第1章 工程热力学基础

合集下载

热能与动力工程专业英语第1,2,3,4,7,8,9章译文

热能与动力工程专业英语第1,2,3,4,7,8,9章译文

第一章热科学基础1.1工程热力学基础热力学是一门研究能量储存、转换及传递的科学。

能量以内能(与温度有关)、动能(由物体运动引起)、势能(由高度引起)和化学能(与化学组成相关)的形式储存。

不同形式的能量可以相互转化,而且能量在边界上可以以热和功的形式进行传递。

在热力学中,我们将推导有关能量转化和传递与物性参数,如温度、压强及密度等关系间的方程。

因此,在热力学中,物质及其性质变得非常重要。

许多热力学方程都是建立在实验观察的基础之上,而且这些实验观察的结果已被整理成数学表达式或定律的形式。

其中,热力学第一定律和第二定律应用最为广泛。

1.1.1热力系统和控制体热力系统是一包围在某一封闭边界内的具有固定质量的物质。

系统边界通常是比较明显的(如气缸内气体的固定边界)。

然而,系统边界也可以是假想的(如一定质量的流体流经泵时不断变形的边界)。

系统之外的所有物质和空间统称外界或环境。

热力学主要研究系统与外界或系统与系统之间的相互作用。

系统通过在边界上进行能量传递,从而与外界进行相互作用,但在边界上没有质量交换。

当系统与外界间没有能量交换时,这样的系统称为孤立系统。

在许多情况下,当我们只关心空间中有物质流进或流出的某个特定体积时,分析可以得到简化。

这样的特定体积称为控制体。

例如泵、透平、充气或放气的气球都是控制体的例子。

包含控制体的表面称为控制表面。

因此,对于具体的问题,我们必须确定是选取系统作为研究对象有利还是选取控制体作为研究对象有利。

如果边界上有质量交换,则选取控制体有利;反之,则应选取系统作为研究对象。

1.1.2平衡、过程和循环对于某一参考系统,假设系统内各点温度完全相同。

当物质内部各点的特性参数均相同且不随时间变化时,则称系统处于热力学平衡状态。

当系统边界某部分的温度突然上升时,则系统内的温度将自发地重新分布,直至处处相同。

当系统从一个平衡状态转变为另一个平衡状态时,系统所经历的一系列由中间状态组成的变化历程称为过程。

工程热力学热力学基础知识

工程热力学热力学基础知识

热 源
Q1
热 机
Q2
W0
冷 源
5
二、热力系
1.热力系定义:
热力系:人为划分的热力学研究对象。
(简称系统)
外界:系统外与之相关的一切其他物质。
边界:系统与外界的分界面。
6
2.热力系分类:
根据系统与外界之间的质量和能量交换情况分
按系统与外界的物质交换情况分:
1)闭口系:与外界无质量交换(控制质量) 2)开口系:与外界有质量交换(控制容积)
32
2.热量的符号与单位 热量:用Q表示,国际单位制中,热量 的单位是焦(耳),用J表示。工程上常 用千焦(kJ)表示, 1kJ=1000J 比热量:1kg气体与外界交换的热量,用 q表示,单位为J/kg。(q=Q/m)

33
3. 热量的计算 既然可逆过程中体积的变化是作功的标志, 那么在可逆传热过程中也应该存在某一状态 参数可用来作为热量传递的标志。我们就定 义这个新的状态参数为“熵”,以符号S表示, 而且这个参数具有下列性质: 熵的定义式:微元可逆过程中,dS=Q/T,单 位:kJ/k或J/k 比熵:s=S/m, 则ds=q/T,单位:kJ/(kg.k) 或J/(kg.k)
对于简单可压缩系统(指由气态工质组成,与外界 只有热和功交换的热力系),只需两个独立的状态 参数,便可确定它的平衡状态(由状态定理)。 例如:在工质的基本状态参数 p、v、T中,只要其 中任意两个确定,另一个也随之确定,如p=f(v,T), 表示成隐函数形式为:f(p,v,T)=0。
20
3、参数坐标图
火电厂为什么采用水蒸气作为工质?
3
3.高温热源:不断向工质提供热能的物体(热
源)。如电厂锅炉中的高温烟气。

发动机原理期末复习题1

发动机原理期末复习题1

一、单选题第一章工程热力学基础1、与外界无质量交换的系统称之为。

A. 绝热系统B. 闭口系统C. 开口系统D. 孤立系统3、与外界无热量交换的系统称之为A. 绝热系统B. 闭口系统C. 开口系统D. 孤立系统3、与外界即无质量也无热量交换的系统称之为A. 绝热系统B. 闭口系统C. 开口系统D. 孤立系统4、用来描述气体热力状态的物理量是A. 膨胀功B. 容积功C. 内能 D. 热量5、热力系统的各参量中,属于过程量的是A. 压力B. 熵C. 内能 D. 热量6、热力系统的基本状态参数包括A. 压力、内能和温度B. 内能、熵和比容C. 压力、熵和温度 D. 压力、比容和温度7、理想气体是指A. 气体分子本身占有一定体积,分子之间无相互作用力。

B. 气体分子本身不占有体积,分子之间无相互作用力。

C. 气体分子本身不占有体积,分子之间有相互作用力。

D. 气体分子本身占有一定体积,分子之间有相互作用力。

8、对于理想气体,内能是的单值函数。

A. 压力B. 熵C. 温度 D. 比容9、热力系统规定A. 热力系统对外界做功为正,传出热力系统的热量为负值。

B. 热力系统对外界做功为负,传入热力系统的热量为负值。

C. 外界对热力系统做功为正,传入热力系统的热量为正值。

D. 外界对热力系统做功为负,传出热力系统的热量为正值。

10、下列描述正确的是A. 比容ν的变化量标志着有无做功,温度T的变化量标志着有无传热。

B. 压力P的变化量标志着有无做功,温度T的变化量标志着有无传热。

C. 压力P的变化量标志着有无做功,熵s的变化量标志着有无传热。

D. 比容ν的变化量标志着有无做功,熵s的变化量标志着有无传热。

11、是热力系统与外界之间依靠温差来传递的能量形式。

A. 内能B. 热量C. 动能D. 功12、一个热力过程,熵s的变化量大于零,标志着:。

A. 系统对外界做功B. 外界对系统做功C. 系统吸热 D. 系统放热13、关于内能的说法,哪一个不正确?。

工程热力学和传热学和流体力学初级

工程热力学和传热学和流体力学初级
功和热量是过程量,不仅与初、终状态参数有关, 还与过程有关。
13
2.状态参数分类
强度量 尺度量
压力、温度 比容、热力学能(内能)、焓、熵
基本参数 导出参数
压力、温度、比容 热力学能(内能) 、焓、熵
(√)状态参数的变化只与系统的初、终状态有关,而与变 化途径无关。 (×)功也是状态参数,其变化只与系统的初、终状态有关。 (×)热量是状态参数,其变化只与系统的初、终状态有关。
热量多于定容过程吸收热量。
34
第四节 混合气体
工程实际应用的气体通常是混合气体,如空气、 烟气等等。混合气体的性质取决于各组分气体的成 份及热力性质。
混合物的性质与各种混合物的性质以及各组元在整个 混合物中所占的份额有关。
35
一、混合气体分压力和道尔顿分压力定律
分压力是各组成气体在混合气体的温度下单独 占据混合气体的容积时所呈现的压力。
p1v1 p2v2
p1V1 p2V2
2.查理斯定律
对于一定量的理想气体,当比容(或容积)不变时,压
力与绝对温度成反比。
p1 p2 T1 T2
3.给•吕萨克定律
对于一定量的理想气体,当比容(或容积)不变时,压
力与绝对温度成反比。V1 V2 或 v1 v2
T1 T2 T1 T2
26
4.理想气体状态方程的另外一种表示
(√)一切热力系统连同 与之相互作用的外界可 以抽象为孤立系统。
9
第二节 工质及基本状态参数
一、工质(working substance; working medium)
1.定义:实现热能和机械能相互转化,或 传递热能的媒介物质
例如:
电站锅炉的水蒸气 燃烧形成的烟气 气缸中的燃气

