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《热力学与传热学》课程综合复习资料一、判断题：1、理想气体吸热后，温度一定升高。
2、对于顺流换热器，冷流体的出口温度可以大于热流体的出口温度。
3、工程上常用的空气的导热系数随温度的升高而降低。
4、工质进行膨胀时必须对工质加热。
5、工质的熵增就意味着工质经历一个吸热过程。
6、已知湿蒸汽的压力和温度，就可以确定其状态。
7、同一温度场中两条等温线可以相交。
二、简答题:1、夏天，有两个完全相同的储存液态氮的容器放置在一起，一个表面上已结霜，另一个没有。
请问哪一个容器的隔热性能更好？为什么？2、有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。
为使稀饭凉的更快一些，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？3、一卡诺热机工作于500 ℃和200 ℃的两个恒温热源之间。
已知该卡诺热机每秒中从高温热源吸收100 kJ，求该卡诺热机的热效率及输出功率。
4、辐射换热与对流换热、导热相比，有什么特点？hl的形式，二者有何区别？5、Nu数和Bi数均可写成λ三、计算题:1、将氧气压送到容积为2m3的储气罐内，初始时表压力为0.3bar，终态时表压力为3bar，温度由t1=45℃升高到t2=80℃。
试求压入的氧气质量。
当地大气压为P b=760mmHg，氧气R g=260J/(kg⋅K)。
2、2kg温度为25 ℃，压力为2 bar的空气经过一个可逆定压过程后，温度升为200 ℃。
已知空气的比定压热容c p=1.0 kJ/(kg⋅K)，比定容热容c V=0.71 kJ/(kg⋅K)。
试计算：(1)该过程的膨胀功；（2）过程热量。
3、流体受迫地流过一根内直径为25 mm的直长管，实验测得管内壁面温度为120℃，流体平均温度为60 ℃，流体与管壁间的对流换热系数为350 W/(m2⋅K)。
试计算单位管长上流体与管壁间的换热量。
4、在一根外直径为120mm的蒸汽管道外包一厚度为25mm的石棉保温层，保温层的导热系数为0.10 W/(m⋅K)。
一、基本要求严格遵守考试纪律，绝不做任何有作弊嫌疑的动作。
二、考试需要携带的物品相关身份证件、笔、计算器三、复习要点（一）基本概念（红色粗体部分是热力学与传热学最基本的概念，要求掌握其定义、物理意义、表达式、单位）第一章基本概念工质：热能与机械能之间转换的媒介物质。
热源：热容量很大、并且在吸收或放出有限热量时自身温度及其他的热力学参数无明显变化的物体。
热力系统:人为选取的研究对象（空间或工质）。
外界（环境）：系统以外的所有物质。
闭口系统：与外界无物质交换的系统。
开口系统：与外界有物质交换的系统。
绝热系统：与外界无热量交换的系统。
孤立系统：与外界既无热量交换又无物质交换的系统。
平衡状态：在不受外界影响（重力场作用除外）的条件下，工质或系统的状态参数不随时间而变化的状态。
热力状态：工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。
状态参数：压力、温度、比体积、热力学能、焓、熵等。
基本状态参数：压力、温度、比体积压力（Pa ，mmH 2O ，mmHg ，atm, at 换算）：1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa 1 at=735.6 mmHg = 9.80665104 Pa1 psi=0.006895MPa温度：处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理量。
（标志冷热程度的物理量） 比体积：单位质量的工质所占有的体积。
密度：单位体积工质的质量。
ρν=1。
状态公理：对组元一定的闭口系，独立状态参数个数 N =n +1 状态方程式：Ϝ(p ，ν，T)=0。
独立参数数目N =不平衡势差数=能量转换方式的数目=各种功的方式+热量= n +1准平衡过程：系统所经历的每一个状态都无限接近平衡态的过程。
