ch06热学

题6.1：如果将1.0?103 kg 的水均匀地分布在地球表面上，则单位面积上将约有多少个水分子？

题6.1分析：l mol 的任何物质均含有相同的分子个数，即阿伏伽德罗常数 N A 。由此，可以求出kg 100.13-?水的水分子数。而地球表面积可视为球面作近似计算，通常取地球半径R =6.37?106 m 。

解：水的摩尔质量1m ol kg 018.0-?=M ，则kg 100.13-?=m 水中所含分子数M mN N A /=，则单位面积上的水分子数为

272A m 1056.64//-?===MR mN S N n π

题6.2：设想太阳是由氢原子组成的理想气体，其密度可当作是均匀的。若此理想气体的压强为Pa 1035.114?。试估计太阳的温度。（已知氢原子的质量kg 1067.127H -?=m ，太阳半径m 1096.68S ?=R ，太阳质量kg 1099.130S ?=m ）

题6.2分析：本题可直接运用物态方程nkT p =进行计算。

解：氢原子的数密度可表示为 ()??

? ???==3S H S S H S 34R m m V m m n π 根据题给条件，由nkT p =可得太阳的温度为 ()K 1016.1347S 3S

H ?===k m R pm nk p T π 说明：实际上太阳结构并非本题中所设想的理想化模型。因此，计算所得的太阳温度与实际的温度相差较大。

题6.3：一容器内储有氧气，其压强为1.01?105 Pa ，温度为27 ℃，求：（l ）气体分子的数密度；（2）氧气的密度；（3）分子的平均平动动能；（4）分子间的平均距离。（设分子间均匀等距排列）

题6.3分析：在题中压强和温度的条件下，氧气可视为理想气体。因此，可由理想气体的物态方程、密度的定义以及分子的平均平动动能与温度的关系等求解。又因可将分子看成是均匀等距排列的，故每个分子占有的体积为30V =，由数密度的含意可知d n V ,10=即可求出。

解：（l ）单位体积分子数

325m 1044.2-?==kT p n

（2）氧气的密度

3m kg 30.1-?===RT pM V m ρ

（3）氧气分子的平均平动动能

J 1021.62321k -?==kT ε

（4）氧气分子的平均距离

m 1045.3193-?==n d

通过对本题的求解，我们可以对通常状态下理想气体的分子数密度、平均平动动能、分子间平均距离等物理量的数量级有所了解。

题6.4：Kg 100.22-?氢气装在33m 100.4-?的容器内，当容器内的压强为3.90?105 Pa 时，氢气分子的平均平动动能为多大？

题6.4分析：理想气体的温度是由分子的平均平动动能决定的，即23k kT =ε。因此，根据题中给出的条件，通过物态方程RT M m pV =，求出容器内氢气的温度即可得k ε。 解：由分析知氢气的温度mR

MpV T =，则氢气分子的平均平动动能为 ()J 1089.3232322k -?===mR pVMk kT ε

题6.5：温度为0 ℃和100 ℃时理想气体分子的平均平动动能各为多少？欲使分子的平均平动动能等于1 eV ，气体的温度需多高？

题6.5解：分子在0 ℃和100 ℃时平均平动动能分别为

J 10

65.5232111-?==kT ε J 1072.7232122-?==kT ε

由于J 101.6eV 119-?=。因此，分子具有 eV 1平均平动动能时，气体温度为

K 1073.7323k ?==k T ε

这个温度约为7.5?103 ℃。

题6.6：某些恒星的温度可达到约1.0?108 K ，这是发生聚变反应（也称热核反应）所需的温度。通常在此温度下恒星可视为由质子组成。求；（1）质子的平均动能是多少？（2）质子的方均根速率为多大?

题6.6分析：将组成恒星的大量质子视为理想气体。质子可作为质点。其自由度3=i ，因此，质子的平均动能就等于平均平动动能。此外，由平均平动动能与温度的关系2/32/2kT v m =可得方均根速率2v 。

解：（l ）由分析可得质子的平均动能为

J 1007.232152k -?===kT v m ε

（2）质子的方均根速率为

－162s m 1058.13??==m

kT v 题6.7：求温度为127.0 ℃的氢气分子和氧气分子的平均速率、方均根速率及最概然速率。 题6.7分析：分清平均速率v 、方均根速率2v 及最概然速率p v 的物理意义，并利用三种速

率相应的公式即可求解。

解：氢气的摩尔质量13H m ol kg 1022

--??=M ，气体温度K 400=T ，则有 13H s m 1006.282

-??==M RT v π 13H 2s m 1023.232

-??==M RT v 13H p s m 1082.122-??==

M RT v 氧气的摩尔质量为12O m ol kg 102.32--??=M ，则有

12O s m 1016.582

-??==M RT v π 12O 2s m 1058.532

-??==M RT v 12p s m 1055.422-??==

O M RT v 题6.8：图中I 、II 两条曲线是两种不同气体（氢气和氧气）在同一温度下的麦克斯韦分子速率分布曲线。试由图中数据求：（1）氢气分子和氧气分子的最概然速率；（2）两种气体所处的温度。

题6.8分析：由M RT v /2p =可知，在相同温度下，由于不同气体的摩尔质量不同，它们的最概然速率p v 也就不同。因22O H M M <，故氢气比氧气的p v 要大，由此可判定图中曲线II

所标13p s m 100.2-??=v 应是对应于氢气分子的最概然速率。从而可求出该曲线所对应的温度。又因曲线I 、II 所处的温度相同，故曲线I 中氧气的最概然速率也可按上式求得。 解：（1）由分析知氢气分子的最概然速率为

13P s m 100.2/2)(22-??==H H M RT v

利用16/2

2H O =M M 可得氧气分子最概然速率为

12H P O O P s m 100.54)(/2)(222-??===v M RT v

（2）由M RT v /2p =得气体温度

K 1081.42/22p ?==R M v T

题6.9：体积为33m 100.1-?的容器中含有231001.1?个氢气分子，如果其中压强为Pa 1001.15?。求该氢气的温度和分子的方均根速率。

题6.9解：由理想气体物态方程p = nkT 可得氢气温度为

K 5.72)/()/(===Nk pV nk p T

氢气分子的方均根速率为

12H 21051.9/32-??==s m M RT v

题6.10：在容积为33m 100.2-?的容器中，有内能为6.75?102 J 的刚性双原子分子理想气体。

（1）求气体的压强；（2）设分子总数为5.4?1022个，求分子的平均平动动能及气体的温度。 题6.10分析：（1）一定量理想气体的内能RT i M m E 2

=，其中i 为气体分子的自由度，对刚性双原子分子而言，5=i 。由上述内能公式和理想气体物态方程RT M

m pV =可解出气体的压强。（2）求得压强后，再依据题给数据可求得分子数密度，则由公式nkT p =可求气体温度。气体分子的平均平动动能也可由2/3k kT =ε求出。

解：（1）由RT i M m E 2

=和RT M m pV =可得气体压强 Pa 1035.1/25?==iV E p

（2）分子数密度n =N /V 为，则该气体的温度

K 1062.3/2?===）（Nk pV nk p T

气体分子的平均平动动能为

J 1049.72321k -?==kT ε

题6.11：在容积为32m 100.3-?的容器中装有kg 100.22-?气体，容器内气体的压强为5.06?104 Pa ，求气体分子的最概然速率。

题6.11分析：题中未给出摩尔质量M 和气体温度T ，无法直接由M RT v /2p =求出最概然速率。但利用理想气体物态方程，由题中条件可得M RT /值，从而求出p v 。

