科目代碼：811

科目名稱：熱工基礎

適用專業(yè)：能源動力(動力工程)

考試時間：3小時

考試方式：筆試

總　　分：150分

考試范圍：

一、工程熱力學(75分)

1、基本概念及定義

熱能和機械能相互轉換裝置的類型及其特點;熱力系統(tǒng)的定義、分類及邊界特點;熱力學狀態(tài)參數(shù)的定義、分類及其共同特征;基本狀態(tài)參數(shù);平衡狀態(tài)及熱力平衡狀態(tài)的條件，平衡與穩(wěn)定、平衡與均勻的關系;狀態(tài)公理及其應用;常用參數(shù)坐標圖及其應用;準平衡過程與可逆過程的定義、實現(xiàn)條件及其關系;熱力學過程參數(shù),過程參數(shù)與狀態(tài)參數(shù)的區(qū)別;熱力循環(huán)的分類、熱經濟性指標及其表達式。

2、熱力學第一定律

熱力學第一定律的實質與表述;熱力學能的構成及常見函數(shù)表示;技術功的定義、表達式及其適用條件;容積功、技術功、推動功及流動功的區(qū)別與聯(lián)系;焓的導出及其物理意義;穩(wěn)定流動及其應用;熱力學第一定律的解析式、適用范圍及其應用。

3、氣體和蒸汽的性質及基本熱力過程

理想氣體模型;理想氣體狀態(tài)方程式的型式及其應用;氣體常數(shù)和摩爾氣體常數(shù)的關系及其影響因素;比熱容的定義、分類及相互關系;邁耶公式及比熱容比;理想氣體定值比熱容的確定;理想氣體的熱力學能、焓、熵的變化量及其應用;理想氣體平均比熱容的查表計算;水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖;水蒸氣的產生過程中相關概念、參數(shù)、特點及其坐標圖表示;水及水蒸氣的熱力性質表與焓-熵圖的認識及其應用;理想氣體可逆多變過程及其與四種典型熱力過程，如可逆的定容、定壓、定溫、絕熱過程的關系;四種典型可逆熱力過程的過程方程式、過程曲線、狀態(tài)參數(shù)及過程參數(shù)的求解;理想氣體熱力過程的綜合分析;水蒸氣的基本熱力過程。

4、熱力學第二定律

熱力學第二定律的實質及常見表述;卡諾循環(huán)的組成、循環(huán)熱效率表達式及意義;概括性卡諾循環(huán)、逆向卡諾循環(huán)、多熱源卡諾循環(huán)的特點及其應用;卡諾定理的內容及其應用;熵的導出及其物理意義;熱力學第二定律的數(shù)學表達式及其應用;閉口系與穩(wěn)定流動開口系的熵方程及其應用;孤立系熵增原理與能量貶值原理;熱力學火用的定義、分類，不同類型火用以及熵產、火用損的計算及其應用。

5、實際氣體的性質

理想氣體的狀態(tài)方程用于實際氣體時的偏差;壓縮因子的物理意義及其影響因素;范德瓦爾方程的應用局限及其與理想氣體狀態(tài)方程的比較;實際氣體的維里方程及其特點;亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)的定義式及物理意義;吉布斯相律及其應用。

6、氣體與蒸汽的流動

穩(wěn)定流動的基本方程式及其應用;聲速的定義、表達式及其影響因素;促使流動改變的力學條件和幾何條件;穩(wěn)定流動過程中熱力學參數(shù)與流動參數(shù)間的關系;氣體與蒸汽流動過程中的相關概念，如馬赫數(shù)、噴管、擴壓管、臨界壓力比、噴管速度系數(shù)、噴管能量損失系數(shù)、節(jié)流轉回溫度等;噴管的選型、分析及其計算;絕熱節(jié)流現(xiàn)象及其應用，絕熱節(jié)流前后工質參數(shù)的變化，絕熱節(jié)流的微分效應和積分效應。

7、壓氣機的熱力過程

單級活塞式壓氣機的工作原理;單級活塞式壓氣機典型壓縮過程理論耗功及壓縮溫升的比較;活塞式壓氣機余隙容積及其影響;與單級壓縮相比，采用多級壓縮、級間冷卻的優(yōu)缺點;活塞式壓氣機增壓比和容積效率;葉輪式壓氣機與活塞式壓氣機的比較。

