動力工程課件

1、2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),1,動力工程,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),2,課程的任務(wù)與主要內(nèi)容,課程的目的了解現(xiàn)代化發(fā)電廠的基本知識，為畢業(yè)后從事與電力行業(yè)相關(guān)的工作奠定基礎(chǔ)。要求全面認(rèn)識發(fā)電廠生產(chǎn)過程的各主要環(huán)節(jié)了解主要熱力設(shè)備的工作原理、基本構(gòu)造和一般運(yùn)行知識，建立現(xiàn)代電廠的完整概念。課程的主要內(nèi)容有關(guān)熱力發(fā)電廠基本工作原理的熱工基礎(chǔ)理論知識、熱力發(fā)電廠的基本運(yùn)行知識、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2、、熱力設(shè)備特性、提高電廠經(jīng)濟(jì)性的途徑、電力生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)及國際單位（SI）制等內(nèi)容。,2024年3月21日星期四,3,動力工程－熱工基礎(chǔ),課程的主要內(nèi)容,緒論第一章 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)第二章 傳熱學(xué)基礎(chǔ)第三章 鍋爐設(shè)備第四章 汽輪機(jī)第五章 熱力發(fā)電廠,2024年3月21日星期四,4,動力工程－熱工基礎(chǔ),緒 論,熱能利用及在電力工業(yè)中的地位與作用中國電力工業(yè)發(fā)展概貌現(xiàn)代汽輪機(jī)發(fā)電廠的組成及生產(chǎn)

3、過程,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),5,一、熱能利用及其在電力工業(yè)中的地位與作用,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),6,自然界中蘊(yùn)藏著豐富的能量，如：風(fēng)力、水力、太陽能以及原子能等。按物質(zhì)運(yùn)動的形式不同，能量可相應(yīng)地分為：機(jī)械能、熱能、電能、化學(xué)能、輻射能（核能）等多種形式。,2024年3月21日星期四,7,動力工程－熱工基礎(chǔ),,熱能：是指組成物質(zhì)的所有微粒作各種不規(guī)則熱運(yùn)動時的總能量。熱能的利用直接

4、：加熱、采暖、蒸煮、烘干。間接：熱能——機(jī)械能——電能,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),8,電能來源,電能可以由自然界的各種一次能源轉(zhuǎn)換而來：化石燃料、水力、核能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮堋⒊毕艿?，其中以?yīng)用化石燃料（熱力發(fā)電）、水力資源和原子能來發(fā)電占主要地位。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),9,電能特點(diǎn),電能是最具生命力的優(yōu)質(zhì)潔凈能源，它能很方便地轉(zhuǎn)換成其他多種形式的能量，如：機(jī)械能、熱能、化學(xué)能等

5、。電能便于通過變壓設(shè)備和電力輸送線路，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送而損失較少。電能在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著重要地位，電力工業(yè)的發(fā)展直接影響到國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),10,電力的大規(guī)模生產(chǎn)方式,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),11,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),12,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),13,不同發(fā)電方式的特點(diǎn),,2024年3月21日星期四,動力

6、工程－熱工基礎(chǔ),14,熱力發(fā)電特點(diǎn)：投資較少、建期較短、布局和規(guī)模靈活、可以既發(fā)電又供熱；消耗大量燃料、發(fā)電成本高、技術(shù)管理較復(fù)雜、對環(huán)境有污染。水力發(fā)電特點(diǎn)：不消耗燃料、發(fā)電成本低、 運(yùn)行操作比較簡單、對環(huán)境無污染；工程浩大、投資多、建期長、布局和規(guī)模受自然條件限制、發(fā)電能力在枯水季節(jié)將大幅度減小 。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),15,,原子能發(fā)電特點(diǎn)：核燃料熱值比煤的熱值高出250萬倍，因而核燃料的消

7、耗量少，運(yùn)輸量小，發(fā)電成本低。污染??；初投資大，用于放射性污染的防護(hù)費(fèi)用高,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),16,熱力發(fā)電是我國電力工業(yè)中生產(chǎn)電能的主要方式之一,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),17,隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的迅猛推進(jìn)，環(huán)境問題的全球化和對發(fā)展中國家的影響日益突現(xiàn)。電力工業(yè)是一次能源消耗最大、水資源消耗和利用大、對環(huán)境產(chǎn)生重大影響的行業(yè)。而我國一次能源以煤炭為主，同時我國又是一個缺水國家

