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能源与节能管理基础 本章内容本章内容第一节第一节 工程热力学工程热力学第二节第二节 传热学传热学第三节第三节 流体力学流体力学第四节第四节 热工测量技术热工测量技术第一节 工程热力学一、知识结构一、知识结构1（一）热力学第一定律（一）热力学第一定律（二）理想气体性质及热力过程（二）理想气体性质及热力过程（三）热力学第二定律（三）热力学第二定律（四）水蒸气（四）水蒸气（五）气体和蒸汽流动（五）气体和蒸汽流动（六）气体和蒸汽动力循环（六）气体和蒸汽动力循环（七）湿空气（七）湿空气二、了解内容二、了解内容（一）工程热力学的研究内容和研究方法。（一）工程热力学的研究内容和研究方法。（二）气体动力循环、蒸汽动力循环热效率的（二）气体动力循环、蒸汽动力循环热效率的计算方法，计算方法，火火用用的概念和的概念和火火用用损失的计算方法。损失的计算方法。三、理解要点三、理解要点（一）基本概念和基本参数（一）基本概念和基本参数 1.主要主要基本概念：基本概念： 工质、热源、冷源、工质、热源、冷源、闭口系统、开口系统、绝闭口系统、开口系统、绝热系统、孤立系统、热系统、孤立系统、平衡状态、状态参数、状态平衡状态、状态参数、状态方程式、坐标图、热力过程、准平衡过程、可逆方程式、坐标图、热力过程、准平衡过程、可逆过程、正向循环和逆向循环过程、正向循环和逆向循环三、理解要点三、理解要点提示：提示：正向循环和逆向循环正向循环和逆向循环需要举例说明需要举例说明见见复习题集复习题集第第8 8页单选题第页单选题第4 4小题小题三、理解要点三、理解要点2.2.主要参数：主要参数： 功、热量、压力、温度、比体积、热力学能、功、热量、压力、温度、比体积、热力学能、焓、总能、熵焓、总能、熵。三、理解要点三、理解要点提示：提示：（1 1）在在p pv v图上，功的大小用过程曲线与横坐图上，功的大小用过程曲线与横坐标所围成的面积表示。标所围成的面积表示。见见复习题集复习题集第第8 8页单页单选题第选题第6 6小题。小题。（2 2）热力学能）热力学能U U ：储存在系统内部的能量。：储存在系统内部的能量。 焓焓H H ：H=U+pVH=U+pV，即热力学能加推动功。见掌握，即热力学能加推动功。见掌握重点中重点中闭口系统闭口系统和开口系统能量方程式的区别。和开口系统能量方程式的区别。三、理解要点三、理解要点（二）热力学第一定律的实质（二）热力学第一定律的实质实质是能量守恒与转化定律实质是能量守恒与转化定律。当热能与其他形。当热能与其他形式的能量相互转换时，能量的总量保持不变。式的能量相互转换时，能量的总量保持不变。三、理解要点三、理解要点（三三）理想气体性质）理想气体性质理想气体热力学能、焓、熵的计算理想气体热力学能、焓、熵的计算方法及应用。方法及应用。三、理解要点三、理解要点提示：提示：（1 1）理想气体的理想气体的熵熵是温度的函数是温度的函数，但不，但不是温度是温度的单值函数的单值函数。如定温过程，温度不变，熵在改。如定温过程，温度不变，熵在改变。变。见见复习题集复习题集第第8 8页多选题第页多选题第1 1小题。小题。（2 2）与熵不同，与熵不同，理想气体的热力学能和焓都是理想气体的热力学能和焓都是温度的单值函数温度的单值函数见见掌握重点（二）掌握重点（二）理想气体理想气体的性质。的性质。三、理解要点三、理解要点（四四）理想气体热力过程：）理想气体热力过程： 理想气体热量、功、热力学能差、焓差、熵差理想气体热量、功、热力学能差、焓差、熵差的计算的计算方法。方法。三、理解要点三、理解要点（五）（五）热力学第二定律的热力学第二定律的描述方式描述方式 1.1.克劳修斯克劳修斯描述方式描述方式：热不可能自发地、不热不可能自发地、不付任何代价地从低温传递到高温物体。付任何代价地从低温传递到高温物体。 2.2.开尔文开尔文描述方式描述方式：不可能从单一热源吸热，不可能从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下任何变化。