热工基础课件绪论
合集下载
热工基础-1-绪论
1824 年 ， 法 国 陆 军 工 程 师 Nicholas Léonard Sadi Carnot 发表了 “ 关于火的动力研究” 的 论文。 他通过对自己构想的理想热机 的分析得出结论：热机必须在两个 热源之间工作，理想热机的效率只 Carnot 取决与两个热源的温度，工作在两 个一定热源之间的所有热机，其效 (1796 - 1832) 率都超不过可逆热机，热机在理想 状态下也不可能达到百分之百。这 就是卡诺定理。
卡诺的论文发表后，没有马上引起人们
的注意。过了十年，法国工程师Benôlt Paul
Emile Clapeyron (1799 - 1864)把卡诺循环 以解析图的形式表示出来，并用卡诺原理研 究了汽液平衡，导出了克拉佩隆方程。
1842 年 ， 德 国 医 生 Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 主要受病人 血液颜色在热带和欧洲的差 异及海水温度与暴风雨的启 发，提出了热与机械运动之 间相互转化的思想。
热力学基本定律反映了自然界的客观 规律,以这些定律为基础进行演绎、逻辑推 理而得到的热力学关系与结论,显然具有高 度的普遍性、可靠性与实用性,可以应用于 机械工程、化学、化工等各个领域,由此形 成了化学热力学、工程热力学、化工热力 学等重要的分支。化学热力学主要讨论热 化学、相平衡和化学平衡理论。工程热力 学主要研究热能动力装置中工作介质的基 本热力学性质、各种装置的工作过程以及 提高能量转化效率的途径。化工热力学是 以化学热力学和工程热力学为基础，结合 化工实际过程逐步形成的学科。
主讲教师：袁 越 锦 yuanyj@
绪 论
1-1 为什么要学习热工基础？ 1-2 能)
1-4 发展简史
1-1 为什么要学习热工基础？
热工基础(张学学)第一章.ppt
实际过程都是不可逆过程，如传热、混合、扩散、渗透、
溶解、燃烧、电加热等。
可逆过程是一个理想过程。可逆过程的条件：准平衡过 程＋无耗散效应。
17
1-5 功量与热量
1. 功量与示功图
(1) 膨胀功
工质在体积膨胀时所作 的功称为膨胀功。符号为W，
单位为J 或kJ。
对于微元可逆过程：
W pAdx pdV
功是过程量而不是状态量。
因此，微元功只能用δw表示， 而不能用dw表示。
19
2. 热量、熵与示热图
（1）热量
系统与外界之间依靠温差传递的能量称为热量，符号为 Q ，单位为J 或kJ。
单位质量工质所传递的热量用 q 表示，单位为 J/kg 或
kJ/kg。
热量正负的规定：系统吸热时q > 0；系统放热时q < 0 。 热量和功量都是系统与外界在相互作用的过程中所传递 的能量，都是过程量而不是状态量。
单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）。单位为Pa （帕），1 Pa =1 N/m2 。
压力测量：
绝对压力 p；
大气压力 pb； 表压力 pe； 真空度 pv。
只有绝对压力 p 才是状态参数。 当绝对压力 p 高于大气压力 pb 时，有：p = pb + pe 当绝对压力 p 低于大气压力 pb 时，有：p = pb － pv
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。 （3）绝热系统：与外界没 有热量交换的系统。
（4）孤立系统：与外界既 无能量（功量、热量）交换 又无物质交换的系统。
进口
出口
4
1-2 平衡状态及基本状态参数
1. 平衡状态
（1）状态（热力状态）
溶解、燃烧、电加热等。
可逆过程是一个理想过程。可逆过程的条件：准平衡过 程＋无耗散效应。
17
1-5 功量与热量
1. 功量与示功图
(1) 膨胀功
工质在体积膨胀时所作 的功称为膨胀功。符号为W，
单位为J 或kJ。
对于微元可逆过程：
W pAdx pdV
功是过程量而不是状态量。
因此，微元功只能用δw表示， 而不能用dw表示。
