動力工程課件

動力工程2/6/20231動力工程－熱工基礎(chǔ)課程的任務(wù)與主要內(nèi)容課程的目的了解現(xiàn)代化發(fā)電廠的基本知識，為畢業(yè)后從事與電力行業(yè)相關(guān)的工作奠定基礎(chǔ)。要求全面認(rèn)識發(fā)電廠生產(chǎn)過程的各主要環(huán)節(jié)了解主要熱力設(shè)備的工作原理、基本構(gòu)造和一般運(yùn)行知識，建立現(xiàn)代電廠的完整概念。課程的主要內(nèi)容有關(guān)熱力發(fā)電廠基本工作原理的熱工基礎(chǔ)理論知識、熱力發(fā)電廠的基本運(yùn)行知識、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、熱力設(shè)備特性、提高電廠經(jīng)濟(jì)性的途徑、電力生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)及國際單位（SI）制等內(nèi)容。2/6/20232動力工程－熱工基礎(chǔ)課程的主要內(nèi)容緒論第一章工程熱力學(xué)基礎(chǔ)第二章傳熱學(xué)基礎(chǔ)第三章鍋爐設(shè)備第四章汽輪機(jī)第五章熱力發(fā)電廠2/6/20233動力工程－熱工基礎(chǔ)緒論熱能利用及在電力工業(yè)中的地位與作用中國電力工業(yè)發(fā)展概貌現(xiàn)代汽輪機(jī)發(fā)電廠的組成及生產(chǎn)過程2/6/20234動力工程－熱工基礎(chǔ)一、熱能利用及其在電力工業(yè)中的地位與作用2/6/20235動力工程－熱工基礎(chǔ)自然界中蘊(yùn)藏著豐富的能量，如：風(fēng)力、水力、太陽能以及原子能等。按物質(zhì)運(yùn)動的形式不同，能量可相應(yīng)地分為：機(jī)械能、熱能、電能、化學(xué)能、輻射能（核能）等多種形式。2/6/20236動力工程－熱工基礎(chǔ)熱能：是指組成物質(zhì)的所有微粒作各種不規(guī)則熱運(yùn)動時的總能量。熱能的利用直接：加熱、采暖、蒸煮、烘干。間接：熱能——機(jī)械能——電能2/6/20237動力工程－熱工基礎(chǔ)電能來源電能可以由自然界的各種一次能源轉(zhuǎn)換而來：化石燃料、水力、核能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮堋⒊毕艿?，其中以?yīng)用化石燃料（熱力發(fā)電）、水力資源和原子能來發(fā)電占主要地位。2/6/20238動力工程－熱工基礎(chǔ)電能特點(diǎn)電能是最具生命力的優(yōu)質(zhì)潔凈能源，它能很方便地轉(zhuǎn)換成其他多種形式的能量，如：機(jī)械能、熱能、化學(xué)能等。電能便于通過變壓設(shè)備和電力輸送線路，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送而損失較少。電能在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著重要地位，電力工業(yè)的發(fā)展直接影響到國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。2/6/20239動力工程－熱工基礎(chǔ)電力的大規(guī)模生產(chǎn)方式2/6/202310動力工程－熱工基礎(chǔ)2/6/202311動力工程－熱工基礎(chǔ)2/6/202312動力工程－熱工基礎(chǔ)不同發(fā)電方式的特點(diǎn)2/6/202313動力工程－熱工基礎(chǔ)熱力發(fā)電特點(diǎn)：投資較少、建期較短、布局和規(guī)模靈活、可以既發(fā)電又供熱；消耗大量燃料、發(fā)電成本高、技術(shù)管理較復(fù)雜、對環(huán)境有污染。水力發(fā)電特點(diǎn)：不消耗燃料、發(fā)電成本低、運(yùn)行操作比較簡單、對環(huán)境無污染；工程浩大、投資多、建期長、布局和規(guī)模受自然條件限制、發(fā)電能力在枯水季節(jié)將大幅度減小。2/6/202314動力工程－熱工基礎(chǔ)原子能發(fā)電特點(diǎn)：核燃料熱值比煤的熱值高出250萬倍，因而核燃料的消耗量少，運(yùn)輸量小，發(fā)電成本低。污染?。怀跬顿Y大，用于放射性污染的防護(hù)費(fèi)用高2/6/202315動力工程－熱工基礎(chǔ)熱力發(fā)電是我國電力工業(yè)中生產(chǎn)電能的主要方式之一2/6/202316動力工程－熱工基礎(chǔ)隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的迅猛推進(jìn)，環(huán)境問題的全球化和對發(fā)展中國家的影響日益突現(xiàn)。電力工業(yè)是一次能源消耗最大、水資源消耗和利用大、對環(huán)境產(chǎn)生重大影響的行業(yè)。而我國一次能源以煤炭為主，同時我國又是一個缺水國家，尤其是在北方(水資源已經(jīng)成為制約電力發(fā)展的關(guān)鍵因素，甚至影響到國家總體能源戰(zhàn)略)，環(huán)境污染相當(dāng)嚴(yán)重，能源轉(zhuǎn)換效率和利用效率低下。因此，環(huán)境與資源問題就是電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展問題，環(huán)境與資源保護(hù)是電力發(fā)展的永恒主題。2/6/202317動力工程－熱工基礎(chǔ)二、中國電力工業(yè)發(fā)展概貌2/6/202318動力工程－熱工基礎(chǔ)1949年全國發(fā)電裝機(jī)容量為185萬kw，發(fā)電量為43億kwh，人均用電量9kwh；1978年全國發(fā)電裝機(jī)容量為5712萬kw，發(fā)電量為2566億kwh；2001年全國發(fā)電裝機(jī)容量為3.3861億kw，發(fā)電量為14839億kwh。2011年，總裝機(jī)容量為10.4億kw，居世界第二。2/6/202319動力工程－熱工基礎(chǔ)2/6/202320動力工程－熱工基礎(chǔ)光緒三十一年（1905年）鎮(zhèn)江大照電燈有限公司全景2/6/202321動力工程－熱工基礎(chǔ)中國年發(fā)電量居世界的位次時間195019571965197819801985199019952003位次251397654222/6/202322動力工程－熱工基礎(chǔ)歷年電力裝機(jī)和發(fā)電量的構(gòu)成比（1981～2000）2/6/202323動力工程－熱工基礎(chǔ)2/6/202324動力工程－熱工基礎(chǔ)現(xiàn)代化的火電廠石洞口二廠2/6/202325動力工程－熱工基礎(chǔ)現(xiàn)代化的火電廠2/6/202326動力工程－熱工基礎(chǔ)現(xiàn)代化的火電廠D陡河電廠2/6/202327動力工程－熱工基礎(chǔ)現(xiàn)代化的火電廠哈三電廠2/6/202328動力工程－熱工基礎(chǔ)三、現(xiàn)代汽輪機(jī)發(fā)電廠的組成及生產(chǎn)過程現(xiàn)代熱力發(fā)電廠的主要組成部分包括熱力和電氣兩大部分，鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)為發(fā)電廠的三大核心設(shè)備。2/6/202329動力工程－熱工基礎(chǔ)現(xiàn)代汽輪機(jī)發(fā)電廠的生產(chǎn)過程從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)看，熱力發(fā)電廠的基本過程是：