解：由理想气体物态方程RT M

m pV =

可得 m pV M RT = 则最概然速率为

1p s m 389/2/2-?===m pV M RT v

题6.12：声波在理想气体中传播的速率正比于气体分子的方均根速率。问声波通过氧气的速率与通过氢气的速率之比为多少？设这两种气体都是理想气体并具有相同的温度。 题6.12分析：由题意声波速率u 与气体分子的方均根速率成正比，即2v u ∝；而在一定温

度下，气体分子的方均根速率M v /12∝，式中M 为气体的摩尔质量。因此，在一定温度下声波速率M u /1∝。

解：依据分析可设声速M A u /1=，式中A 为比例常量。则声波通过氧气与氢气的速率之比为

25.02222

O H H O ==M M u u

题6.13：质点离开地球引力作用所需的逃逸速率为gr v 2=，其中r 为地球半径。（1）若使氢气分子和氧气分子的平均速率分别与逃逸速率相等，它们各自应有多高的温度；（2）说明大气层中为什么氢气比氧气要少。（取m 1040.66?=r ）

题6.13分析：气体分子热运动的平均速率M RT v π/8=。对于摩尔质量M 不同的气体分子，为使v 等于逃逸速率v ，所需的温度是不同的；如果环境温度相同，则摩尔质量M 较小的就容易达到逃逸速率。

解：（1）由题意逃逸速率gr v 2=，而分子热运动的平均速率M RT v π/8=。当v v =时，有

R

M r g v R M

T 482ππ== 由于氢气的摩尔质量

13H m ol kg 100.22--??=M ，

氧气的摩尔质量

12O m ol kg 102.32--??=M

则它们达到逃逸速率时所需的温度分别为

K 1089.1,K 1018.15O 4H 22?=?=T T

（2）根据上述分析，当温度相同时，氢气的平均速率比氧气的要大（约为4倍），因此达到逃逸速率的氢气分子比氧气分子多。按大爆炸理论，宇宙在形成过程中经历了一个极高温过程。在地球形成的初期，虽然温度已大大降低，但温度值还是很高。因而，在气体分子产生过程中就开始有分子逃逸地球，其中氢气分子比氧气分子更易逃逸。另外，虽然目前的大气层温度不可能达到上述计算结果中逃逸速率所需的温度，但由麦克斯韦分子速率分布曲线可知，在任一温度下，总有一些气体分子的运动速率大于逃逸速率。从分布曲线也可知道在相同温度下氢气分子能达到逃逸速率的可能性大于氧气分子。

题6.14：有N 个质量均为m 的同种气体分子，它们的速率分布如图所示。（1）说明曲线与横坐标轴所包围的面积的含义；（2）由N 和v 0求a 值；（3）求在速率v 0/2到3v 0/2间隔内的分子数；（4）求分子的平均平动动能。

题6.14分析：处理与气体分子速率分布曲线有关的问题时，关键要理解分布函数()v f 的物

理意义。v N N v f d /d )(=题中纵坐标v N v Nf d /d )(=，即处于速率v 附近单位速率区间内的分子数。同时要掌握)(v f 的归一化条件，即1d )(0=?∞v v f 。在此基础上，根据分布函数并运用

数学方法（如函数求平均值或极值等），即可求解本题。

解：（l ）由于分子所允许的速率在0到2v 0的范围内，由归一化条件可知图中曲线下的面积

()N v v Nf S v ==?0

20d

即曲线下面积表示系统分子总数N 。

（2）从图中可知，在0到v 0区间内，0/)(v av v Nf =；而在v 0到2v 0区间内，a v Nf =)(。则利用归一化条件有

??+=000200

d d v v v v a v v av N 得 03/2v N a =

（3）速率在v 0/2到3v 0/2间隔内的分子数为 12/7d d 2/32/0

0000N v a v v av N v v v v =+=??? (4)分子速率平方的平均值按定义为

??∞

∞==02022d )(/d v v f v N N v v 故分子的平均平动动能为

2022030

2k 3631d d 2121000mv v v N a v v Nv a m v m v v v =+==??）（ε 题6.15：试用麦克斯韦分子速率分布定律导出方均根速率和最概然速率。

题6.15分析：麦克斯韦分子速率分布函数为

???? ??-??? ??=kT mv v kT m v f 2exp 24)(22

2/3ππ 采用数学中对连续函数求自变量平均值的方法，求解分子速率平方的平均值，即??=N N v v d d 2

2，从而得出方均根速率，由于分布函数较复杂，在积分过程中需作适当的数学代换。另外，最概然速率是指麦克斯韦分子速率分布函数极大值所对应的速率，因而可采用求函数极值的方法求得。

解：（l ）根据分析可得分子的方均根速率为

2/10242/32/1022d 2exp 24/d ???????????? ??-??? ??=??? ??=??∞v kT mv v kT m N N v v N ππ

令222/x kT mv =，则有

2/12/12/104273.13d 242??? ??≈??? ??=??????=?∞

-M RT m kT x e x m kT v x π

（2）令0d /)(d =v v f ，即

02exp 222exp 2242222

/3=?????????? ??--???? ??-??? ??kT mv kT mv v kT mv v kT m ππ

得2/12/141.12??? ??≈??? ??==M RT m kT v v p

题6.16：在压强为1.01?105 Pa 下，氮气分子的平均自由程为6100.6－?cm ，温度不变时，在多大压强下，其平均自由程为1.0 mm 。

题 6.16分析：气体分子热运动的平均自由程n

d 221πλ=，其中分子数密度n 由物态方程nkT p =确定。因此在温度一定时，平均自由程p /1∝λ。

解：由分析知平均自由程p /1∝λ。当自由程由1λ改变为2λ时，其压强为

()Pa 06.61212==p p λλ

题6.17：目前实验室获得的极限真空约为Pa 1033.111－?，这与距地球表面1.0?104 km 处的压强大致相等。试求在C 27 时单位体积中的分子数及分子的平均自由程。（设气体分子的有效直径cm 100.38－?=d ）

题6.17解：由理想气体物态方程得分子数密度为

39m 1021.3/-?==kT p n

分子的平均自由程为

m 108.7282?==p d kT πλ

可见分子间几乎不发生碰撞。

题6.18：若氖气分子的有效直径为cm 1059.28－?，问在温度为 600 K 、压强为1.33?102 Pa 时氖分子1 s 内的平均碰撞次数为多少？

题6.18分析：分子 1s 内的平均碰撞次数即平均碰撞频率v n d Z 22π=，其中分子数密度n 及平均速率v 可利用物态方程nkT p =和平均速率公式()2

/18M RT v π=分别求出。 题6.18解：由分析可得氖分子的平均碰撞频率

1622s 1081.3822-?=??? ??==M

RT kT p d v n d Z πππ 题6.19：如果理想气体的温度保持不变，当压强降为原值的一半时，分子的平均碰撞频率和平均自由程如何变化？

题6.19分析：由题6.16、6.18可知，在温度不变的条件下，分子的平均碰撞频率p Z ∝，而分子的平均自由程p /1∝λ，由此可得压强变化时，平均碰撞频率和平均自由程的变化。 解：由分析知p Z ∝，当压强由p 0降至p 0/2时，平均碰撞频率为

