工程系热力学6

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工程热力学童钧耕第六版

工程热力学童钧耕第六版

工程热力学童钧耕第六版
(最新版)
目录
1.童钧耕的《工程热力学》第六版简介
2.工程热力学的定义和作用
3.第六版的更新内容和特点
4.本书的学习建议
正文
《工程热力学》是工程领域中的一门基础课程,它主要研究热力学原理在工程中的应用。

童钧耕编写的《工程热力学》第六版,是一本非常优秀的教材,为我国的工程教育做出了巨大的贡献。

工程热力学是一门研究热力学原理在工程中的应用的学科。

它主要研究热力学系统的宏观性质和行为,包括热力学系统的能量转换、传递和储存等问题。

在工程领域中,工程热力学的应用非常广泛,它涉及到能源转换、制冷、工程热力学系统设计等多个方面。

童钧耕的《工程热力学》第六版,是在前几版的基础上,根据近年来工程热力学领域的最新发展和研究成果,进行了全面的修订和更新。

第六版的内容更加全面,结构更加清晰,理论与实践相结合,非常适合工程专业的学生学习和参考。

对于学习这本教材,我有以下几点建议:首先,学生需要有一定的数学和物理基础,这将有助于理解热力学的原理和公式。

其次,学生需要注重理论和实践的结合,通过大量的例题和习题,加深对热力学原理的理解和应用。

最后,学生需要积极参加课堂讨论和实验,通过实践活动,提高自己的工程热力学能力和技能。

总的来说,童钧耕的《工程热力学》第六版是一本优秀的教材,它对
我国的工程教育有着重要的影响和作用。

工程热力学(6)第五章

工程热力学(6)第五章

5
5-2
水蒸气的状态参数
一般情况下,水蒸气的性质与理想气体差 别很大 , 为了便于工程计算,将不同温度和不 压力下的未饱和水、饱和水、干饱和蒸汽和过 热蒸汽的状态参数列成表或绘成线算图。
国际规定,蒸汽表取三相点(即固、液、汽 三相共存状态)液相水的热力学能和熵为零。
即:
p = 611.7 Pa,v = 0.00100021 m3/kg, T = 273.16 K, u = 0 kJ/kg, s = 0 kJ/(kg· K) h u pv 0.00061 kJ/kg 0 kJ/kg
湿空气:含有水蒸气的空气。
干空气:完全不含水蒸气的空气。
在干燥、空气调节以及精密仪表和电绝缘的防 潮等对空气中的水蒸气特殊敏感的领域,则必须考 虑空气中水蒸气的影响。 湿空气中水蒸气的分压力很低,可视水蒸气为 理想气体。一般情况下,湿空气可以看作理想混合 气体。根据道尔顿定律,湿空气的总压力等于水蒸 气的分压力与干空气的分压力之和:
1
液体 汽化
蒸发 :任何温度下在液体表面进行的
汽化现象,温度愈高愈强烈。
沸腾 : 沸腾是在给定压力所对应的温
度下发生并伴随着大量汽泡产生 的汽化现象。
p
饱和状态:液面上蒸气空间中 的蒸气和液体两相达 饱和蒸气 到动态平衡的状态 。
饱和液体
ts
饱和压力ps、饱和温度ts: ps f (ts ) 水蒸气:ps=0.101325 MPa,ts=100 º C
hv 2501 1.863t
kJ/kg(干空气)
27
h 1.005t d (2501 1.863t )
6. 湿空气的焓-湿图
湿空气的焓-湿图是湿空气工程计算的重要工具。 (1) 定焓线簇 (2) 定含湿量线簇

