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1、能源与节能管理基础第四章 热工基础知识(以下内容均按教学辅导材料编写),本章内容,第一节 工程热力学第二节 传热学第三节 流体力学第四节 热工测量技术,第一节 工程热力学,一、知识结构,1,（一）热力学第一定律（二）理想气体性质及热力过程（三）热力学第二定律（四）水蒸气（五）气体和蒸汽流动（六）气体和蒸汽动力循环（七）湿空气,二、了解内容,（一）工程热力学的研究内容和研究方法。（二）气体动力循环、蒸汽动力循环热效率的计算方法，火用的概念和火用损失的计算方法。,三、理解要点,（一）基本概念和基本参数 1.主要基本概念：工质、热源、冷源、闭口系统、开口系统、绝热系统、孤立系统、平衡状态、状态参数、
2、状态方程式、坐标图、热力过程、准平衡过程、可逆过程、正向循环和逆向循环,三、理解要点,提示：正向循环和逆向循环需要举例说明见复习题集第8页单选题第4小题,三、理解要点,2.主要参数：功、热量、压力、温度、比体积、热力学能、焓、总能、熵。,三、理解要点,提示：（1）在pv图上，功的大小用过程曲线与横坐标所围成的面积表示。见复习题集第8页单选题第6小题。（2）热力学能U：储存在系统内部的能量。焓H：H=U+pV，即热力学能加推动功。见掌握重点中闭口系统和开口系统能量方程式的区别。,三、理解要点,（二）热力学第一定律的实质实质是能量守恒与转化定律。当热能与其他形式的能量相互转换时，能量的总量保持不变
3、。,三、理解要点,（三）理想气体性质理想气体热力学能、焓、熵的计算方法及应用。,三、理解要点,提示：（1）理想气体的熵是温度的函数，但不是温度的单值函数。如定温过程，温度不变，熵在改变。见复习题集第8页多选题第1小题。（2）与熵不同，理想气体的热力学能和焓都是温度的单值函数见掌握重点（二）理想气体的性质。,三、理解要点,（四）理想气体热力过程：理想气体热量、功、热力学能差、焓差、熵差的计算方法。,三、理解要点,（五）热力学第二定律的描述方式 1.克劳修斯描述方式：热不可能自发地、不付任何代价地从低温传递到高温物体。2.开尔文描述方式：不可能从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下任何变化。,三
4、、理解要点,（六）孤立系统熵增原理：和外界没有物质和能量交换的系统叫做孤立系统。孤立系统内的熵只能够增大或维持不变，不可能减小。,三、理解要点,提示：（1）非孤立系统进行可逆或不可逆过程，熵都可以减少。见复习题集第8页多选题第2小题。（2）系统进行了可逆或不可逆循环，循环前后系统的熵都不变。见复习题集第8页单选题第7小题。,三、理解要点,（七）气体和蒸汽的流动 促使流速改变的条件：Ma1时，若使流速增大，横截面积应逐步增大。,三、理解要点,（八）气体动力循环 1.混合加热理想循环。四冲程柴油机的工作过程。增大压缩比和定容增压比，减小定压预胀比可以提高热效率。2.定容加热理想循环。四冲程汽油机的
5、工作过程。增大压缩比可以提高热效率。,三、理解要点,（九）蒸汽动力循环 朗肯循环：最基本的蒸汽动力循环。提高蒸汽的初压、初温，降低乏汽压力可提高热效率。再热循环和回热循环：对朗肯循环的改进。都可以提高热效率，再热循环还可提高汽轮机排汽干度。,三、理解要点,（十）理想气体混合物和湿空气1.混合物的成分表示、分压力定律和湿空气2.相对湿度：实际包含的水蒸气量与同温度下最多能包含的水蒸气量的百分比。3.含湿量，焓-含湿图4.湿空气过程。主要有加热（冷却）过程、冷却去湿过程和干燥过程。,三、理解要点,提示：相对湿度高，含湿量不一定高。与温度有关。见复习题集第9页判断题第1小题。,四、掌握重点,（一）热