19
2. 热量、熵与示热图
（1）热量
系统与外界之间依靠温差传递的能量称为热量，符号为 Q ，单位为J 或kJ。
单位质量工质所传递的热量用 q 表示，单位为 J/kg 或
kJ/kg。
热量正负的规定：系统吸热时q > 0；系统放热时q < 0 。 热量和功量都是系统与外界在相互作用的过程中所传递 的能量，都是过程量而不是状态量。
单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）。单位为Pa （帕），1 Pa =1 N/m2 。
压力测量：
绝对压力 p；
大气压力 pb； 表压力 pe； 真空度 pv。
只有绝对压力 p 才是状态参数。 当绝对压力 p 高于大气压力 pb 时，有：p = pb + pe 当绝对压力 p 低于大气压力 pb 时，有：p = pb － pv
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。 （3）绝热系统：与外界没 有热量交换的系统。
（4）孤立系统：与外界既 无能量（功量、热量）交换 又无物质交换的系统。
进口
出口
4
1-2 平衡状态及基本状态参数
1. 平衡状态
（1）状态（热力状态）
火电厂热工基础培训课件讲义
第一章 绪 论
3、仪表的灵敏度、线性度、回差及分辨率（1）灵敏度 仪表的灵敏度是指其输出信号的变化 值与对应的输人信号变化值的比值。用数学形式表示，在某一点处仪表的灵敏度为
式中 S——在某一点处仪表的灵敏度； φ——仪表的输出信号； x—一仪表的输入信号。
S
=
lim
= d
x0 x
dx
第一章 绪 论
火电厂热工知识培训讲义
2020/7/12
第一章 绪 论
第一章 绪 论
第一章 绪 论
第一章 测量技术的基本知识
• 测量与误差 • 仪表的组成与分类 • 仪表的质量指标
第一章 绪 论
第一节 测量与误差
一、测量与误差 测量是利用某种工具并以实验或计算的方法获取被测参数数值的过程。具体说，是指被
测参数与预先确定的被测参数的“单位”进行比较，并获取比值的过程。
（1）接触电势:
接e触A电B势的(t大)小可=用下式K表Te示： ln
N A (t ) N B (t )
（2）示值比较检定法
这种方法是用标准表对被检定仪表进行检定。被检表和标准表同时测同一被测量，把标 准表的示值当成真值（约定真值），比较二者的示值以确定被检仪表有 关性能指标，这就是示值比较检定法。为保证检定工作的质量，一是要求标准表的
第二章 温度测量
第二章 温度测量
第二章 温度测量
第一节 热电偶测温 一、热电偶的测温原理
测量的基本公式如下：x = αUx 式中 x——被测参数（被测量) Ux——测量单位；
α——测量获得的比值，又称为测量值。
αUx是测量的结果。考虑到测量过程一般有误差存在，实际的关系式应该是 x ≈ αUx 测量过程有三要素：一是测量单位 ；二是测量方法 ；三是测量工具。
热工基础(第二版)-张学学(1)绪论课件
2022/10/23
15
0-2 热工基础的研究内容
热工基础
（热工理论基础）
工程热力学篇 传热学篇
主要研究内容：
热工基础主要研究热能利用的基 本规律、提高热能利用率的方法以及 热能利用过程及自然界所有热现象中 热量传递的基本规律。
2022/10/23
17
1.工程热力学的研究内容与研究方法
（1）研究内容
我国的CO2排放量仅次于美国，居世界第二，占 世界总排放量的13.6%。
据世界银行报导，我国城市空气污染对人体健 康和生产造成的损失估计每年200亿美元；酸雨使农 作物减产每年损失达50亿美元。
2022/10/23
12
3. 能量的转换与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。
燃料电池
机械能
高温热源 吸热Q1 作功W
热机 机械能
放热Q2
水泵
冷却水
低温热源
如何提高热机的热能利用率（热效率）是
工程热力学的主要研究内容之一 。
2022/10/23
