工程热力学课件第十二章
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工程热力学12---气体的压缩知识分享
工程热力学12---气体的压缩第十二章气体的压缩通过消耗外功来提高气体压力的设备称为压气机。
压气机在工程、科学研究中具有十分广泛的用途，如动力工程中煤粉的输运和锅炉通风、制冷设备中制冷剂的压缩、风洞实验中高压气体的获得、风动工具（如公共汽车车门的开关、大型内燃机的启动），车胎打气等。
压气机分类：通风机（<0.01MPa表压）按压力范围鼓风机（0.01～0.3MPa表压）压缩机（>0.3MPa表压））活塞式按构造叶轮式（离心式和轴流式）引射式活塞式压气机是通过活塞在气缸中的往复运动来挤压气缸中的气体，从而使气体的压力提高。
叶轮式压气机通过叶轮的旋转，使气体加速，并使高速气体在特定流道中（相当于扩压管）降低流速，从而提高压力。
活塞式压气机和叶轮式压气机的一个显著区别是：活塞式压气机吸气与排气是间歇性的；而叶轮式压气机的压缩过程是在连续流动状态下进行的，即气体不断地流入压气机，在压气机内被压缩后，不断地被排出压气机。
活塞式压气机适用于高压、排量小的场合；而轴流式压气机适用于低压、排量大的场合。
尽管压气机的种类和工作原理多种多样，但是从热力学的观点来看，压缩气体的状态变化并没有什么不同，都是接受外功使气体压缩升压的过程。
12.1 活塞式压气机的工作原理活塞式压气机的示意图和p -v 图（又称示功图）示于图12-1中。
工作三部曲： ①在活塞式压气机的理想工作过程中，气体经过进气阀与排气阀时，不考虑在阀门处的阻力与摩擦力。
当活塞自左止点向右移动时，进气阀门A 打开，气体从缸外被吸入气缸，这是吸气过程（0-1），此时，吸入气体的热力学状态不发生任何变化。
②当到达右止点时，进气阀关闭，活塞在外力作用下向左回行，气缸内的气体被压缩，压力升高，这就是气体的压缩过程（2-3），此时需要消耗外功。
③当活塞左行至某一位置时，气体的压力升高到预定压力2p ，此时排气阀门B 开启，活塞继续左行，把气缸内的气体排到储气罐或输气管道中，直至活塞到达左止点，这是排气过程（2-3）。
工程热力学第12章混合气体和湿空气
▲混合气体可作为某种假想气体，其质量和分子数与组 分气体质量之和及分子数之和相同。
4
平均摩尔质量， 折合摩尔质量
pV mRg,eqT MeqRg,eq R
平均气体常数， 折合气体常数
(Mv)0 22.4103m3 / mol
neq Σni
neqMeq niMi
理想气体混合物可作为具有Rg,eq、Meq的“某种”理想气体。
第12章开篇
第十二章 混合气体和湿空气
Gas mixtures and moist air
？ ★ 神舟×号飞船发射前1天下午来自发射场的电话
气体中含有杂质水蒸气，按设计总压0.1MPa时含量在××以 下，现场验收总压 x MPa,测试数据为┄，气体合格否
★ 冷却塔操作人员的疑惑
？ 某次数据记载：
冷水温度低于湿 空气入口温度
pa
p pv
p
d汽膜 d主流
25
26
12-4 湿空气的焓-湿图(psychrometric chart)
一、湿空气的焓
h
H ma
maha mvhv ma
ha
dhv
kJ/kg干空气 kJ/kgDA
h 1.005t d
25011.86t
kJ/kgDA
C
kg/kgDA
C
hv 25011.8903t hv 25011.842t hv 25011.964t
t/ C
1 10
20 30
ps / kPa 0.6556 1.2279 2.3385 4.2451
如 pv = 0 .656 6 kPa，1℃时 pv = ps，无吸湿能力
10℃时pv < ps，有吸湿能力。
21
4
平均摩尔质量， 折合摩尔质量
pV mRg,eqT MeqRg,eq R
平均气体常数， 折合气体常数
(Mv)0 22.4103m3 / mol
neq Σni
neqMeq niMi
理想气体混合物可作为具有Rg,eq、Meq的“某种”理想气体。
第12章开篇
第十二章 混合气体和湿空气
Gas mixtures and moist air
？ ★ 神舟×号飞船发射前1天下午来自发射场的电话
气体中含有杂质水蒸气，按设计总压0.1MPa时含量在××以 下，现场验收总压 x MPa,测试数据为┄，气体合格否
★ 冷却塔操作人员的疑惑
？ 某次数据记载：
冷水温度低于湿 空气入口温度
pa
p pv
p
d汽膜 d主流
25
26
12-4 湿空气的焓-湿图(psychrometric chart)
一、湿空气的焓
h
H ma
maha mvhv ma
ha
dhv
kJ/kg干空气 kJ/kgDA
h 1.005t d
25011.86t
kJ/kgDA
C
kg/kgDA
C
hv 25011.8903t hv 25011.842t hv 25011.964t
t/ C
1 10
20 30
ps / kPa 0.6556 1.2279 2.3385 4.2451
如 pv = 0 .656 6 kPa，1℃时 pv = ps，无吸湿能力
10℃时pv < ps，有吸湿能力。
21
热工基础第12章气体动力循环
冲程 四冲程 (进气,压缩,燃烧膨胀,排气) 二冲程 (进气-压缩-燃烧膨胀,排气)
四冲程柴油机的工作过程
内燃机的整个工作过程存在着诸多不可逆因 素，因此实际内燃机的工作循环是不可逆的。
P
0-1：吸气过程。由于阀门的阻力，吸入
3 4 气缸内空气的压力略低于大气压力。
1-2：压缩过程
2
2－3－4－5：燃烧和膨胀
混合加热循环
内燃机按加热方式 定容加热循环
定压加热循环 (一) 混合加热循环
特征参数：
p3
4
压缩比：压缩前的比体积与
压缩后的比体积之 2
比，它是表征内燃
5
v1 机工作体积大小的
1
v2 结构参数。
0
v
混和加热理想循环
定容升压比：
p
定容加热后的压力与加热前
3
的压力之比，它表示内燃机
2
定容燃烧情况的特性参数。
第一节 活塞式内燃机的理想循环
内燃机一般都是活塞式
Hale Waihona Puke 活塞式内燃机的分类：（特或点称是往用复燃式烧）的的产，物其作共为同工
使用燃料
煤气机 质推动活塞作功，燃料的燃
烧过程以及工质的膨胀和压
汽油机 缩都在同一个带活塞的气缸
柴油机
中进行，再由连杆带动曲轴 转动。
点火方式 点燃式 （汽油机、煤气机）
压燃式 （柴油机）
1 T1 T2
1
1
1
定容加热理想循环
定容加热理想循环的热效率:
t
1
1
1
混合加热理想循环的热效率:t
1
1[(
1 1) (
工程热力学课件第十二章制冷循环