使之全部转化为功而不留下任何变化。三、理解要点三、理解要点（六六）孤立系统熵增原理：）孤立系统熵增原理： 和外界没有物质和能量交换的系统叫做孤立和外界没有物质和能量交换的系统叫做孤立系统。系统。孤立系统内的熵只能够增大或维持不变，孤立系统内的熵只能够增大或维持不变，不可能减小。不可能减小。三、理解要点三、理解要点提示：提示：（1 1）非孤立系统进行可逆或不可逆过程，熵非孤立系统进行可逆或不可逆过程，熵都可以减少。都可以减少。见见复习题集复习题集第第8 8页多选题第页多选题第2 2小题。小题。（2 2）系统进行了可逆或不可逆循环，循环前）系统进行了可逆或不可逆循环，循环前后系统的熵都不变后系统的熵都不变。见。见复习题集复习题集第第8 8页单页单选题第选题第7 7小题。小题。三、理解要点三、理解要点（七）气体和蒸汽的流动（七）气体和蒸汽的流动 促使流速改变的条件：促使流速改变的条件：Ma1Ma1Ma1时，若使流速增大，横截面积应逐步增大。时，若使流速增大，横截面积应逐步增大。三、理解要点三、理解要点（八八）气体动力循环）气体动力循环 1.1.混合加热理想循环。混合加热理想循环。四冲程柴油机的工作四冲程柴油机的工作过程过程。增大压缩比和定容增压比，减小定压预增大压缩比和定容增压比，减小定压预胀比可以提高热效率。胀比可以提高热效率。 2.2.定容加热理想循环。定容加热理想循环。四冲程汽油机的工作四冲程汽油机的工作过程过程。增大压缩比可以提高热效率。增大压缩比可以提高热效率。 三、理解要点三、理解要点（九九）蒸汽动力循环）蒸汽动力循环 朗朗肯循环：肯循环：最基本的蒸汽动力循环。提高蒸最基本的蒸汽动力循环。提高蒸汽的初压、初温，降低乏汽压力可提高热效率。汽的初压、初温，降低乏汽压力可提高热效率。 再热循环和回热循环：再热循环和回热循环：对朗肯循环的改进对朗肯循环的改进。都可以提高热效率，再热循环还可提高汽轮机都可以提高热效率，再热循环还可提高汽轮机排排汽汽干度。干度。三、理解要点三、理解要点（十十）理想气体混合物和湿空气）理想气体混合物和湿空气1.1.混合物混合物的成分表示、分压力定律和的成分表示、分压力定律和湿空气湿空气2.2.相对湿度：相对湿度：实际包含的水蒸气量与同温度下实际包含的水蒸气量与同温度下最多能包含的水蒸气量的百分比。最多能包含的水蒸气量的百分比。3.3.含湿量，焓含湿量，焓- -含湿图含湿图4.4.湿空气过程湿空气过程。主要有加热（冷却）过程、冷。主要有加热（冷却）过程、冷却去湿过程和干燥过程。却去湿过程和干燥过程。三、理解要点三、理解要点提示：提示：相对湿度高，含湿量不一定高。与温度有关。相对湿度高，含湿量不一定高。与温度有关。见见复习题集复习题集第第9 9页判断题第页判断题第1 1小题。小题。四、掌握重点四、掌握重点（一）热力学第一定律（一）热力学第一定律的数学表达式的数学表达式1.1.闭口系统能量方程式：闭口系统能量方程式：全部工质全部工质 Q=U+W Q=U+W ；1kg1kg工质工质 q=u+wq=u+w。四、掌握重点四、掌握重点2.2.开口系统能量方程式：开口系统能量方程式： w wt t技术功技术功tiwhwgzgzcchhq)()(21)(12212212四、掌握重点四、掌握重点（二二）理想气体性质）理想气体性质1.1.状态方程：压力、温度与体积（或比容）的状态方程：压力、温度与体积（或比容）的关系关系2.2.比热容：比热容：单位质量的物质温度升高单位质量的物质温度升高1K1K所需要所需要的热量。的热量。四、掌握重点四、掌握重点3.3.比定容热容比定容热容c cv v 容积不变容积不变。 比定压热容比定压热容c cp p 压力压力不变不变。4.4.理想气体的热力学能和焓都是温度的单值函理想气体的热力学能和焓都是温度的单值函数数。提示：提示：理想气体比定容热容理想气体比定容热容和和比定压热容比定压热容都是都是温度的函数，且温度的函数，且c cv vc cp p 。见见复习题集复习题集第第8 8页页单选题第单选题第9 9小题，多选题第小题，多选题第1 1小题。