工程热力学与传热学(第十七讲)11-1、2、3
工程热力学与传热学-§11-4 辐射换热的计算方法
X 1, 2
12
A1Eb1
1
A1
A1
A2
cos1 cos2 r2
dA1dA2
1
A2
A1
A2
cos1 cos2 r2
dA1dA2
可以看出，在上述假设条件下，角系数是几何量，只取
决于两个物体表面的几何形状、大小和相对位置。
（2）角系数的性质
1）相对性（互换性）
2）完整性：
2）代数法： 利用角系数的定义及性质, 通过
代数运算确定角系数。
图(a)、(b)： X1,2 1
A1 X1,2 A2 X 2,1
X 2,1
图(c)
： X1,2
X1,2a
A2a A1
A1 A2
图(d) ：X1,2 X 2,1 1
三个非凹表面构成的封闭空腔
6
§11-4 辐射换热的计算方法
对于黑体表面，=1，表面辐射热阻
为零， J Eb 。
表面辐射热阻网络单元
（2）两个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热
若两个漫灰表面1、2构成封闭空腔,
T1>T2，则表面1净损失、表面2净获得的
热量分别为
1
Eb1 J1
1 1
2
J2 Eb2
12
A11
A2 2
11
§11-4 辐射换热的计算方法
A11 A1 X1,2 A2 2
两表面封闭空腔的 辐射网络 ：
12
§11-4 辐射换热的计算方法
对于两块平行壁面构成的封闭空腔：
A1 A2 A
X1,2 X 2,1 1
12
工程热力学与传热学概念整理
工程热力学与传热学概念整理工程热力学第一章、基本概念1.热力系：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称为热力系（统），建成系统。
热力系以外的物质称为外界；热力系与外界的交界面称为边界。
2.闭口系：热力系与外界无物质交换的系统。
开口系：热力系与外界有物质交换的系统。
绝热系：热力系与外界无热量交换的系统。
孤立系：热力系与外界无任何物质和能量交换的系统3.工质：用来实现能量像话转换的媒介称为工质。
4.状态：热力系在某一瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和非平衡态两种。
5.平衡状态：在没有外界作用的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。
实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）的消失。
6.强度参数：与系统所含工质的数量无关的状态参数。
广延参数：与系统所含工质的数量有关的状态参数。
比参数：单位质量的广延参数具有的强度参数的性质。
基本状态参数：可以用仪器直接测量的参数。
7.压力：单位面积上所承受的垂直作用力。
对于气体，实际上是气体分子运动撞击壁面，在单位面积上所呈现的平均作用力。
8.温度T：温度T是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。
换言之，温度是热力平衡的唯一判据。
9.热力学温标：是建立在热力学第二定律的基础上而不完全依赖测温物质性质的温标。
它采用开尔文作为度量温度的单位，规定水的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。
10状态参数坐标图：对于只有两个独立参数的坐标系，可以任选两个参数组成二维平面坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。
11.热力过程：热力系从一个状态参数向另一个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。
12.热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列状态变化后，又回到原来初始的封闭热力循环过程称为热力循环，简称循环。
13.准平衡过程：由一系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。
《工程热力学与传热学》试题及答案知识讲解
《工程热力学与传热学》试题及答案《工程热力学与传热学》一、填空题（每题2分，计20分）1.如果热力系统与外界之间没有任何形式的能量交换，那么这个热力系统一定是( ）2.理想气体的比热容只与( ）参数有关。
3.若组成热力系统的各部分之间没有热量传递，热力系统将处于热平衡状态。