1.2工程热力学基础知识

1.2工程热力学基础知识

热力学相关的能量的总和. 热力学相关的能量的总和.
真空
真空
p1 V1
p2 V2
绝热系A
绝热系A
上面图示中的闭口绝热系A 上面图示中的闭口绝热系A中的黄色方块是一团 气体,它从状态1变化到状态2 气体,它从状态1变化到状态2,很显然,按照理 想气体状态方程进行分析,由于气体膨胀对外做 功,我们会得到u 功,我们会得到u1<u2的结论,但是根据能量守恒 定律,工质与外界无能量交换,因此工质的能量 总和应当不变,再经过进一步分析,我们会得到 u1+p1V1=u2+p2V2 即H1=H2的结论.
二,热力学第一定律及其应用
热力学第一定律其实就是能量守恒定律在热力学 领域中的应用,由于热力学领域总是把某一系统 作为研究对象,所以强调的是系统和外部环境的 总的能量守恒. 在对单一热力系统进行分析的时候,系统本身能 量变化 ,系统与外界的功交换 量变化E,系统与外界的功交换W,系统与外 界的热交换 界的热交换Q,还有涉及物质进出系统带来和带 出的能量 出的能量e之间满足下列关系:
(五)热力过程
热力过程: 热力过程:系统从一个状态变化到另外一个状态 的时候经历的所有的中间状态的集合称为热力过 程,简称过程.如果系统经历一系列过程最终又 回到初始状态,则说这些过程构成一个热力循环 回到初始状态,则说这些过程构成一个热力循环. 热力循环. 准静态过程:在一个热力过程中,初始状态和最 准静态过程:在一个热力过程中,初始状态和最 终状态都是平衡态,从初始状态变化到最终状态 说明了原有平衡被打破,然后经历一些列变化最 说明了原有平衡被打破,然后经历一些列变化最 后形成了新的平衡.这个变化不会是一瞬间完成 后形成了新的平衡.这个变化不会是一瞬间完成 的,因此意味着在这两个状态之间,系统经历了 一些列连续的,依次相差为无穷小的平衡状态, 一些列连续的,依次相差为无穷小的平衡状态, 这个过程称为准静态过程.例如系统原来的状态 用参数表示为(A,B,C,D,E,F),最终状态表示为 用参数表示为(A,B,C,D,E,F),最终状态表示为 (A',B',C',D',E',F'),如果该过程是准静态过程, ,B',C',D',E',F' 那么6 那么6个参数的变化全部是连续的,如果表示在状 态参数坐标图上,有关6 态参数坐标图上,有关6个参数的曲线全部应当是 连续的.

工程热力学基础

工程热力学基础

主要内容
1. 2.
3.
4. 5.
基本概念及定义 热力学第一定律 气体的热力过程 热力学第二定律 发动机理论循环(教材1.1)
第一节
一、热力学系统
基本概念及定义
热力学系统(热力系统、热力系、系统)——人为选定的某些 确定的物质或某个确定空间中的物质 。
工质—— 用以实现热功转换的工作物质。 外界—系统之外与系统能量转换过程有关的一切其他物质。 边界—分割系统与外界的界面。
δq du δw
q1 2 (u2 u1 ) w1 2
正、负号规定:系统吸热为正,放热为负;系统对外作 功为正,外界对系统作功为负。 上式既适用于准静态过程,也适用于非准静态过程。
q1 2 (u2 u1 ) w1 2
闭口系统能量方程式说明:闭口系统在热力过程 中从外界接受的热量,一部分用于增加系统的热 力学能,另一部分用于对外界作功。 闭口系统能量方程式的应用:定容过程的加热量 或放热量的计算;发动机压缩、燃烧、膨胀过程 能量计算等。
⑵热力过程性质
热量是过程量。比热容与热力过程有关。 定容过程的比热容称为比定容热容cv , 定压过程的比热容称为比定压热容cp .
设比热比 k= cp / cv . k又称绝热指数。
⑶加热时工质的状态
比热容是随着温度的升高而增大的。 c a0 a1T a2T 2 a3T 3 1)真实比热容 考虑温度对比热容的影响 q1 2 t2 2)平均比热容 cm t 1 t2 t1 考虑温度对比热容的影响 3)定值比热容 不考虑温度对比热容的影响,把比热容作为常量。
六、工质的比热容
1、定义: 1kg物质温度升高1K(或1℃)所需的热量。 2、影响比热容的因素 ⑴物量单位

第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论 (2)解读

第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论 (2)解读
则ηt提高。
汽油机:点火后传播燃烧且无论负荷大小,火焰传 播距离不变。当负荷下降时,燃烧速度降低,燃烧
时间加长。这相当于λ下降而 上升,则ηt降低。
发动机工作循环
第二节内燃机的实际循环
1、进气过程 图a) 2、压缩过程 图b) 3、燃烧过程 图c) 4、膨胀过程 图c) 5、排气过程 图d)
发动机工作循环
每缸每循环所做的指示功:Wi

piVh

pi
D2
4
S 103
性能指标及热计算
指示功率为:
Pi
Wi
n 60
发动机工作循环
多变指数和平均多变压缩指数: 实际计算中n1取代n1’ ,试验测定n1大致范围是:
压缩终点的压力和温度的数值范围:
发动机工作循环
(3)燃烧过程 作用:将燃料的化学能转变为热能,使工质温度 、压力升高,为膨胀创造条件 汽油机:在上止点点燃,容积变化小,燃烧快, 温度压力上升快,接近等容燃烧。 柴油机:燃烧开始接近等容燃烧,随后燃烧速率 放慢,气缸容积增大,压力升高减缓,接近等压 燃烧
好坏,是从示功图测量计算得出的。
动力性指标:指示功、指示功率、平均指示压力。 经济性指标:指示热效率、指示燃油消耗率
发动机性能指标:动力性能指标(功率、转矩、转 速),经济性能指标(燃料和润滑油的消耗), 运转性能指标(冷起动性能、噪声、排气品质)
性能指标及热计算
一、 指示功和平均指示压力 指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用
排气温度常用作检查发动机工作状态的技术指 标。其值偏高,说明热功转换效率低工作过程不 良,及时检修。
发动机工作循环
三、引起实际循环热损失 的因素
1、工质的影响

