第 8 章 热控制系统
第08章(热力学第二定律)习题答案
思 考 题8-1 根据热力学第二定律判断下列哪种说法是正确的.(A) 热量能从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体.(B) 功可以全部变为热，但热不能全部变为功.(C) 气体能够自由膨胀，但不能自动收缩.(D) 有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量，反之则不行. [ C ]8-2 有人说： “不可逆过程就是不能往反方向进行的过程” 对吗？为什么？［不可逆过程并不是一定不能往反方向进行的过程,而是往反方向进行的过程中用任何 方法都不能使系统和外界同时复原］8-3 有人设计一台卡诺热机(可逆的)．每循环一次可从 400 K 的高温热源吸热1800 J ，向 300 K 的低温热源放热 800 J．同时对外作功 1000 J，这样的设计是(A) 可以的，符合热力学第一定律．(B) 可以的，符合热力学第二定律．(C) 不行的，卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量．(D) 不行的，这个热机的效率超过理论值． ［ D ］［卡诺热机效率最大: % 25 1 12 = - = T T h ］ 8-4 某人设想一台可逆卡诺热机， 循环一次可以从400K 的高温热源吸热1800J， 向300K 的低温热源放热 800J， 同时对外作功 1000J. 试分析这一设想是否合理？为什么？[ 违背熵 增原理 ]8-5 下列过程是否可逆，为什么？(1) 通过活塞(它与器壁无摩擦)，极其缓慢地压缩绝热容器中的空气；(2) 用旋转的叶片使绝热容器中的水温上升(焦耳热功当量实验)．解:(1)是可逆过程。
此过程是无损耗的准静态过程，当活塞(它与器壁无摩擦)，极其缓慢地 绝热膨胀时，系统和外界都可复原，故是可逆过程。
（2）是不可逆过程。
功可完全转化为热，但在无外界影响下，热能却不能完全转化为 机械能。
8-6 关于可逆过程和不可逆过程的判断：(A) 可逆热力学过程一定是准静态过程．(B) 准静态过程一定是可逆过程．(C) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程．(D) 凡有摩擦的过程,一定是不可逆过程．以上四种判断，其中正确的是哪些？ [ A，D ]8-7 在所给出的四个图象中，哪个图象能够描述一定质量的理想气体，在可逆绝热过 程中，密度随压强的变化？ [ D ]88 从统计的意义来解释, 不可逆过程实质上是一个怎样的状态转变过程？一切实际 过程都向着什么方向进行？ [ 从几率较小的状态到几率较大的状态；状态的几率增大 (或 熵值增加) ]89 由绝热材料包围的容器被隔板隔为两半，左边是理想气体，右边真空．如果把隔 板撤去，气体将进行自由膨胀过程，达到平衡后气体的温度及熵如何变化？ [ 温度不变； 熵增加 ]810 在一个孤立系统内， 一切实际过程都向着什么方向进行？这就是热力学第二定律 的统计意义． 从宏观上说， 一切与热现象有关的实际过程都是可逆的吗？ [ 状态几率增大； 都是不可逆的 ]811 所谓第二类永动机，从功能量转换角度来讲，是一种什么形式的机器？它不可能 制成是因为违背了热学中的哪条定律？ [ 从单一热源吸热，在循环中不断对外作功的热 机；热力学第二定律 ]812 熵是什么的定量量度？若一定量的理想气体经历一个等温膨胀过程， 它的熵将如 何变化？ [ 大量微观粒子热运动所引起的无序性(或热力学系统的无序性) ；增加] 思考题 8-7图。
大学物理第8章：热力学基础
说明：A. 准静态过程为理想过程
弛豫时间 ( )：系统的平衡态被 破坏后再恢复到新的平衡态所需 要的时间。
气缸
B.一个热力学过程为准静态过程的必要条件为过程 所经历的时间大于驰豫时间 t 如：若气缸缸长 L 101 (m )，则 103 ~ 104 ( s ) 若活塞以每秒几十次的频率运动时， 每移动一次经 1 tt 时 t 10 ( s ) ，则满足 ， C.准静态过程可以用宏观参量图给予表示
讨论： (1) n=0, 等压过程，Cp=CV+R ,过程方程: T/V=C4; (2) n=1, 等温过程，CT = , 过程方程: pV=C5; (3) n= , 等体过程, CV =iR/2 , 过程方程: p/T=C6; (4) n= , 绝热过程，CQ=0, 过程方程:
pV C1 , TV
RdT
由 pV=RT 于是得
C CV
pdV
pdV+Vdp=RdT
R pdV (1 ) Vdp 0 C CV dp R dV (1 ) 0 p C CV V
令
R 1 n —多方指数 C C V
21
dp dV n 0 p V
完成积分就得多方过程的过程方程：
V1
V2
i ( p2V2 p1V1 ) 2
只与始末状态有关
M i RT 2
( if
c const )
Q cM (T2 T1 )
与过程有关
特点
与过程有关
对微小过程：dQ=dE + dA
M i dQ RdT pdV 2
14
