第一章传热学基本概念

一、参考书目:传热学A 《传热学》杨世铭、陶文铨，高等教育出版社，2006年二、基本要求1. 掌握热量传递的三种方式(导热、对流和辐射)的基本概念和基本定律；2. 能够对常见的导热、对流、辐射换热及传热过程进行定量的计算，并了解其物理机理和特点，进行定性分析；3. 对典型的传热现象能进行分析，建立合适的数学模型并求解；4. 能够用差分法建立导热问题的数值离散方程，并了解其计算机求解过程。

三、主要知识点第一章绪论：热量传递的三种基本方式；导热、对流和热辐射的基本概念和初步计算公式；热阻；传热过程和传热系数。

第二章导热基本定律和稳态导热：温度场、温度梯度；傅里叶定律和导热系数；导热微分方程、初始条件与边界条件；单层及多层平壁的导热；单层及多层圆筒壁的导热；通过肋端绝热的等截面直肋的导热；肋效率；一维变截面导热；有内热源的一维稳态导热。

第三章非稳态导热：非稳态导热的基本概念；集总参数法；描述非稳态导热问题的数学模型（方程和定解条件）；第四章导热问题的数值解法：导热问题数值解法的基本思想；用差分法建立稳态导热问题的数值离散方程。

第五章对流换热：对流换热的主要影响因素和基本分类、牛顿冷却公式和对流换热系数的主要影响因素；速度边界层和热边界层的概念；横掠平板层流换热边界层的微分方程组；横掠平板层流换热边界层积分方程组；动量传递和热量传递比拟的概念；相似的概念及相似准则；管槽内强制对流换热特征及用实验关联式计算；绕流单管、管束对流换热特征及用实验关联式计算；大空间自然对流换热特征及对流换热特征及用实验关联式计算。

第六章凝结与沸腾换热：凝结与沸腾换热的基本概念；珠状凝结与膜状凝结特点；膜状凝结换热计算；影响膜状凝结的因素；大容器饱和沸腾曲线；影响沸腾换热的因素。

第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性：热辐射的基本概念；黑体、白体、透明体；辐射力与光谱辐射力；定向辐射强度；黑体辐射基本定律：普朗克定律，维恩定律，斯忒藩-玻尔兹曼定律，兰贝特定律；实际固体和液体的辐射特性、黑度；灰体、基尔霍夫定律。

