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811熱工理論考試大綱

一、考試性質與范圍

“傳熱學”與“工程熱力學”是熱能與動力工程專業的學科基礎課程。傳熱學是研究由溫差引起的熱能傳遞規律的科學;工程熱力學是研究熱能和其它形式能量(特別是機械能)相互轉換規律以及提高能量利用經濟性的科學。

考試性質：考查考生對傳熱學、熱力學的基本概念和基本定律的理解和掌握，運用這些知識去分析、求解有關熱工問題的能力。

考試范圍：熱力過程、熱力循環和熱量傳遞過程的基本知識與基本定律，分析工程傳熱學、工程熱力學問題的基本能力，計算熱工問題的基本方法及相應的計算能力，解決能量傳遞與轉換問題，提高能量利用率。

二、考試基本要求

要求考生全面系統地掌握傳熱學的導熱、對流、輻射三種基本熱能傳遞方式的基本規律，并能靈活運用這些規律進行各種傳熱過程的分析計算，包括換熱器的設計與校核，具有較強的綜合分析問題和解決問題的能力。

要求考生熟練掌握工程熱力學的基本概念、基本定律和基本方法，掌握常用工質熱力性質基本熱力過程與熱力循環的分析計算方法，能夠熟練地對典型的熱力過程和循環進行熱力學分析。包括：準確掌握熱能和機械能相互轉換的基本規律;掌握熱力過程和熱力循環的熱力學分析方法，深刻了解提高能量利用經濟性的基本原則和主要途徑;能熟練運用常用工質的物性公式進行熱力計算。

三、考試形式與分值

1. 答卷方式：閉卷，筆試;(需要使用計算器)

2. 答題時間：3小時;

3. 試卷分數：滿分為150分;

4. 試卷結構及考查比例：試卷主要分為兩大部分

· 傳熱學部分：簡答題約占13%，計算題約占37%;

· 熱力學部分：簡答題約占18%，計算分析題約占32%。

四、考試內容

· 傳熱學部分

1. 熱傳導的基本概念和方程

導熱的基本概念，熱導率，熱擴散率，傅立葉定律，導熱微分方程，求解導熱微分方程的定解條件。熟練掌握溫度場、溫度梯度、熱流密度、熱流和熱量等基本概念，及導熱問題的數學模型的建立：導熱微分方程、邊界條件與初始條件。

2. 穩態導熱

平壁、圓筒壁、球殼的一維導熱。單層和多層壁的一維導熱。具有內熱源的一維穩態導熱。肋片的導熱，肋效率。接觸熱阻、熱阻網絡圖、臨界絕熱半徑。多維穩態導熱。熟練掌握本章基本概念、基本理論及導熱計算。

3. 非穩態導熱

非穩態導熱的基本概念。無限薄材加熱或冷卻的集中參數法。無限大平板、無限長圓柱體、球體和半無限大物體非穩態導熱問題的求解。多維非穩態導熱的計算。熟練掌握本章基本概念、基本理論及導熱計算。

4. 導熱的數值解法

穩態和非穩態導熱的數值解法：空間/時間離散化，節點差分方程的建立和求解。熟練掌握本章基本概念、基本方法及導熱數值計算。

5. 強制對流換熱

對流換熱定義。對流換熱問題的完整數學描述。邊界層對流換熱微分方程組的建立和求解。動量及熱量的類比、相似原理在對流換熱上的應用。外掠平板、單管、管束的強制對流換熱和管內受迫對流換熱。熟練掌握本章基本概念、基本理論及對流換熱計算。

6. 自然對流換熱

自然對流機理。浮升力。大空間、有限空間自然流動換熱。熟練掌握本章基本概念、基本理論及對流換熱計算。

7. 沸騰換熱和凝結換熱

沸騰換熱和凝結換熱。了解沸騰曲線上各狀態間的區別，了解影響沸騰曲線的主要因素，了解凝結換熱的基本概念。

8. 輻射換熱

熱輻射的本質、概念及基本定義。黑體與灰體。普朗克定律，斯蒂芬-玻爾茲曼定律，維恩位移定律，蘭貝特定律，克希荷夫(基爾霍夫)定律。輻射角系數的定義、基本性質和計算方法。兩表面和多表面系統的輻射換熱計算。輻射熱阻與網絡求解法。輻射遮熱板。氣體輻射的特點和貝爾定律，具有吸收-透過性介質的輻射換熱。熟練掌握本章基本概念、基本理論及輻射換熱計算。

9. 換熱器

換熱器的類型和原理，換熱器的設計和校核計算。對數平均溫差法、效能-傳熱單元數法。強化/削弱傳熱的方法。熟練掌握本章基本概念、基本理論及傳熱計算。

· 工程熱力學部分

1. 基本概念

熱力系統，狀態與狀態參數，平衡狀態，準靜態過程，可逆過程，穩定流動，膨脹功、技術功、流動功和軸功，功與熱量，能量的數量和品質。熱力系統、平衡狀態、狀態參數及其數學特征;準平衡過程、可逆過程以及可逆過程中的功和熱量在狀態參數圖上的表示。

