熱能工程與動力類專業(yè)知識點(diǎn)工程熱力學(xué)知識點(diǎn)講義整理

1、熱能工程與動力類專業(yè)知識點(diǎn)-工程熱力學(xué)知識點(diǎn)講義整理工程熱力學(xué)知識點(diǎn).什從工程學(xué)術(shù)觀點(diǎn)出發(fā)，研究物質(zhì)的熱力學(xué)性 質(zhì)，熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的規(guī)律和方法，以及有效、 合理地利用熱能的途徑。3.管及其2.能源的地位與作用及我國能源面臨的主要問題熱用能：能量的一種形式來源：一次能源：以自然形式存在，可利用 的能源。如風(fēng)能，水力能，太陽能、地?zé)崮?、化學(xué)能和核 能等。二次能源：由一次能源轉(zhuǎn)換而來的能源，如機(jī) 械能、機(jī)械能等。利用形式：直接利用：將熱能利用來直接加熱物體。如烘干、采暖、熔煉（能源消耗比例大）.熱能動力轉(zhuǎn)換裝置的工作過程4.5.間接利用：各種熱能動力裝置，將熱能轉(zhuǎn)換成 機(jī)械能或者再轉(zhuǎn)換成電能，兩種

2、屬性:如：由高溫傳向低溫說用過程加翟：能量屬性：數(shù)量屬性、，質(zhì)量屬性（即做功 能力）數(shù)量守衡、質(zhì)量不守衡提高熱能利用率洗源消耗量與國民生產(chǎn)總 值成正比。1.1熱力系統(tǒng)一、i=i熱力系統(tǒng)：用界面從周圍的環(huán)境中分割出來的研究 對象，或空間內(nèi)物體的總和。外界：與系統(tǒng)相互作用的環(huán)境。形的。界面：假想的、實(shí)際的、固定的、運(yùn)動的、變停想邊界依據(jù)：系統(tǒng)與外界的關(guān)系系統(tǒng)與外界的作用：熱交換、功交換、質(zhì)交換。閉口系口和開統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)外無物質(zhì)交換，稱控制質(zhì)量。開口系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)外有物質(zhì)交換,稱控制體積。三、絕饕熱與素斃：系統(tǒng)內(nèi)外無熱量交換（系統(tǒng)傳遞的 熱量可忽略不計時，可認(rèn)為絕熱）交換=系統(tǒng)+相關(guān)外界=各相互作用的子系

3、統(tǒng)之和= 一切熱力系統(tǒng)連同相互作用的外界Jtv.系統(tǒng)邊界-孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既無能量傳遞也無物質(zhì)四、根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部狀況劃分可壓縮系統(tǒng)：由可壓縮流體組成的系統(tǒng)。簡單可壓縮系統(tǒng)：與外界只有熱量及準(zhǔn)靜態(tài)容 積變化均勻系統(tǒng)：內(nèi)部各部分化學(xué)成分和物理性質(zhì) 都均勻一致的系統(tǒng)，是由單相組成的。非均勻系統(tǒng)：由兩個或兩個以上的相所組成的 系統(tǒng)。單元系統(tǒng)：一種均勻的和化學(xué)成分不變的物質(zhì) 組成的系統(tǒng)。多元系統(tǒng)：由兩種或兩種以上物質(zhì)組成的系統(tǒng)。單相系：系統(tǒng)中工質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)都均勻 一一致的系統(tǒng)稱為單相系。復(fù)相系：由兩個相以上組成的系統(tǒng)稱為復(fù)相 系，如固、液、氣組成的三相系統(tǒng)。1. 2工質(zhì)的熱力狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)一、狀

