動力工程課件

緒

論熱能利用及在電力工業(yè)中的地位與作用電能及其生產方式中國電力工業(yè)發(fā)展概貌現(xiàn)代汽輪機發(fā)電廠的組成及生產過程本課程的任務與主要內容**能源與人類文明

能源和人類社會的發(fā)展有著密切的關系。人類文明的每一步都和能源的利用息息相關，能源是人類社會發(fā)展的重要物質基礎。能源自然界中存在并可能被人類用來獲取能量的自然資源稱為能源。包括已開采出來的可供使用的自然資源與經(jīng)過加工或轉換的能量的來源。**能源的分類由于能源形式的多樣，因此有不同的分類方法。按能源的來源分，可分為三類：地球本身蘊藏的能量資源，如：地熱能、核能。來自地球外天體的能量，如：太陽能、化石燃料、生物質能、水能、風能和海洋能等。地球與其它天體相互作用的能源，如：潮汐能。**2.按被利用的程度分：常規(guī)能源，即在現(xiàn)有經(jīng)濟和技術條件下，已經(jīng)大規(guī)模生產和廣泛使用的能源，如：煤炭、石油、天然氣、薪柴燃料、水能等。新能源，是指在新技術條件下系統(tǒng)開發(fā)利用的能源，如：太陽能、風能、地熱能、潮汐能、生物質能、核能等。3.按獲得的方法分：一次能源，即可供直接利用的能源，如煤、石油、天然氣、風能、水能等。二次能源，即由一次能源直接或間接轉換而來的能源，如電、蒸汽、焦炭、煤氣、氫等。**4.按能否再生分：可再生能源，即不會隨它本身的轉化或人類的利用而日益減少，如水能、風能、潮汐能、太陽能等。不可再生能源，它隨人類的利用而越來越少，如煤、石油、天然氣、核燃料等。5.按能源本身的性質分：含能體能源，如石油、煤、天然氣、地熱、氫、草木燃料、核燃料等，它們可以直接儲存。過程性能源，它們無法直接儲存，如水能、風能、潮汐能、電能等。**6.按對環(huán)境污染情況分：清潔能源，即對環(huán)境無污染或污染很小的能源，如太陽能、水能、海洋能等。非清潔能源，即對環(huán)境污染較大的能源，如煤、石油等。**能源與人類文明**能量廣義地說，能量就是產生某種效果（或變化）的能力。自然界中蘊藏著豐富的能量，如：風力、水力、太陽能以及原子能等。按物質運動的形式不同，能量可相應地分為：機械能、熱能、電能、化學能、輻射能、核能等多種形式。不同形式的能量具有可轉換性，轉換時遵守能量轉換與守恒定律。****熱能：是指組成物質的所有微粒作各種不規(guī)則熱運動時的總能量。熱能的利用直接：加熱、采暖、蒸煮、烘干。間接：熱能——機械能——電能**電能及其生產方式電能是最具生命力的優(yōu)質潔凈能源，它能很方便地轉換成其他多種形式的能量，如：機械能、熱能、化學能等。電能便于通過變壓設備和電力輸送線路，實現(xiàn)遠距離輸送而損失較少。電能在國民經(jīng)濟發(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)濟的發(fā)展。**電能可以由自然界的各種能源（一次能源）轉換而來：化石燃料、水力、核能、風能、太陽能、地熱能、潮汐能等，其中以應用化石燃料（熱力發(fā)電）、水力資源和原子能來發(fā)電占主要地位。******能源問題****熱力發(fā)電特點：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、技術管理較復雜、對環(huán)境有污染。水力發(fā)電特點：不消耗燃料、發(fā)電成本低、運行操作比較簡單、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。原子能發(fā)電特點：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，運輸量小，發(fā)電成本低。污染小；初投資大，用于放射性污染的防護費用高**中國電力工業(yè)發(fā)展概貌光緒三十一年（1905年）鎮(zhèn)江大照電燈有限公司全景**中國的電力工業(yè)從1882年至1949年，經(jīng)過67年裝機容量只達到185萬kw，居世界第21位；發(fā)電量為43億kwh，人均用電量9kwh，居世界第25位；1978年全國發(fā)電裝機容量為5712萬kw，發(fā)電量為2566億kwh；2001年全國發(fā)電裝機容量為3.3861億kw，發(fā)電量為14839億kwh。截止到2005年底，全國發(fā)電裝機容量為5億kw。**截至2006年底，中國發(fā)電裝機容量達到6.22億千瓦，居世界第二位。其中，水電12857萬千瓦，占總容量的20．67％；火電48405萬千瓦，占77．82％；核電685萬千瓦，占總容量的1．1％；風力發(fā)電187萬千瓦，占0．30％；生物質能等其他發(fā)電66萬千瓦，占0．11％。中國的水能資源有6.87億千瓦，可開發(fā)的有5億千瓦，均居世界首位，但開發(fā)率僅24%左右。**核電的發(fā)展中國核電起步于上世紀80年代，經(jīng)過20多年來的發(fā)展，已經(jīng)建成和在建核電機組總裝機容量約870萬千瓦，占總裝機容量的1.1％。1991年10月31日，我國自行設計建造的第一座核電站---秦山核電站（300MW）并網(wǎng)發(fā)電成功。1994年大亞灣核電站兩套900MW壓水堆機組投入商業(yè)運行。“九五”期間我國又有4座核電站投入建設。它們是：秦山二期2600MW壓水堆核電站，秦山三期2700MW重水堆核電站，嶺澳兩個百萬千瓦級壓水堆核電站，連云港21000MW壓水堆核電站。紅沿河核電站規(guī)劃建設6臺百萬千瓦級核電機組，其中一期工程規(guī)劃建設4臺核電機組，**2000年底運行中的主要水電站(1000MW及以上)**中國年發(fā)電量居世界的位次**時間195019571965197819801985199019952003位次25139765422我國發(fā)電設備裝機容量和年發(fā)電量發(fā)展情況**歷年電力裝機和發(fā)電量的構成比（1981～2000）******熱力發(fā)電廠的分類**分類方法熱力發(fā)電廠類型一次能源化石燃料電廠，原子能發(fā)電廠，地熱發(fā)電廠，太陽能發(fā)電廠，磁流體發(fā)電廠能量供應供應電能的凝汽式電廠，供應電能、熱能的熱電站原動機類型汽輪機發(fā)電廠、燃氣輪機發(fā)電廠、內燃機發(fā)電廠、蒸汽－燃氣輪機發(fā)電廠電廠總容量小容量發(fā)電廠、中容量發(fā)電廠、大容量發(fā)電廠蒸汽初參數(shù)中、低壓發(fā)電廠，高壓發(fā)電廠，超高壓發(fā)電廠，亞臨界發(fā)電廠，超臨界、超超臨界發(fā)電廠電廠位置坑口、港口、路口電廠，負荷中心電廠，位于煤源與負荷中心間電廠承擔負荷帶基本負荷、帶中間負荷、帶尖峰負荷電廠機爐配合非單元機組、單元機組電廠服務范圍系統(tǒng)中發(fā)電廠，區(qū)域性電廠，自備電廠，列車電站，孤立電廠現(xiàn)代汽輪機發(fā)電廠的組成及生產過程現(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、汽輪機和發(fā)電機為發(fā)電廠的三大核心設備。******現(xiàn)代汽輪機發(fā)電廠的生產過程從能量的觀點看，熱力發(fā)電廠的基本過程是：

