南昌大學(xué)_材料工程基礎(chǔ)復(fù)習(xí)

1、材料工程基礎(chǔ)復(fù)習(xí)一）導(dǎo)熱1，熱傳導(dǎo)：又稱導(dǎo)熱，指兩個相互接觸的物體或同一物體的各部分，由于溫差而引起的熱量傳遞現(xiàn)象。（導(dǎo)熱是依靠物體微觀粒子的熱運(yùn)動而傳遞熱量，其特點(diǎn)是物體各部位不發(fā)生宏觀相對位移。）傅里葉公式：k:導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）：單位溫度梯度作用下物體內(nèi)單位時間，單位面積的傳熱量；一般情況下，固體的k值較大，液體次之，氣體最小。q:熱流密度:單位時間內(nèi)通過單位面積的熱流量。Q:熱流量：單位時間通過面積A的熱量。單位：2，導(dǎo)熱熱阻： 對流換熱熱阻：3，導(dǎo)熱微分方程：導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，無內(nèi)熱源：導(dǎo)溫系數(shù)（熱擴(kuò)散率）：反映了導(dǎo)熱過程中材料的導(dǎo)熱能力（k）與沿途物質(zhì)儲熱能力（）之間的關(guān)系。熱擴(kuò)散系

2、數(shù)說明物體被加熱或冷卻時，物體內(nèi)各部分溫度趨向于均勻一致的能力。導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，無內(nèi)熱源，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱： （拉普拉斯方程）4，熱傳導(dǎo)分析計算通過單層平壁的導(dǎo)熱： 由于通過每層的熱流密度q一定，所以可以根據(jù) 公式算出在x處的溫度，通過多層平壁的導(dǎo)熱：，同樣根據(jù)通過各層的熱流密度q一定算出各個地方的溫度值。復(fù)合壁的導(dǎo)熱：注意： 一定要加入面積來算熱流量Q，不算熱流密度q。通過單層圓筒壁的導(dǎo)熱（認(rèn)為圓筒壁長度遠(yuǎn)大于直徑，簡化為沿半徑方向的一維導(dǎo)熱）： 也可以根據(jù)q一定來計算某點(diǎn)的溫度值。（意識到這里的q值的不同）通過多層圓筒壁的導(dǎo)熱： 通過球殼的導(dǎo)熱： 二）干燥和燃燒1，發(fā)熱量，高位發(fā)熱量，低位發(fā)熱量和

3、彈筒發(fā)熱量的含義與差別發(fā)熱量：單位質(zhì)量或體積的燃料完全燃燒，當(dāng)燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度時所放出的熱量稱為燃料的發(fā)熱量或熱值。高位發(fā)熱量：單位燃料完全燃燒，并當(dāng)燃料產(chǎn)物中的水蒸氣（包括燃料所含水分生成的水蒸氣和燃料中的氫燃燒時生成的水蒸氣）全部凝結(jié)為水時所放出的熱量。低位發(fā)熱量：單位燃料完全燃燒后，燃燒產(chǎn)物冷卻到反應(yīng)前的溫度，其水蒸氣仍以氣體存在時所放出的熱量。彈筒發(fā)熱量：實驗室用氧彈式量熱計（氧彈法）的實測值。即將一定量的燃料試樣置于氧彈中，在有過剩氧的條件下燃燒，燃燒產(chǎn)物冷卻到室溫，在此條件下測得的單位質(zhì)量燃料所放出的熱量。三種發(fā)熱量之間的區(qū)別：氧彈法中，燃料中的硫和氮在燃燒溫度下轉(zhuǎn)變成的

4、三氧化硫、氮氧化物等溶于水并生成硫酸和硝酸。而測量高位發(fā)熱量時燃燒產(chǎn)物中的三氧化硫、氮氧化物并沒有轉(zhuǎn)變成硫酸和硝酸，因此彈筒發(fā)熱量減去三氧化硫、氮氧化物形成硫酸、硝酸的溶解熱即為燃料的高位發(fā)熱量。而由于燃燒后水的狀態(tài)不同，高位發(fā)熱量減去水的汽化熱就是燃料的低位發(fā)熱量。2，元素分析法和工業(yè)分析法元素分析法分析：碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五種元素和水（M）、灰分（A）灰分：灰分是指燃料中不能燃燒的礦物雜質(zhì)。工業(yè)分析法分析：揮發(fā)分（V）、固定碳（FC）、水分（M）、灰分（A）3，空氣過剩系數(shù)：指實際空氣量Va與理論空氣量Va的比值，用表示。過?？諝庀禂?shù)的選擇原則：在保證物料完全