传热学知识点总结本文将围绕传热学的基本概念、传热方式、传热方程、传热实验和应用等方面进行详细的介绍和总结，以便读者更好地了解传热学的相关知识。

一、传热学的基本概念1. 热量传递热量传递是指物体内部或物体之间由于温度差异而产生的热量的传递过程。

热量的传递方式主要有传导、对流和辐射三种。

2. 传热方程传热方程描述了物体内部或物体之间热量传递的数学关系，是传热学的基础理论。

传热方程一般包括传热率、温度差和传热面积等参数，可以用来计算热量传递的速率和大小。

3. 传热系数传热系数是描述物体材料对热量传递率影响的重要参数，通常用符号h表示。

在物质传热过程中，传热系数的大小直接影响热量的传递速率。

4. 传热表面积传热表面积是指在热量传递过程中热量流经的表面积，是计算热传递速率的重要参数。

传热表面积的大小与物体的形状和大小有关，也与传热方式和传热系数有关。

5. 热传导热传导是一种物质内部热量传递的方式，指的是热量通过物质内部原子、分子之间相互作用的传递过程。

热传导是传热学的基本概念之一。

6. 热对流热对流是一种物体表面热量传递的方式，指的是热量通过流体传递到物体表面，然后再由物体表面传递到其它介质的传热过程。

7. 热辐射热辐射是一种通过电磁波传递热量的方式，是物体之间没有接触的情况下进行热量传递的重要方式。

热辐射是传热学的另一个基本概念之一。

二、传热方式1. 传导传热传导传热是指热量通过物质内部的原子、分子的直接作用而传递的方式。

在传导传热过程中，热量的传递是从高温区向低温区进行的，其传热速率与温度差和物质的传热系数有关。

2. 对流传热对流传热是指流体传热传递的方式，包括自然对流和强制对流两种。

在对流传热过程中，流体的流动是热量传递的主要形式，其传热速率与流体的流速、温度差和传热面积有关。

3. 辐射传热辐射传热是通过电磁波传递热量的方式，是物体之间没有接触的情况下进行热量传递的重要方式。

在辐射传热过程中，热量的传递不依赖于介质，而是通过电磁波的辐射进行的。

传热学基本知识总结传热学是研究热能在物质中传递的科学，是物体内部的热平衡和热不平衡的原因和规律的研究。

传热学的基本知识涵盖了传热的基本概念、传热方式、传热导率与传热过程的数学描述等内容。

以下是对传热学基本知识的总结。

一、传热的基本概念1.温度：物体内部分子运动的程度的度量。

温度高低决定了热能的传递方向。

2.热量：物体之间由于温度差异而传递的能量。

热量沿温度梯度从高温区向低温区传递。

3.热平衡：物体内部各点的温度相等，不存在热量传递的状态。

4.热不平衡：物体内部存在温度差异，热量从高温区传递到低温区。

二、传热方式1.热传导：固体内部的分子传递热量的方式，通过分子的碰撞传递热量。

2.对流传热：液体或气体中，由于温度差异而产生的流动传递热量的方式。

3.辐射传热：热能通过电磁波的传播传递热量的方式，无需介质参与。

三、热导率热导率是物体传导热量的能力，用导热系数λ来衡量。

热导率取决于物质本身的性质，与物质的材料、温度有关。

热导率越大，物体传热能力越强。

四、传热数学描述1.热量传递方程：描述物体内部传热过程的数学方程，根据物体内部各点之间的温度差和传热方式的不同可以分为热传导方程、热对流方程和热辐射方程。

2.热导率公式：用来计算物体传热量的数学公式，通常与热导率、温度差、传热面积等物理量相关。

五、传热实例1.热传导：例如铁棒的两端被加热，热量通过铁棒内部分子的传递向另一端传递。

2.对流传热：例如空气中的对流传热，空气受热后变热上升，形成了对流传热。

3.辐射传热：太阳的辐射热量通过空间传递到地球表面，为地球提供能量。

在工程中，传热学常常运用于热工系统的设计和优化。

工程师可以通过对传热方式的研究和对材料热导率的了解，提高传热效率，减少能量损耗。

例如，在电子设备的设计中，通过优化散热结构和选择高热导率的材料，可以有效降低设备的温度，提高设备的工作效率和寿命。

传热学也广泛应用于暖通空调系统、汽车引擎、核反应堆等领域。

传热学第二版刘彦丰知识点总结传热学第二版是一本介绍传热学基础知识和应用的教材，它包含了许多重要的知识点。

第一章介绍了传热学的基本概念和热力学基础。

其中，热力学第一定律和第二定律是传热学中非常重要的概念，它们分别描述了热量守恒和热力学不可逆性原理。

此外，本章还介绍了传热学的三种传热方式：传导、对流和辐射。

第二章主要介绍了传热学中的传导现象和传导方程。