燃料的化學能熱能機械能電能

（鍋爐）（汽輪機）（發(fā)電機）**火力發(fā)電廠生產系統(tǒng)示意圖制粉及燃燒系統(tǒng)制粉系統(tǒng)煤皮帶運送機原煤倉給煤機磨煤機粗粉分離器旋風分離器煤粉倉給粉機輸粉管噴燃器爐膛**燃燒系統(tǒng)燃料在爐膛內燃燒，以輻射換熱方式將熱量傳遞給爐墻內壁四周的水冷壁內的介質；燃燒產物為高溫煙氣和灰渣。高溫煙氣：依次經(jīng)過過熱器、省煤器、空氣預熱器、除塵器、引風機、煙囪，排入大氣。灰渣、飛灰：用水沖入沖渣溝和沖灰溝。**汽水系統(tǒng)

鍋爐給水由給水箱給水泵高壓回熱加熱器省煤器汽包下降管下聯(lián)箱水冷壁管汽包過熱器主蒸汽管汽輪機凝汽器熱井凝結水泵低壓回熱加熱器除氧器給水箱**冷卻水系統(tǒng)江河（或冷卻水池）中的水吸水濾網(wǎng)循環(huán)水泵冷卻水進水管凝汽器冷卻水出水管江河（或冷卻水池）****本課程的主要內容緒論第一章工程熱力學基礎第二章傳熱學第三章鍋爐設備第四章汽輪機第五章熱力發(fā)電廠**第一章工程熱力學基礎**本章主要包括以下內容工質及其基本狀態(tài)參數(shù)熱力學第一定律穩(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用水蒸汽的典型熱力過程熱力學第二定律朗肯循環(huán)****工程熱力學是研究熱現(xiàn)象的學科。工程熱力學是熱力學的一個分支，主要研究熱能與機械能之間相互轉換時的量與質的關系，著重研究熱能轉變?yōu)闄C械能的基本規(guī)律，并尋求進行這種轉換的最有利的條件。工程熱力學為人們正確理解發(fā)電廠中的能量轉換過程，正確理解熱力設備的原理等提供了必要的基礎理論知識。**第二節(jié)

工質及其基本狀態(tài)參數(shù)****工質是指參與熱功轉換的媒介物質。如：汽輪機是以水蒸汽作為工質的。**狀態(tài)參數(shù)是描述工質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。**溫度：表示物體冷熱程度的物理量。熱力學中，溫度的測量采用熱力學溫度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溫度計，等。壓力(p)：大量分子對容器壁面頻繁撞擊的平均結果。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。

1at=1kgf/cm2=98067Pa1mmHg=133.321Pa1mmH2O=9.8067Pa****0ppbpg0ppbpv壓力的測量：當實際壓力P高于當?shù)卮髿鈮篜b時，壓力測量表的讀數(shù)為表壓力Pg；當實際壓力低于當?shù)卮髿鈮簳r，壓力測量表的讀數(shù)為真空度Pv

。

P=Pb+PgP=Pb－Pv比容(v)：單位質量的工質所占有的容積。單位：m3/kg密度(ρ)：比容的倒數(shù)。單位容積內工質的質量。**熱力學的幾個概念熱力系統(tǒng)：工程熱力學中把所要研究的，為一定界面所包圍的物質系統(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：與外界有物質交換的熱力系。閉口系：與外界無物質交換的熱力系。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)。****熱力系統(tǒng)、外界和邊界

熱力系統(tǒng)就是人為分割出來，作為熱力學研究對象的有限物質系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)簡稱系統(tǒng)、體系。與熱力系統(tǒng)發(fā)生質、能交換的物系稱為外界。熱力系統(tǒng)與外界的分界線（面）稱為邊界。

*和力學中取分離體的方法一樣，為分析問題方便起見，把熱力學分析的對象從周圍物體中隔離出來。**AB1）熱力系統(tǒng)的分割完全是“人為”的，因此對于不同的問題，甚至對于同一問題可取不同的系統(tǒng)。

例如研究向容器充氣，可以取容器為系統(tǒng)，也可取充入容器的氣體和原在容器內的氣體一起為系統(tǒng)。**若沒有質量越過邊界，則系統(tǒng)稱為閉口系（又稱控制質量，用CM表示。）；若通過邊界系統(tǒng)與外界有質量交換，則稱為開口系（又稱控制體積，用CV表示。）；與外界無熱量交換的系統(tǒng)稱為絕熱系；與外界無任何形式的質量和能量交換系統(tǒng)稱孤立系。本課程研究最多的是由可壓縮物質組成的，無化學反應、與外界有能量交換的有限物質系統(tǒng)，稱為簡單可壓縮系統(tǒng)。**理想氣體與實際氣體理想氣體：它的分子是不占有容積的質點，分子之間也不存在相互作用的內聚力。常見氣體，其性質大致接近于理想氣體。那些離液態(tài)不遠的氣體（如：水蒸氣）除外。實際氣體。**為什么定義理想氣體這種假想的模型？**

