動力工程熱工基礎

1、2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,1,發(fā)電廠熱力設備主講：卞雙,,2024年3月13日星期三,2,動力工程－熱工基礎,本課程的主要內容,緒論第一章 工程熱力學基礎第二章 傳熱學基礎第三章 鍋爐設備第四章 汽輪機第五章 熱力發(fā)電廠,2024年3月13日星期三,3,動力工程－熱工基礎,本課程的主要內容,緒論第一章 工程熱力學基礎第二章 傳熱學基礎第三章 鍋爐設

2、備第四章 汽輪機第五章 熱力發(fā)電廠,2024年3月13日星期三,4,動力工程－熱工基礎,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,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,5,能源與人類文明,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,6,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

3、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。,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,7,2024年3月13日星期三,8,動力工程－熱工基礎,,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,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,9,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

4、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，實現遠距離輸送而損失較少。電能在國民經濟發(fā)展中占據著重要地位，電力工業(yè)的發(fā)展直接影響到國民經濟的發(fā)展。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,10,,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。,2024年

5、3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,11,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,12,2024年3月13日星期三,13,動力工程－熱工基礎,能源問題,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,14,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、

6、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 。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,15,,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,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,16,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,2024年3月13日星期三,動力工程－熱

7、工基礎,17,,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 9 kwh；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%。,2024年

8、3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,18,核電的發(fā)展,中國核電起步于上世紀80年代，經過20年來的發(fā)展，已經建成和在建核電機組共19臺，總裝機容量約1600萬千瓦，已經建成的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?！熬盼濉逼陂g我國又有4座核電站投入建設。它們是：秦山

9、二期2?600MW壓水堆核電站，秦山三期2 ? 700MW重水堆核電站，嶺澳兩個百萬千瓦級壓水堆核電站，連云港2 ? 1000MW壓水堆核電站。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,19,2000年底運行中的主要水電站 (1000MW及以上),2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,20,中國年發(fā)電量居世界的位次,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,21,歷年電力裝機和發(fā)電量的構成比（1981～2000）

10、,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,22,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,23,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,24,熱力發(fā)電廠的分類,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,25,現代汽輪機發(fā)電廠的組成及生產過程,現代熱力發(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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,26,2024年3月1

11、3日星期三,動力工程－熱工基礎,27,現代汽輪機發(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）,,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,28,火力發(fā)電廠生產系統(tǒng)示意圖,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,29,制粉及燃燒系統(tǒng),制粉系統(tǒng)煤 皮帶運送機

12、 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,,,,,,,,,,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,30,,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：依次經過過熱器、省煤器

13、、空氣預熱器、除塵器、引風機、煙囪，排入大氣?；以?、飛灰：用水沖入沖渣溝和沖灰溝。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,31,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 下聯箱 水冷壁管 汽包 過熱器 主蒸汽管 汽輪機

14、 凝汽器 熱井 凝結水泵 低壓回熱 加熱器 除氧器 給水箱,,,,,,,,,,,,,,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,32,冷卻水系統(tǒng),江河（或冷卻水池）中的水 吸水濾網 循環(huán)水泵 冷卻水進水管 凝汽器 冷卻水出水管

15、江河（或冷卻水池）,,,,,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,33,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,34,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,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,35,第一章 工程熱力學基礎,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,36,本章主要包

16、括以下內容,工質及其基本狀態(tài)參數熱力學第一定律穩(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),2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,37,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,38,工程熱力學是研究熱現象的學科。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

17、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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,39,第二節(jié)工質及其基本狀態(tài)參數,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,40,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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,41,狀態(tài)參數是描述工質在某一給定瞬間的物理特性的各個宏觀物理

18、量?；緺顟B(tài)參數—溫度、壓力、比容。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,42,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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,43,壓力(p)：大量分子對容器壁面頻繁撞擊的平均結

19、果。以單位面積承受的力的大小來表示。壓力的單位：Pa，kPa，MPa。(1 Pa = 1 N/m2)非SI單位：mmHg、mmH2O、kgf/cm2等。 1at=1kgf/cm2=98067Pa 1mmHg=133.321Pa 1mmH2O=9.8067Pa,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,44,壓力的測量： 當實際壓力P高于當地大氣壓Pb時，壓力測量表的讀數為表壓力Pg；當實際壓力低于當地大氣壓時