第一页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第三页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第四页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第五页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第六页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第七页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第八页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十三页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十四页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十五页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十六页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十七页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十八页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第九页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十一页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十二页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十三页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十四页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十五页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十六页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十七页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十八页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十九页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十一页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
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第三页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
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第五页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第六页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第七页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第八页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十三页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十四页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十五页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十六页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十七页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第二十八页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
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第十页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
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第十二页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十三页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十四页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十五页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十六页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十七页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
第十八页，编辑于星期一：十一点 二十四分。
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工程热力学 9-12
中流体的速度为零，并且流动是等熵的，所以在 喷管任何截面处流体的滞止温度和滞止压力等于 气源的温度和压力。
18
• 图9-3 背压对
渐缩喷管沿程 压力分布的影 响。
19
现降低背压pb并观察对喷管沿程压力分布的影响： • 如果背压pb等于进口压力p1（这里等于pr），就不 会产生流动。
• 当背压pb降到压力p2，则出口压力pe也降到压力
10
9.3 一维定熵流动
1. 流体流动横截面积与流速变化的关系
• 对稳定流动过程，质量平衡：
• 连续性方程：
= ρA = const m
dρ/ρ + dA/A + d/ = 0 • 忽略位能，没有功相互作用的一维等熵流 动能量平衡：dp /ρ + d = 0
11
• 流体流动横截面积与流速变化的关系： dA /A = (Ma 2 - 1) d / • 速度变化d 总是正的，因为这是喷管的目的。
• 图9-4 背压对渐
缩喷管的质量流 量和出口压力的 影响。
23
• 可见质量流量随pb /p0的减小而增大，在pb = pcr
时，达到最大，当pb /p0小于这个临界值时，就保 持不变。
