熱工學課件2014

1、第一章第一章 緒論緒論能源：能源：第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念 1、熱力系統(tǒng)、熱力系統(tǒng) 被研究的對象被研究的對象。在熱力學中，為了分析問題的方便，人為地把研究對象從周圍物體中分割出來，這種人為劃定的一定人為劃定的一定范圍內(nèi)的研究對象稱為范圍內(nèi)的研究對象稱為“熱力學系統(tǒng)熱力學系統(tǒng)”，簡稱為，簡稱為“熱力系熱力系”或或“系統(tǒng)系統(tǒng)”。 熱力系統(tǒng)是由人為因素決定的。第二章第二章 基本概念及基本定律基本概念及基本定律閉口系統(tǒng)：與外界無物質(zhì)交換的系統(tǒng)。 與外界只有能量交換而無物質(zhì)交換。 (控制質(zhì)量的系統(tǒng)) 開口系統(tǒng)：與外界有物質(zhì)交換的系統(tǒng)。 與外界不僅有能量交換而又有物質(zhì)交換。 (控制容積的系統(tǒng))絕熱系

2、統(tǒng)：系統(tǒng)與外界無熱量交換的系統(tǒng)。孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)和外界無任何能量和物質(zhì)交換的系統(tǒng)。 孤立系統(tǒng)一定是閉口系統(tǒng)，也一定是絕熱系統(tǒng)熱力系統(tǒng)的研究范圍是某控制體積熱力系統(tǒng)的研究范圍是某控制體積 或某工作物質(zhì)或某工作物質(zhì)可直接測得、 VpT導出狀態(tài)參數(shù)、 HSU 即：絕對溫度、絕對壓力、比體積、 熱力學能、 焓、 熵 狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學特征：狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學特征： 0,1221zdzzzd?S?H?U例如：一個可逆循環(huán)后狀態(tài)參數(shù)的變化值為 常用的六個狀態(tài)參數(shù)常用的六個狀態(tài)參數(shù)：2、狀態(tài)參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系：狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系：, ,fp V To狀態(tài)方式坐標圖 幾點說明1.坐標圖上每一點代表一個平衡

3、狀態(tài)坐標圖上每一點代表一個平衡狀態(tài)2.坐標圖上每一條線代表一個準平衡過程坐標圖上每一條線代表一個準平衡過程3.坐標圖上每一條曲線下面的面積都有確定的物坐標圖上每一條曲線下面的面積都有確定的物理意義理意義3、溫度、壓力、比體積溫度、壓力、比體積 溫度溫度T：攝氏溫度：攝氏溫度t（），絕對溫度），絕對溫度T（K） Tt273.15 測溫的儀表：玻璃溫度計（水銀，酒精）、溫測溫的儀表：玻璃溫度計（水銀，酒精）、溫度傳感器、熱電偶等儀表度傳感器、熱電偶等儀表 華氏溫標和攝氏溫標華氏溫標和攝氏溫標ebppp)(bpp Vbppp)(bpp bp大氣壓；ep表壓；Vp真空度測量壓力的儀表測量壓力的儀表：壓

4、力表、壓力傳感器等儀表壓力表、壓力傳感器等儀表 壓力壓力P：表壓、絕對壓力、大氣壓力：表壓、絕對壓力、大氣壓力三種壓力的關(guān)系三種壓力的關(guān)系常用壓力單位常用壓力單位4、可逆過程、可逆過程可逆過程：如果系統(tǒng)完成一熱力過程后，再沿原來路徑逆向進行時，能使系統(tǒng)和外界都返回原來狀態(tài)而不留下如何變化。也可答：是沒有耗散效應的準平衡過程。 5、體積變化功：、體積變化功：氣體體積增大時，克服外力作功，稱為膨脹功；氣體體積經(jīng)外力壓縮而減小時，外力對氣體作壓縮功；膨脹功和壓縮功通稱為體積變化功。熱力學中規(guī)定：系統(tǒng)對外做功（膨脹功）為正值，外界對系統(tǒng)作功（壓縮功）為負值。體積變化功微分形式：體積變化功微分形式：wP

5、dV 6、熱能、熱量區(qū)別、熱能、熱量區(qū)別熱能是系統(tǒng)儲存能，取決于狀態(tài)；熱量是系統(tǒng)與外界由于溫差而交換的能量，是過程量 熱量的數(shù)學式：熱力學中規(guī)定：系統(tǒng)吸熱時熱量去正值，系統(tǒng)對外放熱時取負值。 ,qc tqcdT pdvw7 、熱力循環(huán)、熱力循環(huán)熱力循環(huán)是指工質(zhì)從某一初態(tài)出發(fā)經(jīng)歷一系列熱熱力循環(huán)是指工質(zhì)從某一初態(tài)出發(fā)經(jīng)歷一系列熱力狀態(tài)變化后又回到原來初態(tài)的熱力過程，即封力狀態(tài)變化后又回到原來初態(tài)的熱力過程，即封閉的熱力過程，簡稱循環(huán)閉的熱力過程，簡稱循環(huán)循環(huán)中能量利用的經(jīng)濟型是指通過循環(huán)所得收益與付出代價之比。對于正循環(huán)，這一指標是熱效率 ,即HtQw0t對于逆循環(huán)，當用于制冷裝置是，其目的是將