燃料的化學(xué)能熱能機(jī)械能電能

（鍋爐）（汽輪機(jī)）（發(fā)電機(jī)）2/6/202330動力工程－熱工基礎(chǔ)2/6/202331動力工程－熱工基礎(chǔ)2/6/202332動力工程－熱工基礎(chǔ)制粉及燃燒系統(tǒng)制粉系統(tǒng)煤皮帶運(yùn)送機(jī)原煤倉給煤機(jī)磨煤機(jī)粗粉分離器旋風(fēng)分離器煤粉倉給粉機(jī)輸粉管噴燃器爐膛2/6/202333動力工程－熱工基礎(chǔ)燃燒系統(tǒng)燃料在爐膛內(nèi)燃燒，以輻射換熱方式將熱量傳遞給爐墻內(nèi)壁四周的水冷壁內(nèi)的介質(zhì)；燃燒產(chǎn)物為高溫?zé)煔夂突以?。高溫?zé)煔猓阂来谓?jīng)過過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、除塵器、引風(fēng)機(jī)、煙囪，排入大氣?；以?、飛灰：用水沖入沖渣溝和沖灰溝。

2/6/202334動力工程－熱工基礎(chǔ)汽水系統(tǒng)鍋爐給水由給水箱給水泵高壓回?zé)峒訜崞魇∶浩髌陆倒芟侣?lián)箱水冷壁管汽包過熱器主蒸汽管汽輪機(jī)凝汽器熱井凝結(jié)水泵低壓回?zé)峒訜崞鞒跗鹘o水箱2/6/202335動力工程－熱工基礎(chǔ)冷卻水系統(tǒng)

