熱工基礎(chǔ)課程總結(jié)

1、熱工基礎(chǔ)讀書(shū)報(bào)告摘要：能源是提供能量的源泉，是人類(lèi)社會(huì)生存和發(fā)展的源泉。熱工的基礎(chǔ)課程的目的是認(rèn)識(shí)和掌握能源開(kāi)發(fā)和利用的基本規(guī)律，為合理的開(kāi)發(fā)和利用能源奠定理論基礎(chǔ)。本文就熱工基礎(chǔ)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)進(jìn)行了以下三方面的總結(jié)。第一：說(shuō)明這門(mén)課程的研究目的和研究方法；第二：簡(jiǎn)單總結(jié)各章節(jié)的主要內(nèi)容和知識(shí)框架體系；第三：從個(gè)人角度論述一下學(xué)習(xí)這門(mén)課程的心得體會(huì)及意見(jiàn)。關(guān)鍵詞：能量熱工學(xué)研究方法心得體會(huì)正文自然界蘊(yùn)藏著豐富的能源，大部分能源是以熱能的形式或者轉(zhuǎn)換為熱能的形式予以利用。因此，人們從自然界獲得的的能源主要是熱能。為了更好地直接利用熱能，必須研究熱量的傳遞規(guī)律。1熱工基礎(chǔ)的研究目的和研究方法1.1

2、 研究目的熱的利用方式主要有直接利用和間接利用兩種。前者如利用熱能加熱、蒸煮、冶煉、供暖等直接用熱量為人們服務(wù)。后者如通過(guò)個(gè)證熱機(jī)把熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或者其他形式的能量供生產(chǎn)和生活使用。能量的轉(zhuǎn)換和傳遞是能量利用中的核心問(wèn)題，而熱工基礎(chǔ)正是基于實(shí)際應(yīng)用而用來(lái)研究能量傳遞和轉(zhuǎn)換的科學(xué)。傳熱學(xué)就是研究熱量傳遞過(guò)程規(guī)律的學(xué)科，為了更好地間接利用熱能，必須研究熱能和其他能量形式間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律。工程熱力學(xué)就是研究熱能與機(jī)械能間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律及方法的學(xué)科。由工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)共同構(gòu)成的熱工學(xué)理論基礎(chǔ)就是主要研究熱能在工程上有效利用的規(guī)律和方法的學(xué)科。作為一門(mén)基于實(shí)際應(yīng)用而產(chǎn)生的學(xué)科，其最終還是要回歸到實(shí)際

3、的應(yīng)用中，這樣一來(lái)，就要加強(qiáng)對(duì)典型的熱工設(shè)備的學(xué)習(xí)和掌握。1.2 研究方法熱力學(xué)的研究方法有兩種：宏觀研究方法和微觀研究方法。宏觀研究方法是以熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律等基本定律為基礎(chǔ),針對(duì)具體問(wèn)題采用抽象、概括、理想化簡(jiǎn)化處理的方法，抽出共性,突出本質(zhì)。建立合適的物理模型通過(guò)推理得出可靠和普遍適用的公式，解決熱力過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題。微觀研究方法是從物質(zhì)的微觀基礎(chǔ)上，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，將宏觀物理量解釋為微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值，從而解釋熱現(xiàn)象的本質(zhì)。傳熱學(xué)的研究方法主要有理論分析，數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。理論分析是依據(jù)基本定律對(duì)熱傳遞現(xiàn)象進(jìn)行分析，建立合適的物理模型和數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)分析方法求解；對(duì)于難

