動力工程課件

1、2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,1,動力工程,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,2,課程的任務與主要內(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)相關的工作奠定基礎。要求全面認識發(fā)電廠生產(chǎn)過程的各主要環(huán)節(jié)了解主要熱力設備的工作原理、基本構(gòu)造和一般運行知識，建立現(xiàn)代電廠的完整概念。課程的主要內(nèi)容有關熱力發(fā)電廠基本工作原理的熱工基礎理論知識、熱力發(fā)電廠的基本運行知識、技術(shù)經(jīng)濟指標

2、、熱力設備特性、提高電廠經(jīng)濟性的途徑、電力生產(chǎn)和環(huán)境保護及國際單位（SI）制等內(nèi)容。,2024年3月21日星期四,3,動力工程－熱工基礎,課程的主要內(nèi)容,緒論第一章 工程熱力學基礎第二章 傳熱學基礎第三章 鍋爐設備第四章 汽輪機第五章 熱力發(fā)電廠,2024年3月21日星期四,4,動力工程－熱工基礎,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,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,6,自然界中蘊藏著豐富的能量，如：風力、水力、太陽能以及原子能等。按物質(zhì)運動的形式不同，能量可相應地分為：機械能、熱能、電能、化學能、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,,熱能：是指組成物質(zhì)的所有微粒作各種不規(guī)則熱運動時的總能量。熱能的利用直接

4、：加熱、采暖、蒸煮、烘干。間接：熱能——機械能——電能,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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、風能、太陽能、地熱能、潮汐能等，其中以應用化石燃料（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,9,電能特點,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：機械能、熱能、化學能等

5、。電能便于通過變壓設備和電力輸送線路，實現(xiàn)遠距離輸送而損失較少。電能在國民經(jīng)濟發(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)濟的發(fā)展。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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,11,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,12,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,13,不同發(fā)電方式的特點,,2024年3月21日星期四,動力

6、工程－熱工基礎,14,熱力發(fā)電特點：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)管理較復雜、對環(huán)境有污染。水力發(fā)電特點：不消耗燃料、發(fā)電成本低、 運行操作比較簡單、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,15,,原子能發(fā)電特點：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費用高,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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,17,隨著全球經(jīng)濟一體化進程的迅猛推進，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)展的關鍵因素，甚至影響到國家總體能源戰(zhàn)略)，環(huán)境污染相當嚴重，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,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,19,1949年全國發(fā)電裝機容量為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)電裝機容量為5712 萬kw，發(fā)電量為2566 億 kwh；2001年全國發(fā)電裝機容量為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,20,截止2015年6月底，華能、國電、華電、大唐、中電投的發(fā)電總裝機分別達到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,21,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,22,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基

11、礎,23,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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,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,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,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,28,三、現(xiàn)代汽輪機發(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、汽輪機和發(fā)電機為發(fā)電廠的三大核心設備。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,29,現(xiàn)代汽輪機發(fā)電廠的生產(chǎn)過程從能量轉(zhuǎn)換的觀點看，熱力發(fā)電廠的基本過程是： 燃料的化學能 熱能 機械能 電能 （鍋爐）（汽輪機）（發(fā)電機）,,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,30,2024年3月21日星期四,動力工程－熱

13、工基礎,31,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,32,制粉及燃燒系統(tǒng),制粉系統(tǒng)煤 皮帶運送機 原煤倉 給煤機 磨煤機粗粉分離器 旋風分離器 煤粉倉 給粉機輸粉管 噴燃器 爐膛,,,,,,,,,,,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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)物為高溫煙氣和灰渣。高溫煙氣：依次經(jīng)過過熱器、省煤器、空氣預熱器、除塵器、引風機、煙囪，排入大氣?；以w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,34,汽水系統(tǒng),鍋爐給水由給水箱 給水泵 高壓回熱加熱器 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 凝 汽器 熱井 凝結(jié)水泵 低壓回熱加熱器 除氧器 給水箱,,,,,,,,,,,,,,,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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,36,火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程教學錄像,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,37,小 結(jié),課程設置的目的及學習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)電方式的特點中國電力工業(yè)的發(fā)展概貌現(xiàn)代汽輪機發(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,38,本課程的主要內(nèi)容,緒論第一章 工程熱力學基礎第二章 傳熱學第三章 鍋爐設備第四章 汽輪機第五章 熱力發(fā)電廠,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,39,第一章 工程熱力學基礎,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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用水蒸汽的典型熱力過程熱力學第二定律朗肯循環(huán),2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,41,第一節(jié)工程熱力學的研究對象與任務,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,42,工程熱力學是研究熱現(xiàn)象的學科。工程熱力學是熱力學的一個分支，主要研究熱能與機械能之間相互轉(zhuǎn)換時的量與質(zhì)的關系，著重研究熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的基本規(guī)律，并尋求進行這種轉(zhuǎn)換的最有利的條件。工程熱力學為人們正確理解發(fā)電

