硅酸盐工业热工基础第一章讲稿
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5.1 硅酸盐热工基础概述
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热工基础—4 传热过程
5.1.4.2 干燥设备 按照被干燥的物料、制品性能要求选择干燥设备 (1) 颗粒状物料：回转烘干机
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热工基础—4 传热过程
（2）制品：干燥器 （3）大型的耐火材料半成品：自然干燥或通电干燥 （4）陶瓷泥浆：喷雾干燥设备 干燥新技术：干燥作业还和破碎、粉磨及选粉过程同时进行，这样可 以简化流程、减小热量消耗。这种流程一般只适合水分较低的物料。
5.1.2 干燥方法
（1）自然干燥：将湿物料堆放在栅子里或室外露天晒场 上，借风吹日晒使之干燥。 （2）人工干燥：将物料放在专门设备—干燥器中进行干燥。
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热工基础—4 传热过程
人工干燥方式 (1) 利用热空气或热烟气的对流干燥。 (2) 利用红外线灯或热的金属、陶瓷、耐火材料等表面的辐射干燥。 (3) 使物料通电或将物料置于高频电磁场中，利用物料通电后产生的焦尔热 效应或分子运动产生的热量——工频干燥。 (4) 利用壁面以传导方式给物料加热，使水分蒸发——传导干燥。
水泥厂主要利用空气或烟气的对流作用进行加热干燥
对流干燥
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热工基础—4 传热过程
5.1.4 干燥制度和干燥速度
5.1.4.1 干燥制度、速度要求
根据物料、制品性质的差异具体确定 (1) 砂子和石灰石：要求较高的温度及较高的干燥速度。 (2) 粘土：干燥温度≤400℃，否则高岭土分解而失去塑性 (3) 煤：干燥温度＜150 ℃，否则会引起炭氢化合物挥发。 (4) 陶瓷、耐火材料的制品：干燥温度和干燥速度应严格控制，否则产 品将变形或开裂。
《热工基础》第一章
第一篇 工程热力学
1
第一章 基本概念
本章重点介绍工程热力学中常用的基本 概念，了解和掌握这些基本概念是学习工程 热力学的基础。
1-1 热机、工质、热源与热力系统
热机：
能将热能转换为机械能的机器。如蒸汽 机、蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发 动机等。
2
3
工质：
实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
例如：在活塞式热力机械中，活塞运动的 速度一般在10m/s以内，但气体的内部压力 波的传播速度等于声速，通常每秒数百米， 活塞运动的速度很慢，这类情况就可按准平 衡过程处理。
38
不平衡过程 ：过程中并非每一点都
非常接近于平衡状态
平衡状态1
平衡状态2
39
思考： 准平衡过程和不平衡过程哪个常见？ • 准平衡过程：一般均可视作 • 不平衡过程：会特别说明
36
在系统内外的不平衡势（如压力差、温
度差等）较小、过程进行较慢、弛豫时间非
常短的情况下，可以将实际过程近似地看作
准平衡过程。
非平衡态→近平衡态 时间
在状态参数坐标图上，准平衡过程可以近 似地用连续的实线表示。
p
1
2
v 37
在系统内外的不平衡势（如压力差、温度 差）不是很大的情况下，弛豫时间非常短， 可以将实际过程近似地看做准平衡过程。
（3）可逆过程
如果系统完成了某 一过程之后可以沿原路 逆行回复到原来的状态， 并且不给外界留下任何 变化，这样的过程为可 逆过程。
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。
不可逆过程无法恢复到初始状态？ 错！
1
第一章 基本概念
本章重点介绍工程热力学中常用的基本 概念，了解和掌握这些基本概念是学习工程 热力学的基础。
1-1 热机、工质、热源与热力系统
热机：
能将热能转换为机械能的机器。如蒸汽 机、蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发 动机等。
2
3
工质：
实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