例题 8-2 如图所示，一定量气体经过程abc吸热 700J,问：经历过程abcda吸热是多少？ 解 Q= E2-E1 + A i 过程abc : 700= Ec -Ea+ Aabc= ( pcVc paVa ) Aabc
汽车电器设备与维修第8章 汽车空调系统
热力性质方面
首先，要求制冷剂的蒸发压力要稍 高于大气压力；其次，制冷剂的冷 凝压力也不应太高，以降低对制冷 系统强度的要求。
2）制冷剂的选择 R134a的基本性能如下：
饱和蒸气压大体上讲与R12相近。 以18 ℃为界，低于18 ℃时， R134a的饱和蒸气压略低于R12， 化学性质稳定，无色、无 高于18 ℃时相反。 刺激性气味、不燃烧、不 爆炸。
8.3.2 汽车空调通风系统
1）自然通风 自然通风是利用汽车行驶时产生的风压，将外部空气引入车内循环后 再排出，空气的入口设在正压区，出口设在负压区，形成空气的自然流动。 如图8-12所示为轿车外表面上的空气压力分布图。车头部位为正压区， 因此空气进口设在此处；车尾部位为负压区，空气排口一般设在后排座靠 背两侧。
图8-8水暖式取暖系统的结构 1—散热器； 2—散热器盖； 3—补偿水桶； 4—散热器出水软管； 5—风扇传 动带； 6—暖风机出水软管； 7—管箍； 8—暖风机芯； 9—暖风机进水软管； 10—节温器； 11—冷却风扇；12—护风圈； 13—散热器进水软管
目前，在有些车型上采 用了废气水暖式取暖系统，
2）热管换热器式 热管换热器式取暖系统 中的热管换热器垂直安装在 车厢底板上下，底板之上为 冷凝放热段，底板之下为废 气加热段，其安装原理如图 8-11所示。
图8-11热管换热器安装原理图 1—车头窗口； 2—新鲜空气进口； 3—汽车底板； 4—废 气进口； 5—空气出口； 6—热管换热器隔板； 7—废气出口
冷冻机油可润滑压缩机轴承、 活塞、活塞环、曲轴、连杆等 运动件表面，减少运动阻力和 磨损，降低功率消耗，延长压 缩机使用寿命。
密封
冷冻机油渗入油封密封处防止 漏油，同时在活塞环与缸壁间 形成油膜防止制冷剂泄漏。
火电厂辅助设备及热力系统(PPT83页)
③除氧效果好；
④可防止除氧器内发生“自生沸腾”现
象。
电厂热力设备及运行——热力系统部分
8-3 除氧设备及系统
二、除氧器的类型和结构：
典型的除氧器结构：
淋水盘式除氧器 喷雾填料式除氧器 喷雾淋水盘式除氧器
除氧效果较差，目 前电厂较少采用。
300MW及以上容 量机组广泛采用
除氧器给水箱：——是凝结水泵与给水泵之间的缓冲容器。
二、除氧器的类
真空式除氧器 大气式除氧器
高压除氧器
可作为高参数大容量机组 中一种辅助除氧的手段
适用于中、低参数的发电厂
工作压力约为0.3～0.8MPa，
广泛用于高参数大容量机组
►采用高压除氧器的优点：
①减少高加台数，节省投资；
②提高锅炉运行的安全可靠性；
电厂，作为一种辅助除氧手段。
热力除氧：——火电厂广泛采用
除氧原理
:
亨利定律 道尔顿分压定律
热力除氧方法：在定压下将水加热至沸腾，使水面上 的水蒸汽分压力几乎等于全压力，其它气体的分压力 →0，这样溶于水中的气体就能从水面逸出而被除去。
电厂热力设备及运行——热力系统部分
8-3 除氧设备及系统
疏水逐级自流 采用疏水泵
三、蒸汽冷却器**：
为减少疏水逐级自流所造成的对 低压抽汽的“排挤”，可装设疏 水冷却装置，分外置式和内置式。
可与疏水逐级自流综合应用
设置目的：——利用抽汽的显热，提高对应加热器的出
口水温，传热温差↓，经济性↑
类型：
外置式蒸汽冷却器 内置式蒸汽冷却段
►国内机组常将高加的 传热面设置为三部分： ①蒸汽冷却段； ②蒸汽凝结段； ③疏水冷却段。
一、回热加热器类型： 按传热方式分——混合式、表面式
第08章 电机的发热与冷却
电机的发热与冷却
• 电机的额定容量还与使用环境有关，若环境温度、冷却介质、 海拔和相对湿度等与规定的不同，则要对额定容量进行修正。 如在高海拔地区使用，空气稀薄，冷却能力差，则应该降低 电机的额定容量。
• 冷却方式对电机的额定容量影响很大，冷却能力越强，电机 各部件的温度越低，额定容量越大。
• 电机的额定容量还与工作制有关，同一台电机，若运行在不 同的工作制下，其额定容量不同。例如，长期运行时的温升 要高于短时运行，其额定容量要小于后者。
电机的发热与冷却
温度测量方法的不同，会造成测量结果的不同。在规定温升限
度的同时，还应规定相应的温度测量方法。
• 温度计法
该方法直接测量温度，非常简便，但只能测量电机各部分的 表面温度，无法得到内部的最高温度和平均温度。
• 电阻法
绕组的电阻R随温度t的升高而增大，满足以下规律
R
R0
T0 t T0 t0
电机的发热与冷却
在电机中，电机的底座和电机周围的空气通常都是不良导热 体，因此热传导主要发生在电机内部。 电机内的热源主要是绕组损耗和铁心损耗，绕组损耗所产生的 热量借助于热传导作用从绕组穿过绝缘传递到铁心中，与铁心 产生的热量一起被传导到电机表面。 可以看出，绕组热量的传导比铁心中热量的传导经过的材料 多，故绕组温度通常高于铁心温度。 将温度场中温度相同的点连接起来，就得到等温线或等温面。 各点热量传导的方向总是与该点温度的空间变化率最大的方向 一致，也就是与通过该点的等温线或等温面的法线方向一致。
