热工基础与应用-第3版-知识点

《热工基础及应用》第3版知识点第一章热能转换的基本概念本章要求：1.掌握研究热能转换所涉及的基本概念和术语；2.掌握状态参数及可逆过程的体积变化功和热量的计算；3.掌握循环的分类与不同循环的热力学指标。知识点：1.热力系统：根据研究问题的需要和某种研究目的，人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统，简称热力系或系统。热力系可以按热力系与外界的物质和能量交换情况进行分类。2.工质：用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。3.热力状态：热力系在某瞬时所呈现的宏观物理状态称为热力状态。对于热力学而言，有意义的是平衡状态。其实现条件是：0,0,0pT。4.状态参数和基本状态参数：描述系统状态的宏观物理量称为热力状态参数，简称状态参数。状态参数可按与系统所含工质多少有关与否分为广延量（尺度量）参数和强度量状态参数；按是否可直接测量可分为基本和非基本状态参数。5.准平衡（准静态）过程和可逆过程：准平衡过程是基于对热力过程的描述而提出的。实现准平衡过程的条件是推动过程进行的不平衡势差要无限小，即0p，0T（0）。6、热力循环：为了实现连续的能量转换，就必须实施热力循环，即封闭的热力过程。热力循环按照不同的方法可以分为：可逆循环和不可逆循环；动力循环（正循环）和制冷（热）循环（逆循环）等。动力循环的能量利用率的热力指标是热效率：0=tHWQ；制冷循环能量利用率的热力学指标是制冷系数：L0=QW。第二章热力学第一定律本章要求：1.深入理解热力学第一定律的实质；2.熟练掌握热力学第一定律的闭口系统和稳定流动系统的能量方程。知识点：1.热力学第一定律：是能量转换与守恒定律在涉及热现象的能量转换过程中的应用。热力学第一定律揭示了能量在传递和转换过程中数量守恒这一实质。2.闭口系统的热力学第一定律表达式，即热力学第一定律基本表达式：QUW。3.稳定流动系统的能量方程：2sh12QHmcmgzW。4.技术功：2tsh12WmcmgzW，在可逆条件下2t1dWVp。第三章热力学第二定律本章要求：1.深刻理解热力学第二定律的实质，掌握卡诺循环、卡诺定理及其意义；2.掌握熵参数，了解克劳修斯不等式意义；3.利用熵增原理进行不可逆过程和循环的分析与计算。知识点：1.热力学第二定律：能量不仅有“量”的多少问题，而且有“品质”的高低问题。热力学第二定律揭示了能量在传递和转换过程中品质高低的问题，其表现形式是热力过程的方向性和不可逆性。热力学第二定律典型的说法是克劳修斯说法和开尔文的说法。虽然不同说法表述上不同，但实质是相同的，因此具有等效性。2.卡诺循环和卡诺定理：是热力学第二定律的重要内容之一，它不但指出了具有两个热源热机的最高热效率，而且奠定了热力学第二定律的基础。3.卡诺循环热效率：当热源温度为TH，冷源温度为TL时，卡诺循环的热效率为C1LHTT。4.卡诺定理：如果用r表示两恒温热源的可逆循环的热效率，用t表示同温限下的其它循环热效率，则卡诺定理可以表示为rt。5.熵：利用卡诺循环和卡诺定理可以导出或证明状态参数熵，redQST。6.克劳修斯不等式：Q0TÑ。通过克劳修斯不等式可以判断循环是否可行，是否可逆，因此克克劳修斯不等式是热力学第二定律的数学表达式之一。利用克劳修斯不等式可以导出关系式dQST，此式可以用来判断热力过程的可行与否（是否可以发生），可逆与否，因此它亦是热力学第二定律的数学表达式之一。7.熵产：熵产是不可逆因素引起的，恒大于等于零，因此熵产是揭示不可逆过程大小的重要判据。熵产可以通过孤立系的熵增原理求得。8.孤立系的熵增原理：孤立系的熵只能增加，不能减少，极限的情况保持不变。即：isogdd0SS或isog0SS。孤立系的熵增原理的数学表达式也是热力学第二定律的数学表达式之一。熵增原理也适用于控制质量的绝热系，即：adgdd0SS或adg0SS。第四章理想气体的热力性质和热力过程本章要求：1.