《工程热力学》第一章 基本概念

《工程热力学》第一章  基本概念

9
1.3.1、基本术语-状态、状态参数
1、状态:工质在热力变化过程中某一瞬间所呈现的宏观 物理状况称状态
2、状态参数:表示状态特征的物理量称为状态参数
状态与状态参数是一一对应的
3、状态参数特点
数学特征为点函数: 微元变化的微增量具全微分性质
4、热力学基本状态参数为三个:比容、压力、 温度
10
1.3.2、基本状态参数--比容及密度
C 1 2 B B A
16
1-4
平衡状态、状态方程式、坐标图
1.4.1 平衡状态与非平衡态 平衡状态:系统在不受外界影响的条件下, 如果宏观热力性质不随时间而变化,系统 内、外同时建立了热平衡、力平衡(及 化学平衡),此时系统所处状态为平衡态 非平衡态: 系统与外界,系统内部各部分间 存在能量传递及相对位移,状态将随时间 变化,称系统处于非平衡态

受逐渐变化的压力作用下的活塞的移动过程 发生系统状态变化 (力作用)(NEXT)
受变化的恒温热源缓慢加热的活塞系统发生 系统状态变化(热的作用) (NEXT)

26
P3 P2
P1
工质 工 质
工质
受逐渐变化压力作用下的活塞移动过程发生系 统状态变化(P、V、T变化) (力作用)
27
工质
工质
工质
热源T
31
1-6
过程功与热量
1.6.1 功的定义: 1、功的力学定义: 将物体间通过力的作用而传递的能量称为功并 定义:功等于力F与物体在力作用方向上的位移X 的乘积(点积) dW = F ·dX 2、功的热力学定义: 热力学系统和外界通过边界而传递的能量, 其效果可表现为举起重物
区别:功与系统动能、重力位能等“储存能”变化传递 的机械能的本质区别

热工基础第一章

热工基础第一章
工质在体积膨胀时所 作的功称为膨胀功。
符号:W
单位:J 或 kJ 对于微元可逆过程,
W pAdx pdV
对于可逆过程1~2:
W pdV
1
2
40
单位质量工质所作的膨胀功用符号 w 表 示,单位为J/kg 或 kJ/kg。
w pdv
膨胀:dv > 0 , w > 0 压缩:dv < 0 , w < 0 (2) 示功图(p-v图) w 的大小可以 pv 图上的过程曲线下 面的面积来表示 。 功是过程量而不 是状态量。
常用温标
绝对K 373.15 摄氏℃ 100 水沸点 37.8 华氏F 212
273.16 273.15
发烧 100 0.01水三相点 0 冰熔点 32
-17.8 -273.15
盐水熔点 0
-459.67
0温标的换算Fra bibliotekT [ K ] t [ C ] 273.15
O
5 t[ C ] (t[ F ] 32) 9
固定、活动 真实、虚构
热力系统:
在工程热力学中,通常选取一定的工质或 空间作为研究的对象,称之为热力系统,简 称系统。系统以外的物体称为外界或环境。 系统与外界之间的分界面称为边界。 (1)闭口系统 与外界无物质交 换的系统。系统的质 量始终保持恒定,也 称为控制质量系统。
闭口 系统
边界
外界
10
(2)开口系统 与外界有物质交 换的系统。系统的容 积始终保持不变,也 称为控制容积系统。
p f (v, T ) F p, v, T 0
T f ( p, v) pv RT
35
(3)状态参数坐标图
以独立状态参数为坐标的坐标图。 在以两个独立状态参数为坐标的平面 坐标图上,每一点都代表一个平衡状态。

工程热力学(讲义)

工程热力学(讲义)

1 课程学习1.1 热力学基本定律1.1.1 热力学基本概念及定义第一节热力系热力系:由界面包围着的作为研究对象的物体的总和。

按热力系与外界进行物质交换的情况可将热力系分为:闭口系(或闭系)--与外界无物质交换,为控制质量(c.m.);开口系(或开系)--与外界之间有物质交换,把研究对象规划在一定的空间范围内,称控制容积(c.v.)。

按热力系与外界进行能量交换的情况将热力系分为:简单热力系--与外界只交换热量及一种形式的准静功;绝热系--与外界无热交换;孤立系--与外界既无能量交换又无物质交换。

按热力系内部状况将热力系分为:单元系--只包含一种化学成分的物质;多元系--包含两种以上化学成分的物质;均匀系--热力系各部分具有相同的性质;均匀系--热力系各部分具有不同的性质。

工程热力学中讨论的热力系:简单可压缩系--热力系与外界只有准静功的交换,且由压缩流体构成。

第二节热力系的描述热力系的状态、平衡状态及状态参数*热力系的状态:热力系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。

在热力学中我们一般取设备中的流体工质作为研究对象,这时热力系的状态即是指气体所呈现的物理状况。

*平衡状态:在没有外界影响的条件下系统的各部分在长时间内不发生任何变化的状态。

处于平衡状态的热力系各处的温度、压力等参数是均匀一致的。

而温差是驱动热流的不平衡势,温差的消失是系统建立平衡的必要条件。

对于一个状态可以自由变化的热力系而言,如果系统内或系统与外界之间的一切不平衡势都不存在,则热力系的一切可见宏观变化均将停止,此时热力系所处的状态即是平衡状态。

各种不平衡势的消失是系统建立起平衡状态的必要条件。

*状态参数:用来描述热力系平衡态的物理量。

处于平衡态的热力系其状态参数具有确定的值,而非平衡热力系的状态参数是不确定的。

状态参数的特性描述热力系状态的物理量可分为两类:强度量和尺度量(1)强度量与系统中所含物质无关,在热力系中任一点具有确定的数值的物理量。

大管轮轮机基础 辅机部分 题库

大管轮轮机基础 辅机部分 题库

大管轮轮机基础辅机部分题库大管轮轮机基础辅机部分题库第一部分工程热力学(21分)第01章工程热力学的基本概念(3%)1.将热能转化为机械能的设备称为:A、柴油机B、汽轮机C、热机D和蒸汽机2.把热量转化为功的媒介物称为______。

a、电源B.热源C.质量源D.工作介质3.把热能转化为机械能,通过______的膨胀来实现。

a、高温气体B.工作介质C.液体D.a、B和C不正确4.作为工作介质,应具有良好的。

a.流动性/多变性b.膨胀性/多变性c.膨胀性/分离性d.膨胀性/流动性5.蒸汽动力装置的工作介质必须具有良好的性能。

a.膨胀b.耐高温c.纯净d.导热6.工质必须具有良好的膨胀性和流动性,常用工质有:a.氟里昂b.润滑油c.水d.天然气7.燃气轮机动力装置的做功工质是:a、燃气蒸汽氧气水内燃机动力装置的工作介质是。

a、气体B.蒸汽C.燃料D.水9.封闭系统指的是________________。

a.与外界没有物质交换b.与外界没有热量交换c.与外界既没有物质交换也没有热量交换d.与外界没有功的交换10.开口系统是指______的系统。

a、与外部世界的物质交换b.与外部世界的热交换C.与外部世界的物质交换而不进行热交换D.与外部世界的有功功率交换11 _____________;必须与外部世界进行能量交换。