可逆过程：系统经历某一过程后，如果再沿着原路径逆行而回到初始状态，外界也随之恢复到原来的状态，而不留下任何变化。
热力学与传热学的区别
热力学和传热学是热学的两个重要分支，它们有以下区别：
1. 研究对象不同：热力学研究的是能量的转移和转化，以及物质的宏观性质与状态之间的关系，不考虑热能传输的具体方式。
传热学研究的是热能的传递与传输过程，分析热传导、热对流、热辐射等传热方式及其规律。
2. 研究内容不同：热力学主要研究热力学系统的宏观性质，如温度、压力、体积等，以热力学定律为基础推导热力学过程的性质和规律。
传热学主要研究能量传递与传输的机制和过程，分析热传导、热对流、热辐射等传热方式的传热规律。
3. 研究方法不同：热力学是一种宏观理论，采用统计平均的方法，通过宏观参数的测量和分析研究系统的性质。
传热学则需要借助实验、数值模拟、专业设备等多种手段来研究具体的传热过程和传热性能。
4. 应用范围不同：热力学广泛应用于工程领域，如热力机械、热工工艺、能源系统等；而传热学广泛应用于热处理、化工、能源转化等领域，对优化能源利用和热设计起着重要作用。
总之，热力学研究能量的转移和转化，物质的宏观性质与状态之间的关系；传热学研究能量的传递与传输过程，分析传热方式及其规律，两者在热学的不同领域发挥着重要作用。
2022年805热力学与传热学考试大纲参考书目：[1] 沈维道，童钧耕，《工程热力学》（第五版），北京：高等教育出版社，2016[2] 陶文铨，《传热学》（第五版），北京：高等教育出版社，2019考试形式和试卷结构一、试卷满分及考试时间试卷满分为150分（热力学占50%，传热学占50%），考试时间为180分钟．二、试卷内容结构基础概念、简述与辨析、计算分析三、试卷题型结构题型：（1）填空题约占总分的35%（2）简答或论述题约占总分的20%（3）计算题约占总分的45%考试内容及要求一、热力学部分1. 基本概念考试内容热能和机械能相互转换的过程；热力系统；状态及状态参数；平衡状态、状态方程式及坐标图；工质的状态变化过程；过程功和热量；热力循环。
考试要求掌握热力学基本术语和概念、状态参数的特征及基本状态参数的定义和单位、热量和功量的特征及计算。
2. 热力学第一定律考试内容热力学第一定律的实质；热力学能和焓；热力学第一定律基本能量方程；开口系能量方程式；能量方程式应用。
考试要求理解热力学第一定律的实质，熟练掌握第一定律方程式及其应用，掌握能量、功量的概念及计算。
3. 气体和蒸汽的性质考试内容理想气体的概念；理想气体的比热容；理想气体的热力学能、焓及熵；水蒸气的饱和状态和相图；水的汽化过程和临界点；水和水蒸气的状态参数及热力性质图表。
考试要求熟练掌握理想气体状态方程式、比热容及状态参数的计算，掌握蒸汽的相关术语、水定压加热汽化过程特点及状态参数的确定（图和表）。
4. 气体和蒸汽的基本热力过程考试内容理想气体的可逆多变过程；定容过程、定压过程和定温过程；绝热过程；理想气体热力过程综合分析；水蒸气的基本过程。
考试要求掌握理想气体基本热力过程及多变过程状态参数、功量和热量的计算，掌握蒸汽基本过程功量和热量的计算。
5. 热力学第二定律考试内容热力学第二定律概述；卡诺循环和多热源可逆循环；卡诺定理；熵、热力学第二定律数学表达式；熵方程；孤立系统熵增原理；火用概念及计算；能量贬值原理。
工程热力学和传热学中各符号的意义和概念Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998a：a为导温系数（是一个物性参数），也称热扩散系数，说明物体被加热或冷却时其各部分温度趋于一致的能力。
a 大的物体被加热时，各处温度能较快地趋于一致。
C M,p：定值比热容，单原子气体 C M,p= J/(kmol.K)。
双原子气体 C M,p=J/(kmol.K)。
三原子气体 C M,p= J/(kmol.K)。
C p：当气体承受的压力保持不变时定义定压比热C p。
比热比k=C p/C v。
C s：辐射系数，表示辐射换热中热传递的效率。
它和参与辐射物体的性质、物体之间的距离、相对位置、物体的形状等因素有关，其单位为 W/m2·K4。