熱力發(fā)動機中用來作為工質的水蒸氣和制冷機中的制冷劑距液態(tài)不遠，而且工作過程中有物質的集態(tài)變化。因此，這些工質一般不能作為理想氣體看待。飽和狀態(tài)是這類工質的重要性質對蒸汽動力循環(huán)、制冷循環(huán)和濕空氣過程的理解和分析有重要作用。

理想氣體狀態(tài)方程物理學告訴我們：p——氣體的絕對壓力（N/m2orPa）；v——氣體的比容（m3/kg）；T——氣體的熱力學溫度（K）；R——氣體常數(shù)（N.m/kg.K）。**熱力學狀態(tài)**平衡狀態(tài)：只要不受外界環(huán)境的影響，工質的狀態(tài)就不會隨時間而變化，并且在工質的內部各處都具有相應相同的壓力、溫度和比容等狀態(tài)參數(shù)。第四節(jié)

熱力學第一定律**熱力學第一定律表述為：熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊帷Ｒ欢康臒嵯r，必產生數(shù)量與之相當?shù)墓Γ幌囊欢康墓r，必產生數(shù)量與之相當?shù)臒帷?*熱力學第一定律解析式：

q=△u+w

上式表明：加給工質的熱量，一部分用來改變工質的內能，另一部分則用來使工質膨脹而對外作功。

注：該式僅適用于閉口系。**工質的內能內能是指工質在某種狀態(tài)下內部所蘊藏的總能量，包括內動能和內勢能。**內動能分子運動的動能。工質內部分子運動的動能愈大，工質的溫度愈高，即工質的內動能是溫度T

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

的函數(shù)。理想氣體由于不存在內聚力，故內勢能為零。工質的內能，決定于工質的熱力學溫度和比容，即：u=f(T,v)。這表明：工質內能的大小完全取決于它所處的熱力學狀態(tài)。理想氣體的內能，是溫度的單值函數(shù)。內能是工質的一個狀態(tài)參數(shù)。**功與壓容圖**功被定義為力及沿力方向所產生位移的乘積。**膨脹功是氣體體積變化而與外界交換的功。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。

設氣缸中盛有1kg氣體，缸內裝有一個無摩擦可移動的活塞，其截面積為f，若缸內氣體壓力為P，作用于活塞外測的力為Fout，且作用于活塞里側的力Pf稍大于外側的力Fout，則氣體將發(fā)生膨脹而使活塞向右移動dx的距離。則缸內氣體對活塞所作的功為：

當此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）**功與熱量在熱力學研究工質的熱功轉換規(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，且可相互轉換。****熱量與溫熵圖

熱量是由溫度差的作用而產生的能量。可逆過程中過程中的傳熱量可表示如下：由此得到熵的定義式：**TdqdsTdsqTdsdqss===ò21**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；在T-s圖上能夠確定過程熱量的正或負，對過程能量轉換分析帶來極大的方便。**第六節(jié)穩(wěn)定流動能量方程式**穩(wěn)定流動：工質的流動情況不隨時間而變化，即工質在設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。**穩(wěn)定流動能量方程式

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

**考慮到和，根據(jù)能量守恒與轉換定律可得出下列方程式：可寫成：

令：，則：**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。**技術功（wt）：從熱力設備中流出來的技術上可資利用的功量。

適用于閉口系

適用于開口系****當工質在進出口處的流速變化不大、進出口的高度差也可不考慮時，則動能變化及位能變化均可忽略不計。此時，軸功就等于技術功，可用在p-v圖上可用過程線與p軸包圍的面積表示。

技術功又等于工質膨脹功與流動功的代數(shù)和：**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。**在對閉口系列能量方程時，系統(tǒng)與外界交換的功應是膨脹功，在對壓氣機、燃氣輪機、蒸汽輪機這樣的開口系進行計算時的功應是技術功。**穩(wěn)定流動能量方程式的應用在泵與風機中:上式表明,工質在泵和風機中接受壓縮時外界所加給的技術功等于工質焓的增加。第七節(jié)水蒸汽在定壓下的形成過程**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**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

**過熱度：過熱蒸汽的溫度t

超過相應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量百分數(shù)。水的臨界點參數(shù)：tc=374.15℃pc=22.129MPavc=0.00326m3/kg****為什么用圖表？**1、工程中需要這些數(shù)據(jù)：h,v,等已知：汽輪機蒸汽進出口參數(shù)，怎樣求作功？可由圖表根據(jù)p1t1p2t2

求出焓降，從而得出作功的大小2、水蒸汽不同于理想氣體，其狀態(tài)方程極其復雜。**所以一般按溫度和壓力編排成類似于數(shù)據(jù)庫的表格，以便查取不同熱力狀態(tài)下水蒸汽的多種熱力參數(shù)(焓、熵、比容)

水和水蒸汽表(離散的點)或將這些數(shù)據(jù)擬合成曲線

焓熵圖(離散與連續(xù)的結合)來源：實驗數(shù)據(jù)整理水蒸汽表**目的：tp

hrtspsv查取方法:插值法飽和水、干蒸汽、未飽和水、過熱蒸汽可通過水蒸汽表直接查出。濕蒸汽參數(shù)可按下式計算：**********

溫熵圖液體熱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溫熵圖上任一點的焓值都可以用通過該點的定壓線、垂直線、縱坐標軸和橫坐標軸這樣四條線為界線的一塊面積來表示。**焓熵圖**線算圖、莫里爾(德)來源：水蒸汽表目的：直接查取Δha定壓加熱b絕熱流動定壓線群、定溫線群定容線群、干度線**焓熵圖（h-s圖）**第九節(jié)水蒸汽的典型熱力過程**定壓流動過程

工質在設備中進行定壓流動時所吸入（或放出）的熱量等于其焓的增加（或減?。?。

絕熱流動的作功過程

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

**通過噴管的絕熱流動能量方程式：

工質流經(jīng)噴管時，如果發(fā)生絕熱膨脹，則其動能必將增大。**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噴管。

漸縮噴管漸縮漸擴噴管（拉伐爾噴管）**噴管型式的選?。?/p>

當

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p2/p1＜βc

時，采用漸縮漸擴噴管，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?shù)匾羲佟?/p>

注：βc=pc/p1**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，流體則產生渦流和摩擦，即產生局部阻力損失，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

