节能管理基础第四章热工基础知识.ppt
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1、能源与节能管理基础第四章第四章 热工基础知识热工基础知识(以下内容均按教学辅导材料编写以下内容均按教学辅导材料编写)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热力学第一定律热力学第一定律理想气体性质及热力过程理想气体性质及热力过程热力学第二定律热力学第二定律水蒸气水蒸气气体和蒸汽流动气体和蒸汽流动气体和蒸汽动力循环气体和蒸汽动力循环湿空气湿空气二、了解内容二、了解内容工程热力学的研究内容和研究方法工程热力学的研究内容和研究方法气体动力循环、蒸汽动力循
2、环热效率计算气体动力循环、蒸汽动力循环热效率计算三、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:工工质质、热热源、冷源、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、平衡状平衡状态态、状、状态态参数、状参数、状态态方程式、坐方程式、坐标图标图、热热力力过过程、准平衡程、准平衡过过程、可逆程、可逆过过程、正向循程、正向循环环和逆向循和逆向循环环正向循正向循环环和逆向循和逆向循环环举例举例三、理解要点三、理解要点2.2.主要参数:主要参数:功、功、热热量、量、压压力、温度、比体力、温度、比体积积、
3、热热力学能、力学能、焓焓、总总能、能、熵熵 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=H=U+pVU+pV,即热力学能加推动功,即热力学能加推动功 熵:熵:dSdS=dQdQ/T(/T(可逆过程可逆过程),),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实质是能量守恒与是能量守恒与转转化定律化定律。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的理想气体的熵熵是温度的函数是温度的函数,但不,
4、但不是温度的是温度的单值单值函数函数。如定温过程,温度不变,熵在改变。如定温过程,温度不变,熵在改变。理想气体的热力学能和焓都是温度的单值函数。三、理解要点三、理解要点(四四)理想气体热力过程的计算式:)理想气体热力过程的计算式:理想气体理想气体热热量、功、量、功、热热力学能差、力学能差、焓焓差、差、熵熵差差的的计计算算三、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
5、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 非孤立系统熵的问题(不可逆过程熵可以减非孤立系统熵的问题(不可逆过程熵可以减少,可逆和不可逆循环前后熵都不变)少,可逆和不可逆循环前后熵都不变)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:与马赫数促
6、使流速改变的条件:与马赫数MaMa有关有关 Ma=Ma=气体流速气体流速/当地声速当地声速三、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:2.2.定容加热理想循环:定容加热理想循环: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:再热循环和回热循环:朗肯循环的改进再热循环和回热循环:朗肯循环的改进三、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、分的成分表示、分压压力定律和力定律和湿空气湿空气2.2.相对湿度相对湿度3.3.含湿量,焓含湿量,焓-含
7、湿图含湿图 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。4.4.湿空气过程湿空气过程四、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闭闭口系口系统统能量方程式:能量方程式:全部工全部工质质 Q=U+W Q=U+W;1kg1kg工工质质 q=q=u+wu+w。四、掌握重点四、掌握重点例题例题1.1.气体在某一闭口过程中吸收了气体在某一闭口过程中吸收了86kJ86kJ的热量,的热量,同时热力学能增加了同时热力学能增加了60kJ60kJ,问此过程是膨胀过程,问此过程是膨胀过程还是压缩过程?对外做功是多少?还是压缩过程?对外做
8、功是多少?答:根据答:根据 Q=U+WQ=U+W,得得 W=Q-U=W=Q-U=(80-6080-60)kJ=26kJkJ=26kJ,对外做功为正,表明此过程为膨胀过程,对外做对外做功为正,表明此过程为膨胀过程,对外做功功26kJ26kJ。四、掌握重点四、掌握重点开口系统能量方程式:开口系统能量方程式:教材第教材第5050页页公式(公式(4.14.16 6)w wt t技术功技术功四、掌握重点四、掌握重点例题例题2.2.已知新蒸汽流入汽轮机时比焓已知新蒸汽流入汽轮机时比焓h h1 1=3400kJ/kg=3400kJ/kg,乏汽流,乏汽流出汽轮机时比焓出汽轮机时比焓h h2 2=2370kJ/
9、kg=2370kJ/kg,若蒸汽流量是,若蒸汽流量是108t/h108t/h,求,求汽轮机功率和汽轮机功率和1kg1kg蒸汽对外做功。蒸汽对外做功。答:汽轮机中气体膨胀可视为绝热过程,答:汽轮机中气体膨胀可视为绝热过程,q=0。根据公式根据公式 H+t=q 得得 h h2-h-h1+t=0=0做功做功t=h1-h2=(3400-2370)kJ/kg=1030kJ/kg功率功率P=P=q qm t=(108000/3600)=(108000/3600)1030=30900 kW1030=30900 kW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:状态方程:2.2.