8、氣體動力循環(huán)

活塞式內燃機的三種理想循環(huán);壓縮比相同、吸熱量相同時或循環(huán)最高壓力和最高溫度相同時三種理想循環(huán)的熱力學比較;燃氣輪機裝置定壓加熱理想循環(huán);燃氣輪機裝置定壓加熱實際循環(huán)熱效率、影響因素及提高燃氣輪機裝置循環(huán)熱效率的主要措施。

9、蒸汽動力裝置循環(huán)

利用水蒸氣作為工質實現(xiàn)卡諾循環(huán)的局限性;蒸汽動力裝置循環(huán)、參數(shù)坐標圖及其經濟性指標，如循環(huán)熱效率、熱耗率、汽耗率、標準煤耗率的計算;蒸汽參數(shù)變化對朗肯循環(huán)經濟性及安全性的影響;采用再熱循環(huán)、回熱循環(huán)及熱電聯(lián)產的主要目的;熱電聯(lián)產循環(huán)的類型、經濟性指標及其特點。

10、理想氣體混合物及濕空氣

理想氣體混合物的基本概念和基本定律;理想氣體混合物的質量分數(shù)、摩爾分數(shù)、體積分數(shù)及其相互關系;理想氣體混合物的折合氣體常數(shù)和折合摩爾質量的確定;理想氣體混合物的基本特點;濕空氣的相關概念，如飽和濕空氣、不飽和濕空氣、絕對濕度、相對濕度、含濕量、濕球溫度等;露點的確定及其應用;濕空氣的焓-濕圖及其應用;濕空氣的典型熱力過程分析及其應用。

二、傳熱學(75分)

1、緒論

熱量傳遞的三種基本方式及其含義(實質);熱流量基本計算式(導熱、對流傳熱、熱輻射、傳熱過程)及其應用;導熱或對流傳熱與熱輻射及輻射傳熱的主要區(qū)別;傳熱過程的含義(實質)及其各環(huán)節(jié)熱量傳遞方式的分析。

2、穩(wěn)態(tài)導熱

穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)溫度場的表示;傅里葉定律的一般形式、各項意義及其應用;導熱系數(shù)的主要影響因素;保溫材料(GB/T4272-92)及其應用;導熱微分方程的一般形式(常物性)、各項意義及其應用;穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)導熱問題定解條件的主要區(qū)別;導熱三類邊界條件的基本內容;典型一維穩(wěn)態(tài)導熱問題(大平壁、長圓筒壁、球殼、等截面直肋)溫度場及熱流場的求解及其應用;等截面直肋的肋片效率、肋面總效率及肋化系數(shù);套管式溫度計的分析計算及減少其測量誤差的主要措施(從傳熱學角度);具有內熱源的一維導熱問題分析。

3、非穩(wěn)態(tài)導熱

非穩(wěn)態(tài)導熱問題的主要特點;零維非穩(wěn)態(tài)導熱問題的集中參數(shù)法;非穩(wěn)態(tài)導熱所涉及的相關量，如Bi數(shù)、Fo數(shù)、導溫系數(shù)、時間常數(shù)及吸熱系數(shù);一維非穩(wěn)態(tài)導熱模型及其圖解法的應用條件;半無限大物體一維非穩(wěn)態(tài)導熱模型及其在第一類邊界條件下的應用。

4、導熱問題的數(shù)值解法

導熱問題數(shù)值求解的基本思想;有限差分法進行導熱問題數(shù)值求解的基本步驟;熱平衡法建立二維穩(wěn)態(tài)導熱物體節(jié)點(內部、邊界)的離散方程;熱平衡法建立一維及二維非穩(wěn)態(tài)導物體節(jié)點(內部、邊界)的離散方程;穩(wěn)態(tài)導熱與非穩(wěn)態(tài)導熱、顯格式差分與隱格式差分在建立離散方程時的主要區(qū)別。

5、對流傳熱的理論基礎

對流傳熱問題的主要分類及影響對流傳熱的主要因素;對流傳熱基本微分方程式及其與導熱第三類邊界條件的區(qū)別;理論求解對流傳熱問題(溫度場、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及熱流場)的基本思路;對流傳熱過程的實質;熱(溫度)邊界層的含義及其與速度(流動)邊界層間的關系;普朗特數(shù)Pr的表達式、物理意義及其應用;對流傳熱比擬理論的基本思想;單相流體縱掠平壁的對流傳熱的主要關聯(lián)式及其應用。