工質通過孔板時的絕熱節(jié)流**絕熱節(jié)流后，工質的作功能力將下降。絕熱節(jié)流在h-s圖上表示**第十節(jié)熱力學第二定律**熱力學基本定律**熱力學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)動機都不可能只從單一的熱源吸熱，并把它連續(xù)不斷地轉變?yōu)楣Α?*熱力過程**熱力循環(huán)**循環(huán)及其熱效率循環(huán)：工質從某一狀態(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)不斷地轉變?yōu)闄C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)熱機所作的凈功為：**循環(huán)的熱效率若工質經(jīng)過一個循環(huán)，從高溫熱源吸收的熱量為q1而向低溫熱源放出的熱量為︱q2︱，則

根據(jù)熱力學第一定律：則循環(huán)的熱效率：

**卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)是在一定溫度界限內熱效率最高的循環(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

**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而與工質的性質無關，T1愈高、T2愈低時，熱效率愈高；任何熱能動力裝置的循環(huán)效率都不可能達到100%；當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)動機是不可能存在的。**第十一節(jié)朗肯循環(huán)**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)所需的熱力設備包括：鍋爐、汽輪機、凝汽器、給水泵等。**朗肯循環(huán)是由以下熱力過程組成的：1—2：過熱蒸汽在汽輪機內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

**朗肯循環(huán)的熱效率

則朗肯循環(huán)的熱效率為：當p1≤10MPa時，水泵功可忽略不計，此時：**提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑提高初溫、初壓；降低背壓。

**1、提高初壓p1

提高初壓，可以提高平均吸熱溫度，從而提高循環(huán)熱效率，但卻使乏汽干度降低，對汽輪機內效率、安全運行不利(x>0.85~0.88)發(fā)展方向：越來越高中壓

高壓

超高壓

亞臨界

超臨界

超超臨界**2、提高初溫t1

提高初溫可以提高平均吸熱溫度，并提高乏汽干度，但受到材料耐溫性能的限制。發(fā)展方向：不易提高

540-555℃**3、降低終壓p2

降低終壓可以降低平均放熱溫度，從而提高效率限制：環(huán)境溫度(真空如何形成?)；循環(huán)泵電耗

全廠經(jīng)濟性(凝汽器中的乏汽壓力，即汽輪機背壓)**

朗肯循環(huán)由于工質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熱循環(huán)和再熱循環(huán)。****朗肯循環(huán)—現(xiàn)代蒸汽動力裝置的基本循環(huán)實際中對朗肯循環(huán)做改進回熱循環(huán)+再熱循環(huán)第二章傳熱學基礎**第一節(jié)概述傳熱學是研究熱能傳遞規(guī)律的學科。溫差的存在，必然會引起熱量從高溫物體向低溫物體進行傳遞?；痣姀S的生產過程，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：導熱(熱傳導)對流換熱輻射換熱**導熱：物體各部分之間不發(fā)生相對位移，依靠分子、原子、自由電子等微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞。對流換熱：流體和它所接觸的固體壁面之間的熱量傳遞方式。輻射換熱：物體之間通過電磁波來傳遞熱量，稱為輻射換熱。**第二節(jié)導熱**

導熱：物體各部分之間不發(fā)生相對位移，依靠分子、原子、自由電子等微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞。**傅立葉定律

1822，傅立葉假定固體中熱的傳導率正比于溫度梯度。傅立葉定律表示為：**λ－導熱系數(shù)，W/(m·℃)導熱系數(shù)導熱系數(shù)表示物質導熱能力的大小，它是物質的一個物性參數(shù)，可用導熱儀來測定。**W/(m·℃)導熱系數(shù)**導熱系數(shù)小于0.23W/(m.℃)的材料習慣上稱為：“保溫材料”或“絕熱材料”導熱系數(shù)

不同的物質具有不同的導熱系數(shù)，同一物質導熱系數(shù)的大小也隨物質的內部結構、濕度、壓力以及溫度等因素而變化。**導熱系數(shù)

****二、通過無限大平壁的導熱問題一維穩(wěn)態(tài)無內熱源

為常數(shù)類比：歐姆定律導熱熱阻**引入熱阻的概念后：可把串、并聯(lián)的思想用于導熱計算通過多層平壁的穩(wěn)態(tài)導熱總熱阻=串聯(lián)熱阻之和：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移（對流作用），同時也包括流體分子之間的導熱作用，其總的結果稱為“對流換熱”。如果沒有流體的運動，則熱量的傳遞將是“導熱”****兩種對流熱量轉換形式強迫對流流體的流動是外力的驅動，如：泵或風機自然對流流體內的溫差，導致流體的密度不同，冷流體（密度大）將下沉，熱流體將上升。**強迫對流換熱例子**自然對流換熱例子（一）**自然對流換熱例子（二）**自然對流換熱例子（三）**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)，（或放熱系數(shù)）W/(m2·℃)放熱系數(shù)

表示流體和固體壁面之間的換熱強度影響對流換熱強度的主要因素

對流換熱，熱量的傳遞總是和流體的流動聯(lián)系在一起，因此使這類問題大為復雜化。一般，對流換熱強弱與流動發(fā)生的原因、流體的流動狀況、流體的熱物性以及固體表面的形狀、大小等一系列因素有關。****影響對流換熱強度的主要因素1、流動發(fā)生的原因（自由流動受迫流動）自由流動受迫流動密度不同泵與風機2、流體的流動狀況（層流紊流）用雷諾數(shù)Re來判定

Re<2300

層流

Re>1104

紊流層流紊流受迫流動換熱強度大于自由流動紊流(湍流)換熱強度大于層流**3、流體的物理性質密度粘度導熱系數(shù)定壓比熱4、換熱表面的形狀、大小和布置膜式肋片鰭片錯列順列5、流體集態(tài)的變化凝結、沸騰凝結換熱或沸騰換熱大于非相變的對流**對流換熱情況W/(m2?℃)空氣自由流動5~50空氣管內受迫流動25~500水作自由流動100~500水作受迫流動250~15000水發(fā)生沸騰2500~25000水發(fā)生凝結5000~100000幾種情況下的對流放熱系數(shù)的大致數(shù)值放熱系數(shù)的確定不同情況下放熱系數(shù)的數(shù)值可以相差很大。利用實驗研究的結果來確定放熱系數(shù)。**第四節(jié)輻射換熱熱輻射的基本概念物體對外發(fā)射電磁波的過程叫做輻射只有波長為0.4mm到1000mm的電磁波才具有較顯著的熱效應，稱之為“熱射線”，熱輻射是這種熱射線的傳播過程。**輻射換熱物體的溫度是促使物體內部電子發(fā)生激動從而發(fā)射電磁波的基本原因。任何物體，因為它的溫度總是高于絕對零度，因此都具有向外放出輻射能的本領。物體之間通過電磁波來傳遞熱量，稱為輻射換熱。輻射換熱與導熱和對流換熱不同，輻射換熱進行時，參與換熱的物體相互之間不需要接觸。**鍋爐爐膛內高溫火焰的熱量90%以輻射的方式傳遞給周圍的受熱面輻射能的轉換**Q0QrQaQdA—