6、熱量 從低溫冷源取出，它的經(jīng)濟指標是制冷系數(shù) ，即LQ0WQL熱力循環(huán)示意圖第二節(jié)第二節(jié) 熱力學第一定律熱力學第一定律1、開口系統(tǒng)能量方程uqWUQ 或 基本能量方程式，適用于閉口系統(tǒng)的任何熱力過程。 uqd， vpuqdd pdvuq，、pdvw pdvw（可逆過程：）；（可逆過程）vpdTcqvdpdvdTcqv 適用于理想氣體可逆過程dTcuvdTcduv或wdTcqvwTcqv 適用理想氣體任意過程（可逆、不可逆、準靜態(tài)、多變）（理想氣體： ）pdvdTcqvpdvdTcqv 適用于理想氣體可逆過程2、穩(wěn)定流動能量方程swzzgcchhq122f2f121221)( 流動過程中流體實現(xiàn)

7、能量轉(zhuǎn)換有三種方式： 1）熱量交換2）軸功交換3）流體內(nèi)部儲存能（焓、宏觀動能、宏觀勢能）的變化 thq 適用條件：任何工質(zhì)的流動過程（理想氣體、實際氣體、可逆過程、不可逆過程、流動過程）tpTcq適用條件：理想氣體任何過程、21hht適用條件：絕熱過程（可逆、不可逆）sffsffsffwzzgcchhqwgzchqgzchpvuwgzcvpuqgzcvpu1222122221212222212111122121212121h2121整理后：熱力學規(guī)定：3、技術(shù)功、膨脹功、流動功的關(guān)系、技術(shù)功、膨脹功、流動功的關(guān)系shtWzmgcW2m21tfWWWftWWWpvwpvvppvwvpwtfdd

8、d)d(d 4、穩(wěn)定流動能量方程的應用穩(wěn)定流動能量方程的應用壓氣機壓氣機練習題練習題n判斷題：n1. 某氣體容器上壓力表讀數(shù)為0.04MPa，當?shù)卮髿鈮毫?.01MPa，作為工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的壓力p為（）nA. 0.04MPa B. 0.06MPa C. 0.07MPa D. 0.14MPa n2. 定量氣體在某一可逆過程中吸熱100kJ，同時增加了熱力學能150kJ，該過程是（）n A. 膨脹過程 B. 壓縮過程 C. 等焓過程 D.等壓過程 n 3.一容器上真空表讀數(shù)為35kPa，大氣壓力為97kPa，作為容器內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)壓力P為（）nA. 35kPa B. 62kPa C. 66kPa

9、 D.132kPa 計算題：計算題：1.如下圖所示：某封閉系統(tǒng)沿1-2-3途徑有狀態(tài)1變化到3，吸入熱量90kJ，對外做功40kJ。試問： 系統(tǒng)從1經(jīng)4至3，若對外做功10kJ，則吸收熱量是多少？ 系統(tǒng)由3經(jīng)曲線所示過程返回1，若外界對系統(tǒng)做功23kJ,吸收熱量是多少？ 設 那么過程1-4-3對外做功10kJ和1-2-3過程中對外做功40kJ，各過程中系統(tǒng)吸收熱量是多少？,45,531kJUkJUn2. 工質(zhì)經(jīng)一熱力過程，放熱80kJ，對外做膨脹功300kJ，為使其返回原來的狀態(tài)，對該系統(tǒng)加熱60kJ，問：再后一過程中需要對工質(zhì)做功多少？n3. 閉口系統(tǒng)沿acb可逆地從a狀態(tài)變化到b狀態(tài)，過程

10、中吸熱84kJ，對外做膨脹功32kJ，求： 若系統(tǒng)沿另一路徑adb不可逆地從a狀態(tài)變化到b 狀態(tài)，對外做功10kJ時，需吸收多少熱量？ 為使系統(tǒng)由b狀態(tài)返回a狀態(tài)，外界對系統(tǒng)做功20kJ，系統(tǒng)與外界交換了多少熱量？是吸熱還是放熱？ 4. 質(zhì)量為4500kg的汽車，沿坡度為15的上坡下行，汽車速度為300m/s在距山腳100米處開始剎車，汽車到達山腳完全停止。若不計其他力的作用，求：剎車系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的熱量？第三節(jié)第三節(jié) 熱力學第二定律熱力學第二定律 1、熱力學第二定律的表述、熱力學第二定律的表述 克勞修斯表述：不可能把熱量從低溫物體傳向了高溫物體而不引起其他變化。不引起其他變化。 開爾文普朗克

11、表述：不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?。不引起其他變化?2、什么是第二類永動機？為什么說它不能制造成功？什么是第二類永動機？為什么說它不能制造成功？第二類永動機： 以環(huán)境為單一熱源，使機器從中吸熱對外做功。第二類永動機不可能制造成功，因為違背了熱力學第二定律的開爾文說法。不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?、卡諾循環(huán)和卡諾定理 卡諾循環(huán)由兩個可逆等溫過程和兩個可逆絕熱過程組成。 ba：可逆定溫吸熱過程，； cb：可逆絕熱膨脹過程dc ：可逆定溫放熱過程；ad ：可逆絕熱壓縮過程卡諾循環(huán)熱效率：HLcTT1綜合卡諾循環(huán)和卡諾定理可以得到以下結(jié)論：（1）卡諾循

12、環(huán)熱效率取決于高溫熱源與低溫熱源的溫度，提高高溫熱源溫度和降低低溫熱源溫度可以提高其熱效率；（2）因高溫熱源溫度趨向無窮大及低溫熱源溫度等于零均不可能，所以循環(huán)熱效率必小于1，即在循環(huán)發(fā)動機中不可能將熱全部轉(zhuǎn)變成功；（3）當高溫熱源溫度等于低溫熱源溫度時，循環(huán)的熱效率等于零，即只有一個熱源，從中吸熱，并將之全部轉(zhuǎn)變成功的熱力發(fā)動機是不可能制成的。 cHLHQQQ1nettcabHHSTQbaLLSTQHLabHbaLTTSTST11c若以表示卡諾熱機循環(huán)的熱效率，則：注意：HLabHbaLTTSTST11c判斷過程是否可發(fā)生、是否可逆TQSrevd4 4、熵、熵1）定義式：2）熵變化量的判斷：