C v：温度改变1k时热量的该变量叫比热，它一般与过程有关，当气体提及保持不变时，定义定容比热C v。
E k:宏观动能。
E p：重力势能。
e：总能。
Eλ：单色调辐射力，在λ到λ＋dλ的波长范围内，物体辐射力为dE，dE除以该波长间隔dλ所得的商H:mkg工质的焓，单位为kJ。
焓是尺度量，比焓是强度量。
h:比焓，把工质的比热力学能u、比流动功pv之和称为比焓。
单位质量气体中内能和压力对外做功p/ρ两者之和，h=e+p/ρ。
仅是温度的函数。
k：传热系数，单位W/(m2·K)。
它表示冷热介质为1K时，每平方米传热面积在1S内所传递的热量。
越大代表传热热越强烈，即传热速率大。
M：气体摩尔质量。
Kg/kmol。
P b:大气压力。
P g:表压力。
P v:绝对压力。
Q：热量。
Q A/Q-物体的吸收率，用A表示。
Q R/Q-物体的反射率，用R表示。
Q D/Q-物体的穿透率，用D表示。
因此A+R+D=1。
如果A=1，那么R=0，D=0。
这说明所有落在物体上的辐射能全部被该物体吸收，这一类物体叫做“绝对黑体”或“黑体”。
如果R=1，该物体称为“绝对白体”或“白体”。
工程热力学与传热学概念整理工程热力学第一章、基本概念1.热力系：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称为热力系（统），建成系统。
热力系以外的物质称为外界；热力系与外界的交界面称为边界。
2.闭口系：热力系与外界无物质交换的系统。
开口系：热力系与外界有物质交换的系统。
绝热系：热力系与外界无热量交换的系统。
孤立系：热力系与外界无任何物质和能量交换的系统3.工质：用来实现能量像话转换的媒介称为工质。
4.状态：热力系在某一瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和非平衡态两种。
5.平衡状态：在没有外界作用的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。
实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）的消失。
6.强度参数：与系统所含工质的数量无关的状态参数。
广延参数：与系统所含工质的数量有关的状态参数。
比参数：单位质量的广延参数具有的强度参数的性质。
基本状态参数：可以用仪器直接测量的参数。
7.压力：单位面积上所承受的垂直作用力。
对于气体，实际上是气体分子运动撞击壁面，在单位面积上所呈现的平均作用力。
8.温度T：温度T是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。
换言之，温度是热力平衡的唯一判据。
9.热力学温标：是建立在热力学第二定律的基础上而不完全依赖测温物质性质的温标。
它采用开尔文作为度量温度的单位，规定水的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。
10状态参数坐标图：对于只有两个独立参数的坐标系，可以任选两个参数组成二维平面坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。
11.热力过程：热力系从一个状态参数向另一个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。
12.热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列状态变化后，又回到原来初始的封闭热力循环过程称为热力循环，简称循环。
13.准平衡过程：由一系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。
工程热力学与传热学课程设计课程概述工程热力学与传热学是机械工程专业的一门重要课程。
它主要研究热力学基本原理和热力学系统的性质，以及物质内部的热传递、质量传递和动量传递规律。
通过本门课程的学习，学生能够建立并熟练运用热力学和传热学基础理论来解决实际工程问题。