掌握理想气体各种热力过程的过程方程和基本状态参数间关系；2.进行各种热力过程的功量和热量的计算分析，并在p-v图和T-s图对热力过程进行定性分析；3.掌握理想气体的状态方程；4.掌握理想气体的比热容，正确运用比热容计算理想气体的热力学能、焓和熵。知识点：1.理想气体的状态方程：gpvRT或mpVRT。针对整个系统状态方程可以写为：gpVmRT或pVnRT。气体常数与摩尔气体常数有关系式：gRRM。2.理想气体的比热力学能：仅与温度有关，21dVucT或VucT。3.理想气体的比焓：仅与温度有关，21dphcT或phcT。4.理想气体的比熵：不但与温度有关，而且与压力或体积有关。如：22g11dlnppTscRTp或22g11lnlnpTpscRTp5.理想气体的混合物：为研究理想气体混合物而引入的两模型是分压力模型与分体积模型，从而有道尔顿分压力定律和亚美格分体积定律。利用理想气体混合物的成分可以求解折合的摩尔结果、气体常数、比热力学能、比焓和比熵。6.理想气体的多变过程：定值npv。第五章蒸气的热力性质和热力过程本章要求：1.掌握蒸气的热力性质特点，能正确熟练利用蒸气热力性质图、表进行蒸气热力性质的计算；2.掌握蒸气热力过程分析计算的步骤，能正确使用蒸气热力性质图、表进行蒸气热力过程的分析计算。知识点：1.蒸气的热力性质：可以归纳为一点、二线、三区、五状态。一点：临界状态点，仅随工质而异；二线：饱和蒸气线（上界线）和饱和液线（下界线）；三区：未饱和液区、湿蒸气区和过热蒸气区；五状态：未饱和液、饱和液、湿蒸气、饱和蒸气和过热蒸气。2.蒸气热力性质图表：根据蒸气五种状态的计算特点，蒸气热力性质表分为饱和液和饱和蒸气表，未饱和液和过热蒸气表。用于定性分析的蒸气热力性质图是p-v和T-s图，用于定量计算的水蒸气热力性质图是h-s图。3.蒸气热力过程分析：借助蒸气热力性质图表分析蒸气的热力过程，利用第一定律的能量方程和第二定律的熵增原理进行能量传递与转换的分析计算和过程的不可逆性的分析计算。第六章湿空气本章要求：1.掌握湿空气的状态参数；2.湿空气的基本热力过程分析计算。知识点：1.湿空气的热力性质：湿空气是干空气和水蒸气的混合物，湿空气的状态参数有露点温度、相对湿度、含湿量（比湿度）和比焓。湿空气的状态参数可以用解析法求取，也可以用焓-湿图求取。2.湿空气的热力过程：湿空气热力过程多为几种基本热力过程的组合，湿空气的基本热力过程有：加热与冷却过程、冷却去湿过程和绝热加湿过程。湿空气的热力过程的求解，无论是基本热力过程，还是其他热力过程，依据的基本定律就是质量守恒定律和热力学第一定律。第七章热量传递的三种基本方式简介本章要求：1.掌握热量传递三种基本方式的概念、特点与基本计算式；2.掌握热导率、表面传热系数与发射率的概念；3.了解复合传热与传热过程的概念。知识点：1.传热定义及基本传递方式：传热是由于温差引起的热量转移过程，它有三种不同的基本传递方式：热传导、热对流与热辐射。2.热传导、热对流与热辐射的基本概念及其传热量的基本计算公式：当物体内有温度差或两个不同温度的物体直接接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，依靠物质微粒（分子、原子或自由电子等）的热运动而产生的热量传递现象称为热传导，简称导热，导热传热量用傅立叶导热定律进行计算；流体中，温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递现象叫热对流，简称对流。工程上特别感兴趣的是流体流过固体壁面时发生的对流和导热联合作用的热量传递过程，称为对流传热，对流传热量用牛顿冷却公式计算。物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射，物体因为热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。3.复合传热基本概念：对流与辐射同时存在的传热过程称为复合传热。