工程热力学第6章

工程热力学第6章

(2)分子间有吸引力,减少对壁面的压力 分子间有吸引力,减少对壁面的压力
2
范德 瓦尔斯 方程
第六章 实际气体简介
按降幂排列: 按降幂排列:
pv − (bp + RT)v + av − ab = 0
3 2
的不同,上述方程的根呈现3 随 p和T的不同,上述方程的根呈现3种情况 (1)3个不等的实根——温度低 个不等的实根 温度低 于临界温度。最小为饱和液体, 于临界温度。最小为饱和液体, 最大的为饱和汽, 最大的为饱和汽,中间的无实际 意义; 意义; 个相等的实根——温度 (2)3个相等的实根 温度 等于临界温度。临界点。 等于临界温度。临界点。 个实根, 个虚根——温 (3)1个实根,2个虚根 温 度高于临界温度。过热蒸汽。 度高于临界温度。过热蒸汽。
RT a p= − 0.5 Vm − b T Vm (Vm + b)
A,b可从各种物质的实验数据拟合得到。近似可用 可从各种物质的实验数据拟合得到。
0.427480R T a= pcr
2
2.5 cr
0.08664RTcr ,b = pcr
(2)在图上作线 Z = 0.9 pr
T 与T = =1.04的交点得 r Tcr pr = 0.79 ⇒ p = 4.0MPa
第六章 实际气体简介
例6.2 确定甲烷 p =10.1325MPa, v = 7.81×10 m / kg 在时的温度。
3 3
p pr = = 2.373 pcr −3 −3 −3 3 Vm = v× M = 7.81×10 × 44.09×10 = 0.344×10 m / mol
取工程上常用物质临界压缩因子的平均值 Zcr = 0.27 编制的曲线图Z = f ( pr ,T ) ,称为通用压缩因子图 r

工程热力学第11讲-第6章热力循环

工程热力学第11讲-第6章热力循环

2
2'
s
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
t1 , p1不变,p2 ↓
T
1
优点: •T2 ↓ ηt ↑ 4
5
6
缺点: 3 •p2↓ 受环境限制 •现在大型机组p2为3.5~5kPa, 相应的饱和 温度约为27~ 33℃ ,已接近可能达到的最低 限度。 •冬天热效率高
4'
2
3'
2'
s
提高循环热效率的途径
' 2
' h2 h2
t,RG t
物理意义: kg工质100%利用,1- kg工质效率未变。
蒸汽抽汽回热循环的特点
优点: 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸,末级叶片变短 减小凝汽器尺寸,减小锅炉受热面 可兼作除氧器 缺点: 循环比功减小,汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资 小型火力发电厂回热级数一般为1~3级,中大型火力发电厂 一般为 4~8级。
蒸汽回热循环热效率计算
T 吸热量: 1
1kg
6 kg a
q1,RG h1 h5 h1 ha'
放热量:
4
3
5
(1- )kg 2
q2,RG 1 h2 h2'
净功: s
wRG h1 ha 1 ha h2
热效率:
整体煤气化联合循环发电(IGCC)
IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤 气化技术结合起来,既有高发电效率,又有极好环保性能, 是一种有发展前景的洁净煤发电技术。
整体煤气化联合循环发电(IGCC)
整体煤气化联合循环发电(IGCC)

工程热力学第6章习题答案

工程热力学第6章习题答案

第6章 热力学一般关系式和实际气体的性质6-1 一个容积为23.3m 3的刚性容器内装有1000kg 温度为360℃水蒸气,试分别采用下述方式计算容器内的压力:1) 理想气体状态方程; 2) 范德瓦尔方程; 3) R-K 方程;4) 通用压缩因子图;4)查附录,水蒸气的临界参数为:K T cr 3.647=,bar p cr 9.220=,Z Pakg m K K kg J Z p v T ZR p p p cr g cr r 5682.0109.220/0233.015.633/9.461153=×××⋅×=×==978.03.64715.633===K K T T T crr 查通用压缩因子图6-3,作直线r p Z 76.1=与978.0=r T 线相交,得82.0=r p则bar MPa p p p cr r 1819.22082.0=×== 5)查水蒸气图表,得bar p 02.100=6-2 试分别采用下述方式计算20MPa 、400℃时水蒸气的比体积: 1) 理想气体状态方程; 2) 范德瓦尔方程; 3) R-K 方程;()b V V T b V m m m +−5.05.05.022−⎟⎟⎠⎜⎜⎝−+−pT V pT b p V p m m m mm m V V V ⎟⎠⎞⎜⎝⎛×−+×××−××−⇒5.02626315.67320059.14202111.010*******.015.6733.8314102015.6733.8314 067320002111.059.1425.0=××−()000058.002748.00004456.0005907.0279839.023=−−+−×−⇒m m m V V V000058.002112.0279839.023=−×+×−⇒m m m V V Vkmol m V m /1807.03=⇒ 则kg m V v m /01003.002.18/3==⇒4)查附录,水蒸气的临界参数为:K T cr 3.647=,bar p cr 9.220=,905.09.220200===cr r p pp()()()∫∫∫⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−+−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=−−21212122221221v v v v v v g dv v a dv b v b b v d b v T R ()()⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=1212212211211ln 21v v a b v b v b b v b v T R g 6-4 Berthelot 状态方程可以表示为:2mm TV ab V RT p −−=,试利用临界点的特性即0=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂cr T m V p 、022=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂crT m V p 推出:cr cr p T R a 326427=,cr cr p RT b 83= 解:()0232=+−−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂m cr m cr T m V T a b V RT V p cr()322m cr m cr V T ab V RT =−⇒ (1) ()0624322=−−=⎟⎟⎞⎜⎜⎛∂∂cr V T a b V RT V p ()433cr V T a b V RT =−⇒ (2)()22T R b v T p g v−−=⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂()()v C T R b v p g 22+−=⇒ 由于以上两式是同一方程,必然有()()021==v C T C ,即()TR b v p g 2−=6-6 在一个大气压下,水的密度在约4℃时达到最大值,为此,在该压力下,我们可以方便地得到哪个温度点的()T p s ∂∂/的值?是3℃,4℃还是5℃?解:由麦克斯韦关系式p TT v p s ⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂,可知在一个大气压的定压条件下,4℃时有0=⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂T v 。