例如：在活塞式热力机械中，活塞运动的 速度一般在10m/s以内，但气体的内部压力 波的传播速度等于声速，通常每秒数百米， 活塞运动的速度很慢，这类情况就可按准平 衡过程处理。
38
不平衡过程 ：过程中并非每一点都
非常接近于平衡状态
平衡状态1
平衡状态2
39
思考： 准平衡过程和不平衡过程哪个常见？ • 准平衡过程：一般均可视作 • 不平衡过程：会特别说明
36
在系统内外的不平衡势（如压力差、温
度差等）较小、过程进行较慢、弛豫时间非
常短的情况下，可以将实际过程近似地看作
准平衡过程。
非平衡态→近平衡态 时间
在状态参数坐标图上，准平衡过程可以近 似地用连续的实线表示。
p
1
2
v 37
在系统内外的不平衡势（如压力差、温度 差）不是很大的情况下，弛豫时间非常短， 可以将实际过程近似地看做准平衡过程。
（3）可逆过程
如果系统完成了某 一过程之后可以沿原路 逆行回复到原来的状态， 并且不给外界留下任何 变化，这样的过程为可 逆过程。
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。
不可逆过程无法恢复到初始状态？ 错！
第1讲 概述 湿空气的性质
纱布表面水分汽化所需的热量为：
Q mw wb
式中，mw为单位时间内水的汽化量 (kg/s)； wb为水在湿球温度twb时的汽化潜热 (J/kg)，则 达到平衡时，两项热量相等，即
F(t t wb ) mw wb
则水的汽化(蒸发)强度为
mw ( t t wb ) F wb
概
述
干燥：
用蒸发的 方法除去 物料中部 分物理水 分的过程
水泥行业： 粘土、石灰石、矿渣、煤等在粉磨之前需要 将水分降低至2%才能入磨，否则会影响磨 机效率。 玻璃行业： 天然石英砂及用湿法加工的砂岩粉等原料需 经干燥后才能入库、配料，否则会造成输送 困难并影响配料的准确性。 陶瓷行业： 陶瓷、耐火材料和砖瓦的半成品——坯体必 须先经干燥后才能入窑烧成，否则因强度等 原因会造成开裂和变形。
(6-11)
若用对应的湿含量差或水蒸气分压差表示水蒸气扩散的推动力，则
mw ( t t wb ) k d ( x wb x ) p (p wb p w ) F wb
式中，kd为以湿含量差为推动力的传质系数，kg/(m2.s).x； x、xwb为空气和twb时饱和空气的湿含量，kg/kg干空气； p为以水蒸气分压差为推动力的传质系数，s/m； pw、pwb为空气中的水蒸气分压和twb时水的饱和蒸汽压，Pa
2、相对湿度：湿空气的绝对湿度(w)与同温度同总压下饱和空 气的绝对湿度(sw)之比，称为湿空气的相对湿度，用表示。
w p w 100% sw psw
(6-6)
相对湿度是无量纲数值，用百分比表示空气被水蒸气饱和 的程度。 绝干空气：=0 饱和空气：=100% 相对湿度越小，空气的吸湿 能力越大，干燥能力越强。
热工基础chapter1
压力的测量：
P = Pb+ Pg
P = Pb－Pv
0 pb pg p 0 pb p pv
比容(v)：单位质量的工质所占有的容积。
V 单位：m3/kg v m 密度(ρ)：比容的倒数。单位容积内工质的质量。
m 1 V v
热力学的几个概念
热力系统：工程热力学中把所要研究的，为一定界面所
工质是指参与热功转换的媒介物质。
如：汽轮机是以水蒸汽作为工质的。
状态参数是描述工质在某一给定瞬间 的物理特性的各个宏观物理量。
基本状态参数—温度、压力、比容。
温度：表示物体冷热程度的物理量。
热力学中，温度的测量采用热力学温度 T）， 单位是开尔文（K）。 T = t+273.15 (K)
• 本课程研究最多的是由可压缩物质组成的，无化学
反应、与外界有能量交换的有限物质系统，称为简 单可压缩系统。
闭口系与系统内质量不变的区别：
闭口系内工质的质量不变，但系统内质量不变 的系统不全是闭口系。如取一段水管为系统，若流 入和流出的水的质量相同，系统内质量不变，但在 系统的进、出口处有水流进、流出，所以系统是开 口系。
开口系与绝热系的关系：
开口系强调的是质量是否 越过边界，而绝热系强调是否 有热量越过边界。如气流稳定 流经刚性绝热喷管，若取红线 内气体为系统，则 系统为闭口系；若取喷管为系统，是开口系，虽然 流出气体的温度小于流入气体的温度，由于系统与 外界没有热量交换，所以也是绝热系。t2<t1，仅说 明流出气体的热力学能小于流入气体的热力学能。
u1 1 2 c1 gZ1 p1v1 2
该工质从2-2截面流出系 统时，传出系统的总能量 为：
1-1 气体动力学基本方程解析
u u u 0 x y z t