5、燃燒的前提下，應(yīng)盡可能采用接近于1，以提高燃燒溫度。4，理論燃燒溫度：在穩(wěn)態(tài)，絕熱，完全燃燒的條件下，如果輸入燃燒室的全部熱量都用來提高燃燒產(chǎn)物的溫度，則稱該溫度為理論燃燒溫度或絕熱火焰溫度。即理論燃燒溫度是指燃料在燃燒過程中沒有任何熱損失時煙氣能到達(dá)的溫度。5，提高理論燃燒溫度的有效措施：選用高發(fā)熱量的燃料（燃料的產(chǎn)熱度），燃料發(fā)熱量越高，理論燃燒溫度越高控制適當(dāng)?shù)目諝庀禂?shù)：在保證物料完全燃燒的前提下，應(yīng)盡可能采用接近于1，以提高燃燒溫度。適當(dāng)增加空氣中的氧含量：當(dāng)增加助燃空氣中氧的濃度時，則相對減少了氮?dú)獾暮?，從而減少了燃料產(chǎn)物的容積，從而使燃燒溫度得以提高。提高預(yù)熱溫度或燃料溫度：對燃

6、料、空氣進(jìn)行預(yù)熱，可大大增加燃料與空氣的物理顯熱，而不會引起燃燒后煙氣的增多，因而有效地提高燃燒溫度。6，絕對濕度：單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，用符號表示 相對濕度：濕空氣的絕對濕度與相同溫度下可能的最大濕度（即飽和空氣的絕對濕度）之比，用符號來表示。 濕含量：每1千克干空氣所帶水蒸氣的質(zhì)量，用d表示。7，干球溫度：濕空氣的實際溫度t 濕球溫度：在普通溫度計外包裹一層濕紗布，濕紗布的一端進(jìn)入水中，使得紗布保持濕潤，這種溫度計稱為濕球溫度計。在平衡狀態(tài)下，濕球溫度計所測出的空氣溫度稱為濕球溫度，用表示。當(dāng)濕球溫度計周圍為未飽和空氣，在濕紗布表面與空氣中的水蒸氣壓差作用下，水分從濕紗布表面氣

7、化并擴(kuò)散到空氣中，水分氣化需要吸收熱量，從而使?jié)袂驕囟扔嫳砻娴臏囟冉档?，?dāng)空氣向紗布傳遞的熱量等于濕紗布表面水分氣化所需熱量時達(dá)到平衡狀態(tài)，此時的表面溫度就為濕球溫度。 絕熱飽和溫度：空氣與大量水接觸，在絕熱情況下空氣達(dá)到飽和時的空氣溫度，稱為空氣的絕熱飽和溫度，用來表示一般 露點(diǎn)溫度：當(dāng)未飽和濕空氣中水蒸氣分壓或含濕量不變時，濕空氣冷卻到飽和狀態(tài)（%）的溫度稱為露點(diǎn)溫度，用來表示。8，圖注：干燥介質(zhì)的預(yù)熱階段是等d和等水蒸氣分壓的理論干燥階段是等h的。求露點(diǎn)溫度時也是等d下降到與=100%相交的點(diǎn)所對應(yīng)的干球溫度。a從A點(diǎn)引平行于等線的直線和縱座標(biāo)軸相交，可查出b從A點(diǎn)可讀出c從A點(diǎn)沿等濕含

8、量線向下，與=100%的等相對濕度線相交，過交點(diǎn)的等溫線所示的溫度即為露點(diǎn)溫度d從A點(diǎn)沿等濕球溫度線的方向作直線與線相交，過交點(diǎn)的等溫線所示的溫度即為濕球e從A點(diǎn)沿垂直線向下和水蒸氣分壓線相交，再從此點(diǎn)引一水平線，和右面下部座標(biāo)軸相交，即可查出f由線和線的交點(diǎn)向下作垂直線與水蒸氣分壓線相交，過交點(diǎn)所示的壓強(qiáng)即為飽和水蒸氣分壓。熱空氣由溫度冷卻至溫度()圖解方法：（1）當(dāng)時，冷卻后狀態(tài)點(diǎn)的圖解法為上述冷空氣預(yù)熱過程的逆過程。（2）當(dāng)時，分兩步：等濕含降溫過程:沿濕空氣的初始狀態(tài)點(diǎn)A的等濕含量線向下與的等相對濕度線的相交，交點(diǎn)B處開始達(dá)到飽和狀態(tài)。析出露水的過程：其分界點(diǎn)為等線與等相對濕度線的交點(diǎn)