4、以用理論分析法求解的問(wèn)題，可采用數(shù)值計(jì)算和計(jì)算機(jī)求解；對(duì)于復(fù)雜的傳熱學(xué)問(wèn)題無(wú)法用上述兩種方法求解時(shí)，必須采用實(shí)驗(yàn)研究方法，實(shí)驗(yàn)研究法是傳熱學(xué)最基本的研究方法。2主要章節(jié)內(nèi)容總結(jié)2.1 基本概念（熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)）熱力系統(tǒng)：根據(jù)某種研究目的認(rèn)為地劃定的研究對(duì)象。按照熱力系統(tǒng)和外界的物質(zhì)和能量交換情況進(jìn)行分類(lèi)。常用的熱力系統(tǒng)有開(kāi)口系統(tǒng)、閉口系統(tǒng)、絕熱系統(tǒng)和孤立系統(tǒng)。工質(zhì)：實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。如水蒸氣，液態(tài)水，空氣等都是常用的工質(zhì)熱力系統(tǒng)某一瞬間呈現(xiàn)的宏觀物理狀態(tài)稱(chēng)為熱力學(xué)狀態(tài)。用于描述工質(zhì)所處狀態(tài)的宏觀物理量稱(chēng)為狀態(tài)參量。基本狀態(tài)參量有壓力、溫度和比體積。平衡態(tài)具有確定的狀態(tài)參數(shù)。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是實(shí)

5、際過(guò)程進(jìn)行的足夠緩慢的極限情況。實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的條件是推動(dòng)過(guò)程進(jìn)行的不平衡勢(shì)差無(wú)限小?？赡孢^(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的差別就在于無(wú)耗散損失。一個(gè)可逆過(guò)程必須同時(shí)是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，但準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程不一定可逆。2.2 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律闡述了能量間相互轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系。本質(zhì)是能量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中守恒，但依賴(lài)于物質(zhì)的形態(tài)變化。熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于閉口系統(tǒng)的能量方程是：Q=AU+W熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于穩(wěn)流系時(shí)的能量關(guān)系式即為穩(wěn)流系能量方程。其表達(dá)式也有以下幾種形式，它們的使用條件也不同：(1) q=h+Wt或Q=H+Wt(適用條件：任意工質(zhì)、任何過(guò)程)一2(2) q=Ah-Jvdp或Q=AH-(Vdp(適用條件：任

6、息工質(zhì)、可逆過(guò)程)2(3) q=Cp4T-1fvdp或Q=mCp4T-(Vdp(適用條件：理想氣體、可逆過(guò)程)2.3 理想氣體的性質(zhì)與熱力性質(zhì)理想氣體的狀態(tài)方程的基本形式為PV=nRT氣體常數(shù)Rg是隨工質(zhì)而異的常數(shù)，工質(zhì)一定，其值是一個(gè)確定的常數(shù)，摩爾氣體常數(shù)是與工質(zhì)無(wú)關(guān)的常數(shù)。二者的關(guān)系為：Rg=R/M理想氣體的比熱容有真實(shí)比熱容、平均比熱容、平均比熱容直線關(guān)系式及定值比熱容?？筛鶕?jù)精度要求選用。理想氣體混合物仍具有理想氣體的一切特性，利用理想氣體混合物的成分可以求解折合氣體常數(shù)和折合摩爾質(zhì)量。在理想氣體的熱力過(guò)程部分主要討論了4個(gè)典型基本過(guò)程，即定容過(guò)程、定壓過(guò)程、定溫過(guò)程、定嫡過(guò)程以及具

7、有一般意義的多變過(guò)程。前4種過(guò)程中總有一個(gè)狀態(tài)參數(shù)保持不變；對(duì)于多變過(guò)程，則過(guò)程中所有的狀態(tài)參數(shù)都在變。關(guān)于過(guò)程方程，應(yīng)記住基本方程pvn=const,可認(rèn)為理想氣體在可逆過(guò)程中都遵循該關(guān)系式。多變指數(shù)n的取值范圍為從-gT0Ty之間的任一實(shí)數(shù)，所以該過(guò)程方程適用于所有的可逆過(guò)程。而4種基本熱力過(guò)程則是所有可逆多變過(guò)程中的幾個(gè)特例，根據(jù)過(guò)程特點(diǎn)分別為定容過(guò)程：n=±s,定壓過(guò)程：n=0,定溫過(guò)程：n=1,定嫡過(guò)程：n=M,所以4種基本熱力過(guò)程的過(guò)程方程不需要死記硬背就可以推出。用來(lái)壓縮空氣或其他氣體的設(shè)備稱(chēng)為壓氣機(jī)?；钊綁簹鈾C(jī)絕熱壓縮耗功最多，定溫壓縮最少，多變壓縮介于兩者之間，所