4.辐射传热表面传热系数：rrΦhAt。5.传热过程基本概念：热量由固体壁一侧的热流体通过固体壁传递给另一侧冷流体的过程，叫做传热过程。第八章导热的基本定律及稳态导热本章要求：1.掌握傅里叶导热定律；2.掌握三维直角坐标导热微分方程；3.掌握温度场的求解，通过平壁和圆筒壁的稳态导热计算公式；4.掌握热阻概念及其应用；5.掌握肋片导热特点与套管式温度计测量误差分析。知识点：1.傅里叶定律：导热的基本定律，q=ntn。傅里叶定律是联系导热体的温度场与热流场之间的桥梁。2.导热微分方程：揭示导热体内温度分布规律的基本方程，直角坐标系中常物性各向同性材科的导热微分方程为：222.222ttttΦcxyz。3.导热微分方程的边界条件：包括第一类、第二类和第三类边界条件。4.典型的一维稳态导热问题的温度场与热流场求解：通过求解导热微分方程与定解条件（初始条件与边界条件）获得导热体的温度分布，再利用傅里叶定律，即可获得热流场，包括无限大平壁、无限长圆筒壁与等截面直肋的温度场与热流场的求解思路。5.肋片导热及应用：肋片导热与大平壁与圆筒壁导热不同，在热量传递方向上，导热量处处不守恒，包括肋片的温度变化、套管式温度计测量的误差与如何提高测量精度。第九章非稳态导热本章要求：1.掌握简单形状物体的非稳态问题工程计算方法；2.掌握集总参数法。知识点：1.非稳态导热问题的特点：物体内各点的温度随时间而变；在非稳态导热热量传递的路径中，每一个与热流方向垂直的截面上的热流量处处不等。2.一维非稳态导热过程分析求解及诺谟图：非稳态导热问题分析解计算复杂繁琐，工程上通常使用图线进行计算。图线是在满足工程计算准确度要求的条件下，事先按照分析解计算出有关数值，然后将这些数值以特征数为变量画出，这些图线称为诺谟图。3.集总参数法：忽略物体内部导热热阻的非稳态导热问题的研究方法称为集总参数法，在Bi数比较小的情况下的一种近似求解非稳态导热问题的有效方法。4.时间常数：定义为ρcV/(hA)，具有时间τ的量纲。时间常数在工程上具有重要应用，反映了流体温度变化响应快慢的指标。5.毕渥准则数：Bi=hδ/λ，分子是厚度为δ的平壁内的导热热阻，分母则是壁面外的对流传热热阻，Bi具有对比热阻的物理意义。6.傅里叶准则数：Fo=aτ/δ2，分子是时间，分母也具有时间的量纲，它反映热扰动透过导热体的时间，Fo具有对比时间的物理意义。第十章导热问题的数值求解基础本章要求：1.了解导热问题数值求解的基本思想；2.了解利用热平衡法建立稳态导热问题的内节点与边界节点的离散方程。知识点：1.导热问题数值求解的基本思想：把原来在时间、空间坐标系中连续的物理量场，如导热物体的温度场，用有限个离散点上的值的集合来代替；通过求解按一定方法建立起来的关于这些值的代数方程，获得离散点上被求物理量的值。这些离散点上被求物理量值的集合称为该物理量的数值解。2.节点、步长、元体（控制容积）：为了数值计算，必须首先将求解区域离散化，选取离散点，可以用一系列与坐标轴平行的网格线把求解区域划分成许多子区域，网格线交点就是所选取的需要确定温度值的离散点，称为节点。相邻两节点间的距离称为步长。每一个节点都可以看成是以它为中心的一个小区域的代表，它由相邻两节点连线的中垂线构成，称节点所代表的小区域为元体（又叫控制容积）。3.节点方程：关于节点上物理量的代数方程称为节点有限差分方程，简称节点方程。4.热平衡法：对任一元体，根据能量守恒定律写出热平衡式，建立节点的有限差分方程。第十一章对流传热本章要求：1.掌握影响对流传热的各种因素与各种对流传热过程的基本特点；2.掌握边界层概念、准则数及准则方程式的意义和应用；3.掌握选用合适的准则方程进行强制对流传热和自然对流传热的计算；4.了解有相变的对流传热的基本特征及主要影响因素。知识点：1.影响对流传热表面传热系数的主要因素：对流传热是流体流过固体壁面时的热量传递，它是由流体宏观位移的热对流和流体分子间微观的导热构成的复杂的热量传递过程。因此，影响对流传热表面传热系数的因素不外乎是影