a、绝热系统b、孤立系统c、封闭系统d、开口系统12._____与外界肯定没有质量交换,但可能有热量交换。

a、隔热系统B、隔离系统C、封闭系统D、开放系统13以下哪个系统与外界没有质量交换,但可能有热交换?a.绝热系统b.孤立系统c.封闭系统d.开口系统14.与外界没有质量交换的系统是______,同时它也可能是______。

a、开放系统/隔离系统B.开放系统/绝缘系统C.封闭系统/隔离系统D.绝缘系统/隔离系统15.与外界进行质量交换的系统是开放系统。

同时,也可能是:a.封闭系统b.绝热系统c.孤立系统d.b+c16.蒸汽压缩制冷系统是______。

第一章 工程热力学基础知识

第一章  工程热力学基础知识

s2
s
a)P-v 图
1. 熵的定义:熵的增量等于系统在可逆过程中交 换的热量除以传热时绝对温度所得的比值。
ds dq / T
2. 熵的性质 1)熵是一个状态参数; 2)只有在平衡状态下,熵才有确定值; 3)与内能和焓一样,通常只求熵的变化量,而不 必求熵的绝对值; 4)熵是可加性的量; 5)在可逆过程中,从熵的变化中可判断热量的传 递方向; 6)熵是判据,判断自然界一切自发过程实现的可 行性。
系统吸热 热量为正 热量为负
系统放热
过程量
3. 内能
工质的内能:工质内部所具有的各种能量的总称。 对于理想气体:内能是温度的单值函数 ,工质的内能 是一个状态参数 。 1kg工质的内能: u mkg工质的内能: U
U mu
二、封闭系统能量方程式
已知: 1kg工质封闭在气缸内 进行一个可逆过程的 膨胀作功。
Q2 Q1
二、热力学第二定律的几种表达
根据长期制造热机的经验总结出:为了 连续的获得机械能,必须有两个热源,热机
t 100 % 工作时,从高温热源取得热量,把其中一部 根据长期制造制冷机的经验总结出: 表述: 分转变为机械能,而另一部分传给低温热源, 不管利用什么机器,都不可能不付代价的 这是实现热功转换的必要条件。 1)不可能创造出只从热源吸热作功而不向冷源放热 实现把热量由低温物体转移到高温物体。
的热机。
2)热量不可能自发地从冷物体转移到热物体。
三、卡诺循环与卡诺定理
1. 卡诺循环
1)卡诺循环的组成
工作于两个热源间的,由两个定温过程和两个
绝热过程所组成的可逆正向循环。
2)卡诺循环的热效率
tc
w0 q1 1 q2 q1 1 T2 T1

第一章(工程热力学基础)

第一章(工程热力学基础)

五、热力过程
热力过程是指热力系统从一个状态向另一个状态 变化时所经历的全部状态总合。 热力系统从一个平衡(均匀)状态连续经历一系 列(无数个)平衡的中间状态过度到另一个平衡状态, 这样的过程称为内平衡过程;否则便是内不平衡过程。
在热力学中,常用两个彼此独立的状态参数 构成坐标图。例如,以p为纵坐标,V为横坐标组 成的坐标图(简称压容图)来进行热力学分析。 图中a、b两点分别代表p、V的两个独立的状态参 数所确定的两个平衡状态。曲线代表一个内平衡 过程。
1)压力p
气体对单位面积容器壁所施加的垂直作用力称为 压力p。压力单位为Pa,工程上亦常用kPa和MPa。也 被记做N/㎡。 P=F/A 式中,P为压力;F为垂直作用力;A为面积。 根据上式计算的压力是气体的真正压力,也成为 绝对压力P。
气体的压力一般用压力计测得。由于压力计在侧 压力时处于大气环境中,故只测得绝对压力和当地大 气压力Pb的差值,即相对压力。 当气体的绝对压力高于大气压力时,压力表测的 相对压力又称表压力Pg。 P= Pb + Pg 当气体的绝对压力低于大气压力时,压力表测的 相对压力又称真空度Pv。 P= Pb – Pv
可逆过程的特点: 只有无摩擦、无温差传热的平衡过程才有可逆性,即可逆过 程就是无摩擦、无温差的内平衡过程。 可逆过程是没有任何损失的理想过程,实际的热力过程既不 可能是绝对的平衡过程,又不可能避免的会有摩擦。因此,可逆 过程是实际过程的理想极限。后面章节讨论的主要是针对可逆过 程。
第二节 热力学第一定律
热力系统中的一些能量形式: 一、功、热量和内能: 1.工质的膨胀功W: 2.热量Q: 热量是两物体间通过微观的分子运动发生相互作用而 传递的能量。按习惯,规定外界加给系统的热量为正,而系 统放给外界的热量为负。热量Q和功W的单位都是焦耳 (J)。 3.工质的内能:

第一章 工程热力学基础知识

第一章 工程热力学基础知识
(三)工质的内能
1.工质内部所具有的总能量。
第1章 工程热力学基础知识
1.2 热力学第一定律
分子热运动的动能,是T的函数。 内能
分子间的吸引作用的位能,是v的函数。
理想气体分子间无吸引力,无位能。
内能是温度的单值函数。
第1章 工程热力学基础知识
1.2 热力学第一定律
定 容 加
内能为状态参 热 数。只与工质的 初、终状态有关, 与工质由状态1变 化到状态2所经历 的过程无关。
第1章 工程热力学基础知识 1.1 热工转换的基础知识
三、热力过程及其功量
p
(一)热力系统和热力过程
热力系统:某宏观尺寸范围内的工质
作为研究对象,称为热力系统。
v
热力过程:工质由某一状态变化到另 一个状态所经历的全部过程的总和。
(二)热力过程的功量(示功图) 工质由上止点膨胀到下止点,此过程的功量。
式中:a、b、c是常数。 相应于每一温度下的比热容称为真实比热容。
第1章 工程热力学基础知识 1.1 热工转换的基础知识
C a bt ct2
C a bt ct2
气体由t1升到t2所需的热量:
q12
t2 t1
Cdt

面积12t2t1
常用的状态参数:压力 p ;温度T ;比
体积v ;内能U ;焓 H;熵S 。 基本状态参数 :压力 p;温度 T;比体积 v。
第1章 工程热力学基础知识 1.1 热工转换的基础知识
(一) 压力p 1. 单位面积上所作用的垂直力称为压力p。
2 .单位:Pa,1 Pa=1N/m2 ,工程上常用kPa与Mpa。
第1章 工程热力学基础知识
第三节 气体的热力过程