13、可逆過程系統(tǒng)與外界交換的熱量與熱源溫度的比值0Qs0Qs不變s系統(tǒng)可逆放熱：系統(tǒng)可逆絕熱：系統(tǒng)可逆吸熱： 0TQ 0TQ5、克勞修斯不等式、克勞修斯不等式0TQ不可逆循環(huán)：0TQ可逆循環(huán)：0TQ不可能發(fā)生：可判斷過程是否可發(fā)生、是否可逆 練習題：1、某熱機循環(huán)中，工質(zhì)從溫度 并向溫度 問：是否可能實現(xiàn) 的循環(huán)？循環(huán)是否可逆？ 是否可能實現(xiàn) 循環(huán)凈功 的循環(huán)？循環(huán)是否可逆？2、某制冷循環(huán)中，工質(zhì)從溫度為-23冷源吸熱100kJ，并將熱量230kJ傳給溫度為17的熱源（環(huán)境）。此循環(huán)滿足克勞修斯積分不等式嗎？3、有一熱機工作在500及環(huán)境溫度30之間工作，試求該熱機可能達到的最高熱效率？若從熱源吸

14、熱1000KJ，那么能產(chǎn)生多少凈功？，的冷源放熱L300QkTL,2000HHQkT的熱源吸熱kJQkJQLH800,1500kJQH2000kJW18000第三章第三章 工質(zhì)熱力性質(zhì)和過程工質(zhì)熱力性質(zhì)和過程3-1-2 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程1、理想氣體狀態(tài)方程（表達式及符號的單位）1mol氣體：TRpvgRTpVmm kg氣體：TmRpVmpvg n mol氣體：nRTpV K)J/(mol K)J/(kg 通用氣體常數(shù)R：8.314， 氣體常數(shù)Rg：例如：例如：1千摩爾理想氣體狀態(tài)方程：千摩爾理想氣體狀態(tài)方程：RTpVm1000 2、通用氣體常數(shù)（數(shù)值、單位）、與氣體常數(shù)關(guān)系 通

15、用氣體常數(shù)：R=8.3143K)J/(kmolR=8314.5K)J/(molR與氣體的性質(zhì)和狀態(tài)無關(guān)。氣體常數(shù)KkJ51.8314gMMRRg3-3 比熱容(質(zhì)量、體積、摩爾比熱容）質(zhì)量比熱容：1千克質(zhì)量的工質(zhì)溫度升高（降低）1K所吸收(放 出）的熱量。常用符號位 c，單位是J/(kgK)。摩爾比熱容：1摩爾質(zhì)量的工質(zhì)溫度升高（降低）1K所吸收(放 出)的熱量。 常用符號 cm 單位是 J/(kgK)。體積比熱容：1標準m3質(zhì)量的工質(zhì)溫度升高（降低）1K所吸收 （放出）的熱量。常用符號 c 單位是 J/(kgK）。Mcccm4 .22三種比熱容間的換算關(guān)系：mpC定壓質(zhì)量比熱容（定義、符號、

16、單位）：1千克質(zhì)量的工質(zhì)在壓力不變的條件下，溫度升高（或降低）1K時所吸收（或放出）的熱量。其單位是J/(kgK)，常用符號 表示。定壓摩爾比熱容（定義、符號、單位）：1摩爾的工質(zhì)在定壓的條件下，溫度升高（或降低）1K時所吸收（或放出）的熱量。其單位是J/(molK)，常用符號3-4 理想氣體的基本熱力過程理想氣體的基本熱力過程 多變過程方程多變過程方程 constnpvn為常數(shù)，稱為多變指數(shù)。 2112lnlnvvppn 定壓摩爾比熱容（定義、符號、單位）：1摩爾的工質(zhì)在定壓的條件下，溫度升高（或降低）1K時所吸收（或放出）的熱量。其單位是J/(molK)，常用符號mpC表示。定壓質(zhì)量比熱容

17、（定義、符號、單位）：1千克質(zhì)量的工質(zhì)在壓力不變的條件下，溫度升高（或降低）1K時所吸收（或放出）的熱量。其單位是J/(kgK)，常用符號 pc表示。pRTnpVii）（）（RnpVTii/VVppiiVVppii4、何為組成氣體的分體積？如何用它計算組成氣體的T和分壓力？ 所謂分體積，使各組成氣體在保持著與混合氣體相同的壓力T和相同的溫度各組成氣體所應占有的體積。，所以，所以的條件下，把各組成氣體單獨分離出來時，6、水蒸汽的定壓發(fā)生過程水蒸汽的定壓發(fā)生過程 一個壓力下的水蒸汽發(fā)生過程： RTbVVap2n不同壓力下的水蒸汽發(fā)生過程 ttc，定壓下對水加熱形成蒸汽的過程，可分成三個階段： （1