传导是指物质内部热量的传递，其传热方式与物质本身的性质密切相关。

本章还介绍了传导方程的推导及其解法，其中包括了稳态传热和非稳态传热的处理方法。

第三章介绍了对流传热，包括自然对流和强制对流。

自然对流是指由密度差异引起的流动，而强制对流是通过外界施加的力来引起的流动。

本章还介绍了对流传热的传热系数计算方法，以及流动和传热的相互关系。

第四章主要介绍了辐射传热，包括辐射的基本概念、辐射传热的特点和辐射传热方程的推导。

辐射传热是指通过电磁波的传递而实现的热量传递，其特点是不需要介质的存在，可以在真空中传递热量。

第五章介绍了传热学中的传热器件和传热系统。

传热器件是指用于传热的装置，如换热器、冷凝器、蒸发器等。

传热系统是由传热器件和其他组成部分组成的整体，如蒸汽发生器、冷却塔等。

本章还介绍了传热器件和传热系统的设计和优化方法。

第六章介绍了传热学中的传热实验和传热测量技术。

传热实验是通过实验手段来研究传热现象和参数的变化规律，其目的是为了建立传热理论和验证传热计算方法的正确性。

本章还介绍了传热测量技术的基本原理和方法，包括温度测量、热流量测量和热阻测量等。

传热学第二版是一本全面介绍传热学基础知识和应用的教材，涵盖了传热学的各个方面。

通过学习本书，读者可以深入了解传热学的基本概念、传热方式、传热方程和传热器件等，还可以学习传热实验和传热测量技术的基本原理和方法。

第一章 导热理论基础本章重点：准确理解温度场、温度梯度、导热系数等基本概念，准确掌握导热基本定律及导热问题的基本分析方法。

物质内部导热机理的物理模型：（1）分子热运动；（2）晶格（分子在无限大空间里排列成周期性点阵）振动形成的声子运动；（3）自由电子运动。

物质内部的导热过程依赖于上述三种机理中的部分项，这几种机理在不同形态的物质中所起的作用是不同的。

导热理论从宏观研究问题，采用连续介质模型。

第一节 基本概念及傅里叶定律1-1 导热基本概念一、温度场(temperature field)（一）定义：在某一时刻，物体内各点温度分布的总称，称为即为温度场（标量场）。

它是空间坐标和时间坐标的函数。

在直角坐标系下，温度场可表示为：),,,(τz y x f t = （1-1）（二）分类：1．从时间坐标分：① 稳态温度场：不随时间变化的温度场，温度分布与时间无关，0=∂∂τt ，此时，),,(z y x f t =。

（如设备正常运行工况） 稳态导热：发生于稳态温度场中的导热。

② 非稳态温度场：随时间而变化的温度场，温度分布与时间有关，),,,(τz y x f t =。

（设备启动和停车过程）非稳态导热：在非稳态温度场中发生的导热。

2．从空间坐标分： ① 三维温度场：温度与三个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态),,(),,,(z y x f t z y x f t τ ② 二维温度场：温度与二个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态),(),,(y x f t y x f t τ∆tt-∆tgrad t③ 一维温度场：温度只与一个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态，)()(x f t x f t τ 二、等温面与等温线1．等温面(isothermal surface)：在同一时刻，物体内温度相同的点连成的面即为等温面。

2．等温线(isotherms)：用一个平面与等温面相截，所得的交线称为等温线。

为了直观地表示出物体内部的温度分布，可采用图示法，标绘出物体中的等温面（线）。

————————————第一章—————————————1）热量传递的动力：温差2）热量传递的三种基本传递方式：导热，热对流，热辐射3）导热：单纯的导热发生在密实的固体中4）对流换热：导热+热对流5）辐射换热：概念：物体间靠热辐射进行的热量传递过程称为辐射换热；特点：伴随能量形式的转换（能-电磁波能-能），不需要直接接触，不需要介质，只要大于0k就会不停的发射电磁波能进行能量传递（温度高的大）。

6）温度场：是指某一时刻空间所有各点的温度的总称7）等温面：同一时刻，温度场中所有温度相同的点连接所构成的面等温线：不同的等温线与同一平面相交，则在此平面上构成一簇曲线称（注：不会相交不会中断）8）温度梯度：自等温面上一点到另一个等温面，以该点的法线温度变化率最大。