• 在图中也说明了背压对渐缩喷管出口压力pe的影
响。可以得到：在pb≥pcr时，pe = pb；在pb＜pcr 时，pe = pcr。
3
• 现讨论一股流体流过一根绝热管道。在任
何截面处流体的能量是焓和动能之和。
• 如果我们随流体回到速度为零的起点，就
可以得到流体的能量就是h0，下标0表示零 速度。因为通过绝热管道流动的能量是恒 定的，于是有h0 = h + 2/2。
4
• 这个零速度状态称作滞止状态，其参数称
18
• 图9-3 背压对
渐缩喷管沿程 压力分布的影 响。
19
现降低背压pb并观察对喷管沿程压力分布的影响： • 如果背压pb等于进口压力p1（这里等于pr），就不 会产生流动。
• 当背压pb降到压力p2，则出口压力pe也降到压力
10
9.3 一维定熵流动
1. 流体流动横截面积与流速变化的关系
• 对稳定流动过程，质量平衡：
• 连续性方程：
= ρA = const m
dρ/ρ + dA/A + d/ = 0 • 忽略位能，没有功相互作用的一维等熵流 动能量平衡：dp /ρ + d = 0
11
• 流体流动横截面积与流速变化的关系： dA /A = (Ma 2 - 1) d / • 速度变化d 总是正的，因为这是喷管的目的。
• 图9-4 背压对渐
缩喷管的质量流 量和出口压力的 影响。
23
• 可见质量流量随pb /p0的减小而增大，在pb = pcr
时，达到最大，当pb /p0小于这个临界值时，就保 持不变。
• 在图中也说明了背压对渐缩喷管出口压力pe的影
响。可以得到：在pb≥pcr时，pe = pb；在pb＜pcr 时，pe = pcr。
3
• 现讨论一股流体流过一根绝热管道。在任
何截面处流体的能量是焓和动能之和。
• 如果我们随流体回到速度为零的起点，就
可以得到流体的能量就是h0，下标0表示零 速度。因为通过绝热管道流动的能量是恒 定的，于是有h0 = h + 2/2。
4
• 这个零速度状态称作滞止状态，其参数称
工程热力学课件第十二章制冷循环
吸收式制冷循环在工业、商业和民用 等领域有广泛的应用，如化工、制药 、食品加工、宾馆和民用空调等。
由于吸收式制冷循环使用低品位热能 ，因此特别适合于使用余热或废热等 低品位热源的场合。
Part
05
热电制冷循环
热电制冷循环的工作原理
热电制冷循环基于塞贝克效应或皮尔 兹效应，通过热电转换材料将热能转 换为电能，从而实现制冷效果。
将多个制冷设备集成在一个模块中，实现 集中控制和统一管理，提高系统效率和可 靠性。
THANKS
感谢您的观看
工程热力学课件第十 二章制冷循环
• 制冷循环概述 • 制冷剂的特性 • 压缩制冷循环 • 吸收式制冷循环 • 热电制冷循环 • 制冷循环的节能与环保
目录
Part
01
制冷循环概述
制冷循环的定义和目的
定义
制冷循环是指通过一系列热力学过程，将热量从低温处转移到高温处，从而实现制冷效 果的系统。
目的
制冷循环的主要目的是在需要冷却的物体或环境中，创造一个低温环境，以维持其所需 的温度和湿度条件。
参数，实现节能运行。
制冷循环的环保要求
01
02
03
04
减少温室气体排放
通过采用高效制冷技术和环保 制冷剂，减少制冷循环中温室
气体的排放。
防止臭氧层破坏
选择不含有CFCs（氯氟烃） 的制冷剂，以保护臭氧层。
控制污染物排放
确保制冷循环产生的废水、废 气和固体废弃物得到妥善处理
和处置。
资源回收利用
对制冷设备进行回收和再利用 ，减少资源浪费和环境污染。
制冷剂在压缩机中被压缩，压力升高，温度也随之升高，然后进入冷凝器，在冷凝 器中放热给冷却水，自身温度降低并液化。
由于吸收式制冷循环使用低品位热能 ，因此特别适合于使用余热或废热等 低品位热源的场合。
Part
05
热电制冷循环
热电制冷循环的工作原理
热电制冷循环基于塞贝克效应或皮尔 兹效应，通过热电转换材料将热能转 换为电能，从而实现制冷效果。
将多个制冷设备集成在一个模块中，实现 集中控制和统一管理，提高系统效率和可 靠性。
THANKS
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工程热力学课件第十 二章制冷循环
• 制冷循环概述 • 制冷剂的特性 • 压缩制冷循环 • 吸收式制冷循环 • 热电制冷循环 • 制冷循环的节能与环保
目录
Part
01
制冷循环概述
制冷循环的定义和目的
定义
制冷循环是指通过一系列热力学过程，将热量从低温处转移到高温处，从而实现制冷效 果的系统。
目的
制冷循环的主要目的是在需要冷却的物体或环境中，创造一个低温环境，以维持其所需 的温度和湿度条件。
参数，实现节能运行。
制冷循环的环保要求
01
02
03
04
减少温室气体排放
通过采用高效制冷技术和环保 制冷剂，减少制冷循环中温室
气体的排放。
防止臭氧层破坏
选择不含有CFCs（氯氟烃） 的制冷剂，以保护臭氧层。
控制污染物排放
确保制冷循环产生的废水、废 气和固体废弃物得到妥善处理
和处置。
资源回收利用
对制冷设备进行回收和再利用 ，减少资源浪费和环境污染。
制冷剂在压缩机中被压缩，压力升高，温度也随之升高，然后进入冷凝器，在冷凝 器中放热给冷却水，自身温度降低并液化。
(精品)工程热力学(全套467页PPT课件)
从能源结构来看，2004年一次能源消费中，煤炭占 67.7%，石油占22.7%，天然气占2.6%，水电等占 7.0%；一次能源生产总量中，煤炭占75.6%，石油 占13.5%，天然气占3.0%，水电等占7.9%。
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
我国能源现状
据预测，目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储 采比分别为约80、15和50，大致为全球平均水平的 50%、40%和70%左右，均早于全球化石能源枯竭 速度。
工程热力学
Engineering Thermodynamics
绪论
工程热力学属于应用科学（工程科学） 的范畴，是工程科学的重要领域之一。
工程热力学 是一门研究热能有效利用及 热能和其 它形式能量转换规律的科学
工程热力学所属学科
工
工程热力学
程
传热学 Heat Transfer
热
流体力学 Hydrodynamics
工程热力学是节能的理论基础
能量转化的一般模式
一
次 能
热能
源
电能 机械能
问题：下面哪些是热机，哪些不是？
燃气轮机、蒸气机、汽车发动机、燃料电池、制冷机、 发电机、电动机
能量转化的一般模式
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
生物质
地太 热阳 能能
利 光转 用 热换
大气压（at），毫米汞柱（mmHg），毫米水柱（mmH2O）
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
换 1 MPa = 106 Pa
算 关