2/2/0000Z p p Z Z == 又因p /1∝λ，故当压强减半时，平均自由程为 000022/λλλ==p p

基于ANSYS有限元的热学力模拟分析全文

基于ANSYS有限元的热学力模拟分析全文 第1章绪论 1.1选题背景及意义 随着时代的发展，现代各个领域包括船舶，航天等对于新型高分子纳米材料的诉求越来越高，基于这种背景下，石墨烯（G）和碳纳米管（CNTs）诞生了。虽然二种材料从发明开始，就受到了极大的推崇，但是不能否认的是，它们也有一些缺陷，比如团聚现象；这一种现象在某些特殊的背景下应用，缺陷暴露的就更加明显了。因此，必众多学者从本质上出发，根据二种材料的最外层电子为4的特性，从共价非共价改性进行探索，进而拓宽了二种材料的应用。 并且基于实际情况的需求，由于离子液体（ILs）一些优良性能，比如不易挥发等；完美的契合了这些实际情况的需求，并且ILs对于石墨烯材料以及碳纳米管材料有着很好地改良作用，进而进一步得到了推崇。 本文最大的创新就在于对于三者的综合应用，本文选用的离子液体是绿色溶剂离子液体，选用此溶剂是因为其对于石墨烯材料以及碳纳米管材料有着物理吸附作用，物理吸附可以不破外这些材料本身的化学结构，并且使得二种材料在基体中具有之前没有的特性：分散性，进而得到导电润滑脂。这一新的研究，是一种三种元素结合起来的新的研究方向。最后，把本文比较了ILs改性后和未改性后的二种高分子纳米材料作为润滑添加剂的各项性能。 1.2 石墨烯 1.2.1 石墨烯的结构与性质 对于石墨烯（G）这样一种新型高分子纳米材料而言，本质是碳原子组成的

二维晶体，其各个维面是六边形蜂窝状。首次发现是在21世纪初期，是由Novoselov[1]等通过胶带法首次获得的。石墨烯具有一个特殊的离域大π键，其穿透了只有一个碳原子厚度的石墨烯。这一特性使得石墨烯具有强度高，导电性好[2]、几乎完全透明、比表面积大[3]、载流子迁移率高[4]。 1.2.2石墨烯的制备方法 对于石墨烯（G）获得的方法划分可以分为三种、石墨烯超声研磨法制取、石墨烯热剥离法制取、、石墨烯电化学法制取，三种方法具体情况如下：（1）超声研磨法 第一种方法主要是根据超声波的原理，使得完整的石墨内部承受超过其承受能力的剪切应力，进而其二侧会造成缺陷，也就得到了石墨烯；该方法对于石墨的剥落产生了极大地便利。但是这种方法也是有着一定的缺陷的，由于巨大的剪切应力会造成所使用的石墨片层不完整[5]，进而影响生成的石墨烯的产量以及性能。 2010 年，Wang 等[6]最早采用超声进行剥离。从一种叫做三氟甲磺酰基形成的亚胺盐使用石墨烯超声研磨法制取得到，并且经过试验，最好的时候，获得了0.95 mgmL?1 的悬浮液，然后利用得到的悬浮液经过相应的离心干燥处理，就可以得到石墨烯片。基于Wang 等研究，著名学者Nuvoli 等[7]进一步改进，采用了改进的1-己基-3-甲基六氟磷酸盐，使用同样的方法，经过试验，最好的时候，获得了5.33 mgmL?1 的悬浮液。 Shang 等[8]在上面二者的研究基础上，直接物理层面的对于使用研钵和杵研磨，对于1-丁基-3-甲基咪唑六氟硼酸盐进行了处理，进而进一步得到了相应的凝胶。然后加入化学原料二甲基甲酰胺以及化学原料丙酮，继续进行离心操作，然后对于所得物进行改造，就得到了需要的石墨烯。Shang 等改进的方法在一定程度上来说，可以一定程度的降低成本，操作也变得更为简单了，但是制取的产品会变得隔更加容易破碎。 （2）热剥离法 对于石墨烯的制取的研究从未停止，在2012年的时候，著名学者Safavi 等[9]通过对于大于或者等于12个碳阳离子的烃基链进行研究，发现了烃基链如果

活塞热边界条件的计算

第三章边界条件的计算 3.1 第一类边界条件 如本文第二章所述，第一类边界条件都是通过实验的方法得出受热零件表面的一些特征点温度值。这些温度是受热零件热负荷计算中必不可少的，不仅可预知其表面温度分布的大致状况，而且是热计算中反求法所必需的基本判据。 受热零件的温度测量实验方法，至今已有多种，可以测出平均温度值，也可以测出瞬态温度值，在内燃机的温度测量中都得到了应用。而且随着现代电子技术的发展，测温手段日趋完善。表3-1中列出了一些主要的测温方法。 表3-1 内燃机零件的测温方法[24][33][21][35]

3.2 第二类边界条件 热流密度作为已知边界条件的方法一般很少应用，其原因是： （1）由于测量手段复杂且零件结构的不规则，不易通过实验的方法直接获得，而且精确度不高； （2）作为求温度场的反求条件不直接。 具体测量方法如表3-2 表3-2 热流密度测量方法[33] 3.3 第三类边界条件 第三类边界条件是目前进行内燃机热负荷计算中最常用的一种方法。本文选取了表2-1中适合于本次活塞热负荷计算的三种经验公式。 表3-3 发动机的一些参数 3.3.1 活塞顶的边界条件 作为稳态温度场计算，需要计算一个工作循环的综合燃气平均温度和平均换热系数。计算方法有示功图法和经验公式法等，示功图法需要有内燃机性能实验或计算出的示功图，结果较可靠，但步骤复杂，需要的参数多；经验公式法是在几个机型的试验基础上，利用缸内近似为长管内流体与壁面是湍流受迫对流换热特性，归纳出的直接计算燃气平均温度和平均换热系数的公式，方法简单，在一

些机型如Z165F 、Z175F 和Z185F 的热计算中得到了验证。本文利用示功图法和经验公式法分别进行了计算。 一、经验公式法 )1(8.12.03 1 7 .01S D D n P K h e e m +?=- （3-1） 式中 1K ——修正系数； e P ——平均有效压力（bar ）； n ——内燃机转速（r/min ）； e D ——几何特征尺寸 )2(2S D DS D e += 代入表3-3中的参数，m h =542.3)(2K m W ? a p e r e s T D F N K T 28.02.026.02)1 ()(0409.1-?=εε （3-2） 式中 2K ——修正系数； e N ——额定功率（kW ）； p F ——活塞顶投影面积（m 2）； a T ——进气温度（K ）。 代入表3-3中的参数，res T =4589K 由于上述公式是以风冷低速柴油机为试验机，而本文所选用机型是高强化高速水冷柴油机，所以需要对原公式进一步修正，否则不适用。 二、示功图法 根据式2-24、2-25的计算方法，首先需要分别求出瞬时换热系数和瞬时燃气温度。 Eichelberg 公式是Eichelberg1939年在一台大型二冲程柴油机测量的基础上提出的一个公式。用直接测量壁面温度波动方法来反求瞬时换热系数，在此式中考虑辐射影响T 的方次取得较大，转速的影响取得较小，在低速内燃机可以适用，应用在高速机上就显偏低。但由于该公式比较简单，可以通过修改系数减少误差，所以在各种机型上仍然得到了广泛的应用。基本公式如下： 347.2m g g g C T P h = （3-3） 式中 g P ——瞬时燃气压力（MPa ）； g T ——瞬时燃气温度（K ）； m C ——活塞平均速度（m/s ）。

