工程热力学和传热学的发展以及工程应用

工程热力学和传热学

第二章 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？

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。

图

1-1

5．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0.1013MP

页眉内容

第一篇

一．基本概念

工程热力学

第一章 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

第一篇

一．基本概念

工程热力学

第一章 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

热力学

1. 工程热力学：是一门研究热能有效利用及热能和机械能转换规律的科学。 2. 热力系：热力设备中需要研究的部分工作物质 3. 环境：热力系以外的物质世界

4. 热机：将燃料的化学能转化成内能再转化为机械能，或者将具有较低温度的被冷却物体

的热量转移给其他介质的机械 5. 热源：具有无限大的热容量，吸入或放出热量是自身温度不变

6. 平衡状态：在没有外界影响的条件下系统的各部分在长时间内不发生任何变化的状态，

各处的温度、压力等参数是均匀一致的

7. 三种温标：摄氏温标、华氏温标、理想气体温标 8. 准平衡过程能用状态参数描述，不平衡过程不能

9. 热力学第一定律：在任何发生热量传递和转换的热力过程中，传递和转换前后的总量维

持恒定 10. 可逆过程：如果一个热过程不具有方向性，即当系统完成某一过程后，如果能使过程逆

行而使系统及外界回复到初始状态，不遗留任何变化 11. 判据：准平衡态过程、不存在耗散效应

12. 克劳修斯：不可能把热从低温物体转至高温物体而不引起其他变化

13. 开尔文：不可能从单一热源取热，并使之完全转变成有用功而不产生其他影响

14. 卡诺定理含义：可实现热功转换极限的热机是可逆热机、可逆热机的效率只与温度有关，

与工质无

……………… …… …… …… …… …… …… …… ：线线：号……号学学…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ：……：名封封名姓姓…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… 密密 …… ：：……级级……班班……业业……专专…………………………河南理工大学 2007-2008 学年第 2 学期

当此两个热机的热效率相等时，T热源的温度为 K。

《工程热力学与传热学》试卷2．热力学第二定律开尔文说法： 。 克劳修斯（B卷）

法： 。

总得分 阅卷人 复查人 考试方式 本试卷考试分数占3．物体能全部吸收外来射线，这种物体称为 ，物体的单色黑度不随波长而变化的学生总评成绩比例 物体称为 。

闭卷 70 % 4．

第一章 基本概念

五、简述题

1、平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？

答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。

2、表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？

答：答：表压力和真空度不能作为状态参数进行热力计算，因为这两者都是相对压力，不是绝对压力，只有绝对压力才是任何时候都不会变化的，压力表和真空计的读数当测量的环境不同时，会发生变化。因为压力表和真空计的读数取决于容器中的气体压力和压力表真空计所处的环境的压力两个因素，当工质压力不变，但环境的压力发生变化的时候，表压力和真空度的读数也会发生变化。

3、真空表指示数值愈大，被测对象的实际压力愈大还是愈小？

答：真空表指示数值愈大，被测对象的实际压力愈小，因为，真空表的数值是环境压力和绝对压力之差，环境压力不变，绝对压力愈小，真空表数值愈大。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？

答：无耗散的

热工学实验报告

学号：310801010228 姓名： 周建伟 班级： 安全08-02班 实验时间： 实验题目：一维稳态导热的数值模拟 一、实验目的

1、初步了解并掌握Fluent求解问题的一般过程，主要包括前处理、计算、后处理三个部分。

2、理解计算机求解问题的原理，即通过对系统进行离散化，从而求解代数方程组，求得整个系统区域的场分布。

3、模拟系统总的传热量并与傅立叶导热定律的求解结果相比较，验证数值模拟的可靠性。

二、实验仪器、设备

1、软件：Fluent软件

Fluent程序软件包由以下几个部分组成：

(1)GAMBIT——用于建立几何结构和网格的生成。 (2)Fluent——用于进行流动模拟计算的求解器。 (3)prePDF——用于模拟PDF燃烧过程。

(4)TGrid——用于从现有的边界网格生成体网格。

(5)Filters(Translators)—转换其他程序生成的网格，用于FLUENT计算。 可以接口的程序包括：ANSYS，I-DEAS，NASTRAN，PATRAN等。 2、硬件：计算机

三、实验原理及方法

y th x tc

图1-1 导热计算区域示意图

如图1-1

热工学实验报告

学号：310801010228 姓名： 周建伟 班级： 安全08-02班 实验时间： 实验题目：一维稳态导热的数值模拟 一、实验目的

1、初步了解并掌握Fluent求解问题的一般过程，主要包括前处理、计算、后处理三个部分。

2、理解计算机求解问题的原理，即通过对系统进行离散化，从而求解代数方程组，求得整个系统区域的场分布。

3、模拟系统总的传热量并与傅立叶导热定律的求解结果相比较，验证数值模拟的可靠性。

二、实验仪器、设备

1、软件：Fluent软件

Fluent程序软件包由以下几个部分组成：

(1)GAMBIT——用于建立几何结构和网格的生成。 (2)Fluent——用于进行流动模拟计算的求解器。 (3)prePDF——用于模拟PDF燃烧过程。

(4)TGrid——用于从现有的边界网格生成体网格。

(5)Filters(Translators)—转换其他程序生成的网格，用于FLUENT计算。 可以接口的程序包括：ANSYS，I-DEAS，NASTRAN，PATRAN等。 2、硬件：计算机

三、实验原理及方法

y th x tc

图1-1 导热计算区域示意图

如图1-1

第一章 基本概念

五、简述题

1、平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？

答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。

2、表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？

答：答：表压力和真空度不能作为状态参数进行热力计算，因为这两者都是相对压力，不是绝对压力，只有绝对压力才是任何时候都不会变化的，压力表和真空计的读数当测量的环境不同时，会发生变化。因为压力表和真空计的读数取决于容器中的气体压力和压力表真空计所处的环境的压力两个因素，当工质压力不变，但环境的压力发生变化的时候，表压力和真空度的读数也会发生变化。

3、真空表指示数值愈大，被测对象的实际压力愈大还是愈小？

答：真空表指示数值愈大，被测对象的实际压力愈小，因为，真空表的数值是环境压力和绝对压力之差，环境压力不变，绝对压力愈小，真空表数值愈大。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？

答：无耗散的

以下为《高等工程热力学与传热学》思考题（江苏大学 单春贤）答案，该答案由多人完成，可能不完全并不保证正确率。答案仅供参考。

高等工程热力学

1、稳定态：当系统与外界之间不存在是外界遗留下有限变化的作用时，不会发生有限状态变化的系统状态。处于稳定态的系统，只要没有受到是外界留下有限变化的作用，就不可能产生有限速率的状态变化。

平衡态：当系统内的各个参数不随时间而变化，且系统与外界不存在能量与物质的交换，则系统达到平衡态。

联系：稳定平衡态：一个约束系统，当只容许经历在外界不留下任何净影响的过程时，从一个给定的初始容许态能够达到唯一的一个稳定态。 区别：平衡是不存在各种势差；而稳定是状态不随时间变化。

如果一系统在不受外界影响的条件下，已处于稳定态，该系统不一定处于平衡态。

2、热力学第一定律能量表述：?加给热力系的热量，等于热力系的能量增量与热力系对外作功之和。dQ?dE?dW；?在热力系统的两个给定稳态之间进行的一切绝热过程的功都是相同的。 热力学第二定律能量表述：克劳修斯说：不可能把热从低温物体传导高温物体而不引起其他变化，即热从低温物体不可能自发地传给高温物体。 热力学第一定律的火用、火无表述：在任何过程中，火用和火无