是制造厂对电机在相应的变速范围内的变动负载（包括过载） 和各种条件的规定。 • 离散恒定负载工作制定额 • 等效负载定额 一种为试验目的而规定的定额。
电机的发热与冷却
热工控制系统第八章 汽温控制系统PPT课件
W X 1 S x y 1 1 S S 1 W T 1 S W W T 1 T S 2 W S T W 2 D S 1 W S D W 1 D S 2 W S D 2 W m S 1 S W Z S
(8-2) (8-3)
对于一个定值系统，扰动造成的影响应该越小越好，而定值部分应尽量保持恒定，因
1 WB 1
W0(s)
θ2
γθ2
上图中对应的主回路广义调节器的传递函数为：
W T2
sW 2B
1
2
1T1isTds
则主回路广义调节器的等效比例带为：
2
2 1 1 2
此时主回路广义调节器中各参数可以通过试验得到的等效被
控对象W0(s)的输出端过热汽温θ2在减温水量WB扰动下的阶跃响 应曲线，按单回路控制系统整定方法进行计算：(P175表6-6)
（8-5）
则有：
W b 2SK zK T 2K fK 2 1 K T 2K fK 2K m 2K z
T 2 1 K T 2K fK 2K m 2K z S 1
令： K b 2 1 K K T z2 K K T 2 fK K 2 fK K m 2 2K z,T b 2 1 K T 2K T f2 K 2K m 2K z
Iθ 2 -
I 2 1 1
内回路
γθ2
W2(s) θ2
主回路原理方框图 如果主调节器为PID调节器，其传递函数为：
WT2
s
1
2
1T1is
Tds
忽略导前区的惯性和迟延，则简化后导前区传递函数为：
W1
s
1
WB
1
1
此时主回路原理方框图可以简化为：
08《供热工程》第八课 集中供热系统
供热工程
第八章 第一节
(四)闭式双级串联和混联连接的热水系统
作用原理： 热水供应系统的用水首先由串联在网路回水
管上的水加热器（Ⅰ级加热器）1加热。如经过 第Ⅰ级加热后，热水供应水温仍低于所要求的温 度，则通过水温调节器3将阀门打开，进一步利 用网路中的高温水通过第Ⅱ加热器皿，将水加热 到所需温度。经过第Ⅱ级加热器放热后的网路供 水，再进入供暖系统中去。为了稳定供暖系统的 水力工况，在供水管上安装流量调节器械，控制 用户系统的流量。
供热工程
第八章 第一节
3.装混合水泵的直接连接
在热力站处设置混合水泵的连接方式可以适 当地集中管理。
混合设备连接方式的造价比采用水喷射器的 方式高，运行中需要经常维护并消耗电能。
装混合水泵的连接方式是我国目前尝试高温 水供暖系统中应用较多的一种直接连接方式。
供热工程
第八章 第一节
4.间接连接
供热工程
第八章 集中供热系统
能源与安全工程学院 成剑林
本章重点及难点
重点： • 闭式与开式热水供热系统的型式。 • 集中供热系统热源型式与热媒的选择。 • 热网系统的形式。 难点： • 不同形式的热水供热系统的特点及应用。 • 热网型式。
供热工程
第八章 第一节
集中供热系统的组成
• 集中供热系统是由热源、热网和热用户三部分组 成的。
• 下部储水箱与换热器用管道连接，形成一个封闭的 循环环路。当热水供热系统用水量较小时，从换热 器出来的一部分热水，流进储水箱蓄热，而当系统 的用水量较大时，从换热器出来的热水量不足，储 水箱内的热水就会被城市上水自下而上挤出，补充 一部分热水量。为了使储水箱能自动地充水和放水， 应将储水箱上部的连接管尽可能选粗一些。
第八章 热力学第一定律1
i2 2 , i i 1
R 1 T1 T2 p1V1 p2V2 A 1 1
V 1 p1V1 1 1 1 V2
１
气体的摩尔定压热容为：
C p ,m 1 dQ 1 dE p dV dT p dT p dT p
i E RT , pV RT 2
C p,m
i RR 2
Qp C p,m T2 T1 C p,mT
QV CV ,m T2 T1 CV ,mT
热力学第一定律为： dQV dE 理想气体内能：
i E RT 2
i E RT CV , m T 2
i E RT CV , m T 2
p
2 ( p ,V , T ) 2 2 1
V
( p1 ,V , T1 )
p p1
p2
V T 1 ( p1, 1, )
p p1
2
V2
1 ( p1, 1, ) V T
( p2 , 2 ,T ) V
A
V1
p2
( p2 , 2 ,T ) V
A
V1
2
V2
o
V
o
V
QT
E
A
QT
E
A
等温膨胀，从外界吸热，等温压缩，气体对外界放热
例题8.1
气体等温过程：vmol的理想气体在保持温度T不变 的情况下，体积从V1经过准静态过程变化到V2。求 这一等温过程中气体对外做的功和它从外界吸收的 热。 解： pV=vRT 代入(9)式：
间为1s。内燃机的压缩时间0.01s。均可视这一过程为准静 态过程 • 3 准静态过程的表示方法：p-V图（p-T图、V-T图） a 曲线上的每一个点都是一个 准静态过程 b 非平衡态不能用一定的状态 参量描述，即不能表示为状态 图中的一条线!