6、力学第一定律的数学表达式1.闭口系统能量方程式：全部工质 Q=U+W；1kg工质 q=u+w。,四、掌握重点,2.开口系统能量方程式：wt技术功,四、掌握重点,（二）理想气体性质1.状态方程：压力、温度与体积（或比容）的关系2.比热容：单位质量的物质温度升高1K所需要的热量。,四、掌握重点,3.比定容热容cv 容积不变。比定压热容cp 压力不变。4.理想气体的热力学能和焓都是温度的单值函数。提示：理想气体比定容热容和比定压热容都是温度的函数，且cvcp。见复习题集第8页单选题第9小题，多选题第1小题。,四、掌握重点,（三）理想气体的热力过程：4个基本过程 1.定容过程：比体积不变 2.定压过程
7、：压力不变 3.定温过程：温度不变 4.绝热过程：工质与外界没有热量交换。大多数的一般过程，可以表示成pvn=定值的形式，叫做多变过程。,四、掌握重点,（四）卡诺循环和卡诺定理 1.卡诺循环：2个定温过程和2个绝热过程 热效率：提示：卡诺循环的特点：理想、可逆、效率最高。见复习题集第9页多选题第4小题。,四、掌握重点,2.卡诺定理：定理1：相同高温热源和低温热源间工作的可逆循环热效率相等 定理2：温度相同的高温热源和低温热源间工作的可逆热机热效率大于不可逆热机热效率,四、掌握重点,3结论（1）热效率只取决于高温热源和低温热源的温度，与工质的性质无关。（2）效率小于1。（3）单热源热机不存在。（
8、4）增大T1，减小T2，可提高热效率。（5）卡诺循环是理想循环。,四、掌握重点,（五）水蒸汽的性质 1.饱和状态：汽、液两相共存达到动态平衡 2.水的定压汽化过程：未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽和过热蒸汽5个阶段 3.水、水蒸气表和图,四、掌握重点,提示：（1）水的三相点温度0.01，压力611.7Pa。见复习题集第9页判断题第4小题。（2）查表与汽态判断方法。见复习题集第9页分析题。,第二节 传热学,一、知识结构,1,（一）绪论（二）导热传热（三）对流换热（四）辐射传热（五）传热过程分析与换热器计算,二、了解内容,（一）传热过程和传热系数。（二）二维稳态导热和非稳态导热的分类。（三
9、）边界层和相似原理。（四）对数温差与换热器的计算以及黑体和灰体表面间的辐射换热计算。,二、了解内容,提示：传热系数是表征传热过程强烈程度的标尺。见复习题集第10页单选题第8小题。,三、理解要点,（一）导热、对流和辐射换热的概念 1.导热：温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。,三、理解要点,2.对流：指流体发生宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象，又称热对流。对流换热是流体与温度不同的固体壁面接触时发生的传热现象。热对流是传热的三种基本方式之一，而对流换热是导热与热对流两种基
10、本方式的综合作用,三、理解要点,3.辐射换热：三个特点：（1）冷热物体之间无需接触，不需要中间介质；（2）在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换；（3）只要T0 K的一切物体，都在相互辐射能量，总结果是热由高温物体传到低温物体。,三、理解要点,（二）导热传热 1.理解温度场、等温面、等温线和导热系数的含义。2.导热过程的单值性条件：包含几何、物理、时间、边界条件。边界条件可分为三类。3.毕渥数又称毕渥准则，是一个无量纲准则数，表示导热热阻与对流热阻的比值。,三、理解要点,（三）对流换热1.雷诺数：表征流体受迫流动时惯性力与黏滞力的相对比值。2.普朗特数：反映流体的动量扩散能力与热扩散能力的相对大
11、小。,三、理解要点,3.对流换热的五个影响因素 流动的起因和流动状态；流体的热物理性质；流体的单相换热与相变换热；换热的几何因素；定性温度与定型尺寸。,三、理解要点,4.凝结换热：膜状凝结与珠状凝结 影响因素：蒸气速度、蒸气含不凝性气体、表面粗糙度、蒸气含油、过热蒸气等。5.沸腾换热：大空间沸腾与强制对流沸腾；饱和沸腾和过冷沸腾。影响因素：不凝结气体、过冷度、液位高度、重力加速度、沸腾表面结构等。,三、理解要点,（四）辐射传热 1.理解黑体、辐射力、单色辐射力和角系数的概念。2.普朗克定律：黑体辐射能量沿波长分布的规律。3.兰贝特定律：黑体辐射能量沿半球空间方向的变化规律。,三、理解要点,提示