单位时间内通过控制 面的气体净质量 单位时间控制体 内气体质量变化
13
0 若气体是不可压缩的，ρ为常数，则有： t
几个基本概念：
稳定流动与不稳定流动
流体流动时，若任一点处的流速、压力、密度等与流动 有关的流动参数都不随时间而变化，就称这种流动为稳 定流动。反之，只要有一个流动参数随时间而变化，就 属于不稳定流动。
5
流速： 流体在流动方向上单位时间内通过的距离称为流
速，用u表示，其单位为m/s。
流量： 体积流量：流体在单位时间内通过流通截面的体积量， 用V表示，其单位为m3/s； 质量流量：流体在单位时间内通过流通截面的质量，用
的问题，所谓一维流动是指流动参数仅在一个方向上有
显著的变化，而在其它两个方向上的变化非常微小，可
忽略不计。例如在管道中流动的流体就符合这个条件。
15
稳定态
单位时间控 制体内气体 质量变化
=0
F1
F2
2
u2
u1 1
对于稳定态一元流（管流）而言，如具有一个入口断面
F1和一个出口断面F2的稳定态管流。
单位时间内通 过控制面的气 体净质量 单位时间控 制体内气体 质量变化
10
V dF
θ
n
u
+
=0
1）连续性方程的微分形式
V udF
F
m V
单位时间内通过控制体的气体净质量：
在dt时间内沿x轴、y轴和z轴方向气体净质量为：
质量流量
( u )dxdydzdt x
( u )dxdydzdt y
以便使气体仍然充满整个控制体的空间，此时净流出质量 应等于气体质量变化；
热工基础绪论和第一章
工质：
实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
例如空气、燃气、水蒸气等。
内 燃 机
燃气轮机
工质：
实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
例如空气、燃气、水蒸气等。 物质三态中 气态最适宜。
4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
对工质的要求:
1）膨胀性;
2）流动性
3）热容量
热源：
本身热容量很大，且在放出或吸收有 限量热量时自身温度及其它热力学参数没 有明显变化的物体。 例如锅炉、循环水池、大气等。
用于描述系统平衡状态的物理量称为 状态参数，如温度、压力、比体积等。
状态参数的特点：
状态确定，状态参数的数值也确定，反 之亦然。 （4）非平衡状态 系统内部存在不平衡势（温差或压差）， 因此存在能量或质量传递的宏观物理状况。 非平衡状态不能用状态参数来描写。
2. 基本状态参数
工程热力学中常用的状态参数有压力、 温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等， 其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、 比体积，称为基本状态参数。
热能利用的基本方式
（1） 热利用： 烧饭、采暖、烘干、熔炼等；
（2）动力利用： 通过热机将热能转换成机械能 或者再通过发电机转换成电能 加以
利用。
由于热能转换为机械能的有效利用程度（即热 机的热效率）较低，早期蒸汽机的热效率只有1％ 2％，现代燃气轮机装置的热效率大约只有37％ 42％，蒸汽电站的热效率也只有40％左右。因此， 如何更有效地实现热能和机械能之间的转换，提高 热机的热效率，是十分重要的课题。
32
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）
系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状 况称为系统的热力状态，简称状态。 （2）平衡状态 系统内部各处的宏观性质均匀一致、不 随时间而变化的状态称为平衡状态。 系统内部不存在热量传递，即各处的温 度均匀一致的状态称为热平衡状态。
硅酸盐热工基础.PPT文档共96页
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 5来自、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
硅酸盐热工基础.
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 5来自、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
硅酸盐热工基础.
