信息（如速度或動量等），而只要用如壓力、容積、質(zhì)量、溫度等幾個宏觀變量即狀態(tài)參數(shù)描述。所以系統(tǒng)的狀態(tài)是用系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)來表示，若這些狀態(tài)參數(shù)有確定的值，那么系統(tǒng)狀態(tài)就確定了。第4頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月

常用的有：溫度T、容積V、壓力p、焓H、熵、內(nèi)能U。特點：數(shù)值大小僅取決于給定的狀態(tài)；參數(shù)變化量僅取決于初、終狀態(tài)。二、基本狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)中比容、壓力、溫度是可以由儀表直接測量得到的參數(shù)，稱作基本狀態(tài)參數(shù)。1.比容（v，單位m3/kg）：單位質(zhì)量工質(zhì)所占有的體積。`顯然，比容和密度之間互為倒數(shù)。2.壓力（p，單位Pa）：單位面積上所承受的垂直作用力。根據(jù)分子運動論，氣體的壓力是分子運動撞擊在單位面積上呈現(xiàn)的平均作用力。工程上常用的單位：兆帕（1Mpa=106Pa）；巴（1bar=105Pa）；標準大氣壓（1atm=101325Pa）。3.溫度：描述系統(tǒng)冷、熱狀況的狀態(tài)參數(shù)，標志物體內(nèi)部分子無序運動的劇烈程度。溫度的高低通常用溫標來表示，常用的溫標有：（1）熱力學絕對溫標（熱力學溫度或絕對溫度）：

開爾文在熱力學第二定律的基礎(chǔ)上，從理論上引入的與測溫物質(zhì)性質(zhì)無關(guān)的溫標。它可作為標準溫標，一切經(jīng)驗溫標均可以用此溫標來校正。它的符號為T，單位為K(稱“開爾文”)。（2）攝氏溫標：符號為t、單位℃。1960年國際計量會議把水的三相點定為273.16K，0.01℃。和熱力學溫標的關(guān)系為：t（℃）=T（K）－273.15另外常用的溫標還有華氏溫標和朗肯溫標。

熱平衡定律（熱力學第零定律）:分別與第三個系統(tǒng)處于熱平第5頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月衡（相互之間沒有熱量傳遞）的兩個系統(tǒng)，它們彼此也必定處于熱平衡。處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)溫度必然具有相同的溫度。三、平衡狀態(tài)實驗表明，一個不受外界影響的系統(tǒng)，無論它的初始狀態(tài)如何，經(jīng)過充分長時間后，它必將達到這樣一種狀態(tài)，系統(tǒng)的宏觀

性質(zhì)不隨時間變化，即達到平衡狀態(tài)。1.定義：沒有外界作用的條件下，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間而變化的狀態(tài)。2.實現(xiàn)條件：一切不平衡勢差全部消失。對于一個狀態(tài)可以自由變化的熱力系，如果系統(tǒng)內(nèi)以及系統(tǒng)與外界的一切不平衡勢差均不存在，則熱力系一切可見的宏觀變化將停止，這時熱力系處于平衡狀態(tài)。3.特點：具有確定的狀態(tài)參數(shù)。熱力過程、準平衡過程與可逆過程熱力過程：熱力系由一狀態(tài)向另一狀態(tài)變化時所經(jīng)歷全部狀態(tài)的總和。一、準平衡過程1.定義：在熱力過程中，不平衡勢差無限小，熱力學所經(jīng)歷的一系列狀態(tài)都無限接近于平衡狀態(tài)的熱力過程。2.實現(xiàn)條件：推動過程進行的勢差無限小。3.特點：由于熱力系經(jīng)歷的過程中每一狀態(tài)均可稱為平衡態(tài)，因而準平衡過程可在狀態(tài)參數(shù)坐標圖中用連續(xù)曲線表示，稱過程曲第6頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月線；準平衡過程是一種理想化的過程，是實際過程進行得足夠緩慢的極限情況，一切實際過程只能接近于準平衡過程，在工程實際設(shè)備中進行的過程常?？勺鳛闇势胶膺^程。二、可逆過程1.定義：系統(tǒng)經(jīng)歷一個過程之后，如果沿原來路徑逆向進行，能使系統(tǒng)與外界同時恢復(fù)到初始狀態(tài)而不留下任何痕跡。可逆過程與準平衡過程從定義上的一個重要區(qū)別就在于過程逆行,“沒有遺留下任何變化”，例如功、熱、狀態(tài)等變化。2.實現(xiàn)條件：推動過程的勢差無限小，而且不存在任何耗散現(xiàn)象。無耗散效應(yīng)的準平衡過程就是可逆過程。所謂耗散指固體或液體的磨擦、電阻、非彈性形變、磁滯等現(xiàn)象起的效應(yīng)，使能量耗散了，變?yōu)闊??？赡孢^程是熱力學的抽象，實際過程是無法實現(xiàn)的，但人們可以無限的接近它。研究可逆過程的目的，在于抓主要矛盾，反映本質(zhì)。把可逆過程作為實際過程中能量轉(zhuǎn)化效果的比較標準。在實際熱力學計算中，通常是把某一實際過程理想化為可逆過程計算，然后引入必要的經(jīng)驗修正。功與熱量一、可逆過程的功

用符號W表示，單位J或kJ。單位物質(zhì)所做的體積變化功用w表示，單位J/kg或kJ/kg。1.定義第7頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月功：在力學中，功被定義為物體所受的力與該力方向上產(chǎn)生的位移的乘積；在熱力學中，功是系統(tǒng)與外界相互作用而傳遞的能量。當系統(tǒng)作功時，其對外界的作用可用在外界舉起重物的單一效果來代替。體積變化功：可壓縮系統(tǒng)通過體積的變化（膨脹或壓縮）來和外界交換的功量。規(guī)定：系統(tǒng)對外界做功，功量為正；外界對系統(tǒng)做功，功量為負。功是傳遞過程中的一種能量形式。它是伴隨著相互作用而產(chǎn)生的，不是系統(tǒng)所含有的能量，所以我們不能說一個系統(tǒng)具有多少功。2.功的計算

單位工質(zhì)：可逆過程的比容變化功w的大小可以在p-v圖上用過程曲線下面的面積表示。第8頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月二、可逆過程的熱1.定義：系統(tǒng)與外界之間依靠溫差傳遞的能量，用符號Q表示，單位J或kJ。單位物質(zhì)所做的體積變化功用q表示，單位J/kg或kJ/kg。規(guī)定：系統(tǒng)吸收熱量，熱量為正；系統(tǒng)放出熱量，熱量為負。第9頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.熱的計算