1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa
12第四版工程热力学总结第12章18页PPT文档
（3）可求得烟气中水蒸气的分压力：
pH 2 OH 2 O p0 .0 8 0 .10 .0M 08P17 a
谢谢！
18
9
12-7 湿空气过程及其应用
三、冷却过程—冷却去湿过程
当湿空气被冷却到露点温度时达到饱和状态，若继续冷 却，则将有水蒸气凝结析出，实现去湿的目的。
四、加湿过程
1 喷水加湿过程
工程上可近似地把喷水加湿过 程按定焓过程处理。
d
t
2 喷蒸汽加湿过程
按定温过程处理。
d h
10
选择最合适的一个答案：
（2）各组元的质量分数：
16
（2）各组元的质量分数：
w C2O C2O M M C e2 q O0.1 224.1 942 1% 8
wN2
N2
MN2 0.8 287% 7
Meq
2.912
w H 2 O 1 w C 2 O w N 2 1 1 % 8 7 % 7 5 %
，用Td表示。即在一定的Pv下未饱和湿空气冷却到饱和湿空
气时（将结出露珠）的温度。
5
第12章 内容回顾
四、湿空气的状态参数
1. 绝对湿度：每1m3湿空气中所含的 水蒸气的质量。
v
mv V
Pv RgvT
2. 相对湿度：即为湿空气中水蒸汽的分 压力与相同温度的饱和湿空气中水蒸汽分 压力之比。
12第四版工程热力学总结第12章工程热力学第四版工程热力学第四版答案工程热力学第四版pdf工程热力学第四版视频工程热力学第四版课件工程热力学总结工程热力学章学来答案热力学第一定律总结化工热力学第六章
第12章 理想气体混合物和湿空气
工程热力学课件教学PPT
qc wnet
h2
h1 h4
h3 h1
h4
T2
T1 T4
T3 T1 T4
1
1
1
1
T1 T2
T1
T2 T1
1
T3 T4
定比热—invariable specific heat capacity
12
空气压缩制冷循环特点
• 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。
• 缺点：
一.简介 3
冷却水 2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
空气压缩制冷循环过程
四个主要部件；工质：空气
1 2 绝热压缩 p T 2 3 等压冷却 向环境放热，T
3 4 绝热膨胀 T <T1 （冷库）
4 1 等压吸热 T
T1
理想化处理：①理气； ②定化热; ③ 可逆；
p
3
4
P-v图和T-s图
T
2 3Βιβλιοθήκη 1 42T01 T2
1
v 2 绝热压缩
s
s
2 3 等压冷却 p
3 4 绝热膨胀 s
逆布雷登循环
4 1 等压吸热
p
二.制冷系数—the coefficient of performance(COP)
qc qc
wnet q1 qc
q1 h2 h3
qc h1 h4
wnet h2 h1 h3 h4 h2 h3 h1 h4
T
卡诺逆循环
q1T1
w
C
q1 w
q1 q1 q2
T1 T1 T0
T1不变, T0 εC
T0 qT2 2
T0不变, T1 εC
《工程热力学》课件
理想气体混合物
理想气体混合物的性质
理想气体混合物具有加和性、均匀性、 扩散性和完全互溶性等性质。
VS
理想气体混合物的计算
通过混合物的总压力、总温度和各组分的 摩尔数来计算混合物的各种物理量。
真实气体近似与修正
真实气体的近似
真实气体在一定条件下可以近似为理想气体。
真实气体的修正
由于真实气体分子间存在相互作用力，因此需要引入修正系数对理想气体状态方程进行 修正。
特点
工程热力学是一门理论性较强的学科 ，需要掌握热力学的基本概念、定律 和公式，同时还需要了解其在工程实 践中的应用。
工程热力学的应用领域
能源利用
工程热力学在能源利用领域中有 着广泛的应用，如火力发电、核 能发电、地热能利用等。
工业过程
工程热力学在工业过程中也发挥 着重要的作用，如化工、制冷、 空调、热泵等。
稳态导热问题
稳态导热是指物体内部温度分布不随时间变 化的导热过程，其特点是热量传递达到平衡 状态。
对流换热和辐射换热的基本规律
对流换热的基本规律
对流换热主要受牛顿冷却公式支配，即物体 表面通过对流方式传递的热量与物体表面温 度和周围流体温度之间的温差、物体表面积 以及流体性质有关。
辐射换热的基本规律
辐射换热主要遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律， 即物体发射的辐射能与物体温度的四次方成
正比，同时也与周围环境温度有关。
传热过程分析与计算方法简介
要点一
传热过程分析
要点二
计算方法简介
传热过程分析主要涉及热量传递的三种方式（导热、对流 和辐射）及其相互影响，需要综合考虑物性参数、几何形 状、操作条件等因素。
常用的传热计算方法包括分析法、实验法和数值模拟法。 分析法适用于简单几何形状和边界条件的传热问题；实验 法需要建立经验或半经验公式；数值模拟法则通过计算机 模拟传热过程，具有较高的灵活性和通用性。
湖南大学 工程热力学 第十二章 制冷循环
第十二章 制 冷 循 环
Refrigeration cycle
12-1 压缩空气制冷循环
一、空气压缩式致冷工作原理
冷却器 a 膨胀机 换热器 c d 冷室 b 压缩机
二、制冷循环
1-2 压缩机内定熵压缩
p
3
2
2-3 冷却器中定压放热
3-4 膨胀机中定熵膨胀
4 P-v 图
T
冷却器 3 膨胀机 2 压缩机
冷却水 蒸发器
减 压 阀
Q1 溶液泵 吸收器
相 当 于 压 缩 机
Q2 空调用冷冻水 冷却水
吸收式制冷两个循环
制冷剂循环: 高压制冷 剂(氨) 冷凝放热 冷凝器 膨胀阀
节流
蒸发器 溶液循环:
吸热气化
低压制冷剂
加压
低压制冷剂 吸收器 溶液泵 发生器
吸收式制冷机所用溶液:
氨水溶液 +1~-45 ℃ 工艺生产中
五、 制冷剂的热力学性质
逆卡诺循环的制冷系数仅是冷源、热源的温度的函数， 与制冷剂的性质无关。但是，在实际的制冷装置中，压缩 机的所需功率，蒸发器，冷凝器的尺寸及材料等都与制冷 剂的性质有关
制冷剂应满足的要求：
1. 在大气压力下，制冷剂的饱和温度（沸点）要低，一般 低于 10o C
2. 蒸发温度所对应的饱和压力不应过低，以稍高于大 气压力最为适宜。以免空气漏入系统；冷凝温度所对 应的饱和压力不宜过高，以降低对设备耐压和密封的 要求 3. 在工作温度（冷凝温度与蒸发温度）的范围内，汽 化潜热值要大，这样可使单位质量制冷剂具有较大的 制冷能力。 4. 液化比热要小。
下，保持其压力大于该温下的饱和压力，转变为液体的.即液
例题 一热泵功率为10kw,从温度为 -13 C的周
Refrigeration cycle
12-1 压缩空气制冷循环
一、空气压缩式致冷工作原理
冷却器 a 膨胀机 换热器 c d 冷室 b 压缩机
二、制冷循环
1-2 压缩机内定熵压缩
p
3
2
2-3 冷却器中定压放热