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
硅酸盐工业热工基础第一章分析
V z B 2 g( a )
z2
z1
z dz
3 2 2 3 2 1
1 2
2 g( a ) 2 B (z z ) 3
炉门平均流量系数
B 炉门宽度， m z1 , z2 炉门上下缘距离零压面 的距离，m
热工过程与设备
3 2 2 3 2 1
窑底与z间的伯努利方程为： Fra bibliotekgz hsz
dV z Bdz z B 2 zg ( a )
2 g( a )
z dz
1 2
热工过程与设备
第一章
z2
V z B
z1
2 g( a )
z dz
1 2
把 z 近似看作常数 ，作为平均流量系数，则
P1 gz1 ( a ) 9.8 0.5 (0.2831 1.2047) 4.5124 Pa
P1 4.5124 Pa 0,上孔出气
出气量：V F 2( P1 Pa )
2 4.5124 0.62 0.2 4 0.2831
P1 Pa gH ( a )
则：V F 2 gH ( a )
H 小孔距离窑底的高度
热工过程与设备
第一章
***缩流系数 、速度系数 、流量系数 均应由实 验确定。也可查表（P13）。
***薄壁和厚壁的概念：
气流最小截面在孔口外——薄壁 气流最小截面在孔口内——厚壁
则：w 2
2( P 1P a)
热工过程与设备
第一章
通过小孔F截面流出的气体体积流 量V为：
z2
z1
z dz
3 2 2 3 2 1
1 2
2 g( a ) 2 B (z z ) 3
炉门平均流量系数
B 炉门宽度， m z1 , z2 炉门上下缘距离零压面 的距离，m
热工过程与设备
3 2 2 3 2 1
窑底与z间的伯努利方程为： Fra bibliotekgz hsz
dV z Bdz z B 2 zg ( a )
2 g( a )
z dz
1 2
热工过程与设备
第一章
z2
V z B
z1
2 g( a )
z dz
1 2
把 z 近似看作常数 ，作为平均流量系数，则
P1 gz1 ( a ) 9.8 0.5 (0.2831 1.2047) 4.5124 Pa
P1 4.5124 Pa 0,上孔出气
出气量：V F 2( P1 Pa )
2 4.5124 0.62 0.2 4 0.2831
P1 Pa gH ( a )
则：V F 2 gH ( a )
H 小孔距离窑底的高度
热工过程与设备
第一章
***缩流系数 、速度系数 、流量系数 均应由实 验确定。也可查表（P13）。
***薄壁和厚壁的概念：
气流最小截面在孔口外——薄壁 气流最小截面在孔口内——厚壁
则：w 2
2( P 1P a)
热工过程与设备
第一章
通过小孔F截面流出的气体体积流 量V为：
热工基础PPT 第一章 基本概念
������������������
状态参数是状态的单值函数，值取决于工质所处 状态，与过程无关
设x为任意状态参数，则
������2 ������1
������������ = ������2 − ������1 ,
������������ = 0
若x = f(y, z)，则可得 ������������ ������������ ������������ = ������������ + ������������ ������������ ������������ 状态参数的积分与路径,状态参数 的微量是一个全微分
比体积和密度(v，ρ) ������ = ������ =
������ ������ ������ ������
������������/������3 ������3 /������������
密度单位体积内物质的质量
比体积指的是单位质量的物质所占的体积
比体积是一个状态参数，则密度肯定也是工质的一个状态
绝热 pm
pout
分析：(1)该系统满足弛豫时间短的条件； (2)设过程进行时 a. 无摩擦(无耗散效应)； b. 没有压差(无势差损失)。
3.可逆条件
(1) 系统内外要随时处于力平衡和热平衡；
(2) 弛豫时间短； (3) 没有耗散效应 。
结论：可逆过程=没有耗散效应的v