9、。的等相對濕度線與等溫線的交點(diǎn)C即是確定冷卻后的狀態(tài)點(diǎn)。（3）由狀態(tài)點(diǎn)C確定空氣冷卻后的各狀態(tài)參數(shù)的方法同前。9，濕空氣中干球溫度，濕球溫度，露點(diǎn)溫度的大小比較：答:10，濕空氣的焓：1kg干空氣焓及其所攜帶的d（kg）水蒸氣的焓值之和濕空氣的焓其數(shù)值隨溫度和含濕量的增大而增大。11，產(chǎn)熱度：12，焓：1kg干空氣中焓及其所攜帶的dkg水蒸氣的焓值之和，用h表示。說明焓隨溫度和含濕量的變化而變化比熱容：1kg干空氣及其所攜帶的dkg水蒸氣在定壓情況下升高或降低單位溫度所吸收或釋放的熱量。說明濕空氣的比熱不僅與溫度有關(guān)，還與濕空氣的含量有關(guān)。13，物料干燥的過程從干燥速度曲線上可知干燥過程分幾個

10、階段：（1）加熱階段圖中AB段，單位時間傳給物料的熱量遠(yuǎn)大于表面水分蒸發(fā)所需熱量，物料表面被加熱，表面溫度升高，水分開始蒸發(fā)，水分量在減少，干燥速度也不斷增加，但總時間很短，排除的水分是不多。（2）等速干燥階段圖中BC段，物料表面溫度上升到干燥介質(zhì)的濕球溫度后，溫度不再上升，傳給物料的熱量全部用來蒸發(fā)水分，物料中含水量大，移動速度能適應(yīng)表面水分汽化的速度，表面總是維持濕潤狀態(tài)。若干燥介質(zhì)的濕度、溫度、速度及與物料接觸情況恒定，而物料表面的濕度也維持不變，則此時的傳熱速度及水分汽化速度即可維持不變。等速階段主要是排除物料中的非結(jié)合水。（3）降速干燥階段圖中CD段，物料中水分量低于某一限度時內(nèi)部向

11、表面?zhèn)鬟f的水分少，表面蒸發(fā)多，表面不再維持濕潤，向外界蒸發(fā)的水分也逐漸減少，干燥速度逐漸下降。后期水分移動阻力越來越大，干燥速度下降甚劇，直至最后物料中的水分與熱干燥介質(zhì)的濕度成平衡，即達(dá)到平衡水分，干燥過程停止。在平衡水分時，干燥速度等于零。14，表示煤的四種基準(zhǔn)：收到基：實際使用的煤的組成，用下角標(biāo)“ar”表示。（燃燒計算的原始數(shù)據(jù)）%空氣干燥基：是指分析實驗室里所用的空氣干燥煤樣的組成，用下角標(biāo)“ad”表示。（實驗室常用）%實驗條件：20，%干燥1小時，質(zhì)量變化0.2%干燥基：絕對干燥的煤的組成，用下角標(biāo)“d”表示。（用于生產(chǎn)控制）%干燥無灰基：是假想的無水無灰的煤的組成，用下角標(biāo)“da

12、f”表示。（煤礦常用）%15，干燥基的轉(zhuǎn)換注意在某種基準(zhǔn)中沒有水分或灰分時則不需要減15，空氣和煙氣的計算一）空氣的計算理論空氣量：實際空氣量:已知空氣系數(shù)：指實際空氣量Va與理論空氣量Va的比值，用表示。則2） 煙氣的計算理論煙氣量:1，煙氣中所含各氣體的體積：實際煙氣量:1，1時，2，1時，16，空氣過剩系數(shù)的計算（1）利用碳平衡，即燃料中C煙氣中C灰渣中C ，可計算煙氣量。（2）利用氮平衡，即燃料中N2空氣中N2煙氣中N2，可計算空氣量。三）對流換熱1，相似三定理：兩個系統(tǒng)相似，他們的同名準(zhǔn)數(shù)必定相等 描述同一物理現(xiàn)象的各準(zhǔn)數(shù)之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系，這些函數(shù)關(guān)系將由描述現(xiàn)象的微分方程式