8、，尤其是在北方(水資源已經(jīng)成為制約電力發(fā)展的關(guān)鍵因素，甚至影響到國家總體能源戰(zhàn)略)，環(huán)境污染相當(dāng)嚴(yán)重，能源轉(zhuǎn)換效率和利用效率低下。因此，環(huán)境與資源問題就是電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展問題，環(huán)境與資源保護(hù)是電力發(fā)展的永恒主題。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),18,二、中國電力工業(yè)發(fā)展概貌,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),19,1949年全國發(fā)電裝機(jī)容量為185 萬kw，發(fā)電量為43億kwh，人均用電量 9 kw

9、h；1978年全國發(fā)電裝機(jī)容量為5712 萬kw，發(fā)電量為2566 億 kwh；2001年全國發(fā)電裝機(jī)容量為3.3861 億kw，發(fā)電量為14839 億kwh。,截止2015年6月底，全國6000千瓦及以上電廠發(fā)電設(shè)備容量135951萬千瓦，同比增長8.7%。其中，水電26813萬千瓦，同比增長5.7%;火電93501萬千瓦，同比增長6.4%;核電2214萬千瓦，同比增長24.5%;風(fēng)電10491萬千瓦，同比增長26.8%。,202

10、4年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),20,截止2015年6月底，華能、國電、華電、大唐、中電投的發(fā)電總裝機(jī)分別達(dá)到15417萬千瓦、12626萬千瓦、12463萬千瓦、12176萬千瓦、9877萬千瓦，同比增長率分別達(dá)到6.13%、4.29%、6.74%、4.06%、7.35%。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),21,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),22,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基

11、礎(chǔ),23,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),24,現(xiàn)代化的火電廠,石洞口二廠,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),25,現(xiàn)代化的火電廠,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),26,現(xiàn)代化的火電廠,D陡河電廠,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),27,現(xiàn)代化的火電廠,哈三電廠,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),28,三、現(xiàn)代汽輪機(jī)發(fā)電廠的組成及生產(chǎn)過程,現(xiàn)代熱力發(fā)電廠的主要組成

12、部分包括熱力和電氣兩大部分，鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)為發(fā)電廠的三大核心設(shè)備。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),29,現(xiàn)代汽輪機(jī)發(fā)電廠的生產(chǎn)過程從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)看，熱力發(fā)電廠的基本過程是： 燃料的化學(xué)能 熱能 機(jī)械能 電能 （鍋爐）（汽輪機(jī)）（發(fā)電機(jī)）,,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),30,2024年3月21日星期四,動力工程－熱

13、工基礎(chǔ),31,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),32,制粉及燃燒系統(tǒng),制粉系統(tǒng)煤 皮帶運(yùn)送機(jī) 原煤倉 給煤機(jī) 磨煤機(jī)粗粉分離器 旋風(fēng)分離器 煤粉倉 給粉機(jī)輸粉管 噴燃器 爐膛,,,,,,,,,,,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),33,,燃燒系統(tǒng)燃料在爐

14、膛內(nèi)燃燒，以輻射換熱方式將熱量傳遞給爐墻內(nèi)壁四周的水冷壁內(nèi)的介質(zhì)；燃燒產(chǎn)物為高溫?zé)煔夂突以?。高溫?zé)煔猓阂来谓?jīng)過過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、除塵器、引風(fēng)機(jī)、煙囪，排入大氣?；以?、飛灰：用水沖入沖渣溝和沖灰溝。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),34,汽水系統(tǒng),鍋爐給水由給水箱 給水泵 高壓回?zé)峒訜崞?省煤器 汽包 下降管 下聯(lián)箱

15、 水冷壁管 汽包 過熱器 主蒸汽管 汽輪機(jī) 凝 汽器 熱井 凝結(jié)水泵 低壓回?zé)峒訜崞?除氧器 給水箱,,,,,,,,,,,,,,,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),35,冷卻水系統(tǒng),江河（或冷卻水池）中的水 吸水濾網(wǎng) 循環(huán)水

16、泵 冷卻水進(jìn)水管 凝汽器 冷卻水出水管 江河（或冷卻水池）,,,,,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),36,火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程教學(xué)錄像,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),37,小 結(jié),課程設(shè)置的目的及學(xué)習(xí)要求熱能利用及其在電力工業(yè)中的地位與作用電力的大規(guī)模生產(chǎn)方式不同發(fā)電方式的特點(diǎn)中國電力工業(yè)的發(fā)展概貌現(xiàn)代汽輪機(jī)發(fā)電廠的組成及生產(chǎn)

