火电厂热工基础知识

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湿空气:含有水蒸气的空气。 1、相对湿度: 2、含湿量: 3、湿空气焓: 4、焓-含湿图:
湿空气过程 1、加热(或冷却)过程 2、冷却去湿过程 3、干燥过程
第二节 传热学
第二节 知识结构
绪论 导热传热 对流换热 辐射传热 传热过程分析与换热器计算
一、导热传热
导热定义:温度不同的物体各部分或温度不 同的两物体间直接接触时,依靠分子、原子 及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量 传递现象,又称热传导。
解:材料1侧:q1=(t0-t1)/(δ1/λ1)=1680W/m2, 材料2侧:q2=(t0-tf)/(δ2/λ2+1/h)=975W/m2, q= q1 + q2=2655W/m2
一、导热传热
圆筒壁导热 1、第一类边界条件 图示:4.2-10 公式:4.2-12、4.2-13 2、第三类边界条件 图示:4.2-10 公式:4.2-12、4.2-13 3、应用: P75例题7
数:压力p、温度T、比体积v、热力学能U、 焓H和熵S 。
平衡状态:热力系统不受外界影响,始终保 持不变。
基本概念
热力过程:系统从一个状态变化到另一个状 态经历的全部状态的总和。
准平衡过程:平衡被破坏后能迅速达到新的 平衡,工质偏离平衡状态极小。
可逆过程: 逆向沿原过程回到初态,相关外界回到原态 不给外界留下任何影响。
理想气体状态方程:
P1V1/T1= P2V2/T2 = PV/T= R 理想气体参数
比热容:定容比热、定压比热、
热力学能差:公式Δu1-2=
2
1
cvdT

cvT
焓差:公式Δh1-2=
2
1 cpdT cpT
熵差:公式4.1-18~4.1-20
二、理想气体性质及热力过程
热力过程:4个基本过程P1V1/T1 = P2V2/T2 定容过程:比体积不变的过程,P1/T1 = P2/T2 定压过程:压力不变的过程,V1/T1= V2/T2 定温过程:温度不变的过程,P1V1= P2V2 绝热过程:工质与外界没有热量交换的过程, pvk=常数
一、导热传热
例题:一双层玻璃窗由宽1m,高1.2m,厚3mm的玻 璃和其中间的厚为5mm空气间隙组成。设空气层仅 起导热作用,导热系数为0.026 W/(m•K),室内外 温度分别为26℃及-11℃,内外表面表面传热系数 分别为20W/(m2•K)、 15W/(m2•K),试求该玻璃窗 的散热量。
导热特点: ①必须有温差; ②物体直接接触; ③依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热 运动传递热量; ④引力场下单纯导热只发生在密实固体中。
一、导热传热
一维稳态导热傅里叶公式:
Φ

tw1 tw2


t Rλ
A
导热过程的单值性条件:是导热微分方程确
定唯一解的附加补充说明条件。包含几何、
孤立系统熵增原理:孤立系统内的熵只能够 增大或维持不变,不可能减小
三、热力学第二定律
例题7:一个热机循环工作在1000K和250K 的两个热源之间,从高温热源吸热100kJ, 做功77kJ,判断该循环是否可行,为什么?
解:根据卡诺定律,循环热效率的极值

,t 该1循TT12环 1的热12050效00t 率10.75qq12
一、流体力学 重点:流体静力学基本方程、流体动力
学方程及流体阻力计算 二、泵与风机 重点:性能参数、运行调节
一、基本概念
流体:是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形 的物质。
特征:流动性、易变形。 性质:4种
①压缩性与膨胀性 ②粘性:流体内部产生的摩擦阻力,μ动力黏度。
实验证实:F=μAU/h,A面积,U速度,h板间距 压强:气体和液体粘性随压强的变化很小 温度:升高气体粘性增大,液体粘性减小 ③表面张力和毛细力 ④作用力
1 100 77 100