13、所決定。 所有的定解條件（包括幾何相似，邊界相似和初始條件）相似，同名的已定準(zhǔn)數(shù)相等的同類現(xiàn)象必定相似。2，對流換熱系數(shù)（表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算）注意：壓強(qiáng)的改變會改變流體的密度，從而改變準(zhǔn)數(shù)的值對管道流而言，雷諾準(zhǔn)數(shù)大于2000為紊流，小于2000為層流。3，對流換熱：指流體與固體壁直接接觸時彼此之間的換熱過程，它既包括流體位移時所產(chǎn)生的對流，又包括流體分子間的導(dǎo)熱作用，因此其實質(zhì)上是熱對流和熱傳導(dǎo)兩種傳熱機(jī)理共同作用的結(jié)果。對流換熱公式：h:對流換熱系數(shù)：（表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)）表示單位時間內(nèi)流體和壁面間溫差相差1時，每單位面積所傳遞的熱量。單位：4，熱對流：流體不同部分之間發(fā)生相對位移，把熱量從一處

14、傳到另一處的現(xiàn)象五），黑體輻射1，黑體輻射的五大定律：2，角系數(shù)：一個物體（物體i）向外輻射的能量落到另一個物體（物體j）表面上的百分?jǐn)?shù)，稱為表面i對表面j的角系數(shù)，記做.相對性：完整性：在封閉圖形中：自見性：不一定為零。平面和凸面：凹面：兼顧性：在任意放置的兩物體1和3之間設(shè)置一透熱體2，當(dāng)不考慮路程對輻射熱量的影響，那么就有：分解性：常見的幾種角系數(shù)數(shù)值：兩個無限大的平行平面，一個平面和一個曲面組成,的封閉體系，如圖（b）物體1據(jù)完整性：據(jù)自見性：故：物體2據(jù)完整性：據(jù)互變性：一個物體被另一個物體包圍，如圖（c）物體1據(jù)完整性：據(jù)自見性： 注意：這里的等于零。故：物體2據(jù)完整性：據(jù)互變性：

15、 然后就可以求出.兩個曲面組成的封閉體系，如圖（d）如圖假設(shè)在兩個曲面間有一個透熱體面積為f，則：物體1據(jù)兼顧性：3，有效輻射（J）：本身輻射E和反射輻射之和稱為有效輻射J 投射輻射(G)：單位時間內(nèi)外界投射到物體單位面積上的總輻射能量。 吸收輻射：單位時間內(nèi)物體單位面積吸收的部分投射輻射能量 反射輻射：單位時間內(nèi)物體單位面積反射的部分投射輻射能量 本身輻射：單位時間內(nèi)物體本身向外界單位面積上輻射的總能量。4，定向輻射強(qiáng)度（I）:黑體是漫射表面，定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)單位：定向輻射率（定向輻射本領(lǐng)） 單位：單色輻射強(qiáng)度（光譜輻射強(qiáng)度） 單位：輻射力（E）：單位時間內(nèi)物體單位輻射面積向半球空間輻

16、射的全波段的輻射能。5，輻射能的載體是電磁波6，熱輻射與導(dǎo)熱，對流的區(qū)別熱輻射是唯一一種非接觸的傳熱方式，即導(dǎo)熱和對流換熱這兩種熱量傳遞方式必須通過一定的中間介質(zhì)才能進(jìn)行，而熱輻射的傳遞就不需要任何中間介質(zhì)，在真空中也能進(jìn)行。7，熱輻射：由于溫度是內(nèi)部電子激動的根本原因，由此產(chǎn)生的輻射能也就取決于溫度，這種僅與溫度有關(guān)的輻射稱為熱輻射。8，輻射換熱：物體不停地向空間發(fā)出熱輻射，同時又不斷地吸收其他物體發(fā)出的熱輻射的過程稱為輻射換熱。9，熱輻射特點(diǎn):一切物體只要其溫度高于絕對零度就會不斷地?zé)彷椛漭椛鋼Q熱過程不僅有能量的轉(zhuǎn)移，還伴隨著能量的二次轉(zhuǎn)化，物體部分內(nèi)能電磁波輻射能物體內(nèi)能10，黑體模型：

17、射入小孔的熱射線經(jīng)過壁面的多次吸收和反射后幾乎全部被吸收。11，吸收率：被物體吸收的輻射能與其投射輻射能之比 反射率：被物體表面反射出去的輻射能與投射輻射能之比透過率：透過物體的輻射能與投射輻射能之比黑體：；白體：；透熱體：工程材料： 氣體：12，氣體輻射的三個特征： （氣體輻射只有二氧 氣體的輻射和吸收對波長有選擇性，即氣體的輻射光譜不連續(xù) 化碳和水發(fā)生 氣體的輻射和吸收是在整個容器內(nèi)進(jìn)行的 吸收和輻射） 氣體的反射率等于零，透過率在吸收率等于1，不同氣體具有不同的輻射特性，即只有部分氣體具有輻射和吸收能力。13，熱輻射：物體通過電磁波向外傳遞能量的過程稱為輻射，能明顯引起熱效應(yīng)的輻射稱為熱