本课程设计旨在帮助学生加深对热力学和传热学的理解，通过实际案例进行分析和解决问题，提高学生的实际操作能力。
设计内容本课程设计分为两个部分：热力学实验和传热学实验。
热力学实验热力学实验是通过实验装置和仪器，测试和分析热力学基础理论在实际中的应用。
本次实验的目的是测量和分析水在不同温度下的物理性质。
实验装置及仪器实验装置主要包括：恒温水浴、测量热电偶、温度计、电源等。
其中恒温水浴用于控制水的温度，测量热电偶和温度计用于测试不同温度下水的物理性质。
实验步骤和数据处理1.准备恒温水浴，测量恒温水浴的温度，保证水浴温度的稳定。
2.准备好测量热电偶和温度计，并将其插入水中进行温度测量。
3.测量并记录不同温度下水的密度、比热容和导热系数。
4.对实验数据进行处理，绘制出水密度、比热容和导热系数与温度的函数关系图。
传热学实验传热学实验是通过实验装置和仪器，测试和分析传热学基础理论在实际中的应用。
本次实验的目的是测量和分析水在不同情况下的传热特性。
实验装置及仪器实验装置主要包括：恒温水浴、传热仪、温度计、电源等。
其中恒温水浴用于使水达到稳定温度，传热仪用于测试传热系数。
实验步骤和数据处理1.准备恒温水浴，将传热仪放入恒温水浴中。
2.调整水浴温度及传热仪温度，使水和传热仪达到稳定温度。
3.测量并记录不同温度差下的传热系数。
4.对实验数据进行处理，绘制出传热系数与温度差的函数关系图。
结束语本次课程设计通过实验测试的方式，增加了学生对工程热力学与传热学的实际操作能力和深入理解。
希望学生们通过本次实验，加深对热力学基础理论的理解，提高科学实验的操作和数据处理能力，增强对传热学应用的理解和创新能力。
《热力学与传热学》综合复习题一、判断说明下列说法是否正确，并说明理由。
1、某种理想气体经过一个不可逆循环后，其熵的变化值大于零。
2、功的数值仅仅取决于工质的初态和终态，与过程无关。
3、理想气体吸热后，温度一定升高。
4、牛顿冷却公式中的△t可以改为热力学温度之差△T。
5、工质进行膨胀时必须对工质加热。
6、在温度同为T1的热源和同为T2的冷源之间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。
7、工质的熵增就意味着工质经历一个吸热过程。
8、已知湿蒸汽的压力和温度，就可以确定其状态。
9、同一温度场中两条等温线可以相交。
二、简答题1．有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。
为使稀饭凉的更快一些，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？2．对于高温圆筒壁来说，加保温层一定能降低对外散热量，对吗？为什么？3．在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？4．同一物体内不同温度的等温线能够相交，对吗？为什么?5、在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1秒。
从传热学角度，你认为此值可信吗？为什么？三、计算题1．一循环，工质从高温热源吸热3.4×106 kJ，输出功率1.1×106 kJ 。
试计算该循环的热效率ηt。
若循环是在温度分别为577 ℃和30 ℃的恒温热源间完成的，试计算该循环的热效率ηt与同温限下卡诺循环的热效率ηc之比。
2．可视为理想气体的空气在活塞中从1 bar、20℃经历一可逆绝热过程后，压力升为6bar。
已知空气的比定压热容c p=1.0 kJ/(kg⋅K)，比定容热容c V=0.71 kJ/(kg⋅K)。
试计算该过程终了时空气的温度，每千克空气所作的膨胀功。
3．有一直径为5cm初始温度为400℃的钢球，将其突然放到温度为30℃的空气中。
设钢球表面与周围环境间的总换热系数为24 W/(m2⋅K)，试计算钢球冷却到180℃所需的时间。
已知钢球的c=480 J/(kg⋅K)，ρ =7753 kg/m3，λ=33 W/(m⋅K)。
4．将氧气压送到容积为2m3的储气罐内，初始时表压力为0.3bar，终态时表压力为3bar，温度由t1=45℃升高到t2=80℃。
试求压入的氧气质量。