此时热力系统内部一定不存在( ）。
4.若组成热力系统的各部分之间没有相对位移，热力系统将处于力平衡状态。
此时热力系统内部一定不存在( ）。
5.干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为：( ）。
6.湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于( ）。
7. 再热循环的目的是( ）。
8. 回热循环的主要目的是( ）。
9.热辐射可以不依靠( ），在真空中传播。
10. 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与( ）的过程无关。
二. 判断题（每题1分，计20分）1.孤立系统的热力状态不能发生变化；（）2.孤立系统就是绝热闭口系统；（）3.气体吸热后热力学能一定升高；（）4.只有加热，才能使气体的温度升高；（）5.气体被压缩时一定消耗外功；（）6.封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（）7.流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关；（）8.在闭口热力系中，焓h是由热力学能u和推动功pv两部分组成。
（）9.理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。
（）10.对于确定的理想气体，其定压比热容与定容比热容之比cp/cv的大小与气体的温度无关。
（）11.一切可逆热机的热效率均相同；（）12.不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（）13.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（）14.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变；（）15.不可逆过程的熵变无法计算；（）16.工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（）17.封闭热力系统发生放热过程，系统的熵必然减少。
工程热力学与传热学11)蒸汽压缩制冷循环
(11-13)
qv
h1' h5 v1'
qv
？
(3)理论比功
w0 h2' h1' (4)单位冷凝热 qk qk h2' h4
(5)制冷系数
1'
w0
增加
(11-14)
增加
(h2' h2 ) (h2 h4 )
(11-14)
h h h h
（7）压缩机
在理论循环中，假设压缩过程为等熵过程。 而实际上，整个过程是一个压缩指数 在不断 变化的多方过程。另外，由于压缩机气缸中有 余隙容积的存在，气体经过吸、排气阀及通道 出有热量交换及流动阻力，这些因素都会使压 缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的功率 增大。
p
4
pk
3 0
2 2 s
5
p0
(11-11)
在蒸发温度和冷凝温度相同的条 件下：
制冷系数愈大 (6)压缩终温 经济性愈好
t2
影响到制冷剂的分解和润滑油结炭。
(7)热力完善度
单级压缩蒸气制冷机理论循环的热 力完善度按定义可表示为
0 h1 h4 1 h1 h4 Tk T0 c h2 h1 Tk 1 h2 h1 T0
q0
单位制冷量可按式（11-5）计算。单位制 冷量也可以表示成汽化潜热r0和节流后的干度 x5的关系：
q0 r0 (1 x5 )
(11-6)
由式（11-6）可知，制冷剂的汽化潜热越 大，或节流所形成的蒸气越少（x5越小）则单 位制冷量就越大。
(2)单位容积制冷量
qv
(11-7)
q0 h1 h4 qv v1 v1
工程热力学与传热学第17章
C C0 AC0 为灰体的辐射系数
T 2 C W /m 100
任何物体的辐射力恒小于同温度下黑体的辐射力。
第三节 物体间的辐射换热
一、黑体间的辐射换热
角系数(angle factor) ：表面1发射的辐射能落在表面2上的 百分数，用X1,2表示， X1,2称为表面1对表面2的角系数。 X2,1称为表面2对表面1角系数。 1、2两表面间的辐射换热量Q1,2为
第十七章
辐射换热
本章要点：1。着重掌握热辐射的基本概念 2。着重掌握角系数的基本概念 2。着重掌握热辐射的基本定律 3。着重掌握辐射换热相关分析与基本计算 本章难点：热辐射的基本概念和基本定律的理解和消化