吸收率R—

反射率D—

穿透率黑體、白體和透熱體A=1的物體，稱為“黑體”自然界中，煙炱、黑絲絨和雪最接近黑體R=1的物體，稱為“白體”D=1的物體，稱為“透熱體”氧、氮等雙原子氣體接近于透熱體固體和液態(tài)在一般情況下都是不透熱的，即D=0，A+R=1，這就是說，凡是善于反射的物體一定不善于吸收輻射能；反之亦然。**斯蒂芬－玻爾茲曼定律黑體的輻射力E0與黑體的絕對溫度T的四次方成正比，即**C0稱為黑體輻射系數(shù)，其值為5.67【W(wǎng)/(m2·K4)】ε稱為物體的黑度（黑率）。黑度

：一般物體的輻射力與黑體輻射力的比值稱為該物體的黑度，以

表示。即

=E/E0**基爾霍夫定律在熱平衡條件下，物體的吸收率等于同溫度下該物體的黑度，即A=

。**某些常用材料的黑度**輻射換熱**第五節(jié)傳熱與換熱器****傳熱過程與傳熱系數(shù)傳熱過程與傳熱系數(shù)熱量由熱流體通過固體壁面?zhèn)鬟f給冷流體的過程叫做傳熱過程。單位時間內通過單位面積所傳遞的熱量為：

K:

傳熱系數(shù)

R0：總熱阻

tf1、tf2——熱流體和冷流體的溫度（℃）總熱阻等于三個局部熱阻之和****強化傳熱強化傳熱就是增強傳熱效果，實質上就是設法減小傳熱總熱阻、增大傳熱系數(shù)。只需減小其中最大的局部熱阻削弱傳熱削弱傳熱就是減弱傳熱效果，即增大傳熱熱阻。注：對于圓筒壁，有臨界絕緣直徑換熱器的基本概念

使熱量從一種溫度較高的流體傳給另一種溫度較低的流體的設備，稱為換熱器。換熱器的的類型表面式換熱器混合式換熱器回熱式換熱器表面式換熱器的的換熱量

Q=KF（t1–t2

）=KF⊿tm

（W）其中：⊿tm——冷熱流體的沿途平均溫壓。**

順流逆流叉流混合流

以上四種方式中，以順流、逆流最為基本。

相同溫度條件下，逆流時的平均溫壓總是比順流時的大。

表面式換熱器的布置方式大致有四種：順流、逆流、叉流、混合流。**發(fā)電廠熱力設備

**緒論熱能利用及在電力工業(yè)中的地位與作用電能及其生產方式中國電力工業(yè)發(fā)展概貌現(xiàn)代汽輪機發(fā)電廠的組成及生產過程本課程的任務與主要內容**能源與人類文明**自然界中蘊藏著豐富的能量，如：風力、水力、太陽能以及原子能等。按物質運動的形式不同，能量可相應地分為：機械能、熱能、電能、化學能、輻射能（核能）等多種形式。****熱能：是指組成物質的所有微粒作各種不規(guī)則熱運動時的總能量。熱能的利用直接：加熱、采暖、蒸煮、烘干。間接：熱能——機械能——電能**電能及其生產方式電能是最具生命力的優(yōu)質潔凈能源，它能很方便地轉換成其他多種形式的能量，如：機械能、熱能、化學能等。電能便于通過變壓設備和電力輸送線路，實現(xiàn)遠距離輸送而損失較少。電能在國民經(jīng)濟發(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)濟的發(fā)展。**電能可以由自然界的各種能源（一次能源）轉換而來：化石燃料、水力、核能、風能、太陽能、地熱能、潮汐能等，其中以應用化石燃料（熱力發(fā)電）、水力資源和原子能來發(fā)電占主要地位。******能源問題****熱力發(fā)電特點：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、技術管理較復雜、對環(huán)境有污染。水力發(fā)電特點：不消耗燃料、發(fā)電成本低、運行操作比較簡單、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。原子能發(fā)電特點：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，運輸量小，發(fā)電成本低。污染??；初投資大，用于放射性污染的防護費用高**中國電力工業(yè)發(fā)展概貌光緒三十一年（1905年）鎮(zhèn)江大照電燈有限公司全景**1949年全國發(fā)電裝機容量為185萬kw，發(fā)電量為43億kwh，人均用電量9kwh；1978年全國發(fā)電裝機容量為5712萬kw，發(fā)電量為2566億kwh；2001年全國發(fā)電裝機容量為3.3861億kw，發(fā)電量為14839億kwh。截止到2005年底，全國發(fā)電裝機容量為5億kw。到2004年底，火電、水電、核電、風電在電力總裝機中的比重分別為73.7%,24.5%,1.6%,0.2%。**核電的發(fā)展中國核電起步于上世紀80年代，經(jīng)過20年來的發(fā)展，已經(jīng)建成和在建核電機組共19臺，總裝機容量約1600萬千瓦，已經(jīng)建成的9臺核電機組發(fā)電量占中國大陸總發(fā)電量的2.3％。1991年10月31日，我國自行設計建造的第一座核電站---秦山核電站（300MW）并網(wǎng)發(fā)電成功。1994年大亞灣核電站兩套900MW壓水堆機組投入商業(yè)運行。“九五”期間我國又有4座核電站投入建設。它們是：秦山二期2600MW壓水堆核電站，秦山三期2700MW重水堆核電站，嶺澳兩個百萬千瓦級壓水堆核電站，連云港21000MW壓水堆核電站。**2000年底運行中的主要水電站(1000MW及以上)**中國年發(fā)電量居世界的位次**時間195019571965197819801985199019952003位次25139765422歷年電力裝機和發(fā)電量的構成比（1981～2000）******熱力發(fā)電廠的分類**分類方法熱力發(fā)電廠類型一次能源化石燃料電廠，原子能發(fā)電廠，地熱發(fā)電廠，太陽能發(fā)電廠，磁流體發(fā)電廠能量供應供應電能的凝汽式電廠，供應電能、熱能的熱電站原動機類型汽輪機發(fā)電廠、燃氣輪機發(fā)電廠、內燃機發(fā)電廠、蒸汽－燃氣輪機發(fā)電廠電廠總容量小容量發(fā)電廠、中容量發(fā)電廠、大容量發(fā)電廠蒸汽初參數(shù)中、低壓發(fā)電廠，高壓發(fā)電廠，超高壓發(fā)電廠，亞臨界發(fā)電廠，超臨界、超超臨界發(fā)電廠電廠位置坑口、港口、路口電廠，負荷中心電廠，位于煤源與負荷中心間電廠承擔負荷帶基本負荷、帶中間負荷、帶尖峰負荷電廠機爐配合非單元機組、單元機組電廠服務范圍系統(tǒng)中發(fā)電廠，區(qū)域性電廠，自備電廠，列車電站，孤立電廠現(xiàn)代汽輪機發(fā)電廠的組成及生產過程現(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、汽輪機和發(fā)電機為發(fā)電廠的三大核心設備。******現(xiàn)代汽輪機發(fā)電廠的生產過程從能量的觀點看，熱力發(fā)電廠的基本過程是：

