《热工基础及应用》第3版知识点汇总Word文档下载推荐.docx
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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：
3.稳定流动系统的能量方程：
4.技术功：
，在可逆条件下
第三章热力学第二定律
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。
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
4.卡诺定理：
如果用
表示两恒温热源的可逆循环的热效率，用
表示同温限下的其它循环热效率，则卡诺定理可以表示为
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，
6.克劳修斯不等式：
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
，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：
或
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：
第四章理想气体的热力性质和热力过程
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。
1.理想气体的状态方程：
针对整个系统状态方程可以写为：
或
气体常数与摩尔气体常数有关系式：
2.理想气体的比热力学能：
仅与温度有关，
3.理想气体的比焓：
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：
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：
第五章蒸气的热力性质和热力过程
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
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。
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
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。
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：
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
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。
1.傅里叶定律：
导热的基本定律，q=
n
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：
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
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。
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
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。
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
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。
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响流动的因素及流体本身的热物理性质，包括流动的起因，流动的速度与形态，流体有无相变，传热面的几何形状和大小及位置，流体的热物理性质等。
2.局部表面传热系数与流体温度场的关系：
3.边界层理论：
流场可以划分为边界层区和主流区。
流动边界层内速度发生剧烈变化，速度梯度很大，是发生动量扩散（粘性作用）的主要区域，主流区的流体可以近似当作理想流体。
热边界层内温度梯度很大，温度发生剧烈变化，是发生热量扩散的主要区域，热边界层之外的温度梯度可以忽略。
流动边界层厚度和热边界层厚度与壁面特征尺度相比均是一个小量。
4.对流换热特征数：
努塞尔数，
普朗特数，
，动量扩散和热量扩散的度量；
雷诺数，
，惯性力和粘性力的度量；
格拉晓夫数，Gr=
，反映自然对流传热现象中浮升力与粘性力相对大小。
5.特征数方程式：
用特征数表示的函数关系式称为特征数方程式，采用实验研究方法，通过引入特征数以及特征数方程式，可以大大降低实验次数而又获得具有通用性的结果。
6.管槽内部流动、纵掠平板、横掠单管与管束间强制对流的通用实验关联式：
即，
7.大空间自然对流传热的实验关联式：
8.膜状冷凝和珠状冷凝：