高中物理：第八章热力学定律
第八章热力学定律本章学习提要1．理解热力学第一定律，知道热力学第一定律反映了系统内能的变化和系统通过做功及传热过程与外界交换的能量之间的关系。
初步会用热力学第一定律分析理想气体的一些过程，以及生活和生产中的实际问题。
2．知道热力学第二定律的表述。
知道熵是描写系统无序程度的物理量。
热力学的两个基本定律都是通过对自然界和生活、生产实际的观察、思考、分析、实验而得到的，这也是我们学习这两条基本定律应采取的方法。
人类的进步是与对蕴藏在物质内部能量的认识和利用密切相关的。
热力学定律为更好地设计和制造热机、更好地开发和利用能源指明了方向。
随着生产和科学实践的发展，人们逐步领悟到有效利用能源的意义，懂得遵循科学规律的重要性，从而更自觉地抵制违背科学规律的行为。
此外，以热力学定律为基础的现代热力学理论还广泛应用于物质结、凝聚态物理、低温物理、化学反应、生命现象、宇宙和恒星演化等领域，取得了巨大成就。
A 热力学第一定律一、学习要求理解热力学第一定律。
初步会用热力学第一定律分析理想气体的一些过程，以及生活和生产中的实际问题。
关注热力学第一定律的建立过程，明白热力学第一定律是包括内能的能的转化和能量守恒定律，是通过对自然界和生活、生产实际的观察、思考、分析、实验而得到的自然界中的最基本、最普遍的定律之一，通过对热力学第一定律的学习，体会该定律在科学史上的重要地位，感受该定律对技术进步和社会发展的巨大作用。
二、要点辨析1．热力学第一定律的含义和表式热力学第一定律是包括内能的能的转化和能量守恒定律。
物质的内能是一种与物质内的大量构成粒子无序热运动有关的能量形式，物质系统（如汽缸中一定质量的气体）内能的变化是它与外界交换能量的结果，而这种能量的交换则可通过做功和热传递两种方式实现，热力学第一定律反映了系统内能的变化（ΔU）与它和外界交换的功（W）和热量（Q）之间的定量的关系：ΔU＝Q＋W。
2．应用热力学第一定律解题时，要注意各物理量正、负号的含义当热力学第一定律表示为ΔU ＝Q ＋W 时，ΔU 为正值，表示系统内能增加；负值表示系统内能减小。
第8章热力学第一定律2(循环修定)
a
Q1
d
T1 T2
T1
b
V2 V3 V1 V4
V3 ln Q2 T2 V4 1 1 Q1 T1 ln V2 V1
第八章 热力学第一定律
P2 P4
A
Q2
P3
T2
V2
c
O V1 V4
V
V3
T2 1 T1
西南大学 大学基础物理学
讨论 （1）要完成循环，必须有高温热源和低温热源。
Q2
V0 图8–15 奥托循环
V V
TeV TbV
1 1
TdV0 TcV0
1
1
西南大学 大学基础物理学
TeV TbV
1 1
TdV0 TcV0
1
(Te Tb )V 1 (Td Tc )V0 1
1
1
Te Tb V0 Td Tc V
V0 Te Tb Q2 1 1 1 Q1 Td Tc V
1
1
1 V V 0
1
1
1
r : 压缩比
效率决定于压缩比。
r 1 可见，奥托循环的
第八章 热力学第一定律
西南大学 大学基础物理学
§8.6 卡诺循环 1824 年法国的年青工程师卡诺对热机的最大可能 效率问题进行理论研究提出的一个理想循环 — 卡诺循 环， 它给出了热机效率的理论极限值。 该循环： 以理想气体为工作物质 由两个准静态等温过程和两个 准静态绝热过程所组成。 工质在两个恒定的高、低温热源 之间工作。
一种。内燃机是燃料在汽缸内燃烧，产生高温高压气
体，推动活塞并输出动力的机械。1872年，德国工程 师奥托（N.A.Otto，1832–1891）研制成功了第一台 四冲程活塞式煤气内燃机。 1883 年，德国人戴姆勒 （ G.Daimler ， 1834–1900 ）成功地制造出了第一台
热工控制系统B思考题与习题
热工控制系统B思考题与习题第一章控制系统概述1. 什么叫自动控制系统？2．自动控制系统主要由哪几部分组成？每一部分的作用是什么？3．控制对象、被控制量、控制量和给定值是如何定义的？请举例说明。
4．自动控制系统的主要分类方法有哪几种？说明各种分类方法的特点，指出各种分类方法所包括的系统是什么？各系统的特点是什么？5．什么叫前馈控制系统？什么叫反馈控制系统？6．什么叫反馈？什么叫负反馈？7、什么叫定值控制系统？对定值控制系统来说，系统的输入量是什么？举例说明日常生活中的定值控制系统。
8．什么叫随动控制系统？对随动控制系统来说，系统的输入量是什么？举例说明日常生活中的随动控制系统。
9．、对一个实际控制系统如何实现负反馈？10．说明汽包锅炉有哪些被控制量？相应的控制量、控制机构有哪些？锅炉运行过程中被控制量可能会受到哪些扰动？11．控制过程的基本形式有哪几种？它们各有什么特点？如何根据控制过程曲线来检验控制系统是否满足基本要求？哪种控制过程的基本形式符合热工控制过程的要求，给出稳定性指标的范围。