江河（或冷卻水池）中的水吸水濾網(wǎng)循環(huán)水泵

冷卻水進(jìn)水管凝汽器冷卻水出水管江河（或冷卻水池）2/6/202336動力工程－熱工基礎(chǔ)火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程教學(xué)錄像2/6/202337動力工程－熱工基礎(chǔ)小結(jié)課程設(shè)置的目的及學(xué)習(xí)要求熱能利用及其在電力工業(yè)中的地位與作用電力的大規(guī)模生產(chǎn)方式不同發(fā)電方式的特點(diǎn)中國電力工業(yè)的發(fā)展概貌現(xiàn)代汽輪機(jī)發(fā)電廠的組成及生產(chǎn)過程2/6/202338動力工程－熱工基礎(chǔ)本課程的主要內(nèi)容緒論第一章工程熱力學(xué)基礎(chǔ)第二章傳熱學(xué)第三章鍋爐設(shè)備第四章汽輪機(jī)第五章熱力發(fā)電廠2/6/202339動力工程－熱工基礎(chǔ)第一章工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2/6/202340動力工程－熱工基礎(chǔ)本章主要包括以下內(nèi)容工質(zhì)及其基本狀態(tài)參數(shù)熱力學(xué)第一定律穩(wěn)定流動能量方程式與焓水蒸汽在定壓下的形成過程水蒸汽圖表及其應(yīng)用水蒸汽的典型熱力過程熱力學(xué)第二定律朗肯循環(huán)2/6/202341動力工程－熱工基礎(chǔ)第一節(jié)

工程熱力學(xué)的研究對象與任務(wù)2/6/202342動力工程－熱工基礎(chǔ)工程熱力學(xué)是研究熱現(xiàn)象的學(xué)科。工程熱力學(xué)是熱力學(xué)的一個分支，主要研究熱能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換時的量與質(zhì)的關(guān)系，著重研究熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的基本規(guī)律，并尋求進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換的最有利的條件。工程熱力學(xué)為人們正確理解發(fā)電廠中的能量轉(zhuǎn)換過程，正確理解熱力設(shè)備的原理等提供了必要的基礎(chǔ)理論知識。2/6/202343動力工程－熱工基礎(chǔ)第二節(jié)

工質(zhì)及其基本狀態(tài)參數(shù)2/6/202344動力工程－熱工基礎(chǔ)工質(zhì)是指參與熱功轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。如：汽輪機(jī)是以水蒸汽作為工質(zhì)的。2/6/202345動力工程－熱工基礎(chǔ)狀態(tài)參數(shù)是描述工質(zhì)在某一給定瞬間的物理特性的各個宏觀物理量?；緺顟B(tài)參數(shù)—溫度、壓力、比容。2/6/202346動力工程－熱工基礎(chǔ)溫度：表示物體冷熱程度的物理量。熱力學(xué)中，溫度的測量采用熱力學(xué)溫度T），單位是開爾文（K）。T=t+273.15(K)溫度計：測量溫度的儀表。如：水銀玻璃桿溫度計熱電偶溫度計光學(xué)溫度計，等。2/6/202347動力工程－熱工基礎(chǔ)壓力(p)：大量分子對容器壁面頻繁撞擊的平均結(jié)果。以單位面積承受的力的大小來表示。壓力的單位：Pa，kPa，MPa。(1Pa=1N/m2)非SI單位：mmHg、mmH2O、kgf/cm2等。壓力的測量：當(dāng)實際壓力P高于當(dāng)?shù)卮髿鈮篜b時，壓力測量表的讀數(shù)為表壓力Pg；當(dāng)實際壓力低于當(dāng)?shù)卮髿鈮簳r，壓力測量表的讀數(shù)為真空度Pv

