西南科技大学《热工基础及流体力学》期末考试复习

热工基础及流体力学第一章气体的热力性质（名词解释）1.工质：实现能量传递与转换的媒介物质。2.热力学系统：热力学研究时，根据研究问题的需要人为选取一定的工质或空间作为研究对象，称为热力系统，简称热力系或系统。3.热力系分类：①封闭热力系（与外界有能量传递,无物质交换的系统。系统的质量恒定不变）②开口热力系：（与外界有能量、物质交换的系统，系统的质量可变）③绝热热力系（与外界没有热量交换的系统）④孤立热力系：（与外界既无能量（功、热量）交换又无物质交换的系统）4.热力状态：工质在某一瞬间所呈现的全部宏观物理特性，称为热力学状态，简称状态。5.状态参数：描述工质热力状态的宏观的物理量叫做热力学状态参数，简称状态参数。基本状态参数：温度（T）、压力（p）、比体积（v）导出状态参数：热力学能（U）、焓（H）、熵（S）6.理想气体：是指状态变化完全遵循波义耳-查理定律的气体，从微观的角度来看是指：气体分子本身的体积和气体分子间的作用力都可以忽略不计的气体，称为是理想气体。理想气体是一种假象的气体模型，气体分子是一些弹性的、不占体积的质点，分子之间没有相互作用力。7.热力学能：指组成物质的微观粒子本身所具有的能量,即所谓的热能。包括了：①内动能:分子热运动的动能。②内位能:分子之间由于相互作用力而具有的位能。第二章热力学基本定律（填空+计算（卡洛循环）+名词解释）1.准平衡过程：过程中热力系所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的热力过程称为准平衡过程，或准静态过程。2.可逆过程：如果热力系完成某一热力过程后,再沿原来路径逆向进行时,能使热力系和外界都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。反之,则称为不可逆过程。(可逆过程是一个理想过程，可逆过程的条件：可逆过程=准平衡过程＋无耗散效应）。3.关系：准平衡过程概念只包括热力系内部的状态变化，而可逆过程则是分析热力系与外界所产生的总效果。可逆过程必然是准平衡过程，而准平衡过程只是可逆过程的条件之一。4.热力学第一定律：实质就是热力过程中的能量守恒定律。可表述为:①热能和机械能在传递和转换时,能量的总量必定守恒。②第一类永动机是不存在的。5.基本热力过程：是指热力系保持某一状态参数（比体积v、压力p、温度T与熵s等）不变的热力过程。6.理想气体的四个热力过程:1定容过程（dV=0）：功：W=0，由第一定律可得：△U=Q，，定容过程在p-v图上为一条垂直于v轴的直线，在T-s图上是一条指数曲线2定压过程（dP=0）：W=-P（V2-V1）=υR（T2-T1）；热量：由CP=（δQ/dT）P，且假定CP=常数有Q=CP（T2-T1）=υCmP（T2-T1），定压过程在p-v图上是一条水平线，在T-s图上也是一条指数曲线，但斜率小于定容过程曲线。分析：定压过程由于相同温度下总有CP＞CV，所以定压过程线比定容过程线更为平坦些。3定温过程（dT=0)：过程方程：PV=υRT=常量在P-V图上，每一个等温过程对应一条双曲线，称为等温线。内能：U=0功和热量：由第一定律可得Q=-W或W=-Q。定温过程在p-v图上为一条等轴双曲线，在T-s图上是一条平行于s轴的直线。绝热过程（δQ=0）：绝热过程Q=0，U=W；内能的变化为内能的变化为U=CmV（T2T1），代入理想气体状态方程，可得U=CmV（P2V2P1V1）/R：与外界没有热量交换（必考）绝热过程中工质所作的膨胀功等于热力系热力学能的减少；而外界对热力系作的压缩功则全部转换成热力系热力学能的增加，在绝热流动过程中，流动工质所做的技术功全部来自其焓降泊松公示：7.热力学第二定律（名词3）：指出了能量在传递和转换过程中有关传递方向、转化的条件和限度等问题。针对不同的热力学第二定律有不同的表述，但其实质等效。1克劳修斯表述—“不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。”（从热量传递过程表述）。2开尔文表述—“不可能从单一热源取热，并使之完全转变为功而不产生其他影响。”（从能量转换过程表述）。分析：热力学第二定律说明，用于热功转换的热机至少要有高温、低温两个热源（即要有温度差）。为此，热力学第二定律也可以表述为“第二类永动机不可能实现”8.热力循环：工质经过一系列状态变化后，又回复到原来的状态的全部过程称为热力循环，简称循环。若组成循环的全部过程均为可逆过程，则该循环为可逆循环，否则，为不可逆循环。可逆循环可以表示在状态参数坐标图上，且为一条封闭的曲线。9.自发过程：都具有方向性,且都为不可逆过程。10.卡诺循环：是法国工程师卡诺（Carnot）于1824年提出的一种理想热机循环。它是工作于两个恒温热源间的，由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程所组成的可逆正向循环。包括：①定温可逆吸热膨胀过程②绝热可逆膨胀过程③定温可逆放热压缩过程④绝热可逆压缩过程。