以该点的法线方向为方向，数值也正好等于这个最大温度变化率的矢量称为温度梯度gradt(正方向朝着温度增加的方向)9）热流密度：单位时间单位面积上所传递的热量称为热流密度10）热流矢量：等温面上某点，已通过该点最大的热流密度的方向为方向，数值上也正好等于沿该方向热流密度的矢量称为热流密度矢量（正方向高温指向低温）11）傅里叶定律：适用于连续均匀和各项同性材料的稳态和非稳态导热过12）导热系数比较：金属大于非金属大于液体大于气体，纯物质大于含杂质的。

13）导热系数变化特点：气体随温度升高而升高，液体随温度升高而下降，金属随温度升高而下降，非金属保温材料随温度升高而升高，多孔材料要防潮。

14）导热过程完整的数学描述：导热微分方程+单值性条件。

15）单值性条件：几何条件（大小尺寸）+物理条件（热物性参数+热源有无等）+时间条件（是否稳态）+边界条件16）边界条件：第一类边界条件：已知任何时刻物体边界面上的温度值第二类边界条件：已知任何时刻物体边界面上热流密度第三类边界条件：已知边界面周围流体温度t和面界面与流体之间的表面传热系数h 17）热扩散率：a，表示物体被加热或被冷却时，物体部各部分温度趋向均匀一致的能力。

传热学第一章、绪论1.导热：物体的各个部分之间不发生相对位移时，依靠分子，原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为热传导，简称导热。

2.热流量：单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量。

3.热流密度：通过单位面积的热流量称为热流密度。

4.热对流：由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所导致的热量传递过程。

5.对流传热：流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程。

6.热辐射：因热的原因而发出的辐射的想象称为热辐射。

7.传热系数：传热系数树枝上等于冷热流体见温差℃1=∆t ，传热面积21m A =时的热流量值，是表征传热过程强度的标尺。

8.传热过程：我们将热量由壁面一侧流体通过壁面传递到另一侧流体的过程。

第二章、导热基本定律及稳态导热1.温度场：各个时刻物体中各点温度所组成的集合，又称为温度分布。

2.等温面：温度场中同一瞬间温度相同的各点连成的面。

3.傅里叶定律的文字表达：在导热过程中，单位时间内通过给定截面积的导热量，正比于垂直该界面方向上的温度变化率和截面面积，而热量的传递方向则与温度升高的方向相反。

4.热流线：热流线是一组与等温面处处垂直的的曲线，通过平面上人一点的热流线与改点热流密度矢量相切。

5.内热源：内热源值表示在单位时间内单位体积中产生或消耗的热量。

6.第一类边界条件：规定了边界点上的温度值。

第二类边界条件：规定了边界上的热流密度值。

.第三类边界条件：规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度ft 7.热扩散率a ：ca ρλ=，a 越大，表示物体内部温度扯平的能力越大；a 越大，表示材料中温度变化传播的越迅速。

8.肋片：肋片是依附于基础表面上的扩展表面。

第三章、非稳态导热1.非稳态导热：物体的温度随时间的变化而变化的导热过程称为非稳态导热。

2.非正规状况阶段：温度分布主要受出事温度分布的控制，称为非稳态导热。

第一章、一、基本概念主要包括导热、对流换热、辐射换热的特点及热传递方式辨析。

1、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。

试解释原因。

答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进人更多的空气。

而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小(20℃，1.01325×105Pa 时，空气导热系数为0.0259W/(m ·K)，具有良好的保温性能。

而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。

2、夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿绒衣才觉得舒服。

试从传热的观点分析原因。

答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。

夏季室外温度比室内气温高，因此通过墙壁的热量传递方向是出室外传向室内。

而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。

因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。

因此，尽管冬季室内温度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。

根据上题人体对冷感的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。

3、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。

答：有以下换热环节及热传递方式(1)由热水到暖气片管到内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)；(2)由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；(3)由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。

4、冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温度t 高于0℃，有人却发现地面上结有—层簿冰，试解释原因(若不考虑水表面的蒸发)。