热力学 (6)

热力学 (6)

卡诺热机在Th ′、Tl之间循环为可逆的 卡诺循环。而高温热源(Th)与热源 ( Th ′ )之间的温差传热导致的熵增为
S
1 ( Th '
1 Th
)Qh
在Th ′、Tl间卡诺热机的净功为
W0 '
c'Qh
Qh
(1
Tl Th
'
)
图4-9 三热源与卡诺 热机组成的孤立系统
4.5 孤立系统熵增原理
在Th 、Tl间卡诺热机的净功为
2
1 c
dT T
Hale Waihona Puke 2 dR1s
c
ln
T2 T1
R ln 2 1

s
cp
ln
T2 T1
R ln
p1 p2
(4 11) (4 12)
4.5 孤立系统熵增原理
孤立系统指与外界不发生能量和质量传递的 系统。孤立系统中一切热力过程熵的变化为
s 0
(4 13)
等号只适用于可逆过程。孤立系统中不可逆 过程只能沿着熵增加的方向进行(孤立系统 熵增原理)
4.4 熵
➢4.4.3 热力学第一定律另一表达式
闭口系统(根据式(2-1))
Tds du pd
开口系统(根据式(2-9) )
(4 9)
Tds dh dp
(4 10)
4.4 熵
➢4.4.4 理想气体熵的计算
根据式(4-9)有
ds
c
dT T
p T
d
dT d
ds c
T
R

s s2 s1
克劳修斯表述(第一种表述):不可能制造一种 装置,把热量从低温物体传到高温物体不引起其 他变化。

工程热力学:6第五章 热力学第二定律

工程热力学:6第五章 热力学第二定律

(5-3)
同样,逆向卡诺循环是最理想、经济性最高,但通常难以实现。
30
三种卡诺循环
T T1
制热
T0
制冷
T2
T1
动力
T2
s
31
四、多热源可逆循环
热源多于两个的可逆循环如 右图所示。要使循环可逆,必须 有无穷个热源和冷源,保持工质 和热源间无温差换热。
此循环的平均吸热温度 T1 和平 均放热温度 T2分别定义为:
属于“天上掉馅饼”,第三类无摩擦。
I.
违背热力学第一定律(热效率大于100%)。20世纪90年
代山东枣庄有人发明了一个“耗电12kW,可发电36kW”的
发电机,即为一例。类似专利申请美国专利局已有数以千计,
但尚无成功报道。
II.
违背热力学第二定律(热效率等于100%)。如果此类机
器能够制造成功,由于太阳能、地热能和海洋热能等的巨大,
汽车停止时摩擦产生热,但热消失时 汽车能否行驶?
4
热力学第一定律
序言
能量之间数量的关系 能量守恒与转换定律
不足之处:未表明能量传递或转化时的 方向、条件和限度。
低温物体会吸热,温度逐渐升高;高温 物体会放热,温度逐渐降低。但热量能 否无条件的由低到高?
5
热力学第一定律
序言
能量之间数量的关系 能量守恒与转换定律
第五章 热力学第二定律
序言 5-1 热力学第二定律 5-2 可逆循环分析及其热效率 5-3 卡诺定理 5-4 熵参数、热过程方向的判据 5-5 熵增原理 5-6 熵方程 5-7 (火用)参数的基本概念 热量(火用) 5-8 工质(火用)及系统(火用)平衡方程 5-9 热力学温标
目录
1