边界条件

网格化分： 机体网格划分采用四面体网格。上部采用6mm网格，下部采用8mm网格，与缸套接触部分采用2mm网格，共有382111个单元，网格模型如图3和图4所示。缸套网格划分主要采用六面体2mm网格，4个缸套共有309472个单元，网格模型如图5所示。缸盖螺栓网格划分采用六面体4mm网格，18个螺栓共有13896个单元，网格模型如图6所示。缸垫网格划分采用六面体4mm网格，共有4075个单元，网格模型如图7所示。等效缸盖网格划分采用四面体7mm网格，共有186582个单元，网格模型如图8所示。总体计算网格模型如图9所示，共有896136个单元。 边界条件： 1 位移边界条件 机体底部约束为零 2 力边界条件 气缸套受力主要有装配应力、燃气压力、热应力和活塞侧向力。 2.1螺栓预紧力 螺栓预紧力通过拧紧力矩获得。根据YN33柴油机的螺栓拧紧力矩和螺栓结构尺寸计算得到螺栓预紧力为62490N。 2.2活塞对缸套的侧向力 活塞对缸套侧向力采用曲轴转角81°时的工况。假定力边界条件为：载荷沿缸套轴线方向按二次抛物线规律分布；沿缸套圆周120°角范围内按余弦规律分布。 选择侧击力影响最大位置进行研究，经过分析，选定1缸曲轴转角24°（活塞位于最大爆发压力处）、81°（活塞位于行程中间位置）时的工况进行研究，此时活塞对缸套的侧向力和侧向压力幅值如表1所示。加载边界条件时取L=43.5，x=0的位置为活塞销的位置。 表1 气缸套壁面加载的活塞侧向力 注：正值表示活塞侧向力作用在主推力侧，负值表示活塞侧向力作用在次推力侧。 2.3 缸套壁面的气体作用力

表2 一缸气缸套壁面加载的气体压力 热应力由温度边界条件计算得到温度场后施加到机械应力分析中进行热力耦合计算。 3 接触边界条件 主要接触对有：气缸盖与气缸垫、气缸盖与气缸套、气缸垫与机体、气缸垫与缸套、气缸套与机体、气缸盖与预紧螺栓下端面、预紧螺栓螺纹与机体螺栓孔螺纹。 4 温度边界条件 常见的导热特征边界条件有：第1类边界条件——恒定温度；第2类边界条件——热流密度；第3类边界条件——对流。本文研究机型选用采用第三类边界条件。 4.1气缸套温度边界条件 表3 AB段加载的热边界条件 表4 其他段加载的热边界条件 缸盖温度边界条件 缸盖暴露于大气环境中，其表面与周围环境换热极为微弱，因此换热系数不大，本次计算取23 W/m2·℃，环境温度取25℃。 4.2机体温度边界条件

大学生热环境下中等强度运动中的热调节反应和生理变化

大学生热环境下中等强度运动中的 热调节反应和生理变化 徐飞1，吴建2，夏志3，贺业恒1，蒋蕾1 1 辽宁师范大学体育学院，大连（116029） 2 重庆师范大学体育系，重庆（400047） 3 湖北大学体育学院，武汉（430062） E-mail：yangt1193@https://www.wendangku.net/doc/e314853833.html, 摘要：目的：观察普通大学生在热环境下运动的心率、主观体力感觉、直肠温度的动态变化，以及运动前后体重、出汗率、出汗量、疲劳指数和血尿素的变化情况。方法：18名男性大学生自愿者随机分为高热运动组和对照组，以55%VO2max 分别在38±1℃和26±1℃环境下(相对湿度皆为73%)进行60min蹬车运动。结果：运动初期，高热组和对照组相比HR、RPE 指标没有明显变化，但随着运动时间延长，高热组HR、RPE指标明显高于对照组；高热组运动后体重变化、出汗率、出汗量、疲劳指数及血尿素明显高于对照组。结论：短时间内热环境对被试相关指标影响不大，但运动时间延长后相关指标差异显著。热环境能导致生理指标非常变化，并对人体产生负面影响。 关键词：热环境；中等强度运动；生理变化；热应激；热适应 人的体温受外部气候和热源的影响。环境的温度、湿度、空气运动等各种情况都与热应激有关。而热应激取决于环境和运动两方面的因素。有学者指出其中最重要的是环境的温度，它对热应激的贡献可达70%。目前国内相关研究多集中在热应激对机体影响的讨论，少有具体的人体实验性研究。基于此，本研究在相关研究基础上结合重庆特殊之地理位置和温度条件，对人在热环境下生理反应进行了针对性实验，从而为在热环境下运动、健身提供参考。 1 研究对象与方法 1.1 研究对象及分组 自愿参与实验的健康男性大学生18 人(未受任何专业训练)，随机分为2组，NE组为普 ℃，HE组为热环境运动组(n=9, 38±1) ℃。运动环境：平均相对湿通室温运动组(n=9, 26±1) 度73%(%Relative Humidity，%RH)。所有被试实验前5天保证正常生活作息时间和饮食，不摄入咖啡、酒精等刺激物，且查体无疾患史，统一着运动短裤和运动背心参加测试。其基本情况见表1。 表1 被试基本情况及分组 Table1. Subjects’ physical characteristic and were devided in two groups at random 分组年龄(yr) N 身高(cm) 体重(kg) HR rest(b/min)VO (ml/kg.min)△ 2max 对照组(NE) 21.3±0.3 9 170.3±0.5 63.3±3.8 73.6±5.6 51.2±4.6 高热组(HE) 20.5±0.7 9 168.6±0.8 65.0±3.5 75.1±5.7 52.3±5.3 △ : VO2max 用fox 法测定[6] 1.2 测试指标及方法 2组被试以55% VO2max 分别在室温和热环境下蹬车60min，运动前、运动中每15 min 和运动后即刻记录其 HR、RPE 值、T re。运动后即刻测疲劳指数(FI)及血尿素(BUN)浓度。 ⅡJAPAN)功率车、用POLAR S810 (FINLAND)测量心率；主观体力感POWERMAX V( 觉等级评分(rating of perceived exertion，RPE)据Borg 的RPE量表评定[1]。运动前和运动后

热运动

热运动 1定义： 物体内大量分子的不规则运动叫做热运动。 分子热运动的试验是布朗运动。 分子热运动的典型现象是分子扩散。 布朗运动是通过花粉在水中的无规则运动的现象表现了水分子的无规则运动，即分子的热运动，而不是花粉的热运动。 布朗运动是悬浮在液体或气体中的微粒所做的无规则运动，不是液体或气体分子的运动，只是间接证明了液体或气体分子的无规则运动。故不能把布朗运动叫做热运动，只能说布朗运动证实了分子的热运动。 典型现象如日常生活中，香味的扩散等等。 组成气体的分子都十分好动。比如茉莉花，一旦开了花，就可以闻到扑鼻香气；鱼、肉腐烂了，会弄得周围臭气熏天。组成液体的分子也很好动。在一杯清水里滴入一滴墨水，墨水就会慢慢散开，和水完全混合。这表明一种液体的分子进入到另一种液体里。或者说液体分子在不停地运动。固体分子也在运动。比如把表面非常光滑洁净的铅板紧紧压在金板上面，几个月以后就可以发现，铅分子跑到了金板里，金分子也跑到了铅板里，有些地方甚至进入1毫米深处。如放5年，金和铅就会连在一起，它们的分子互相进入大约1厘米。又如长期存放煤的墙角和地面，有相当厚的一层都变成了黑色，就是煤分子进入的结果。 证明液体、气体分子做杂乱无章运动的最著名的实验，是英国植物学家布朗发现的布朗运动。1827年，布朗把藤黄粉放入水中，然后取出一滴这种悬浮液放在显微镜下观察，发现藤黄的小颗粒在水中不停运动，而且每个颗粒的运动方向和速度大小都改变得很快。就是把藤黄粉的悬浮液密闭起来，不管白天黑夜，夏天冬天，随时都可以看到布朗运动，无论观察多长时间，这种运动也不会停止。在空气中同样可以观察到布朗运动，悬浮在空气里的微粒（如尘埃），也在做不规则运动。 2发生布朗运动的原因 是组成液体或者气体的分子运动。比如在常温常压下，空气分子的平均速度是500m/s，在1秒钟里，每个分子要和其他分子相撞500亿次。毫无规律的分子从四面八方撞击着悬浮的小颗粒，综合起来，有时这个方向大些，有时那个方向大些，结果小颗粒就被迫做起忽前忽后、时左时右的无规则运动。 倒一杯热水和一杯冷水，然后向每个杯里滴进一滴红墨水，热水杯里的红墨水要比冷水杯里的扩散得快些。这说明温度高，分子运动的速度大，并且随着物体温度的增高而增大，因此分子的运动也叫做热运动。热传导是固体中热传递的主要方式。在气体或液体中，热传导过