10、比热容:比热容:3.3.定容比热容定容比热容c cv v,定压比热容,定压比热容c cp p。4.4.理想气体的理想气体的热热力学能和力学能和焓焓都是温度的都是温度的单值单值函函数数。理想气体比定容理想气体比定容热热容容和和比定比定压热压热容容都是温都是温度的函数,且度的函数,且c cv vc cp p 。四、掌握重点四、掌握重点(三三)理想气体)理想气体的的热热力力过过程程: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
11、:工质与外界没有热量交换。大多数的一般大多数的一般过过程,可以表示成程,可以表示成pvpvn n=定定值值的形的形式,叫做多式,叫做多变过变过程。程。四、掌握重点四、掌握重点(四)(四)卡卡诺循环诺循环和卡和卡诺诺定理定理 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:结论结论(1)热效率只取决于热源和冷源的温度热效率只取决于热源和冷源的温度,与工质的性质无关。,与工质的性质无关。(2)效率小于)效率小于1。(3)单热源热机不存在。)单热源热机不存在。(4)增大)增大T1,减小,减小T2,可提高热效率。,可提高热效率。(5)卡诺循环是理想
12、循环。)卡诺循环是理想循环。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计算题计算题一个热机循环工作在一个热机循环工作在1000K1000K和和300K300K的两个热源之的两个热源之间,从高温热源吸热间,从高温热源吸热100kJ100kJ,做功,做功77kJ77kJ,判断该,判断该
13、循环是否可行,为什么?循环是否可行,为什么?答:根据卡诺定律,卡诺循环热效率答:根据卡诺定律,卡诺循环热效率 =1T2/T1=1300/1000=0.70而该循环的效率而该循环的效率=77/100=0.77=77/100=0.77超过了卡诺循环效率,故该循环不可能实现。超过了卡诺循环效率,故该循环不可能实现。四、掌握重点四、掌握重点(五五)水蒸汽)水蒸汽的性的性质质 1.1.饱和状态:饱和状态:2.2.水的定压汽化过程:水的定压汽化过程:未未饱饱和水、和水、饱饱和水、和水、湿湿饱饱和蒸汽、干和蒸汽、干饱饱和蒸汽和和蒸汽和过热过热蒸汽蒸汽5 5个个阶阶段段 3.3.水、水蒸气表和图水、水蒸气表和
14、图水的三相点温度水的三相点温度0.010.01,压力,压力611.7Pa611.7Pa查表与汽态判断方法查表与汽态判断方法第二节 传热学一、知识结构一、知识结构1绪论绪论导热传热导热传热对流换热对流换热辐射传热辐射传热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传热系数传热系数是表征传热过程强烈程度的标尺是表征传热过程强烈程度的标尺(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
15、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两物体间间直接接触直接接触时时,依靠分子、原子及自由,依靠分子、原子及自由电电子等微子等微观观粒子粒子热热运运动动而而进进行的行的热热量量传递现传递现象。在象。在引力引力场场下下单纯单纯的的导热导热只只发发生在密生在密实实固体中。固体中。三、理解要点三、理解要点 2.2.对流对流:指流体指流体发发生宏生宏观观运运动动而把而把热热量由一量由一处处传递传递到另一到另一处处
16、的的现现象,又象,又称称热对热对流流。对对流流换热换热是流体与温度不同的固体壁面接触是流体与温度不同的固体壁面接触时时发发生的生的传热现传热现象。象。热对热对流是流是传热传热的三种基本方式之一,而的三种基本方式之一,而对对流流换换热热是是导热导热与与热对热对流两种基本方式的流两种基本方式的综综合作用合作用三、理解要点三、理解要点 3.3.辐射换热:辐射换热:三个特点:冷三个特点:冷热热物体之物体之间间无需接触,不需要中无需接触,不需要中间间介介质质;在;在辐辐射射换热过换热过程中伴随着能量形式的程中伴随着能量形式的转换转换(热热能能-电电磁波能磁波能-热热能);能);大于大于0 K0 K的物体
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