工程热力学第11讲-第6章热力循环

工程热力学第11讲-第6章热力循环
新型热力循环的优势
新型热力循环可以更高效地利用能源,减少对环境的污染,并且可以提 供更稳定的能源输出。
03
新型热力循环的挑战
新型热力循环的研究面临着许多挑战,如技术难度大、成本高、安全性
等问题。
高效热力循环的探索
高效热力循环
为了提高能源利用效率,人们正在探索各种高效热力循环。例如, 有研究正在探索利用高温高压的热力循环,以提高能源的转换效率。
热力循环的组成
一个完整的热力循环通常包括四个主要过程,即吸 热过程、膨胀过程、放热过程和压缩过程。
热力循环的特性
热力循环具有可逆性和效率。在理想情况下,可逆 热力循环是效率最高的循环。
热力循环的分类
80%
根据工作物质分类
根据所使用的工作物质,热力循 环可以分为气体循环、液体循环 和固体循环。
100%
低温热源温度的降低可以减少循环总热量,从而 提高效率。
提高高温热源温度
高温热源温度的提高可以增加循环净功,从而提 高效率。
采用高效工质
选择具有高热容和低流动阻力的工质可以提高循 环效率。
05
热力循环的未来发展
新型热力循环的研究
01 02
新型热力循环
随着科技的不断进步,新型热力循环的研究也在不断深入。例如,有研 究正在探索利用核能、太阳能、地热能等新能源的热力循环,以替代传 统的化石燃料热力循环。
应用
燃气轮机循环广泛应用于 航空、船舶和工业领域。
制冷循环
定义
制冷循环是一种利用制冷剂的相 变过程实现热量转移的循环过程。
工作原理
制冷剂在蒸发器中吸收热量蒸发, 然后在冷凝器中放出热量冷凝,通 过压缩机的压缩和膨胀机的膨胀实 现循环。
应用

工程热力学-第六章 实际气体方程的性质及热力学一般关系式

工程热力学-第六章 实际气体方程的性质及热力学一般关系式
2
定温过程:g vdp 1
可逆定温过程中自由焓的减少量是过程的技术功。
三、麦克斯韦关系
du=Tds-pdv dh=Tds+vdp df = -sdT – pdv dg=-sdT+vdp
T
p
(
v
)s
( s
)v
T v
( p
)s
( s ) p
( p T
)v
(
s v
)T
( v T
)p
(
s p
)T
四、热系数
(Vm
+
b)
6-3 对应态原理与通用压缩因子图
一、对应态原理 1、提出的缘由
(
p
+
a Vm2
)(Vm
-
b) =
RT
实际气体状态方程包含有与物质固有性质相 关的常数a、b,这些常数需要实验数据进行拟 合才能得到。
在临界点附近,所有流体显示出相似性质 2、对比参数:
pr
p pcr
,Tr
T Tcr
, vr
其在高压低温下偏差更大。
Z = pv = pVm RgT RT
Z
=
pv RgT
=
pVm RT
或pVm
=
ZRT
压缩因子Z偏离1的大小反映了实际气体对理想
气体偏离的程度
Z的大小与气体种类有关,随压力以及温度变化
临界点的压缩因子称为临界压缩因子:
Z cr
=
pcrv cr RgTcr
压缩因子Z的物理意义:
Vm
b
RT
p
27 64
R
T2 2 cr
pcr
1 Vm2

工程热力学06章习题提示与答案

工程热力学06章习题提示与答案

习题提示与答案第六章 热能的可用性及火用分析6-1 汽车用蓄电池中储存的电能为1 440W ·h 。

现采用压缩空气来代替它。

设空气压力为6.5 MPa 、温度为25 ℃,而环境的压力为0.1MPa ,温度为25 ℃,试求当压缩空气通过容积变化而作出有用功时,为输出1 440 W ·h 的最大有用功所需压缩空气的体积。

提示:蓄电池存储的电能均为可转换有用功的火用 ,用压缩空气可逆定温膨胀到与环境平衡时所作出的有用功替代蓄电池存储的电能,其有用功完全来源于压缩空气的火用 ,即W u =me x ,U 1。

单位质量压缩空气火用 值()()()010010011,x s s T v v p u u e U ---+-=,空气作为理想气体处理。

答案:V =0.25 m 3。

6-2 有一个刚性容器,其中压缩空气的压力为3.0 MPa ,温度和环境温度相同为25 ℃,环境压力为0.1 MPa 。

打开放气阀放出一部分空气使容器内压力降低到1.0 MPa 。

假设容器内剩余气体在放气时按可逆绝热过程变化,试求:(1) 放气前、后容器内空气比火用U e x,的值;(2) 空气由环境吸热而恢复到25 ℃时空气的比火用U e x,的值。