19、廠中的能量轉(zhuǎn)換過程，正確理解熱力設備的原理等提供了必要的基礎理論知識。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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,44,工質(zhì)是指參與熱功轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。如：汽輪機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,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,46,溫度：表示物體冷熱程度的物理量。 熱力學中，溫度的測量采用熱力學溫度 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溫度計，等。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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： 當實際壓力P高于當?shù)卮髿鈮篜b時，壓力測量表的讀數(shù)為表壓力Pg；當實際壓力低于當?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,48,2024年3月21日星期四,動力工程

22、－熱工基礎,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,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,51,工質(zhì)的內(nèi)能,內(nèi)動能分子運動的動能。工質(zhì)內(nèi)部分子運動的動能愈大，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，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,52,焓(h)： h = u + p

24、v (J/kg) 因為 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,53,熱力學的幾個概念熱力系統(tǒng)：工程熱力學中把所要研究的，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,54,第四節(jié)熱力學第一定律,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,55,熱力學第一定律表述為：熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?。一定量的熱消失時，必產(chǎn)生數(shù)量與之相當?shù)墓?；消耗一定量的功時，必產(chǎn)生數(shù)量與之相當?shù)臒帷?2024年3月21日星期四,動力工程－

26、熱工基礎,56,熱力學第一定律解析式： 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,57,設氣缸中盛有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,58,功 與 熱量,在熱力學研究工質(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,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,60,熱量與溫熵圖,熱量是由溫度差的作用而產(chǎn)生的能量?？赡孢^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,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；,在T-s圖上能夠確定過程熱量的正或

30、負，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,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,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,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

31、入系統(tǒng)，從2-2截面流出系統(tǒng)。當該工質(zhì)從1-1截面進入系統(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,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,66,焓

32、(h)： h = u + pv (J/kg) 因為 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,67,技術(shù)功（wt）：從熱力設備中流出來的技術(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,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,69,在對閉口系列能量方程時，系統(tǒng)與外界交換的功應是膨脹功，在對壓氣機、燃氣輪機、蒸汽輪機這樣的開口系進行計算時的功應是技術(shù)功。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱

34、工基礎,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,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,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,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,73,過熱度：過熱蒸汽的溫度 t 超過相應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)量百分數(shù)。水的臨界點參數(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,74,第八節(jié)水蒸汽圖表及其應用,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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,76,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,77,,,2024年3月21日星期四,動力工

37、程－熱工基礎,78,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,79,,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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,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溫熵圖上任一點的焓值都可以用通過該點的定壓線、垂直線、縱坐標軸和橫坐標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,82,焓熵圖（h-s 圖）,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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,84,定壓流動過程 工質(zhì)在設備中進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,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,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噴管。

40、,漸縮噴管 漸縮漸擴噴管 （拉伐爾噴管）,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,87,噴管型式的選?。?當 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p2/p1＜βc 時，采用漸縮漸擴噴管，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?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,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,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,90,第十節(jié)熱力學第二定律,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,91,熱力學第二定律的表述,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,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)熱機所作的凈功為：,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,93,循環(huán)的熱效率 若工質(zhì)經(jīng)過一個循環(huán)，從高溫熱源吸收的熱量為q1而向低溫熱源放出的熱

44、量為︱q2︱，則 根據(jù)熱力學第一定律： 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,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,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，T1愈高、T2愈低時，熱效率愈高；任何熱能動力裝置的循環(huán)效率都不可能達到100%；當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)動機是不可能存在的。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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,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 實現(xiàn)朗肯循環(huán)所需的熱力設備包括：鍋爐、汽輪機、凝汽器、給水泵等。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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,99,朗肯循環(huán)的熱效率 則朗肯循環(huán)的熱效率為： 當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,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、高的回熱循環(huán)和再熱循環(huán)。,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,101,第二章 傳熱學基礎,,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,102,傳熱學是研究熱能傳遞規(guī)律的學科。溫差的存在，必然會引起熱量從高溫物體向低溫物體進行傳遞?；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：導熱 ( 熱傳導 )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,103,第二節(jié) 導熱,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,104,傅立葉定律,1822，傅立葉假定固體中熱的傳導率正比于溫度梯度。傅立葉定律表示為：,λ－導熱系數(shù)，W/(m·℃),2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,105,導熱系數(shù),導熱系數(shù)小于0.23W/(m.℃)的材料習慣上稱為：“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,106,導熱系數(shù),2024年3

50、月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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熱作用，其總的結(jié)果稱為“對流換熱”。如果沒有流體的運動，則熱量的傳遞將是“導熱”,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,108,兩種對流熱量轉(zhuǎn)換形式,強迫對流流體的流動是外力的驅(qū)動，如：泵或風機自然對流

51、流體內(nèi)的溫差，導致流體的密度不同，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,109,強迫對流換熱例子,2024年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,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,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,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,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,114,影響對流換熱強度的主要因素（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雜化。一般，對流換熱強弱與流動發(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。,2024

53、年3月21日星期四,動力工程－熱工基礎,115,影響對流換熱強度的主要因素（2）,流動發(fā)生的原因受迫流動換熱強度 大于 自然對流換熱流體的流動狀況紊流(湍流) 換熱強度 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,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。利用實驗研究的結(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,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，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,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，因為它的溫度總是高于絕對零度，因此都具有向外放出輻射能的本領。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”。輻射換熱與導熱和對流換熱不同，輻射換熱進行時，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,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,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,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