單位工質(zhì)：熵（S）：狀態(tài)參數(shù)，是可逆過程熱量傳遞的標志性參數(shù)。熵增大,系統(tǒng)吸熱；熵減小，系統(tǒng)放熱。第10頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月三、功和熱的異同同:1.二者都是系統(tǒng)與外界傳遞能量的一種形式，是傳遞中的能量，不是包含在系統(tǒng)內(nèi)部的能量。2.是過程量，不是狀態(tài)量，大小與過程有關(guān)。3.是遷移能，一旦越過邊界，便轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)或外界的能量。異：1.能量的形式不同，效果不同，功屬于機械能的傳遞量，熱屬于熱能的傳遞量。2.引起能量傳遞的原因不同，一種是壓力差，一種是溫差。熱力循環(huán)熱力循環(huán)：指工質(zhì)從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列熱力狀態(tài)變化之后，又回到初始狀態(tài)的封閉熱力過程。按作用效果分：正向循環(huán)與逆向循環(huán)；按是否可逆分：可逆循環(huán)與不可逆循環(huán)；第11頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月一、正循環(huán)（熱機循環(huán)或動力循環(huán)）1.作用效果：把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，給外界提供動力。從高溫熱源吸熱，將其中一部分熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，剩余的熱量排給低溫熱源。實施正循環(huán)的目的就是要實現(xiàn)熱能向機械能的能量轉(zhuǎn)換。2.經(jīng)濟性指標：循環(huán)熱效率＝凈功量/從熱源吸收的熱量，即ηt＝w0/q1二、逆循環(huán)1.作用效果：消耗外功，把熱量從低溫物體中取出排向高溫，按作用目的可分為制冷循環(huán)與熱泵循環(huán)。制冷循環(huán)：從低溫熱源吸收熱量，以維持低溫熱源的低溫狀態(tài)。熱泵循環(huán)：向高溫熱源放出熱量，以維持高溫熱源的高溫狀態(tài)。2.經(jīng)濟性指標：制冷系數(shù)＝從低溫熱源吸收的熱量/耗功量，即ε1=q2/w0；供熱系數(shù)＝向高溫熱源放出的熱量/耗功量，即ε2=q1/w0。第12頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)熱力學第一定律熱力學第一定律的實質(zhì)一、實質(zhì)

實質(zhì)：能量轉(zhuǎn)換與守恒定律在熱力學中的應(yīng)用。19世紀30-40年代，許多科學家前赴后繼，邁爾·焦耳（德國醫(yī)生）最后發(fā)現(xiàn)

和確定了能量轉(zhuǎn)換與守恒定律。這個定律指出：一切物質(zhì)都具有能量。能量既不可能創(chuàng)造，也不能消滅，它只能在一定的條件下從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。而在轉(zhuǎn)換中，能量的總量恒定不變。二、表述可以表敘為：在熱能與其他形式的能量相互轉(zhuǎn)換時，能的總量保持守恒。熱力學第一定律的建立是在資本主義發(fā)展初期，那時，有人曾提出各式各樣不消耗能量而獲得動力的裝置，稱為第一類“永動機”，但均失敗了。因為它違反了熱力學第一定律，故針對熱力學第一定律另一形象的說法是：第一類永動機是不可能制造成功的。三、表達式熱力學第一定律能量平衡方程式：進入系統(tǒng)的能量－離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)儲存能的變化儲存能與熱力學能一、熱力學能（內(nèi)部儲存能）熱力學能是指儲存于熱力系內(nèi)部的能量。用U表示，單位是J或第13頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月kJ，單位質(zhì)量工質(zhì)的熱力學能稱為比熱力學能，用u表示，單位是J/kg或kJ/Kg。內(nèi)能是狀態(tài)參數(shù)。從微觀的角度看，熱力學能包括：分子熱運動所具有的內(nèi)動能、由于分子間相互作用力而形成的內(nèi)位能、由于分子結(jié)構(gòu)所具有的化學能以及原子核內(nèi)部的核能等。因此很難確定內(nèi)能的絕對值，但能夠確定內(nèi)能U的變化值，這也是我們在工程計算中所關(guān)心的。二、儲存能外部儲存能指需要用參照系坐標決定的參數(shù)來表示的能量。它包括熱力系由于宏觀運動速度所具有的宏觀動能和由于其所處位置的高度而具有的重力位能?？們Υ婺埽ê喎Q總能）指熱力系的熱力學能、宏觀動能與宏觀位能之和，用E表示，單位為J或kJ。即

式中，m為系統(tǒng)的物質(zhì)質(zhì)量，c為系統(tǒng)的運動速度，g為重力加速度，z為系統(tǒng)在外部參照坐標系中的高度。比儲存能：單位質(zhì)量物質(zhì)的儲存能，用e表示，單位為J/kg或kJ/kg。熱力學第一定律解析式一、閉口系統(tǒng)的能量方程閉口系統(tǒng)與外界沒有物質(zhì)交換，傳遞能量只有熱量和功量兩種形式。在熱力過程中（如圖）系統(tǒng)從外界熱源取得熱量Q；對外界做膨脹功W；系統(tǒng)儲存能變化為△U。第14頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月適用于任何工質(zhì)，可逆或不可逆的各種熱力過程。該式表明：在閉口系統(tǒng)所經(jīng)歷的熱力過程，吸收的熱一部分用來增加系統(tǒng)的熱力學能，儲存于系統(tǒng)內(nèi)部，其余部分則以做功的方式傳遞給外界。單位工質(zhì)：可逆過程：第15頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月二、循環(huán)的熱一定律解析式對于循環(huán)過程，由于系統(tǒng)的初終狀態(tài)為同一狀態(tài)，不論是否可逆，熱力學能的變化為零，表明:閉口系統(tǒng)經(jīng)歷任何一個循環(huán)后，與外界交換的凈熱量等于與外界交換的凈功量。推動功與焓一、推動功與流動功在工程實施的能量轉(zhuǎn)換過程常常是復(fù)雜的，在伴隨著系統(tǒng)與外界功和熱交換的同時，常常有物質(zhì)穿過系統(tǒng)的邊界而進出熱力系統(tǒng)，而且進出的高度和速度不同。推動功：開口系統(tǒng)與外界之間因為工質(zhì)流動而傳遞的機械功。對于單位質(zhì)量工質(zhì)，推動功等于pv。如圖中的流體要進入系統(tǒng)，外界要克服系統(tǒng)內(nèi)具有一定壓力的氣體的阻力，向前移動（例如：給車打氣），我們可以想象為后面有一個活塞向前推這一小段流體，活塞作用在這一小段流體上的力為F。當把它推入系統(tǒng)，F(xiàn)向前走了dx距離，外界對系統(tǒng)作了功，就稱為推動功。第16頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月流動功：出口處付出的推動功與入口處得到的推動功的差。流動功可以理解為開口系統(tǒng)維持流動所要付出的代價。用Wf表示。

單位工質(zhì)：特點：1.只有在系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換（即有流動）時才有意義，它不是工質(zhì)本身具有的能量，而是隨工質(zhì)的流動而傳遞的能量。