19
2.传热学的研究内容与研究方法
（1）研究内容
传热学以热力学第一、第二定律为 基础，研究热量传递的规律。
所谓热量，是指在温差的作用下传递的热能的 数量。由于在人们的日常生活和生产实践中温差 几乎无处不在，所以热量传递是普遍存在的物理 现象。
工程热力学主要研究热能和机械能 之间相互转换的规律及提高能量转换经 济性的途径和技术措施 。
（2）研究方法
工程热力学采用经典热力学的宏观
（不涉及微观，整体对待）研究方法，
还普遍采用抽象、概括、理想化和简化
处理方法。
2022/10/23
18
热工基础与设备绪论
从热工设备的角度来看，我们的着重点应当放在如何正确、合理 地为热工设备（窑炉）选择耐火材料、保温材料等筑炉材料，从 而保证窑炉既经久耐用，且造价和成本又合理、低廉。
筑炉材料与窑炉砌筑
窑炉是一个特殊的建筑结构，它的砌筑除了要符合一般的建筑规范之 外，还要符合一些特殊的规章制度。例如：
砌筑窑炉时就要留出足够的“膨胀缝” ( Expansion Joint ）以适应 窑炉升温时的膨胀作用
水泥
发展简史
19世纪发展到人工配料，组织工业化生产;
(1) 1877年第一台回转窑（干法）问世，英国人 的专利。后来有了立窑、湿法回转窑。
(2) 20世纪20年代出现了立波尔窑; (3) 20世纪50年代出现了悬浮预热器窑; (4) 20世纪70年代出现了预分解窑。
随着水泥窑炉的更新，水泥生产技术和水平 也得到了飞快的提高和发展。
加热交换装置的湿法长窑 （窑内、窑外）
干法窑 干法中空窑
立波尔窑 e： 40-45 料球加热机+干法回转窑
悬浮预热器窑 e：45-50 旋风预热器+干法短窑
（SP型）
立筒预热器+干法短窑
预分解窑 e：85-95
（NSP型） 悬浮预热器+预分解炉+干法短窑
煅烧系统 （……+冷却机）
水泥窑炉
湿法回转长窑
玻璃窑炉
玻璃窑炉
玻璃窑炉
马蹄 焰窑
双碹 池窑
玻璃窑炉
1100℃
600℃
浮法玻璃窑
玻璃窑炉
坩埚窑
玻璃窑炉
逆流式窑
玻璃窑炉 电熔窑
玻璃窑炉
都江堰
北雄
玻璃窑炉
金华
九州
玻璃窑炉
筑炉材料与窑炉砌筑
窑炉是一个特殊的建筑结构，它的砌筑除了要符合一般的建筑规范之 外，还要符合一些特殊的规章制度。例如：
砌筑窑炉时就要留出足够的“膨胀缝” ( Expansion Joint ）以适应 窑炉升温时的膨胀作用
水泥
发展简史
19世纪发展到人工配料，组织工业化生产;
(1) 1877年第一台回转窑（干法）问世，英国人 的专利。后来有了立窑、湿法回转窑。
(2) 20世纪20年代出现了立波尔窑; (3) 20世纪50年代出现了悬浮预热器窑; (4) 20世纪70年代出现了预分解窑。
随着水泥窑炉的更新，水泥生产技术和水平 也得到了飞快的提高和发展。
加热交换装置的湿法长窑 （窑内、窑外）
干法窑 干法中空窑
立波尔窑 e： 40-45 料球加热机+干法回转窑
悬浮预热器窑 e：45-50 旋风预热器+干法短窑
（SP型）
立筒预热器+干法短窑
预分解窑 e：85-95
（NSP型） 悬浮预热器+预分解炉+干法短窑
煅烧系统 （……+冷却机）
水泥窑炉
湿法回转长窑
玻璃窑炉
玻璃窑炉
玻璃窑炉
马蹄 焰窑
双碹 池窑
玻璃窑炉
1100℃
600℃
浮法玻璃窑
玻璃窑炉
坩埚窑
玻璃窑炉
逆流式窑
玻璃窑炉 电熔窑
玻璃窑炉
都江堰
北雄
玻璃窑炉
金华
九州
玻璃窑炉
《热工基础》绪论PPT
年 中国 世界先进
g / kW. h
1960 1970 600 502
1980 1991 1997 448 424 408
2006 366 305
600 500 400 300 200 100 0 1960 1970 1980 1991 1997 2006 中国 世界先进
二Hale Waihona Puke 火力发电厂生产过程火力发电厂: 利用燃料燃烧放热生产电能的工厂
风 能
风 车
水 力 能
水水 力 车机 械
化 学 能
核 能
燃 裂 聚 烧 变 变
地 热 能
传 热
太 阳 能