。

P=Pb+Pg

P=Pb－Pv2/6/202348動力工程－熱工基礎(chǔ)0ppbpg0ppbpv2/6/202349動力工程－熱工基礎(chǔ)比容(v)：單位質(zhì)量的工質(zhì)所占有的容積。單位：m3/kg密度(ρ)：比容的倒數(shù)。單位容積內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量。2/6/202350動力工程－熱工基礎(chǔ)熱力學(xué)的幾個概念熱力系統(tǒng)：工程熱力學(xué)中把所要研究的，為一定界面所包圍的物質(zhì)系統(tǒng)，稱為熱力系統(tǒng)。外界：熱力系統(tǒng)以外的其它物體統(tǒng)稱外界。開口系：與外界有物質(zhì)交換的熱力系。閉口系：與外界無物質(zhì)交換的熱力系。絕熱系：與外界無熱量交換的熱力系。孤立系：與外界既無物質(zhì)交換也無能量交換的熱力系。平衡狀態(tài)：在外界條件不變的情況下，即使經(jīng)歷較長時間，系統(tǒng)的宏觀特性仍不發(fā)生變化，這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。2/6/202351動力工程－熱工基礎(chǔ)第四節(jié)

熱力學(xué)第一定律2/6/202352動力工程－熱工基礎(chǔ)熱力學(xué)第一定律表述為：熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?。一定量的熱消失時，必產(chǎn)生數(shù)量與之相當(dāng)?shù)墓?；消耗一定量的功時，必產(chǎn)生數(shù)量與之相當(dāng)?shù)臒帷?/6/202353動力工程－熱工基礎(chǔ)熱力學(xué)第一定律解析式：

q=△u+w

上式表明：加給工質(zhì)的熱量，一部分用來改變工質(zhì)的內(nèi)能，另一部分則用來使工質(zhì)膨脹而對外作功。

注：該式僅適用于閉口系。2/6/202354動力工程－熱工基礎(chǔ)工質(zhì)的內(nèi)能內(nèi)能是指工質(zhì)在某種狀態(tài)下內(nèi)部所蘊(yùn)藏的總能量，包括內(nèi)動能和內(nèi)勢能。2/6/202355動力工程－熱工基礎(chǔ)工質(zhì)的內(nèi)能內(nèi)動能分子運(yùn)動的動能。工質(zhì)內(nèi)部分子運(yùn)動的動能愈大，工質(zhì)的溫度愈高，即工質(zhì)的內(nèi)動能是溫度T

的單值函數(shù)；內(nèi)勢能分子之間由于相互作用力而具有的能量。工質(zhì)的內(nèi)勢能與工質(zhì)的比容有關(guān)，是比容v

的函數(shù)。理想氣體由于不存在內(nèi)聚力，故內(nèi)勢能為零。工質(zhì)的內(nèi)能，決定于工質(zhì)的熱力學(xué)溫度和比容，即：u=f(T,v)。這表明：工質(zhì)內(nèi)能的大小完全取決于它所處的熱力學(xué)狀態(tài)。理想氣體的內(nèi)能，是溫度的單值函數(shù)。內(nèi)能是一個工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。2/6/202356動力工程－熱工基礎(chǔ)設(shè)氣缸中盛有1kg氣體，缸內(nèi)裝有一個無摩擦可移動的活塞，其截面積為f，若缸內(nèi)氣體壓力為P，作用于活塞外測的力為Fout，且作用于活塞里側(cè)的力Pf稍大于外側(cè)的力Fout，則氣體將發(fā)生膨脹而使活塞向右移動dx的距離。則缸內(nèi)氣體對活塞所作的功為：

當(dāng)此1kg氣體從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2時，所作的膨脹功為：（J/kg）功與壓容圖功被定義為力及沿力方向所產(chǎn)生位移的乘積。膨脹功是氣體體積變化而與外界交換的功。2/6/202357動力工程－熱工基礎(chǔ)功與熱量在熱力學(xué)研究工質(zhì)的熱功轉(zhuǎn)換規(guī)律時：功是過程的函數(shù)；熱量也是如此。作功與傳熱是能量傳遞的兩種基本方式“功”是由壓力差的作用而傳遞的能量；“熱量”是由溫差的作用而傳遞的能量。二者都是能量在傳遞過程中的度量，且可相互轉(zhuǎn)換。2/6/202358動力工程－熱工基礎(chǔ)2/6/202359動力工程－熱工基礎(chǔ)功與壓容圖功在p-v圖上可用過程線與v軸包圍的面積表示。2/6/202360動力工程－熱工基礎(chǔ)熱量與溫熵圖