18、）水的預熱階段：吸收熱量為液體熱： （2）汽化階段：吸收熱量為汽化潛熱： （3）過熱階段：吸收熱量為過熱熱量： 0hhq hhr suphhq1kg未飽和水在定壓下加熱為過熱蒸汽，所需的總未飽和水在定壓下加熱為過熱蒸汽，所需的總熱量為：熱量為： 0suphhqrqq 五態(tài)：未飽和液、飽和液、濕蒸汽、五態(tài)：未飽和液、飽和液、濕蒸汽、 飽和飽和 蒸汽、過熱蒸汽蒸汽、過熱蒸汽7、濕蒸汽的干度概念、定義式 干度：濕蒸汽中所含飽和蒸汽的質(zhì)量百分數(shù)。濕蒸汽的質(zhì)量濕蒸汽中干蒸汽的質(zhì)量fggmmmxn練習題練習題：n1、容積為 的儲氣罐內(nèi)氮氣壓力為 溫度為 ， 儲氣罐被加熱，罐內(nèi)氮氣的壓力和溫度都升高。罐上裝

19、有安全閥，當罐 氮氣升高到0.8MPa時便會自動開啟放棄。問： 安全閥自動開啟時罐內(nèi)氮氣溫度升高到多少度？ 儲氣罐內(nèi)氮氣溫度升高期間吸熱多少？ 2、容積為 的剛性罐，內(nèi)存壓縮空氣，其壓力 ，溫度 。打開罐上閥門以便壓縮空氣啟動柴油機，假定空氣進行了絕熱膨 脹過程（k=1.4），視空氣為理想氣體，比熱容為定值， 壓縮空氣啟動柴油機后立即關(guān)閉閥門，問： 罐內(nèi)空氣壓力降低到 時用去了多少千克空氣？這時罐內(nèi)空氣的溫度是多少？ 關(guān)閉閥門一段時間后，罐內(nèi)空氣因從室內(nèi)吸熱，溫度又恢復倒300k，求罐內(nèi)空氣吸熱多少？ 32 . 0 mMPap5 . 01371t36 . 0 mV MPap101kT1001k

20、kgkJRg/287. 0MPap72kkkkkppTTvvTTvvppconstpv11212121122112;第四章第四章 熱量傳遞基本理論熱量傳遞基本理論第一節(jié)第一節(jié) 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式xdxd 1、熱量傳遞的三種基本方式：熱傳導、熱對流、熱輻射2、復合換熱過程 指在換熱面上同時存在對流和輻射換熱過程。（換熱面上同時存在兩種以上的熱量傳遞方式）3、傳熱過程熱量由熱流體通過固體壁面?zhèn)鬟f給冷流體的過程。一、導熱一、導熱二、對流換熱二、對流換熱三、輻射換熱三、輻射換熱第二節(jié)第二節(jié) 導熱基本定律導熱基本定律xdxd),(tzyxft ),(zyxft )(xft nt

21、nntngradtn0lim1、溫度場的一般表達式：穩(wěn)態(tài)溫度場：一維：2、溫度梯度 沿等溫面法線方向的溫度增量與法向距離比值的極限， 單位是K/m。等溫面等溫面xdxd3、傅里葉定律傅里葉定律指出：單位時間內(nèi)通過厚度為 的平壁所傳導的熱量，即熱流量 與此平壁內(nèi)的溫度變化率 以及垂直于熱量傳遞方向的截面積A成正比，即：xdxtAddxt ddntngradtqntq 矢量形式：標量形式：導熱系數(shù)（或?qū)崧剩?，單位是W/(mK)；溫度梯度，單位是K/m。nt 當物體一定時，決定熱流密度大小的物理量是：溫度梯度當物體一定時，決定熱流密度大小的物理量是：溫度梯度4、導熱系數(shù)物質(zhì)的物性參數(shù)，表示物質(zhì)導熱

22、能力的大小。xtqdd物理意義：即導熱系數(shù)的數(shù)值等于溫度梯度1K/m時，單位時間內(nèi)通過單位面積的導熱量。不同物質(zhì)的導熱系數(shù)彼此不同，即使是同一種物質(zhì)，導熱系數(shù)的值也隨壓力、溫度以及該物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、濕度等因素而變化。 不同材料的導熱系數(shù)圖不同材料的導熱系數(shù)圖n導熱系數(shù)的一般表達式：bt105、通過平壁的穩(wěn)態(tài)導熱平壁導熱示意圖平壁導熱示意圖一維平壁的穩(wěn)態(tài)導熱一維平壁的穩(wěn)態(tài)導熱Rttttqttqtqdtqdxdxdtqwwwwttttwwwwx2121002121分離變量積分，得：單位時間內(nèi)，通過截面積A的熱流量： AttqA2133221141321ttrrrtq三層平壁的導熱計算： 第三節(jié)第三節(jié)

23、 非穩(wěn)態(tài)導熱非穩(wěn)態(tài)導熱1、非穩(wěn)態(tài)導熱的一般規(guī)律 1) 物體內(nèi)各點溫度隨時間變化； 2) 與熱流法向相垂直的截面上熱流量處處不相等。 即熱流量隨時間和空間變化。即熱流量隨時間和空間變化。2、集總參數(shù)法集總參數(shù)法 在解決非穩(wěn)態(tài)導熱中，忽略內(nèi)部導熱熱阻的簡 化分析方法vvFoBiAVaAVhcVAAhVcVhA222 cVhAetttt00 由集總參數(shù)法得出的非穩(wěn)態(tài)導熱物體溫度的變化表達式： BiFoetttt00 hLhLBiv1)/(22aLLaFov比渥數(shù)：物理意義：固體內(nèi)部單位導熱面積上的導熱熱阻與單位表面積上的換熱熱阻之比。 :是從邊界上開始發(fā)生熱擾動的時刻到所計算時刻為止的時間間隔；a