8、以應(yīng)盡量減少壓縮過(guò)程中的多變參數(shù)，使壓縮過(guò)程更接近于定溫過(guò)程。但實(shí)際的活塞式壓氣機(jī)的余隙容積是不可避免的，余隙容積的存在，雖然對(duì)理論耗功沒(méi)有影響，但使容積效率隨壓力比增大而減少。為了避免單級(jí)壓縮因增壓比大而影響容積效率，常采用多級(jí)壓縮級(jí)間冷卻的方法。2.4 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律典型的說(shuō)法是克勞修斯的說(shuō)法和開(kāi)爾文的說(shuō)法。雖然兩者在表述上不同，但實(shí)質(zhì)是相同的，具有等效性。熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式可歸納為以下幾種：(1)卡諾定理Tt<TtC,£<£C,&/里2.5 2)克勞修斯積分不等式爐TW0JQ2.6 由克勞修斯積分不等式推出dS>了=dS

9、fS=；.Sg*Sf.Sg2.7 嫡萬(wàn)程Tr2.8 孤立系嫡增原理30=監(jiān)方。嫡是非常重要的狀態(tài)參數(shù),由可逆過(guò)程嫡的定義式，得可逆過(guò)程嫡變的基本計(jì)算公式為S上式可用于任意物質(zhì)嫡變的計(jì)算。但針對(duì)不同的工質(zhì)，在結(jié)合該種工質(zhì)熱力性質(zhì)的條件下，所推出的嫡變計(jì)算公式不同2.5 動(dòng)力裝置循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備稱(chēng)為熱機(jī)。根據(jù)循環(huán)介質(zhì)不同熱機(jī)主要分為兩種形式：蒸汽動(dòng)力裝置和氣體動(dòng)力裝置。實(shí)際循環(huán)都是復(fù)雜的不可逆的，為使分析簡(jiǎn)化，通常將實(shí)際循環(huán)抽象概括成可逆的理論循環(huán)，通過(guò)理論循環(huán)分析，找出影響循環(huán)效率的因素，從而獲得提高熱效率的有效措施。郎肯循環(huán)是基本的蒸氣動(dòng)力循環(huán)，通過(guò)理論循環(huán)的熱力學(xué)分析，得出提高循

10、環(huán)的熱效率主要有兩種途徑：一是改變循環(huán)初參數(shù)，即提高蒸氣的初壓、初溫及降低乏汽壓力；二是改變循環(huán)的方式，即采用回?zé)?、再熱循環(huán)及熱電聯(lián)產(chǎn)。前者在改變參數(shù)的同時(shí)受到設(shè)備投資、運(yùn)行等各種條件的限制，因此實(shí)際中通常兩種途徑配合采用?；钊絻?nèi)燃機(jī)循環(huán)和燃?xì)廨啓C(jī)是典型的兩種氣體動(dòng)力循環(huán)，前者根據(jù)工質(zhì)不同可分為煤氣機(jī)、汽油機(jī)和柴油機(jī)；根據(jù)循環(huán)方式不同又可分為混合加熱循環(huán)、定壓加熱循環(huán)和定容加熱循環(huán)。通過(guò)柴油機(jī)的理論循環(huán)分析得出結(jié)論，提高循環(huán)的壓縮比、定容增壓比及降低定壓預(yù)賬比均可提高循環(huán)的熱效率。燃?xì)廨啓C(jī)也是一種以空氣和燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的動(dòng)力裝置，通過(guò)理論循環(huán)分析可知，循環(huán)的熱效率取決于循環(huán)增壓比，而且隨循環(huán)增壓