分析：卡洛循环的热效率只决定与于高温热源和低温热源的温度，因此，要想提高其循环效率，根本的途径就是提高高温热源的温度和降低低温热源的温度卡诺循环的热效率只取决于高温热源的温度T1与低温热源的温度T2，而与工质的性质无关。第三章水蒸汽和湿空气1.水蒸气的产生过程：一点（临界点）两线（上、下界限）三区（液相区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区）五状态（未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽区）。2.湿空气：是指干空气和水蒸气的混合物。湿空气=干空气+水蒸气。3.湿度：湿空气中所含水蒸气的量。4.绝对湿度：每立方米湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度。即湿空气中水蒸气的密度。ρv=mv/V(绝对湿度只能说明湿空气中实际所含水蒸气的多少，而不能说明湿空气的干、湿程度或吸湿能力的大小)。5.相对湿度：湿空气的绝对湿度ρv与同温度下饱和湿空气的绝对湿度ρs之比称为相对湿度，以φ表示。φ=ρv/ρs（φ越大，表明湿空气中的水蒸气越接近饱和状态，则空气吸收水分的能力越小，即越潮湿，所以，不论湿空气的温度如何，由φ值的大小可以直接看出空气的潮湿程度）。6.含湿量（比湿度）：湿空气中所含水蒸气的质量mv与干空气的质量ma的比值称为含湿量或比湿度，以d表示。d=mv/ma=ρv/ρa。第四章气体和蒸汽的流动（计算：喷管）1.稳定流动（定常流动）：在流体流动过程中，任一截面上流体的物理性质（如密度、黏度等）和运动参数（如流速、流量和压力）均不随时间发生变化，这种流动称为稳定流动。2.喷管：工程上把利用压力降低使流速增大的管道称为喷管。扩压管：把利用流体速度减小使工质压力增加的管道称为扩压管。（喷管：降压增速，扩压管，增压减速）3.选择喷管类型：亚声速流动，Ma＜1，欲使流速增加，dc＞0，应采用渐缩喷管，dA＜0超声速流动，Ma＞1，欲使流速增加，dc＞0，应采用渐扩喷管，dA＞0声速流动，Ma=1，dA=0当进口马赫数Ma＜1，而要求出口马赫数Ma＞1，则应采用缩放喷管（拉伐尔喷管）4.根据临界压力确定喷管形状：①当Pb/P1≥εc，即Pb≥Pc时，应选择渐缩形喷管②当Pb/P1＜εc，即Pb＜Pc时，应选择缩放喷管。5.节流：工质在管道内稳定流动时，若通道截面突然缩小，由于局部阻力，会使工质压力降低，这种现象叫做节流。如果节流过程中时流体与外界没有热交换，则称为绝热节流。（绝热节流是典型的不可逆过程。流体在缩孔处产生了强烈的摩擦和扰动，造成流体压力的降低，使其做功能力减小，绝热节流前后气体和蒸汽的焓值不变）。第七章流体静力学（计算）1、流体处于静止或相对静止时，流体表面上的切向力为零，作用在流体表面的只有法向力。2、流体静压强的方向总是与作用面相垂直，并指向作用面。3、.欧拉平衡微分方程适用于静止流体、相对静止的流体4、欧拉平衡微分方程适用于可压缩流体、不可压缩流体5、欧拉平衡微分方程适用于理想流体、粘性流体。6、水平平面上的液体总压力：各点压强大小：处处相等；各点压强方向：方向一致分析：因作用在曲面上的总压力为空间力系问题，为便于分析，拟采用理论力学中的分解概念将其分解为水平分力和垂直分力求解第八章流体动力学基础（计算）1.迹线：同一流体质点在一段时间内的运动轨迹线。2.流线：表示某一瞬时在流场中由不同流体质点组成的一条曲线，在这条曲线上每一点的速度方向均与与曲线相切。流线代表流场中流体质点的瞬间流动方向线。3.流线的性质：①同一时刻的不同流线不能相交②流线不能是折线，而是一条光滑的曲线③流线簇的疏密反映了速度的大小（流线密集的地方流速大，稀疏的地方流速小）④流动为定常流动时，流场中速度和流线形状不随时间变化。4.流管：在流场中任取一条不是流线的封闭曲线，通过该曲线上各点可做许多条流线，这些流线所组成的管状空间称为流管。（因为流管是由流线构成的，所以它具有流线的一切特性，流体质点不能穿过流管流入或流出。）第十一章热量传递的基本方式概述（名词+计算）1.热量传递的三种基本方式：导热，热对流，热辐射2.导热（名词4）：导热又称热传导，是指互相接触的物体之间或同一物体的不同部分之间不发生相对位移时，由于温度不同而引起的热量传递现象。从微观的角度，导热可认为是处于不同温度下的分子，原子及自由电子等微观粒子热运动时彼此相互作用而形成的能量传递，其总的结果是使热量从高温处传到低温处。特点：①必须有温差；②物体直接接触；③依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；④可以在固体、液体、气体中发生。3.热对流：是指液体或气体等流体由于宏观相对运动，使得温度不同的各流体或流体各部分之间相互掺混所引起的热量传递现象，只局限于流体之间或流体各部分之间。4.热辐射：物体会由于各种原因发出电磁波辐射，其中由于温度的原因而发出的电磁波辐射，或者说由于温度的原因向外传递辐射能的过程，称为热辐射。5.对流换热：是指流体流过固体壁面，与固体壁面间存在相对位移时，由于温度不同所引起的热量传递现象。区别于只在流体之间或流体各部分之间发生的单纯的热对流。6.