24、：是熱擴散率；aL /22L 可視為使熱擾動擴散到 面積上所需要的時間。物理意義：是無量綱時間，表征熱擾動深入到導熱物體內(nèi)部的相對時間。傅里葉數(shù)：hA熱電偶對流體溫度變動反應的快慢取決于其自身的熱容量（cV）及表面換熱條件（）。 練習題：練習題：n1、 20mm厚的平面墻，其導熱系數(shù) 。為使每平方米強的熱損失不超過1830w，在墻外覆蓋一層導熱系數(shù)為 的保溫材料，已知復合壁兩側(cè)的溫度分別是1300和30，試確定保溫層的厚度？n2、一臺鍋爐的爐墻由三層材料疊合組成，最里面是耐火粘土磚，厚度為 115mm， ，中間層是B級硅藻土磚，厚度為125mm， 最外層為石面板，厚度為70mm， 。已知爐墻溫

25、度分別為495和60，試求每平方米爐墻的熱損失級耐火粘土磚與硅藻土磚分界面上的溫度？ cmw /3 . 11cmw /35. 02cmw /16. 11cmw /116. 02cmw /116. 03第五節(jié)第五節(jié) 對流換熱對流換熱 thq1、對流換熱概念對流換熱是指流動的流體和固體壁面直接接觸時，由于兩者溫度不同，相互之間發(fā)生的熱量傳遞過程。傳熱機理：熱對流和熱傳導的聯(lián)合作用。對流換熱量計算：2、影響對流換熱的主要因素 流動的起因 流動速度與形態(tài) 流體有無相變 換熱面的幾何形狀和大小及位置 流體的熱物理性質(zhì)流動的起因流體流動按其產(chǎn)生的原因分為 所引起的運動。熱各部分的密度不同，自然對流：由流體

26、冷、體流動。機、水泵等）驅(qū)動的流受迫流動：由外力（風針對管內(nèi)流動，針對管內(nèi)流動， 當 Re2300時為穩(wěn)定層流； Re1104時為旺盛紊流； 2300Re1104時則為不穩(wěn)定的過渡段。 流體的速度與形態(tài) 層流和紊流。由雷諾數(shù)Re大小來判別 。 雷諾數(shù)RevududReu流體的速度（m/s）；d管道直徑（m）；流體的密度（kg/m3）流體的動力粘性系數(shù)（或動力年度）kg/(ms)vv流體的運動粘度（m2/s）, 流體的熱物理性質(zhì)pca 流體物理性質(zhì)對對流換熱的影響由rp來表示： avcppr流體的動力粘性系數(shù) kg/(ms)；流體的定壓比熱容J/(kgK)；流體導熱系數(shù)W/(m)；熱擴散率（m2

27、/s）；運動粘度（m2/s）。apca 換熱面的形狀和大小及位置 影響流體的流動情況，邊界層的形成、發(fā)展產(chǎn)生顯著影響，從而影響對流換熱。 流體有無相變 發(fā)生流體集態(tài)改變（或相變），如液體受熱沸騰或蒸汽遇冷凝結(jié)的對流換熱過程，稱為相變換熱。相變換熱較強烈。0yytth在換熱溫差和換熱流體一定時,影響對流換熱強度的最主要因素是0yyt3、對流換熱微分方程4、邊界層理論邊界層理論n對流換熱的機理 熱邊界層熱邊界層 邊界層厚度邊界層厚度5、對流換熱的準則數(shù)及準則方程、對流換熱的準則數(shù)及準則方程反映流動狀況的雷諾準則： vududRe反映流體物理性質(zhì)的普朗特準則： avcppr格拉曉夫準則： 表示對流換

28、熱強弱的準則努謝爾特準則： hdNu 物理意義：流體在固體表面上的無量綱溫度梯度。 23vtgadGr雷諾數(shù)準則：vududReu流體的速度（m/s）；d管道直徑（m）；流體的密度（kg/m3）流體的動力粘性系數(shù)（或動力年度）kg/(ms)vv流體的運動粘度（m2/s）,物理意義：反應流體強制對流時，慣性力和粘滯力的相對大小。普朗特準則 avcppr熱擴散率（m2/s）；流體的動力粘性系數(shù) kg/(ms)；流體的比壓壓熱容J/(kgK)；流體導熱系數(shù)W/(m)；運動粘度（m2/s）。pca物理意義：反應流體動量擴散能力與熱擴散能力的相對大小。格拉曉夫準則：23vtdgGr物理意義：反應自然對流

29、對換熱過程中，浮升力與粘滯里的相對大小。流體的體脹系數(shù)（1/K）；dtvg重力加速度（m/s2）；定型尺寸，對于管內(nèi)流動為管道直徑（m）固體壁面與流體之間的溫差（）；流體的運動粘度（m2/s） hdNu 努謝爾特準則hlNu 表示強制對流：nmCfNuPrRePr)(Re,表示自然對流：nmCGrGrfNuPrPr),(反應對流換熱過程中壁面法向溫度梯度大小的影響在流體物性 和表面尺寸一定時，努謝爾特數(shù)表征對流換熱在換熱強度方面的特性。影響強制對流換熱強度大小的準則數(shù)包括：Re、Pr.影響自然對流換熱強度大小的準則數(shù)包括：Gr、Pr.5、定性溫度和定型尺寸定性溫度：在運用對流換熱準則方程時，各