光 热 光 电 反 应
热
热 机
温 差 发 电
能 (95%)
磁 流 体 发 电 热 用 户
机 械 能
发 电 机
电 动 机
电
能
太 阳 能 发 电
秦 山 核 电 站
西 藏 羊 八 井 地 热 发 电 站
《热工基础及应用》
课 程 性 质
岗位群
火电厂集控运行值班员、巡视员
专业
火电厂集控运行
课程
热工基础及应用(职业能力核心课程)
本课程为火电厂集控运行专业的职业能力核心课程，是针对大中型火力发
电厂运行与管理等岗位职业能力培养而设置的课程，旨在为大中型火电厂培 养具有运行操作基本技能、确保热力设备安全、经济运行的高素质技能型专 门人才。
传热过程是由导热、热对流、
热辐射三种基本方式组合形 成的
三、本课程主要内容及研究方法
（二）热工学主要研究方法
宏观方法为主，微观方法为辅
①宏观方法:即不考虑物质的微观结构，而是
从宏观现象出发来描述客观规律。用宏观物理量
g / kW. h
1960 1970 600 502
1980 1991 1997 448 424 408
2006 366 305
600 500 400 300 200 100 0 1960 1970 1980 1991 1997 2006 中国 世界先进
二Hale Waihona Puke 火力发电厂生产过程火力发电厂: 利用燃料燃烧放热生产电能的工厂
风 能
风 车
水 力 能
水水 力 车机 械
化 学 能
核 能
燃 裂 聚 烧 变 变
地 热 能
传 热
太 阳 能
光 热 光 电 反 应
热
热 机
温 差 发 电
能 (95%)
磁 流 体 发 电 热 用 户
机 械 能
发 电 机
电 动 机
电
能
太 阳 能 发 电
秦 山 核 电 站
西 藏 羊 八 井 地 热 发 电 站
《热工基础及应用》
课 程 性 质
岗位群
火电厂集控运行值班员、巡视员
专业
火电厂集控运行
课程
热工基础及应用(职业能力核心课程)
本课程为火电厂集控运行专业的职业能力核心课程，是针对大中型火力发
电厂运行与管理等岗位职业能力培养而设置的课程，旨在为大中型火电厂培 养具有运行操作基本技能、确保热力设备安全、经济运行的高素质技能型专 门人才。
传热过程是由导热、热对流、
热辐射三种基本方式组合形 成的
三、本课程主要内容及研究方法
（二）热工学主要研究方法
宏观方法为主，微观方法为辅
①宏观方法:即不考虑物质的微观结构，而是
从宏观现象出发来描述客观规律。用宏观物理量
第一章 绪论 热工基础
本章提要及安排本章提要:本章阐明热力学系统（热力系）的定义及其描述，着重介绍热力系的平衡状态的概念，描述平衡状态的基本状态参数比体积、压力和温度，及体现三者相互关系的状态方程式。
定义了热力系的准平衡过程并对热力循环作了初步的介绍．本章要求:1．了解热力系的定义，平衡状态的概念和应满足的平衡条件。
2．掌握基本状参数p、v、T 的定义、计量及不同单位间的换算。
3．了解准平衡过程的定义及提出准平衡过程的意义和作用。
4．对不同的热力循环及其作用建立起初步的概念。
学习建议：本章学习时间建议共4学时：1．热力系及其描述 1学时2．基本状态参数 1学时3．状态方程式，状态参数坐标图 1学时4．热力过程及热力循环1学时1.1 热力系及其描述本节知识点：热力系平衡状态状态参数的特性本节疑问解答：思考题1.1.1思考题1.1.2思考题1.1.3思考题1.1.4思考题1.1.5本节基本概念：热力系外界界面开口系控制容积简单热力系绝热系孤立系可压缩系统简单可压缩系统热源尺度量强度量热力状态参数力学状态参数1.1.1 热力系在对一个现象或—个过程进行分析时为了确定研究的对象，规划出研究的范围，常从若干物体中取出需要研究的部分．这种被取出的部分叫做热力学系统，简称热力系。
热力系以外的物质世界统称为外界（或环境）。
热力系与外界的分界面叫做界面（或边界）。
所谓热力系，即是由界面包围着的作为研究对象的物体的总和。
热力系与外界之间的界面可以是真实的，也可以是假拟的，可以是固定的，也可以是运动的。