1.2 状态参数 1.3 平衡状态 1.4 准静态过程及可逆过程 1.5 功和热量
系统中各处压力、温度均匀一致的状态，称为平衡状态。
当系统处于平衡状态的时候，系统中所有的状态参数都有
确定的数值，并且是一个定值。只有处于平衡状态的系统，
它的所有状态参数才会有确定的数值。
《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。
硅酸盐热工基础第二章PPT
非牛顿型流体—剪应力不符合牛顿内摩擦定律
29
2.4 空气的浮力
原理：阿基米德定律。 设： 一流体中，一物体，体积V 则，浮力：F = V· 流体· g 重力：P = V· 物体· g
30
F(浮力)
•
P(重力)
讨论：
重力：P = V· 物体· g 浮力：F = V· 流体· g
(1) 假设1m3流体（液体）在空气中
可以近似为理想气体，其 p、t 和 三个热
力学参数之间遵从理想气体状态方程。 窑内气体三个特征： （1）压强变化范围小； （2）温度变化范围大； （3）窑内热气体受窑外冷气体浮力影响大。
6
根据以上特点，窑内气体经过等温处理后，可 以适用于理想气体状态方程式。
R PV nRT m T m RT m M ＝ V R R 气体常数J / kg K M
9
一定温度范围内的平均膨胀系数：
1 V T V T
[1/K]
温度变化很大时 须考虑体积变化
流体膨胀性的区别：
液体的膨胀系数很小，工程上一般不考虑。
气体的膨胀系数很大，温度变化时体积变化很大。
10
V0 273 t 理想气体：V T V0 V0 (1 T t ) T0 273
dw
其中：d ----是气体管道的内径
粘度与温度的关系： f (t )
液体：t 气体：t
实际 流体
----称为运动粘度， , [m2/s]
（因温度升高，液体中内聚力减小） （因温度升高，分子热运动加剧，
紊乱程度增大，动量交换增加。）
牛顿型流体—剪应力符牛顿内摩擦定律
40
（2）实际气体
硅酸盐工业热工基础第一章热工过程与设备 ppt课件
P 2g2z(a)9.80.5(1.204 0.2 78)3
4.51P 2 a4 0 下孔进气
进 气 量V：F 2(Pa P2) a
0.62 0.22 24.5124
4
1.2047
0.05331m83/s192m3 /h
解法2
上部断面的几何压头小于下部断面的几何压 头，而静压头则相反。
即：上部断面的静压头 大于 下部断面的静压头。 本题：零压头在两小孔中间，所以上孔肯定为正压 （气体溢出），下孔为负压（吸入空气）。所以有：
F 2gz0(a )
F 炉门面积m，2 z0 炉门中心线至零压 离面 ，m距
【总结】
小孔
w2
2(P1 Pa)
VF 2(P1Pa)
炉门
V3 2B2g(a)(z22 3z12 3) F 2gz0(a )
☺
【试一试】
❖其它形状炉门情形如何计算?
例题
1-10 某窑炉的窑墙厚
为240mm,上下各有一
Ⅱ
F
Ⅱ
热工过程与设备
第一章
流出气体在惯性 作用下，气流会 发生收缩，在Ⅱ 截面处形成最小 的截面F2，这种 现象称为缩流。
w1 Ⅰ ρ1
P1
F1 z
w2,ρ2 P2,F2
Ⅱ
F
Ⅰ
Ⅱ
缩流系数：
小孔的位置
F2 F
（气流最小截面与小孔截面的比值）
热工过程与设备
Question： 如何衡量流出气体
w1 Ⅰ ρ1
的快慢、多少 ？
P1
F1
z
F
Ⅰ
Ⅰ截面（窑内）： w1、 P1、 1
Ⅱ截面（气流最小截面）： w2、 P2、 2
4.51P 2 a4 0 下孔进气
进 气 量V：F 2(Pa P2) a
0.62 0.22 24.5124
4
1.2047
0.05331m83/s192m3 /h
解法2
上部断面的几何压头小于下部断面的几何压 头，而静压头则相反。
即：上部断面的静压头 大于 下部断面的静压头。 本题：零压头在两小孔中间，所以上孔肯定为正压 （气体溢出），下孔为负压（吸入空气）。所以有：
F 2gz0(a )
F 炉门面积m，2 z0 炉门中心线至零压 离面 ，m距
【总结】
小孔
w2
2(P1 Pa)
VF 2(P1Pa)
炉门
V3 2B2g(a)(z22 3z12 3) F 2gz0(a )
☺
【试一试】
❖其它形状炉门情形如何计算?