热分析边界条件的施加

热分析边界条件的施加 稳态热分析可以直接在实体模型或单元模型上施加5种载荷（边界条件）。 1)恒定温度（TEMP） 恒定温度作为自由度约束施加在温度已知的边界上。 命令：D。 GUI路径：Main menu→Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Temperature。 2)热流率（HEAT） 热流率作为节点集中载荷，主要用于线单元模型中，（通常，在线单元模型上不能施加对流或热流密度载荷）；如果输入的值为正，代表热流流入节点，即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一节点上则ANSYS将仅考虑温度。 命令：F。 GUI路径：Main menu→Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Heat Flow。 3)对流（CONV） 对流边界条件作为面载荷施加于实体的外表面，它仅可施加于实体单元和壳单元模型上，对于线模型，可以通过对流线单元LINK34施加对流载荷。 命令：SF。 GUI路径：Main menu→Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Convection。 4)热流密度（HFLUX） 热流密度也是一种面载荷。如果通过单位面积的热流率已知，或能通过计算得到时，可以在模型相应的外表面施加热流密度载荷。输入的值为正时，代表热流流入单元。热流密度也仅适用于实体单元和壳单元。热流密度与对流可以施加在同一外表面，但ANSYS仅读取最后施加的面载荷进行计算。 命令：SF。 GUI路径：Main menu→Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Heat Flux。

几种热力学模拟软件比较

Thermo-Calc 概述：（原产地:瑞典）热力学计算软件的开拓者，软件开发历史比较悠久，因此软件功能比较完善和强大，所涉及的领域比较广泛，包括冶金、金属合金、陶瓷、熔岩、硬质合金、粉末冶金、无几物等等，产品主要包括TCC、TCW、DICTRA、二次开发工具和数据库。 软件功能：1、热力学——相图、热力学性能、凝固模拟、液相面、热液作用、变质、岩石形成、沉淀、风化过程的演变、腐蚀、循环、重熔、烧结、煅烧、燃烧中的物质形成、CVD 图、薄膜的形成、CVM 计算，化学有序- 无序等等。2、动力学（DICTRA）——扩散模拟，如合金均匀化、渗碳、脱碳、渗氮、奥氏体/铁素体相变、珠光体长大、微观偏析、硬质合金的烧结等等。 数据库：TC的数据库比较多，甚至可以说杂来形容，呵呵，TC自己做的最好的数据库应该是Fe，当然现在也有像Ni等等的自己开发的数据库，但是大部分数据库都是利用第三方的，如有色金属（Al、Mg、Ti等）是英国ThermoTech的。当然TC的同盟战线非常广，所以相应可用的数据库也就非常多，包括众多无几物数据库、陶瓷数据库、硬质合金数据库、核材料数据库等等。 优势：软件功能强大、用户群较大方便交流、软件扩展性能好、灵活性强、适用范围广。 缺点：操作界面不是很友好，很难上手，动力学（扩散）数据目前不是很全，计算引擎技术滞后（主要表现在初始值方面）。 适用范围：适合于科学研究，尤其是理论研究，从行上来讲非常适合黑色金属行业，当然陶瓷、化工等行业也是首选（因为其他没有软件有这方面的数据库和功能）。 Pandat 概述：（原产地:美国，全是中国人开发，呵呵）热力学计算软件的后起者，或者说新秀吧，呵呵！主要是抓住竞争对手界面不友好和需要计算初值的弱点发展起来的，目前主要是在金属材料也就是合金行业中发展，产品包括Pandat、PanEngine和数据库。 软件功能：相图计算、热力学性能、凝固模拟、液相投影面、相图优化以及动力学二次开发（注意二次开发要在C++环境中进行）等。 数据库：Pandat的数据库主要的优势还在于有色金属方面，尤其是Mg和Al的数据应该是全球最优秀的，除此之外还有自己开发的Ti、Fe、Ni、Zr等，以及日本的Cu和Solder数据库。 优势：界面非常友好，容易上手不要很多的计算机知识，计算引擎先进（其实就是算法比较好），可二次开发。 缺点：功能不是很完善，适用面比较窄（暂时只能用于金属行业） 适用范围：适合于科学研究，工程应用，但目前只推荐用于金属行业。

第十一章体育锻炼与环境

对流蒸发湿度热习服热痉挛热衰竭

热应激是由热量和湿度两者共同引起的，不仅仅是由于气温的缘故，如图11-2所显示的那样，湿度越高，身体的“实际的”温度也就越高，所谓“实际的”温度是指身体实际所感觉到的温度。在高湿度环境中，蒸发将受到阻碍，机体不能通过蒸发过程使正常情况下应散发的热量散发掉，这样体温便会增高。 序号 热指数 热指数对人们的影响 1 550 C 或 更高 中暑的结果很可能是由于长时间暴露在热环境中的缘故 2 410C ～550 C 中暑、热痉挛或热衰竭，中暑可能是由于长时间暴露在热环境中进行体育活动或单单由于进行体育活动而形成 3 320C ～410 C 中暑、热痉挛和热衰竭，中暑可能是由于长时间暴露在热环境中进行体育活动或单单由于进行体育活动而形成 4 270 C ～320 C 疲劳可能是由于长时间暴露在 热环境中进行体育活动或单单 由于进行体育活动而形成 图11-2 “热指数”或“实际的”温度的概念 注：图11－2选自Donatelle,R.T.,et al. Access to Health,1996. 显而易见，在55℃高温下进行体育锻炼是非常危险的，然而对于大多数人来说，在环境温度为29.5℃且湿度高的情景下进行锻炼，同样具有危险。换句话说，这后一种情况，身体所感觉到的“实际的”温度仍然很高。身体在中等程度高的环境温度和高湿度情况下，实际感觉的温度要比环境温度高。究竟热环境对你的身体产生多大影响，最好的方法是监测心率。在热环境中进行体育锻炼引起的体温增加大大超过冷环境中进行同样锻炼所引起的体温增加。图11-3显示了三种不同环境所对应的心率的不同变化。 0 15 30 45 60 75 90 锻炼时间（分钟） 图11-3 在三种环境条件下(高温/高湿，高温/低湿，低温/低湿)延长锻炼时间所对应的心率变化 相对湿度（％） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1．非常热 2．很热 3．热 4．很暖和 气温（0C ） 60 55 49 43 38 32 27 21 16 热指数（H ） 55 49 实际温度（0C ） 43 41 38 32 27 150 125 100 75 心率（次/分） 低温/低湿 高温/低湿 高温/高湿