本章主要内容： 第一节 热辐射的基本概念 第二节 热辐射的基本定律 第三节 物体间的辐射换热 第四节 太阳辐射
微波炉是利用远红外线来加热物体的。远红外线可以 穿透塑料、玻璃及陶瓷制品，但却会被像水那样具有极性 分子的物体吸收，在物体内部产生内热源，从而使物体比 较均匀地得到加热。各类食品中的主要成分是水，因而远 红外线加热是一种比较理想的加热手段。
二. 物体的吸收率、反射率和穿透率
当热辐射的能量投射到物体表面上时，和可见光一样， 也发生吸收、反射和穿透现象。如图在外界投射到物体表 Q Q 面上的总能量Q中，一部分 被物体吸收，另一部分 被 Q 物体反射，其余部分 穿透过物体。按照能量守恒定律有 如图7-2所示。
dQ0,dA I 0 dA cosd
0
2
I 0 dA
2
0
d sin cosd
0
2
I 0 dA
E0
dQ0,dA dA
I 0
黑体辐射力等于其定向辐射强度I0的倍。
工程热力学与传热学：11-2 黑体辐射的基本定律
E 0 E d
对黑体辐射： Eb Eb
2. 普朗特定律 1900年，普朗特确定黑体辐射的光谱分布规律。
Eb
C15
C2
e T 1
Eb f (,T )
不同温度下黑体的光谱辐射力随波长的变化：
T一定时， : 0 ~ m ~
11-2-2 维恩位移定律
光谱辐射力为 Ebλ,max时，λｍ和 T 之间的关系。
推导
可得: 并且:
当温度不变时:
dEb 0
d
mT 2.8976 103 2.9103 m K
Eb,max 1.106105T 5 W / m3
举例 计算温度分别为2000K 和5800K的黑体 与Ebλ,max对应的λｍ。
E d 2
1
b
F F b(02 )
b(01 )
其中： Fb(0) 为黑体辐射函数（表11-1）
则波段内黑体辐射力：
Eb(1 2 ) [Fb(02 ) Fb(01 ) ]Eb
11-2-4 兰贝特定律
1. 立体角
A r2
sr 球面度
对整个半球：
A 2r 2 2 sr
对微元立体角：
d
dA r2
s in dd
sr
n θ
dΩ r dA1
立体角定义
dθ dA2
φ dφ
r sind
rd
dA2
2. 定向辐射强度（辐射强度） 物体单位时间单位可见辐射面积单位立体角
内发出的辐射能量。
L( ,) d
n
W /(m2 sr)
dф
dAcosd
工程热力学与传热学(第十七讲)11-1、2、3
工程热力学与传热学(第十七讲)11-1、2、3第十一章蒸汽压缩制冷循环制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境温度，并维持这个低温，称为制冷。
制冷技术广泛应用于生产、科研、生活中。
制冷循环的目的：是将低温热源的热量转移到高温热源。
根据热力学第二定律，为了达到这个目的，必须提供机械能或热能作为代价。
根据所消耗的能量形式不同，一般可将逆循环分为两大类：①消耗机械能的压缩式制冷循环。
包括：空气压缩制冷循环和蒸汽压缩制冷循环。
②消耗热能的制冷循环。
包括：蒸汽喷射式制冷循环和吸收式制冷循环。
本章介绍最常用的蒸汽压缩制冷循环，并分析提高其经济性的途径。
第一节制冷剂及p-h图制冷剂是制冷装置的工质，主要是低沸点物质。
蒸汽压缩制冷装置中的制冷剂主要是氟里昂和液氨。
常用的氟利昂有：氟利昂12（CF2Cl2）、氟利昂22（CHF2Cl）、氟利昂134a （C2H2F4）、氨等。
物理性质见表11-1。
制冷剂在制冷循环中存在汽-液相变，为了计算制冷循环中个过程的能量变化和状态参数，需要查找制冷剂的饱和蒸汽表和过热蒸汽表。
但是，工程上更多的是应用制冷剂的压-焓图（p-h图）进行分析。
p-h图是根据制冷剂蒸汽性质表绘制的。
p-h图是以logp为纵坐标、以h为横坐标建立的半对数坐标图。
如图11-1所示。
说明：①采用logp为坐标，可以使压力从0.001~0.01Mpa，从0.01~0.1Mpa，从0.1~1Mpa所占的坐标高度相同，使低压区图线面积增大，读数更准确。
②因为实际蒸汽压缩制冷循环常用的工作压力范围都远低于临界压力，所以工程上使用的p-h图都没有绘制较高压力部分。
p-h图分析：全图共有六条线、三个区（未饱和液体区、湿蒸汽区、过热蒸汽区）和一个点临界点C）。
（1）等压线：垂直于纵坐标的直线；（2）等焓线：垂直于横坐标的直线；（3）等温线：① 在未饱和液体区内为垂直线。
原因是对饱和液体进行绝热压缩时，耗能极少，焓值基本不变；压力升高，温度也基本不变。
工程热力学与传热学-§11-3 实际物体的辐射特性,基尔霍夫定律