12．通常从哪三个方面衡量自动调节系统的工作品质，表示调节系统的工作品质的指标有哪几个？如何兼顾这些指标？13．举出反馈控制系统的实例，指出被控制量、控制量、控制机构、给定值、扰动，画出控制系统的示意图。
14．水位自动控制系统的两种方案如下图所示，在运行中，希望水位高度H维持不变：（1）说明各系统的工作原理。
（2）画出各系统的方框图，并说明控制对象、被控制量、给定值、扰动各是什么？（3）试说明两系统各属于何种结构的控制方式。
（4）当水箱出口水流量q2变化时，各系统能否使水位高度保持不变？试从原理上定性说明。
第二章控制对象的动态特性1．为什么要研究对象动态特性？2．热工控制对象一般有哪几种类型？每种类型的特点是什么？写出相对应的传递函数。
3．热工控制对象的特征参数有哪些？是如何定义的，物理意义是什么？4．写出表示有自平衡能力对象动态特性的两套特征参数和它们之间的关系。
供热工程(第四版)第8章 集中供热系统
4) 5)
图8-11 枝状管网
图8-11 枝状管网 1-热源； 2-主干线； 3-分支干线；4-用户支线； 5-热用户的用户引入口 注: 双线管路以单线表示,阀门未标出
图8-12 大型热水供热系统的热网示意图
图8-12 大型热水供热系统示意图
1-热电厂；2-区域锅炉房； 3-热源出口分段阀门； 4-输送干线； 5-输配 干线；6-支干线； 7-用户支线； 8-二级热力站；9、10、11、12-输配干线上的分段阀门； 13-连通管 注: 双线管路以单线表示
(f)
(g)
(h)
蒸汽供热系统示意图 （a）生产工艺热用户与蒸汽网连接 图；（b）蒸汽供暖用户系统与蒸汽网直 接连接图；（c）采用蒸汽-水换热器的 连接图；（d）采用蒸汽喷射器的连接图； （e）通风系统与蒸汽网路的连接图； （f）蒸汽直接加热的热水供应图式； （g）采用容积式加热器的热水供应图式； （h）无储水箱的热水供应图式 1-蒸汽锅炉；2-锅炉给水泵；3-凝结 水箱；4-减压阀；5-生产工艺用热设备； 6-疏水器；7-用户凝结水箱；8-用户凝结 水泵；9-散热器；10-供暖系统用的蒸汽水换热器；11-膨胀水箱；12-循环水泵； 13-蒸汽喷射器；14-溢流管；15-空气加 热装置；16-上部储水箱；17-容积式换热 器；18-热水供应系统的蒸汽-水换热器
1
2
5 4 3 凝水
6
余压回收系统
1-用汽设备；2-疏水器；3-两向流凝水管道； 4-凝结水箱；5-排汽管；6-凝结水泵
§8-2 蒸汽供热系统
3.重力式满管流凝结水 回收系统 特点 a.对地势有要求 b.室外管不含汽，管径小 c.开式
5 P1 蒸汽管 P2 4
6 2 1 7 3
第 8 章 热力学平衡态
y
§8.4 理想气体微观模型 压强和温度的统计意义
一、 气体分子热运动的特征 1. 分子间平均间距比分子本身尺度大得多
2. 分子间平均间距比相互作用力程大得多 3. 无规则热运动，频繁碰撞
二、 理想气体分子运动模型
1. 理想气体的微观描述 （1）大小不计 （2）除碰撞外自由
（3）弹性碰撞
（4）不计重力
F Fi
END
§8.2 热力学第零定律
温度和温标
一、热力学第零定律 温度
A
B
导热壁
A
热平衡
C
B
当A、B与C同时达到热平衡时，A与B也必然处于 热平衡。 ——热力学第零定律 达到热平衡的系统具有共同的内部属性—温度
二、温标
确定温度数值的表示方法——温标 （1）选定测温质 （2）选定与温度单调变化的属性
2 z
1 2 v 3
三、理想气体压强公式
设 n ：分子数密度
ni 单位体积内速度为 v i 的分子数
m ：分子质量
i dt 时间内速度为v i 的分子撞到dS 面上的个数为：
n ni
ni vix dtdS
它们给器壁的总冲量：
2mni vix dtdS
2
vi
v ix dt
dS
1mol 理想气体:
标准状态：
T PV T0 P0V0 P0V0 PV T T0
普适气体恒量
1mol 理想气体:
T PV T0 P0V0 P0V0 PV T RT T0
m/M mol 理想气体: m 气体质量
m PV RT M
M 气体摩尔质量
R 23 -1 k 1.38 10 (J K ) NA
供热工程--第八章 热水供热系统的供热调节
间歇调节和间歇供暖
集中供热调节的方法通常有
1、质调节：供暖系统的流量不变，只改变系统的供回 水温度。
2、分阶段改变流量的质调节：在采暖期不同时间段， 采用不同的流量并改变系统的供回水温度。
3、质量—流量调节：根据供暖系统的热负荷变化情况 来调节系统的循环水量，同时改变系统的供回水温 度。
4、间歇调节：在采暖初末期（室外温度较高时），系 统采用一定的流量和供回水温度，改变每天的供暖 时数进行调节。
1g
如用户与热网采用混水装置的直接连接方式，则热网的
供水温度
﹥ ； '
1
tg'
Q1' Q2' Q3'
Q1' q'V (tn tw' )
Q2'
K
'
F
(t
' p.