2. 熱力學第一定律

閉口系統能量方程，開口系統能量方程，穩定流動能量方程，熱力學能、焓的定義及其物理意義;可逆過程的容積變化功、推動功、軸功和技術功的計算及在p-v圖或T-s圖上的表示;熱力學第一定律基本表述和一般表達式;閉口系第一定律的解析式及在過程、循環和孤立系中的應用;穩定流動開口系第一定律表達式。

3. 氣體和蒸汽的性質

理想氣體模型，理想氣體狀態方程及通用氣體常數，理想氣體的比熱，理想氣體的熱力學能、焓、熵及其計算;水蒸汽的發生過程，水蒸氣的飽和狀態和相圖，水蒸氣的基本熱力過程，水蒸汽圖表結構和應用，水蒸汽的狀態及其狀態參數的確定。

4. 氣體和蒸汽的基本熱力過程

理想氣體狀態方程;理想氣體基本過程與多變過程的分析;理想氣體多變過程中熱力學能、焓、熵變、容積變化功、技術功和熱量的計算;應用p-v圖或T-s圖分析多變過程。蒸氣的定壓過程和絕熱過程分析及其在p-v圖或T-s圖上的表示;蒸氣熱力過程的熱量和功量的計算。

5. 熱力學第二定律

熱力學第二定律的經典表述、卡諾循環及定理、克勞修斯不等式和孤立系統熵增原理;卡諾循環的效率、卡諾定理及其推論;熱力學第二定律的數學表達式;不可逆過程熵變的計算;熵的定義及其物理意義;熵流、熵產以及熵方程;孤立系統的熵增原理;熱量的可用能、系統作功能力損失。利用熱力學第二定律及其定理正確地判斷熱力學系統和過程的進行方向和各種可逆循環的熱效率。

6. 壓氣機的熱力過程

壓氣機分類和特征;不同壓縮過程狀態參數的變化規律、耗功計算以及壓氣機的耗功計算;活塞式壓氣機理論耗功、余隙容積對活塞式壓氣機工作特性的影響;多級壓縮，中間冷卻的最佳中間壓力及耗功計算。

7. 氣體動力循環

循環分析的一般方法、循環抽象與簡化、標準空氣假設、活塞式內燃機循環抽象與簡化、活塞式內燃機的混合加熱理想循環、定壓加熱理想循環和定容加熱理想循環分析、活塞式內燃機的特性參數：壓縮比、定容增壓比、定壓預脹比及它們對熱效率及循環凈功的影響、活塞式內燃機各種理想循環的熱力學比較;燃氣輪機裝置的抽象與簡化、燃氣輪機裝置的定壓加熱理想循環、循環增壓比和增溫比、燃氣輪機裝置理想循環分析、提高燃氣輪機裝置循環熱效率的熱力學措施。

8. 蒸汽動力裝置循環

朗肯循環及熱效率、蒸汽初參數對循環熱效率的影響;再熱循環分析、回熱循環分析;各種循環的在p-v和T-s圖上的表示及分析。

9. 動力裝置、制冷裝置及其循環

逆向循環的經濟性指標及循環進行的條件;壓縮氣體制冷循環、制冷量和制冷系數及循環壓力比的關系、回熱式壓縮氣體制冷循環、熱泵循環;壓縮蒸氣制冷循環分析、制冷工質性質表、 制冷劑的性質。各種裝置循環的工作流程及其熱力過程在T-s圖或p-h圖上的表示;循環熱力過程的熱力分析;各種循環吸熱量、放熱量、循環凈功、熱效率或制冷系數的分析計算;循環能量利用經濟性的影響因素及提高能量利用率方法和途徑。

10. 理想混合氣體及濕空氣

理想混合氣體的概念;理想氣體混合物;理想混合氣體的密度、氣體常數以及比熱容、熱力學能、焓和熵的計算;濕空氣、未飽和濕空氣、飽和濕空氣的含義;絕對濕度、相對濕度和含濕量的概念;濕空氣的基本熱力過程的分析與計算。

五、參考書

1.《傳熱學》 第四版，楊世銘，陶文銓。高等教育出版社，2006.

2.《傳熱學(第2版)(改編版)》， 馮妍卉，賈力，張欣欣，彭曉峰改編，Yunus A.Cengel著。高等教育出版社，2007.

3. 北京科技大學“傳熱傳質學”課程網站——國家資源共享課：

http://www.icourses.cn/coursestatic/course_3642.html

4.《工程熱力學》第四版，沈維道，童鈞耕主編。高等教育出版社，2007.