分子热运动知识点

第一节、分子热运动 一、物质结构 1、物质是由极其微小的分子、原子构成的。 2、分子之间有间隔。 二、分子热运动 1、扩散现象：不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。扩散可以发生在固液气三种状态之间，但看不到颗粒存在。 扩散的实质：（1）、分子永不停息的做无规则运动。（2）、分子间有间隔。 2、分子热运动：分子无规则运动与温度有关，所以称为分子热运动。 三、分子间的作用力：分子间有相互作用的引力和斥力。 当分子间距离处于平衡位置r=r0时，分子所受引力和斥力相等； 当分子间的距离r﹤r0时，引力小于斥力，作用力表现为斥力； 当分子间的距离r﹥r0时，引力大于斥力，作用力表现为引力； 如果分子相距很远r﹥10r0，作用力就变得十分微弱，可以忽略 第二节、内能 一、内能 1、内能：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。 注意：内能与机械能是两种形式的能，物体的机械能可以为零，但内能永不为零，也即是说任何物体都具有内能。 2、内能的影响因素：质量、材料、温度、状态。在物体的质量，材料、状态相同时，温度越高物体内能越大。 3、在所有的表述中，只有说物体温度升高内能一定增加和物体温度降低内能一定减少是对的，其他的只能是不一定。 二、改变内能的方式 1、热传递 （1）、热传递：使温度不同的物体互相接触时，高温物体将能量传给低温物体的现象。（能量的转移） （2）、在热传递过程中，传递内能的多少称为热量，用Q表示，单位为J 注意：热量是热传递过程中内能的特殊称呼，不能说具有、含有多少热量。 2、做功 （1）、做功：通过压缩、摩擦、敲打等方式将机械能转化为内能使物体内能增加。 （能量的转化） （2）、对物体做功，物体内能增加；物体对外界做功，物体内能减小。 第三节、比热容 一、比较不同物质的吸热能力 1、选用相同的电加热器（使物体单位时间吸收的热量相同），为质量和初温相同的两种物质进行加热，记录加热时间和温度。 2、加热相同的时间，比较温度的变化量，温度变化量越小说明吸热能力越强；变化相同的温度比较加热时间，用时越长，说明吸热能力越强。 二、比热容

FLUENT UDF应用实例：传热热问题第二第三类热边界条件转换成第一类边界条件

FLUENT UDF 应用实例:传热问题第二第三类热边界条件转 换成第一类边界条件 1 引言 传热问题的常见边界条件可归纳为三类，以稳态传热为例，三类边界条件的表达式如下。 恒温边界（第一类边界条件）：const w T = （1-1） 恒热流密度边界（第二类边界条件）：const w T n λ???-= ???? （1-2） 对流换热边界（第三类边界条件）：()w f w T h T T n λ???-=- ???? （1-3） 2 问题分析 2.1 纯导热问题 以二维稳态无源纯导热问题为例，如图1所示，一个10×10m 2的方形平面空间，上下面以及左边为恒温壁面（21℃），右边第二类、第三类边界条件如图所示。为方便问题分析，内部介质的导热系数取1W/m ℃。模型水平垂直方向各划分40个网格单元，不计边界条件处壁厚。 图1 问题描述 采用FLUENT 软件自带边界条件直接进行计算，结果如图2所示。

（a ）第二类边界条件 （b ）第三类边界条件 图2 软件自带边界计算结果 参考数值传热学[3]，对于第二类（式1-2）、第三类（式1-3）边界条件可通过补充边界点代数方程的方法进行处理，结果如下。 第二类边界条件：11M M q T T δ λ-=+ （2-1） 第三类边界条件：11/1M M f h h T T T δδλλ-????=++ ? ?? ??? （2-2） 其中，T M 为边界节点处的温度（所求值），T M-1为靠近边界第一层网格节点处的温度，δ为靠近边界第一层网格节点至边界的法向距离，q 为热流密度，h 为对流换热系数。 将以上两式通过UDF 编写成边界条件（DEFINE_PROFILE ），全部转换为第一类边界条件，计算结果如图3所示。

第十八章 环境与运动讲解

第十八章环境与运动 （一）填空题 1．体温调节中枢位于 ,受控装置包括器官和器官，受控对象为机体深部温度。 2．人体的体温与人体的代谢有关，在一天中最低，最高，这种波动幅度一般不超过1℃。 3．机体对冷环境的反应可归纳为和两个方面，长期工作在冷环境可产生 . 4．大气污染对人体健康的慢性危害是由于与接触引起的，主要表现为眼和鼻黏膜刺激，慢性支气管炎、哮喘、肺癌及因生理机能障碍而加重的高血压和心脏病。5．在热环境下运动可能出现热造成的危害，包括、、热衰竭和等热疾病。 6．运动员因时差而影响生物节律可采取两种调整对策：一是按预先调整生物节律；二是，使生物节律逐步与环境变化同步化。 7．机体产生的热量通过血液到达皮肤，通过传导、、、的方式向体外散发。 8．人体与外界环境不断的进行着气体交换，维持着正常的生理活动，所以大气的正常化学组成是保证和的必要条件。 9．对大气质量影响较大的主要有和。 10．高原对人体生理功能的影响，主要表现对诸因素的影响，因而，人在高原时最大吸氧量明显。 11．大气污染会导致持续运动的能力，污染程度越，持续运动的能力下降越明显。 12．体温的相对稳定，乃是在机构的控制下，体内过程和过程取得动态平衡的结果。 13．长期在水环境运动，可改善机体内的能力，进而提高人体对水的冷刺激的能力。 14．水环境中的运动，对人体功能影响较之其他运动项目深刻，这和水的及特性有关。 15．生物节律的构成包括两方面，一是二是。 16．人在一天中会出现个功能高潮，它与人体各种生理功能活动的有关。17．在高原无论是安静时还是运动时，呼吸都会。 18．海拔高度越高，人体的运动能力就。 19．高原可使红细胞数量和血红蛋白增多，使运动员在高原训练回到平原后机体供氧能力。 20．长期身体训练可人体对寒冷环境的适应能力，并可改善肢体功能。21．低温可反射性地引起人体内物质代谢过程，机体的氧耗。 （二）判断题 1．外界环境的温度越高，机体通过辐射散失的热量就越少。（） 2．人在寒冷环境下，骨骼肌寒颤加强，促使产热量增加，是冷适应的标志之一。（）3．高原服习，表现从事耐力项目或长时间运动的能力得到提高。（）

分子热运动、内能知识点总结

一、基础知识：
分子热运动篇
1、物质的组成 （1）物质是由分子、原子组成的。 （2）分子非常小，不借助仪器，肉眼是看不见的，如果把分子看成一个个的小圆球（物理模型法） ，那么 一般一个分子的直径大约是 10 m，因此一个物体是由数量巨大的分子组成的。 -10 19 3 （3）分子很小，它的直径的数量级是 10 m，1cm 的空气中大约有 2.7×10 个分子。 2、扩散现象 （1）定义：不同的物质相互接触时，彼此进入对方的现象叫做扩散. （2）扩散现象表明：一切物质的分子都在不停的做无规则运动，间接证明分子之间有间隙。 注意：不同的物质一定要相互接触才能发生扩散，必须是两种物质相互进入彼此。 扩散现象是不同物质的分子运动造成的，要注意和微小颗粒状物体运动的区别。 3、分子热运动 （1）定义：一切物质的分子都在不停的做无规则运动，这种无规则的分子运动叫做分子的热运动 （2）影响分子热运动的影响因素：分子的热运动与温度有关，温度越高，分子热运动越剧烈，分子扩散 的就越快。 4、分子间的作用力 （1）固体和液体中的分子之所以不会分散开，而总是聚合在一起，是因为分子间存在引力的作用，从而 使固体和液体能保持一定的体积。由于分子间也存在斥力作用，因此固体与液体很难被压缩。 （2）分子间的引力和斥力总是同时存在的。它们都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而 增大，只是斥力变化的比引力要快。当分子间距离很小时，作用力表现为斥力；当分子间作用力稍大时， 作用力表现为引力。如果分子间距很远，作用力就变得十分微弱，可以忽略。
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内能篇
1、内能 （1）宏观物体的能表现为机械能，是物体外在的能量；微观物体的能表现为内能，是物体内在的能量。 （2）分子动能：物体是由大量分子组成的，分子在永不停息的做无规则运动，所以分子都具有动能，叫 做分子动能。 （3）分子势能：分子之间存在相互作用的引力和斥力，所以分子又具有势能，叫做分子势能。 （4）构成物体的所有分子，其热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。内能的单位也是焦耳,符 号 J。 （5）一切物体都具有内能，同一物体在相同状态下，温度越高，分子热运动越激烈，内能越大；温度越 低，内能越小。 拓展：内能和机械能的区别 内能 研究对象不同 影响因素不同 存在条件不同 微观世界的大量分子 物体的温度、体积、 物体的质量和 状态 内能永远存在 机械能 宏观世界的整个物体 物体的质量、速度、 高度和形变程 度 存在有条件，比如运动、被举高、 发生弹性形变等
2、内能的改变 （1）热量：在热传递过程中，传递热量的多少叫做热量。热量的单位也是焦耳，符号 J
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哈工大-传热学虚拟仿真实验报告