11、比的增大而提高，與循環(huán)增溫比無(wú)關(guān)。2.6 熱量傳遞的基本方式在物體內(nèi)部或相互接觸物體表面之間，由于分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象稱(chēng)為熱傳導(dǎo)(簡(jiǎn)稱(chēng)導(dǎo)熱)。熱對(duì)流是指由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)溫度不同的流體相對(duì)位移而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。由于物體內(nèi)部微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)(或者說(shuō)由于物體自身的溫度)而使物體向外發(fā)射輻射能的現(xiàn)象稱(chēng)為熱輻射。熱輻射相對(duì)于導(dǎo)熱和對(duì)流具有以下特點(diǎn)：(1)熱輻射總是伴隨著熱能與輻射能這兩種能量形式之間的相互轉(zhuǎn)化。(2)熱輻射不需要中介，可以在真空中傳播。(3)物體間以熱輻射的方式進(jìn)行的熱量傳遞是雙向的。2.7 導(dǎo)熱在某一時(shí)刻t,物體內(nèi)所有各點(diǎn)的溫度分布稱(chēng)為溫度

12、在t時(shí)刻的溫度場(chǎng)在溫度場(chǎng)中，溫度沿法線方向的溫度變化率（偏導(dǎo)數(shù)）稱(chēng)為溫度梯度。對(duì)于物性參數(shù)不隨方向變化的各向同性物體，傅里葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為-，gratd1n:二n在直角坐標(biāo)系中，導(dǎo)熱微分方程式的一般表達(dá)式為dt二九2-21+d2t+62tj+CcPc（dx2dy2dz2,Pc它建立了導(dǎo)熱過(guò)程中物體的溫度隨時(shí)間和空間變化的函數(shù)關(guān)系。導(dǎo)熱微分方程和單值性條件一起構(gòu)成了具體導(dǎo)熱過(guò)程完整的數(shù)學(xué)描述。熱阻，是根據(jù)熱量傳遞規(guī)律與電學(xué)中歐姆定律的類(lèi)比得出的，“熱流相當(dāng)于電流，溫差相當(dāng)于電位差，熱阻相當(dāng)于電阻。根據(jù)電阻串、并聯(lián)的原理，應(yīng)用熱阻網(wǎng)絡(luò)圖能夠使計(jì)算多層物體及復(fù)合體的導(dǎo)熱問(wèn)題變得簡(jiǎn)單。但需要特別注

13、意的是：熱阻網(wǎng)絡(luò)分析只適用于無(wú)內(nèi)熱源、定壁溫的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，對(duì)于其他一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱及多維導(dǎo)熱問(wèn)題均不適用。在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題中，物體內(nèi)的溫度場(chǎng)不僅隨空間變化，而且還是時(shí)間的函數(shù)，求解方法有集總參數(shù)法、數(shù)值解法、分析解法或諾謨圖法等。集總參數(shù)法是本章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的重點(diǎn)，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)只有滿足Biw0.1或BiVW0.1M條件的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，才可以用集總參數(shù)法求解；(2)一般情況下，Bi？BiV(只有無(wú)限大平壁相等)；(3)如果用Bi作為判別條件，定型尺寸L為從絕熱面到對(duì)流換熱表面的垂直距離(兩面換熱的無(wú)限大平壁：壁厚的一半；單面換熱的無(wú)限大平壁：整個(gè)壁厚；無(wú)限長(zhǎng)圓柱

14、體和球：半徑)；(4)如果用BiV作為判別條件，定型尺寸L=V/A;0=exp(-BiVFov)(5)如果用式00計(jì)算溫度場(chǎng)，注意BiV和FoV中L=V/A。計(jì)算從7=0到工時(shí)刻通過(guò)物體傳熱表面?zhèn)鬟f的總熱量Qr用以下公式八落h,凸,pa凸hA1.Q=dE：hA6dT=hhAQexp-TidT""力<PcVJ二hA"-$exp=PcVo01-exp2.8 對(duì)流換熱對(duì)流傳熱的基本概念已經(jīng)在前面介紹，這里不再重復(fù)。影響對(duì)流傳熱的因素很多而又復(fù)雜，歸納起來(lái)主要有流體運(yùn)動(dòng)發(fā)生的原因，流體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，流體的性質(zhì)及換熱面的形狀、位置尺寸等方面。對(duì)流換熱系數(shù)集中反映了放熱過(guò)