17、過程,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),38,本課程的主要內(nèi)容,緒論第一章 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)第二章 傳熱學(xué)第三章 鍋爐設(shè)備第四章 汽輪機(jī)第五章 熱力發(fā)電廠,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),39,第一章 工程熱力學(xué)基礎(chǔ),2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),40,本章主要包括以下內(nèi)容,工質(zhì)及其基本狀態(tài)參數(shù)熱力學(xué)第一定律穩(wěn)定流動能量方程式與焓水蒸汽在定

18、壓下的形成過程水蒸汽圖表及其應(yīng)用水蒸汽的典型熱力過程熱力學(xué)第二定律朗肯循環(huán),2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),41,第一節(jié)工程熱力學(xué)的研究對象與任務(wù),2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),42,工程熱力學(xué)是研究熱現(xiàn)象的學(xué)科。工程熱力學(xué)是熱力學(xué)的一個分支，主要研究熱能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換時的量與質(zhì)的關(guān)系，著重研究熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的基本規(guī)律，并尋求進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換的最有利的條件。工程熱力學(xué)為人們正確理解發(fā)電

19、廠中的能量轉(zhuǎn)換過程，正確理解熱力設(shè)備的原理等提供了必要的基礎(chǔ)理論知識。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),43,第二節(jié)工質(zhì)及其基本狀態(tài)參數(shù),2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),44,工質(zhì)是指參與熱功轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。如：汽輪機(jī)是以水蒸汽作為工質(zhì)的。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),45,狀態(tài)參數(shù)是描述工質(zhì)在某一給定瞬間的物理特性的各個宏觀物理量?；緺顟B(tài)參數(shù)—溫度、壓力、比容。,2024年

20、3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),46,溫度：表示物體冷熱程度的物理量。 熱力學(xué)中，溫度的測量采用熱力學(xué)溫度 T），單位是開爾文（K）。 T = t+273.15 (K)溫度計：測量溫度的儀表。如：水銀玻璃桿溫度計熱電偶溫度計光學(xué)溫度計，等。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),47,壓力(p)：大量分子對容器壁面頻繁撞擊的平均結(jié)果。以單位面積承受的力的大小來表示。壓力的單位：

21、Pa，kPa，MPa。(1 Pa = 1 N/m2)非SI單位：mmHg、mmH2O、kgf/cm2等。壓力的測量： 當(dāng)實(shí)際壓力P高于當(dāng)?shù)卮髿鈮篜b時，壓力測量表的讀數(shù)為表壓力Pg；當(dāng)實(shí)際壓力低于當(dāng)?shù)卮髿鈮簳r，壓力測量表的讀數(shù)為真空度Pv 。 P = Pb+ Pg P = Pb－Pv,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),48,2024年3月21日星期四,動力工程

22、－熱工基礎(chǔ),49,比容(v)：單位質(zhì)量的工質(zhì)所占有的容積。單位：m3/kg密度(ρ)：比容的倒數(shù)。單位容積內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),50,工質(zhì)的內(nèi)能內(nèi)能是指工質(zhì)在某種狀態(tài)下內(nèi)部所蘊(yùn)藏的總能量，包括內(nèi)動能和內(nèi)勢能。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),51,工質(zhì)的內(nèi)能,內(nèi)動能分子運(yùn)動的動能。工質(zhì)內(nèi)部分子運(yùn)動的動能愈大，工質(zhì)的溫度愈高，即工質(zhì)的內(nèi)動能是溫度 T 的單值函數(shù)；內(nèi)勢能

23、分子之間由于相互作用力而具有的能量。工質(zhì)的內(nèi)勢能與工質(zhì)的比容有關(guān)，是比容 v 的函數(shù)。理想氣體由于不存在內(nèi)聚力，故內(nèi)勢能為零。工質(zhì)的內(nèi)能，決定于工質(zhì)的熱力學(xué)溫度和比容，即：u = f (T, v)。這表明：工質(zhì)內(nèi)能的大小完全取決于它所處的熱力學(xué)狀態(tài)。理想氣體的內(nèi)能，是溫度的單值函數(shù)。內(nèi)能是一個工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),52,焓(h)： h = u + p