熱量是由溫度差的作用而產(chǎn)生的能量?？赡孢^程中過程中的傳熱量可表示如下：由此得到熵的定義式：TdqdsTdsqTdsdqss===ò212/6/202361動力工程－熱工基礎(chǔ)p-v圖和T-s圖功可用p-v圖上過程線與v軸包圍的面積表示；熱量可用T-s圖上過程線與s軸包圍的面積表示，所以p-v圖和T-s圖是分析氣體熱力過程的能量變化的有力工具。在p-v圖能夠確定過程功的正或負(fù)；在T-s圖上能夠確定過程熱量的正或負(fù)，對過程能量轉(zhuǎn)換分析帶來極大的方便。2/6/202362動力工程－熱工基礎(chǔ)第六節(jié)穩(wěn)定流動能量方程式2/6/202363動力工程－熱工基礎(chǔ)穩(wěn)定流動：工質(zhì)的流動情況不隨時間而變化，即工質(zhì)在設(shè)備任何截面上的所有狀態(tài)參數(shù)和流速的平均值不隨時間而改變，而且在同一時刻流經(jīng)任何截面的流量均相同。2/6/202364動力工程－熱工基礎(chǔ)穩(wěn)定流動能量方程式

如圖所示，1kg工質(zhì)從1-1截面進(jìn)入系統(tǒng)，從2-2截面流出系統(tǒng)。當(dāng)該工質(zhì)從1-1截面進(jìn)入系統(tǒng)時，帶入系統(tǒng)中的總能量為：該工質(zhì)從2-2截面流出系統(tǒng)時，傳出系統(tǒng)的總能量為：

2/6/202365動力工程－熱工基礎(chǔ)考慮到和，根據(jù)能量守恒與轉(zhuǎn)換定律可得出下列方程式：可寫成：

令：，則：2/6/202366動力工程－熱工基礎(chǔ)焓(h)：

h=u+pv(J/kg)

因為u、p、v

都是狀態(tài)參數(shù)，所以焓也是狀態(tài)參數(shù)。焓：代表著每kg工質(zhì)沿流動方向往前傳遞的總能量中直接取決于熱力狀態(tài)的部分。2/6/202367動力工程－熱工基礎(chǔ)技術(shù)功（wt）：從熱力設(shè)備中流出來的技術(shù)上可資利用的功量。

適用于閉口系

適用于開口系2/6/202368動力工程－熱工基礎(chǔ)流動功是開口系輸出和輸入的推動功的差，等于p2v2-p1v1，是開口系維持流動必須付出的代價。2/6/202369動力工程－熱工基礎(chǔ)在對閉口系列能量方程時，系統(tǒng)與外界交換的功應(yīng)是膨脹功，在對壓氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)這樣的開口系進(jìn)行計算時的功應(yīng)是技術(shù)功。2/6/202370動力工程－熱工基礎(chǔ)第七節(jié)水蒸汽在定壓下的形成過程2/6/202371動力工程－熱工基礎(chǔ)水蒸汽在定壓下的形成過程

未飽和水飽和水濕蒸汽干蒸汽過熱蒸汽2/6/202372動力工程－熱工基礎(chǔ)水蒸汽的形成過程在p-v圖和T-s圖上的表示Mc——飽和水線；Nc——干飽和蒸汽線；

——液體熱；——汽化潛熱；

——過熱熱量；c——臨界點(diǎn)

2/6/202373動力工程－熱工基礎(chǔ)過熱度：過熱蒸汽的溫度t

超過相應(yīng)于同一壓力下的飽和溫度ts

的數(shù)值。干度：濕蒸汽中所含干蒸汽的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。水的臨界點(diǎn)參數(shù)：tc=374.15℃pc=22.129MPa

vc=0.00326m3/kg2/6/202374動力工程－熱工基礎(chǔ)第八節(jié)水蒸汽圖表及其應(yīng)用2/6/202375動力工程－熱工基礎(chǔ)水蒸汽表飽和水、干蒸汽、未飽和水、過熱蒸汽可通過水蒸汽表直接查出。2/6/202376動力工程－熱工基礎(chǔ)2/6/202377動力工程－熱工基礎(chǔ)2/6/202378動力工程－熱工基礎(chǔ)2/6/202379動力工程－熱工基礎(chǔ)2/6/202380動力工程－熱工基礎(chǔ)濕蒸汽參數(shù)可按下式計算：2/6/202381動力工程－熱工基礎(chǔ)溫熵圖（T-s圖）液體熱

ql=h′汽化潛熱r=h″-h′過熱熱量

qsu=h-h″所以：

h′=ql

h″=ql

+r

h=ql

+r+qsu溫熵圖上任一點(diǎn)的焓值都可以用通過該點(diǎn)的定壓線、垂直線、縱坐標(biāo)軸和橫坐標(biāo)軸這樣四條線為界線的一塊面積來表示。2/6/202382動力工程－熱工基礎(chǔ)焓熵圖（h-s圖）2/6/202383動力工程－熱工基礎(chǔ)第九節(jié)水蒸汽的典型熱力過程2/6/202384動力工程－熱工基礎(chǔ)定壓流動過程