18、輻射。當(dāng)物體與周圍環(huán)境處于熱平衡時，輻射換熱量為零。14，輻射換熱的計算求物體的凈輻射散熱損失，即為物體表面輻射出去的凈熱量，即輻射換熱值物體1凈損失了的熱量，則物體2就凈得到了的熱量。（凈得到就是指吸收的熱量減去輻射出去的熱量）(物體1的溫度高于物體2的溫度)求物體1在單位時間內(nèi)輻射出多少熱量或者是發(fā)射出多少輻射能即求:則設(shè)一個絕對溫度為的黑體，用輻射換熱公式求即可。求物體2獲得的凈輻射量即為。15,輻射換熱：六），流體力學(xué)1，邊界層理論:對于雷諾準(zhǔn)數(shù)很高的流動問題，可將流動分成兩個區(qū)域：遠(yuǎn)離壁面的大部分區(qū)域和壁面附近的一層很薄的流體層。在遠(yuǎn)離壁面的主流區(qū)域，粘性影響可以忽略，流體可按理想流

19、體處理，而對壁面附近的薄流體層，由于粘性作用，必須考慮粘性力的影響。壁面附近速度梯度較大的流體層稱為邊界層，邊界層之外，速度梯度接近于零的區(qū)域稱為外流區(qū)或主流區(qū)。另外隨著流動距離的增加，邊界層的厚度不斷增加，在平板前部一段距離內(nèi)，邊界層厚度較小，流體的流動為層流，流動距離繼續(xù)增大，流體的流動經(jīng)過一個過渡區(qū)后逐漸由層流變成湍流，出現(xiàn)湍流邊界層。對于平滑的平壁： 對于管流：2，粘性流體工作時分為哪幾個狀態(tài)：雷諾準(zhǔn)數(shù)越大，越趨于湍流。三種狀態(tài)：層流，湍流，過渡流層流：流體作有規(guī)則的平行運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)之間互不混雜干擾 ，流線層次分明，互相平行。（流速慢）湍流：又稱紊流。流體質(zhì)點(diǎn)作無規(guī)則的運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)間相互碰

20、撞相互混雜，運(yùn)動軌跡錯綜復(fù)雜，含有大量無規(guī)則的三維漩渦，微元的動量和能量高效率的相互混合，從而使阻力增大。（流速快）過渡流：流速介于層流和湍流之間，是由層流到湍流的過渡。質(zhì)點(diǎn)沿軸向前進(jìn)時，在垂直于軸向上邊也有分速度。層流繞流：物體后面無漩渦1紊流繞流：物體后面有漩渦13，跡線和流線的概念和區(qū)別跡線是指流體微元運(yùn)動的軌跡，也就是微元在空間運(yùn)動時所描繪出來的曲線，跡線的概念直接與拉格朗日描述相聯(lián)系。特點(diǎn)：實際存在的，連續(xù)的流線：是用來描述流場中各點(diǎn)運(yùn)動方向的曲線，它是某時刻速度場中的一條矢量線，該線上任意一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)在該時刻的速度矢量方向一致，流線的概念直接與歐拉描述相聯(lián)系。特點(diǎn)：假象的，

21、瞬時的。4，系統(tǒng)和控制體的概念和區(qū)別系統(tǒng)：某一確定的微元集合的總體。特點(diǎn)：系統(tǒng)將隨系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)點(diǎn)一起運(yùn)動，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)點(diǎn)始終包含在系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)邊界形狀和所圍空間的大小，可隨質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動而變化。系統(tǒng)與外界無質(zhì)量的交換，但可以有力的相互作用及能量（熱和功）交換?？刂企w：指流體所在空間中，被假想或真實的流體邊界包圍，既可靜止不動也可以是運(yùn)動的某一區(qū)域。特點(diǎn)：控制體的形狀和大小不變，但控制體內(nèi)的微元組成可隨時間變化?？刂企w既可通過控制面與外界交換質(zhì)量和能量，也可與環(huán)境有力的相互作用。5，雷諾運(yùn)輸定理：系統(tǒng)與控制體內(nèi)內(nèi)物理量變化速率的差等于物理量通過控制容積的凈流出速率。6，拉格朗日法：隨體描述，著眼于流體微元，描述它們的位置隨時間的變化規(guī)律。歐拉法：空間描述，著眼于空間點(diǎn)，設(shè)法在空