提示:放气过程中刚性容器中剩余气体经历了一个等熵过程,吸热过程为定容过程;空气可以作为理想气体处理;各状态下容器中空气的比 火用()()()00000x s s T v v p u u e U ,---+-=。

答案:e x ,U 1=208.3 kJ/kg ,e x ,U 2=154.14 kJ/kg ,e x ,U 3=144.56kJ/kg 。

6-3 有0.1 kg 温度为17 ℃、压力为0.1 MPa 的空气进入压气机中,经绝热压缩后其温度为207 ℃、压力为0.4 MPa 。

若室温为17 ℃,大气压力为0.1 MPa ,试求该压气机的轴功,进、出口处空气的比 火用 H e x ,。

工程热力学6 工质的热力性质

工程热力学6     工质的热力性质

第二部分工质的热力性质六热力学函数与基本热力学关系式前面介绍的几个热力学基本定律都是普遍性的定律,如果不把它们与由实验得来的反映物质自身性质的本征关系结合起来,将很难得到某种特殊物质的某种特殊性质。

由热力学基本定律引出的一些基本热力学状态函数(如内能U、熵S)及其为某一研究方便而设的组合函数(如焓H、自由能F、自由焓G等)许多都是不可测量,必须将它们与可测量(如压力p、体积V、温度T等)联系起来,否则我们将得不到实际的结果,解决不了诸如上一章讲的最大功计算等一些具体的问题。

我们必须研究热的性质和力的性质以及其它性质之间的关系,找到由可测量表达的与物质各种性质相应的热力学函数。

这就需要发展热力学的数学理论以将热力学基本定律应用到各种具体问题中去。

6.1 状态函数的数学特性对于状态参数,当我们强调它们与独立变量的函数关系时,常称它们为状态函数。

从数学上说,状态函数必定具有全微分性质。

这一数学特性十分重要,利用它可导出一系列很有实用价值的热力学关系式。

下面我们扼要介绍全微分的一些基本定理。

设函数),(y x f z =具有全微分性质dy y z dx x z dz xy ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= (6-1) 则必然有(1) 互易关系令式(6-1)中),(y x M x z y=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂, ),(y x N y z x =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 则 y x x N y M ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ (6-2)互易关系与⎰=0dz 等价。

它不仅是全微分的必要条件,而且是充分条件。

因此,可反过来检验某一物理量是否具有全微分。

(2) 循环关系当保持z 不变,即0=dz 时,由式(6-1),得0=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂z xz y dy y z dx x z 则 xy z y z x z x y ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 故有 1-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂y z x z x x y y z (6-3)此式的功能是:若能直接求得两个偏导数,便可确定第三个偏导数。

热力学第六章

热力学第六章
3点对应的是饱和水, 由p2=5kPa查(附表14),得 h3 h 137.72kJ/kg
s3 s 0.4763kJ/(kg.K)
4点对应的是未饱和水,
p4 p1 5MPa h4 h3 137.72 kJ kg
s4 s3 0.4763kJ/(kg.K)
3.增加了过热器,蒸汽在过热器 中的吸热过程(6→1)也是定压 过程,提高了平均吸热温度, 从而提高了乏气的干度x,提高 了循环效率,也改善了汽轮机 的工作条件。
p 4 5 6 3
1
2 v
郎肯循环热效率的计算
1. 锅炉中的定压吸热过程(4→5→6→1)吸入的热量:
q1 h1 h4
2. 定熵膨胀过程(1→2)中工质(或汽轮机)做功:
制热
动力
T2 环境温度
T0
制冷
T2
s
热力循环其它分类
气体动力循环:空气为主的燃气 1. 按工质 如燃气轮机等,按理想气体处理 蒸汽动力循环:以水蒸气为主 如蒸汽轮机等,按实际气体处理 2. 按燃料燃 烧方式分 内燃式:燃料在内部燃烧,燃气即工质,
如内燃机、燃气轮机等。
外燃式:燃料在外部燃烧,燃烧放出的热
为克服蒸汽卡诺 循环的缺陷,工 程实际中学常用 朗肯循环
朗肯循环
朗肯循环(Rankine Cycle)
朗肯循环系统工作原理
蒸汽过 热器 锅 炉 汽轮机 四个主要装置: 锅炉 汽轮机 发电机 凝汽器 给水泵 凝汽器
给水泵
蒸汽电厂示意图
朗肯循环(Rankine Cycle)
二、蒸汽动力循环系统的简化(理想化)
h2 h x h h 137 kJ kg
例1:朗肯循环,蒸汽进入汽轮机初压 p1=5MPa,初温 t1=500℃, 乏汽压力 p2=5kPa,不计水泵功耗。要求:将朗肯循环表示在Ts图上,并求循环净功、加热量、循环热效率及汽耗率。