解：如图所示。

假定地面温度为了T e ，太空温度为T sky ，设过程已达稳态，空气与地面的表面传热系数为h ，地球表面近似看成温度为T c 的黑体，太空可看成温度为T sky 的黑体。

第一篇工程热力学第一章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1．有人说,不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程,这种说法对吗错2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ,且线性分布;1试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标开尔文温标的换算关系式；2绝对零度为牛顿温标上的多少度3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ,而当地大气压力为0.1013MPa,当航行至另一海域,其真空度变化为0.0874MPa,而当地大气压力变化为0.097MPa;试问该真空造水设备的绝对压力有无变化4．如图1-1所示,一刚性绝热容器内盛有水,电流通过容器底部的电阻丝加热水;试述按下列三种方式取系统时,系统与外界交换的能量形式是什么;1取水为系统；2取电阻丝、容器和水为系统；3取虚线内空间为系统;1不考虑水的蒸发,闭口系统;2绝热系统;注：不是封闭系统,有电荷的交换3绝热系统;图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的,并扼要说明不可逆原因;1在大气压力为0.1013MPa时,将两块0℃的冰互相缓慢摩擦,使之化为0℃的水;耗散效应2在大气压力为0.1013MPa时,用0＋dt℃的热源dt→0给0℃的冰加热使之变为0℃的水;可逆3一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩不计摩擦;可逆4100℃的水和15℃的水混合;有限温差热传递6．如图1-2所示的一圆筒容器,表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa,表示室I压力高于室II的压力;大气压力为760mmHg;试求:（1）真空室以及I室和II室的绝对压力；（2）表C的读数；（3） 圆筒顶面所受的作用力;图1-2第二章 热力学第一定律一．基本概念功： 热量： 体积功： 节流：二．习题1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别 2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确 若不正确,请更正;⎰+∆=+∆+∆+∆=+=+∆=∆21221pdVH Q w z g c H q wdu q w u q s δ3．一活塞、气缸组成的密闭空间,内充50g 气体,用叶轮搅拌器搅动气体;活塞、气缸、搅拌器均用完全绝热的材料制成;搅拌期间,活塞可移动以保持压力不变,但绝对严密不漏气;已测得搅拌前气体处于状态1,搅拌停止后处于状态2,如下表所示;状 态 pMPa vm 3/kg ukJ/kg hkJ/kg 1 3.5 0.00711 22.75 47.64 23.50.0191697.63164.69活塞与气缸壁间有一些摩擦;求搅拌器上输入的能量为多少 耗散效应将输入能量转化为热量 q=u2-u1+pv2-v1 =h2-h1 4．1kg 空气由p 1=5MPa,t 1=500℃,膨胀到p 2=0.5MPa,t 2=500℃,得到热量506kJ,对外做膨胀功506kJ;接着又从终态被压缩到初态,放出热量390kJ,试求：1膨胀过程空气热力学能的增量；2压缩过程空气热力学能的增量；3压缩过程外界消耗了多少功 5．一活塞气缸装置中的气体经历了2个过程;从状态1到状态2,气体吸热500kJ,活塞对外作功800kJ;从状态2到状态3是一个定压的压缩过程,压力为p=400kPa,气体向外散热450kJ;并且已知U 1=2000kJ, U 3=3500kJ,试计算2-3过程中气体体积的变化; 500= U2-U1+800 U2=1700-450= U3-U2+400V3-V2 V3-V2=6．