2.大小只取決于出入口截面上工質(zhì)的狀態(tài)，只與出入口狀態(tài)有關(guān)。二、焓伴隨工質(zhì)流動而交換的能量包括：工質(zhì)本身的熱力學能、宏觀動能和重力位能，以及推動功，即：m（u＋c2/2＋gz＋pv）定義U+pV為焓，用用符號H表示，單位是H或kJ；單位工質(zhì)的焓稱為比焓，用符號h表示，單位是J/kg或kJ/kg。第17頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月

焓是狀態(tài)參數(shù)，是在研究流動能量方程中，為工程應(yīng)用方便而引出的。同內(nèi)能一樣，無法測定焓的絕對值，熱工計算中關(guān)心的是兩個狀態(tài)間焓的變化量。

穩(wěn)定流動能量方程一、穩(wěn)定流動

工程上常用的熱工設(shè)備，除啟動、停止或者加減負荷外，大部分時間是在外界影響不變的條件下穩(wěn)定運行的，可以認為處于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定流動狀態(tài)。1.定義：開口系統(tǒng)內(nèi)任意點工質(zhì)的狀態(tài)都不隨時間而變化的流動過程。2.實現(xiàn)穩(wěn)定流動的必要條件：

（1）進、出口截面處工質(zhì)的狀態(tài)不隨時間而變；（2）單位時間系統(tǒng)與外界交換的熱量和功量都不隨時間而變；（3）各流通截面上工質(zhì)的質(zhì)量流量相等，且不隨時間而改變。第18頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月二、開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動能量方程工程上許多動力機械，如汽輪機、風機、內(nèi)燃機等，都是依靠機械軸傳遞機械功。我們把這種系統(tǒng)通過機械軸和外界交換的功稱為軸功，用Ws表示。根據(jù)熱力學第一定律：

進入系統(tǒng)的能量－離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)儲存能的變化進入系統(tǒng)的能量：第19頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月離開系統(tǒng)的能量：由于是穩(wěn)定流動，系統(tǒng)儲存能的變化量為0。代入能量平衡方程式，可得開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動能量方程：

單位質(zhì)量工質(zhì)：在上式中，后三項實際上都屬于機械能，故把此三項合并在一起稱技術(shù)功（Wt）。單位質(zhì)量工質(zhì)：故開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動能量方程還可以寫為：可逆過程技術(shù)功的大小可以在p-v圖上用過程線以左和縱坐標圍成的面積表示。第20頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定流動能量方程的應(yīng)用一、換熱器常見設(shè)備：鍋爐、加熱器、冷卻器、散熱器、蒸發(fā)器和凝汽器等。特點：僅交換熱量，無功量交換。能量方程：工質(zhì)交換的熱量等于其焓的變化二、動力機械常見設(shè)備：熱力發(fā)電機，如燃氣輪機、汽輪機；壓縮機械，如壓氣機、風機、泵等。特點：由于采用了良好的保溫隔熱措施，通過設(shè)備外殼的散熱量極少，可認為其中的熱力過程為絕熱過程。能量方程：第21頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月能量方程：流體動能的增量總是等于其焓降四、絕熱節(jié)流節(jié)流：流體在管內(nèi)流經(jīng)閥門或其他流通截面積突然縮小的流道后，造成工質(zhì)壓力下降的現(xiàn)象稱為節(jié)流。第22頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月特點：節(jié)流是典型的不可逆過程?？s口附近存在漩渦，工質(zhì)處于不穩(wěn)定的非平衡狀態(tài)，故嚴格說，節(jié)流是不穩(wěn)定流動。但觀察發(fā)現(xiàn)，離縮口較遠的1-1和2-2截面上，流動情況基本穩(wěn)定，可近似用穩(wěn)定流動能量方程式計算分析。節(jié)流過程中工質(zhì)不對外做軸功，由于流過兩個截面之間的時間很短，與外界交換的熱量極少，可近似認為絕熱。能量方程：節(jié)流前后工質(zhì)的焓值相等第23頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)理想氣體及其混合物理想氣體及其狀態(tài)方程一、定義為了便于研究自然界中客觀存在的比較復(fù)雜的真實氣體，人們提出了理想氣體的概念。理想氣體：是一種假象的氣體模型，氣體分子是一些彈性的、不占體積的質(zhì)點，分子之間沒有相互作用力。工程中常用的氧氣、氮氣、氫氣、一氧化碳等及其混合氣體、燃氣、煙氣等工質(zhì)，在通常使用的溫度、壓力下都可作為理想氣體處理。實際氣體：不符合上述理想氣體兩個微觀假設(shè)條件的，則稱為實際氣體。如：水蒸氣、氟里昂蒸汽、氨蒸汽等，它們距離液體較近，不能忽略分子本身的體積和分子間的作用力。二、理想氣體狀態(tài)方程大量實驗證明，理想氣體的三個基本狀態(tài)參數(shù)間存在著一定的函數(shù)關(guān)系：1kg：mkg：1mol：nmol：第24頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月R0為通用氣體常數(shù)，與氣體種類及狀態(tài)無關(guān)：R0＝8314J/(kmol·K)。R為氣體常數(shù)，與氣體種類有關(guān)：(M為分子量)比熱容一、定義熱量的計算可通過工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)變化進行，也可以利用比熱進行。比熱容：單位物量的物體，溫度升高1K所吸收的熱量，用c表示。按物量單位可分為：1.質(zhì)量比熱：單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量，用c表示，單位為J/(kg·K)；2.摩爾比熱：單位mol物質(zhì)的熱容量，用Mc表示，單位為J/(mol·K)；3.容積比熱：標準狀態(tài)下單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量，用c’表示，單位為J/(m3·K)；二、定壓比熱和定容比熱一定量的物質(zhì)在吸收或放出熱量時，其溫度變化的大小取決于工質(zhì)的性質(zhì)、數(shù)量和所經(jīng)歷的過程。經(jīng)驗表明，同一種氣體在不同條件下，如在保存容積不變或壓力不變的條件下加熱，同樣溫度升高1K所需的熱量是不同的。定容比熱容（cv）：在定容情況下，單位物量的氣體，溫度升高1K

第25頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月所吸收的熱量。定壓比熱容（cp）：在定壓情況下，單位物量的氣體，溫度升高1K所吸收的熱量。氣體在定壓下受熱時，由于溫度升高的同時，還要克服外力膨脹做功，而在定容過程中，并不膨脹對外做功，故同樣升高1K，定壓時比定容下受熱需要更多的熱量，也就意味著定壓比熱比定容比熱大。對于理想氣體：