30、準則數(shù)中都含有一些物性參數(shù)，它們與溫度有關(guān)，選作為確定物性參數(shù)的溫度為定性溫度。定型尺寸：同樣準則方程式中還有一些準則數(shù)要涉及到其空間尺寸，這些尺寸對固體壁面的放熱情況有決定性的影響，稱這些尺寸為定型尺寸。 7、 相變換熱相變換熱膜狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)：蒸汽同低于其相應壓力下的飽和溫度的冷壁面接觸時，放出汽化潛熱而凝結(jié)成液體附著在冷壁面上。如果潤濕性液體能很好地潤濕壁面，在冷壁面上鋪展成一層完整的液膜，稱為膜狀凝結(jié)。珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)：非潤濕性液體的蒸汽凝結(jié)時，凝結(jié)液體在冷壁面上凝聚成一顆顆小液珠，而不形成連續(xù)的液膜，這種凝結(jié)稱為珠狀凝結(jié)。工程中常遇到的相變對流換熱過程有：液體受熱沸騰和蒸汽放熱凝結(jié)自

31、然對流區(qū)核態(tài)沸騰區(qū)過渡沸騰穩(wěn)定膜態(tài)沸騰大容器沸騰輻射力 ：物體單位表面積在單位時間內(nèi)向半球空間所有方向上發(fā)射出去的全部波長的輻射能的總量，單位是W/m2。 E 第六節(jié)第六節(jié) 輻射換熱輻射換熱 1 1、 熱輻射的基本概念熱輻射的基本概念 黑體輻射力黑體輻射力 ：黑體單位表面積在單位時間內(nèi)向半球空間所有方向上發(fā)射出去的全部波長的輻射能的總量，單位是W/m2。 bE2、斯忒藩玻耳茲曼定律（四次方定律）4TEb: 斯忒藩玻耳茲曼常數(shù)（又稱黑體輻射常數(shù)），其值為5.67108W/(m2K4)40100TCEb:0C黑體輻射常數(shù)，其值為5.67W/(m2K4)黑體的輻射力與黑體的絕對溫度的四次方成正比 發(fā)

32、射率發(fā)射率：實際物體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力的比值。 40dTEEEbb 404100TCTEEb實際物體的輻射力：3、實際物體的發(fā)射率實際物體的輻射特性與絕對黑體不同點：實際物體的光譜輻射力往往隨波長不規(guī)則的變化；實際物體的輻射力并不嚴格地同熱力學溫度的四次方成正比；實際物體的定向輻射強度在不同方向上的變化。發(fā)射率與材料的種類、溫度、表面狀況有關(guān)。)(bEE 4、基爾霍夫定律基爾霍夫定律：在熱平衡的條件下，任意物體對黑體投入輻射的吸收比等于同溫度下該物體的發(fā)射率，即：bEE 對于灰體，無論投入輻射是否來自黑體，也不論是否處于熱平衡，其吸收比恒等于同溫度下該物體的發(fā)射率。5、角系數(shù)、角系

33、數(shù)2, 1X。1 , 222, 11XAXA相對性：11, 1, 12, 11 , 1niinXXXX 完整性：baXXX2, 12, 12, 1可加性：角系數(shù)性質(zhì)： 定義：定義：表面1發(fā)出的輻射能中直接落到表面2上的百分數(shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)，記為注意：角系數(shù)是一個純幾何因子，只取決于換熱物體的幾何特性（形狀、尺寸、物體的相對位置）與兩個表面的溫度及發(fā)射率無關(guān)。12, 1X21 , 212, 1AAXX212, 11 , 2/AAXX若有一非凹型表面A1被另一表面A2所包圍，則 由于所以兩塊很接近的大平行平板，每一個表面的輻射能可認為全部落到另一面，則1 , 22, 1XX6、 灰體間

34、的輻射換熱灰體間的輻射換熱:E:GJ有效輻射 ：單位時間內(nèi)離開表面單位面積的總輻射能。GE：表面自身的輻射； 被表面反射的部分指物體本身表面向外發(fā)出的輻射能。自身輻射投射輻射單位時間內(nèi)由外界向該物體單位表面積投射來的總輻射能。GEJ灰體表面構(gòu)成的封閉空間中輻射換熱： 2222, 11111211,2111AXAAEEbb1111122212, 111AAXs系統(tǒng)黑度、系統(tǒng)發(fā)射率 ：12, 1X) 11(111111221122212, 111AAAAXs) 11(1)(221121112AAEEAbb21AA 1111) 11(11212211AAs111)(2121112bbEEA21AA

35、11221111) 11(11AAs)(211112bbEEA7、 折熱板 假設條件：折熱板和輻射板均為灰體)(313 , 1bbsEEq)(232 , 3bbsEEq2 , 12 , 33 , 1qqq2)(2212,33, 12, 1bbsEEqqq無折熱板時：2, 1212, 12)(qEEqbbs結(jié)論：加入折熱板后，1，2物體的輻射換熱量減小為未加折熱板時的一半。)()(4341313 , 1TTEEqsbbs2 , 33 , 1qq)()(4243232 , 3TTEEqsbbs2424143TTT第五章第五章 熱工基礎的應用熱工基礎的應用第一節(jié) 噴管和擴壓管constvAcqmco

36、nstvAcvcAvcAqqmm22211121反應了流速變化率、比體積變化率、截面積變化率之間的關(guān)系。1、一維穩(wěn)定流動的基本方程（一）穩(wěn)定流動質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）hchhcc2)(2)(21221220)(, 0, 012zzgwqshhccddshwzzgcchhq)()(21)(122122122、穩(wěn)定流動能量方程 微分形式說明工質(zhì)的速度升高來源于流動過程中的焓降。（適用于可逆及不可逆過程 ）3、馬赫數(shù)馬赫數(shù)：氣體在某截面處的流速與當?shù)匾羲僦?。accMacdcMAdAa124、氣體在噴管和擴壓管中的定熵流動上式稱為管內(nèi)流動特征方程，給出了馬赫數(shù)、截面面積變化率與流速變化率之間的關(guān)