燃料的化學能熱能機械能電能

（鍋爐）（汽輪機）（發(fā)電機）**火力發(fā)電廠生產系統(tǒng)示意圖制粉及燃燒系統(tǒng)制粉系統(tǒng)煤皮帶運送機原煤倉給煤機磨煤機粗粉分離器旋風分離器煤粉倉給粉機輸粉管噴燃器爐膛**燃燒系統(tǒng)燃料在爐膛內燃燒，以輻射換熱方式將熱量傳遞給爐墻內壁四周的水冷壁內的介質；燃燒產物為高溫煙氣和灰渣。高溫煙氣：依次經(jīng)過過熱器、省煤器、空氣預熱器、除塵器、引風機、煙囪，排入大氣。灰渣、飛灰：用水沖入沖渣溝和沖灰溝。**汽水系統(tǒng)

鍋爐給水由給水箱給水泵高壓回熱加熱器省煤器汽包下降管下聯(lián)箱水冷壁管汽包過熱器主蒸汽管汽輪機凝汽器熱井凝結水泵低壓回熱加熱器除氧器給水箱**冷卻水系統(tǒng)江河（或冷卻水池）中的水吸水濾網(wǎng)循環(huán)水泵冷卻水進水管凝汽器冷卻水出水管江河（或冷卻水池）****本課程的主要內容緒論第一章工程熱力學基礎第二章傳熱學第三章鍋爐設備第四章汽輪機第五章熱力發(fā)電廠**第一章工程熱力學基礎**本章主要包括以下內容工質及其基本狀態(tài)參數(shù)熱力學第一定律穩(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用水蒸汽的典型熱力過程熱力學第二定律朗肯循環(huán)****工程熱力學是研究熱現(xiàn)象的學科。工程熱力學是熱力學的一個分支，主要研究熱能與機械能之間相互轉換時的量與質的關系，著重研究熱能轉變?yōu)闄C械能的基本規(guī)律，并尋求進行這種轉換的最有利的條件。工程熱力學為人們正確理解發(fā)電廠中的能量轉換過程，正確理解熱力設備的原理等提供了必要的基礎理論知識。**第二節(jié)

工質及其基本狀態(tài)參數(shù)****工質是指參與熱功轉換的媒介物質。如：汽輪機是以水蒸汽作為工質的。**狀態(tài)參數(shù)是描述工質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。**溫度：表示物體冷熱程度的物理量。熱力學中，溫度的測量采用熱力學溫度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溫度計，等。壓力(p)：大量分子對容器壁面頻繁撞擊的平均結果。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。

1at=1kgf/cm2=98067Pa1mmHg=133.321Pa1mmH2O=9.8067Pa****0ppbpg0ppbpv壓力的測量：當實際壓力P高于當?shù)卮髿鈮篜b時，壓力測量表的讀數(shù)為表壓力Pg；當實際壓力低于當?shù)卮髿鈮簳r，壓力測量表的讀數(shù)為真空度Pv

。

P=Pb+PgP=Pb－Pv比容(v)：單位質量的工質所占有的容積。單位：m3/kg密度(ρ)：比容的倒數(shù)。單位容積內工質的質量。**熱力學的幾個概念熱力系統(tǒng)：工程熱力學中把所要研究的，為一定界面所包圍的物質系統(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：與外界有物質交換的熱力系。閉口系：與外界無物質交換的熱力系。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)。****熱力系統(tǒng)、外界和邊界

熱力系統(tǒng)就是人為分割出來，作為熱力學研究對象的有限物質系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)簡稱系統(tǒng)、體系。與熱力系統(tǒng)發(fā)生質、能交換的物系稱為外界。熱力系統(tǒng)與外界的分界線（面）稱為邊界。

*和力學中取分離體的方法一樣，為分析問題方便起見，把熱力學分析的對象從周圍物體中隔離出來。**AB1）熱力系統(tǒng)的分割完全是“人為”的，因此對于不同的問題，甚至對于同一問題可取不同的系統(tǒng)。

例如研究向容器充氣，可以取容器為系統(tǒng)，也可取充入容器的氣體和原在容器內的氣體一起為系統(tǒng)。**若沒有質量越過邊界，則系統(tǒng)稱為閉口系（又稱控制質量，用CM表示。）；若通過邊界系統(tǒng)與外界有質量交換，則稱為開口系（又稱控制體積，用CV表示。）；與外界無熱量交換的系統(tǒng)稱為絕熱系；與外界無任何形式的質量和能量交換系統(tǒng)稱孤立系。本課程研究最多的是由可壓縮物質組成的，無化學反應、與外界有能量交換的有限物質系統(tǒng)，稱為簡單可壓縮系統(tǒng)。**理想氣體與實際氣體理想氣體：它的分子是不占有容積的質點，分子之間也不存在相互作用的內聚力。常見氣體，其性質大致接近于理想氣體。那些離液態(tài)不遠的氣體（如：水蒸氣）除外。實際氣體。**為什么定義理想氣體這種假想的模型？**