0.77
超过了卡诺循环的效率,故该循环不能实现。
四、水蒸气
饱和状态:水的汽化与液化速度相等,汽、液 两相共存达到动态平衡的状态。
特点:饱和温度和饱和压力一一对应 水的定压加热汽化过程:
1、二线三区五态 2、相关定义 汽化潜热:饱和水变为饱和蒸汽所需的热量 临界点:
温度ts为374.15℃,压力Ps为22.212MPa
四、水蒸气
水和水蒸气表
四、水蒸气
水和水蒸气焓-熵图
五、气体和蒸汽的流动
基本方程: 促使流速改变的条件:
Ma<1时,若使流速增大,应有dA<0,横截 面积应逐步缩小;
Ma>1时,若使流速增大,应有dA>0,横截 面积应逐步增大。
第一节 第二节 第三节 第四节
工程热力学 传热学 流体力学 热工测量技术
第一节 工程热力学
第一节 知识结构
一、热力学第一定律 二、理想气体性质及热力过程 三、热力学第二定律 四、水蒸气 五、气体和蒸汽流动 六、气体和蒸汽动力循环 七、湿空气
基本概念
工质:生产过程中工作物质的简称。 热源:工质从中吸收热能的物体或系统。 冷源:接受工质排出热能的物体。 状态参数:描述系统状态的物理量。常用参
动量方程:公式4.3-17 伯努利方程:能量守恒定律流体力学的应用
1、公式4.3-18 动能+位势能+压强势能=机械能=常数 2、伯努利方程应用:P103例题3
四、流动阻力和能量损失
产生原因:实际流体存在粘性,流动中产生 摩擦阻力,为了克服摩擦阻力,流体中一部 分机械能不可逆地损失掉
流动阻力和损失:2部分 1、沿程阻力与沿程损失 2、局部阻力与局部损失
解:A=1×1.2=1.2m2,
k=1/(1/h1+δ1/λ1+δ2/λ2+δ3/λ3+1/h2)=3.2 W/(m2•K)
Δt=26-(-11)=37℃, φ=k*A*Δt=141W
一、导热传热
例题:导热系数分别为λ1=0.08W/(m•K), λ2=0.03W/(m•K)的材料,厚度分别为2mm和1mm, 中间紧夹一层厚度可以不计的加热膜,加热膜的温 度维持在70℃,材料1一侧维持在t1=28℃,材料2 一侧与维持在tf=18℃的表面传热系数h为 50W/(m2•K)的气流相通,假设过程为稳态,试计算 加热膜所施加的热流密度大小。
二、对流换热
3、影响因素:5方面 流动起因和状态、流体热物理性质、流体 相变、定性温度与定型尺寸 4、单相流体对流换热 ①管内受迫流动换热 ②外掠圆管流动换热 5、凝结换热与沸腾换热
三、辐射传热
辐射(热辐射)
1、定义:由热运动产生的,以电磁波(或光 子)形式传递能量的现象。
2、特点:①高于0K的任何物体,就会不停地 向周围空间发出热辐射;②可在真空中传播; ③伴随能量形式的转变;④具有强烈的方向 性;⑤辐射能与温度、波长有关;⑥辐射能 取决于温度的4次方。
流动状态: 1、层流和紊流: 2、判据:雷诺数 公式4.3-23 圆管的临界雷诺数Recr=2000
四、流动阻力和能量损失
流体阻力计算 1、沿程阻力: 计算公式:公式4.3-20 沿程阻力系数计算: 2、局部阻力: 计算公式:公式4.3-21 局部阻力系数计算: 3、总阻力: 总阻力=沿程损失+局部损失 4、简单管道流动计算:P108例题4
二、流体静力学
适用范围:理想流体和黏性流体 静压强特性
1、方向与作用面相垂直,并指向内法线方向 2、静止流体任一点压强与作用面在空间方向 无关 静力学方程: 1、公式 4.3-6 位势能+压强势能=常数 2、方程应用: P100例题2
三、流体动力学
连续性方程:公式4.3-15 定常流动两截面间流体质量不变
三、热力学第二定律
主要描述: 1、克劳修斯说法: 2、开尔文说法:
卡诺循环与卡诺定律: 1、卡诺循环(见图4.1-6):由两个定温
过程和两个绝热过程组成的理想循环。
热效率:ηt =1 – T2/T1
三、热力学第二定律
2、卡诺定理: 定理1:相同高温热源和低温热源间工作的可 逆循环热效率相等 定理2:温度相同的高温热源和低温热源间工 作的可逆热机热效率大于不可逆热机热效率
物理、时间、边界。边界条件分三类:
第一类边界条件:
第二类边界条件:
第三类边界条件:
一、导热传热
典型几何形状物体的稳态导热 平壁导热:
1、第一类边界条件 图示:4.2-7、 4.2-8、 4.2-9 公式:4.2-8、4.2-9 2、第三类边界条件 图示:4.2-9 公式:4.2-10、4.2-11 3、应用:P75例题6
基本概念
正向循环:高温热源吸热q1,向低温热源放 热q2,部分热量转换为功。效率η=w/q1
逆向循环:向高温热源放热,从低温热源吸 热,同时消耗外界的功。
热力学能:储存在系统内部的能量。 焓:H=U+pV,即热力学能加推动功。
总能:E=U+Ek+Ep
一、热力学第一定律
表述:当热能与其他形式的能量相互转换时, 能量的总量保持不变。
扩展传热面;改变流动状态;改变流动 物性;改变表面状况:增加粗糙度、改变 表面状况;改变换热面积形状和大小;改 变能量传递方式;靠外力产生振荡。
四、传热过程分析与换热器计算
2、削弱传热 定义: 方法:2种
覆盖绝缘材料;改变表面状况。 对数平均温差
用于换热器设计计算
第三节 流体力学
第三节 知识结构
三、辐射传热
4、基本定律 ①普朗克定律:描述黑体辐射能量沿波长 分布的规律。 ②斯蒂芬-玻尔兹曼定律:描述黑体辐射力 随温度的变化规律。 ③兰贝特定律:描述黑体辐射能量沿半球 空间方向的变化规律。 ④基尔霍夫定律:描述单色定向发射率与 单色定向吸收率的变化规律
四、传热过程分析与换热器计算
通过肋壁的传热 强化传热与削弱传热的方法 1、强化传热 定义: 方法:7种。
对外做功为负,表明此过程被压缩,对外 做功-26kJ,即消耗外界功26kJ。
一、热力学第一定律
开口系统表达式:P51例题2