24、v (J/kg) 因?yàn)?u、p、v 都是狀態(tài)參數(shù)，所以焓也是狀態(tài)參數(shù)。熵(s)的定義式：,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),53,熱力學(xué)的幾個概念熱力系統(tǒng)：工程熱力學(xué)中把所要研究的，為一定界面所包圍的物質(zhì)系統(tǒng)，稱為熱力系統(tǒng)。外界：熱力系統(tǒng)以外的其它物體統(tǒng)稱外界。開口系：與外界有物質(zhì)交換的熱力系。閉口系：與外界無物質(zhì)交換的熱力系。絕熱系：與外界無熱量交換的熱力系。孤立系：與外界既無物質(zhì)交

25、換也無能量交換的熱力系。平衡狀態(tài)：在外界條件不變的情況下，即使經(jīng)歷較長時間，系統(tǒng)的宏觀特性仍不發(fā)生變化，這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),54,第四節(jié)熱力學(xué)第一定律,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),55,熱力學(xué)第一定律表述為：熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊帷Ｒ欢康臒嵯r，必產(chǎn)生數(shù)量與之相當(dāng)?shù)墓Γ幌囊欢康墓r，必產(chǎn)生數(shù)量與之相當(dāng)?shù)臒帷?2024年3月21日星期四,動力工程－

26、熱工基礎(chǔ),56,熱力學(xué)第一定律解析式： q=△u+w 上式表明：加給工質(zhì)的熱量，一部分用來改變工質(zhì)的內(nèi)能，另一部分則用來使工質(zhì)膨脹而對外作功。 注：該式僅適用于閉口系。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),57,設(shè)氣缸中盛有1kg氣體，缸內(nèi)裝有一個無摩擦可移動的活塞，其截面積為f，若缸內(nèi)氣體壓力為P，作用于活塞外測的力為Fout，且作用于活塞里側(cè)的力Pf稍大于外側(cè)的力Fout，則氣體

27、將發(fā)生膨脹而使活塞向右移動dx的距離。則缸內(nèi)氣體對活塞所作的功為： 當(dāng)此1kg氣體從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2時，所作的膨脹功為： （J/kg）,功與壓容圖,功被定義為力及沿力方向所產(chǎn)生位移的乘積。,膨脹功是氣體體積變化而與外界交換的功。,2024

28、年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),58,功 與 熱量,在熱力學(xué)研究工質(zhì)的熱功轉(zhuǎn)換規(guī)律時：功是過程的函數(shù)；熱量也是如此。作功 與 傳熱 是能量傳遞的兩種基本方式“功”是由壓力差的作用而傳遞的能量；“熱量”是由溫差的作用而傳遞的能量。二者都是能量在傳遞過程中的度量，且可相互轉(zhuǎn)換。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),59,功與壓容圖,功在p-v圖上可用過程線與v軸包圍的面積表示。,2024年3月21日星期四,動力

29、工程－熱工基礎(chǔ),60,熱量與溫熵圖,熱量是由溫度差的作用而產(chǎn)生的能量。可逆過程中過程中的傳熱量可表示如下： 由此得到熵的定義式：,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),61,p-v圖和T-s圖,功可用p-v圖上過程線與v軸包圍的面積表示；熱量可用T-s圖上過程線與s軸包圍的面積表示，所以p-v圖和T-s圖是分析氣體熱力過程的能量變化的有力工具。,在p-v圖能夠確定過程功的正或負(fù)；,在T-s圖上能夠確定過程熱量的正或

30、負(fù)，對過程能量轉(zhuǎn)換分析帶來極大的方便。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),62,第六節(jié)穩(wěn)定流動能量方程式,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),63,穩(wěn)定流動：工質(zhì)的流動情況不隨時間而變化，即工質(zhì)在設(shè)備任何截面上的所有狀態(tài)參數(shù)和流速的平均值不隨時間而改變，而且在同一時刻流經(jīng)任何截面的流量均相同。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),64,穩(wěn)定流動能量方程式 如圖所示，1kg工質(zhì)從1-1截面進(jìn)