例题
1-10 某窑炉的窑墙厚
为240mm,上下各有一
Ⅱ
F
Ⅱ
热工过程与设备
第一章
流出气体在惯性 作用下，气流会 发生收缩，在Ⅱ 截面处形成最小 的截面F2，这种 现象称为缩流。
w1 Ⅰ ρ1
P1
F1 z
w2,ρ2 P2,F2
Ⅱ
F
Ⅰ
Ⅱ
缩流系数：
小孔的位置
F2 F
（气流最小截面与小孔截面的比值）
热工过程与设备
Question： 如何衡量流出气体
w1 Ⅰ ρ1
的快慢、多少 ？
P1
F1
z
F
Ⅰ
Ⅰ截面（窑内）： w1、 P1、 1
Ⅱ截面（气流最小截面）： w2、 P2、 2
热工基础与发动机原理第1章 1.1 -1.2
1.1.6 热力循环
• 热力学中把系统由初始状态出发，经过一 系列的中间状态变化，又回复到初始状态 所完成的一个封闭的热力过程称为热力循 环.
图1-6 热力循环
• 根据循环效果和进行的方向，可以把循环分为正向循环和 逆向循环。将热能转换为机械能的循环称为正向循环，它 使外界获得功；将热量从低温物体传到高温物体的循环叫 做逆向循环，其必然消耗外功。
图1-7 正向循环和逆向循环 a) 正向循环p-v图 b) 正向循环T-s图 c) 逆向循环p-v图 d)逆向循环T-s图
谢谢大家!
工程热力学中常用的状态参数有：压力（p）、温度 （T）、比体积（v）、热力学能（U）、焓（H）、熵（S）。
6
1.2.2 工质的热力学状态及基本状态参数
3.基本状态参数——压力
a) U形管压力计
b) 弹簧式压力表
图1-2 压力的测量
1-基座 2-外壳 3一弹簧管 4一指针 5-齿轮传动装置 6-拉杆
热工基础与发动机原理
第1章 热工基础 1.1-1.2 基本概念
学习目标 理解热能转换所涉及的基本概念和术语。
重点 理解准平衡过程、可逆过程的含义，理解功量、热
量、正向循环及逆向循环的含义。
难点 学会判断过程是否可逆。
2
1.1 引言
1.为什么要学习热工基础 2.热工基础的内容 3.热工基础的研究方法
1.2.5 功量及热量
1.功量
• 功是系统与外界间在力差
的推动下，通过边界传递
的能量。
2
W 1 Fdx
• 可逆过程的体积变化功
1.2.5 功量及热量
• 热量：热量是系统与外界间在温差的推动 下，通过边界传递的能量。
1-1气体动力学基本方程
26
gz1 e1 p1 w12 gz2 e2 p2 w22
1 2
2 2
b）窑炉中气体流动 对整个系统而言，压强变化不大，但温度变化大，气
体密度变化也较大，属于可压缩气体流动； 若分段处理，每段气体温度变化不太大，在平均温度
下的密度ρ近似为常数（不可压缩气体）， ρ1=ρ2=ρ，且气 体在平均温度下作等温流动，e1=e2 。
上式两边同除以 m1 可得单位质量气体的能量方程——
热力学第一定律：
q (gz2 e2 p2 w22 ) (gz1 e1 p1 w12 ) lm
2 2
1 2
对于稳定态一元流动，传入系统的热量等于系统
能量的增量与系统对外作的功率之和。
24
q (gz2 e2 p2 w22 ) (gz1 e1 p1 w12 ) lm
2
20
热 当系统内有加热装置、冷却装置或内热源（如化学反应） 时，流体通过时便会吸热或放热。单位时间吸收或放出的 热量（称为传热速率）用Q表示，J/s，这里规定，吸热时 Q为正，放热时Q为负。 功 单位时间内外界与系统内流体所交换的功，称为功率 （Lm）。
21
（2）稳定态一元流（管流）能量方程
8