4、態(tài)與態(tài)態(tài)參數(shù)熱力系統(tǒng)中某瞬間表現(xiàn)的工質(zhì)熱力性質(zhì) 的總狀況。狀態(tài)參數(shù)：描述工質(zhì)狀態(tài)特性的各種狀態(tài)的宏 觀物理量。如：溫度（T）、壓力（P）、比容（。）或密度 （P）、內(nèi)能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、 自由焓（g）等。狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學(xué)特性：1，2 dx = x - x-2.1-.表明1狀態(tài)的路徑積分僅與初、終狀態(tài)有關(guān)， 而與狀態(tài)變化的途徑無關(guān)。2. E dx =0表明：狀態(tài)參數(shù)的循環(huán)積分為零墓叔M揍敬可直接或間接地用儀表測量出來的狀 態(tài)參狀態(tài)嚏度、壓力、比容或密度溫度：宏觀上，是描述系統(tǒng)熱力平衡狀況時冷 熱程度的物理量。微觀上,是大量分子熱運(yùn)動強(qiáng)烈程度的量度2.壓力：垂直作用于器壁單位

5、面積上的力，稱為壓力， 也稱壓強(qiáng)。F 式中：F整個容器壁受到的力，單位 為牛頓（N）；i=if容器壁的總面積（m2）。壓力單位:微觀上：分子熱運(yùn)動產(chǎn)生的垂直作用于容器壁 上單位面積的力。壓力測量依據(jù)：力平衡原理MPa相對壓力：相對于大氣環(huán)境所測得的壓力。工 程上常用測壓儀表測定的壓力。以大氣壓力為計算起點(diǎn)，也稱表壓力。（PB）p=BH（PT1-T2所以： 11c二卡諾定理： .一1、所有工作于同溫?zé)嵩?、同溫冷源之間的一 切熱機(jī)，以可逆熱機(jī)的熱效率為最高。在同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切可逆熱 機(jī)，其熱效率均相等.壓氣機(jī)的熱力過程1壓氣機(jī)的理論壓縮功一壓氣機(jī)：用來壓縮氣體的設(shè)備一、單機(jī)活蹇式壓氣機(jī)

6、工作過程 .t吸氣過程、壓縮過程、排氣過程。理想化為可 逆過程、無阻力損失.定溫壓縮軸功的計算w w =-2vdp p v ln-2-st t1 1 p按穩(wěn)態(tài)穗流能量方程，壓氣機(jī)所消耗的功，一 部分用于增加氣體的焓，一部分轉(zhuǎn)化為熱能向外放 出.對理想氣體定溫壓縮，表示消耗的軸功全部轉(zhuǎn) 化成熱能向外放出.w Q定熵壓縮軸功的計算，wt =-忡=答1-1勺* =叫按穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程I，茲應(yīng)壓縮消耗的軸功全 部用于增加氣體的焓，使氣體溫度升高，該式也適 用于不可逆過程多變壓縮軸功的計算2 nRT-：Mp = n1n1=nws按穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程，多變壓縮消耗的軸功部分用于增加氣體的焓，部分對外放熱，該

7、式同樣適用于不可逆過程結(jié)論：|- w |- w | T可亢定瘟過程耗功最少，絕熱過程耗功最多8. 2多級壓縮及中間冷卻k由I，= |P2| k即：壓力比越大其壓縮終了溫度越高，較高 壓縮氣體常采用中間冷卻設(shè)備，稱多級壓氣機(jī).最佳增壓比：使多級壓縮中間冷卻壓氣機(jī)耗功 最小時，各級的增壓比稱為最佳增壓比。壓氣機(jī)的效率：在相同的初態(tài)及增壓比條件下，可逆壓縮過程中壓氣機(jī)所消耗的功與實(shí)際不可 逆壓縮過程中壓氣機(jī)所消耗的功之比，稱為壓氣機(jī) 的效率。特點(diǎn)：減小功的消耗，由p-v圖可知降低氣體的排氣溫度，減少氣體比容每一級壓縮比降低，壓氣機(jī)容積效率增高中間壓力的確定：原則：消耗功最小。以兩級壓縮為例，得到：p