20、，壓力測量表的讀數為真空度Pv 。 P = Pb+ Pg P = Pb－Pv,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,45,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。單位容積內工質的質量。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,46,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

21、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)。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,47,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

22、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。,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,48,A,B,1）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

23、充入容器的氣體和原在容器內的氣體一起為系統(tǒng)。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,49,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)。,2

24、024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,50,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,51,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？,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,52,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)

25、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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,53,物理學告訴我們：p —— 氣體的絕對壓力（N/m2 or Pa）；v —— 氣體的比容（m3/kg）；T —— 氣體的熱力學溫度（K）；R —— 氣體常數（N.m/kg.K）。,理想氣體狀態(tài)方程,,2

26、024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,54,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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,55,第四節(jié)熱力學第一定律,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,56,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，必產生數量與之相當的功；消耗一定量的功時

27、，必產生數量與之相當的熱。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,57,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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,58,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。,2024年3月13日星期三,動

28、力工程－熱工基礎,59,,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；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。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。內能是工

29、質的一個狀態(tài)參數。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,60,功與壓容圖,功被定義為力及沿力方向所產生位移的乘積。,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,61,,,膨脹功是氣體體積變化而與外界交換的功。,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,62,,,功在p-v圖上可用過程線與v軸包圍的面積表示。,功與壓容圖,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,63,,設氣缸中盛有1kg氣體，缸內裝有一個

30、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：

31、 （J/kg）,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,64,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；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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,65,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,

32、66,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：,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,67,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

33、換分析帶來極大的方便。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,68,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,69,第六節(jié)穩(wěn)定流動能量方程式,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,70,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)參數和流速的平均值不隨時間而改變，而且在同一時刻流經任何截面的流量均相同。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,71,穩(wěn)定流動能量方程式

34、 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：,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,72,考慮到 和 ，根據能量守恒與轉換定律可得出下列方程式 ： 可寫成： 令： ， 則：,2024年3月

35、13日星期三,動力工程－熱工基礎,73,焓(h)： h = u + pv (J/kg) 因為 u、p、v 都是狀態(tài)參數，所以焓也是狀態(tài)參數。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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,74,技術功（wt）：從熱力設備中流出來的技術上可資利用的功量。

36、 適用于閉口系 適用于開口系,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,75,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和：,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,76,流

37、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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,77,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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,78,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

38、的增加。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,79,第七節(jié) 水蒸汽在定壓下的形成過程,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,80,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,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,81,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；

39、 Nc——干飽和蒸汽線； ——液體熱； ——汽化潛熱； ——過熱熱量 ； c ——臨界點,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,82,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 的數值。干度：濕蒸汽中所含干蒸汽的質量百分數。水的臨界點參數：tc=374.15℃

40、 pc=22.129 MPa vc=0.00326 m3/kg,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,83,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,84,為什么用圖表？,1、工程中需要這些數據：h ,v ,等,已知：汽輪機蒸汽進出口參數，怎樣求作功？ 可由圖表根據p1 t1 p2 t2 求出焓降，從而得出作功的大小,2024

41、年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,85,2、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據庫的表格，以便查取不同熱力狀態(tài)下水蒸汽的多種熱力參數(焓、熵、比容 ) ?水和水蒸汽表(離散的點)或將這些數據擬合成曲線 ?焓熵圖(離散與連續(xù)的結合),2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,86,水蒸汽表,來源：實驗數據 整理,目的： t p ? h r

42、 ts ps v,查取方法: 插值法,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,87,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。濕蒸汽參數可按下式計算：,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,88,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,89,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,90,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,91,,,2024年3月13日星期三,動

43、力工程－熱工基礎,92,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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,93,焓熵圖,線算圖、莫

44、里爾(德),來源：水蒸汽表,目的：直接查取 Δh,a 定壓加熱 b 絕熱流動,定壓線群、定溫線群定容線群、干度線,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,94,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,95,焓熵圖（h-s 圖）,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,96,第九節(jié)水蒸汽的典型熱力過程,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,97,定壓流動過程 工質在設備中進行定壓流