37、系1Ma噴管內(nèi)截面為漸縮型；1Ma 時，漸擴型的11MaMa到縮放型的；5、 臨界壓力和臨界壓力比臨界壓力和臨界壓力比 定熵流動過程中，臨界截面上氣體的流速等于當?shù)芈曀?，臨界截面上氣體的壓力稱為臨界壓力 。 臨界壓力與滯止壓力之比稱為臨界壓力比。*ppvcrcrcrpcrp6、絕熱節(jié)流絕熱節(jié)流前后的焓值不變，但不能認為絕熱節(jié)流是一個等焓過程。 絕熱節(jié)流重新達到平衡后，焓值不變，壓力下降，熵增大。對理想氣體：絕熱節(jié)流重新達到平衡后，溫度不變。對實際氣體：溫度不一定，可升高、降低、不變。22121202cchh12hh 12cc 例如：理想氣體經(jīng)過絕熱節(jié)流過程后，其溫度的變化（ ） A 正 B負

38、C 0第二節(jié)第二節(jié) 換熱器及其熱計算換熱器及其熱計算什么是復合傳熱？ 兩種或兩種以上的基本換熱方式同時起作用換熱過程。 1、什么是傳熱過程？熱量從較高溫度的流體，經(jīng)過固體壁面?zhèn)鬟f給另一側(cè)溫度較低的流體，這個過程稱為傳熱過程。流動的流體和固體壁面直接接觸時，相互之流動的流體和固體壁面直接接觸時，相互之間的換熱過程稱為對流換熱過程。間的換熱過程稱為對流換熱過程。熱量由熱流體通過壁面?zhèn)鬟f給冷流體的過程熱量由熱流體通過壁面?zhèn)鬟f給冷流體的過程叫做傳熱過程。叫做傳熱過程。tKAkRhhK1/1/1121tKAq2、傳熱方程式k傳熱系數(shù)W/(m2k)；是表征傳熱過程強烈程度的物理量。3、平壁的表面?zhèn)鳠釤嶙瑁?/p>

39、 2111121hhRRRkrhhk(m2) / W 4、 傳熱的增強和減弱傳熱的增強和減弱 所謂強化傳熱：應用傳熱學的基本原理去增強傳熱效果，除了增大傳熱面積和傳熱溫差，最本質(zhì)的是設法減小傳熱總熱阻、增大傳熱系數(shù)。因為傳熱過程的總熱阻等于各局部熱阻之和，所以為了減小總熱阻首先就應減小局部熱阻中最大的。 1）加大傳熱溫差 2） 減小換熱面熱阻：在熱阻大的一側(cè)強化 減小導熱熱阻方法：定期吹灰和清洗換熱面 清除污垢、水垢、油垢 減小對流換熱熱阻：加肋、增加流速、 增加流體擾動 減小輻射熱阻：增加系統(tǒng)黑度，增加角系數(shù)、 提高輻射源溫度 kmmRttKAQ強化傳熱的措施：消弱傳熱的措施： 1）減小傳熱

40、溫差 2） 增大換熱面熱阻： 敷設保溫層 采用表面高反射率的材料，降低表面黑度， 減少輻射散熱 只有管道外徑起到減少單位管長熱損失的作用，把此直徑稱為臨界熱絕緣直徑，用cd表示。cdd 2 （加絕熱層才能減少熱損） 2d超過某一值后包上熱絕緣層才能5、臨界熱絕熱緣直徑minmaxminmaxlntttttm順流和逆流時： maxt),max(21maxttt換熱面兩端溫差中較大者, mint),min(21maxttt換熱面兩端溫差中較小者, minmaxtt2minmaxtttm； 2時， mtKAQ傳熱方程式：6、換熱器傳熱計算對數(shù)平均溫差mt為何換熱器傳熱計算中要采用對數(shù)平均溫差？在利用

41、傳熱方程進行換熱器的傳熱計算時，如何確定它？無論在順流、逆流還是復雜流換熱器中，熱流體溫度和冷流體溫度沿換熱面的變化通常是非線性的，因此，冷、熱流體間的平均溫差必須用換熱面兩端溫差的對數(shù)平均值來計算。minmaxminmaxlntttttm練習題：練習題：n1、一玻璃窗，尺寸為70cm x 45cm，厚度為4mm。冬天的室內(nèi)、室外溫度分別為20和-8，玻璃窗表面的自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 外表面的強迫對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， 。玻璃的導熱系數(shù) 試確定：該房屋通過玻璃的熱損失？ 2、在一逆流布置的空氣加熱器中用熱水加熱空氣，使每小時1600kg空氣從溫度 提高到 ，空氣的定壓比熱 ，加熱空氣的熱水進入時

42、，每小時流量為1050kg。如果傳熱系數(shù)為 ，水的比熱 ，試確定加熱器所需要的換熱面積？ cmwh 21/10cmwh 22/50cmw /78.0202t702 tckgkJcp/0.121051 tcmwk 2/5 .46ckgkJcp/187.41壓氣機：使氣體壓力升高的設備。壓氣機按其結(jié)構(gòu)，工作原理的不同分為： 活塞式壓氣機和葉輪式壓氣機。一、單級活塞式壓氣機的工作過程及耗功計算 活塞式壓氣機理論循環(huán)由進氣、壓縮、排氣三個過程組成，其中進氣和排氣過程不是熱力過程。 第三節(jié)壓氣機第三節(jié)壓氣機V12abpVV2p201p12同14a1：氣體引入氣缸12：氣體在氣缸內(nèi)進行壓縮2b：氣體流出氣