（邁耶公式）比熱容比к：

三、比熱的計算方法1.定值比熱：凡分子中原子數(shù)目相同的氣體，其摩爾比熱都相等，稱為定值比熱。用于近似計算。2.真實比熱：理想氣體的比熱實際上并非定值，而是溫度的函數(shù)。相應(yīng)于每一溫度下的比熱值稱為氣體的真實比熱。理想氣體的比熱可表示成溫度的函數(shù)：Mcp＝a0＋a1T＋a2T2＋a3T3a等值由實驗確定，可在表中查取。真實比熱作為溫度的函數(shù)，常用于精確計算。3.平均比熱：在一定溫度變化范圍內(nèi)真實比熱的積分平均值。如：實際氣體的比熱在c-t圖上為一條曲線，此時的熱量計算可表示為陰影部分的面積GDEF。用同樣面積GMNF的矩形來代替它，于是有，矩形的高度MG就是在t1與t2溫度范圍內(nèi)真實比熱的平均值，稱為平均比熱。用于較精確的計算。第26頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月熱力學能、焓和墑一、熱力學能和焓的變化量理想氣體的內(nèi)能和焓是溫度的單值函數(shù)，這就意味著某種理想氣體，不論其在過程中比容或壓力如何變化，只要變化前后溫度相同，其內(nèi)能和焓的變化量也必然相同。故對于理想氣體的任何熱力過程，都可用下式計算：

而對于實際氣體，上式則分別適用于等容過程和等壓過程。二、熵的變化量

（定值比熱容）（定值比熱容）（定值比熱容）第27頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)能、焓和熵為狀態(tài)參數(shù)，只與初終狀態(tài)有關(guān)，與中間過程無關(guān)，故理想氣體無論經(jīng)歷什么過程，包括不可逆過程，只要過程的初態(tài)、終態(tài)參數(shù)確定，比熱容可以取定值，則都可以用以上各式計算變化量。混合氣體的性質(zhì)一、混合氣體理想混合氣體：如果混合氣體中各組成氣體都具有理想氣體的性質(zhì)，則整個混合氣體也具有理想氣體的性質(zhì)，其狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系也符合理想氣體狀態(tài)方程式，這樣的混合氣體稱為理想混合氣體。1.分壓力：混合氣體中每一種組元的分子都會撞擊容器壁，從而產(chǎn)生各自的壓力。在與混合氣體相同的溫度下，各組成氣體單獨占有混合氣體的容積時，給予容器壁的壓力。分壓力定律：理想混合氣體的總壓力等于各組成氣體分壓力之總和。第28頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月2.分容積:使各組成氣體保持與混合氣體相同的壓力和溫度的條件下，把各組成氣體單獨分離出來時，各組成氣體所占有的容積。分壓力定律：理想混合氣體的分容積之和等于混合氣體的總?cè)莘e。二、混合氣體的成分成分：各組成氣體在混合氣體中所占的數(shù)量份額?？煞譃椋?.質(zhì)量成分：混合氣體中組成氣體的質(zhì)量mi與混合氣體總質(zhì)量m的比值，即2.容積成分：混合氣體中組成氣體的分容積與混合氣體總體積的比值，即3.摩爾成分：混合氣體中組成氣體的摩爾數(shù)與混合氣體總摩爾數(shù)的比值，即第29頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月研究目的和方法一、實施熱力過程的目的1.實現(xiàn)預(yù)期的能量轉(zhuǎn)換，如各種熱力發(fā)動機要求輸出一定的功率；2.獲得預(yù)期的熱力狀態(tài)，如壓氣機中將氣體壓縮達到一定的壓力。二、研究目的1.確定工質(zhì)的狀態(tài)變化規(guī)律；2.確定過程中能量傳遞和轉(zhuǎn)換的情況。三、研究步驟1.根據(jù)過程特點，列出過程方程式；2.建立基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系式；3.在p－v圖、T－s圖上繪出過程曲線；4.計算△u，△h，△s；5.計算過程中的能量傳遞、轉(zhuǎn)換量：q，w，wt。氣體的典型熱力過程一、等容過程等容過程是工質(zhì)在裝變化過程中容積保持不變的熱力過程。1.過程方程式：v=定值2.初、始狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式：及3.過程在p－v圖及T－s圖上的表示第30頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月4.過程中傳遞的能量膨脹功熱量（等容過程中系統(tǒng)與外界沒有膨脹功的傳遞，過程加入的熱量全部用于增加氣體的熱力學能。二、等壓過程等壓過程是工質(zhì)在裝變化過程中壓力保持不變的熱力過程。1.過程方程式：p＝定值2.初、始狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式：及3.過程在p－v圖及T－s圖上的表示為定值）第31頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月4.過程中傳遞的能量膨脹功熱量在等壓過程中加入或放出的熱量，等于氣體初、始狀態(tài)的焓差。三、等溫過程等溫過程是工質(zhì)在裝變化過程中溫度保持不變的熱力過程。1.過程方程式：T＝定值，即pv＝定值2.初始狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式：或3.過程在p－v圖及T－s圖上的表示第32頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月4.過程中傳遞的能量膨脹功熱量等溫膨脹過程中吸收的熱量，全部轉(zhuǎn)變誒膨脹功；等溫壓縮時消耗的壓縮功全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃糠懦?。四、絕熱過程絕熱過程是系統(tǒng)與外界沒有熱交換的情況下發(fā)生的熱力過程。可逆的絕熱過程稱為等熵過程。1.過程方程式：定值為比熱容比或絕熱指數(shù)，2.初始狀態(tài)參數(shù)關(guān)系式：3.過程在p－v圖及T－s圖上的表示第33頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月4.過程中傳遞的能量膨脹功或熱量q＝0多變過程一、多變過程凡工質(zhì)按定值而變化的過程稱為多變過程。其中為多變指數(shù)，在0～±∞之間變化，每個n值代表一個多變過程。n＝0：p＝定值，為等壓過程；n＝1：T＝定值，為等溫過程；

n＝κ：二、多變過程的分析可與絕熱過程類比分析：1.初、終狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系式：定值，為可逆絕熱過程，即等熵過程；n＝∞：v＝定值，為等容過程。第34頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月2.過程中傳遞的能量膨脹功或熱量其中，稱為多方比熱容，當時，為負值。1.多變過程曲線的分布規(guī)律p-v圖上：從定容線出發(fā)，n由－∞→0→＋∞，按按順時針方向遞增。T-s圖上：多變過程線的分布規(guī)律也是多變指數(shù)n按順時針方向遞增。2.過程中各變化量正負值的判別q的正負值以等熵線為界；w的正負值以等容線為界；△u的正負值以等溫線為界。三、p－v圖和T－s圖第35頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)熱力學第二定律熱力學第二定律的表述與實質(zhì)一、自然過程的方向性和不可逆性

經(jīng)驗告訴我們，自然界發(fā)生的許多過程是有方向性的。例如：1.熱可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但卻不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫；2.氣體自發(fā)向真空膨脹，但卻不能自發(fā)壓縮，空出一個空間；3.兩種氣體可自發(fā)地混合，卻不可自發(fā)地分離；自發(fā)過程：不需任何外界作用而可以自動進行的過程。非自發(fā)過程：沒有外界作用的情況下不能自動進行的過程。自然界的一切自發(fā)過程都是具有方向性和不可逆性的，熱力過程總是朝著一個方向自發(fā)進行而不能自發(fā)地反向進行。非自發(fā)過程可以進行，但其進行必須以一定的補償條件作為代價。二、熱力學第二定律的實質(zhì)能量是有品質(zhì)高低之分的。如：機械能的品質(zhì)高于熱能；高溫熱能的品質(zhì)高于低溫熱能。定律的實質(zhì)：能量貶值原理，也就是說在能量的傳遞與轉(zhuǎn)化的過程中，能量的品質(zhì)只能降低不能提高。三、表述