10
6
§11-3 实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律
工程上的热辐射主要位 于0.76 ～ 10 m 的 红 外波长 范围内，绝大多数工程材料 的光谱辐射特性在此波长范 围内变化不大，因此在工程 计算时可以近似地当作灰体 处理。
一些材料对黑体辐射的吸收比 随黑体温度的变化。
7
§11-3 实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律
§11-3 实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律
1. 实际物体的发射特性
发射率（黑度）： E
Eb
发射率反映了物体发射辐射能的能力的大小。
光谱发射率（光谱黑度）：
E Eb
发射率与光谱发射率之间的关系为： 0 Ebd
Eb
对于灰体，＝常数，
0 Ebd
对于漫射体，辐射特性与方向无关，
T T
对于漫射、灰体，辐射特性与波长无关，
T T
8
§11-3 实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律
对于工程上常见的温度范围（T≤2000 K），大部分辐
射能都处于红外波长范围内，绝大多数工程材料都可以近似 为漫发射、灰体，不会引起较大的误差。但在太阳能利用中 就不能简单地将物体当作灰体。这是因为近50%的太阳辐射 位于可见光的波长范围内，而自身热辐射位于红外波长范围 内，由于实际物体的光谱吸收比对投入辐射的波长具有选择 性，所以一般物体对太阳辐射的吸收比与自身辐射的发射率 有较大的差别。
对于漫射体辐射特性与方向无关????tt?????对于漫射灰体辐射特性与波长无关????????????tt???113实际物体的辐射特性基尔霍夫定律9对于工程上常见的温度范围t2000k大部分辐射能都处于红外波长范围内绝大多数工程材料都可以近似为漫发射灰体不会引起较大的误差
《工程热力学》课程简介
1、课程代码
0800793
2、课程名称
计算机辅助设计基础
Basic Principle of Computer-aided Design
3、授课对象
能源动力系统及自动化专业学生
4、学分
2.0
5、修读期
第三学年上学期
6、课程组负责人
于波教授博士；肖惠民讲师博士
7、课程简介
8、实践环节学时与内容或辅助学习活动
9、课程考核
考试
10、指定教材
《火电厂专业英语》、《水能动力工程专业英语》、《流体机械及工程专业英语》
11、参考书目
本专业领域相关英文书刊
12、网上资源
《流体机械原理》课程简介
1、课程代码
0800789
2、课程名称
流体机械原理（流体机械及工程）
Mechanism of Fluid Machinery
《工程热力学》课程简介
1、课程代码
0800874
2、课程名称
工程热力学
Engineering Thermodynamics
3、授课对象
能源动力系统及自动化（热能与动力工程）专业学生
4、学分
3.0
5、修读期
第五学期
6、课程组负责人
杨俊副教授；樊天竟讲师
7、课程简介
工程热力学是热能动力工程专业的一门骨干专业基础课，主要研究热能与机械能之间相互转换的规律，和如何科学地，有效地利用能源，以及实现将热能高效地转变成机械能的方法，该课程的主要内容有热力学第一定律，热力学第二定律，工质热力性质，热力过程豚势和循环的分析方法，能量转的技术等。
12、网上资源
《计算机信息管理基础》课程简介
工程热力学与传热学(第十六讲)10-2(二)、3、4
二、水蒸气的p-v 图和T-s 图在不同压力下对水进行定压加热汽化过程，可在p-v 图和T-s 图上得到一系列定压加热线。
它们全都经历上述五种状态和三个阶段。
如图10-3所示。
图10-3中标有饱和水线、干饱和蒸汽线和临界点。
（1）饱和水线：是各个压力下饱和水状态点的连线，又称下界线，沿此线干度x=0；（2）干饱和蒸汽线：是各个压力下饱和蒸汽状态点的连线，又称上界线，沿此线干度x=1；（3）临界点C ：是饱和水线和干饱和蒸汽线的交点。
图中，饱和水线和干饱和蒸汽线把水和水蒸气分为三个区： （1）未饱和水区：位于饱和水线左侧的一个较狭窄的范围内； （2）湿蒸汽区：位于饱和水线和干饱和蒸汽线之间； （3）过热蒸汽区：位于干饱和蒸汽线的右侧。
由p-v 图看出 ，随着压力升高，由于饱和水比容随压力的升高而略有增加，故饱和水线向右上方倾斜，而干饱和蒸汽比容则随压力的升高而明显减小，故干饱和蒸汽线向左上方倾斜。