小题。四、掌握重点四、掌握重点（三三）理想气体）理想气体的热力过程的热力过程：4 4个基本过程个基本过程 1.1.定容过程：比体积不变定容过程：比体积不变 2.2.定压过程：压力不变定压过程：压力不变 3.3.定温过程：温度不变定温过程：温度不变 4.4.绝热过程：工质与外界没有热量交换。绝热过程：工质与外界没有热量交换。 大多数的一般过程，可以表示成大多数的一般过程，可以表示成pvpvn n= =定值的定值的形式，叫做多变过程。形式，叫做多变过程。四、掌握重点四、掌握重点（四）（四）卡卡诺循环诺循环和卡诺定理和卡诺定理 1.1.卡诺循环：卡诺循环：2 2个定温过程和个定温过程和2 2个绝热过程个绝热过程 热效率：热效率：提示：提示：卡卡诺循环的特点：理想、可逆、效率最高。诺循环的特点：理想、可逆、效率最高。见见复习题集复习题集第第9 9页多选题第页多选题第4 4小题。小题。121TTt四、掌握重点四、掌握重点 2.2.卡诺定理：卡诺定理： 定理定理1 1：相同高温热源和低温热源间工作的可：相同高温热源和低温热源间工作的可逆循环热效率相等逆循环热效率相等 定理定理2 2：温度相同的高温热源和低温热源间工：温度相同的高温热源和低温热源间工作的可逆热机热效率大于不可逆热机热效率作的可逆热机热效率大于不可逆热机热效率四、掌握重点四、掌握重点 3 3结论结论（1 1）热效率只取决于高温热源和低温热源的温热效率只取决于高温热源和低温热源的温度度，与工质的性质无关。，与工质的性质无关。（2 2）效率小于）效率小于1 1。（3 3）单热源热机不存在。）单热源热机不存在。（4 4）增大）增大T T1 1，减小，减小T T2 2，可提高热效率。，可提高热效率。（5 5）卡诺循环是理想循环。）卡诺循环是理想循环。四、掌握重点四、掌握重点（五五）水蒸汽）水蒸汽的性质的性质 1.1.饱和状态：饱和状态：汽、液两相共存达到动态平衡汽、液两相共存达到动态平衡 2.2.水的定压汽化过程：水的定压汽化过程：未饱和水、饱和水、未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽和过热蒸汽湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽和过热蒸汽5 5个阶段个阶段 3.3.水、水蒸气表和图水、水蒸气表和图四、掌握重点四、掌握重点提示：提示：（1 1）水的三相点温度）水的三相点温度0.010.01，压力，压力611.7Pa611.7Pa。见见复习题集复习题集第第9 9页判断题第页判断题第4 4小题。小题。（2 2）查表与汽态判断方法。）查表与汽态判断方法。见见复习题集复习题集第第9 9页分析题。页分析题。第二节 传热学一、知识结构一、知识结构1（一）（一）绪论绪论（二）（二）导热传热导热传热（三）（三）对流换热对流换热（四）（四）辐射传热辐射传热（五）（五）传热过程分析与换热器计算传热过程分析与换热器计算二、了解内容二、了解内容（一）（一）传热过程和传热系数。传热过程和传热系数。（二）（二）二维稳态导热和非稳态导热二维稳态导热和非稳态导热的分类。的分类。（三）（三）边界层和相似原理。边界层和相似原理。（四）（四）对数温差与换热器的计算对数温差与换热器的计算以及以及黑体和灰黑体和灰体表面间的辐射换热计算。体表面间的辐射换热计算。二、了解内容二、了解内容提示：提示：传热系数是表征传热过程强烈程度的标尺。传热系数是表征传热过程强烈程度的标尺。见见复习题集复习题集第第1010页单选题第页单选题第8 8小题。小题。三、理解要点三、理解要点（一）导热、对流和辐射换热（一）导热、对流和辐射换热的概念的概念 1.1.导热：导热：温度不同的物体各部分或温度不同的温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。在子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。在引力场下单纯的导热只发