“熱二”有各種各樣的說法，最常見的兩種是：

克勞修斯說法（1850）：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化。

開爾文說法（1851）：不可能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏霉Γ灰鹌渌兓?/p>

無論有多少種不同的說法，它們都反映了客觀事物的一個共同本質(zhì)，即自然界的一切自發(fā)過程有方向性。第36頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月卡諾循環(huán)與卡諾定理一、卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)是1824年法國青年工程師卡諾提出的一種理想的有重要理論意義的可逆熱機的可逆循環(huán)。1.卡諾循環(huán)的組成：它是工作于兩個熱源間的，由兩個可逆等溫過程和兩個可逆絕熱過程所組成的可逆正向循環(huán)。2.卡諾循環(huán)的熱效率：第37頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月3.結(jié)論：（1）熱效率ηt,c與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，只取決于高溫熱源的溫度T1與低溫熱源的溫度T2。（2）提高T1，降低T2，可以使卡諾循環(huán)的熱效率提高。（3）熱效率ηt,c總是小于1，也就是說不可能通過熱機循環(huán)將熱能全部轉(zhuǎn)換為機械能。（4）T1＝T2時，ηt,c＝0，說明沒有溫差是不可能連續(xù)不斷地將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的。二、逆卡諾循環(huán)是逆向進行的卡諾循環(huán)。作用效果：消耗機械能，從低溫熱源吸收熱量，向高溫熱源放出熱量。制冷系數(shù)：供熱系數(shù)：結(jié)論：1.制冷系數(shù)和供熱系數(shù)只取決于高溫熱源和低溫熱源的溫度，與工質(zhì)無關(guān)。2.提高T2，降低T1，可以使制冷系數(shù)和供熱系數(shù)提高。3.供熱系數(shù)總是大于1，制冷系數(shù)可以大于、等于、小于1。4.逆卡諾循環(huán)可分別用來制冷或供熱，也可以聯(lián)合交替進行。第38頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月三、卡諾定理

定理一：在相同的高溫熱源和低溫熱源之間工作的一切可逆熱機具有相同的熱效率。

定理二：在相同高溫熱源和低溫熱源間工作的任何不可逆熱機的熱效率都小于可逆熱機的熱效率。四、卡諾循環(huán)及定理的意義1.給出了循環(huán)熱效率的極限值，即2.指出了熱機實現(xiàn)熱功能轉(zhuǎn)換的條件：必須具有兩個或兩個以上溫度不同的熱源。3.指出了提高熱機熱效率的根本途徑，即提高熱源的溫度，降低冷源的溫度，盡可能減少或降低不可逆因素的影響。第39頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)濕空氣濕空氣的性質(zhì)一、濕空氣的成分

干空氣：空氣中水蒸汽以外的所有氣體。濕空氣可以看作干空氣和水蒸氣的混合物。但由于濕空氣中的水蒸氣在一定條件下有相變，所以濕空氣是一種特殊的理想混合氣體。濕空氣的總壓力等于干空氣和水蒸氣的分壓力之和，即：大氣壓力B＝pa＋pv二、飽和空氣和未飽和空氣飽和空氣：由干空氣和過熱蒸汽組成的濕空氣。

未飽和空氣：由干空氣和飽和水蒸汽組成的濕空氣。露點：對應(yīng)于水蒸氣分壓力的飽和溫度，也是在含濕量不變的情況下使?jié)窨諝膺_到飽和時的溫度，用td表示。三、絕對濕度和相對濕度絕對濕度：1m3濕空氣中所含有的水蒸氣質(zhì)量，用ρv表示。

相對濕度：濕空氣的絕對濕度ρv與同溫度下飽和濕空氣的飽和絕對濕度ρv的比值，用φ表示。φ愈小，表明濕空氣愈干燥、吸取水蒸氣的能力愈強。φ愈大，濕空氣愈潮濕，吸取水蒸氣的能力愈小。當φ＝0時，即為干空氣；當φ＝1時，為飽和濕空氣。第40頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月四、含濕量

含濕量：在含有1kg干空氣的濕空氣中，所含有的水蒸氣質(zhì)量，用d表示?；蚩倝毫Σ蛔兊那闆r下，一定的水蒸汽分壓力對應(yīng)著一定的含濕量。五、濕空氣的焓

濕空氣的比焓：含有1kg干空氣的濕空氣的焓值。

kJ/kg六、濕球溫度

濕球溫度：濕球紗布上的水與周圍空氣之間的溫差達到某一穩(wěn)定值時，水分蒸發(fā)的耗熱量等于紗布上水從周圍空氣所獲得的熱量時，濕球表面形成很薄的飽和濕空氣層，此時濕球溫度計的讀數(shù)稱為濕球溫度，用tw表示。干球溫度、露點溫度、濕球溫度的相對大?。何达柡蜐窨諝猓簍d＜tw＜t飽和濕空氣：td＝tw＝t第41頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月濕空氣的基本熱力過程一、濕空氣的焓濕圖（h-d圖）濕空氣的焓濕圖由五種線群構(gòu)成：等含濕量（d）線群、等焓（h）線群、等溫（干球溫度t）線群、等相對濕度（φ）線群、水蒸氣分壓力（pv）線群、熱濕比（ε）。作用：1.確定濕空氣的狀態(tài)參數(shù)；2.表示濕空氣的狀態(tài)變化過程。二、濕空氣的基本熱力過程1.加熱過程：給濕空氣加熱，在此過程中，空氣吸入熱量，溫度升高，相對濕度減小，含濕量不變，為等d過程，在h-d圖上是一條垂直向上的直線。

2.冷卻過程

（1）單純冷卻過程：濕空氣降低溫度，冷卻后的溫度高于濕空氣的露點溫度，濕空氣的含濕量不變，為等d冷卻過程。（2）析濕冷卻過程：如果冷卻后的溫度低于濕空氣的露點溫度，則冷卻過程中濕空氣中水蒸氣將會凝結(jié)析出，產(chǎn)生凝結(jié)水，濕空氣的含濕量減小。

3.絕熱加濕過程：在絕熱條件下，向濕空氣中加入水分，增加其含濕量的過程，可以通過在噴淋室中噴入循環(huán)水滴來實現(xiàn)。絕熱加濕過程可以視為等焓過程。