熱力發(fā)動機中用來作為工質的水蒸氣和制冷機中的制冷劑距液態(tài)不遠，而且工作過程中有物質的集態(tài)變化。因此，這些工質一般不能作為理想氣體看待。飽和狀態(tài)是這類工質的重要性質對蒸汽動力循環(huán)、制冷循環(huán)和濕空氣過程的理解和分析有重要作用。

理想氣體狀態(tài)方程物理學告訴我們：p——氣體的絕對壓力（N/m2orPa）；v——氣體的比容（m3/kg）；T——氣體的熱力學溫度（K）；R——氣體常數(shù)（N.m/kg.K）。**熱力學狀態(tài)**平衡狀態(tài)：只要不受外界環(huán)境的影響，工質的狀態(tài)就不會隨時間而變化，并且在工質的內部各處都具有相應相同的壓力、溫度和比容等狀態(tài)參數(shù)。第四節(jié)

熱力學第一定律**熱力學第一定律表述為：熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?。一定量的熱消失時，必產生數(shù)量與之相當?shù)墓Γ幌囊欢康墓r，必產生數(shù)量與之相當?shù)臒帷?*熱力學第一定律解析式：

q=△u+w

上式表明：加給工質的熱量，一部分用來改變工質的內能，另一部分則用來使工質膨脹而對外作功。

注：該式僅適用于閉口系。**工質的內能內能是指工質在某種狀態(tài)下內部所蘊藏的總能量，包括內動能和內勢能。**內動能分子運動的動能。工質內部分子運動的動能愈大，工質的溫度愈高，即工質的內動能是溫度T

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

的函數(shù)。理想氣體由于不存在內聚力，故內勢能為零。工質的內能，決定于工質的熱力學溫度和比容，即：u=f(T,v)。這表明：工質內能的大小完全取決于它所處的熱力學狀態(tài)。理想氣體的內能，是溫度的單值函數(shù)。內能是工質的一個狀態(tài)參數(shù)。**功與壓容圖**功被定義為力及沿力方向所產生位移的乘積。**膨脹功是氣體體積變化而與外界交換的功。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。

設氣缸中盛有1kg氣體，缸內裝有一個無摩擦可移動的活塞，其截面積為f，若缸內氣體壓力為P，作用于活塞外測的力為Fout，且作用于活塞里側的力Pf稍大于外側的力Fout，則氣體將發(fā)生膨脹而使活塞向右移動dx的距離。則缸內氣體對活塞所作的功為：

當此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）**功與熱量在熱力學研究工質的熱功轉換規(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，且可相互轉換。****熱量與溫熵圖

熱量是由溫度差的作用而產生的能量?？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===ò21**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；在T-s圖上能夠確定過程熱量的正或負，對過程能量轉換分析帶來極大的方便。**第六節(jié)穩(wěn)定流動能量方程式**穩(wěn)定流動：工質的流動情況不隨時間而變化，即工質在設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。**穩(wěn)定流動能量方程式

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

**考慮到和，根據(jù)能量守恒與轉換定律可得出下列方程式：可寫成：

令：，則：**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。**技術功（wt）：從熱力設備中流出來的技術上可資利用的功量。

適用于閉口系

適用于開口系****當工質在進出口處的流速變化不大、進出口的高度差也可不考慮時，則動能變化及位能變化均可忽略不計。此時，軸功就等于技術功，可用在p-v圖上可用過程線與p軸包圍的面積表示。

技術功又等于工質膨脹功與流動功的代數(shù)和：**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。**在對閉口系列能量方程時，系統(tǒng)與外界交換的功應是膨脹功，在對壓氣機、燃氣輪機、蒸汽輪機這樣的開口系進行計算時的功應是技術功。**穩(wěn)定流動能量方程式的應用在泵與風機中:上式表明,工質在泵和風機中接受壓縮時外界所加給的技術功等于工質焓的增加。第七節(jié)水蒸汽在定壓下的形成過程**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**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

**過熱度：過熱蒸汽的溫度t

超過相應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量百分數(shù)。水的臨界點參數(shù)：tc=374.15℃pc=22.129MPavc=0.00326m3/kg****為什么用圖表？**1、工程中需要這些數(shù)據(jù)：h,v,等已知：汽輪機蒸汽進出口參數(shù)，怎樣求作功？可由圖表根據(jù)p1t1p2t2

求出焓降，從而得出作功的大小2、水蒸汽不同于理想氣體，其狀態(tài)方程極其復雜。**所以一般按溫度和壓力編排成類似于數(shù)據(jù)庫的表格，以便查取不同熱力狀態(tài)下水蒸汽的多種熱力參數(shù)(焓、熵、比容)

水和水蒸汽表(離散的點)或將這些數(shù)據(jù)擬合成曲線

焓熵圖(離散與連續(xù)的結合)來源：實驗數(shù)據(jù)整理水蒸汽表**目的：tp

hrtspsv查取方法:插值法飽和水、干蒸汽、未飽和水、過熱蒸汽可通過水蒸汽表直接查出。濕蒸汽參數(shù)可按下式計算：**********

溫熵圖液體熱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溫熵圖上任一點的焓值都可以用通過該點的定壓線、垂直線、縱坐標軸和橫坐標軸這樣四條線為界線的一塊面積來表示。**焓熵圖**線算圖、莫里爾(德)來源：水蒸汽表目的：直接查取Δha定壓加熱b絕熱流動定壓線群、定溫線群定容線群、干度線**焓熵圖（h-s圖）**第九節(jié)水蒸汽的典型熱力過程**定壓流動過程

工質在設備中進行定壓流動時所吸入（或放出）的熱量等于其焓的增加（或減?。?。

絕熱流動的作功過程

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

**通過噴管的絕熱流動能量方程式：

工質流經(jīng)噴管時，如果發(fā)生絕熱膨脹，則其動能必將增大。**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噴管。