即饱和水线比干饱和蒸汽线陡。
由T-s 图看出，随着压力升高，饱和温度升高，比液体热增加，而比汽化潜热随压力的升高而减小。
饱和水的比熵随压力的升高而增加，故饱和水线也向右上方倾斜。
而干饱和蒸汽线的比熵随压力的升高而减小，，故干饱和蒸汽线也向左上方倾斜。
这样随着压力的升高，同压或同温下的饱和水和饱和蒸汽的状态点越来越接p2p 1p pTa b 图和水蒸气的图s T v p ---310近，当压力达到22.115Mpa时，它们重合为一点，即临界点C。
在临界点上汽液两相差异完全消失，汽化过程不再存在，汽液相变将在瞬间完成，比汽化潜热为零。
临界参数：临界点的状态参数称为临界参数。
每种物质有不同的临界点和临界参数。
水的临界参数为：p c=22.115MPa t c=374.120C v c=0.003147m3/kg临界温度是最高的饱和温度，高于临界温度时，液态水是不可能存在的，只能是过热的水蒸气。
当t> t c时，无论压力多大，都不能用单纯压缩的方法使蒸汽液化。
清华大学热工基础课件工程热力学加传热学11第十章-对流换热、单相流体
对流换热愈强烈；
2）密度，kg/m3 3）比热容c，J/(kgK)。 c反映单位体积流体热容量
的大小，其数值愈大，通过对流所转移的热量愈多，对 流换热愈强烈；
4）动力粘度，Pas；运动粘度＝/，m2/s。流体
的粘度影响速度分布与流态，因此影响对流换热；
1
10-1 概述
1. 牛顿冷却公式
= A h( tw－tf ) q = h( tw－tf )
h—整个固体表面的平均 表面传热系数;
tw—固体表面的平均温度; tf —流体温度，对于外部绕流，tf 取远离壁面的流体 主流温度；对于内部流动，tf 取流体的平均温度。
2
对于局部对流换热， qxhxtwtfx
u y
(e) 流体无内热源，忽略粘性耗散产生的耗散热。
(f) 二维对流换热。
紧靠壁面处流体静止，
热量传递只能靠导热，
qx
t y
流体导热系数
y0,x
11
按照牛顿冷却公式
qxhxtwtx
t y
qx
y0,x
hx
tw
tx
t y
y0,x
比较x 和y方向的动量微分方程
u u u xv u y F x x p x 2 u 2 y 2 u 2
v u v xv v y F y p y x 2 v 2 y 2 v 2
a
2t y2
24
简化后的方程组只有3个方程，但含有4个未知量，方
程组不封闭。由于忽略了y方向的压力变化，使边界层
内压力沿x方向变化与主流区相同，可由主流区理想流
清华大学热工基础课件工程热力学加传热学期末复习
11
重点掌握：
（1）对流换热的牛顿冷却公式； （2）边界层的概念与特点及其对求解对流 换热问题的意义； （3）相似原理的主要内容及相似原理指导 下的实验研究方法； （4）对流换热特征数(Nu、Re、Pr、Gr)的 表达式及其物理意义； （5）管内和外掠圆管束的强制对流换热及 大空间自然对流换热的特点、影响因素， 会利用特征数关联式计算上述对流换热问 题。
重点掌握：
温度场、温度梯度、热流密度等基本概念； 导热傅里叶定律；不同材料导热系数的量级； 直角坐标系下导热微分方程式及其推导方法； 通过平壁、圆筒壁、肋壁稳态导热的计算方 法；非稳态导热过程的特点、会利用相关公 式或诺谟图计算一维非稳态导热问题；非稳 态导热计算的集总参数法。
10
第十章 对流换热
8
第二篇 传热学
第八章 热量传递的基本方式
8-1 热传导 8-2 热对流 8-3 热辐射 8-4 传热过程简介 重点掌握： 热传导、热对流、热辐射三种热量传递基
本方式及传热过程的特点。
9
第九章 导热
9-1 导热理论基础
9-2 稳态导热
9-3 非稳态导热
9-4 导热问题的数值解法基础
12
第十一章 辐射换热
11-1 热辐射的基本概念
11-2 黑体辐射的基本定律
11-3 实际物体的辐射特性、基尔霍夫
定律
11-4 辐射换热的计算方法
11-5 遮热板的原理
13
重点掌握： （1）黑体、灰体、吸收比、发射比、透射比、
工程热力学--传热学
11 工程热力学；（原大纲在下面）11．1基本概念和热力学第一定律热力系统；工质的热力学状态及其基本状态参数；平衡状态；状态变化方程式；热力学第一定律的基本能量方程；开口系统能量方程；热力循环；能量方程的应用；过程功和热量；热力学能和总能；能量传递和转化；焓。
11．2 纯物质热物性（理想气体的热力过程及实际气体）理想气体、水蒸气、实际气体的热力性质；理想气体状态方程；理想气体的比热容、热力学能、焓和熵；定容过程；定压过程；定温过程；绝热过程；多变过程；范德瓦尔状态方程；对应态原理与通用压缩因子图；水的定压加热汽化过程；水的三相点；水和水蒸气的状态参数。