4.絕熱混合過程：通過幾股不同狀態(tài)的濕空氣絕熱混合，以得到溫度和濕度符合要求的濕空氣。第42頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)制冷循環(huán)空氣壓縮制冷循環(huán)一、裝置和流程空氣絕熱膨脹時，壓力下降，溫度降低，空氣壓縮制冷利用空氣的這一性質(zhì)獲得低溫。裝置由壓縮機、冷庫、膨脹機、冷卻器組成。工作循環(huán)包括兩個等壓過程和兩個等熵過程：1－2：空氣在壓縮機中耗功定熵壓縮，升溫升壓；

2－3：空氣在冷卻器中定壓放熱，溫度降低；

3－4：空氣在膨脹機中定熵膨脹作功，降溫降壓；

4－1：空氣在冷藏室中定壓吸熱，溫度升高。二、制冷系數(shù)

排向冷卻水或大氣的熱量q1＝h2－h(huán)3＝cp（T2－T3）制冷量（從冷庫吸收的熱量）：q2＝h1－h(huán)4＝cp（T1－T4）循環(huán)所耗凈功量：w0＝q1－q2

制冷系數(shù)進一步得出:第43頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月三、特點1.不能等溫吸熱、放熱，制冷系數(shù)低；2.空氣比熱小，單位質(zhì)量的工質(zhì)制冷量??；3.應(yīng)用有限，飛機空調(diào)中常用。蒸汽壓縮制冷循環(huán)一、裝置和流程1.主要裝置：壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器等。

2.工作流程：由蒸發(fā)器出來的制冷劑的干飽和蒸汽被吸入壓縮機，絕熱壓縮后成為過熱蒸汽（過程1-2）。而后進入冷凝器，在等壓下冷卻（過程2-3）和等壓等溫下凝結(jié)成飽和液體（過程3-4）。飽和液體繼而通過節(jié)流閥經(jīng)絕熱節(jié)流降壓降溫后變?yōu)榈透啥鹊臐裾羝?。絕熱節(jié)流是不可逆過程，節(jié)流前后焓值相等，濕蒸汽被吸入冷庫蒸發(fā)器中，在等壓等溫下吸熱氣化為干飽和蒸汽，從而完成一個循環(huán)。二、制冷系數(shù)制冷量：q2＝h1－h(huán)5＝h1－h(huán)4只有壓縮機耗功，功量為：w0＝h2－h(huán)1

制冷系數(shù)

三、提高制冷系數(shù)的途徑1.降低冷凝溫度降低冷凝溫度，可以使得壓縮機耗功減少，制冷量增加，從而提高制冷系數(shù)。冷凝溫度的高低完全取決于冷卻介質(zhì)的溫度，在制冷裝置中，冷卻介質(zhì)的溫度不能隨意降低，而是受到環(huán)境溫度的限制。第44頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.提高蒸發(fā)溫度提高蒸發(fā)溫度，可以使得壓縮機耗功減少，制冷量增加，從而提高制冷系數(shù)。蒸發(fā)溫度主要由制冷要求確定，故在能滿足需要的條件下，應(yīng)盡可能采取較高的蒸發(fā)溫度。3.將制冷劑過冷為提高蒸氣壓縮制冷循環(huán)的制冷系數(shù)，可將冷凝器中的制冷劑飽和液進一步冷卻（液體的過冷），，再引入到節(jié)流閥中降壓膨脹。這時循環(huán)的耗功量未變，而制冷量增加，從而提高了循壞的制冷系數(shù)。吸收式制冷循環(huán)一、工作原理以高沸點物質(zhì)作溶劑（吸收劑），低沸點物質(zhì)作溶質(zhì)（制冷劑），溶質(zhì)在溶劑中的溶解度會隨溫度變化。在制冷裝置中利用溶液的這種特性，來取代對蒸汽的壓縮過程，這樣的制冷裝置叫作吸收式制冷裝置。此循環(huán)采用溶液為工質(zhì)，如氨水溶液或溴化鋰溶液。二、裝置和流程吸收式制冷裝置由蒸發(fā)器、節(jié)流閥、冷凝器、發(fā)生器、溶液泵、吸收器、減壓閥組成。以氨-水吸收式制冷系統(tǒng)為例說明其工作流程。自冷凝器引出的氨飽和液體，在減壓調(diào)節(jié)閥中節(jié)流減壓降溫，形成低干度的濕蒸氣，并被送到蒸發(fā)器中定壓吸熱，成為干飽和蒸氣，然后進人吸收器。同時有稀氨水溶液自氨蒸氣發(fā)生器經(jīng)節(jié)流閥減壓后進入吸收器。稀氨水溶液將氨蒸氣吸收而為濃氨水溶液。濃氨水溶液經(jīng)溶液泵升壓，進入氨蒸氣發(fā)生器。利用外熱源對濃溶液加熱，蒸發(fā)出氨蒸氣而成為稀溶液。氨蒸氣進入到冷凝器中定壓放熱凝結(jié)成飽和液體而完成循環(huán)。第45頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第二部分傳熱學

第一節(jié)熱量傳遞的三種基本方式基本要求(1)、掌握熱量傳遞三種基本方式的物理概念、基本公式和基本特點。(2)、了解導(dǎo)熱系數(shù)，對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的物理意義、單位，并初步掌握對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)在不同情況下的數(shù)量級狀況。(3)、理解復(fù)合換熱的概念。基本知識點熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）、熱對流和熱輻射是熱量傳遞的三種基本方式。熱傳導(dǎo)當物體各部分之間不發(fā)生相對位移的情況下，依靠分子、原子或自由電子等微觀離子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象稱為熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。實驗證明，對于圖1-1所示大平壁，單位時間內(nèi)從表面1（溫度為）傳熱到表面2（溫度為，且）的熱流量為

第46頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月為導(dǎo)熱系數(shù)，是表征材料導(dǎo)熱能力的物性參數(shù)。單位時間內(nèi)通過單位面積的熱流量稱為熱流密度（或單位面積熱流量），記為

熱對流與對流換熱流體中溫度不同的各部分之間相對宏觀位移引起的熱量傳遞現(xiàn)象稱為熱對流。工程上經(jīng)常遇到的是流體流過固體壁面的熱量傳遞過程，稱之為對流換熱。當溫度為的流體流過表面溫度為第47頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月典型條件下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)范圍見表1-1表1-1表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)值范圍過程a.自然對流空氣1～10水200～1000b．強制對流氣體20～100高壓水蒸氣500～3500水1000～15000c．水的相變換熱沸騰2500～35000蒸汽凝結(jié)5000～25000熱輻射與輻射換熱物體因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。同一溫度下黑體（一種理想物體）的輻射強度最高，黑體在單位時間內(nèi)發(fā)出的熱輻射熱量由斯忒藩—玻兒慈曼定律（又稱四次方定律）揭示

第48頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：為輻射表面積；為黑體表面的熱力學溫度；為斯忒藩—玻兒慈曼常量，即黑體輻射常量，其值為。實際物體表面的輻射熱流量可表示為