漸縮噴管漸縮漸擴噴管（拉伐爾噴管）**噴管型式的選取：

當

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p2/p1＜βc

時，采用漸縮漸擴噴管，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?shù)匾羲佟?/p>

注：βc=pc/p1**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，流體則產生渦流和摩擦，即產生局部阻力損失，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

工質通過孔板時的絕熱節(jié)流**絕熱節(jié)流后，工質的作功能力將下降。絕熱節(jié)流在h-s圖上表示**第十節(jié)熱力學第二定律**熱力學基本定律**熱力學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)動機都不可能只從單一的熱源吸熱，并把它連續(xù)不斷地轉變?yōu)楣Α?*熱力過程**熱力循環(huán)**循環(huán)及其熱效率循環(huán)：工質從某一狀態(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)不斷地轉變?yōu)闄C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)熱機所作的凈功為：**循環(huán)的熱效率若工質經(jīng)過一個循環(huán)，從高溫熱源吸收的熱量為q1而向低溫熱源放出的熱量為︱q2︱，則

根據(jù)熱力學第一定律：則循環(huán)的熱效率：

**卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)是在一定溫度界限內熱效率最高的循環(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

**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而與工質的性質無關，T1愈高、T2愈低時，熱效率愈高；任何熱能動力裝置的循環(huán)效率都不可能達到100%；當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)動機是不可能存在的。**第十一節(jié)朗肯循環(huán)**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)所需的熱力設備包括：鍋爐、汽輪機、凝汽器、給水泵等。**朗肯循環(huán)是由以下熱力過程組成的：1—2：過熱蒸汽在汽輪機內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

**朗肯循環(huán)的熱效率

則朗肯循環(huán)的熱效率為：當p1≤10MPa時，水泵功可忽略不計，此時：**提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑提高初溫、初壓；降低背壓。

**1、提高初壓p1

提高初壓，可以提高平均吸熱溫度，從而提高循環(huán)熱效率，但卻使乏汽干度降低，對汽輪機內效率、安全運行不利(x>0.85~0.88)發(fā)展方向：越來越高中壓

高壓

超高壓

亞臨界

超臨界

超超臨界**2、提高初溫t1

提高初溫可以提高平均吸熱溫度，并提高乏汽干度，但受到材料耐溫性能的限制。發(fā)展方向：不易提高

540-555℃**3、降低終壓p2

降低終壓可以降低平均放熱溫度，從而提高效率限制：環(huán)境溫度(真空如何形成?)；循環(huán)泵電耗

全廠經(jīng)濟性(凝汽器中的乏汽壓力，即汽輪機背壓)**

朗肯循環(huán)由于工質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熱循環(huán)和再熱循環(huán)。****朗肯循環(huán)—現(xiàn)代蒸汽動力裝置的基本循環(huán)實際中對朗肯循環(huán)做改進回熱循環(huán)+再熱循環(huán)第二章傳熱學基礎**第一節(jié)概述傳熱學是研究熱能傳遞規(guī)律的學科。溫差的存在，必然會引起熱量從高溫物體向低溫物體進行傳遞?；痣姀S的生產過程，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：導熱(熱傳導)對流換熱輻射換熱**導熱：物體各部分之間不發(fā)生相對位移，依靠分子、原子、自由電子等微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞。對流換熱：流體和它所接觸的固體壁面之間的熱量傳遞方式。輻射換熱：物體之間通過電磁波來傳遞熱量，稱為輻射換熱。**第二節(jié)導熱**

導熱：物體各部分之間不發(fā)生相對位移，依靠分子、原子、自由電子等微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞。**傅立葉定律

1822，傅立葉假定固體中熱的傳導率正比于溫度梯度。傅立葉定律表示為：**λ－導熱系數(shù)，W/(m·℃)導熱系數(shù)導熱系數(shù)表示物質導熱能力的大小，它是物質的一個物性參數(shù)，可用導熱儀來測定。**W/(m·℃)導熱系數(shù)**導熱系數(shù)小于0.23W/(m.℃)的材料習慣上稱為：“保溫材料”或“絕熱材料”導熱系數(shù)

不同的物質具有不同的導熱系數(shù)，同一物質導熱系數(shù)的大小也隨物質的內部結構、濕度、壓力以及溫度等因素而變化。**導熱系數(shù)

****二、通過無限大平壁的導熱問題一維穩(wěn)態(tài)無內熱源

為常數(shù)類比：歐姆定律導熱熱阻**引入熱阻的概念后：可把串、并聯(lián)的思想用于導熱計算通過多層平壁的穩(wěn)態(tài)導熱總熱阻=串聯(lián)熱阻之和：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移（對流作用），同時也包括流體分子之間的導熱作用，其總的結果稱為“對流換熱”。如果沒有流體的運動，則熱量的傳遞將是“導熱”****兩種對流熱量轉換形式強迫對流流體的流動是外力的驅動，如：泵或風機自然對流流體內的溫差，導致流體的密度不同，冷流體（密度大）將下沉，熱流體將上升。**強迫對流換熱例子**自然對流換熱例子（一）**自然對流換熱例子（二）**自然對流換熱例子（三）**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)，（或放熱系數(shù)）W/(m2·℃)放熱系數(shù)

表示流體和固體壁面之間的換熱強度影響對流換熱強度的主要因素

對流換熱，熱量的傳遞總是和流體的流動聯(lián)系在一起，因此使這類問題大為復雜化。一般，對流換熱強弱與流動發(fā)生的原因、流體的流動狀況、流體的熱物性以及固體表面的形狀、大小等一系列因素有關。****影響對流換熱強度的主要因素1、流動發(fā)生的原因（自由流動受迫流動）自由流動受迫流動密度不同泵與風機2、流體的流動狀況（層流紊流）用雷諾數(shù)Re來判定

Re<2300

層流

Re>1104

紊流層流紊流受迫流動換熱強度大于自由流動紊流(湍流)換熱強度大于層流**3、流體的物理性質密度粘度導熱系數(shù)定壓比熱4、換熱表面的形狀、大小和布置膜式肋片鰭片錯列順列5、流體集態(tài)的變化凝結、沸騰凝結換熱或沸騰換熱大于非相變的對流**對流換熱情況W/(m2?℃)空氣自由流動5~50空氣管內受迫流動25~500水作自由流動100~500水作受迫流動250~15000水發(fā)生沸騰2500~