现有两股温度不同的空气,稳定地流过如图2-1所示的设备进行绝热混合,以形成第三股所需温度的空气流;各股空气的已知参数如图中所示;设空气可按理想气体计,其焓仅是温度的函数,按{h}kJ/kg=1.004{T}K计算,理想气体的状态方程为pv=RT, R=287J/kg·K;若进出口截面处的动、位能变化可忽略,试求出口截面的空气温度和流速;m3=m1+m2h3=h1+h2图2-17．某气体从初态p1=0.1MPa,V1=0.3m3可逆压缩到终态p2=0.4MPa,设压缩过程中p=aV-2,式中a为常数;试求压缩过程所必须消耗的功;p1=aV1-2p2=aV2-2∫pdV=∫aV-2dV=-aV2-1+aV2-18．如图2-2所示,p-v图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环;1-2是绝热过程；2-3是定压过程；3-1是定容过程;如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg,p1=1.6MPa,v1=0.025m3/kg,p2=0.1MPa,v2=0.2m3/kg;1试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环2计算循环的净热;(1)顺时针循环,输出净功；(2)Q=W=W12+W23+W31W12=50W23=W31=0图2-29．某燃气轮机装置如图2-3所示;已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg,经压缩后,空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg,在截面2处与燃料混合,以w2=20m/s的速度进入燃烧室,在定压下燃烧,使工质吸入热量q=670kJ/kg;燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态3’,h3’=800kJ/kg,流速增至w3’,燃气再进入动叶片,推动转轮回转做功;若燃气在动叶片中热力状态不变,最后离开燃气轮机速度为w4=100m/s;求：1若空气流量为100kg/s,压气机消耗的功率为多少2若燃料发热量q=43960kJ/kg,燃料消耗量为多少3燃气在喷管出口处的流速w3’是多少4燃气涡轮3’-4过程的功率为多少5燃气轮机装置的总功率为多少图2-31 W1=100kg/sh2-h12 m43960=100kg/sh2-h130.5w3’2-0.5w22=h3’-h24Ws=0.5100kg/sw42-w3’25Ws-W1第三章热力学第二定律一．基本概念克劳修斯说法：开尔文说法：卡诺定理：熵流：熵产：熵增原理：二．习题1．热力学第二定律可否表述为：“功可以完全变为热,但热不能完全变为功”,为什么等温膨胀过程热完全转化为功2．下列说法是否正确,为什么1）熵增大的过程为不可逆过程；只适用于孤立系统2）工质经不可逆循环,∆S >0；∆S =03）可逆绝热过程为定熵过程,定熵过程就是可逆绝热过程；定熵过程就是工质状态沿可逆绝热线变化的过程4）加热过程,熵一定增大；放热过程,熵一定减小;根据ds≥△q/T,前半句绝对正确,后半句未必,比如摩擦导致工质温度升高的放热过程;对于可逆过程,都正确;3．某封闭系统经历了一不可逆过程,系统向外界放热为10kJ,同时外界对系统作功为20kJ;1按热力学第一定律计算系统热力学能的变化量；2按热力学第二定律判断系统熵的变化为正、为负、可正可负亦可为零;4．判断是非对画√,错画×1在任何情况下,对工质加热,其熵必增加;2在任何情况下,工质放热,其熵必减少;3根据熵增原理,熵减少的过程是不可能实现的;4卡诺循环是理想循环,一切循环的热效率都比卡诺循环的热效率低;5不可逆循环的熵变化大于零;5．若封闭系统经历一过程,熵增为25kJ／K,从300K的恒温热源吸热8000kJ,此过程可逆不可逆还是不可能25<=8000/300不可能6．