3-4 膨胀机中定熵膨胀
4 P-v 图
T
冷却器 3 膨胀机 2 压缩机
冷却水 蒸发器
减 压 阀
Q1 溶液泵 吸收器
相 当 于 压 缩 机
Q2 空调用冷冻水 冷却水
吸收式制冷两个循环
制冷剂循环: 高压制冷 剂(氨) 冷凝放热 冷凝器 膨胀阀
节流
蒸发器 溶液循环:
吸热气化
低压制冷剂
加压
低压制冷剂 吸收器 溶液泵 发生器
吸收式制冷机所用溶液:
氨水溶液 +1~-45 ℃ 工艺生产中
五、 制冷剂的热力学性质
逆卡诺循环的制冷系数仅是冷源、热源的温度的函数， 与制冷剂的性质无关。但是，在实际的制冷装置中，压缩 机的所需功率，蒸发器，冷凝器的尺寸及材料等都与制冷 剂的性质有关
制冷剂应满足的要求：
1. 在大气压力下，制冷剂的饱和温度（沸点）要低，一般 低于 10o C
2. 蒸发温度所对应的饱和压力不应过低，以稍高于大 气压力最为适宜。以免空气漏入系统；冷凝温度所对 应的饱和压力不宜过高，以降低对设备耐压和密封的 要求 3. 在工作温度（冷凝温度与蒸发温度）的范围内，汽 化潜热值要大，这样可使单位质量制冷剂具有较大的 制冷能力。 4. 液化比热要小。
下，保持其压力大于该温下的饱和压力，转变为液体的.即液
例题 一热泵功率为10kw,从温度为 -13 C的周
沈维道《工程热力学》(第4版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(第12~13章)【圣才出品】
V Vi
i
道尔顿分压力定律和亚美格分体积定律只适用于理想气体状态。
2．混合气体的成分
（1）气体混合物占组成含量百分数分类
①质量分数；
1 / 64
(12-3)
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②摩尔分数；
③体积分数。
（2）各种百分数的表示方法
①质量分数是组分气体质量与混合气体总质量之比，第 i 种气体的质量分数用 wi 表示
律。
（2）分体积定律
另一种分离方式如图 l2-1 所示。各组成气体都处于与混合物相同的温度、压力(T、p)
下，各自单独占据的体积Vi 称为分体积。对第 i 种组成写出状态方程式为 pVi ni RT
(12-2)
图 l2-1 理想气体分体积示意图 对各组成气体相加，得出
pVi RT ni
i
i
可得
i
xi
i
Rg ,eq
1
Rg ,eq Rg .i wi
i
（12-10）
二、理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵 1．理想气体混合物的比热容
混合气体的比热容是 lkg 混合气体温度升高 l℃所需热量。1kg 混合气体中有 wi kg 的
第 i 组分。因而，混合气体的比热容为
c wici
i
同理可得混合气体的摩尔热容和体积热容分别为
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沈维道《工程热力学》（第 4 版）笔记和课后习题（含考研真题）详解
第 12 章 理想气体混合物及湿空气
12.1 复习笔记
一、理想气体混合物 1．分压力定律和分体积定律 （1）分压定律
p pi
工程热力学第12章答案
第12章 气体动力装置循环12-1 某燃气轮机装置理想循环，已知工质的质量流量为15kg/s ，增压比π=10，燃气轮机入口温度T 3=1200K ，压气机入口状态为0.1MPa 、20℃，假设工质是空气，且比热容为定值，c p =1.004kJ/（kg ·K ），k =1.4。
试求循环的热效率、输出的净功率及燃气轮机排气温度。
解：−−4.114.11kk（1）极限回热时 =×===−−4.114.11126615.298kk T T T π497.47K=⎟⎠⎞⎜⎝⎛×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛==−−4.114.113456115.12731kk T T T π763.05K循环吸热量 )(531T T c q p −= 循环放热量 ()162T T c q p −= 循环热效率=−−−=−−−=−=05.76315.127315.29847.497111162T T T T q q t η60.9%t=×===−−4.114.1126515.293kk L T T T π464.30K=⎟⎠⎞⎜⎝⎛×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛==−−4.114.11455115.11731kk H T T T π740.71K循环吸热量 ()17.43471.74015.1173004.1)(531=−×=−=T T c q p kJ/kg 循环放热量 ()162T T c q p −=4.114.118−−kk t π12-5 某理想燃气-蒸汽联合循环，假设燃气在余热锅炉中可放热至压气机入口温度(即不再向环境放热)，且放出的热量全部被蒸汽循环吸收。
高温燃气循环的热效率为28%，低温蒸汽循环的热效率为36%。
试求联合循环的热效率。
解：假设高温燃气循环中热源提工１００ｋＪ热量。
在燃气轮机中作功为 28%281001=×=w ｋＪ燃气在余热锅炉中吸热为 72112=−=w q ｋＪ 在蒸汽轮机中作功为 92.25%36722=×=w ＫＪ 联合循环的热效率为 %92.5310092.2528=+=t η12-6 有人建议利用来自海洋的甲烷气体来发电，甲烷气作为燃气蒸汽联合循环的燃料。
《工程热力学》课件
空调技术
空调系统的运行与热力学密切相关。制冷和 制热循环的原理、空调系统的能效分析以及 室内空气品质的保障等方面均需要热力学的
支持。
热力发电与动力工程
热力发电
热力学在热力发电领域的应用主要体现在锅炉、汽轮机和燃气轮机等设备的能效分析和 优化上。通过热力学原理，提高发电效率并降低污染物排放。
动力工程
热力学与材料科学的关系
材料科学主要研究材料的组成、结构、性质以及应用，而热力学为材料科学提供了材料制备、性能优 化和失效分析的理论基础。
在材料制备过程中，热力学可以帮助人们了解和控制材料的相变、结晶和熔融等过程，优化材料的性能 。
在材料性能优化方面，热力学为材料科学家提供了理论指导，帮助人们理解材料的热稳定性、抗氧化性 等性能，从而改进材料的制备工艺和应用范围。
热力学与其他学科的联系
热力学与物理学的关系
热力学与物理学在研究能量转换和传递方面有 密切联系。物理学中的热学部分为热力学提供 了基本概念和原理，如温度、热量、熵等。
热力学的基本定律，如热力学第一定律和第二 定律，是物理学中能量守恒和转换定律的具体 应用。
物理学中的气体动理论和分子运动论为热力学 提供了微观层面的解释，帮助人们理解热现象 的本质。
高效热能转换与利用技术
高效热能转换技术
随着能源需求的不断增加，高效热能转换与利用技术 成为研究的重点。例如，高效燃气轮机、超临界蒸汽 轮机等高效热能转换设备的研发和应用，能够提高能 源利用效率和减少污染物排放。