第1章 工程热力学基础

第1章 工程热力学基础
44
喷管出口流速计算:
根据稳定流动开口系统能量方程:
1 2 q h c gz ws 2
简化得到:
c2 2(h1 h2 ) c12
喷管出口流速c2 ,取决于喷管入口压力p1与喷管 出口环境压力pb(背压)之比; 进出口压力之比越大,喷管出口流速越高。
45
喷管是一种能量转换部件,通过截面的变化把 系统的储存能变成动能(提高流速)。
第1章 工程热力学基础
1-1 热能与机械能的转换过程 1-2 基本概念 1-3 热力学基本定律 1-4 热力过程与热力循环 1-5 热力学的工程应用
1
1-1 热能与机械能的转换过程
一、工程热力学
定义:工程热力学是研究热能与机械能的转换规律、 条件、方法,以及工程应用的一门学科。 燃料能源的利用方式: 燃料(化学能) →热能 →机械能 →电能
与热力学能相关的能量传递和转化过程,都 具有方向性,如传热、自由膨胀等。 自发过程:能够自动进行,不需要附加条件; 非自发过程:自发过程的反方向过程,需要在 一定的附加条件才能进行;
热力学第二定律研究内容: 研究能量传递和转换的方向、条件与转换限度。为非自发过程。 在制冷循环中,通过消耗机械能,实现热量从低温 热源传导高温热源。消耗机械能就是附加条件。 能量转换分析:
热力学能组成:
内动能+内位能、化学能、原子能…..(内能)
一般不涉及化学、原子反应时: U= Uk+Up
比热力学能u:单位质量工质的热力学能:
u=U/m,kJ/kg
内动能Uk:主要取决于系统温度T; 内位能Up:主要取决于系统压力p。
25
(五)焓H
概念:流体的热力学能与推动功之和,kJ;

工程热力学热力学基础知识

工程热力学热力学基础知识
28
2、功的符号和单位
功的符号:用W表示 功的单位:1)国际单位中,J(焦耳)或kJ(千焦) 1J=1N.m 2)电力工程中常用kWh作为功的单位;
1kWh=3600kJ 装机容量为300MW的汽轮发电机组连续工作一 天的发电量是多少kWh? 比功:1kg气体与外界交换的功称为比功,用w表 示,单位用J/kg或kJ/kg。(w=W/m)
解:根据p=pb+pg,则蒸汽的绝对压力为
p=750×133.3十18.2×l06=18.3×106(Pa)=18.3MPa
说明:在火力发电厂的设备型号中,通常有表示压
力的参数;在不同设备型号中,其含义不尽相同。
18
1-3 平衡状态和热力过程
一、平衡状态、状态方程和参数坐标图
1、平衡状态
(1)定义:系统在不受外界影响的条件下,系统内 工质的宏观热力性质不随时间而变化的状态。
定其基准点和分度方法,常用的有两种温标: 摄氏温标(t,℃) : 划分100等份 纯水在1atm下,
冰点 0℃
沸点 100℃
热力学温标(绝对温标/开尔文温标)(T, K): 以水的三相点为基准点,并规定为273.16 K。
相互关系:基准点不同,但分度一样,即∆t=∆T
T= t +273.15 K
15
3.比体积(比容) 比体积v:单位质量工质所占有的体积。
v=V/m ρ=m/V

(单位: m3/kg) (单位: kg/m3)
密度ρ:单位体积内工质的质量。
相互关系:ρv=1 物理意义:二者均反映物质内部分子聚集的疏
密程度,即分子间平均距离的大小。
16
例题分析
例1-1 如图所示,用水银压力计测 量凝汽器的压力,已知测压计 读数为706mmHg,当地大气压 pb=98.07kPa,求凝汽器内蒸汽 的绝对压力。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

绪论一、2002年我国能源状况:•一次能源消费量为14.8亿吨标准煤,为世界第二大能源消费国•一次能源产量为13.87亿吨标准煤Ø煤炭产量13.8亿吨,居世界第1位Ø原油1.67亿吨,居世界第5位Ø天然气产量326.6亿立方米,居世界第16位•发电装机容量3.57亿千瓦,居世界第2位二、世界能源发展趋势:•目前全世界能源总消费量约为130亿吨标准煤,化石能源占80%以上•工业国家能源消费经历由煤炭向优质能源(石油、天然气)转变,再进一步向可再生能源过渡•为实现可持续发展,欧洲、日本等正大力发展风电、太阳能、生物质能等可再生能源,每年增长率达30%以上•人均能源消费量与人均GDP的增长有很强的相关性•从世界范围看,人均GDP达1万美元(中等发达国家水平)以前,人均能源消费量增长较快,其值约为4吨标煤,其后增长变缓•在人均GDP达1万美元阶段,日本人均能源消费量为4.25吨标煤 (1980年),韩国为4.07吨标煤(1997年),而美国为8吨标煤 (1960年)三、未来我国能源需求预测:•2020年,我国一次能源需求值在25~33亿吨标煤之间,均值是29亿吨标煤Ø煤炭:21~29亿吨Ø石油:4.5~6.1亿吨Ø天然气:1400~1600亿立方米Ø发电装机容量:8.6~9.5亿千瓦,其中水电2.0~2.4亿千瓦•2050年要达到目前中等发达国家水平,人均能源消耗应达3.0吨标煤以上,能源需求总量约为50亿吨标煤四、我国能源面临的矛盾与挑战:1、能源供需矛盾突出•我国人均能源可采储量远低于世界平均水平,石油2.60吨,天然气1074立方米,煤炭90吨,分别为世界平均值的11.1%,4.3%,55.4%•我国目前人均能源消费约为1吨标煤,世界平均值为2.1吨标煤,美国11.7吨标煤,OECD 国家6.8吨标煤•到2050年,我国能源供应将面临更为严峻挑战,国内常规能源难以满足需求的增长2、能源安全,尤其是石油安全问题凸现•到2020年,我国石油消费量将为4.5~6.1亿吨,届时国内石油产量为1.8~2.0亿吨,对外依存度将达60% •我国煤炭资源丰富,但探明程度低,可供建矿的精查储量严重不足3、能源利用效率低下,节能任务十分艰巨•我国能源效率约为31.4%,与先进国家相差10个百分点,主要工业产品单位能耗比先进国家高出30%以上•目前,我国正面临着重化工业新一轮增长,国际制造业转移以及城市化进程加速的新情况,经济发展对能源的依赖度增大,能源翻一番保GDP翻两番的任务艰巨4、环境污染严重,可持续发展面临较大压力•从环境容量看,二氧化硫为1620万吨,氮氧化物为1880万吨,到2020年,如不采取措施,两者的排放量将分别达到4000万吨和3500万吨•我国CO2的排放量已成为世界第2位,未来将面临巨大的国际压力五、我国能源发展战略:我国应以保障供应为主线,实施“节能优先、供应安全、结构优化、环境友好”的可持续发展能源战略。