空气在某压气机中被绝热压缩,压缩前：p 1=0.1MPa,t 1=25℃；压缩后：p 2=0.6MPa,t 2=240℃;设空气比热为定值,问：1此压缩过程是否可逆 为什么 2压缩1kg 空气所消耗的轴功是多少2 若可逆,W=Cv240-257．气体在气缸中被压缩,压缩功为186kJ/kg,气体的热力学能变化为56kJ/kg,熵变化为-0.293kJ/kg·K;温度为20︒C 的环境可与气体发生热交换,试确定每压缩1kg 气体时的熵产; SF=-186-56/273+20= S2-S1=SF+SG8．设一可逆卡诺热机工作于1600K 和300K 的两个热源之间,工质从高温热源吸热400kJ,试求：1循环热效率；2工质对外作的净功；3工质向低温热源放出的热量; 1 1-300/1600=13/16 2 40013/16=325 3 400-325=759．已知A 、B 、C3个热源的温度分别为500K,400K 和300K,有可逆机在这3个热源间工作;若可逆机从热源A 吸入3000kJ 热量,输出净功400kJ,试求可逆机与B,C 两热源的换热量,并指明方向; 3000/500+QB/400+QC/300=0 3000+QB+QC=400 QB=-3200 QC=60010．试论证如违反热力学第二定律的克劳修斯说法,则必然违反开尔文说法以及违反开尔文说法必然导致违反克劳修斯说法;11．有A,B 两物体,其初温T A >T B ,两物体的质量相等m A =m B =m,其比热容亦相等c A =c B =c,且为常数;可逆热机在其间工作,从A 吸热,向B 放热,直至两物体温度相等时为止;1试证明平衡时的温度为B A m T T T ⋅=；2求可逆热机对外输出的净功;SA-SM=lnTA/TM SM-SB=lnTM/TB SA-SM= SM-SB 12．如图3-1所示,用热机E 带动热泵P 工作,热机在热源T 1和冷源T 0之间工作,而热泵则在冷源T 0和另一热源T 1’之间工作;已知T 1=1000K 、T 1’=310K、T 0=250K;如果热机从热源T 1吸收热量Q 1=1kJ,而热泵向另一热源T 1’放出的热量Q H 供冬天室内取暖用;1如热机的热效率为ηt =0.50,热泵的供热系数εh =4,求Q H ； 2如热机和热泵均按可逆循环工作,求Q H ；3如上述两次计算结果均为Q H >Q 1,表示冷源T 0中有一部分热量传入了温度T 1’的热源,而又不消耗除热机E 所提供的功之外的其他机械功,这是否违反热力学第二定律的克劳修斯说法 1 W= Q 1ηt =10.5=0.5kJ Q H =W εh =4=0.54=2kJ2 W=11-250/1000=0.75kT Q H =0.75310/310-250=3.875kJ3 不违反,T1>T1’图3-1第四章 理想气体的热力性质与过程一．基本概念理想气体： 比热容：二．习题1．热力学第一定律的数学表达式可写成w u q +∆= 或 ⎰+∆=21pdv t c q v 两者有何不同q=Δu+w 热力学第一定律的数学表达,普适的表达式q=Cv ΔT+∫pdv 内能等于定容比热乘以温度变化,适用于理想气体；体积功等于压力对比容的积分,适用于准静态过程;所以该式适用于理想气体的准静态过程2．图4-1所示,1-2和4-3各为定容过程,1-4和2-3各为定压过程,试判断q 143与q 123哪个大图4-13．有两个任意过程1-2和1-3,点2和点3在同一条绝热线上,如图4-2所示;试问△u 12与△u 13谁大谁小 又如2和3在同一条等温线上呢4．讨论1<n<k 的多变膨胀过程中气体温度的变化以及气体与外界热传递的方向,并用热力学第一定律加以解释; 内能增加,吸热5．理想气体分子量M=16,k=1.3,若此气体稳定地流过一管道,进出管道时气体的温度分别为30℃和90℃,试求对每公斤气体所需的加热量气体的动能和位能变化可以忽略; R=RM/M=8314/16q123=u3-u1+w123 q143=u3-u1+w143 w123>w143所以2->3为绝热膨胀过程,内能下降;所以u2>u3;Cp-Cv=RCp/Cv=kq=CpT2-T16．