热能利用技术
除了高效热能转换技术外，热能利用技术的进步也是工 程热力学领域的重要发展方向。例如，热电转换技术、 热光转换技术等新型热能利用技术，为能源的可持续利 用提供了新的解决方案。
工程热力学课件 (13)
− h1
=1 ηC , s
h2 − h1
燃气轮机装置实际循环热效率：
ηt
=
w/ net q1
=
wT/ − wC/ h3 − h2/
14
带回热的燃气轮机装置循环
回热目的：提高燃气轮机装置效率 什么是回热？
15
极限回热的情况
从压气机出来的空气在回热器中被加热到等于 燃气轮机的排气温度，即T5=T4；燃气轮机的 排气也被冷却到压气机的出口温度，即 T6=T2
6
1
燃气轮机装置理想循环的热效率
循环中工质的吸热量为：
q1 = cp (T3 − T2 )
工质对外界放出的热量为：
q2 = cp (T4 − T1 )
循环的热效率为：
ηt
=1−
q2 q1
= 1− T4 − T1 T3 − T2
7
燃气轮机装置理想循环的热效率
根据
κ −1Βιβλιοθήκη T2 T1=⎛ ⎜
⎝
p2 p1
进入压气机入口，构成闭式循环。
3
4
燃气轮机装置理想循环的四个过程
1）绝热压缩过程（压气机）； 2）定压加热过程（燃烧室）； 3）绝热膨胀过程（燃气轮机）； 4）定压放热过程（环境大气）。
5
燃气轮机装置理想循环—布雷顿循环
1-2：绝热压缩过程（压气机） 2-3：定压加热过程（燃烧室） 3-4：绝热膨胀过程（燃气轮机） 4-1：定压放热过程（环境大气）
第12章 气体动力装置循环
12-1 燃气轮机装置理想循环 12-2 燃气轮机装置实际循环 12-3 燃气-蒸汽联合循环 12-4 整体煤气化联合循环（IGCC） 12-5 活塞式内燃机循环
12-6 分布式能源系统
工程热力学全部课件pptx
与外界没有物质和能量交 换的系统。
孤立系统
封闭系统
开放系统
热力学基本定律
热力学第零定律
如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡状态，那么这两个系统也必定处于热平衡状态。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持 不变。
热力学第二定律
热力学循环
由一系列热力学过程组成的闭合路径，如卡诺循环、布雷顿循环 等。
02 热力学第一定律
能量守恒原理
1
能量不能自发地产生或消失，只能从一种形式转 换为另一种形式。
2
在一个孤立系统中，总能量始终保持不变。
3
能量转换过程中，各种形式的能量在数量上保持 平衡。
热力学第一定律表达式
Q = ΔU + W
其中，Δ(mv^2)/2表示系 统动能的变化量；
开口系统能量方程可表示 为：Q = ΔU + Δ(mv^2)/2 + Δ(mgh) + Δ(mΦ)。
Δ(mgh)表示系统势能的 变化量；
03 热力学第二定律
热力学第二定律表述
不可能从单一热源取热，使之完全转 换为有用的功而不产生其他影响。
热力学系统内的不可逆过程总是朝着 熵增加的方向进行。
具有加和性
理想气体基本过程
01
等温过程
温度保持不变的过程，如等温膨胀 和等温压缩
等容过程
体积保持不变的过程，如等容加热 和等容冷却
03
02
等压过程
压力保持不变的过程，如等压加热 和等压冷却
绝热过程
系统与外界没有热量交换的过程， 如绝热膨胀和绝热压缩
04
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( A2 A2 f )h2 ( t w 2 t f 2 )
tw2 t f 2 1 A2h2
定义肋面总效率： ＝( A ＋A f ) / A2 2 2
A2 h2 ( t w 2 t f 2 )
定义肋侧总面积： A 2＝A ＋A 2 2
当h1/h2=3~5时，选较小的低肋 当h1/h2 >10时，选较大的高肋
复合换热
对流换热与辐射换热同时存在的换热过程称为复合 换热
r 辐射换热表面传热系数hr： hr At t w f
式中r为辐射换热量
复合换热的表面传热系数为: h=hc+ hr
总换热量：
c r hc A( t w t f ) hr A( t w t fR 2 Rh 2
tf1 tf 2 d d 1 1 1 1 ln 2 ln 3 d1h1 21 d1 22 d 2 d3h2
例题
例题12－1 热电厂中有一水平放置的蒸汽管道，内径d1，壁厚 1，导热系数为1，外包厚度2的保温层，保温材料的导热系 数为2。管内蒸汽温度tf1，管内表面传热系数h1，保温层外表 面复合传热系数h2，周围空气的温度t已知。试计算单位长度 蒸汽管道的散热损失l及管道外壁面与周围环境辐射换热的表 面传热系数hr2。 求解思路： 2、管道外壁面与周围环境辐射换热的表面传热系数hr2 复合换热的表面传热系数为: h2=hc2+ hr2 如何求得管道外壁面的对流换热表面传热系数hc2？ 对流换热类型？定性温度？特征数关联式？Nu hc2
§12－1传热过程
肋化系数
肋化系数的影响因素：
A2 A1
增加肋高，可加大，但增加肋高，会降低肋片效 率，不利于传热 减小肋间距，使肋片加密，也会加大 ，但肋间 距过密，会增大肋间流体的流动的阻力，不利于 传热。
因此应合理的选择肋高和肋间距，使1/ h2 和传热系数k1具有最佳值
hc hr A( t w t f ) hA( t w t f )
例题
例题12－1 热电厂中有一水平放置的蒸汽管道，内径d1，壁厚 1，导热系数为1，外包厚度2的保温层，保温材料的导热系 数为2。管内蒸汽温度tf1，管内表面传热系数h1，保温层外表 面复合传热系数h2，周围空气的温度t已知。试计算单位长度 蒸汽管道的散热损失l及管道外壁面与周围环境辐射换热的表 面传热系数hr2。 求解思路： 1、计算单位长度蒸汽管道的散热损失l ——通过两层圆管的 传热过程
§12-2 换热器
对数平均温差
做以下假设：
1、两侧流体的热容量qmcp沿换热面 保持常数； 2、总传热系数沿换热面为常数； 3、换热器没有散热损失，即热流体 的放热恰好等于冷流体的吸热；
4、忽略换热器壁面沿流动方向的轴向导热，也不考虑进出口 的动能和位能的变化
§12-2 换热器
对数平均温差
§12-2 换热器
管程：流体从换热器的一端封头 流进管内，在另一端的封头流出， 称为流经一个管程。
壳程：流体从换热器壳体的一个 接口流进壳体，从另一个接口流 出壳体，称作流经一个壳程。
§12-2 换热器
间壁式换热器中的流动形式
换热器的传热计算
设计计算
§12-2 换热器
根据给定的换热条件和要求，设计新的换热器——确定
i 1 n
t f1 t f 2 Rk
Ak t f 1 t f 2 Akt
传热系数：
k 1
n 1 1 i h1 i 1 i h2
通过圆管的传热过程： 对于通过单层圆管的传热过程：
t f 1 t w1 t f 1 t w1 d1lh1 ( t f 1 t w1 ) 1 Rh1 d1lh1