q

(h2

h1)

1 2
(c22

c12
)Biblioteka Baidu

(gz2

gz1)

wi

h

wt
二、理想气体性质及热力过程
理想气体模型:对实际气体的简化,忽略分 子容积,忽略分子间作用力。
闭口系统表达式: q=Δu+w
P51例题1
Q U W
一、热力学第一定律
例题1:气体在某一过程中吸收了60kJ的热 量,同时热力学能增加了86kJ,问此过程 是膨胀还是压缩过程?做功是多少?
解:根据闭口系统能量方程 Q U W 可得 W Q U 60 86 26kJ
二、对流换热
对流 1、定义:流体(气体或液体)中温度不
同的各部分之间,由于发生相对宏观运动 而把热量由一处传递到另一处的现象,又 称热对流。
2、基本公式:牛顿冷却公式
Φ hA(tw t)
二、对流换热
对流换热 1、定义:流体与温度不同的固体壁面接触时 所发生的传热过程 2、特点: ①导热与对流同时存在的复杂过程; ②必须有直接接触面、宏观运动和温差; ③紧贴壁面会形成速度梯度较大的边界层。
一、基本概念
例题:动力黏度μ=0.065N·s/m2的油充满在活塞 和气缸间隙中,气缸直径D=12mm,间隙δ=0.4mm, 活塞长度L=14cm,如对活塞施以F=8.6N的力,使 其匀速运动。求活塞运动速度。
解:活塞匀速运动说明:F等于摩擦阻力 F=μAU/h,A=π(D-2δ)L=0.05243m2 h= δ=0.0004m, μ=0.065N·s/m2,F=8.6N U=Fδ/(μA)=1.0095m/s
3、基本公式:斯蒂芬-波尔兹曼定律
AT 4
三、辐射传热
辐射换热: 1、定义:物体间靠热辐射进行的热量传递 2、特点: ①不需要冷热物体直接接触; ②先有热能变为电磁波而后变为热能; ③物体相互间辐射能量,最终热能由高温物 体传到低温物体 3、基本概念 黑体、辐射力、单色辐射力、角系数
六、气体和蒸汽动力循环
气体动力循环 1、混合加热理想循环: 5个过程(2绝热2定压1定容) 2、定容加热理想循环: 4个过程(2绝热2定容)
蒸汽动力循环 1、郎肯循环:4个过程(2绝热2定压) 2、再热循环:朗肯循环的改进 3、回热循环
七、理想气体混合物和湿空气
理想气体混合物 1、分压力: 2、分压力定律:混合物总压力等于各组分 分压力之和
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