如果凝结液体能很好地润湿壁面，它就在壁面上形成一层完整的膜，称为膜状凝结。
如果凝结液体不能很好地润湿壁面，凝结液在壁面上形成一个个的小液珠，而不形成连续的液膜，这种凝结称为珠状凝结。
一般来说，珠状冷凝表面传热系数大于膜状冷凝。
9.大容器饱和沸腾曲线：
当液体与壁面温度超过其饱和温度的壁面接触时，随着壁面温度的升高，就会发生沸腾传热。
实验表明，大容器内，随着加热面温度tw与相应压力下的液体饱和温度ts之差Δt（称为过热度）的增加，会出现四个传热规律全然不同的区域。
10．相变传热强化基本原理：
尽量减薄液膜层厚度是强化膜状凝结的基本原理，如果能拉薄表面液膜或加速液膜排出，则能强化凝结传热，反之，如果使液膜增厚，凝结表面传热系数将降低。
沸腾传热机理与气泡动力学相关，强化沸腾传热的基本原理是尽量增加加热面上的汽化核心，产生更多的汽泡，并让汽泡长大并离开加热面，通常可在加热面上进行表面结构改造达到强化沸腾传热的目的。
第十二章辐射传热
1.掌握斯忒藩-玻耳兹曼定律与基尔霍夫定律；
2.掌握黑体、灰体、有效辐射、投入辐射、角系数、遮热板的基本概念；
3.掌握两个灰体表面之间的辐射传热计算；
4.了解气体辐射的基本特点。
1.黑体：
黑体的吸收比α=1，这意味着黑体能吸收各种波长的辐射能，黑体在热辐射分析中有其特殊的重要性，尽管在自然界中并不存在黑体，但可人工制造出十分接近于黑体的模型。
处理实际物体辐射的思路是：
先讨论黑体辐射的基本定律，在此基础上，找出实际物体辐射与黑体辐射的偏差，从而确定必要的修正系数。
2.斯忒藩-玻耳兹曼定律，数学表达式为
斯忒藩-玻耳兹曼定律将物体辐射力与温度联系起来。
3.灰体：
在热辐射理论中，把光谱吸收比αλ与波长无关，即
＝常数的物体称为灰体。
4.基尔霍夫定律：
在热平衡条件下，任何物体的辐射力与它对来自黑体辐射的吸收比的比值，恒等于同温下黑体的辐射力。
显然，这个比值只与热平衡温度有关，而与物体本身性质无关。
基尔霍夫定律将物体吸收比与发射率联系起来。
5.角系数：
把表面1发出的辐射能落在表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数，记为X1,2。
角系数具有三个基本特性，角系数的相对性：
角系数的完整性：
角系数的分解性：
6.有效辐射和投入辐射：
把单位时间内离开单位表面积的总辐射能称为该表面的，记为J；
而把单位时间内投射到单位表面积上的总能量称为该表面的投入辐射，记为G。
7.空间辐射热阻和表面辐射热阻：
空间辐射热阻的数学表达式为
，完全取决于几何条件；
表面辐射热阻为
，它是因表面不是黑体而产生的热阻，即取决于表面因素。
8.黑体表面之间的辐射换热量：
9.两个灰体表面组成的封闭系统的辐射换热量：
10.遮热板：
工程上有时需要削弱辐射传热或隔绝辐射的影响，如果辐射表面的尺度、温度和黑度又无法改变，这时可在辐射表面之间放置发射率很小的薄板来达到目的。
这种薄板起着遮盖辐射热的作用，称为遮热板。
在两块大平行平板间插入n块发射率相同的遮热板（薄金属板）时的辐射传热热流量，为无遮热板时的辐射传热热流量的
第十三章喷管和扩压管
1.掌握变截面短管内可逆的一维稳定流动分析得到的管道截面面积变化率、流体马赫数及流速变化率的特征方程；
2.对不同马赫数时的特征方程进行分析，得到不同管道中流体状态参数变化和管道截面面积的变化规律；
3.掌握渐缩喷管和缩放喷管的流速和流量计算，以及喷管的设计计算和校核计算；
4.掌握工程中常见的渐扩扩压管的分析方法以及绝热滞止过程和滞止参数等基本概念。
1.喷管：
喷管是用于增加气体或蒸气流速的变截面短管，在叶轮式动力机中，热能向机械能的转换是在喷管中实现的。
当气流的Ma<
l时，要使dc>
0，则必须使dA<
0，沿流动方向上流道截面逐渐减小（dA<
0）的喷管称为渐缩喷管；
当流体的Ma>
1时，要使dc>
0，则dA>
0，这种喷管称为渐扩喷管。
为使Ma从Ma<
l连续增加到Ma>
1，在压差足够大的条件下，应采用由渐缩喷管和渐扩喷管组合而成的缩放喷管，该管又称拉伐尔喷管。
在缩放喷管中，最小截面即喉部截面处的流速是Ma=l的声速流动。
该截面是Ma<
1的亚声速流动与Ma>
1的超声速流动转折点，称为临界截面。
临界截面上的状态参数称为临界参数，用下标cr表示，如：
临界压力pcr，临界温度Tcr，临界比体积vcr临界流速ccr，等等。
2.声速和马赫数：
理想气体声速为
，气体的声速与气体的热力状态有关，气体的状态不同，声速也不同。
在气体的流动过程中，气体的热力状态发生变化，声速也要变化。
因此，声速是状态参数，即当地（某截面处）热力状态下的声速，又称当地声速；
马赫数是气体在某截面处的流速与该处声速之比，用Ma表示，即
，根据Ma的大小，流动可分为亚声速流动（Ma<
l），声速流动（Ma=1），超声速流动（Ma>
l）。
3.临界压比：
临界截面上的气体压力
与进口（初速
）压力p1之比称为临界压比，表示为
，由于
，仅取决于气体热力性质，因此临界压比
是仅与气体热力性质有关的参数。
气体一定，其临界压比一定。
4.喷管计算：
包括设计计算和校核计算。
喷管设计计算的原则为：
当
时，选择减缩喷管；
时，选择缩放喷管。