某理想气体在气缸内进行可逆绝热膨胀,当容积为二倍时,温度由40℃下降到－40℃,过程中气体做了60kJ/kg的功;若比热为定值,试求c p与c v的值;q=Δu+w0=Cv-40-40+60p1v k= p12v kp1v=R273+40p22v=R273-40w=RT1/k-11-T2/T1Cp=Cv+R7．某理想气体初温T1=470K,质量为2.5kg,经可逆定容过程,其热力学能变化为∆U=295.4kJ,求过程功、过程热量以及熵的变化;设该气体R=0.4kJ/kg·K,k=1.35,并假定比热容为定值;Cp-Cv=RCp/Cv=kW=0, Q=∆U, ∆T=∆U/2.5kgCv, ∆S=8．在一具有可移动活塞的封闭气缸中,储有温度t1=45︒C,表压力p g1=10kPa的氧气0.3m3;在定压下对氧气加热,加热量为40kJ；再经过多变过程膨胀到初温45︒C,压力为18kPa;设环境大气压力为0.1MPa,氧气的比热容为定值,试求：1两过程的焓变量及所作的功；2多变膨胀过程中气体与外界交换的热量;1过程1为定压过程,焓变于加热量40kJ；过程2的终了状态和过程1的初始状态比较,温度相同,理想气体的焓为温度的函数,所以过程2的焓变为-40kJ;9．1kg空气,初态p1=1.0MPa, t1=500︒C,在气缸中可逆定容放热到p2=0.5MPa,然后可逆绝热压缩到t3=500︒C,再经可逆定温过程回到初态;求各过程的∆u,∆h,∆s及w和q各为多少并在p-v图和T-s 图上画出这3个过程;10．一封闭的气缸如图4-3所示,有一无摩擦的绝热活塞位于中间,两边分别充以氮气和氧气,初态均为p1=2MPa,t1=27︒C;若气缸总容积为1000cm3,活塞体积忽略不计,缸壁是绝热的,仅在氧气一端面上可以交换热量;现向氧气加热使其压力升高到4MPa,试求所需热量及终态温度,并将过程表示在p-v图及T-s图上;绝热系数k=1.4图4-3V1=0.0005m34106V O2/T O2=21060.0005/273+274106V N2/T N2=21060.0005/273+27V O2+ V N2=0.00121060.0005k =4106V N2k11．如图4-4所示,两股压力相同的空气流,一股的温度为t 1=400℃,流量1m=120kg/h ；另一股的温度为t 2=150℃,流量2m=210kg/h ；在与外界绝热的条件下,它们相互混合形成压力相同的空气流;已知比热为定值,试计算混合气流的温度,并计算混合过程前后空气的熵的变化量是增加、减小或不变为什么400+273120+150+273210=120+210T T=熵增过程图4-4ΔS=Q1/423-1/67312．如图4-5所示,理想气体进行了一可逆循环1-2-3-1,已知1-3为定压过程,v 3=2v 1；2-3为定容过程,p 2=2p 3；1-2为直线线段,即p/v=常数;1试论证233121---+>q q q ；2画出该循环的T-s 图,并证明233121---∆+∆=∆s s s ；3若该理想气体的c p =1.013kJ/kg·K,c v =0.724kJ/kg·K,试求该循环的热效率;1一个循环,内能不变,输出正功,总的吸热量为正； 3T2=2T3=4T1Q12=CvT2-T1+p1+p2V3-V1/2= CvT2-T1+CpT3-T1/2+CpT3-T1’ =Cv3T1+CpT1/2+Cp2T1/2T1’为压力p2以及容积v1在p-v 图对应的温度 图4-5Q23=-CvT2-T3=-Cv2T1 Q31=-CpT3-T1=-CpT1 W=Q12-Q23-Q3 效率=W/Q1213．1kmol 理想气体从初态p 1=500kPa,T 1=340K 绝热膨胀到原来体积的2倍;设气体Mc p =33.44kJ/kmol·K,Mc v =25.12kJ/kmol·K;试确定在下述情况下气体的终温,对外所做的功及熵的变化量;1可逆绝热过程；2气体向真空进行自由膨胀; 1 k=p1VT1=p22vT2p1V k =p22V k T2=W=∫pdv=ds=02T2=T1W=0ds=设计可逆定温过程。