15、程中的一切復(fù)雜因素，能反應(yīng)對(duì)流換熱的程度，但它不能簡(jiǎn)化對(duì)流換熱問(wèn)題的計(jì)算。相似原理是一種能使試驗(yàn)布置及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合處理的理論，主要有三個(gè)核心內(nèi)容。一是物理現(xiàn)象相似的性質(zhì)；凡是彼此相似的現(xiàn)象，它們的同名相似準(zhǔn)則必定相等。這解決了實(shí)驗(yàn)中測(cè)量什么量的問(wèn)題。二是相似準(zhǔn)則間的關(guān)系，物理現(xiàn)象中的物理量不是單個(gè)起作用的，而是由其組成的準(zhǔn)則起作用，它解決了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何整理的問(wèn)題。三是判斷相似的條件：凡同類(lèi)現(xiàn)象，如單值條件相似，且同名準(zhǔn)則相等，則準(zhǔn)則必定相似，它解決了實(shí)際工程如何模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果能否應(yīng)用到實(shí)際工程中的問(wèn)題。2.9 輻射換熱物體對(duì)外界輻射來(lái)的熱量具有吸收、反射和透射的能力。分別用吸收比、反射比和

16、透射比反映物體相應(yīng)能力的大小。黑體（=1）、白體（P=1）和透明體（。=1）都是假想的理想物體。在兩個(gè)漫灰表面溫度均勻、發(fā)射率均勻、反射率均勻、投射輻射也均勻的條件下，角系數(shù)為一個(gè)純幾何參數(shù)，它僅與物體的形狀、大小、距離和位置有關(guān)。角系數(shù)具有相對(duì)性（又稱(chēng)互換性）；完整性和分解性。角系數(shù)可利用角系數(shù)定義直接判斷，也可用積分法、查曲線圖、或代數(shù)法（利用角系數(shù)特性和已知角系數(shù)求解）等方式獲得，要求重點(diǎn)掌握利用角系數(shù)定義直接判斷、查曲線圖和代數(shù)法。熱阻網(wǎng)絡(luò)圖：畫(huà)輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖（熱路圖）的原則：對(duì)于黑體，表面熱阻為0,對(duì)于灰體，表面熱阻0;任意兩表面間輻射換熱都有空間熱阻。所以兩黑體輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)

17、圖只有一個(gè)空間熱阻；兩灰體輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖各有一個(gè)表面熱阻，還有一個(gè)空間熱阻；一個(gè)黑體和一個(gè)灰體輻射換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)圖有一個(gè)空間熱阻，另在灰體表面還有一個(gè)表面熱阻。遮熱板：在兩輻射表面之間放置黑度很小的薄板來(lái)遮擋輻射熱，稱(chēng)為遮熱板。未加遮熱板時(shí)，兩個(gè)物體間的輻射熱阻為兩個(gè)表面輻射熱阻和一個(gè)空間輻射熱阻。加了遮熱板后，在不考慮遮熱板導(dǎo)熱熱阻的情況下，將增加兩個(gè)表面輻射熱阻和一個(gè)空間輻射熱阻（遮熱板本身的導(dǎo)熱熱阻忽略不計(jì)）。因此總的輻射熱阻增加，物體間的輻射傳熱量減少。這就是遮熱板的工作原理。如果遮熱板表面的性質(zhì)與原輻射物體表面的性質(zhì)相同，則在兩塊大平行平板間插入n塊發(fā)射率相同的遮熱板（薄金屬板）時(shí)的輻射傳熱熱流量為無(wú)遮熱板時(shí)輻射傳熱熱流量的1/（n+1）。規(guī)律：遮熱板黑度越小，表面熱阻越大，遮熱效果越好。心得體會(huì)學(xué)了一學(xué)期的熱工學(xué)，聯(lián)系自己的車(chē)輛專(zhuān)業(yè)課程，感覺(jué)又從另一個(gè)更加微觀的角度來(lái)看待汽車(chē)的能量轉(zhuǎn)換。熱工讓我從另一個(gè)角度來(lái)看發(fā)動(dòng)機(jī)：內(nèi)燃機(jī)的各個(gè)行程的能量轉(zhuǎn)變是我們研究汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)知識(shí)。我們可以通過(guò)熱力學(xué)的角度來(lái)分析熱機(jī)的循環(huán)，得到如何經(jīng)濟(jì)性的利用燃料。在熱工學(xué)的研究過(guò)程中，我們可以看到熱