12、：能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体称为黑体。见复习题集第10页单选题第7小题。,四、掌握重点,（一）导热热阻、对流热阻、辐射热阻定义1导热热阻。热传导遇到的热阻。2对流热阻。对流换热过程中的热阻。3辐射热阻。辐射换热时的热阻。,四、掌握重点,提示：导热系数是物性参数，各个热阻都不是物性参数。见复习题集第11页判断题第4小题。,四、掌握重点,（二）平板导热、圆筒壁导热的计算 1.第一类边界条件下的多层平板导热,四、掌握重点,2.第一类边界条件下的多层圆筒壁的导热,1,四、掌握重点,提示：（1）冰箱结霜，对耗电的影响。见复习题集第10页单选题第10小题。（2）锅炉管子的积灰垢、结水垢对传热的
13、影响。见复习题集第11页分析题。,四、掌握重点,（三）单相流体对流换热 1.管内受迫流动换热：层流和紊流。入口段与充分发展段。2.外掠圆管流动换热：具有边界层特征，绕流脱体。壁面边界层状况决定换热特征。脱体，使换热增强。,四、掌握重点,3.自然对流换热 因温差引起流体的密度差产生浮升力而形成的流体换热。亦有层流和紊流之分，又可分成大空间和有限空间两类。,四、掌握重点,（四）斯蒂芬-玻尔兹曼定律：黑体辐射力随温度的变化规律。提示：公式形式是见复习题集第11页判断题第3小题。,四、掌握重点,（五）强化传热与削弱传热的方法 1.强化传热方法：7种。扩展传热面；改变流动状态；改变流动物性；改变表面状况
14、；改变换热面积形状和大小；改变能量传递方式；靠外力产生振荡。2.削弱传热的方法：2种 覆盖绝热材料；改变表面状况。,第三节 流体力学,一、知识结构,1,（一）流体力学 基本概念、流体静力学、流体动力学流动阻力及能量损失、气体流动（二）泵与风机 种类、工作原理及特点、性能、调节、安装选型,二、了解内容,（一）流体的表面张力和毛细力（二）流体流动的分类和流体动力学的基本概念（三）非圆形管道沿程损失的计算和简单管道流动的计算（四）主要泵与风机的工作原理与特点和泵与风机的选型原则与方法,三、理解要点,（一）绝对压强、相对压强、真空 绝对压强：以完全真空为基准 相对压强：以当地大气压强为基准，高于大气压
15、强的值 真空：低于大气压强的数值（二）压力体：曲面和自由液面或者自由液面的延长面包容的体积。,三、理解要点,（三）定常流动的动量方程：动量方程式以及运用方程需要注意的问题。,三、理解要点,提示：定常流动的概念：流动参量不随时间变化的流动称为定常流动。但是，同一时刻不同位置，流动参量一般是不同的。见复习题集第12页多选题第2小题。,三、理解要点,（四）动能修正系数取决于过流断面上流速分布的均匀程度。流速分布愈均匀，其数值愈接近于1。在实际工业管道中，通常都近似地取1。,三、理解要点,提示：动能修正系数的准确值总是大于1的。见复习题集第13页判断题第2小题。,三、理解要点,（五）雷诺数：判别流体流
16、动状态的准则数。工程中，一般取圆管的临界雷诺数Recr2000。当Re2000时，为层流；当Re2000时，为紊流。,三、理解要点,提示：雷诺数的计算公式是：见复习题集第12页单选题第4小题。,三、理解要点,（六）绕流物体的阻力 物体阻力分为压差阻力和摩擦阻力。摩擦阻力：切向应力的分力。压差阻力：法向应力的分力。（七）声速与马赫数声速是微弱扰动波在弹性介质中的传播速度。马赫数某点的流速与当地声速之比。,四、掌握重点,（一）流体的粘性 产生在流体内部的摩擦阻力的性质称为流体的粘性。压强的变化对粘性的影响很小。温度升高，气体粘性增大，液体粘性减小,四、掌握重点,（二）静力学基本方程,四、掌握重点,