工質(zhì)在設(shè)備中進(jìn)行定壓流動時所吸入（或放出）的熱量等于其焓的增加（或減小）。

絕熱流動的作功過程

水蒸汽在絕熱情況下流經(jīng)汽輪機(jī)時乃是依靠它的焓降轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)功。

2/6/202385動力工程－熱工基礎(chǔ)通過噴管的絕熱流動能量方程式：

工質(zhì)流經(jīng)噴管時，如果發(fā)生絕熱膨脹，則其動能必將增大。2/6/202386動力工程－熱工基礎(chǔ)噴管的型式根據(jù)噴管截面形狀的不同，噴管可分為兩種型式：漸縮噴管和漸縮漸擴(kuò)噴管。

漸縮噴管漸縮漸擴(kuò)噴管（拉伐爾噴管）2/6/202387動力工程－熱工基礎(chǔ)噴管型式的選?。?/p>

當(dāng)

p2/p1≥βc

時，采用漸縮噴管，噴管出口能獲得亞音速或音速流動；當(dāng)p2/p1＜βc

時，采用漸縮漸擴(kuò)噴管，噴管出口能獲得超音速流動，在最小界面處的流速理論上等于當(dāng)?shù)匾羲佟?/p>

注：βc=pc/p12/6/202388動力工程－熱工基礎(chǔ)絕熱節(jié)流節(jié)流：

流體在管道中流動時，如果流經(jīng)閥門、擋板、孔板等障礙物，流體則產(chǎn)生渦流和摩擦，即產(chǎn)生局部阻力損失，因而引起壓力顯著下降，這種現(xiàn)象，稱為節(jié)流。節(jié)流后

h2=h1p2＜p1s2＞s1工質(zhì)通過孔板時的絕熱節(jié)流2/6/202389動力工程－熱工基礎(chǔ)絕熱節(jié)流后，工質(zhì)的作功能力將下降。絕熱節(jié)流在h-s圖上表示2/6/202390動力工程－熱工基礎(chǔ)第十節(jié)熱力學(xué)第二定律2/6/202391動力工程－熱工基礎(chǔ)熱力學(xué)第二定律的表述克勞修斯說法：熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體。開爾文-浦朗克說法：任何發(fā)動機(jī)都不可能只從單一的熱源吸熱，并把它連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α?/6/202392動力工程－熱工基礎(chǔ)循環(huán)及其熱效率循環(huán)：工質(zhì)從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一連串的狀態(tài)變化，而重新回到原來的狀態(tài)，工質(zhì)所經(jīng)歷的這些熱力過程的綜合，稱為熱力循環(huán)，簡稱循環(huán)。若循環(huán)的膨脹功大于壓縮功，則循環(huán)的效果是使熱能在一定的條件下連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這種循環(huán)稱為“正向循環(huán)”或“熱力循環(huán)”。（如右圖所示）每一個循環(huán)熱機(jī)所作的凈功為：2/6/202393動力工程－熱工基礎(chǔ)循環(huán)的熱效率若工質(zhì)經(jīng)過一個循環(huán)，從高溫?zé)嵩次盏臒崃繛閝1而向低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃繛棣騫2︱，則

根據(jù)熱力學(xué)第一定律：則循環(huán)的熱效率：

2/6/202394動力工程－熱工基礎(chǔ)卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)是在一定溫度界限內(nèi)熱效率最高的循環(huán)，它是由兩個可逆的定溫過程和兩個可逆的絕熱過程組成的。