所谓控制体是指流体流动空间中任一固定不变的体积， 流体可以自由地流经它，控制体的边界面称为 控制面，控制面是封闭的表面。 控制体通过控制面与外界可以进行质量、能量交换， 还可以受到控制体以外的物质施加的力。如果选取控 制体来研究流体流动过程，就是将着眼点放在某一固 定空间，从而可以了解流体流经空间每一点时的流体 力学性质，进而掌握整个流体的运动状况。 这种研究方法是由欧拉提出的，称为欧拉法。
1-2 窑炉系统内的气体流动资料
33
小结
在分散垂直通道内，热气体应当自上而下流动，才能使 气流的温度均匀分布；冷气体应当自下而上流动，才能 使气流的温度均匀分布——分散垂直气流法则。
该法则的适用条件： ➢主要应用于几何压头起主要作用的垂直通道内， 如倒焰窑和蓄热室的气体流动； ➢通道内阻力较大则不适用，如立窑、煤气发生器、 沸腾炉等。
14
A) 气体通过炉门的流出（炉内正压）
对于矩形炉门，设 炉门的宽度为B，高 度为H，在距窑炉 底（此处为零压）z 处取一微小单位带， 高度为dz。
此微小单元带的面积dF为：
dF Bdz
零压面
无论是哪种形状的炉门，单位时间内通过微元面积dF 的流量，可用气体通过小孔的流量公式来计算：
V F 2( p1 pa)
0.192
21
也可以采用下式计算：
V 2 B
3
2g(a
)
3
( z22
3
z12
)
z1 z0 H 0.75 0.5 0.5m
2
2
H
0.5
z2 z0 0.75 1m
2
2
V 2 B
3
2g(a
)
3
( z22
3
z12 )
2 0.6 0.5
2 9.811.205
0.192
3
(12
2
本节主要内容： （1）气体从孔口和炉门的流出或吸入 （2）气体流动的分散垂直气流法则
3
（1）气体从窑炉内的流出或吸入
气体从窑炉内的流出或吸入，即为气体从窑炉小孔和炉 门的流出或吸入。 当窑炉系统的两侧存在压差时，气体就会通过小孔和炉 门从压强高的一侧流向压强低的一侧：
4
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0.2831
1.109988m3/s 396m3 / h
再以0 - 0位基准面，列0 2间二气体伯努利方程：
P2
w
2 2
2
gz2 (a
)
P0
w02 2
gz0 (a
)
w0 w2 0 ,P0 0 , z0 0 , z2 0.5m ,
0
T0 T
1.32
273 273 1000
0.2831kg /
w1 ρ1
Ⅰ
P1
F1
z
Ⅰ
w2,ρ2 P2,F2
Ⅱ
F
Ⅱ
缩流系数：
小孔的位置
F2
F
（气流最小截面与小孔截面的比值）
热工过程与设备
Question： 如何衡量流出气体 的快慢、多少 ？
w1 ρ1
Ⅰ
P1
F1
z
Ⅰ
第一章
w2,ρ2 P2,F2
F
Ⅰ截面（窑内）： w1、P1、1 Ⅱ截面（气流最小截面）： w2、P2、2
2g(
a
)(
3
z22
3
z12
)
炉门平均流量系数
B 炉门宽度，m z1 , z2 炉门上下缘距离零压面的距离，m
热工过程与设备
第一章
3
z22
3
z12
3 2
H
z0
[1
1 96
(
H z0
)2
]
3 2
H
z0
V 2 B
3
2g( a ) 3 H
2
z0
F 2gz0( a )
F 炉门面积，m 2 z0 炉门中心线至零压面距离，m
【总结】
小孔
w2
2(P1 Pa )
V F 2(P1 Pa )
炉门
V 2 B
3
2g(a
)
3
( z22
3
z12
)
F 2gz0( a )
☺
【试一试】
❖其它形状炉门情形如何计算?