為物體表面的發(fā)射率（又稱黑度），物體不斷的向周圍空間發(fā)出熱輻射能，同時不斷吸收周圍物體輻射到它上面的的熱輻射能。這樣，物體輻射和吸收的綜合結(jié)果產(chǎn)生了物體間的輻射熱量傳遞，稱為輻射換熱。溫度分別為和的兩無限接近的平行黑體平壁間的輻射換熱量為：

（1-5）式中：為輻射換熱面積。第49頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)導(dǎo)熱基本定律及穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱基本要求（1）掌握導(dǎo)熱基本定律——傅立葉定律的物理意義、數(shù)學表達式及其應(yīng)用；（2）理解溫度場、等溫面及溫度梯度的意義和特點；（3）掌握平壁、圓筒壁和等截面直肋等一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的溫度場和導(dǎo)熱量求解計算；（4）了解導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義及影響導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素；（5）掌握熱阻的概念及不同情況下導(dǎo)熱熱阻的分析和計算?；局R點1、熱基本定律一、溫度場在某一瞬時（時刻），物體內(nèi)各點的溫度分布稱為溫度場。在直角坐標系中，其數(shù)學表達式為

（1-8a）物體空間各點溫度不隨時間變動的溫度場稱為穩(wěn)態(tài)溫度場，否則稱為非穩(wěn)態(tài)溫度場。穩(wěn)態(tài)溫度場中溫度僅在一個坐標方向（如方向）變化的稱為一維穩(wěn)態(tài)溫度場，有

（1-8b）第50頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月在同一瞬時，物體內(nèi)溫度相同的各點連成的面（或線）稱為等溫面（或等溫線）。二、傅立葉定律——導(dǎo)熱基本定律傅立葉定律是經(jīng)驗定律，它指出單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量，即熱流密度，正比于該處的溫度梯度。數(shù)學表達式為導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)定義式（1-10）導(dǎo)熱系數(shù)是表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的物性參數(shù)，它與物質(zhì)的種類、溫度、密度等多種因素有關(guān)。各種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)值相差很大，通常金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大。我國國家標準規(guī)定，凡平均溫度不高于350℃時導(dǎo)熱系數(shù)不大于材料稱為保溫材料，或絕熱材料。第51頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月2、一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計算一、通過無限大平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（a）單層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：對于厚度為、導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)的如圖2-1的平壁，若平壁兩側(cè)面溫度分別維持和，則根據(jù)傅立葉定律可導(dǎo)得其溫度分布（溫度場）為直線關(guān)系（1-11）導(dǎo)熱熱流密度和熱流量為

（1-12a）

第52頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月

（1-12b）式中：和分別為熱阻和單位面積上的熱阻。（b）多層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：工程實踐中遇到的通常是多層平壁，應(yīng)用熱阻串聯(lián)概念可得通過層平壁的熱流密度為（1-13）第53頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月二、通過無限長圓筒壁的導(dǎo)熱（a）單層圓筒壁：對于長度為、無內(nèi)熱源的內(nèi)、外徑分別為和的單層圓筒壁，如圖2-2所示，若其內(nèi)、外壁溫度為和，導(dǎo)熱系數(shù)為，則其溫度分布為對數(shù)曲線導(dǎo)熱熱量為

第54頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月單位管長的熱流量，又稱線熱流量為

（1-16）（b）多層圓筒壁：對于多層圓筒壁和多層平壁一樣，可以利用熱阻串聯(lián)原則得到導(dǎo)熱熱量為第55頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)對流換熱對流換熱對流換熱是流體流過固體壁面時，由于兩者溫度不同所發(fā)生的熱量傳遞過程，也是常見的熱傳遞過程。基本要求（1）掌握牛頓冷卻公式，了解影響對流換熱的因素。（2）能理解流動邊界層和熱邊界層的概念，以及它們之間的相互關(guān)系，并能分析對流換熱微分方程中各物理量的意義。（3）理解特征數(shù)的物理內(nèi)涵和特征數(shù)方程的意義。（4）掌握各種對流換熱的換熱特征，并能正確選用對流換熱的特征數(shù)實驗關(guān)聯(lián)式進行對流換熱的定量計算?；局R點1、對流換熱概述一、牛頓冷卻定律對流換熱以牛頓冷卻公式為基本計算式，即表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，是反映對流換熱強烈程度的物理量。顯然，求取表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是對流換熱研究的主要任務(wù)。二、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的因素第56頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的因素較多，主要有：（a）流動的起因。按照引起流動的起因，可將對流換熱分為強制對流換熱和自然對流換熱。一般而言，同樣的流體前者比后者的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。（b）流動的速度與流態(tài)。流體流速增加，對流換熱熱阻減小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加。紊流時由于流體微團的相互摻混而較層流時的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。（c）流體有無相變。有相變時的對流換熱比無相變時的強烈，故前者表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。（d）換熱面的幾何形狀、大小和位置。流體沿壁面流動時，壁面的幾何形狀、大小和位置等對流體有很大影響，從而也影響了對流換熱。（e）流體的熱物理性質(zhì)。流體的熱物理性質(zhì)對于對流換熱有很大影響。綜上，影響對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的主要因素，可定性的用函數(shù)形式表示為

三、流動邊界層和熱邊界層流動邊界層：當粘性流體流經(jīng)固體壁面時，粘性使靠近固體表面附近的流體形成一流速逐漸降低的薄層，直至緊貼表面時流體速度為0.這一薄層稱為流動邊界層或速度邊界層，如圖2-24所示。通常規(guī)定達到主流速度的處的距離為邊界層厚度。它正比于流動的距離和流體粘性，反比于流體的流速。流動邊界層按流態(tài)分為層流邊界層和紊流邊界層，在紊流邊界層內(nèi)緊貼壁面有一極薄的層流底層。第57頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月（b）熱邊界層：在溫度是的流體流過表面溫度是的固體表面時如圖2-25所示，在緊貼壁面的一層流體中溫度由的壁面溫度變化到流體主流溫度這一溫度劇烈變化的薄層稱為熱邊界層或溫度邊界層。一般將流體過余溫度等于主流過余溫度第58頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月作為熱邊界層的厚度，用表示。（4）換熱微分方程式：對熱邊界層的分析說明，流體與固體表面之間的對流換熱量都必須穿過緊貼壁面的速度為的流體層，穿過此層的熱量傳遞幾乎完全依靠導(dǎo)熱。將傅立葉定律應(yīng)用于此貼壁層，并聯(lián)立牛頓冷卻公式后，可得局部換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為

稱為對流換熱微分方程。它是進行對流換熱理論求解的基本方程之一。（5）特征數(shù)及特征數(shù)方程第59頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月工程上實用的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的各種計算公式，主要是通過實驗得到的。實驗是將式（2-36）中表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與眾多影響因子的關(guān)系綜合成數(shù)量不多的無量綱特征數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式，稱之為特征數(shù)方程。各個特征數(shù)有其特定的物理意義和內(nèi)涵。對流換熱所涉及的特征數(shù)主要有：努塞爾數(shù)標志對流換熱的相對強弱程度；雷諾數(shù)表征流體在強制對流時，慣性力和粘性力的相對大小；