换热器的型式、结构及换热面积。
校核计算
对已有的换热器进行核算——判断其能否满足换热要求。
换热器的传统计算有两种方法：
平均温差法和效能——传热单元数法
§12-2 换热器
换热器的传热平均温差 Akt
平均温差t m , Akt m
t 1 '、t1 "分别表示热流体的进出口 温度 t 2 '、t2 "分别表示冷流体的进出口温度 对于顺流换热器，进出口两端的传热温差分别为： t ' = t 1 ' - t 2 ' 、 t " = t1 " - t2 " 对于逆流换热器，进出口两端的传热温差分别为： t ' = t1 " - t 2 ' 、 t " = t 1 ' - t2 "
§12－1传热过程
通过肋壁的传热过程
通过肋壁的传热热流量为： 1 1 A1h1 A1 A2h2
A1 A2h2 1 t f1 t f 2 1 h2
t f1 t f 2
可改写为：
A1
1
h1
t f1 t f 2 A 1
h1
A1k1 (t f 1 t f 2 ) A1k1t
临界绝缘直径
二层圆管的稳态传热过程：
§12－1传热过程
Rk Rh1 R1 R 2 Rh 2
1 d1lh1 dx d2 1 ln ln 21l d1 2x l d 2 1 1 d x lh2
总热阻Rk取得极小值时的保温 层外径称为临界绝缘直径，用 dc表示
tw1 tw 2 t t w1 w 2 d 1 R ln 2 2 l d1
tw2 t f 2 tw2 t f 2 1 Rh 2 d 2 lh2
§12－1传热过程
d 2 lh2 ( t w 2 t f 2 )
稳态时：
t f1 t f 2 Rh1 R Rh 2
℃
例题
例题12－2 如图所示，单程双管式换热器的热流体进出口温度 分别为482.2℃和315.5℃，冷流体的入口和出口温度分别是 48.9℃和260℃。试确定顺流和逆流布置时的对数平均温差各 等于多少？
讨论：顺流时 逆流时
§12-2 换热器
用来实现热量从热流体传递到冷流体的装置
称为换热器
按工作原理，换热器可分为：
混合式
蓄热式
间壁式
§12-2 换热器
几种典型的间壁式换热器
管壳式换热器 间壁式换热器的主要形式 肋片管式换热器 适用于管内液体 和管外气体之间的换热，且两侧表面传热系数 相差较大的场合 板式换热器 传热系数高，阻力相对较小，结构紧凑，使用灵活性大，拆装 清洗方便。 板翅式换热器 结构紧凑、单位体积的换热面积大；但清洗困难，不易检修 螺旋板式换热器 结构与制造工艺简单，价格低廉，流通阻力小；不易清洗，承 压能力低
式中k1称为以光壁表面积为基准的传热系数
k1 1 1 h1 1 h2
A2 称为肋化系数 A1
加肋后的对 流换热热阻
§12－1传热过程
通过肋壁的传热过程
工程上常采用肋侧表面积为基准的 传热系数k2计算传热量
A2 k2 t
式中： k2 1
h1
1
h2
1 d2 1 d2 d2 1 ln d1 h1 2 d1 h2
称为以圆管外壁面为基准计 算的传热系数
通过圆管的传热过程： 对于通过多层圆管的传热过程：
t f1 t f 2 Rh1 Ri Rh 2
i 1 n
§12－1传热过程
tf1 tf 2 n di 1 1 1 1 ln d1lh1 i 1 2i l di d n 1lh2
例题
例题12－2 如图所示，单程双管式换热器的热流体进出口温度 分别为482.2℃和315.5℃，冷流体的入口和出口温度分别是 48.9℃和260℃。试确定顺流和逆流布置时的对数平均温差各 等于多少？ 解：顺流时
t1 t2 t1 t2 tm ln t1 t2 t1 t2 482.2-48.9 315.5 260 183.84 = ln 482.2-48.9 315.5 260
逆流时
℃
t1 t2 t1 t2 tm ln t1 t2 t1 t2 315.5 48.9 482.2-260 243.73 = ln 315.5 48.9 482.2-260
换热器的传热平均温差
t max 、 tmin分别表示 t ' 、 t "
中的最大值和最小值，则平均温差可 表示为：
t max t min t m t ln max t min
对数平均温差
t max / tmin2时，可采用算术平均温差： 偏差小于4%
t max t min t m 2
t tf1 tw1 h1
h2 tw2 tf2
Ak t f 1 t f 2 Ak t
式中k——传热系数，W/(m2.K)
k 1 1 h1 h2 1
0
tf1
x
tw2
Rh1
tw1
R
Rh2 tf2
§12－1传热过程
通过无内热源的多层平壁的传热过程：
t f1 t f 2 Rh1 Ri Rh 2
§12-2 换热器
顺流换热器与逆流换热器
逆流换热器有可能出现冷、热流体 热容量恰巧相等的情况，则它们各 自的温升、温降也必定相等。这时 平均温差等于任意一端的温差 在冷、热流体进、出口温度相同 的情况下，逆流的平均温差最大， 顺流的平均温差最小。
顺流时冷流体的出口温度t2 总是低于热流体的出口温度 t1 ， 而逆流时， t2 却可以大于 t1 ，因此从强化传热的角度出发， 换热器应当尽量布置成逆流。 但逆流的缺点是热流体和冷流体的最高温度和最低温度分别集中在 换热器的两端，使换热器的温度分布乃至热应力分布极不均匀，不 利于换热器的安全运行，尤其对高温换热器，这种情况应避免。
tw2 t f 2 1 A2h2
定义肋面总效率： ＝( A ＋A f ) / A2 2 2
A2 h2 ( t w 2 t f 2 )
定义肋侧总面积： A 2＝A ＋A 2 2
当h1/h2=3~5时，选较小的低肋 当h1/h2 >10时，选较大的高肋
复合换热
对流换热与辐射换热同时存在的换热过程称为复合 换热
r 辐射换热表面传热系数hr： hr At t w f
式中r为辐射换热量
复合换热的表面传热系数为: h=hc+ hr
总换热量：
c r hc A( t w t f ) hr A( t w t fR 2 Rh 2
tf1 tf 2 d d 1 1 1 1 ln 2 ln 3 d1h1 21 d1 22 d 2 d3h2
例题
例题12－1 热电厂中有一水平放置的蒸汽管道，内径d1，壁厚 1，导热系数为1，外包厚度2的保温层，保温材料的导热系 数为2。管内蒸汽温度tf1，管内表面传热系数h1，保温层外表 面复合传热系数h2，周围空气的温度t已知。试计算单位长度 蒸汽管道的散热损失l及管道外壁面与周围环境辐射换热的表 面传热系数hr2。 求解思路： 2、管道外壁面与周围环境辐射换热的表面传热系数hr2 复合换热的表面传热系数为: h2=hc2+ hr2 如何求得管道外壁面的对流换热表面传热系数hc2？ 对流换热类型？定性温度？特征数关联式？Nu hc2
§12－1传热过程
肋化系数
肋化系数的影响因素：
A2 A1
增加肋高，可加大，但增加肋高，会降低肋片效 率，不利于传热 减小肋间距，使肋片加密，也会加大 ，但肋间 距过密，会增大肋间流体的流动的阻力，不利于 传热。
因此应合理的选择肋高和肋间距，使1/ h2 和传热系数k1具有最佳值