工程热力学第6章

工程热力学第6章

6 实际气体状态方程通常:理论性、半经验半理论性和经验型三类
6–2 维里型方程
pv B C D Z 1 2 3 RgT v v v
第二维里系数
第三维里系数 第四维里系数
特点:
pv Z 1 B ' p C ' p 2 D ' p3 RgT
1)据气体模型利用统计力学方法能导出维里系数; 2)维里系数有明确物理意义;如第二维里系数表示二个分 子间相互作用; 3)有很大适用性,或取不同项数,可满足不同精度要求。 维里型方程的精度很大程度上取决于气体模型。
30
二、亥姆霍兹函数(Helmholtz function)和 吉布斯函数(Glibbsian function)
1. 亥姆霍兹函数F(比亥姆霍兹函数 f)—又称自由能
第6章开篇
第6章 实际气体性质及热力学 一般关系式
Behavior of real gases and generalized thermodynamic relationships
★ 一位研究生“自信”—利用
范德瓦尔方程进行计算机仿真可
以得到内燃机内过程的精确描述

★利用船装高压气瓶装运 开发东海小型天然气田, 如何计算?
范氏方程: 1)定性反映气体 p-v-T关系;
2)远离液态时,即使压力较高,计算值与实验值误差较小。
如N2常温下100 MPa时无显著误差。在接近液态时,误差较大, 如CO2常温下5MPa时误差约4%,100MPa时误差35%; 3)巨大理论意义。
利用范德瓦尔方程进行仿真可以
得到内燃机内过程的精确描述
27
6–5 麦克斯韦关系和热系数
理想气体 实际气体
du cV dT dh c p dT dT dv ds cV Rg T v

工程热力学思考题及答案 第 六 章

工程热力学思考题及答案 第 六 章

沈维道、将智敏、童钧耕《工程热力学》课后思考题答案工程热力学思考题及答案第 六 章 实际气体1.实际气体性质与理想气体性质差异产生的原因是什么?在什么条件下才可以把实际气体作为理想气体处理?答:理想气体模型中忽略了气体分子间的作用力和气体分子所占据的体积。

实际气体只有在高温低压状态下,其性质和理想气体相近。

或者在常温常压下,那些不易液化的气体,如氧气、氦气、空气等的性质与理想气体相似,可以将它们看作理想气体,使研究的问题简化。

2. 压缩因子Z 的物理意义怎么理解?能否将Z 当作常数处理?答:压缩因子为温度、压力相同时的实际气体比体积与理想气体比体积之比。

压缩因子不仅随气体的种类而且随其状态而异,故每种气体应有不同的),(T p f Z =曲线。

因此不能取常数。

3. 范德瓦尔方程的精度不高,但在实际气体状态方程的研究中范德瓦尔方程的地位却很高,为什么?答:范德瓦尔方程其计算精度虽然不高,但范德瓦尔方程式的价值在于能近似地反映实际气体性质方面的特征,并为实际气体状态方程式的研究开拓了道路,因此具有较高的地位。

4. 范德瓦尔方程中的物性常数a 和b 可以由试验数据拟合得到,也可以由物质的 cr cr cr v p T 、、计算得到,需要较高的精度时应采用哪种方法,为什么?答:当需要较高的精度时应采用实验数据拟和得到a 、b 。

利用临界压力和临界温度计算得到的a 、b 值是近似的。

5. 什么叫对应态原理?为什么要引入对应态原理?什么是对比参数?答:在相同的压力与温度下,不同气体的比体积是不同的,但是只要他们的r p 和r T 分别相同,他们的r v 必定相同这就是对应态原理,0),,(=r r r v T p f 。