远近结合、分阶段部署,争取用三个15年,初步实现我国能源可持续发展的目标第一章、工程热力学基础一、工程热力学的任务及基本概念(一)工程热力学的主要任务1、基本定义•热力发电厂:利用各种热能转换为电能的企业•火电厂:热力发电厂中使用化石燃料的电厂•火电厂中的能量转换:–通过燃烧将燃料化学能转化为烟气的热能(炉内)–烟气热能以辐射对流等方式加热水为蒸汽(锅内)–蒸汽在汽缸各级内将热能转化为转子动能(汽机)–凝汽器凝水经水泵升压加热器升温至锅炉(回热)•涉及热力学原理、传热原理、热力设备工作原理•热力学:研究热现象规律的科学•工程热力学:研究热能与机械能转换的科学2、工程热力学的应用及其发展•工程热力学研究以提高热能利用率为核心:–热力机械、低温制冷、空气分离、采暖通风–航空航天、海水淡化、超导传递、化学精炼•工程热力学的研究方法:–现象或者经典热力学–统计热力学•工程热力学的发展:–同物理学、化学、生命科学等学科交叉渗透3、能量转换面临的三个问题•热能与机械能相互转换间的数量关系:–热能与机械能的转换是否存在定量?–不耗能而输出功的第一类永动机是否现实?•热能与机械能相互转换间的质量关系:–热能与机械能是否存在质量上的差异?–冷却单一热源作功的第二类永动机是否现实?•工质的热力性质如何影响热与功的转换:–理想气体(空气或者烟气)–实际工质(水和水蒸汽工质)4、工程热力学的理论支柱•热力学第一定律:–热能与机械能相互转换存在守恒关系!–第一类永动机是不现实的!•热力学第二定律:–能量的不等价表现为转换方向与限度的差异!–第二类永动机是不现实的!•工质的热力学性质:–理想气体的状态方程与典型热力过程–水蒸汽的热力学性质方程与典型热力过程(二)基本概念1、热力系·热力系的定义: -为分析问题方便而人为分离出来的研究对象-其边界可真实可虚构;可以固定亦可涨缩·热力系的种类:流动系:热力系与外界有物质交换及能量交换封闭系:热力系与外界无物质交换有能量交换绝热系:热力系与外界有物质交换无能量交换孤立系:热力系与外界无物质交换无能量交换2、工质、工质的状态与状态参数·工质的定义:工质是参与热功转换的媒介物质;热功转换完成后工质本身并无变化·工质的状态:工质在某瞬间的物理特性·工质的状态参数:描述状态的物理量定义为状态参数;状态参数与与达到该状态的路径无关·基本状态参数:物理意义明确且易于测量的状态参数(三)基本状态参数及其测量1、温度及其测量·基本定义:表示物体冷热程度的物理量·单位:绝对温度T是SI单位制的基本单位,单位为K摄氏温度t 是日常计量单位,单位为℃上述温度的相互关系为: T=t+273.15·温度测量:利用物体的物理或者化学性质与温度相关性水银温度计、热电阻温度计、热电偶温度计半导体温度计、辐射式温度计2、压力及其测量·基本定义:单位面积上受到的垂直作用力·单位:压力用符号p 表示;基本单位为N/m2;符号Pa单位液柱高:1mmHg=133.322 (Pa);工程大气压:1kgf/cm2=9.8067 104 (Pa) ·压力测量:压阻式、压磁式、压电式与力平衡式压力计·大气压力、表压力(真空)与绝对压力:当绝对压力高于大气压力时:p=pb+pg当绝对压力低于大气压力时:p=pb-pv二、热力学第一定律(一)热力学第一定律表达式•本质:–是能量转换与守恒定律在工程热力学中的应用–没有一种机器可以不消耗能量而连续作功•表述:–热功可以相互转换,而且在数量上守恒•封闭系热力学第一定律的数学表达式:–能量平衡:Q-AW=E2-E1–式中:Q为热量;W为功量;E=E k+E p+u–对于封闭热力系:Q-AW=u2-u1–对单位工质微小变化:dq=du+pdv(二)内能、功量和热量•内能:各种微观能量的总和为内能;其中内动能与温度有关而内势能取决与比容•功与压容图:微分功量为:dw=p3dv;压力是作功的推动力;比容变化是作功的标志•热与温熵图:–微分热量为:dq=T3ds 由此定义:ds=dq/T–温度是传热的推动力;比熵变化是传热的标志–实际上热量需要由其他的定义式计算三、理想气体的性质及其主要热力过程(一)理想气体的性质·理想气体的定义与意义:理想气体假设其分子不占体积,分子间无作用该模型的引入具有三个方面的意义·状态方程(基本状态参数之间的关系):p3v=R3T (R为气体常数)对同种气体,无论在什么状态,R恒为常数·通用气体常数:同温同压下,不同气体的比容不同,故R不同根据阿付加德罗定律,摩尔质量的容积相等通用气体常数:Rm=m3R3103 =8.3143 (m分子量)(二)理想气体的其他状态参数·气体比热:定义:c=dq/dT 据此有:dq=c3dT种类、单位、过程和温度区间是影响c的因素·理想气体内能(用第一定律分析定容过程)第一定律:dq v=c v dT=du 则:du=c v dT·理想气体比焓(用第一定律分析定压过程)第一定律:dq p=c P dT=dh 则:dh=c p dT·理想气体比熵:熵定义:ds=dq/T=(du+pdv)/T=(c v dT+pdv)/T(三)理想气体的定容过程 •定容过程方程:v =const •状态方程:p/T=R/v=const •过程膨胀功:dw=pdv=0•过程吸热量:dq=du+pdv=du=cvdT•熵增:ds=cvdT/T 在温熵图上为对数曲线 •定容过程在压容图上垂直于比容坐标轴 (五)理想气体的定温过程 •定温过程方程:T =const •状态方程:p 3v=R 3T=const •过程膨胀功:dw=pdv=R 3T 3dv/v •内能du=cvdT=0;比焓dh=cpdT=0 •过程吸热量:dq=du+pdv=dw=R 3T 3dv/v •定温过程在温熵图上垂直于温度坐标轴 •定温过程在压容图上为双曲线 ★定熵过程方程的推导:•由焓的定义:h=u+pv 即dh=du+pdv+vdp •第一定律为:dq=du+pdv=dh-vdp •绝热过程中:dq =0•由上式得:cvdT=-pdv 以及cpdT=vdp •两式相除:cp/cv=k=-vdp/pdv •分离变量得:dp/p=-kdv/v •两边积分整理得:pvk=const (四)理想气体的定压过程 •定压过程方程:p =const •状态方程:v/T=R/p=const•过程膨胀功:dw=pdv w=p 3(v2-v1) •过程吸热量:dq=cpdT•熵增:ds=cpdT/T 在温熵图上为对数曲线 •定压过程在压容图上垂直于压力坐标轴 六)理想气体的定熵过程•定熵过程方程:pvk =const (k 为绝热指数) •状态方程:pv=RT•过程膨胀功:dw=pdv=(p2v2-p1v1)/(1-k)=… •内能du=cvdT ;比焓dh=cpdT •过程吸热量:dq=Tds=0•定熵过程在温熵图上垂直于比熵坐标轴 •定熵过程在压容图上为不等边高次双曲线 (七)理想气体的多变过程•定熵过程方程:pvn =const (n 为多变指数) •状态方程:pv=RT•过程膨胀功:dw=pdv=(p2v2-p1v1)/(1-n)=… •内能du=cvdT ;比焓dh=cpdT•过程吸热量:dq=cvdT-R 3(T2-T1)/(n-1)=… •多变过程在温熵图上为一簇曲线 •多变过程在压容图上也为一簇曲线四、稳定流动能量方程及其分析 (一)稳定流动能量方程 1、流动热力系2、热力系内工质储能变化•热力系内工质储能为E =Ek +EP +U•进口处单位工质储能e1=ek1+ep1+u1 –宏观动能:ek1=(c1)2 /2–宏观势能:ep1=g3(z1)•进口处单位工质储能e2=ek2+ep2+u2 –宏观动能:ek2=(c2)2 /2–宏观势能:ep2=g3(z2)•储能变化:△e = △ek + △ep + △u 3、维持系统流动的推动功•流动系的特点: –包含工质进出(与外界有物质交换)–工质进出系统需要额外消耗推动功•工质进出系统的推动功: –工质进入系统,外界作功p1v1,克服流动阻力–工质离开系统,系统作功p2v2,克服流动阻力•维持流动系统付出的推动功–出口与进口的耗功差△(pv)= p2v2-p1v14、系统进出能量(热量与功量)•进出系统的热量:–系统与外界交换的热量为Q–加入系统的热量为正,反之为负•进出系统的功量:–在流动系中的功量称为轴功–轴功伴随能量形式的变化而不同于膨胀功–系统对外作功为正,反之为负5、稳定流动能量方程•流动系稳定流动能量方程: q=△e+wi+△(pv)•稳定流动能量方程的意义:–对稳定流动系中的工质加热,产生以下效果–可以改变工质的储能–可以转化为轴功输出–可以获得工质流动的推动功(二)稳定流动能量方程分析1、状态参数焓•状态参数焓的定义:h=u+pv;焓的微分表达:dh=du+pdv+vdp•状态参数焓的意义:–焓定义为内能与推动功之和–焓在流动系的能量转换分析中具有重要作用–焓用以表达直接取决于工质状态的能量–单位质量的焓为比焓2、技术功•技术功的意义:–定义技术功是宏观动能、宏观势能与轴功和–是稳定流动能量方程中与机械功相关的能量–技术功是流动系输出的技术上可利用的能量•技术功的表达式:–定义式:wt=△(c2)/2+g△z+wi–由稳定流动能量方程:wt=q-△u-△(pv)–技术功以压力变化为标志:wt =-v △p3膨胀功•膨胀功的意义与特点:–膨胀功是封闭系输出的功量–膨胀功由热能直接转换,无其他能量形式变化–膨胀功是热能转换为机械能的根本途径•膨胀功的表达式:–定义式:w=∫pdv–由封闭系的能量方程: w=q-△u4、稳定流动能量方程的第二种微分表达式•稳定流动能量方程:–原型:q=△(c2) /2+g△z+△u+△(pv)+wi–变形:q-△u =△(c2) /2+g△z+△(pv)+wi–代入:q-△u= p△v (第一微分表达式)–整理:wt=△(c2) /2+g△z+wi=-v △p–转化:q=△(u+pv) + wt =△h-v△p–结论:dq=dh-vdp (第二微分表达式)•源自热能的机械能恒等于膨胀功;流动系中膨胀功等价于技术功与推动功之和5、膨胀功与技术功的关系•相同点:技术功是流动系的作功形式,但源自膨胀功;是热力系对外输出的机械能,具有相同单位•相异点:(1)膨胀功对应封闭系,技术功对应流动系;(2)数值不等:膨胀功是pv图中压力曲线与比容轴间面积技术功是pv图中压力曲线与压力轴间面积(3)形式不同:膨胀功是工质热能直接转化为机械能技术功是工质热能转为工质动能,再转为轴的机械能五、水蒸汽的性质及其主要热力过程(一)水蒸汽的定压形成及相图1、水蒸汽的定压形成过程(课本图1-13,27页)2、水和水蒸汽的状态变化•未饱和水(a1)状态: 未饱和水受热后,温度升高,比容略增•饱和水(a’)湿蒸汽(ax)与饱和汽(a”)状态:–当温度升高至饱和温度,水始沸腾,为饱和水–饱和水加热,温度不变,汽量增加,比容增加–继续加热使水全变为汽,温度不变,为饱和汽•过热蒸汽(a2)状态:饱和蒸汽受热后,温度升高,比容增加3、水蒸汽相图的分析•相图中的一点:临界点(CR)•相图中的两线:饱和水线(x=0)与饱和汽线(x=1)•相图中的三区:(未饱和)水区、饱和区、(过热)汽区•水蒸汽的五态:未饱和水、饱和水、湿蒸汽、饱和汽、过热汽(二)水蒸汽性质图表及其应用1、水蒸汽性质图表简介•使用水蒸汽图表的目的:查取或计算水蒸汽的相关状态参数•未饱和水与过热汽的性质:–未饱和水与过热汽需要两个独立的状态参数–未饱和水与过热汽图表以压力和温度为自变量•饱和水与饱和汽的性质:–饱和水与饱和汽仅需要一个独立状态参数–饱和水与饱和汽图表分别使用压力或温度排列•湿蒸汽的性质:使用包含湿度在内的两个独立参数2、水蒸汽图表应用(一)•未饱和水与过热蒸汽的状态参数: h=f(p,t);s=f(p,t);v=f(p,t)•饱和水与饱和汽的状态参数:–饱和压力与温度:ps=f(ts);ts=f(ps)–饱和水(压力):h’=f(ps); s’=f(ps); v’=f(ps);–饱和汽(压力):h”=f(ps); s”=f(ps);v”=f(ps);–饱和水(温度):h’=f( ts); s’=f( ts); v’=f( ts);–饱和汽(温度):h”=f( ts); s”=f( ts);v”=f( ts);3、水蒸汽图表应用(二)•湿蒸汽的干度:X =饱和蒸汽质量/总质量•湿蒸汽的状态参数:–湿蒸汽焓:hx=h’+X×(h”-h’);–湿蒸汽熵:sx=s’+ X ×(s”-s’);–湿蒸汽比容: vx=v’+ X ×(v”-v’);•已知压力p与焓hx,求湿蒸汽熵sx:–由压力p,查表计算h’、h”、s’和s”–计算干度: X =(hx-h’)/(h”-h’)–计算湿蒸汽熵:sx=s’+ X ×(s”-s’)(三)水蒸汽的性质及其主要热力过程1、水蒸汽性质的数值计算•水蒸汽是实际气体,其性质以实验为基础•通过实验获得水蒸汽性质的骨架表•根据骨架表实验数据整理计算模型•数值计算的发展历史:–50年代,采用骨架表数据各国发展独立标准–60年代,国际公式化委员会提出国际标准–70年代,根据需要,拟合小范围高精度模型–90年代,国际水和水蒸汽性质协会推新标准2、法模型与通用计算•拟合模型:根据骨架表数据,拟合公式供分析使用;典型的全苏热工所模型,哈汽厂模型等•标准模型:国际公式化委员会IFC67模型;国际水和水蒸汽性质协会IAPWS模型•通用计算:实现多变量组合的通用;实现跨区域计算的通用(四)水蒸汽的典型热力过程1、定压流动换热过程•过程特点:–轴功:wi=0–动能:ek ≈0–势能:ep ≈0•能量平衡:–方程:q=△h=h2-h1•意义:–加热可使工质焓升高–使用焓升可计算热量–此式适于各换热设备2、绝热流动作功过程•过程特点:–热量:q =0–动能:ek ≈0–势能:ep ≈0•能量平衡:–方程:wi=h1-h2•意义:–作功表现为工质焓降–利用焓降可计算功量–此式适于各作功设备3、通过喷嘴的绝热流动•过程特点:–热量:q =0–轴功:wi=0–势能:ep =0•能量平衡方程:ek =h1-h2•意义:–工质热能可变为动能–使用焓降可计算速度4、热节流过程•过程特点:–热量:q =0–轴功:wi=0–动能:ek=0–势能:ep=0•能量平衡方程: h1=h2•意义:–绝热过程中焓值相等六、热力学第二定律(一)热力学第二定律的本质与表述•本质:–阐明了热力过程进行的方向性及其限度;–为提高能量转换的效率奠定了基础•表述:–只冷却单一热源不可能实现连续循环作功;–热能无法自发或无代价地由低温传向高温•意义:–热变功是有条件和有限度的,两者不等价;–热转变为功的条件是使用高低温两个热源;–热转变为功的极限是理想卡诺循环的效率(二)卡诺循环的组成•循环:持续热变功需要工质状态循环变化•卡诺循环:两等温过程与两等熵过程组成•吸热过程:工质从高温热源等温吸热qb •作功过程:高温工质经等熵膨胀作功wt•放热过程:工质向低温热源等温放热qc •压缩过程:低温工质经等熵过程升压wp•卡诺循环的特点:–等温吸放热过程及等熵胀缩过程是理想化的;–与工质的种类及热力系的特点无关(三)卡诺循环过程P—V图T—S图(四)卡诺循环效率•卡诺循环的能量平衡:–微分表达:dq=dh-vdp –循环积分:qb-qc=wn=wt-wp•循环效率:–定义:ηt=wn / qb=1- qc / qb•卡诺循环效率:–循环吸热量:qb=Tb△s –循环放热量:qc=Tc△s–循环热效率:ηt=1- qc / qb=1-Tc / Tb(五)卡诺循环效率的分析1、分析:–卡诺效率取决于两个热源温度与工质无关;–高低温热源温度相等,卡诺循环效率为0–卡诺循环效率恒低于100%–提高高温热源温度可以提高卡诺循环效率;–降低低温热源温度可以提高卡诺循环效率2、卡诺循环的意义:–卡诺循环效率在理论上确定了热变功的条件–卡诺循环效率在理论上确定了热变功的限度–卡诺循环效率在理论上指明提高效率的途径(六)卡诺定理•卡诺定理:在两恒温热源间工作的热机效率低于可逆热机•推论:在两恒温热源间可逆热机同效率且与工质无关;在两恒温热源间不可逆热机效率小于可逆热机•意义:–热变功需要高低温两个热源;–在两恒温热源间可逆热机效率即卡诺循环效率–热变功的极限取决于两热源温度的比值;–非恒温热源的分析可以使用平均吸放热温度七、蒸汽动力循环分析(一)朗肯循环的组成•朗肯循环:两等压过程与两等熵过程组成•吸热过程:工质从高温热源等压吸热qb•作功过程:高温工质经等熵膨胀作功wt •放热过程:工质向低温热源等压放热qc•压缩过程:低温工质经等熵过程升压wp•朗肯循环的特点:–锅炉内等压吸收水的预热、汽化及过热热量–高温高压的蒸汽在汽轮机级内膨胀输出轴功–在凝汽器中的等压放热过程等价于等温放热–给水泵对(不可压缩)水工质加压耗功极低(二)朗肯循环过程(三)朗肯循环效率•朗肯循环的能量平衡:qb-qc=wn=wt-wp•循环效率:ηt=wn / qb=1-qc / qb•朗肯循环效率:–单位工质循环吸热量:qb=h0-h3;–单位工质循环放热量:qc=h1-h2 –单位工质循环净功量:wn=(h0-h1)-(h3-h2);–循环效率:ηt=1-qc / qb=f(p0,t0,pc)0.381137 0.373329 0.365905 (h0-hct)/(h0-hwc) effi kJ/kg163.3742 163.3742 163.3742 wat(ts(pc),pc,1) hwc 0.8733570.855044 0.83553 phx(pc,hct) xc kJ/kg 2267.501 2223.383 2176.367 h0-hht*eff_ri hct kJ/kg1295.864 1227.217 1161.6 hht(p0,t0,pc) hht kJ/kg3563.365 3450.599 3337.967 ste(t0,p0,1) h0 kPa 7 7 7 排汽压力 已知 pc ℃550 500 450 主汽温度 已知 t0 MPa 3.5 3.5 3.5 主汽压力 已知p00.4209560.413846 0.365905 (h0-hct)/(h0-hwc) effi kJ/kg163.3742 163.3742 163.3742 wat(ts(pc),pc,1) hwc0.711338 0.737474 0.83553 phx(pc,hct) xc kJ/k g 1877.159 1940.127 2176.367 h0-hht*eff_ri hct kJ/k g1245.892 1254.453 1161.6 hht(p0,t0,pc) hht kJ/k g3123.051 3194.581 3337.967 ste(t0,p0,1) h0 kPa 7 7 7 排汽压力 已知 pc ℃450 450 450 主汽温度 已知 t0 MPa 17 13 3.5 主汽压力 已知p0 (四)朗肯循环效率的分析 1、单位工质循环净功的分析–由于水不可压缩,水的比容很小且几乎不变; –给水泵耗功:wp =h3-h2=v ×(p3-p2)≈0 –循环净功:wn =wt -wp ≈wt =h0-h12、单位工质循环吸放热量:·循环吸热量:qb =h0-h3≈h0-h2; ·循环放热量:qc =h1-h2·循环效率分析:因为:h0=f(p0,t0);h1=f(p0,t0,pc);h2=f(pc);所以:ηt =f (p0,t0,pc )(五)提高火电机组经济性的途径1、 提高初温度:提高初温度提高平均吸热温度并改善循环效率;受金属耐温性能的影响其上升空间有限以中参数电厂为基准,分析主蒸汽温度由450℃到550℃变化对效率的影响2、提高初压力: –在常用范围内提高初压可以提高平均吸热温度–负面影响是进汽比容和排汽干度会下降; –虽受金属耐压性能影响但提升空间较大以中参数电厂为基准,分析主蒸汽温度由3.5MPa 到17.0MPa 变化对效率的影响0.37540.3703080.365905(h0-hct)/(h0-hw c)effikJ/k g137.7707 151.5005 163.3742 wat(ts(pc),pc,1) hwc0.824666 0.830499 0.83553 phx(pc,hct) xc kJ/k g2136.613 2157.994 2176.367 h0-hht*eff_ri hct kJ/k g 1201.355 1179.973 1161.6 hht(p0,t0,pc) hht kJ/k g 3337.967 3337.967 3337.967 ste(t0,p0,1) h0 kPa 567排汽压力 已知 pc ℃ 450 450 450 主汽温度 已知 t0 MPa 3.5 3.5 3.5 主汽压力 已知 p0 3、降低终压力:降低终压可以降低平均放热温度改善循环效率;受制于环境温度、凝汽器传热性能的影响 4、降低终温度以中参数电厂为基准,分析主蒸汽温度由7kPa 到5kPa 变化对效率的影响。

相关文档
最新文档