热对流与对流换热的区别：热对流：是流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移产生的热量传递现象。热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运动而产生的导热。对流换热：是流流经固体时流体与固体表面之间的热量传递现象，是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。7.黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体。物体的辐射能力与温度有关，同一温度下不同物体的辐射能力也大不一样。辐射能力最强的理想物体，称为黑体。应该指出，黑体的吸收能力在同一温度的物体中也最强。8.黑度（发射率）：指物体的辐射能力与同温度黑体的辐射能力之比，表示物体辐射能力接近黑体的程度，其值小于1，与物体的种类，温度及表面状况等有关。第十二章：对流换热（可能有名词解释）1、对流换热：对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的热量传递2、边界层概念：当粘性流体流过物体表面时，会形成速度梯度很大的流动边界层；当壁面与流体间有温差时，也会产生温度梯度很大的温度边界层（或称热边界层）（名词）3、对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热。4、对流换热的特点(1)导热与热对流同时存在的复杂热传递过程；(2)必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；(3)由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层5、流动边界层：由于粘性作用，流体流速在靠近壁面处随离壁面的距离的缩短而逐渐降低；在贴壁处被滞止，定义：u/u∞=处离壁的距离为边界层度（名词）6、紧靠壁面处流体静止，热量传递只能靠导热7、流动起因自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动8、傅立叶：热流密度的大小与温度梯度的绝对值成正比，与温度梯度相反。（温度梯度的方向：温度升高）9、10、等温线或面：1温度不同的等温线或面不相交。2在连续的温度场中，等温线或面不会中断3热流延等温线或面传递。11、层流底层：由层流边界层过渡到湍流边界层，但湍流边界层紧靠壁面处，粘滞力占绝对优势，粘附于壁的一极薄层仍然保持层流特征，具有最大的速度梯度。第十四章热辐射及辐射换热分析题①不仅北方高寒地带，南方的新建高楼大厦往往也采用双层玻璃，为什么答：采用双层结构使两层玻璃间成真空状态，这样热的传导功能就会大大降低，减少屋内热量散失，从而达到保温的效果。②③④⑤⑥⑦冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自然对流换热（不考虑热辐射或假定辐射换热量相同时）。而空气的强制对流换热强度要比自然对流强烈。因而在有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。⑧试分析室内暖气片的散热过程，各环节都有哪些热量传递方式答：有以下换热环节和热传递方式：（1）由热水到暖气片管道内壁，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⑨.家用冰箱的使用上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低⑩为什么当泡脚时本来觉得水已经不烫了，动一动脚却觉得水又变烫了靠近皮肤的水与皮肤发生热传递，温度下降。因为水本身的热传导速度很慢，在温差不大的情况下因为密度差导致对流传热也会很不明显，因此在脚静止不动的情况下，会形成一个皮肤周围的水温低于其他地方的水温的近似稳态。脚重新活动之后，液体发生对流，水温重新回到相对均匀的状态，高于之前皮肤周围的温度。所以又会觉得很烫。11）计I：（卡诺循环）①某热机在高温热源1000K和低温热源300K之间工作。问能否实现对外作功1000kJ，向低温热源放热200kJ。②③假设一卡诺热机工作于500℃和30℃的两个热源之间，该卡诺循环每分钟从高温热源吸取热量100kJ，求：（1）卡诺热机的热效率（2）每分钟所做的功（3）卡诺热机每分钟向低温热源排除的热量（4）卡诺热机的功率④有人声称了一台热力设备，该设备工作在高温热源T1=540K和低温热源T2=300K之间，若从高温热源吸入1kJ的热量，可以产生的功，试判断该设备是否可行，为什么η=1-=Wmax=q·η=1KJ*=<所以不可能实现⑤计II：（喷管）①②③④计III（流体静力学）①②③④⑤⑥（可能会考绝对压强与相对压强）⑦计IV（伯努利方程）①②③④计V（传热学）①②③其他①�EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3���_1543952878.unknown_1543952879.unknown