喷管的校核计算时，需要通过判断确定喷管出口的压力，计算喷管出口参数、流速、质量流量等。
5.喷管的选型原则：
在喷管的设计中，已知的是喷管进口的气体参数p1，T1，c1，质量流量qm和喷管出口外界的压力——背压pb。
设计的目的在于充分利用喷管进口压力和背压所造成的压差p1-pb，使气体在喷管中膨胀加速、压力下降，一直到其出口压力p2等于背压pb，从而达到使气流的技术功完全转变为气流动能的目的。
由于喷管的形状对气体的流动有制约作用，所以选型是喷管设计首先要考虑的问题。
当pb/p1≥vcr时，应选择渐缩喷管；
当pb/p1<
vcr时，应选择缩放喷管。
6.速度系数
，喷管效率
和能量损失系数
：
工程中常用速度系数
或能量损失系数
来度量实际出口流速下降和动能的减少，即：
7.扩压管：
与喷管中的热力过程相反，在工程实际中还有另一种情况，即高速气流进入变截面短管中时，气流的速度降低，而压力升高，这种能使气流压力升高而速度降低的变截面短管称为扩压管，扩压管在叶轮式压气机中得到应用。
8.滞止参数：
对于任意速度不为零的气体，被固体壁面所阻滞或经扩压管后其速度降低为零的过程称为滞止过程。
滞止过程与外界无热交换，故为绝热滞止。
在不考虑气体黏性摩阻的条件下，绝热滞止为定熵滞止过程。
气流速度滞止为零时的状态称为滞止状态，其状态参数称为滞止参数，用下标0表示。
第十四章换热器及其热计算
1.掌握传热过程和传热方程；
2.掌握不同壁面传热系数的计算；
3.掌握换热器热设计的基本方法；
4.了解强化传热和削弱传热的措施与方法。
1.换热器传热计算三个基本方程：
传热方程
，热平衡方程
2.传热系数：
表征传热过程强烈程度的物理量，传热过程越强，传热系数越大，反之则越小。
通过平壁传热的传热系数为：
通过圆筒壁的传热系数为：
3.肋效率和肋面总效率：
肋片实际散热热流量与假定整个肋片表面处于肋基温度下的理想散热热流量之比称为肋效率。
肋面总效率定义为肋侧表面总的实际散热热流量与肋壁侧温度均为肋基温度的理想散热热流量之比。
4.换热器分类：
换热器可以按照工作原理、结构和流动方式等进行分类。
按工作原理可以分类为间壁式换热器、混合式换热器、回热式（或蓄热式）换热器。
按结构可以分类为壳管式换热器、套管式换热器、肋管式换热器、板式换热器。
按流动形式可以分类为顺流、逆流、复杂流。
5.对数平均温差：
换热器中由于冷、热流体沿换热面流动温度发生变化，在利用传热方程进行热计算时必须使用整个传热面上的平均温差——对数平均温差
对于逆流和顺流的换热器对数平均温差
可以采用统一的计算式，即：
6.换热器的热计算：
包括设计计算（面积A为未知量）和校核计算（面积A为已知量）。
换热器的热计算有两种方法：
一种是对数平均温差法；
另一种是效能-传热单元法（ε-NTU）。
7.强化传热途径：
加大传热温差，以及减小传热面总热阻。
第十五章压气机
1.掌握活塞式和叶轮式两种压气机结构和工作原理；
2.掌握对压气机热力过程的分析和计算。
1．单级活塞式压气机：
等温压缩、多变压缩和等熵压缩过程的耗功各不相同，分析计算后得到了三种过程耗功的计算式。
通过对压缩过程的分析可得
2．叶轮式压气机：
压缩过程是绝热过程，因此，压气机耗功用绝热的耗功计算式计算。
压缩过程中不可逆因素大小用压气机的绝热效率
表示
3．多级压缩、级间冷却：
对于活塞式压气机和叶轮式压气机，采用多级压缩、级间冷却的措施，都可达到省功的目的。
最佳压比为
第十六章气体动力装置及循环
1.掌握汽油机和柴油机的构造及实际工作循环、实际工作循环简化后得到的相应的理想循环以及能量分析计算；
2.掌握简单燃气轮机装置的基本结构及实际工作循环、实际工作循环简化后得到的定压加热的理想循环（Brayton循环）以及能量分析计算；
3.掌握回热在燃气轮机中的应用及提高热效率的原理，提高燃气轮热效率的途径与方法。
1.定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环的能量分析计算：
以热力性质与燃气相近的空气作为循环的工质，且为理想气体和定值比热容，忽略实际进、排过程的阻力摩擦损失，这样就可将汽油机的实际工作循环简化为定容加热的理想闭合循环，又称奥托（Otto）循环，其热效率为：
，还可以用平均温度来表示，即：
与汽油机相比，柴油机的实际工作循环只是在燃油供给和燃烧过程有所不同，在和汽油机相同的简化条件下，柴油机的实际工作循环可简化为理想循环，其加热过程包括两部分，2-3的定容加热和3-4的定压加热，所以称为混合加热循环，其理想循环的热效率
，引入压缩比
，升压比
和预胀比
后，可变为
如果喷油开始的时间在活塞压缩过程结束时开始，即活塞开始右移时开始喷油，燃烧过程只有定压燃烧，则可得到定压加热理想循环，定压加热理想循环又称狄塞尔（Diescl）循环，其热效率为：
2.燃气轮机定压加热理想循环（Brayton循环）：
为了从热力学观点分析燃气轮机装置的循环，必须对，燃气轮机装置实际工作开式循环进行简化，实际工作循环中，压缩机压缩的是空气，燃烧室中加入了燃料
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