j
tn )
Q3' G'c(tg' th' ) 3600 1.163G'(tg' tn' )
th' ——供暖热用户的回水温度，如供暖热用户与热网采 用直接连接方式，则热网的回水温度与供暖系统的回水
Q3'
——在供暖室外计算温度
t
' w
下，热水网络输送给供暖热
用户的热量，W；
q' ——建筑物的供暖体积热指标,W m3 C ，它表示各类建 筑物，在室内外温差 1 C 时，每 1 m3 建筑物外围体积的耗热 量（供暖热负荷）；
化工仪表及自动化第8章-第一节-串级控制系统精选全文
第八章 复杂控制系统
内容提要
串级控制系统
概述 串级控制系统的工作过程 串级控制系统的特点 串级控制系统中副回路的确定 主、副控制器控制规律及正、反作用的选择 控制器参数的工程整定
均匀控制系统
均匀控制的目的 均匀控制方案
1
内容提要
比值控制系统
概述 比值控制系统的类型
27
第一节 串级控制系统
3. 在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰
如果在生产过程中，除了主要干扰外，还有较多的 次要干扰，或者系统的干扰较多且难于分出主要干扰 与次要干扰，在这种情况下，选择副变量应考虑使副 环尽量多包围一些干扰，这样可以充分发挥副环的快 速抗干扰能力，以提高串级控制系统的控制质量。
21
第一节 串级控制系统
四、串级控制系统中副回路的确定 副回路的确定 根据生产工艺的具体情况，选择一
个合适的副变量，从而构成一个以 副变量为被控变量的副回路。
确定的原则
1.主、副变量间应有一定的内在联系
22
第一节 串级控制系统 选择副变量的两类情况
选择与主变量有一定关系的某一中间变量作为副变量； 选择的副变量就是操纵变量本身，这样能及时克服它的波 动，减少对主变量的影响。
18
第一节 串级控制系统
小结
在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路， 不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对作 用于主对象上的干扰也能加速克服过程。副回路 具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、 细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服 掉的干扰影响能彻底加以克服。因此，在串级控 制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充， 充分发挥了控制作用，大大提高了控制质量。
19
第八章发电厂全面性热力系统课件
② 低压给水管道 对于定压除氧系统，取除氧器额定压力与最高水位时水柱静压之和 对于滑压除氧系统，取汽轮机最大计算出力工况下除氧器加热抽汽 压力的1.1倍与除氧器最高水位时水柱静压之和
适用于高压凝汽式机组的发电厂、中间再热凝汽式或供热式机组的 发电厂。
22
二、一、二次蒸汽系统的阀门
（1）一次蒸汽系统
流量测量喷嘴
电动隔离门（电动主汽门）：严密隔绝蒸汽
高压主汽门（自动主汽门）：一般为2个或4个
高压调速汽门：一般为4个
（2）二次蒸汽系统
止回阀：防止机组甩负荷时，再热管道内蒸汽倒流入汽轮机
系。单元内所有新蒸汽的支管均与机炉之间的主汽管相连。 该系统的优点是系统简单，管道短、阀门少，投资省；事故仅限于
本单元内，全厂安全可靠性较高；控制系统按单元设计制造，运行操作 少，易于实现集中控制；工质压力损失小，散热小，热经济性较高；维 护工作量少，费用低；无母管，便于布置，主厂房土建费用少。
该系统缺点是单元之间不能切换，单元内任一与主汽管相连的主要 设备或附件发生事故时，将导致整个单元停止运行，缺乏灵活调度和负 荷经济分配的条件；负荷变动时对锅炉燃烧的调整要求高；机炉必须同 时检修，相互制约。
该系统优点是可充分利用锅炉的富余容量，切换运行，既有较高 的灵活性，又有足够的可靠性，可实现较优的经济运行。该系统不足 之处在于系统较复杂，阀门多，发生事故的可能性大；管道长，金属 耗量大，投资高。适宜装有高压供热机组的发电厂和中小型发电厂
21
一、一次蒸汽系统
（3）单元制系统 每1~2台锅炉与对应的汽轮机组成一个独立单元，各单元间无母管联
何道清《仪表与自动化》第二版 课后答案
《仪表与自动化》第二版第1章自动控制系统基本概念1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。
1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。
控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。
给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。
它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。
操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。
或实现控制作用的变量。
操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。
1-11题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。
A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。
第八章 发电厂全面性热力系统要点
2）有的机组在靠近主汽门两侧主蒸汽管之间加装联络管，以 减少两侧汽温偏差，并保证一个自动主汽门作关闭试验时的压 损的允许的范围内。
B采用单根蒸汽管系统 主蒸汽和再热蒸汽采用单管或部分采用单管，在这段管中混温 好，保证供给左右两侧蒸汽温度偏差最小。到自动主汽门或中 压联合汽门前又分叉为两根，在一个自动主汽门作全关试验时， 压损小。
(4)降低压损和汽温偏差的措施
1 全面性热力系统的概念