例题
1-10 某窑炉的窑墙厚
为240mm,上下各有一
个直径为200mm 的小
1
孔，两孔间垂直距离为
1m,窑内气体温度为
1000℃，烟气标态密
度为1.32kg/m3，外界 0
空气温度为20 ℃ ，窑
内零压面在两个小孔垂
直距离的中间。求通过 2 上下两个小孔的漏气量。
1m 0.5 m
厚 240mm
1
0 Φ200m m 2
（1）解： 0 0处为零压面， P0 - Pa 0Pa
又 240mm, d 200mm,3.5d 700
a0
T0 T
1.29
273 273 20
1.2047kg / m3
P1 gz1( a ) 9.8 0.5 (0.2831 1.2047)
4.5124Pa
P1 4.5124Pa 0,上孔出气
出气量：V F 2(P1 Pa )
0.62 0.22 2 4.5124
4
窑底与z间的伯努利方程为：
hgz hsz
dV z Bdz
2zg( a )
zB
2g(
a
)
z
1
2 dz
第一章
热工过程与设备
第一章
V
B z2
z1 z
2g(
a
)
z
1
2 dz
把 z 近似看作常数 ，作为平均流量系数，则
V z B
2g( a )
1
z2 z 2 dz
z1
2 B
3
***薄壁和厚壁的概念：
气流最小截面在孔口外——薄壁
气流最小截面在孔口内——厚壁
厚壁条件： 3.5de 壁厚，m
de 孔口当量直径，m
热工过程与设备
P Pa
第一章
P
Pa
通过小孔F截面吸入的气体体积流量V为：
V F 2(Pa P1 ) a
a 外界空气密度，kg / m3
热工过程与设备
解法2
上部断面的几何压头小于下部断面的几何压 头，而静压头则相反。
即：上部断面的静压头 大于 下部断面的静压头。 本题：零压头在两小孔中间，所以上孔肯定为正压 （气体溢出），下孔为负压（吸入空气）。所以有：
上孔出气量：V F 2gH (a )
下孔进气量：V F 2gH ( a ) a
出气：V 1.109988m3/s 396m3 / h
进气：V 0.053318m3/s 192m3 / h
热工过程与设备
第一章
（二）分散垂直气流法则
垂直分散气流 ： 一股气流在垂直通道中被分 割成多股平行小气流。
垂直分散气流法则：垂直通道中，使热气体自上而下 流动，冷气体自下而上流动。
m3
a
a0
T0 T
1.29
273 273 20
1.2047kg / m3
P2 gz2 (a ) 9.8 0.5 (1.2047 0.2831)
4.5124Pa 0 下孔进气
进气量：V F 2(Pa P2 ) a
0.62 0.22 2 4.51253318m3/s 192m3 / h
第一章
Question：小孔为其它形状 ？
形状 大小
热工过程与设备
第一章
2、气体通过炉门的流出和吸入
***沿炉门高度上的静压头的变化对气体流出和吸入量
有影响。
dF
B
炉门
H
dV z dF
2(Pz
Pa )
z
B dz
z0
2(Pz Pa )
z2 z1
单位时间内通过微元面积dF的流量，为：
热工过程与设备
气流通过小孔的压差极小：1 2
热工过程与设备
列Ⅰ-Ⅱ间伯努利方程，计算：
w2
1
1
2( P1 Pa )
令： 1 为速度系数，则 1
则：w2
2(P1 Pa )
第一章
热工过程与设备
第一章
通过小孔F截面流出的气体体积流量V为：
V F2w2 F2
2(P1 Pa )
F 2(P1 Pa )
令： 为流量系数
则：V F 2(P1 Pa )
热工过程与设备
第一章
若窑底表压强为零，且忽略沿窑高度动压头的变化，则：
P1 Pa gH (a )
则：V F 2gH (a )
H 小孔距离窑底的高度
热工过程与设备
第一章
***缩流系数 、速度系数 、流量系数 均应由实
验确定。也可查表。
硅酸盐工业热工基础第一章课 件
热工过程与设备
第一章
一、不可压缩气体的流动 （一）气体从窑炉内的流出和吸入
1、气体通过小孔的流出和吸入
静压头转变为动压头，
w1 ρ1
Ⅰ
使压强降低、速度增加． P1
F1
z
Ⅰ
w2,ρ2 P2,F2
Ⅱ
F
Ⅱ
热工过程与设备
第一章
流出气体在惯性 作用下，气流会 发生收缩，在Ⅱ 截面处形成最小 的截面F2，这种 现象称为缩流。
3.5d ,为薄壁。查表： 0.62
以0 - 0位基准面，列0 1间二气体伯努利方程：
P1
w12 2
gz1 (
a )
P0
w02 2
gz0 (
a )
w1 w0 0, P0 0, z0 0, z1 0.5m,
0
T0 T
1.32
273 273 1000
0.2831kg / m3
a