1→2：定溫吸熱過程；

2→3：絕熱膨脹作功過程；

3→4：定溫放熱過程；

4→1：絕熱壓縮過程?？ㄖZ循環(huán)的熱效率

2/6/202395動力工程－熱工基礎(chǔ)卡諾定理卡諾循環(huán)的熱效率僅取決于熱源溫度T1和冷源溫度T2而與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，T1愈高、T2愈低時，熱效率愈高；任何熱能動力裝置的循環(huán)效率都不可能達(dá)到100%；當(dāng)T2=T1時，卡諾循環(huán)的熱效率等于零，這說明，只有單一熱源的熱力發(fā)動機(jī)是不可能存在的。2/6/202396動力工程－熱工基礎(chǔ)第十一節(jié)朗肯循環(huán)2/6/202397動力工程－熱工基礎(chǔ)簡單蒸汽動力裝置的理想可逆循環(huán)稱為朗肯循環(huán)。朗肯循環(huán)的組成實現(xiàn)朗肯循環(huán)所需的熱力設(shè)備包括：鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、給水泵等。2/6/202398動力工程－熱工基礎(chǔ)朗肯循環(huán)是由以下熱力過程組成的：1—2：過熱蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的絕熱膨脹作功過程2—3：乏汽在凝汽器中的定壓放熱過程

3—4：凝結(jié)水在給水泵中的絕熱壓縮過程4—5—6—1：給水在省煤器、汽鍋和過熱器中定壓吸熱過程

2/6/202399動力工程－熱工基礎(chǔ)朗肯循環(huán)的熱效率

則朗肯循環(huán)的熱效率為：當(dāng)p1≤10MPa時，水泵功可忽略不計，此時：2/6/2023100動力工程－熱工基礎(chǔ)提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑提高初溫、初壓；降低背壓。

朗肯循環(huán)由于工質(zhì)的平均吸熱溫度比循環(huán)的最高溫度低得多，因而其循環(huán)熱效率低?；鹆Πl(fā)電廠都不直接采用上述簡單的朗肯循環(huán)，而是采用平均吸熱溫度比較高的回?zé)嵫h(huán)和再熱循環(huán)。2/6/2023101動力工程－熱工基礎(chǔ)第二章傳熱學(xué)基礎(chǔ)2/6/2023102動力工程－熱工基礎(chǔ)傳熱學(xué)是研究熱能傳遞規(guī)律的學(xué)科。溫差的存在，必然會引起熱量從高溫物體向低溫物體進(jìn)行傳遞。火電廠的生產(chǎn)過程，很多是和傳熱過程密切相聯(lián)系的。熱量傳遞的三種基本方式：導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))對流換熱輻射換熱第一節(jié)概述2/6/2023103動力工程－熱工基礎(chǔ)第二節(jié)導(dǎo)熱2/6/2023104動力工程－熱工基礎(chǔ)傅立葉定律1822，傅立葉假定固體中熱的傳導(dǎo)率正比于溫度梯度。傅立葉定律表示為：λ－導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)2/6/2023105動力工程－熱工基礎(chǔ)導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)小于0.23W/(m.℃)的材料習(xí)慣上稱為：“保溫材料”或“絕熱材料”2/6/2023106動力工程－熱工基礎(chǔ)導(dǎo)熱系數(shù)2/6/2023107動力工程－熱工基礎(chǔ)第三節(jié)對流換熱對流換熱是指流動著的流體和固體壁面接觸時，相互間的換熱過程。這一過程既包括流體各部分因發(fā)生相對位移所引起的熱量轉(zhuǎn)移（對流作用），同時也包括流體分子之間的導(dǎo)熱作用，其總的結(jié)果稱為“對流換熱”。如果沒有流體的運(yùn)動，則熱量的傳遞將是“導(dǎo)熱”2/6/2023108動力工程－熱工基礎(chǔ)兩種對流熱量轉(zhuǎn)換形式強(qiáng)迫對流流體的流動是外力的驅(qū)動，如：泵或風(fēng)機(jī)自然對流流體內(nèi)的溫差，導(dǎo)致流體的密度不同，冷流體（密度大）將下沉，熱流體將上升。2/6/2023109動力工程－熱工基礎(chǔ)強(qiáng)迫對流換熱例子2/6/2023110動力工程－熱工基礎(chǔ)自然對流換熱例子（一）2/6/2023111動力工程－熱工基礎(chǔ)自然對流換熱例子（二）2/6/2023112動力工程－熱工基礎(chǔ)自然對流換熱例子（三）2/6/2023113動力工程－熱工基礎(chǔ)牛頓冷卻定律對流換熱量Q與換熱表面積F以及固體壁面和流體之間的溫度差(tw-tf

)成正比。即：a—對流換熱系數(shù)，W