发电厂的全面性热力系统图：以规定的符号表明全厂主辅热 力设备，包括运行的和备用的，以及按照电能生产过程连接 这些热力设备的汽水管道和附件整体系统图。 全面性热力系统图：全厂主要热力设备和辅助设备[锅炉设备、 汽轮发电机组、各种热交换器、减温减压器、各种水泵、水箱 等]；并按发电厂现有情况表示出发电厂的主蒸汽系统、凝结水 系统、回热抽汽系统、除氧器系统、锅炉给水系统、补充水系 统、启动旁路系统、锅炉启动系统、供热系统等管道系统。
•再热式机组：轴系复杂，机组启动要严密监视 各处温度和温升率，以控制胀差和振动在允许范 围内。
大机组：新蒸汽管道直径管道大，管壁厚， 热容量大，需大容量蒸汽来暖管，使新蒸汽 管道的壁温高于汽轮机冲转参数要求的温度 值。 采用旁路系统可满足机组启动启停时对汽温 的要求，严格控制汽轮机的金属温升率，可 减少汽轮机寿命损耗，延长其寿命。
(1)限定压损和汽温偏差 (2)采用双管等技术措施
(1) 限定压损和汽温偏差
•主蒸汽和再热蒸汽管道压损过大，会降低汽轮机的出力，降低 机组的热经济性。主蒸汽和再热蒸汽管道压损要在规定的范围 内。 •温度差大的后果：汽缸等高温部件出现受热不均，引起汽缸扭 曲变形，甚至摩擦轴封，造成高温部分产生较大的热应力。 •国际电工协会规定最大允许温度偏差：持久性的为15度，瞬 时性的为42度。
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空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
1 卫星热设计的任务和原则
2）设备的温度要求 卫星上各种仪器设备工作模式、热特性不同，对温度的
要求也不同，归纳起来大致有以下几类：
常温要求。星上大部分电子设备要求的工作温度范围在 0～40℃，波动值也要求不超出这个范围。
恒温要求。为保证星上的精密仪器设备（如遥感系统中
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
3 热分析计算
航天器内部热平衡计算平衡方程式： T T T dT q p 1 2 3 mc d qp ——仪器发热功率，W； R1 R2 R3
T1——仪器与安装面平均温差，℃； R1——仪器与安装面传导热阻，℃/W；
T2——仪器与周围物体的平均温差，℃；
热容吸热防热层
利用防热层材料的热容量吸收 大部分气动热的一种防热方法。
结构层
ddd ddd
机理：在返回舱结构的外面 包覆一层热容量较大的材料， 这层材料吸收大部分进入返回 舱表面的气动热，从而使传入 结构内部的热量减小。
热容吸热式防热结构原理图
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
4 再入卫星的防热
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
辐射式防热结构防热原理示意图
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
4 再入卫星的防热
特点：辐射防热结构只能在热流密度较小的条件下使 用；辐射防热结构虽受热流密度限制，但不受加热时
间的限制；辐射防热结构外形不变，可以重复使用。
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
R2——仪器与周围物体之间的辐射热阻，℃/W；
T3——仪器与周围气体平均温差，℃；
R3——仪器与周围气体间对流换热热阻，℃/W。
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
4 再入卫星的防热
返回式卫星在完成轨道任务后，有效载荷的回收舱会 返回地面。需要进行相应的热防护。 热环境：外热流变化大，大气制动造成飞行器在大气 层中高速飞行时遇到热障。 防热途径：设计合理的气动外形，减少气流的气动加
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
4 再入卫星的防热
2）辐射式防热结构 a. 机理与特点
辐射式防热结构就是利用耐高温并有高辐射特性的外表面， 以辐射散热方式对气动加热进行防护的结构形式。为此，设想 一个防热结构，如下图示。 (a) 辐射防热结构（由3部分组成：直接与高温环境接触的外蒙 皮；内部结构；外蒙皮与内部结构之间的隔热层） (b)（隔热材料与外蒙皮贴合，热导率 k=0）； (c)外蒙皮与隔热材料间留有空隙，两者间仅有辐射传热，向内 无辐射，辐射系数ε’=0）
2 热控系统的方案设计
3）设计措施的选择
热设计是通过各种热控措施来实现的。选取热控措施的
一般原则：先考虑使用被动热控方法，再考虑使用主动 热控方法。设计顺序是先考虑卫星壳体内、外表面的热
控措施，再考虑卫星内部的热控措施。设计时要合理组
织卫星内部热交换过程，注意与其他分系统设计的配合。
空间飞行器总体设计
空间飞行器总体设计
§8.1 概述
2）微重力
在空间微重力作用下，舱内因温差而产生的气体自然对流换热非常 微 小，可以忽略不计。
3）空间外热流
航天器的空间热源主要是：太阳辐射、地球反照、地球热辐射 太阳辐射：太阳不断地向空间辐射大量的能量，其辐射密度为S＝ 1353±21（W/m² ）。 地球反照：通常用地球反照率来描述地球反照的强弱程度。反照率 最高可达100%。 地球热辐射：可把地球当作250K左右的绝对黑体，向航天器热辐射。 （太阳：5762K的黑体）
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
2 热控系统的方案设计
2）设计工况的选择
最低温度工况：通常组合了航天器在轨道上可能遇到的
各种使航天器处于最低温度的极端热条件，包括最小受
晒因子，最小受照截面积，航天器内部最小发热功率， 涂层热特性为初始值，太阳常数为低值等条件的组合。
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
471.6(铝合金临界使用温度) 733.7(钛合金临界使用温度)
4
1100