45、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汽輪機時乃是依靠它的焓降轉變?yōu)榧夹g功。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,98,通過噴管的絕熱流動,能量方程式： 工質流經噴管時，如果發(fā)生絕熱膨脹，則其動能必將增大。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,99,噴管的型式 根據噴管截面形狀的不同，

46、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）,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,100,噴管型式的選?。?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地音速。

47、 注： βc = pc / p1,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,101,絕熱節(jié)流,節(jié)流： 流體在管道中流動時，如果流經閥門、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，這種現象，稱為節(jié)流。節(jié)流后 h2 = h1 p2＜p1 s2＞s1,工質通過孔板時的絕熱節(jié)流,2024年3月13

48、日星期三,動力工程－熱工基礎,102,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,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,103,第十節(jié)熱力學第二定律,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,104,熱力學基本定律,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,105,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

49、從單一的熱源吸熱，并把它連續(xù)不斷地轉變?yōu)楣Α?2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,106,熱力過程,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,107,熱力循環(huán),2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,108,循環(huán)及其熱效率,循環(huán)：工質從某一狀態(tài)出發(fā)，經過一連串的狀態(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

50、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：,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,109,循環(huán)的熱效率 若工質經過一個循環(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 根據熱力學第一定律： 則循環(huán)的熱效率：,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,110,卡諾循環(huán),卡諾循環(huán)是在一定溫度界

51、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。卡諾循環(huán)的熱效率,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,111,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

52、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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,112,第十一節(jié) 朗肯循環(huán),2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,113,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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,

53、114,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,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,115,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：,20

54、24年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,116,提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑提高初溫、初壓；降低背壓。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,117,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,1、提高初壓p1,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,118,提

55、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℃,2、提高初溫t1,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,119,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?全廠經濟性,(凝汽器中的乏汽壓力，即汽輪機背壓),3、降低終壓p2,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,1

56、20,,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。火力發(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)。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,121,朗肯循環(huán)—現代蒸汽動力裝置 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),,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,122,第二章 傳熱學基礎

57、,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,123,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。火電廠的生產過程，很多是和傳熱過程密切相聯系的。熱量傳遞的三種基本方式：導熱 ( 熱傳導 )對流換熱輻射換熱,第一節(jié) 概 述,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,124,,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

58、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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,125,第二節(jié) 導熱,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,126,,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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,127,傅立葉定律,1822，傅立葉假定

59、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，W/(m·℃),2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,128,,導熱系數導熱系數表示物質導熱能力的大小，它是物質的一個物性參數，可用導熱儀來測定。,W/(m·℃),2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,129,導熱系數,導熱系數小于0.23W/(m.℃)的材料習慣上稱為：“保溫材料”或“絕熱材料”,2024年3月13日星期三,動

60、力工程－熱工基礎,130,不同的物質具有不同的導熱系數，同一物質導熱系數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 ?,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,131,導熱系數,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,132,二、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,,,類比：歐姆定律,導熱熱阻,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,133,引入熱阻的概念后

61、：可把串、并聯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=串聯熱阻之和：,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,134,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”,第三節(jié) 對流換熱,2024年3月13日星期三,動力工程

62、－熱工基礎,135,,,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,136,兩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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,137,強迫對流換熱例子,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,138,自然對流換熱例子（一）,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,13

63、9,自然對流換熱例子（二）,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,140,自然對流換熱例子（三）,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,141,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，（或放熱系數）W/(m2·℃),放熱系數 ? 表示流體和固體壁面之間的換熱強度,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,

64、142,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。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,143,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 （

65、層流 紊流）,,用雷諾數Re來判定 Re 1?104 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,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,144,3、流體的物理性質,密度 粘度 導熱系數 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

66、 非相變的對流,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,145,幾種情況下的對流放熱系數的大致數值,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,146,放熱系數的確定,不同情況下放熱系數的數值可以相差很大。利用實驗研究的結果來確定放熱系數。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,147,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

67、的熱效應，稱之為“熱射線”，熱輻射是這種熱射線的傳播過程。,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,148,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

68、方式傳遞給周圍的受熱面,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,149,輻射能的轉換,Q0,Qr,Qa,Qd,,A — 吸收率R — 反射率D — 穿透率,2024年3月13日星期三,動力工程－熱工基礎,150,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