当地大气压为P b=760mmHg，氧气R g=260J/(kg⋅K)。
5．流体受迫地流过一根内直径为25 mm的直长管，实验测得管内壁面温度为120℃，流体平均温度为60 ℃，流体与管壁间的对流换热系数为350W/(m2⋅K)。
试计算单位管长上流体与管壁间的换热量。
6．相距甚近而平行放置的两个面积相等的灰体表面，黑度各为0.6和0.5，温度各为700℃和350℃，试计算它们之间的辐射换热量。
7．一卡诺热机工作于500 ℃和200 ℃的两个恒温热源之间。
已知该卡诺热机每秒中从高温热源吸收100 kJ，求该卡诺热机的热效率及输出功率。
8．在一根外直径为120mm的蒸汽管道外包一厚度为25mm的石棉保温层，保温层的导热系数为0.10 W/(m⋅K)。
已知管子外表面温度为250℃，保温层外表面的温度为38℃，试求单位管长的热损失。
9．一定量的空气，经过下列四个可逆多变过程组成的循环。
试求：（1）填充下表所缺数据；（2）循环净功；（3）该循环的热效率。
10、厚为36 mm的无限大平壁，两侧表面温度分别为50 ℃和20 ℃。
已知平壁材料的导热系数为λ=0.56（1+0.0018t）W/(m⋅K) (其中t的单位为℃)，试计算通过平壁的热流密度。
11、绝热容器由隔板分成两部分，左边为压力600kPa，温度为300K的空气；右边为真空，容积是左边的5倍。
如将隔板抽去，空气迅速膨胀，充满整个容器。
试求：该过程中1千克空气的热力学能、温度和熵的变化。
【空气R g=287J/(kg⋅K)】12、外径为100 mm，表面温度为100 ℃，黑度为0.76的圆筒壁，被水平放置于一温度为20℃的大房间中。
已知圆筒壁外表面与空气的纯对流换热系数为7.03W/(m2⋅K)，试计算单位长度圆筒壁散失到房间中的总热量。
综合复习题参考答案一、判断下列说法是否正确，并说明理由。
1、不正确。
原因：熵是状态参数，不管循环是否可逆，工质的熵变均为零。
2、不正确。
原因：功是过程量，其数值与工质所经历的中间途径有关。
即使初终态相同，但若经历的途径不同，功值是不同的。
3、不正确。
原因：气体吸热Q>0，而∆U=Q-W，理想气体∆U=mc V∆T，则∆T 是否大于零还取决于W的大小。
4、正确。
原因：摄氏度与热力学温度的温差相等，∆t =∆T。
5、不正确。
原因：工质也可进行绝热膨胀。
6、正确。
原因：卡诺定理二7、不正确。
原因：在可逆过程中，工质的熵增意味着工质经历一个吸热过程。
但在不可逆过程中，由于不可逆因素引起的熵产恒大于零。
因此即使是绝热过程，工质的熵增也可能大于零。
8、不正确。
原因：湿蒸汽的压力与温度是互相对应的数值，不是相互独立的参数，故仅知其压力和温度不能决定其状态，必须再另有一个独立参数才行，如干度x。
9、不正确。
原因：同一物体内任一点在同一瞬间只有一个温度值，不可能具有两个以上的温度。
二、简答题1．答：应该搅拌碗中的稀饭。
这是一个传热过程。
相对而言，稀饭侧的对流换热系数较小、换热热阻较大。
搅拌稀饭时增大了其对流换热系数，最大限度的降低总传热热阻，可显著地增强传热，加速冷却速率。
2．答：不对。
因为对于圆筒壁的保温，存在一个临界热绝缘直径d c问题。
当圆筒壁外径大于临界热绝缘直径d c时，加保温层一定能降低散热量；但当圆筒壁外径小于临界热绝缘直径d c 时，在一定的保温层厚度范围内，其散热量是增加的。
3．答：采用多孔的空心砖较好。
因为气体的热导率远小于固体的热导率，相对实心砖而言 ，空心砖的热导率较小、导热热阻较大，在冬天可减少房屋的散热损失，利于保温。
4．答：不对。
同一物体内任一点在同一瞬间只有一个温度值，不可能具有两个以上的温度。
5．答：不可信。
因为测温元件的时间常数不仅取决于其几何参数、物理性质，还同换热条件有关。
它随着具体的测温过程而变化，并不是一个确定的数值。