空间飞行器总体设计§8.2 来自星热设计4 再入卫星的防热
下图为飞行器的几种再入外形。
（a）弹头 （b）再入卫星 （c）载人飞船 （d）行星再入器
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
4 再入卫星的防热
1）热容吸热式防热结构
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
烧蚀防热结构的典型形式
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
3 热分析计算
卫星的热计算主要包括轨道计算、外热流计算和温度计算三个 方面，贯穿卫星整个研制过程以及发射和运行的全过程。
1）热计算的作用
为热设计提供基本依据； 热设计过程中需要通过热计算来确定各种热控措施的效果， 进行多方案比较； 为热环境模拟试验提供环境模拟依据； 预示卫星在轨寿命期内的各种温度变化，包括预示偏离设计 运行工况可能产生的温度偏差。
炭化烧蚀材料的剖面分层
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
4 再入卫星的防热
3）烧蚀防热结构 烧蚀防热结构由3个主要部分组成：烧蚀层、隔热层和内
部的承力结构。
烧蚀层：主要作用是进行烧蚀反应以达到防热、散热目的； 隔热层：主要是阻隔烧蚀层剩余的热量向内部结构传递；
承力结构：就是航天器的本体。
1）热容吸热式防热结构 基本特点：防热层的总质量与传入的总热量成正比； 防热层表面形状和物理状态不变；这种防热方式所用 的材料或受熔点的限制，或受氧化破坏的限制。
缺点：效率不高。
优点：简单易行。
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
4 再入卫星的防热
美国“双子星座”宇宙飞船的交会与回收、再入控制舱锥段的吸热防热结构图
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
2 热控系统的方案设计
1）热设计的基本条件
卫星的任务； 卫星的轨道参数及姿态状况； 卫星的构型和仪器设备的布局； 卫星各仪器设备和部件的材料、尺寸、质量、功耗、必要的 热物理性质、工作周期及工作寿命等； 卫星各仪器设备和部件的工作温度范围和温度变化速率要求； 卫星的总装测试、环境模拟试验和发射场地的环境条件及其 对热控的要求； 各种被动、主动热控方法的性能特性、工艺水平和使用条件。
空间飞行器总体设计
§8.1 概述
4）地球大气环境
密度极低，对卫星的热平衡没有影响。
航天器热平衡示意图
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
1 卫星热设计的任务和原则
1）热设计的任务 卫星热设计的任务就是根据卫星飞行任务的要求以及卫
星工作期间所要经受的内、外热负荷的状况。采取各种热控
措施来组织卫星内、外的热交换过程，保证卫星在整个运行 期间所有的仪器设备、生物和结构件的温度水平都保持在规 定的范围内。
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
3 热分析计算
2）热计算的基本过程
建立热网络数学模型；
用原型热平衡试验数据修正热网络数学模型； 根据修正后的热网络模型及其误差分析计算，计算所需 的温度值；
比较计算、试验和飞行遥测数据，对热分析计算进行评
价。
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
2 热控系统的方案设计
2）设计工况的选择 设计工况就是进行热设计所依据的一个或几个特定的热 工况。卫星的热工况是很多的，必须选择一些典型的、有 代表性的热工况作为热设计的依据。 最高温度工况：通常组合了航天器在轨道上可能遇到的
各种使航天器处于最高温度的极端热条件，包括最大受晒 因子，最大受照截面积，最大地球红外辐射与地球反照热 流，航天器内部最大发热功率，涂层最大退化，太阳常数 为高值等条件的组合。
4 再入卫星的防热
b. 辐射式防热结构的组成 蒙皮，主要功能用以辐射散热，外表面要处理成具有较 大辐射系数（≥0.8）的特性，向内表面的辐射系数应尽 可能低； 隔热材料，功能是将外蒙皮与内部结构隔开，并阻止热
量向内部传递，材料热导率要小；
飞行器本体结构。 除此以外，还有将以上三部分连成整体的连接体。
空间飞行器总体设计
§8.2 卫星热设计
4 再入卫星的防热
3）烧蚀防热结构
烧蚀：就是材料在再入的热环境中发生的一系列物理、化学 反应的总称，在烧蚀过程中，利用材料质量的损耗，获得了 吸收气动热的效果。 整个烧蚀材料从开始受热到 发生烧蚀的全过程会在整个烧蚀 材料里形成三个不同的分区， 即炭化区、热解区和原始材料区。
境有：
1）宇宙真空和深空低温
当气压降至10-3Pa以下时，气体的传导和对流传热便可忽略不计。
因此，航天器与空间环境热交换几乎完全以辐射形式进行。 宇宙空间背景上的辐射能量极小，辐射能量仅约 10-5W/m² ，它相
当于3K绝对黑体辐射。 空间对航天器来说是黑体：认为航天器的自身辐射全部被宇宙空 间吸收。
空间飞行器总体设计
空间飞行器总体设计
空间飞行器总体设计
第八章 热控制系统
§8.1 概述 §8.2 卫星热设计 §8.3 卫星热控制技术 §8.4 卫星热试验
空间飞行器总体设计
§8.1 概述
卫星热控制系统的任务是通过对卫星内外热交换过程的控制，保 证星体各个部位及星上仪器设备在整个任务期间都处于正常工作的 温度范围，为卫星正常运行提供技术保障。 最主要的热环境是空间热环境，而与热控制有关的基本空间环
3 热分析计算
整星热平衡计算方程： qse qI qc AT 4 mc dT d qse——舱表面吸收的太阳辐射，地球反照和地球表面辐射热流 之和，W； qI ——舱内发热功率，W； qc ——相邻舱段热交换热流，W； σ——斯蒂芬－玻而兹曼常数； ——舱表面平均发射率； A——舱表面辐射面积，m² ； T ——舱表面平均温度，K； m——舱质量，kg； c ——舱平均比热容，J/(kg· K)； ——时间，S；