对应态原理并不是十分精确,但大致是正确的。

它可以使我们在缺乏详细资料的情况下,能借助某一资料充分的参考流体的热力性质来估算其他流体的性质。

相对于临界参数的对比值叫做对比参数。

对比温度c T T r T =,对比压力c p p r p =,对比比体积c v v r v =。

工程热力学童钧耕第六版

工程热力学童钧耕第六版

工程热力学童钧耕第六版工程热力学是热力学在工程中的应用,是一门研究能量转化和传递过程的学科。

童钧耕的《工程热力学》第六版是这一领域的经典教材,在工程热力学理论和实践中具有重要的地位和影响力。

本文将简要介绍《工程热力学》第六版的特点和主要内容。

一、《工程热力学》的特点《工程热力学》第六版是童钧耕教授在多年教学和科研经验的基础上编写而成,具有以下几个特点。

1. 理论与实践结合:本书既注重基本理论的讲解,同时将理论与实践相结合,涉及到了工程实际中的冷热源、换热设备、系统优化等内容,使读者能够将所学的理论用于实际问题的解决。

2. 思维导向:童钧耕教授通过清晰的思维导图和逻辑框图,引导读者掌握热力学的基本概念和分析方法,培养读者的工程思维和解决实际问题的能力。

3. 全面而深入:书中涵盖了热力学的各个方面,包括基本概念、热力学第一、第二定律、气体与蒸汽的热力学性质、传热、传质、节能等内容,并且在每个章节中都进行了深入的探讨。

4. 数量分析与质量分析结合:本书既注重基于数值计算的分析方法,也强调质量分析,使读者在解决工程热力学问题时能够采用合适的方法。

二、《工程热力学》第六版的主要内容《工程热力学》第六版主要包括以下几个部分。

1. 热力学基础:介绍了热力学的基本概念和基本假设,包括系统与界面、状态与过程、热力学平衡等内容。

2. 热力学第一定律:详细阐述了热力学第一定律的原理和应用,讨论了能量守恒定律在工程中的应用。

3. 热力学第二定律:介绍了热力学第二定律的原理、热力学温标以及热力学函数的性质和应用。

4. 气体与蒸汽的热力学性质:讲解了气体和蒸汽的基本性质和热力学计算方法,包括气体状态方程、理想气体与实际气体、湿空气等内容。

5. 传热:介绍了传热的基本原理和传热方式,包括传导、对流和辐射传热,以及传热计算和传热设备的设计。

6. 传质:讲解了物质传递的基本原理和传质方式,包括扩散、对流传质等内容。

7. 节能与能源利用:探讨了节能与能源利用的重要性,介绍了节能技术和工程中的能源分析方法。

工程热力学童钧耕第六版

工程热力学童钧耕第六版

工程热力学童钧耕第六版
摘要:
1.童钧耕的《工程热力学》第六版的概述
2.本书的主要内容和特点
3.本书的适用对象和领域
4.本书的价值和影响
5.本书的作者介绍
正文:
《工程热力学》是童钧耕编写的一本经典的热力学教材,目前已经出到了第六版。