6、單相對流傳熱的實驗關聯(lián)式

物理現(xiàn)象相似理論及其應用;單值性條件;常用準則數(shù)，如Nu數(shù)、Re數(shù)、Gr數(shù)及Pr數(shù)的表達式、物理意義及其應用，Bi數(shù)與Nu數(shù)、Re數(shù)與Gr數(shù)的區(qū)別;定性溫度、入口效應、彎管效應、當量直徑(當量半徑);管內流動的單相強制對流傳熱中，長管與短管、直管與彎管的主要區(qū)別;繞流管束的單相強制對流傳熱中，管束順排與叉排布置的優(yōu)缺點;自然對流傳熱及大空間自然對流傳熱;混合對流傳熱的判據(jù)及判斷依據(jù);單相對流傳熱問題的實驗關聯(lián)式及其應用。

7、相變對流傳熱

相變對流傳熱的基本特點;凝結傳熱兩種基本模式;水平管外凝結與豎直管外凝結的比較及其應用;膜狀凝結傳熱中，凝結液膜的流動狀態(tài)判據(jù);不凝結氣體對膜狀凝結傳熱的主要影響及其處理方式;沸騰傳熱的不同模式;大容器飽和沸騰過程(含沸騰曲線);沸騰傳熱惡化現(xiàn)象;DNB點及臨界熱流密度的工程意義;不凝結氣體對大容器沸騰的主要影響;強化膜狀凝結傳熱及沸騰傳熱的基本原則及其應用。

8、熱輻射基本定律和輻射特性

熱輻射及輻射傳熱區(qū)別于導熱或對流傳熱的特點;輻射波譜;大多數(shù)固體與液體表面、氣體空間的熱輻射特性;熱輻射的特殊體，如黑體、白體(鏡體)、灰體、漫射體及漫-灰體;熱輻射的基本概念、基本定律及其應用;漫射體輻射力與其定向輻射強度間的關系;影響物體發(fā)射率及吸收比的主要因素;實際物體輻射、吸收等特性按光譜(波段)分布時的相關分析與計算。

9、輻射傳熱的計算

輻射角系數(shù)的含義、適用條件及影響因素;輻射角系數(shù)的基本性質及其典型計算(代數(shù)法);表面有效輻射的含義(實質)及其應用;輻射傳熱的兩類熱阻;兩個及三個漫-灰表面(含黑體表面、重輻射面)封閉系統(tǒng)輻射傳熱網(wǎng)絡圖的繪制與標示;兩個及三個漫-灰表面(含黑體表面、重輻射面)封閉系統(tǒng)的輻射傳熱計算;氣體輻射的基本特點;貝爾定律所解決的主要問題;平均射線行程;氣體輻射發(fā)射率和吸收比的主要影響因素;輻射傳熱控制的基本措施;遮熱板的遮熱原理及其應用;減少氣體溫度測量誤差的基本分析與計算。

10、傳熱過程分析與換熱器的熱計算

傳熱過程的含義(實質)與分析;典型壁面(大平壁、圓筒壁、肋壁)傳熱過程的傳熱系數(shù)表達式及其應用;壁面上加裝肋片的目的及基本原則;圓筒壁面外敷設保溫層的保溫效果分析;臨界絕緣直徑;換熱器的主要類型及其基本換熱原理(舉例);換熱器的對數(shù)平均溫壓、溫差修正系數(shù)、效能及傳熱單元數(shù);順流與逆流間壁式換熱器的優(yōu)缺點及其應用;采用LMTD法對間壁式換熱器進行熱設計的基本計算;換熱器污垢熱阻;強化或削弱傳熱問題的基本原則、主要途徑、主要技術及其應用。

[參考書目]

[1] 沈維道，童鈞耕 《工程熱力學》(第五版) 高等教育出版社

[2] 嚴家騄，王永青 《工程熱力學》(第二版) 高等教育出版社

[3] 楊世銘，陶文銓 《傳熱學》(第四版) 高等教育出版社