43、缸，輸向 儲氣筒 不是熱力過程，只是氣體的移動過程，氣體狀態(tài)不發(fā)生變化，缸內(nèi)氣體的數(shù)量發(fā)生變化。 a-1和2-b過程一、工作原理一、工作原理 從上圖中可以看出,a-1及2-b為引入和輸出汽缸1-2為氣體在汽缸中進行的壓縮過程。壓氣機的耗功，可由 p-V圖中的面積12ab1表示。壓氣機的理論耗功：用 表示壓氣機的耗功：由熱力學第一定律：耗功大小可從p-v圖中看出： uqcwhqwwtcTcncscwww,余隙容積的影響 在實際過程中，由于制造公差及材料的受熱膨脹等因素的影響，當活塞運動到死點位置上時，在活塞頂面與氣缸蓋間有一定的空隙，該空隙的容積稱為余隙容積，用 Vc 表示，并用表示排氣量，它是

44、活塞從上死點運動到下死點時活塞掃過的容積。3141VVVVVVcv具有余隙容積的耗功為：V=VVV h=VV3V4 V3V e12nn4350p有余隙的活塞式壓氣機的工作過程有余隙的活塞式壓氣機的工作過程V hV有余隙的壓氣機工作過程活塞式壓氣機的熱力學分析 四個主要裝置：四個主要裝置： 鍋爐鍋爐 汽輪機汽輪機 凝汽器凝汽器 給水泵給水泵第六節(jié)第六節(jié) 蒸汽動力裝置及循環(huán)蒸汽動力裝置及循環(huán)水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng) 鍋鍋爐爐汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機給水泵給水泵凝汽器凝汽器水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化鍋鍋爐爐汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機給水泵給水泵凝汽器凝汽器郎肯循環(huán)郎肯

45、循環(huán)1234簡化（理想化）：簡化（理想化）：12 汽輪機汽輪機 s 膨脹膨脹23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱4321Tshs1324郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)T-s和和h-s圖圖12 汽輪機汽輪機 s 膨脹膨脹23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱hs1324郎肯循環(huán)功和熱的郎肯循環(huán)功和熱的計算計算 汽輪機作功：汽輪機作功：2121 ,hhws凝汽器中的定壓放熱量：凝汽器中的定壓放熱量：322hhq水泵絕熱壓縮耗功：水泵絕熱壓縮耗功：3443 ,hhws鍋爐中的定壓吸熱量：鍋爐中的定壓吸熱量

46、：411hhqhs1324郎肯循環(huán)熱效率的郎肯循環(huán)熱效率的計算計算 43 , sw143 ,21 ,1qwwqwssnett一般一般 很小，占很小，占0.81%，忽略泵功，忽略泵功 1213thhhhsp1 t1 p2654321如何提高如何提高郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)的熱效率的熱效率1213thhhh影響熱效率的參數(shù)？影響熱效率的參數(shù)？TsT654321 1 6 5 4 21.1.蒸汽初壓對蒸汽初壓對郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響t1 , p2不變不變，p1優(yōu)點：優(yōu)點： ，汽輪機出口汽輪機出口尺寸小尺寸小1Tt2v缺點：缺點： 對強度要求高對強度要求高 不不利于汽利于汽輪機安全。一般輪機安

47、全。一般要求出口干度大要求出口干度大于于0.85 0.882xsT654321 1 22.2.蒸汽初溫對蒸汽初溫對郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響優(yōu)點：優(yōu)點： ，有利于汽機有利于汽機安全。安全。1Tt2x缺點：缺點： 對耐熱及強度要對耐熱及強度要求高，目前初溫求高，目前初溫一般在一般在550左右左右 汽機出口汽機出口尺寸大尺寸大2vp1 , p2不變不變，t1sT654321 23.3.乏汽壓力乏汽壓力對對郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響優(yōu)點：優(yōu)點： 2Tt缺點：缺點：受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機組在大型機組p2為為0.00350.005MPa，相，相應的飽和溫

48、度約為應的飽和溫度約為27 33 ，已接近事實上，已接近事實上可能達到的最低限度?？赡苓_到的最低限度。冬天熱效率高冬天熱效率高p1 , t1不變不變，p2 4 3國產(chǎn)鍋爐、汽輪機發(fā)電機組的初參數(shù)國產(chǎn)鍋爐、汽輪機發(fā)電機組的初參數(shù)簡表簡表低參數(shù)中參數(shù) 高參數(shù) 超高參數(shù) 亞臨界參數(shù)汽輪機進汽壓力MPa13.516.5汽輪機進汽溫度340435535550, 535550, 535發(fā)電機功率 P/ kW15003000600025000510萬 12.5萬,20萬20萬,30萬,60萬低參數(shù)中參數(shù) 高參數(shù) 超高參數(shù) 亞臨界參數(shù)汽輪機進汽壓力MPa13.516.5汽輪機進汽溫度340435535550, 535550, 535發(fā)電機功率 P/ kW15003000600025000510萬 12.5萬,20萬20萬,30萬,60萬低參數(shù)中參數(shù) 高參數(shù) 超高參數(shù) 亞臨界參數(shù)汽輪機進汽壓力MPa13.516.5汽輪機進汽溫度340435535550, 535550, 535發(fā)電機功率 P/ kW1