这本书主要介绍了热力学的基本原理和应用,旨在帮助读者理解和掌握热力学的基本概念和方法。

本书的主要内容包括热力学的基本概念、热力学第一和第二定律、热力学循环、热力学过程、热力学性质和状态方程等内容。

每个章节都配有丰富的例题和习题,以便读者加深对知识点的理解。

本书的特点在于其严谨的科学态度和实用的教学方法。

作者在书中使用了大量的实例和应用,使得抽象的热力学概念变得具体易懂。

同时,本书的编写风格简洁明了,易于读者阅读和理解。

本书适用于工程热物理、能源动力、化学工程等专业的本科生和研究生,以及相关领域的研究人员和工程师。

通过学习本书,读者可以掌握热力学的基本理论和方法,提高解决热力学问题的能力。

《工程热力学》第六版在我国的热力学教学和研究中具有重要的价值和影响。

不仅被众多高校选为教材,也被广大工程师和科研人员作为参考书。

本书的作者童钧耕是我国著名的热力学专家,他在热力学领域的研究和教学有着丰富的经验和深厚的造诣。

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• The efficiency of a turbine:
& & & & WShaft WFluid − Loss WS / mg = = ηT = & & WFluid WFluid V12 p1 V2 2 p2 − 2 + ρg + z1 2 g + ρg + z 2
T = ρQ(r2Vt 2 − r1Vt1 )
• The power = ωT and also = γQH t, where Ht is the theoretical head developed by the pump.
Ht =
ω 2 r22
g
• β2>90o -- forward curving blades; − not desirable for pumps due to the potential for instability − becomes a turbine for sufficient -ve Q. • β2<90o -- backward curving blades; − typical arrangement for pumps − becomes a turbine for sufficiently large +ve Q.
Vr1 cosα1 = V1 cos β1 − VB
VB
• Choose exit blade angle • Reaction force in terms of exit blade angle
• Hence
& Rx = m(V1 cos β1 − V2 cos β 2 ) & Rx = m(V1 cos β1 − (VB − Vr 2 cosα 2 )
& & W = NRxVB = NVB (m(V1 cos β1 − (VB − Vr 2 cosα 2 ))
Example E4.17
Radial Flow Pumps
• Use a control volume which encloses the impeller and is fixed in the frame of reference of the casing.
• Assuming steady incompressible flow, the moment of momentum equation is: d ~ ∑ (M ) = dt ∫ r × VρdV + ∫ r × V(n .V) ρdA c .v . c. s . This becomes;
& V12 p1 − WS V2 2 p2 mg − hlpump = 2 g + ρg + z 2 − 2 + ρg + z1 ≡ H P &
• Ie “Pump head” is total head increase of fluid and is less than shaft power because of losses
ωcotβ − Q 2πb2 g
Real pump performance
• As Q → ∞ losses increase due to viscous shear forces in passages. • As Q → 0 losses increase due to viscous shear forces around circumference of impeller. • Max efficiency occurs for smallest value of Htheoretical-Hp.
Figure 4.15 – Fluid striking a series of vanes.
& − Rx = m(V2 x − V1x )
& = m(V2 cos β 2 − V1 cos β1 )
& W = NRxVB
VB
• Design analysis in blade frame of reference • Jet angle ( β1 ) is fixed, inlet blade angle should be tangential to relative velocity
B
Figure 12.21 – Reaction turbine (Francis type): (a) schematic; (b) Francis spiral turbine for the Victoria Falls power station, Australia; (c) runner for one of the turbines for the Itaipu power station, Brazil. (Courtesy of Voith Siemens Hydro Power Generation, Inc.) C
2 & V12 p1 − WS V2 p2 fL V 2 = + + z2 − + + z1 + hlturb + ∑ K + 2 ρg & mg 2 g ρ g D 2g
• Analyse the pump / turbine with no pipe. • For a pump :
• Analyse with no pipe:
& V2 2 p2 WS V12 p1 − mg + hlturb = 2 + ρg + z1 2 g + ρg + z 2 ≡ H T &
• Ie “Turbine head” is total head decrease of fluid, shaft power is less because of losses
Forces on axial flow blades
• A stationary blade, no losses, P const, V1 = V2
& ∑ F = m(V
2
− V1 )
& & − Rx = m(V2 cosα − V1 ) = mV1 (cosα − 1)
& & − Ry = mV2 sin α = mV1 sin α
• Converting terms to “heads”:
2 & V12 p1 − WS V2 p2 = 2 g + ρg + z 2 − 2 + ρg + z1 + hl & mg
• Head loss is in the pipework and the turbine / pump itself so:Βιβλιοθήκη • Rearranging:
& Loss = (1 − ηT )WFluid
Different types
Figure 12.7 – Idealized axial-flow impeller: (a) impeller control volume; (b) velocity diagrams at control surface.
Figure 12.27 – Impulse turbine (Pelton type): (a) typical arrangement of twin-jet machine. (Courtesy of Gilbert Gilkes and Gordon, Ltd.); jet striking a bucket; (c) Pelton runner in the New Colglate power station, USA. (Courtesy Voith Siemens Hydro Power Generation, Inc.)
• Consider steady state energy eqn:
& & Q − WS = ∫
c . s ..
VΙ 2 p ~ 2 + gz + u + ρ ρn .VdA
• For a pump / turbine situation it becomes:
V2 2 p2 V12 p1 & − WS = ρ 2V2 A2 2 + ρ + gz 2 − ρ1V1 A1 2 + ρ + gz 2 1 + Losses
Turbo Machines
• Pumps or turbines • Fluid flowing through a rotating impeller/runner with some change in angular momentum results in a torque (either +ve or -ve) on the impeller/runner. • Flow leaves the impeller in either a radial or axial direction, or in between (mixed). • Pure radial and axial cases can be analysed as a one dimensional problem assuming ideal conditions.
• Rearranging:
1 & − 1WFluid Loss = ηP
• For a turbine:
2 & V12 p1 − WS V2 p2 fL V 2 = 2 g + ρg + z 2 − 2 + ρg + z1 + hlturb + ∑ K + D 2 g & mg
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