普朗特數(shù)反映流體動量擴散能力與熱擴散能力相對大??；格拉曉夫數(shù)反映自然對流換熱過程中浮力與粘性力的大小。特征數(shù)習慣上稱為準則數(shù)或準則，故特征數(shù)方程也稱準則方程式或特征數(shù)關(guān)聯(lián)式。特征數(shù)中用以確定其物性參數(shù)的溫度稱為定性溫度，包含在特征數(shù)中具有代表性的尺度稱為特征長度。第60頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)輻射換熱輻射換熱是通過熱輻射進行熱量交換的一種方式，在工程中占有重要的地位?；疽螅?）正確理解熱輻射的本質(zhì)，掌握有關(guān)輻射的概念：黑體，灰體，吸收比，發(fā)射率，有效輻射等。（2）掌握熱輻射的主要基本定律：斯忒藩——玻耳茲曼定律和基爾霍夫定律。（3）理解角系數(shù)的物理意義和特征，能用代數(shù)和圖線法計算工程上常見的角系數(shù)；（4）掌握網(wǎng)絡(luò)法計算兩個以長灰體構(gòu)成的封閉系統(tǒng)的熱輻射?；局R一、熱輻射的基本概念（1）熱輻射由于熱的原因而產(chǎn)生的電磁波輻射稱為熱輻射。工程上熱輻射的大部分能量集中在的紅外線區(qū)，因此工程上的熱輻射可以看作是紅外輻射。輻射換熱：物體之間相互輻射和吸收輻射能的總效果。（2）物體表面的吸收、反射和穿透物體對投放到表面的輻射能吸收的百分數(shù)稱為吸收比a，反射的百分數(shù)稱為反射比，穿透的百分數(shù)稱為穿透比。顯然有固體和液體對輻射不能穿透，，因此固體和液體的輻射是表面輻射。

的物體稱為絕對黑體或黑體，它是一種理想物體。第61頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月由基耳霍夫定律可得以下結(jié)論：a、因為所有物體的吸收比總小于1，故同溫度下黑體的輻射力最大；b、在與黑體處于熱平衡的條件下，任何物體對黑體輻射的吸收比等于同溫下的發(fā)射率，即：（3）灰體a、光譜吸收比：物體對特定波長輻射能的吸收比稱為光譜吸收比用表示。b、灰體：把光譜吸收比與波長無關(guān)的物體稱為灰體，即對于灰體

常數(shù)

常數(shù)c、體的性質(zhì)：第62頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月重點與難點一、熱輻射與輻射換熱輻射換熱是物體與周圍物體相互進行熱輻射和吸收的總效果。輻射換熱與導(dǎo)熱和對流換熱的一個重要區(qū)別是，當熱量傳遞以輻射方式進行時，兩物體間可以沒有物質(zhì)，處于真空，且處于真空效果更好，但導(dǎo)熱和對流換熱的發(fā)生均離不開物質(zhì)。另一區(qū)別是，熱輻射和輻射換熱過程發(fā)生了能量形式的轉(zhuǎn)換：熱輻射時物體內(nèi)部的熱量轉(zhuǎn)化成輻射能，輻射能被物體吸收被轉(zhuǎn)化為熱能。熱輻射能是一種電磁波，它與可見光等產(chǎn)生的電磁波無本質(zhì)區(qū)別，也有吸收、穿透和反射性能。對于大多數(shù)固體和液體材料，輻射能的發(fā)射與吸收僅在表面進行，因而這類輻射能的傳遞稱為表面輻射。我們僅討論表面輻射。輻射能投射到物體表面上時，由于表面情況不同而會出現(xiàn)和可見光一樣的鏡面輻射和漫反射，它取決于投入輻射的波長與表面粗糙度之間的相對大小。當物體表面的不平整尺寸小于投入輻射的波長時，會形成鏡面反射。當表面的表面的不平整尺寸大于投入輻射的波長時，形成漫反射，工程中的物體表面大多數(shù)可作為漫反射表面。2.黑體與黑體輻射黑體與熱力學中的理想氣體一樣是從實際物體抽象出來的理想氣體。正像理想氣體在熱力學中的研究中所起的重要作用一樣，黑體在熱輻射和輻射換熱中占有重要地位。在建立了黑體的模型后，我們處理實際物體輻射換熱的思路是：先討論研究黑體的熱輻射和輻射換熱，然后找出實際物體與黑體輻射的偏差，在提出灰體概念的基礎(chǔ)上，利用有效輻射解決實際物體（灰體）間的輻射換熱。工程上沒有絕對黑體，在實驗室中可以造出十分接近黑體的模型。要注意的是：模型空腔溫度是均勻的，具有黑體輻射特性的是模型上的小孔，而不是腔壁。黑體輻射的基本定律是斯忒藩——玻爾茲曼定律。它的數(shù)學表達式比較簡單，為第63頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月3.夫定律與灰體黑體與黑體輻射是實際物體輻射換熱研究的基礎(chǔ)。對于實際物體的熱輻射和輻射換熱，主要解決兩個問題：一是輻射力的大小如何確定；一個是外界投入它表面上的輻射能如何吸收，吸收比為多大。（1）實際物體的輻射力E實際物體的輻射力E小于同溫下黑體的輻射力，這一點不但由實驗得到了證明，而且可以叢基爾霍夫定律得出。根據(jù)基爾霍夫定律有

從而說明實際物體的輻射力E小于同溫下黑體的輻射力。為此，定義一表征實際物體輻射力大小的物理量——發(fā)射率又稱黑度顯然，且只要有了值（由實驗測定），便可依據(jù)下式求出實際物體的輻射力應(yīng)當說明的是，實際物體的輻射力并不嚴格正比于溫度的四次方，例如金屬的方次一般大于4。但實際計算中仍取次方為4，而把其它所有復(fù)雜因素都歸入到發(fā)射率中去。（2）基爾霍夫定律實際物體的發(fā)射率可以通過實驗來確定，那么實際物體的吸收比如何定呢？對于黑體而言，黑體的發(fā)射率和吸收比均為1，即吸收比等于發(fā)射率。實際物體對輻射能的吸收很復(fù)雜，吸收比取決于兩方面因素：一是物體本身的特性，即物體的種類、表面溫度和狀態(tài)情況等，二是投入輻射的性質(zhì)。第64頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月實際物體對投入輻射能不同波長的吸收是有選擇性的。為此，吸入了光譜吸收比的概念，它是物體對某一特定波長的輻射能吸收的百分數(shù)。圖2-44顯示了某鐘物體在室溫條件下的光譜吸收比隨波長變化的情況。世上萬物之所以呈現(xiàn)出五彩繽紛的顏色，主要原因在于物體表面對可見光的吸收和反射的選擇性。然而，光譜吸收隨波長變化的特性，還與投射到表面