hc hr A( t w t f ) hA( t w t f )
例题
例题12－1 热电厂中有一水平放置的蒸汽管道，内径d1，壁厚 1，导热系数为1，外包厚度2的保温层，保温材料的导热系 数为2。管内蒸汽温度tf1，管内表面传热系数h1，保温层外表 面复合传热系数h2，周围空气的温度t已知。试计算单位长度 蒸汽管道的散热损失l及管道外壁面与周围环境辐射换热的表 面传热系数hr2。 求解思路： 1、计算单位长度蒸汽管道的散热损失l ——通过两层圆管的 传热过程
§12-2 换热器
对数平均温差
做以下假设：
1、两侧流体的热容量qmcp沿换热面 保持常数； 2、总传热系数沿换热面为常数； 3、换热器没有散热损失，即热流体 的放热恰好等于冷流体的吸热；
4、忽略换热器壁面沿流动方向的轴向导热，也不考虑进出口 的动能和位能的变化
§12-2 换热器
对数平均温差
§12-2 换热器
管程：流体从换热器的一端封头 流进管内，在另一端的封头流出， 称为流经一个管程。
壳程：流体从换热器壳体的一个 接口流进壳体，从另一个接口流 出壳体，称作流经一个壳程。
§12-2 换热器
间壁式换热器中的流动形式
换热器的传热计算
设计计算
§12-2 换热器
根据给定的换热条件和要求，设计新的换热器——确定
i 1 n
t f1 t f 2 Rk
Ak t f 1 t f 2 Akt
传热系数：
k 1
n 1 1 i h1 i 1 i h2
通过圆管的传热过程： 对于通过单层圆管的传热过程：
t f 1 t w1 t f 1 t w1 d1lh1 ( t f 1 t w1 ) 1 Rh1 d1lh1
换热器的型式、结构及换热面积。
校核计算
对已有的换热器进行核算——判断其能否满足换热要求。
换热器的传统计算有两种方法：
平均温差法和效能——传热单元数法
§12-2 换热器
换热器的传热平均温差 Akt
平均温差t m , Akt m
t 1 '、t1 "分别表示热流体的进出口 温度 t 2 '、t2 "分别表示冷流体的进出口温度 对于顺流换热器，进出口两端的传热温差分别为： t ' = t 1 ' - t 2 ' 、 t " = t1 " - t2 " 对于逆流换热器，进出口两端的传热温差分别为： t ' = t1 " - t 2 ' 、 t " = t 1 ' - t2 "
§12－1传热过程
通过肋壁的传热过程
通过肋壁的传热热流量为： 1 1 A1h1 A1 A2h2
A1 A2h2 1 t f1 t f 2 1 h2
t f1 t f 2
可改写为：
A1
1
h1
t f1 t f 2 A 1
h1
A1k1 (t f 1 t f 2 ) A1k1t
临界绝缘直径
二层圆管的稳态传热过程：
§12－1传热过程
Rk Rh1 R1 R 2 Rh 2
1 d1lh1 dx d2 1 ln ln 21l d1 2x l d 2 1 1 d x lh2
总热阻Rk取得极小值时的保温 层外径称为临界绝缘直径，用 dc表示
tw1 tw 2 t t w1 w 2 d 1 R ln 2 2 l d1
tw2 t f 2 tw2 t f 2 1 Rh 2 d 2 lh2
§12－1传热过程
d 2 lh2 ( t w 2 t f 2 )
稳态时：
t f1 t f 2 Rh1 R Rh 2
℃
例题
例题12－2 如图所示，单程双管式换热器的热流体进出口温度 分别为482.2℃和315.5℃，冷流体的入口和出口温度分别是 48.9℃和260℃。试确定顺流和逆流布置时的对数平均温差各 等于多少？
讨论：顺流时 逆流时
§12-2 换热器
用来实现热量从热流体传递到冷流体的装置
称为换热器
按工作原理，换热器可分为：
混合式
蓄热式
间壁式
§12-2 换热器
几种典型的间壁式换热器
管壳式换热器 间壁式换热器的主要形式 肋片管式换热器 适用于管内液体 和管外气体之间的换热，且两侧表面传热系数 相差较大的场合 板式换热器 传热系数高，阻力相对较小，结构紧凑，使用灵活性大，拆装 清洗方便。 板翅式换热器 结构紧凑、单位体积的换热面积大；但清洗困难，不易检修 螺旋板式换热器 结构与制造工艺简单，价格低廉，流通阻力小；不易清洗，承 压能力低
式中k1称为以光壁表面积为基准的传热系数
k1 1 1 h1 1 h2
A2 称为肋化系数 A1
加肋后的对 流换热热阻
§12－1传热过程
通过肋壁的传热过程
工程上常采用肋侧表面积为基准的 传热系数k2计算传热量
A2 k2 t
式中： k2 1
h1
1
h2
1 d2 1 d2 d2 1 ln d1 h1 2 d1 h2
称为以圆管外壁面为基准计 算的传热系数
通过圆管的传热过程： 对于通过多层圆管的传热过程：
t f1 t f 2 Rh1 Ri Rh 2
i 1 n
§12－1传热过程
tf1 tf 2 n di 1 1 1 1 ln d1lh1 i 1 2i l di d n 1lh2
例题
例题12－2 如图所示，单程双管式换热器的热流体进出口温度 分别为482.2℃和315.5℃，冷流体的入口和出口温度分别是 48.9℃和260℃。试确定顺流和逆流布置时的对数平均温差各 等于多少？ 解：顺流时
t1 t2 t1 t2 tm ln t1 t2 t1 t2 482.2-48.9 315.5 260 183.84 = ln 482.2-48.9 315.5 260
逆流时
℃
t1 t2 t1 t2 tm ln t1 t2 t1 t2 315.5 48.9 482.2-260 243.73 = ln 315.5 48.9 482.2-260
换热器的传热平均温差
t max 、 tmin分别表示 t ' 、 t "
中的最大值和最小值，则平均温差可 表示为：
t max t min t m t ln max t min
对数平均温差
t max / tmin2时，可采用算术平均温差： 偏差小于4%
t max t min t m 2
t tf1 tw1 h1
h2 tw2 tf2
Ak t f 1 t f 2 Ak t
式中k——传热系数，W/(m2.K)
k 1 1 h1 h2 1
0
tf1
x
tw2
Rh1
tw1
R
Rh2 tf2
§12－1传热过程
通过无内热源的多层平壁的传热过程：
t f1 t f 2 Rh1 Ri Rh 2
§12-2 换热器
顺流换热器与逆流换热器
逆流换热器有可能出现冷、热流体 热容量恰巧相等的情况，则它们各 自的温升、温降也必定相等。这时 平均温差等于任意一端的温差 在冷、热流体进、出口温度相同 的情况下，逆流的平均温差最大， 顺流的平均温差最小。
顺流时冷流体的出口温度t2 总是低于热流体的出口温度 t1 ， 而逆流时， t2 却可以大于 t1 ，因此从强化传热的角度出发， 换热器应当尽量布置成逆流。 但逆流的缺点是热流体和冷流体的最高温度和最低温度分别集中在 换热器的两端，使换热器的温度分布乃至热应力分布极不均匀，不 利于换热器的安全运行，尤其对高温换热器，这种情况应避免。