31、入系統(tǒng)，從2-2截面流出系統(tǒng)。當(dāng)該工質(zhì)從1-1截面進(jìn)入系統(tǒng)時，帶入系統(tǒng)中的總能量為： 該工質(zhì)從2-2截面流出系統(tǒng)時，傳出系統(tǒng)的總能量為：,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),65,考慮到 和 ，根據(jù)能量守恒與轉(zhuǎn)換定律可得出下列方程式 ： 可寫成： 令： ， 則：,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),66,焓

32、(h)： h = u + pv (J/kg) 因?yàn)?u、p、v 都是狀態(tài)參數(shù)，所以焓也是狀態(tài)參數(shù)。焓：代表著每kg工質(zhì)沿流動方向往前傳遞的總能量中直接取決于熱力狀態(tài)的部分。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),67,技術(shù)功（wt）：從熱力設(shè)備中流出來的技術(shù)上可資利用的功量。 適用于閉口系

33、 適用于開口系,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),68,流動功是開口系輸出和輸入的推動功的差，等于p2v2-p1v1，是開口系維持流動必須付出的代價。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),69,在對閉口系列能量方程時，系統(tǒng)與外界交換的功應(yīng)是膨脹功，在對壓氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)這樣的開口系進(jìn)行計算時的功應(yīng)是技術(shù)功。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱

34、工基礎(chǔ),70,第七節(jié) 水蒸汽在定壓下的形成過程,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),71,水蒸汽在定壓下的形成過程,未飽和水 飽和水 濕蒸汽 干蒸汽 過熱蒸汽,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),72,水蒸汽的形成過程在p-v圖和T-s圖上的表示,Mc——飽和水線； Nc——干飽和蒸汽線； ——

35、液體熱； ——汽化潛熱； ——過熱熱量 ； c ——臨界點(diǎn),2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),73,過熱度：過熱蒸汽的溫度 t 超過相應(yīng)于同一壓力下的飽和溫度 ts 的數(shù)值。干度：濕蒸汽中所含干蒸汽的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。水的臨界點(diǎn)參數(shù)：tc=374.15℃ pc=22.129 MPa

36、 vc=0.00326 m3/kg,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),74,第八節(jié)水蒸汽圖表及其應(yīng)用,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),75,水蒸汽表飽和水、干蒸汽、未飽和水、過熱蒸汽可通過水蒸汽表直接查出。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),76,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),77,,,2024年3月21日星期四,動力工

37、程－熱工基礎(chǔ),78,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),79,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),80,濕蒸汽參數(shù)可按下式計算：,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),81,溫熵圖（T-s圖）,液體熱 ql=h′汽化潛熱 r =h″- h′過熱熱量 qsu=h - h″所以： h′= ql h″= ql + r h = ql +

38、 r + qsu溫熵圖上任一點(diǎn)的焓值都可以用通過該點(diǎn)的定壓線、垂直線、縱坐標(biāo)軸和橫坐標(biāo)軸這樣四條線為界線的一塊面積來表示。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),82,焓熵圖（h-s 圖）,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),83,第九節(jié)水蒸汽的典型熱力過程,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),84,定壓流動過程 工質(zhì)在設(shè)備中進(jìn)行定壓流動時所吸入（或放出）的熱量等于其焓的增加（或

39、減小）。 絕熱流動的作功過程 水蒸汽在絕熱情況下流經(jīng)汽輪機(jī)時乃是依靠它的焓降轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)功。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),85,通過噴管的絕熱流動,能量方程式： 工質(zhì)流經(jīng)噴管時，如果發(fā)生絕熱膨脹，則其動能必將增大。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),86,噴管的型式 根據(jù)噴管截面形狀的不同，噴管可分為兩種型式：漸縮噴管和漸縮漸擴(kuò)噴管。

40、,漸縮噴管 漸縮漸擴(kuò)噴管 （拉伐爾噴管）,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),87,噴管型式的選取： 當(dāng) p2/p1≥βc 時，采用漸縮噴管，噴管出口能獲得亞音速或音速流動； 當(dāng)p2/p1＜βc 時，采用漸縮漸擴(kuò)噴管，噴管出口能獲得超音速流動，在最小界面處的流速理論上等于當(dāng)?shù)匾羲佟?注： βc = pc / p1,20

41、24年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),88,絕熱節(jié)流,節(jié)流： 流體在管道中流動時，如果流經(jīng)閥門、擋板、孔板等障礙物，流體則產(chǎn)生渦流和摩擦，即產(chǎn)生局部阻力損失，因而引起壓力顯著下降，這種現(xiàn)象，稱為節(jié)流。節(jié)流后 h2 = h1 p2＜p1 s2＞s1,工質(zhì)通過孔板時的絕熱節(jié)流,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),89,絕熱節(jié)流后，