11．3热力学第二定律热力学第二定律；可逆循环分析及其热效率；卡诺循环；熵参数与热过程方向的判断；熵增原理与熵方程；不可逆过程中熵变分析。
11．4水蒸气（这部分在纯物质的热物性）饱和温度和饱和压力；水的定压加热汽化过程；水和水蒸气的状态参数；水蒸气的基本过程。
11．5气体及蒸汽的流动稳定流动的基本方程；促使流速改变的条件；喷管的计算；绝热节流。
11．6压缩机及气体动力循环单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量；多级压缩；定压加热理想循环；压缩机的热力过程；活塞式内燃机的理想循环；燃气轮机装置的定压加热实际循环。
11．7制冷循环制冷基本原理；蒸汽压缩制冷；制冷剂的性质；热泵循环。
12传热学12．1基本概念热量传递的基本方式；传热过程和传热系数。
12．2热传导导热基本定律；通过平壁和圆筒壁的导热；通过肋片的导热；非稳态导热的基本概念。
12．3对流换热相似原理及其应用；强迫对流换热；自然对流换热；凝结换热现象及换热计算；沸腾换热现象及换热计算；影响对流换热的因素。
12．4热辐射热辐射的基本概念；黑体辐射基本定律；实际固体与液体的辐射特性；实际物体的吸收比；有效辐射；物体间辐射传热计算；物体间的表面辐射传热及表面传热系数计算。
12．5传热过程与换热器传热过程的分析和计算；换热器的型式及平均温差；传热的强化和隔热保温技术；传热计算；阻力损失；强化传热方式、类型及结构；总传热系数。
工程热力学概念
绪论工程热力学与传热学分两部分，热力学与传热学，这两部分都是与热有关的学科。
我们先讲热力学，第二部分再讲传热学。
热力学中热指的是热能，力在我们工程热力学中主要指的是用它来做功,也就是机械能，简单地理解工程热力学主要研究的是热能和机械能之间的相互转化。
也就是说由热产生力，进而对物体做功的过程，所以热力学主要研究的是热能和机械能之间的相互转化。
举个例子：比如汽车的发动机（内燃机）,它是利用燃料（汽油）在汽缸中燃烧，燃烧后得到高温高压的烟气,烟气此时温度高,压力高，具有热能,那么高压的燃气会推动气缸的活塞做水平往复运动,活塞又通过曲柄连杆机构把水平往复运动转化成圆周运动，进而带动汽车运动,这就是一个热力学的例子。
工程热力学的研究重点是热能与机械能之间的转化规律,那么下面我们来详细的看一下工程热力学的研究内容：①研究热力学中的一些基本概念和基本定律。
基本概念像热力学系统、热力学状态、平衡过程、可逆过程等。
基本定律有热力学第一定律和热力学第二定律，第一定律和第二定律是工程热力学的理论基础,其中热力学第一定律主要研究热能与机械能之间转化时的数量关系,热力学第二定律主要研究热能和机械能转换时的方向、条件、限度问题。
②研究工质的性质。
我们热能和机械能之间的转化需要依靠一定的工作物质才能实现,因此，我们要研究热能和机械能之间的相互转化，我们首先要研实现这一工作的工质的性质。
③研究工质参与下,遵循热力学第一定律和第二定律在热力设备中进行的实际热力过程。
第一章基本概念在我们研究工程热力学的过程中会用到许多术语，如工质、热力学系统、热力学状态、平衡状态、状态参数等。
因此,要学好工程热力学我们首先要知道这些术语指的是什么。
我们先来看第一个概念：工质一、工质我们前面讲了,工程热力学是研究热能和机械能之间的相互转化，那么工质就是用来实现热能和机械能之间相互转化的工作物质.工质大多数情况下只是在能量转化的过程中起媒介的作用,而不会直接参与能量的转化.像我们化学中学到的催化剂一样，工质这一物质本身并不发生化学性质的变化，发生变化的是工质的热力学状态（物理性质），像工质的温度、压力、体积等。
工程热力学与传热学第十一章
在温度T2=627℃时，其辐射力
T2 627 273 2 Eb2 C0 5.67 37.2 W / m 100 100
T Eb C0 100
4
(11 6)
【例11-2】把一黑体表面置于室温为27℃的房间中，
问在热平衡条件下黑体表面的辐射力是多少?若将
黑体加热到627℃，其辐射力又为多少?
解：在热平稳条件下黑体温度与室温相同。此 时其辐射力为
T 27 273 2 Eb1 C0 1 5.67 459 W / m 100 100
max T为6000K时，
热辐射的基本定律
2.斯蒂芬——玻耳兹曼定律 在计算辐射换热时，我们更关心的是黑体的辐 射力 Eb 与温度 T 的关系，即 Eb=f(T) ，由式 (11-2) 和 式 (11-3) 及图 11-3 可见， Eb 即为能量分布曲线与横 坐标所包围的面积，即