哈工大-传热学虚拟仿真实验报告

Harbin Institute of Technology 传热学虚拟仿真实验报告 院系：能源科学与工程学院 班级：设计者： 学号： 指导教师：董士奎 设计时间：2016.11.7

传热学虚拟仿真实验报告 1 应用背景 数值热分析在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、以及日用家电等各个领域都有广泛的应用。 2 二维导热温度场的数值模拟 2.1 二维稳态导热实例 假设一用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，其截面如图2.1所示，假设在垂直于纸面方向上冷空气及砖墙的温度变化很小，可以近似地予以忽略。 图2.1一用砖砌成的长方形截面的冷空气通道截面 2.2二维数值模拟 基于模型的对称性，简化为如图所示的四分之一模

型。 图2.2 二维数值模拟 2.3 建立离散方程 此时对于内部节点，如图2.3： ,1,,1,,,1,,1=? ? - +??-+??-+??--++-x y t t x y t t y x t t y x t t j t j i j t j i j t j i j t j i λ λ λ λ 对于平直边界上的节点，如图2.4： 2 22,,1,,1,,,1=?+Φ??+??-+??-+??-? -+-w j i j t j i j t j i j t j i yq y x x y t t x y t t y x t t λλλ 对于外部和内部角点，如图2.5： 2 43220 2422,,,1,1,,1,,,1,,1,,,1=?+?+Φ??+??-+??-+??-+??-=?+?+Φ??+??-+??-?+-+-?--w n m n m n m n m n m n m n m n m n m w n m n m n m n m n m q y x y x y x t t x y t t x y t t y x t t q y x y x x y t t y x t t λλλλλλ

分子热运动练习-练习及答案

分子热运动同步练习 题型一：知道扩散现象说明分子在不停地运动着 题型二：懂得分子间存在着吸引力和排斥力，并能解释有关现象 基础知识训练 1．在量筒的下半部分盛有蓝色的浓硫酸铜溶液，再在硫酸铜溶液上方缓缓地注入一些清水，几天后，整个量筒内的液体都变成蓝色，这一现象表明_______________． 2．一根铁棒很难压缩是因为分子间存在__________，又很难被拉长是因为分子间 存在着__________。 3．如图15-1 所示，下面的瓶子里装有红棕色的二氧化氮气体，它的密度大于空 气密度．当抽去玻璃片后，过一段时间，看到上面的瓶子里也出现了红棕色的二氧 化氮，这种现象主要表明（） A．分子有一定的质量 B．分子间有相同作用力 C．分子有一定大小 D．分子在做无规则运动 4．下列诗词、歌词或俗语中不含有分子无规则运动这一物理知识的是（） A．稻花香里说丰年B．美酒飘香歌声飞C．墙里开花墙外香D．亲戚远来香 5．下列实例中，不能用来说明“分子在不停地运动”的是（） A.湿衣服在太阳下被晒干 B.炒菜时加点盐，菜就有咸味 C.扫地时灰尘飞扬 D.香水瓶盖打开后能闻到香味 6．长期堆放煤的墙角，墙壁的内部也会变黑．说明其原因． 7.把1 升酒精倒入容器中，再把2 升水也倒入这个容器中并进行充分混合，发现混合后的总体积小于3 升，请解释这个现象。 综合提高训练 1．固体、液体、气体分子间的距离，从小到大排列的顺序一般是__________，分子间的作用力从小到大排列的顺序一般是_____________________ 2．“花气袭人知昼暖，鹊声穿树喜新晴”，这是南宋诗人陆游《村居书喜》中的两句诗，对于第一句，以物理学角度可以理解为：花朵分泌的芳香油分子的_______________加快，说明当时周边的气温突然____________ 3．如图15-2 所示，将一表面干净的玻璃板挂在弹簧秤下面，手持弹簧秤的上端将玻 璃板放至刚与水面接触后，慢慢提起弹簧秤，观察到玻璃板未离开水面时弹簧秤的示 数比离开水面后的示数_________，其原因是_________． 4．物质处于哪种状态决定于（） A．物质的温度 B．物体内分子无规则运动的剧烈程度 C．物质的分子结构 D．物质内部分子作用力的大小 5．“破镜”不能“重圆”的原因是（） A．分子间的作用力因玻璃被打碎而消失 B．玻璃表面太光滑 C．玻璃的分子间只有斥力没有引力 D．玻璃碎片间的距离太大，大于分子间发生相互吸引的距离

使用Solidworks进行热设计仿真

使用Solidworks进行热设计仿真 1 引言 通常对电子设备进行热分析主要有4个步骤：建模、确定边界条件、网格划分及计算、后处理。其中建模的工作量最大，要进行准确的热分析，必须建立一个良好的热分析模型，但在实际工程中模型往往非常复杂，很难精确建模。 一般建模的流程是先由结构设计工程师建立设备的计算机辅助设计(CAD)模型，然后由热设计工程师在该CAD模型上进行适合热仿真软件的二次建模。二次建模的方法可以是由热仿真软件自带的转换程序进行CAD 模型导入，也可以在热仿真软件中手动重新建模。当模型热设计优化完成后还需要反馈CAD 模型修正信息给结构设计工程师，由结构设计工程师对CAD模型进行更改，完成整个设计闭环。在这个过程中，存在CAD模型的转换，不能完全重新利用，CAD模型需要修改乃至重新建模，这些都会占用设计人员相当多的时间和精力，且限制于热仿真软件的建模能力，某些CAD模型需要简化或变通才能使用，而这些改变往往会影响仿真精度。SolidWorks三维设计软件具有结构建模和热仿真分析同时进行的能力和优点，能够克服上述缺陷，简化设计过程。 2 FlOEFD流体分析工具 Solidworks软件是结构设计工程师们广泛使用的三维设计软件，其具有良好的人机操作界面，强大的在线帮助系统，同时还有数量众多的设计插件，利用其中的FlOEFD流体分析工具能够很方便地进行热分析和仿真。 FlOEFD流体分析工具是Flomerics公司的产品，是可以无缝集成于主流CAD 软件中的通用计算流体动力学分析软件，是针对工程师开发，因此工程师只需要很少的流体动力学以及热传导知识，无需更多理解数值分析方法，即可在熟悉的CAD 软件界面中完成热仿真分析。FlOEFD 流体分析工具在Solidworks软件中的嵌入式版本为流体仿真(FlowSimulation)，是Solidworks软件中的一款插件。FlOEFD流体分析工具的分析步骤包括CAD模型建立、自动网格划分、边界施加、求解和后处理等，这些都完全可以在CAD软件界面下完成，整个过程快速高效。FlOEFD流体分析工具直接应用CAD 实体模型，自动判定流体区域，自动进行网格划分，无需对流体区域再建模。在做CAD 结构优化分析时，对一个CAD 模型进行一次分析定义，同类结构的CAD 模型只需应用FlOEFD流体分析工具独有的项目克隆Project Clone)技术，即可马上进行不同配置下的计算。 3 应用实例