42、工質(zhì)的作功能力將下降。,絕熱節(jié)流在 h-s 圖上表示,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),90,第十節(jié)熱力學(xué)第二定律,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),91,熱力學(xué)第二定律的表述,克勞修斯說法：熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體。開爾文-浦朗克說法：任何發(fā)動機(jī)都不可能只從單一的熱源吸熱，并把它連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α?2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),92,循環(huán)及其熱效率,循環(huán)：工質(zhì)

43、從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一連串的狀態(tài)變化，而重新回到原來的狀態(tài)，工質(zhì)所經(jīng)歷的這些熱力過程的綜合，稱為熱力循環(huán)，簡稱循環(huán)。若循環(huán)的膨脹功大于壓縮功，則循環(huán)的效果是使熱能在一定的條件下連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這種循環(huán)稱為“正向循環(huán)”或“熱力循環(huán)”。（如右圖所示） 每一個循環(huán)熱機(jī)所作的凈功為：,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),93,循環(huán)的熱效率 若工質(zhì)經(jīng)過一個循環(huán)，從高溫?zé)嵩次盏臒崃繛閝1而向低溫?zé)嵩捶懦龅臒?/p>

44、量為︱q2︱，則 根據(jù)熱力學(xué)第一定律： 則循環(huán)的熱效率：,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),94,卡諾循環(huán),卡諾循環(huán)是在一定溫度界限內(nèi)熱效率最高的循環(huán)，它是由兩個可逆的定溫過程和兩個可逆的絕熱過程組成的。 1→2：定溫吸熱過程； 2→3：絕熱膨脹作功過程； 3→4：定溫放熱過程； 4→1：絕熱壓縮過程?？ㄖZ循環(huán)的熱效率,2024年3月21日星

45、期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),95,卡諾定理卡諾循環(huán)的熱效率僅取決于熱源溫度T1和冷源溫度T2而與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，T1愈高、T2愈低時，熱效率愈高；任何熱能動力裝置的循環(huán)效率都不可能達(dá)到100%；當(dāng)T2=T1時，卡諾循環(huán)的熱效率等于零，這說明，只有單一熱源的熱力發(fā)動機(jī)是不可能存在的。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),96,第十一節(jié) 朗肯循環(huán),2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),97,簡單蒸汽動力裝

46、置的理想可逆循環(huán)稱為朗肯循環(huán)。,朗肯循環(huán)的組成 實(shí)現(xiàn)朗肯循環(huán)所需的熱力設(shè)備包括：鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、給水泵等。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),98,朗肯循環(huán)是由以下熱力過程組成的：1—2：過熱蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的絕熱膨脹作功過程2—3：乏汽在凝汽器中的定壓放熱過程 3—4：凝結(jié)水在給水泵中的絕熱壓縮過程4—5—6—1：給水在省煤器、汽鍋和過熱器中定壓吸熱過程,2024年3月21日星期四

47、,動力工程－熱工基礎(chǔ),99,朗肯循環(huán)的熱效率 則朗肯循環(huán)的熱效率為： 當(dāng)p1≤10MPa時，水泵功可忽略不計，此時：,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),100,提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑提高初溫、初壓；降低背壓。 朗肯循環(huán)由于工質(zhì)的平均吸熱溫度比循環(huán)的最高溫度低得多，因而其循環(huán)熱效率低。火力發(fā)電廠都不直接采用上述簡單的朗肯循環(huán)，而是采用平均吸熱溫度比較

48、高的回?zé)嵫h(huán)和再熱循環(huán)。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),101,第二章 傳熱學(xué)基礎(chǔ),,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),102,傳熱學(xué)是研究熱能傳遞規(guī)律的學(xué)科。溫差的存在，必然會引起熱量從高溫物體向低溫物體進(jìn)行傳遞?；痣姀S的生產(chǎn)過程，很多是和傳熱過程密切相聯(lián)系的。熱量傳遞的三種基本方式：導(dǎo)熱 ( 熱傳導(dǎo) )對流換熱輻射換熱,第一節(jié) 概 述,2024年3月21日星期四,動力工程－熱