Eb
0
物体对热辐射能的吸收、反射和穿透
由此可见:若物体的吸收能力大，则其反射本领 就小，由于此类物体的吸收和反射均系在其表面 进行，故其表面状况对它们的有关特性影响甚大。 气体的情况则有别于此，因气体对辐射能几乎 没有反射能力，可认为ρ=0，此时 α+τ=1 显然，吸收性好的气体，其透射性就差，同时， 气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行的， 这一点和固、液体也不相同。
E C1 5 e
C2 T
(W / m 2 )
(11 3)
1
式中:
λ——波长，m T——黑体的热力学温度，K C1——常数，其值为3.743×10-16W· m2 C2——常数，其值为1.4387×10-2W· K
- 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、"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、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)。
工程热力学与传热学(第十七讲)11-1、2、3
第十一章蒸汽压缩制冷循环
制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境温度，并维持这个低温，称为制冷。
制冷技术广泛应用于生产、科研、生活中。
制冷循环的目的：是将低温热源的热量转移到高温热源。
根据热力学第二定律，为了达到这个目的，必须提供机械能或热能作为代价。
根据所消耗的能量形式不同，一般可将逆循环分为两大类：
①消耗机械能的压缩式制冷循环。
包括：空气压缩制冷循环和蒸汽压缩制冷循环。
②消耗热能的制冷循环。
包括：蒸汽喷射式制冷循环和吸收式制冷循环。
本章介绍最常用的蒸汽压缩制冷循环，并分析提高其经济性的途径。
第一节制冷剂及p-h图
制冷剂是制冷装置的工质，主要是低沸点物质。
蒸汽压缩制冷装置中的制冷剂主要是氟里昂和液氨。
常用的氟利昂有：氟利昂12（CF2Cl2）、氟利昂22（CHF2Cl）、氟利昂134a （C2H2F4）、氨等。
物理性质见表11-1。
制冷剂在制冷循环中存在汽-液相变，为了计算制冷循环中个过程的能量变化和状态参数，需要查找制冷剂的饱和蒸汽表和过热蒸汽表。
但是，工程上更多的是应用制冷剂的压-焓图（p-h图）进行分析。
p-h图是根据制冷剂蒸汽性质表绘制的。
p-h图是以logp为纵坐标、以h为横坐标建立的半对数坐标图。
如图11-1所示。
说明：①采用logp为坐标，可以使压力从0.001~0.01Mpa，从0.01~0.1Mpa，从0.1~1Mpa所占的坐标高度相同，使低压区图线面积增大，读数更准确。
②因为实际蒸汽压缩制冷循环常用的工作压力范围都远低于临界压力，所以工程上使用的p-h图都没有绘制较高压力部分。
p-h图分析：全图共有六条线、三个区（未饱和液体区、湿蒸汽区、过热蒸汽区）和一个点临界点C）。
（1）等压线：垂直于纵坐标的直线；
（2）等焓线：垂直于横坐标的直线；
（3）等温线：① 在未饱和液体区内为垂直线。
原因是对饱和液体进行绝热压缩时，耗能极少，焓值基本不变；压力升高，温度也基本不变。
② 在湿蒸汽区内就是饱和温度的等压线（水平线）。
③ 在过热蒸汽区内，对应饱和压力的等温线略向焓值增大的方向倾斜，并很快趋于垂直。
原因是过热蒸汽的性质接近于理想气体，焓值也接近于是温度的单值函数。
总之，p-h 图上某一温度的等温线为一条折线。
（4）等干度线：是湿蒸汽区相同干度点的连线，是一簇向下发散的曲线。
（5）等熵线：等熵线及可逆绝热压缩（或膨胀）过程线。
因为制冷剂可逆绝热压缩时温度升高，焓值增大，所以p-h 图上等温线为向右上方伸展的曲线。
（6）等比容线：p-h 图上的等比容线，斜率也为正值，随压力的升，等熵线在图上的弯曲程度小，而比容线的弯曲大。
对各种制冷剂均可会出相应的p-h 图。
书末附有氟利昂12、和氟利昂22和氟利昂134a 的p-h 图。
图
制冷剂的图h p --1
11lg
第二节蒸汽压缩制冷循环
蒸汽压缩制冷循环采用低沸点工质（大气压力下，t s<00C），利用工质在定温定压下吸热和放热的相变特性，实现定温吸热和放热，从而获得较大的制冷量和较高的经济性，是目前广泛使用的制冷循环。
一、蒸汽压缩制冷循环
组成：压缩机、冷凝器、热力膨胀阀（节流阀）、蒸发器（冷库）。
装置示意图如图11-2所示。
工作原理：
①制冷剂的干饱和蒸汽在压缩机中绝热压缩，压力和温度升高，成为过饱和蒸汽；
②进入冷凝器后在定压下被冷却为干饱和蒸汽，然后在定温定压条件下，凝结为饱和液体；
③经节流阀，进行绝热节流，压力和温度都降低，并有少量液体汽化；
④进入蒸发器，在定压定温下吸热，制冷剂液体全部变为干饱和蒸汽，同时达到制冷的目的；
⑤最后，干饱和蒸汽再进入压缩机，开始下一轮的循环。
蒸汽压缩制冷理想循环：当不考虑压缩机、冷凝器和蒸发器中实际过程的不可逆性时，蒸汽压缩制冷循环称为蒸汽压缩制冷理想循环。
注意：①实际制冷循环中，由于存在传热温差，制冷剂在蒸发器中的蒸发吸热温度总是低于冷却对象的温度，制冷剂在冷凝器凝结放热的温度总是高于冷却介质的温度；
②为了提高循环经济和安全性，膨胀阀前的制冷剂通常为过冷液体，温度低于冷凝温度；进入压缩机的通常为过热蒸汽，温度高于蒸发温度。
③实际制冷装置通常还包括储液器、回热器、干燥器等辅助设备。
二、蒸汽压缩制冷理想循环的T-s图和p-h图
蒸汽压缩制冷理想循环的T-s 图和p-h 图如图11-3所示。
分析：
1-2过程为制冷剂在压缩机中的可逆绝热压缩过程。
压缩机压缩1kg 工质时消耗环境的比轴功为 W c =h 2-h 1
2-3过程为制冷剂在冷凝器（冷凝介质为水或空气）中的定压冷却过程。
压缩机排出的高温高压的过热蒸汽先被定压冷却成饱和蒸汽，再被进一步定压冷凝为饱和液体。
1kg 制冷剂流经冷凝器时放出的热量为
q 1=h 2-h 3
3-4过程为制冷剂在热力膨胀阀中的绝热节流过程。
在p-h 图上，节流前后焓值相等，但不是定焓过程。
因为制冷剂内部为非准静态过程，所以绝热节流不可逆，节流后熵值增大（在p-h 图和T-s 图上用虚线表示）。
4-1过程为制冷剂在蒸发器中的定压、定温汽化过程。
由于湿蒸汽区的定压过程同时又是定温过程，所以在p-h 图上为水平线。
1kg 制冷剂吸收的热量（单位质量制冷量）为
q 2=h 1-h 4
图上的表示
图和在蒸汽压缩制冷理想循环图h p s T ---3
11
T
注意：① 由于绝热节流不可逆，T-s 图上过程中态的熵值s 4大于s 4/,熵值增大会使制冷剂在蒸发器中吸收的热量减少，减少量相当于T-s 图上面积4/4cd4/。
② 蒸汽压缩制冷循环的功量和热量都可以用p-h 图上横坐标焓的差值来表示，所以用p-h 图分析比T-s 图更方便。
三、制冷系数ε
蒸汽压缩制冷理想循环的制冷系数为
第三节 提高制冷循环经济性的途径
一、影响制冷系数的因素分析
制冷系数：是制冷循环的经济性指标，是效果（制冷量）与代价（耗功）的比值。
提高制冷系数的方法：
（1）增大制冷量q 2和降低耗功w 可以增大制冷系数。
由图11-3可知，降低制冷剂的冷凝温度或提高制冷剂的蒸发温度，可以提高制冷系数。
应注意：①冷凝温度取决与冷却介质（空气或水）的温度，不能随意降低。
一般而言，在允许选择冷却介质的情况下，尽量选择较低的介质温度。
如，冰箱应尽量放在温度较低的地方。
冷凝温度应高于冷却介质50C ~70C 。
② 蒸发温度受冷却对象温度要求的限制，也不能随意升高。
在制冷对象允许的前提下，取较高的蒸发温度有利于提高制冷系数，一般蒸发温度比冷库温度低50C ~70C 。
（2）使冷凝器出口、状态为3的饱和液体继续在定压下冷却放热，使饱和液体过冷。
如图11-4所示。
将状态点3的饱和液体冷却到未饱和液体点3/，然后进行绝热节流过程3/-4/。
这样循环消耗净功不变仍为h 2-h 1，但制冷量q 2=h 1-h 4/比原来增大了，既提高了制冷系数。
结论：过冷温度越低，过冷度越大，制冷系数就越大。
1
2412h h h h w q --==ε
但是，过冷温度也受冷却介质温度的限制，不可能随意降低。
实际中多数制冷装置都设有回热器，使冷凝器出来的液体与经蒸发器汽化后的制冷剂蒸汽进行热量交换，从而使前者增大过冷度以提高制冷系数，后者增大过热度以保证干压。
二、降低循环不可逆因素及提高制冷系数的途径
（1）尽量使实际循环接近逆向卡诺循环；
（2）尽量减小冷剂在冷库和冷凝器中的传热温差；
（3）按实际要求调节冷剂的蒸发温度而不使其过低；
（4）根据实际情况尽可能选择较低的冷凝温度和冷却介质温度；
（5）使冷凝后的饱和液体过冷成为饱和液体。
讲解P111-例11-1和例11-2.。
练习对附图2和附图3的使用
小结：理解制冷剂的p-h 图和T-s 图，掌握提高制冷系数的方法和途径。
习题：P113-1、
3
的影响过冷度对图ε411-p 2。