热环境对运动中人体热感觉和能量消耗的影响研究

热环境对运动中人体热感觉和能量消耗的影响研究多年来在体育比赛中热环境对运动员产生重大影响的案例屡见不鲜,但对于热环境影响运动中人体热感觉和能量消耗的关注甚少。具体表现在:以往研究主要关注热环境下运动中人体生理生化指标的变化,而较少关注心理指标如热感觉的变化;以往的研究多聚焦于运动中机体能量产生的内在机制及运动中人体能量消耗的测量方法,鲜有研究关注外部因素如热环境对运动中人体能量消耗的影响。究其原因,在于没有找到一种合适的研究方法来探讨运动中热环境、人体热感觉以及人体能量消耗三者之间的关系。本研究从人体热平衡的视角,发现运动中热感觉的产生是由运动中人体热量的产生和散失之间的平衡关系所决定的,而运动中人体的能量消耗也是通过人体与外界之间的热量传递而实现的,两者的发生机制是相似的,进而解决本研究关注的三大核心问题,即:第一,热环境如何影响运 动中人体的热感觉;第二,热环境如何影响运动中人体的能量消耗;第三:运动中 热环境、热感觉、能量消耗三者之间存在怎样的联系。 目的本研究的最终目的是探究运动中热环境、人体热感觉以及人体能量消耗三者之间的关系。为了达到这一目的,第1、2、3章全面论述了国内外的相关研究,第4、5、6章为本论文的研究部分。第4章的研究目的是探究热环境对运动中人体热感觉的影响,本章又分为4个子研究,这4个子研究的目的依次为建立运动人体热感觉模型、实验验证运动人体热感觉模型、利用模型分析热环境对运动中人体热感觉的影响以及分析服装因素在热环境与运动人体热感觉之间的调节 作用。第5章的研究目的是探究热环境对运动中人体能量消耗的影响,本章又分为3个子研究,这3个子研究的目的依次为建立运动人体能量消耗模型、实验验证运动人体能量消耗模型以及利用模型分析热环境对运动中人体能量消耗的影响。 而第6章的研究目的为在前两章的基础上综合分析三者之间的关系。方法在第4章热环境对运动中人体热感觉的影响研究中,首先,在Fanger模型的基础上,根据运动中人体新陈代谢速率增大、服装热阻和覆盖率降低、排汗量增大以及呼吸频率加快的特点,修改了运动中皮肤温度、服装热阻的计算方法,尤其是将运动中服装覆盖率的变化加入到模型中,建立了运动人体热感觉模型;之后以健美操、羽毛球、篮球三种不同运动强度中的运动参与者为实验对象,利用热感觉调查问

分子热运动与内能(习题及答案)

分子热运动与内能（习题） 1.下列语句描绘了各种四季景象，其中能用分子热运动知识解 释的是（） A．春天，柳絮飞扬B．夏天，雷雨阵阵C ．秋天，桂花飘香D．冬天，雪花漫天 2. 5 月31 日是“世界无烟日”，吸烟有害健康已成为人们的共识 ，会议室里贴了如图所示的标志，这主要是考虑到在空气不流通的房间里，只要有一个人吸烟，整个房间就会充满烟味，这是因为（） A．分子在不停地运动B ．分子间有引力C．分 子间有斥力D．物质是 由分子组成的 3.请你用分子动理论的观点对下列观象做出解释。 ①氧气被压缩装入钢瓶： ②闻到路边怡人的花香： ③两块表面平滑的铅块紧压后会结合起来：_ ④破碎的玻璃无法复原： 4.学习了内能知识后，小明了解到，同一个物体温度越高内能越 大，所以他认为，如果一个物体温度不变则内能就不变，你认为他的说法正确吗？若正确，请说明理由，若不正确，请 举出反例。

5.如图所示，用酒精灯给试管里的水加热，这是通过 的方式增大水的内能。水蒸气冲开小木塞的过程中，是通过的方式减小其内能。 6.下列现象中，利用做功使物体内能增加的是（） A．木工用锯锯木条时，锯条发烫 B．烧开水时，壶盖被水蒸气顶起来 C．铁块放在炉火中烧红了D． 冬天，人们在太阳光下取暖 7.下列现象中，通过热传递改变物体内能的是（） A．自行车轮胎放气时，气门嘴处温度会降低 B．放进冰箱冷冻室的水变成冰块C． 在汽油机的压缩冲程中，气缸内气体的温度升高D． 用手来回弯折铁丝，弯折处铁丝温度升高

【参考答案】 1．C 2．A 3．①分子间有间隔 ②分子在不停地做无规则运动 ③分子间存在引力 ④分子间距过大，分子间的作用力太小 4．不正确；晶体熔化温度不变，内能增加；液体沸腾温度不变，内能增加 5．热传递做功 6．A 7．B

第五章,边界条件

第五章，边界条件 5-1, FLUENT程序边界条件种类 orifice (interior) orifice_plate and orifice_plate-shadow 出口 壁面 进口 流体 Example: Face and Cell zones associated with Pipe Flow through orifice plate FLUENT的边界条件包括： 1，流动进、出口边界条件 2，壁面，轴对称和周期性边界 3，Internal cell zones: fluid, solid (porous is a type of fluid zone ) 4，Internal face boundaryies: fan, radiator, porous jump, wall, interior 5－2，流动进口、出口边界条件 FLUENT提供了10种类型的流动进、出口条件，它们分别是：

★一般形式： ★可压缩流动： 压力进口 质量进口 压力出口 压力远场 ★不可压缩流动： ★特殊进出口条件： 速度进口 进口通分，出口通风 自由流出 吸气风扇，排气风扇 1， 速度进口：给出进口速度及需要计算的所有标量值 2， 压力进口：给出进口的总压和其它需要计算的标量进口值 3， 质量流进口：主要用于可压缩流动，给出进口的质量流量。对于不可压缩流动，没有必要 给出该边界条件，因为密度是常数，我们可以用速度进口条件。 4， 压力出口：给定流动出口的静压。对于有回流的出口，该边界条件比outflow 边界条件更 容易收敛。 5， 压力远场：该边界条件只对可压缩流动适合。 6， outflow ： 该边界条件用以模拟在求解问题之前，无法知道出口速度或者压力；出口流动 符合完全发展条件，出口处，除了压力之外，其它参量梯度为零。该边界条件不适合可压缩流动。 7， inlet vent ：进口风扇条件需要给定一个损失系数，流动方向和环境总压和总温。 8， intake fan ：进口风扇条件需要给定压降，流动方向和环境总压和总温。 9， out let vent ：排出风扇给定损失系数和环境静压和静温。 10, exhaust fan.：排除风扇给定压降，环境静压。 5－3 压力进口边界条件 压力进口边界条件通常用于给出流体进口的压力和流动的其它标量参数，对计算可压和不可压问题都适合。压力进口边界条件通常用于不知道进口流率或流动速度时候的流动，这类流动在工程中常见，如浮力驱动的流动问题。压力进口条件还可以用于处理外部或者非受限流动的自由边界。 压力边界条件需要表压输入。 5－1 Operating pressure 输入： Define-operating conditions operating gauge absolute p p p +=