在一般情况下，热力系与外界处于相互作用中，彼此可交换能量(如热量及各种形式的功)及物质。
按热力系与外界进行物质交换的情况可将热力系分类为：闭口系(或闭系)——热力系与外界无物质交换，或者说没有物质穿过边界。
此时．热力系内部的质量将保持不变，称为控制质量(C.M.)，故闭口系即是我们所研究的某“控制质量”。
开口系(或开系)——热力系与外界之间有物质交换，或者说有物质穿过边界。
热 工 基 础 绪论
常见的热能动力装置如下：
蒸汽轮机动力装置
蒸汽轮机 发电机
锅炉
燃气轮机动力装置
内 燃 机
核能动力装置
一回路
二回路
二、热能的利用及热能动力装置
（四）火力发电厂的生产过程
在锅炉中，利用燃烧煤炭、石油、天然气等 化石燃料所产生的热能，让水受热而成为高温高 压的蒸汽，然后利用此高温高压蒸汽的能量，推 动汽轮机运转，从而带动发电机发电。 （火电厂生产流程图）
（二）我国能源面临的主要问题
2.人均能耗水平低
电力装机容量和电力消耗只有世界水平的三分之一； 消耗标准煤低于世界的二分之一,居世界第89位。
树立能源忧患意识,建设小康社会！
一、能源的地位及我国能源面临的 主要问题
（二）我国能源面临的主要问题
3.能源利用率低
能源终端利用率33%，比发达国家平均低十个百分点； 火电煤耗350g/kWh左右，平均高出国际水平30g/kWh； 工业锅炉效率仅为西方发达国家的80%；
5.能源不均衡
能源构成不均衡：富煤（7）贫油（2）少气（1） 能源分布不均衡：西气东输，北煤南水
一、能源的地位及我国能源面临的 主要问题
（二）我国能源面临的主要问题
为了加快国民经济的发展，必须解决好能源问题，因此 在学习本门课程中要始终贯穿节能的思想。 确保能源供应和保护环境是我国面临的两大任务与挑战， 这是所有能源科技工作者的历史使命，也是学好热工基础 课程的精神动力所在。
厂用变压器 （降压） 厂用配 电装置
火电厂能量转换过程与三大主机
锅炉：燃料化学能→蒸汽热能 汽轮机：蒸汽热能→机械能 发电机： 机械能→电能
锅炉 汽轮机 发电机
燃料的化学能 蒸汽热能 机械能 电能 (热机) 热能动力装置
《热工基础》第一讲_661605842
能源分类
3）按能否再生分类： 可再生能源：水能、太阳能、风能、海洋能、生物质能、 地热能等； 非再生能源：煤、石油、天然气、核能等。
4）按是否产生污染分类： 清洁能源：太阳能、风能、水能、海洋能等。 非清洁能源：煤、石油、天然气等。
环境污染
我国有57%的城市空气中总悬浮颗粒超标； 有48个大中城市空气中的SO2浓度超标； 有82%城市出现过酸雨； 我国的CO2排放量居世界第一；
课程主要教学内容
第六章 动力装置循环及制冷装置循环 6-1 涡轮喷气发动机循环 6-2 涡扇、涡轴发动机循环* 6-3 活塞式内燃机循环* 6-4 空气压缩式制冷循环 6-5 飞机座舱舱内温、湿度控制
课程主要教学内容
第二篇 传热学 第七章 导热 7-1 导热理论基础——傅里叶定律 7-2 导热微分方程 7-3 稳态导热 7-4 非稳态导热 7-5 导热问题的数值解法基础*
• 燃油带走PAO液冷回路，液压 及润滑系统热量；
• 燃油冷却器将燃油热量排放 给冲压空气。
19
热科学：研究热能、热量及热现象的科学
热学
工程热
力学
热科学
传热学
热测试
燃烧学
● 热学：研究自然界中物质与冷热有关的性质及这些性 质变化的规律。
● 工程热力学：研究能量转换（热功转换）的规律及提 高能量转换效率的途径。
1. 能量
能量与能源
能量是物质运动的度量。 世界是由物质构成的，一切物质都处于运动状态，
所以一切物质都具有能量。 能量是人类社会进步的动力。
能量的主要形式
机械能： 宏观物体的动能与势能； 热 能： 物质分子热运动动能与位能之和；不涉及
化学变化和核反应的热力学能，也称为内 热能； 电 能： 与电荷的运动和积蓄有关的能量。 化学能： 通过化学反应释放的能量。 核 能：通过核反应释放的能量。 辐射能： 物体以电磁波的形式发射的能量。
相关主题