17、提示：静压强特性：（1）流体静压强的方向与作用面相垂直，并指向作用面的内法线方向。（2）静止流体中任一点的流体静压强与作用面在空间的方位无关。见复习题集第12页多选题第4小题。,四、掌握重点,（三）连续性方程,四、掌握重点,（四）黏性流体总流的伯努利方程,四、掌握重点,（五）流体流动的状态 层流：流体质点互不干扰，迹线层次分明。紊流：流体质点相互掺混，杂乱无章。,四、掌握重点,（六）边界层的概念1.边界层是一个薄层。2.边界层内速度梯度很大，为粘性流体的有旋流动。3.边界层以外速度梯度很小，可以看作理想流体的无旋流动。,四、掌握重点,（七）泵与风机的主要性能参数 1.流量：单位时间内输送的流体
18、量，用体积流量或质量流量表示 2.扬程（全压）：单位重量(体积)液体（气体）通过泵（风机）时所获得的能量增加值 3.功率：有效功率、轴功率和原动机功率。4.转速：泵或风机轴每分种的转数。,四、掌握重点,5.汽蚀余量（正吸入压头）：泵汽蚀性能的重要参数 6.损失与效率：损失：机械损失、容积损失和流动损失 有效功率：轴功率除去这些能量损失,四、掌握重点,（八）泵与风机的性能曲线 1.性能曲线：在一定的转速下，以流量作为基本变量，其他各参数随流量改变而变化的曲线。2.种类：通常包括流量与扬程、流量与轴功率以及流量与效率之间的关系。,四、掌握重点,提示：（1）管路性能曲线与泵或风机的性能曲线的交点为泵
19、或风机的工作点。见复习题集第13页判断题第4小题。（2）泵与风机串联并联工作问题。见复习题集第11页单选题第2小题，第12页单选题第7、8小题。,四、掌握重点,（九）离心式泵与风机的工况调节工况调节就是改变工作点的位置。方法：1.改变管路性能曲线的调节方法：调节阀门开度。2.改变泵或风机性能曲线的调节方法：改变转数；改变风机进口导流阀的叶片角度；切削泵的叶轮外径及改变风机的叶片宽度和角度等。,第四节 热工测量技术,一、知识结构,1,（一）热工测量的基本知识（二）实际应用中的测量（三）误差分析及数据处理,二、了解内容,（一）测量方法分类：（二）测量仪表的组成和常用的煤量测量仪表和湿度测量仪表,三
20、、理解要点,（一）仪表的精度等级 仪表精度等级：仪表可能产生的最大误差与仪表量程之比，分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7个等级（二）不确定度表征合理赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。可分为A、B两类。,四、掌握重点,（一）温度测量 1.掌握测温仪表的分类、测温原理及适用范围 2.掌握热电偶、热电阻的分类及使用注意事项 3.掌握测温仪表的选用原则及测温布置技术,四、掌握重点,提示：温度测量部分涉及知识面较广，如：复习题集第13页单选题第4小题，第14页单选题第6小题，第14页多选题第1、3小题，判断题第1小题。,四、掌握重点,（二）压力测量 掌握压力仪表
21、的分类、测压原理及适用范围 掌握压力仪表的需用原则及安装注意事项一般在被测压力较稳定的情况下，最大工作压力不超过仪表量程的3/4。,四、掌握重点,提示：压力测量部分涉及知识面较广，如：复习题集第13页单选题第1小题，第14页多选题第2小题，第15页判断题第3小题。,四、掌握重点,（三）流速、流量测量 流速仪表：皮托管、热线风速仪和激光多普勒流速仪。掌握流量计的分类及应用范围；掌握标准节流元件的使用注意事项。,四、掌握重点,（四）气体成分测量 取样方法有直接取样法、全量取样法、比例取样法以及定容取样法。掌握氧化锆氧量分析仪、色谱分析仪和红外气体分析仪的测量范围及特点。,四、掌握重点,（五）误差表示方法 绝对误差：,四、掌握重点,（六）误差的分类 粗大误差、系统误差和随机误差（七）数据处理 1.有效数字：2.“0”的使用原则：3.有效数字的运算 4.数据修约,