49、工基礎(chǔ),103,第二節(jié) 導(dǎo)熱,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),104,傅立葉定律,1822，傅立葉假定固體中熱的傳導(dǎo)率正比于溫度梯度。傅立葉定律表示為：,λ－導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃),2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),105,導(dǎo)熱系數(shù),導(dǎo)熱系數(shù)小于0.23W/(m.℃)的材料習(xí)慣上稱為：“保溫材料”或“絕熱材料”,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),106,導(dǎo)熱系數(shù),2024年3

50、月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),107,第三節(jié) 對流換熱,對流換熱是指流動著的流體和固體壁面接觸時，相互間的換熱過程。這一過程既包括流體各部分因發(fā)生相對位移所引起的熱量轉(zhuǎn)移（對流作用），同時也包括流體分子之間的導(dǎo)熱作用，其總的結(jié)果稱為“對流換熱”。如果沒有流體的運(yùn)動，則熱量的傳遞將是“導(dǎo)熱”,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),108,兩種對流熱量轉(zhuǎn)換形式,強(qiáng)迫對流流體的流動是外力的驅(qū)動，如：泵或風(fēng)機(jī)自然對流

51、流體內(nèi)的溫差，導(dǎo)致流體的密度不同，冷流體（密度大）將下沉，熱流體將上升。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),109,強(qiáng)迫對流換熱例子,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),110,自然對流換熱例子（一）,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),111,自然對流換熱例子（二）,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),112,自然對流換熱例子（三）,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),1

52、13,牛頓冷卻定律,對流換熱量Q與換熱表面積F以及固體壁面和流體之間的溫度差( tw- tf )成正比。即：,a — 對流換熱系數(shù)，W/(m2·℃),2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),114,影響對流換熱強(qiáng)度的主要因素（1）,對流換熱，熱量的傳遞總是和流體的流動聯(lián)系在一起，因此使這類問題大為復(fù)雜化。一般，對流換熱強(qiáng)弱與流動發(fā)生的原因、流體的流動狀況、流體的熱物性以及固體表面的形狀、大小等一系列因素有關(guān)。,2024

53、年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),115,影響對流換熱強(qiáng)度的主要因素（2）,流動發(fā)生的原因受迫流動換熱強(qiáng)度 大于 自然對流換熱流體的流動狀況紊流(湍流) 換熱強(qiáng)度 大于 層流流體的物理性質(zhì)如：空氣 與 水換熱表面的形狀、大小和位置平板與圓管 / 橫放 與 豎放流體集態(tài)的改變凝結(jié)換熱 或 沸騰換熱 大于 非相變的對流,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),116,放熱系數(shù)的確定,不

54、同情況下放熱系數(shù)的數(shù)值可以相差很大。利用實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果來確定放熱系數(shù)。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),117,第四節(jié) 輻射換熱,熱輻射的基本概念物體對外發(fā)射電磁波的過程叫做輻射只有波長為0.4mm到1000mm的電磁波才具有較顯著的熱效應(yīng)，稱之為“熱射線”，熱輻射是這種熱射線的傳播過程。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),118,輻射換熱,物體的溫度是促使物體內(nèi)部電子發(fā)生激動從而發(fā)射電磁波的基本原

55、因。任何物體，因?yàn)樗臏囟瓤偸歉哂诮^對零度，因此都具有向外放出輻射能的本領(lǐng)。熱量通過輻射的方式，由高溫物體傳向另以低溫物體的過程，稱為“輻射換熱”。輻射換熱與導(dǎo)熱和對流換熱不同，輻射換熱進(jìn)行時，參與換熱的物體相互之間不需要接觸。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),119,輻射能的轉(zhuǎn)換,Q0,Qr,Qa,Qd,,吸收率、反射率、穿透率,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),120,黑體、白體和透熱體,A =

56、1的物體，稱為“黑體”自然界中，煙炱、黑絲絨和雪最接近黑體R = 1的物體，稱為“白體”D = 1的物體，稱為“透熱體”氧、氮等雙原子氣體接近于透熱體固體和液態(tài)在一般情況下都是不透熱的，即D = 0，A + R = 1，這就是說，凡是善于反射的物體一定不善于吸收輻射能；反之亦然。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎(chǔ),121,斯蒂芬－玻爾茲曼定律,黑體的輻射力E0與黑體的絕對溫度T的四次方成正比，即,C0稱為黑體輻