三、计算题1．解：循环热效率的计算： %35.32%100104.3101.16610=⨯⨯⨯==Q W t η相应卡诺循环的热效率：%34.646434.015.27357715.273391112==++-=-=T T c η二者比值为： 5028.0%34.64%35.32==c t ηη2．解：p 1=1bar p 2=6bar T 1=20+273.15=293.15K k=c p /c V =1.4由题意知：1→2为可逆绝热过程，则K 69.4921615.2934.114.111212=⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=--kk p p T TkJ/kg 68.141)15.29369.492(71.0)(122,1=-⨯=-=∆T T c u Vq=0，则 kJ/kg 68.141-=∆-=∆-=u u q w3．解：d=5cm=0.05m R=d/2=0.025 m t 0=400℃ t ∞=30℃ 对球体 V/A=R/3 M=1/3则31.0006.0333025.0243)/(<=⨯⨯===λλhR A V h B V i 可用集总参数法计算τρθθVc hAe t t t t -∞∞=--=00 则0lnθθρτhA cV -=代入数据，][66.11663040030180ln 324025.04807753s =--⨯⨯⨯-=τ4．解：V=2 m 3 p b =760mmHg=1.01325bar p=p e +p bp 1=p e1+p b =0.3+1.01325=1.31325 bar p 2=p e2+p b =3+1.01325=4.01325 bar 理想气体状态方程：pV=mR g T初态时罐内氧气质量为 kg 178.3)15.27345(26021031325.15111=+⨯⨯⨯==T R V p m g终态时罐内氧气质量为 kg 748.8)15.27380(26021001325.45222=+⨯⨯⨯==T R V p m g则压入的氧气质量为 ∆m=m 2-m 1=8.748-3.178=5.57 kg 5．解：管内强迫对流换热问题。
由牛顿冷却公式计算：)(/)(f w f w l t t d h l t t hA -=-=Φπ34.1649)60120(025.01.014.3350=-⨯⨯⨯⨯= W/m6．解：T 1=700+273.15=973.15K T 2=350+273.15=623.15K 由题意知，A 1=A 2=A X 1,2= X 2,1=1.0 2222,11111212,1111A X A A E E b b εεεε-++--=Φ 111)(2121-+-=εεb b E E A111)(11121424121212,12,1-+-=-+-=Φ=εεσεεT T E E Aq b b b 087.1586315.016.01)15.62315.973(1067.5448=-+-⨯⨯=- W/m 27．解：该卡诺热机的热效率：%8.38388.015.27350015.2732001112==++-=-=T T c η 输出功率为：8.38388.010010=⨯=Φ=c p η kW 8．解：此为通过圆筒壁的稳态导热问题。
由题意知：d 1=120mm d 2=d 1+2δ=120+2⨯25=170mm t w1=250ºC t w2=38ºC则 1221ln 21d d t t w w l πλ-=Φ432.382120170ln 10.014.32138250=⨯⨯-=［W/m ］9．解：（1）填表对每一过程有：Q=∆U+W 对循环有000W Q dU ==⎰（2）循环净功W 0=W 1-2+W 2-3+W 3-4+W 4-1=0+250+0-20=230 kJ 或 W 0=Q 0=1210+0-980+0=230kJ（3）循环热效率Q 1=1210 kJ %1919.0121023010====Q W c η 10．解：大平壁的平均温度为 t m =(t w1+t w2)/2=(50+20)/2=35℃平均热导率为：λm =0.56（1+0.0018t m ）=0.56×(1+0.0018×35) = 0.5953 W/(m ⋅K) 热流密度为：07.496036.020505953.021=-⨯=-=Φ=δλw w m t t A q W/m 2 11．解：以容器内的空气为研究对象。