8、 /p = p /p 結(jié)論：兩級壓力比相等，耗功最小2。 推廣為Z級壓縮/釧即2= =如pi推理：1 .每級進(jìn)口、出口溫度相等.各級壓氣機(jī)消耗功相等各級氣缸及客中間冷卻放出和吸收熱量相等5活塞式壓氣機(jī)余隙影響、余隙：為了安置進(jìn)、排氣閥以及避免活塞與汽 缸端蓋間的碰撞，在汽缸端蓋與活塞行程終點(diǎn)間留 有一定的余隙，稱為余隙容積，簡稱余隙活塞式壓氣機(jī)的容積效率：活塞式壓氣機(jī)的有 效容積和活塞排量之比，V - V 人 =1 43-一. .v. -V V結(jié)論：余隙使一部分汽缸容積不能被有效利 用，壓力比越大越不利。二余隙對理論壓縮軸功的影響w =里 p(V V ) 婦 n Ins n 112 I p )

9、 I式中：V = V V為實(shí)際吸入的氣體體積。結(jié)論：不論反氣機(jī)有無余隙，壓縮每kg氣體 所需的理論壓縮軸功都相同，所以應(yīng)減少余隙容 積。氣體動力循環(huán)2 活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的簡化開式循環(huán)(open cycle);燃燒、傳熱、排氣、膨脹、壓縮均為不可逆；各環(huán)節(jié)中工質(zhì)質(zhì)量、成分稍有變化。9. 3活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)一、混合加熱理想循環(huán)0F吸氣1-2壓縮2-3噴油、燃燒3-4燃燒4-5膨脹作功5-0排氣蒸汽動力裝置循環(huán)熱機(jī)：將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備叫做熱力原 動機(jī)。熱機(jī)的工作循環(huán)稱為動力循環(huán)。動力循環(huán)可分：蒸汽動力循環(huán)和燃?xì)鈩恿ρh(huán) 兩大類。蒸朗肯循環(huán)是最簡單的蒸汽動力理想循環(huán)，熱力 發(fā)電廠的各種

10、較復(fù)雜的蒸汽動力循環(huán)都是在朗肯 循環(huán)的基礎(chǔ)上予以改進(jìn)而得到的。一、裝紫汽動力裝置：鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器和給水 泵等四部分主要設(shè)備。工作原理：p-v、T-s和h-So朗肯循環(huán)可理想化為：兩個定壓過程和兩個定 熵過程o二、朗肯循環(huán)的能量分柝及熱效率八卜、幾6取汽輪機(jī)為控制體，建立能量萬程:_ h - h h1 - h3三、提腰據(jù)環(huán)卡諾循蒙熱效率1、提高平均吸熱溫度直接方法式提高蒸汽壓力和溫度。2、降低排氣溫度制冷循環(huán)111空氣氣壓縮式制冷：將常溫下較高壓力的空氣進(jìn) 行絕熱膨脹，會獲得低溫低壓的空氣。原則：實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)工作原理如圖：冷卻器皿工作原理即（廊-通ar-調(diào)-1(&k-1T或:1T - T

11、12111. 2蒸汽壓縮制冷循環(huán)（站工#驚毒是注意：空氣的熱物性決定了空氣壓縮致冷循環(huán) 的致冷系數(shù)低和單位工質(zhì)的致冷能力小。蒸氣壓縮致冷裝置：壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥 及蒸發(fā)器組成。原理：由蒸發(fā)器出來的致冷劑的干飽和蒸氣被 吸入壓縮機(jī)，絕熱壓縮后成為過熱蒸氣（過程1-2）, 蒸氣進(jìn)入冷凝器，在定壓下冷卻（過程2-3）,進(jìn)一 步在定壓定溫下凝結(jié)成飽和液體（過程3-4）。飽和 液體繼而通過一個膨脹閥（又稱節(jié)流閥或減壓閥） 經(jīng)絕熱節(jié)流降壓降溫而變成低干度的濕蒸氣。注意：工業(yè)上，用節(jié)流閥取代膨脹機(jī)。、噱理：以致冷劑焓作為橫坐標(biāo)，以壓力對數(shù)為 縱坐標(biāo)，共繪出致冷劑的六種狀態(tài)參數(shù)線簇：蒸氣壓縮式致冷循環(huán)各熱力過程在lgp-h圖上定焓(h)、定壓力(p)、定溫度(T)、定比容(v)、 定熵(s )及定干度(x)線.的表示: