热工学课件2014

1、第一章第一章 绪论绪论能源：能源：第一节第一节 基本概念基本概念 1、热力系统、热力系统 被研究的对象被研究的对象。在热力学中，为了分析问题的方便，人为地把研究对象从周围物体中分割出来，这种人为划定的一定人为划定的一定范围内的研究对象称为范围内的研究对象称为“热力学系统热力学系统”，简称为，简称为“热力系热力系”或或“系统系统”。 热力系统是由人为因素决定的。第二章第二章 基本概念及基本定律基本概念及基本定律闭口系统：与外界无物质交换的系统。 与外界只有能量交换而无物质交换。 (控制质量的系统) 开口系统：与外界有物质交换的系统。 与外界不仅有能量交换而又有物质交换。 (控制容积的系统)绝热系

2、统：系统与外界无热量交换的系统。孤立系统：系统和外界无任何能量和物质交换的系统。 孤立系统一定是闭口系统，也一定是绝热系统热力系统的研究范围是某控制体积热力系统的研究范围是某控制体积 或某工作物质或某工作物质可直接测得、 VpT导出状态参数、 HSU 即：绝对温度、绝对压力、比体积、 热力学能、 焓、 熵 状态参数的数学特征：状态参数的数学特征： 0,1221zdzzzd?S?H?U例如：一个可逆循环后状态参数的变化值为 常用的六个状态参数常用的六个状态参数：2、状态参数、状态参数状态参数的函数关系：状态参数的函数关系：, ,fp V To状态方式坐标图 几点说明1.坐标图上每一点代表一个平衡

3、状态坐标图上每一点代表一个平衡状态2.坐标图上每一条线代表一个准平衡过程坐标图上每一条线代表一个准平衡过程3.坐标图上每一条曲线下面的面积都有确定的物坐标图上每一条曲线下面的面积都有确定的物理意义理意义3、温度、压力、比体积温度、压力、比体积 温度温度T：摄氏温度：摄氏温度t（），绝对温度），绝对温度T（K） Tt273.15 测温的仪表：玻璃温度计（水银，酒精）、温测温的仪表：玻璃温度计（水银，酒精）、温度传感器、热电偶等仪表度传感器、热电偶等仪表 华氏温标和摄氏温标华氏温标和摄氏温标ebppp)(bpp Vbppp)(bpp bp大气压；ep表压；Vp真空度测量压力的仪表测量压力的仪表：压

4、力表、压力传感器等仪表压力表、压力传感器等仪表 压力压力P：表压、绝对压力、大气压力：表压、绝对压力、大气压力三种压力的关系三种压力的关系常用压力单位常用压力单位4、可逆过程、可逆过程可逆过程：如果系统完成一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使系统和外界都返回原来状态而不留下如何变化。也可答：是没有耗散效应的准平衡过程。 5、体积变化功：、体积变化功：气体体积增大时，克服外力作功，称为膨胀功；气体体积经外力压缩而减小时，外力对气体作压缩功；膨胀功和压缩功通称为体积变化功。热力学中规定：系统对外做功（膨胀功）为正值，外界对系统作功（压缩功）为负值。体积变化功微分形式：体积变化功微分形式：wP

5、dV 6、热能、热量区别、热能、热量区别热能是系统储存能，取决于状态；热量是系统与外界由于温差而交换的能量，是过程量 热量的数学式：热力学中规定：系统吸热时热量去正值，系统对外放热时取负值。 ,qc tqcdT pdvw7 、热力循环、热力循环热力循环是指工质从某一初态出发经历一系列热热力循环是指工质从某一初态出发经历一系列热力状态变化后又回到原来初态的热力过程，即封力状态变化后又回到原来初态的热力过程，即封闭的热力过程，简称循环闭的热力过程，简称循环循环中能量利用的经济型是指通过循环所得收益与付出代价之比。对于正循环，这一指标是热效率 ,即HtQw0t对于逆循环，当用于制冷装置是，其目的是将

6、热量 从低温冷源取出，它的经济指标是制冷系数 ，即LQ0WQL热力循环示意图第二节第二节 热力学第一定律热力学第一定律1、开口系统能量方程uqWUQ 或 基本能量方程式，适用于闭口系统的任何热力过程。 uqd， vpuqdd pdvuq，、pdvw pdvw（可逆过程：）；（可逆过程）vpdTcqvdpdvdTcqv 适用于理想气体可逆过程dTcuvdTcduv或wdTcqvwTcqv 适用理想气体任意过程（可逆、不可逆、准静态、多变）（理想气体： ）pdvdTcqvpdvdTcqv 适用于理想气体可逆过程2、稳定流动能量方程swzzgcchhq122f2f121221)( 流动过程中流体实现

7、能量转换有三种方式： 1）热量交换2）轴功交换3）流体内部储存能（焓、宏观动能、宏观势能）的变化 thq 适用条件：任何工质的流动过程（理想气体、实际气体、可逆过程、不可逆过程、流动过程）tpTcq适用条件：理想气体任何过程、21hht适用条件：绝热过程（可逆、不可逆）sffsffsffwzzgcchhqwgzchqgzchpvuwgzcvpuqgzcvpu1222122221212222212111122121212121h2121整理后：热力学规定：3、技术功、膨胀功、流动功的关系、技术功、膨胀功、流动功的关系shtWzmgcW2m21tfWWWftWWWpvwpvvppvwvpwtfdd

8、d)d(d 4、稳定流动能量方程的应用稳定流动能量方程的应用压气机压气机练习题练习题n判断题：n1. 某气体容器上压力表读数为0.04MPa，当地大气压力为0.01MPa，作为工质状态参数的压力p为（）nA. 0.04MPa B. 0.06MPa C. 0.07MPa D. 0.14MPa n2. 定量气体在某一可逆过程中吸热100kJ，同时增加了热力学能150kJ，该过程是（）n A. 膨胀过程 B. 压缩过程 C. 等焓过程 D.等压过程 n 3.一容器上真空表读数为35kPa，大气压力为97kPa，作为容器内工质的状态参数压力P为（）nA. 35kPa B. 62kPa C. 66kPa

9、 D.132kPa 计算题：计算题：1.如下图所示：某封闭系统沿1-2-3途径有状态1变化到3，吸入热量90kJ，对外做功40kJ。试问： 系统从1经4至3，若对外做功10kJ，则吸收热量是多少？ 系统由3经曲线所示过程返回1，若外界对系统做功23kJ,吸收热量是多少？ 设 那么过程1-4-3对外做功10kJ和1-2-3过程中对外做功40kJ，各过程中系统吸收热量是多少？,45,531kJUkJUn2. 工质经一热力过程，放热80kJ，对外做膨胀功300kJ，为使其返回原来的状态，对该系统加热60kJ，问：再后一过程中需要对工质做功多少？n3. 闭口系统沿acb可逆地从a状态变化到b状态，过程

10、中吸热84kJ，对外做膨胀功32kJ，求： 若系统沿另一路径adb不可逆地从a状态变化到b 状态，对外做功10kJ时，需吸收多少热量？ 为使系统由b状态返回a状态，外界对系统做功20kJ，系统与外界交换了多少热量？是吸热还是放热？ 4. 质量为4500kg的汽车，沿坡度为15的上坡下行，汽车速度为300m/s在距山脚100米处开始刹车，汽车到达山脚完全停止。若不计其他力的作用，求：刹车系统因摩擦产生的热量？第三节第三节 热力学第二定律热力学第二定律 1、热力学第二定律的表述、热力学第二定律的表述 克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传向了高温物体而不引起其他变化。不引起其他变化。 开尔文普朗克

11、表述：不可能从单一热源取热使之完全变为功而不引起其他变化。不引起其他变化。 2、什么是第二类永动机？为什么说它不能制造成功？什么是第二类永动机？为什么说它不能制造成功？第二类永动机： 以环境为单一热源，使机器从中吸热对外做功。第二类永动机不可能制造成功，因为违背了热力学第二定律的开尔文说法。不可能从单一热源取热使之完全变为功而不引起其他变化。3、卡诺循环和卡诺定理 卡诺循环由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成。 ba：可逆定温吸热过程，； cb：可逆绝热膨胀过程dc ：可逆定温放热过程；ad ：可逆绝热压缩过程卡诺循环热效率：HLcTT1综合卡诺循环和卡诺定理可以得到以下结论：（1）卡诺循

12、环热效率取决于高温热源与低温热源的温度，提高高温热源温度和降低低温热源温度可以提高其热效率；（2）因高温热源温度趋向无穷大及低温热源温度等于零均不可能，所以循环热效率必小于1，即在循环发动机中不可能将热全部转变成功；（3）当高温热源温度等于低温热源温度时，循环的热效率等于零，即只有一个热源，从中吸热，并将之全部转变成功的热力发动机是不可能制成的。 cHLHQQQ1nettcabHHSTQbaLLSTQHLabHbaLTTSTST11c若以表示卡诺热机循环的热效率，则：注意：HLabHbaLTTSTST11c判断过程是否可发生、是否可逆TQSrevd4 4、熵、熵1）定义式：2）熵变化量的判断：

13、可逆过程系统与外界交换的热量与热源温度的比值0Qs0Qs不变s系统可逆放热：系统可逆绝热：系统可逆吸热： 0TQ 0TQ5、克劳修斯不等式、克劳修斯不等式0TQ不可逆循环：0TQ可逆循环：0TQ不可能发生：可判断过程是否可发生、是否可逆 练习题：1、某热机循环中，工质从温度 并向温度 问：是否可能实现 的循环？循环是否可逆？ 是否可能实现 循环净功 的循环？循环是否可逆？2、某制冷循环中，工质从温度为-23冷源吸热100kJ，并将热量230kJ传给温度为17的热源（环境）。此循环满足克劳修斯积分不等式吗？3、有一热机工作在500及环境温度30之间工作，试求该热机可能达到的最高热效率？若从热源吸

14、热1000KJ，那么能产生多少净功？，的冷源放热L300QkTL,2000HHQkT的热源吸热kJQkJQLH800,1500kJQH2000kJW18000第三章第三章 工质热力性质和过程工质热力性质和过程3-1-2 理想气体状态方程理想气体状态方程1、理想气体状态方程（表达式及符号的单位）1mol气体：TRpvgRTpVmm kg气体：TmRpVmpvg n mol气体：nRTpV K)J/(mol K)J/(kg 通用气体常数R：8.314， 气体常数Rg：例如：例如：1千摩尔理想气体状态方程：千摩尔理想气体状态方程：RTpVm1000 2、通用气体常数（数值、单位）、与气体常数关系 通

15、用气体常数：R=8.3143K)J/(kmolR=8314.5K)J/(molR与气体的性质和状态无关。气体常数KkJ51.8314gMMRRg3-3 比热容(质量、体积、摩尔比热容）质量比热容：1千克质量的工质温度升高（降低）1K所吸收(放 出）的热量。常用符号位 c，单位是J/(kgK)。摩尔比热容：1摩尔质量的工质温度升高（降低）1K所吸收(放 出)的热量。 常用符号 cm 单位是 J/(kgK)。体积比热容：1标准m3质量的工质温度升高（降低）1K所吸收 （放出）的热量。常用符号 c 单位是 J/(kgK）。Mcccm4 .22三种比热容间的换算关系：mpC定压质量比热容（定义、符号、

16、单位）：1千克质量的工质在压力不变的条件下，温度升高（或降低）1K时所吸收（或放出）的热量。其单位是J/(kgK)，常用符号 表示。定压摩尔比热容（定义、符号、单位）：1摩尔的工质在定压的条件下，温度升高（或降低）1K时所吸收（或放出）的热量。其单位是J/(molK)，常用符号3-4 理想气体的基本热力过程理想气体的基本热力过程 多变过程方程多变过程方程 constnpvn为常数，称为多变指数。 2112lnlnvvppn 定压摩尔比热容（定义、符号、单位）：1摩尔的工质在定压的条件下，温度升高（或降低）1K时所吸收（或放出）的热量。其单位是J/(molK)，常用符号mpC表示。定压质量比热容

17、（定义、符号、单位）：1千克质量的工质在压力不变的条件下，温度升高（或降低）1K时所吸收（或放出）的热量。其单位是J/(kgK)，常用符号 pc表示。pRTnpVii）（）（RnpVTii/VVppiiVVppii4、何为组成气体的分体积？如何用它计算组成气体的T和分压力？ 所谓分体积，使各组成气体在保持着与混合气体相同的压力T和相同的温度各组成气体所应占有的体积。，所以，所以的条件下，把各组成气体单独分离出来时，6、水蒸汽的定压发生过程水蒸汽的定压发生过程 一个压力下的水蒸汽发生过程： RTbVVap2n不同压力下的水蒸汽发生过程 ttc，定压下对水加热形成蒸汽的过程，可分成三个阶段： （1

18、）水的预热阶段：吸收热量为液体热： （2）汽化阶段：吸收热量为汽化潜热： （3）过热阶段：吸收热量为过热热量： 0hhq hhr suphhq1kg未饱和水在定压下加热为过热蒸汽，所需的总未饱和水在定压下加热为过热蒸汽，所需的总热量为：热量为： 0suphhqrqq 五态：未饱和液、饱和液、湿蒸汽、五态：未饱和液、饱和液、湿蒸汽、 饱和饱和 蒸汽、过热蒸汽蒸汽、过热蒸汽7、湿蒸汽的干度概念、定义式 干度：湿蒸汽中所含饱和蒸汽的质量百分数。湿蒸汽的质量湿蒸汽中干蒸汽的质量fggmmmxn练习题练习题：n1、容积为 的储气罐内氮气压力为 温度为 ， 储气罐被加热，罐内氮气的压力和温度都升高。罐上装

19、有安全阀，当罐 氮气升高到0.8MPa时便会自动开启放弃。问： 安全阀自动开启时罐内氮气温度升高到多少度？ 储气罐内氮气温度升高期间吸热多少？ 2、容积为 的刚性罐，内存压缩空气，其压力 ，温度 。打开罐上阀门以便压缩空气启动柴油机，假定空气进行了绝热膨 胀过程（k=1.4），视空气为理想气体，比热容为定值， 压缩空气启动柴油机后立即关闭阀门，问： 罐内空气压力降低到 时用去了多少千克空气？这时罐内空气的温度是多少？ 关闭阀门一段时间后，罐内空气因从室内吸热，温度又恢复倒300k，求罐内空气吸热多少？ 32 . 0 mMPap5 . 01371t36 . 0 mV MPap101kT1001k

20、kgkJRg/287. 0MPap72kkkkkppTTvvTTvvppconstpv11212121122112;第四章第四章 热量传递基本理论热量传递基本理论第一节第一节 热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式xdxd 1、热量传递的三种基本方式：热传导、热对流、热辐射2、复合换热过程 指在换热面上同时存在对流和辐射换热过程。（换热面上同时存在两种以上的热量传递方式）3、传热过程热量由热流体通过固体壁面传递给冷流体的过程。一、导热一、导热二、对流换热二、对流换热三、辐射换热三、辐射换热第二节第二节 导热基本定律导热基本定律xdxd),(tzyxft ),(zyxft )(xft nt

21、nntngradtn0lim1、温度场的一般表达式：稳态温度场：一维：2、温度梯度 沿等温面法线方向的温度增量与法向距离比值的极限， 单位是K/m。等温面等温面xdxd3、傅里叶定律傅里叶定律指出：单位时间内通过厚度为 的平壁所传导的热量，即热流量 与此平壁内的温度变化率 以及垂直于热量传递方向的截面积A成正比，即：xdxtAddxt ddntngradtqntq 矢量形式：标量形式：导热系数（或导热率），单位是W/(mK)；温度梯度，单位是K/m。nt 当物体一定时，决定热流密度大小的物理量是：温度梯度当物体一定时，决定热流密度大小的物理量是：温度梯度4、导热系数物质的物性参数，表示物质导热

22、能力的大小。xtqdd物理意义：即导热系数的数值等于温度梯度1K/m时，单位时间内通过单位面积的导热量。不同物质的导热系数彼此不同，即使是同一种物质，导热系数的值也随压力、温度以及该物质内部结构、湿度等因素而变化。 不同材料的导热系数图不同材料的导热系数图n导热系数的一般表达式：bt105、通过平壁的稳态导热平壁导热示意图平壁导热示意图一维平壁的稳态导热一维平壁的稳态导热Rttttqttqtqdtqdxdxdtqwwwwttttwwwwx2121002121分离变量积分，得：单位时间内，通过截面积A的热流量： AttqA2133221141321ttrrrtq三层平壁的导热计算： 第三节第三节

23、 非稳态导热非稳态导热1、非稳态导热的一般规律 1) 物体内各点温度随时间变化； 2) 与热流法向相垂直的截面上热流量处处不相等。 即热流量随时间和空间变化。即热流量随时间和空间变化。2、集总参数法集总参数法 在解决非稳态导热中，忽略内部导热热阻的简 化分析方法vvFoBiAVaAVhcVAAhVcVhA222 cVhAetttt00 由集总参数法得出的非稳态导热物体温度的变化表达式： BiFoetttt00 hLhLBiv1)/(22aLLaFov比渥数：物理意义：固体内部单位导热面积上的导热热阻与单位表面积上的换热热阻之比。 :是从边界上开始发生热扰动的时刻到所计算时刻为止的时间间隔；a

24、：是热扩散率；aL /22L 可视为使热扰动扩散到 面积上所需要的时间。物理意义：是无量纲时间，表征热扰动深入到导热物体内部的相对时间。傅里叶数：hA热电偶对流体温度变动反应的快慢取决于其自身的热容量（cV）及表面换热条件（）。 练习题：练习题：n1、 20mm厚的平面墙，其导热系数 。为使每平方米强的热损失不超过1830w，在墙外覆盖一层导热系数为 的保温材料，已知复合壁两侧的温度分别是1300和30，试确定保温层的厚度？n2、一台锅炉的炉墙由三层材料叠合组成，最里面是耐火粘土砖，厚度为 115mm， ，中间层是B级硅藻土砖，厚度为125mm， 最外层为石面板，厚度为70mm， 。已知炉墙温

25、度分别为495和60，试求每平方米炉墙的热损失级耐火粘土砖与硅藻土砖分界面上的温度？ cmw /3 . 11cmw /35. 02cmw /16. 11cmw /116. 02cmw /116. 03第五节第五节 对流换热对流换热 thq1、对流换热概念对流换热是指流动的流体和固体壁面直接接触时，由于两者温度不同，相互之间发生的热量传递过程。传热机理：热对流和热传导的联合作用。对流换热量计算：2、影响对流换热的主要因素 流动的起因 流动速度与形态 流体有无相变 换热面的几何形状和大小及位置 流体的热物理性质流动的起因流体流动按其产生的原因分为 所引起的运动。热各部分的密度不同，自然对流：由流体

26、冷、体流动。机、水泵等）驱动的流受迫流动：由外力（风针对管内流动，针对管内流动， 当 Re2300时为稳定层流； Re1104时为旺盛紊流； 2300Re1104时则为不稳定的过渡段。 流体的速度与形态 层流和紊流。由雷诺数Re大小来判别 。 雷诺数RevududReu流体的速度（m/s）；d管道直径（m）；流体的密度（kg/m3）流体的动力粘性系数（或动力年度）kg/(ms)vv流体的运动粘度（m2/s）, 流体的热物理性质pca 流体物理性质对对流换热的影响由rp来表示： avcppr流体的动力粘性系数 kg/(ms)；流体的定压比热容J/(kgK)；流体导热系数W/(m)；热扩散率（m2

27、/s）；运动粘度（m2/s）。apca 换热面的形状和大小及位置 影响流体的流动情况，边界层的形成、发展产生显著影响，从而影响对流换热。 流体有无相变 发生流体集态改变（或相变），如液体受热沸腾或蒸汽遇冷凝结的对流换热过程，称为相变换热。相变换热较强烈。0yytth在换热温差和换热流体一定时,影响对流换热强度的最主要因素是0yyt3、对流换热微分方程4、边界层理论边界层理论n对流换热的机理 热边界层热边界层 边界层厚度边界层厚度5、对流换热的准则数及准则方程、对流换热的准则数及准则方程反映流动状况的雷诺准则： vududRe反映流体物理性质的普朗特准则： avcppr格拉晓夫准则： 表示对流换

28、热强弱的准则努谢尔特准则： hdNu 物理意义：流体在固体表面上的无量纲温度梯度。 23vtgadGr雷诺数准则：vududReu流体的速度（m/s）；d管道直径（m）；流体的密度（kg/m3）流体的动力粘性系数（或动力年度）kg/(ms)vv流体的运动粘度（m2/s）,物理意义：反应流体强制对流时，惯性力和粘滞力的相对大小。普朗特准则 avcppr热扩散率（m2/s）；流体的动力粘性系数 kg/(ms)；流体的比压压热容J/(kgK)；流体导热系数W/(m)；运动粘度（m2/s）。pca物理意义：反应流体动量扩散能力与热扩散能力的相对大小。格拉晓夫准则：23vtdgGr物理意义：反应自然对流

29、对换热过程中，浮升力与粘滞里的相对大小。流体的体胀系数（1/K）；dtvg重力加速度（m/s2）；定型尺寸，对于管内流动为管道直径（m）固体壁面与流体之间的温差（）；流体的运动粘度（m2/s） hdNu 努谢尔特准则hlNu 表示强制对流：nmCfNuPrRePr)(Re,表示自然对流：nmCGrGrfNuPrPr),(反应对流换热过程中壁面法向温度梯度大小的影响在流体物性 和表面尺寸一定时，努谢尔特数表征对流换热在换热强度方面的特性。影响强制对流换热强度大小的准则数包括：Re、Pr.影响自然对流换热强度大小的准则数包括：Gr、Pr.5、定性温度和定型尺寸定性温度：在运用对流换热准则方程时，各

30、准则数中都含有一些物性参数，它们与温度有关，选作为确定物性参数的温度为定性温度。定型尺寸：同样准则方程式中还有一些准则数要涉及到其空间尺寸，这些尺寸对固体壁面的放热情况有决定性的影响，称这些尺寸为定型尺寸。 7、 相变换热相变换热膜状凝结膜状凝结：蒸汽同低于其相应压力下的饱和温度的冷壁面接触时，放出汽化潜热而凝结成液体附着在冷壁面上。如果润湿性液体能很好地润湿壁面，在冷壁面上铺展成一层完整的液膜，称为膜状凝结。珠状凝结珠状凝结：非润湿性液体的蒸汽凝结时，凝结液体在冷壁面上凝聚成一颗颗小液珠，而不形成连续的液膜，这种凝结称为珠状凝结。工程中常遇到的相变对流换热过程有：液体受热沸腾和蒸汽放热凝结自

31、然对流区核态沸腾区过渡沸腾稳定膜态沸腾大容器沸腾辐射力 ：物体单位表面积在单位时间内向半球空间所有方向上发射出去的全部波长的辐射能的总量，单位是W/m2。 E 第六节第六节 辐射换热辐射换热 1 1、 热辐射的基本概念热辐射的基本概念 黑体辐射力黑体辐射力 ：黑体单位表面积在单位时间内向半球空间所有方向上发射出去的全部波长的辐射能的总量，单位是W/m2。 bE2、斯忒藩玻耳兹曼定律（四次方定律）4TEb: 斯忒藩玻耳兹曼常数（又称黑体辐射常数），其值为5.67108W/(m2K4)40100TCEb:0C黑体辐射常数，其值为5.67W/(m2K4)黑体的辐射力与黑体的绝对温度的四次方成正比 发

32、射率发射率：实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力的比值。 40dTEEEbb 404100TCTEEb实际物体的辐射力：3、实际物体的发射率实际物体的辐射特性与绝对黑体不同点：实际物体的光谱辐射力往往随波长不规则的变化；实际物体的辐射力并不严格地同热力学温度的四次方成正比；实际物体的定向辐射强度在不同方向上的变化。发射率与材料的种类、温度、表面状况有关。)(bEE 4、基尔霍夫定律基尔霍夫定律：在热平衡的条件下，任意物体对黑体投入辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率，即：bEE 对于灰体，无论投入辐射是否来自黑体，也不论是否处于热平衡，其吸收比恒等于同温度下该物体的发射率。5、角系数、角系

33、数2, 1X。1 , 222, 11XAXA相对性：11, 1, 12, 11 , 1niinXXXX 完整性：baXXX2, 12, 12, 1可加性：角系数性质： 定义：定义：表面1发出的辐射能中直接落到表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数，记为注意：角系数是一个纯几何因子，只取决于换热物体的几何特性（形状、尺寸、物体的相对位置）与两个表面的温度及发射率无关。12, 1X21 , 212, 1AAXX212, 11 , 2/AAXX若有一非凹型表面A1被另一表面A2所包围，则 由于所以两块很接近的大平行平板，每一个表面的辐射能可认为全部落到另一面，则1 , 22, 1XX6、 灰体间

34、的辐射换热灰体间的辐射换热:E:GJ有效辐射 ：单位时间内离开表面单位面积的总辐射能。GE：表面自身的辐射； 被表面反射的部分指物体本身表面向外发出的辐射能。自身辐射投射辐射单位时间内由外界向该物体单位表面积投射来的总辐射能。GEJ灰体表面构成的封闭空间中辐射换热： 2222, 11111211,2111AXAAEEbb1111122212, 111AAXs系统黑度、系统发射率 ：12, 1X) 11(111111221122212, 111AAAAXs) 11(1)(221121112AAEEAbb21AA 1111) 11(11212211AAs111)(2121112bbEEA21AA

35、11221111) 11(11AAs)(211112bbEEA7、 折热板 假设条件：折热板和辐射板均为灰体)(313 , 1bbsEEq)(232 , 3bbsEEq2 , 12 , 33 , 1qqq2)(2212,33, 12, 1bbsEEqqq无折热板时：2, 1212, 12)(qEEqbbs结论：加入折热板后，1，2物体的辐射换热量减小为未加折热板时的一半。)()(4341313 , 1TTEEqsbbs2 , 33 , 1qq)()(4243232 , 3TTEEqsbbs2424143TTT第五章第五章 热工基础的应用热工基础的应用第一节 喷管和扩压管constvAcqmco

36、nstvAcvcAvcAqqmm22211121反应了流速变化率、比体积变化率、截面积变化率之间的关系。1、一维稳定流动的基本方程（一）稳定流动质量守恒方程（连续性方程）hchhcc2)(2)(21221220)(, 0, 012zzgwqshhccddshwzzgcchhq)()(21)(122122122、稳定流动能量方程 微分形式说明工质的速度升高来源于流动过程中的焓降。（适用于可逆及不可逆过程 ）3、马赫数马赫数：气体在某截面处的流速与当地音速之比。accMacdcMAdAa124、气体在喷管和扩压管中的定熵流动上式称为管内流动特征方程，给出了马赫数、截面面积变化率与流速变化率之间的关

37、系1Ma喷管内截面为渐缩型；1Ma 时，渐扩型的11MaMa到缩放型的；5、 临界压力和临界压力比临界压力和临界压力比 定熵流动过程中，临界截面上气体的流速等于当地声速，临界截面上气体的压力称为临界压力 。 临界压力与滞止压力之比称为临界压力比。*ppvcrcrcrpcrp6、绝热节流绝热节流前后的焓值不变，但不能认为绝热节流是一个等焓过程。 绝热节流重新达到平衡后，焓值不变，压力下降，熵增大。对理想气体：绝热节流重新达到平衡后，温度不变。对实际气体：温度不一定，可升高、降低、不变。22121202cchh12hh 12cc 例如：理想气体经过绝热节流过程后，其温度的变化（ ） A 正 B负

38、C 0第二节第二节 换热器及其热计算换热器及其热计算什么是复合传热？ 两种或两种以上的基本换热方式同时起作用换热过程。 1、什么是传热过程？热量从较高温度的流体，经过固体壁面传递给另一侧温度较低的流体，这个过程称为传热过程。流动的流体和固体壁面直接接触时，相互之流动的流体和固体壁面直接接触时，相互之间的换热过程称为对流换热过程。间的换热过程称为对流换热过程。热量由热流体通过壁面传递给冷流体的过程热量由热流体通过壁面传递给冷流体的过程叫做传热过程。叫做传热过程。tKAkRhhK1/1/1121tKAq2、传热方程式k传热系数W/(m2k)；是表征传热过程强烈程度的物理量。3、平壁的表面传热热阻：

39、 2111121hhRRRkrhhk(m2) / W 4、 传热的增强和减弱传热的增强和减弱 所谓强化传热：应用传热学的基本原理去增强传热效果，除了增大传热面积和传热温差，最本质的是设法减小传热总热阻、增大传热系数。因为传热过程的总热阻等于各局部热阻之和，所以为了减小总热阻首先就应减小局部热阻中最大的。 1）加大传热温差 2） 减小换热面热阻：在热阻大的一侧强化 减小导热热阻方法：定期吹灰和清洗换热面 清除污垢、水垢、油垢 减小对流换热热阻：加肋、增加流速、 增加流体扰动 减小辐射热阻：增加系统黑度，增加角系数、 提高辐射源温度 kmmRttKAQ强化传热的措施：消弱传热的措施： 1）减小传热

40、温差 2） 增大换热面热阻： 敷设保温层 采用表面高反射率的材料，降低表面黑度， 减少辐射散热 只有管道外径起到减少单位管长热损失的作用，把此直径称为临界热绝缘直径，用cd表示。cdd 2 （加绝热层才能减少热损） 2d超过某一值后包上热绝缘层才能5、临界热绝热缘直径minmaxminmaxlntttttm顺流和逆流时： maxt),max(21maxttt换热面两端温差中较大者, mint),min(21maxttt换热面两端温差中较小者, minmaxtt2minmaxtttm； 2时， mtKAQ传热方程式：6、换热器传热计算对数平均温差mt为何换热器传热计算中要采用对数平均温差？在利用

41、传热方程进行换热器的传热计算时，如何确定它？无论在顺流、逆流还是复杂流换热器中，热流体温度和冷流体温度沿换热面的变化通常是非线性的，因此，冷、热流体间的平均温差必须用换热面两端温差的对数平均值来计算。minmaxminmaxlntttttm练习题：练习题：n1、一玻璃窗，尺寸为70cm x 45cm，厚度为4mm。冬天的室内、室外温度分别为20和-8，玻璃窗表面的自然对流表面传热系数 外表面的强迫对流表面传热系数， 。玻璃的导热系数 试确定：该房屋通过玻璃的热损失？ 2、在一逆流布置的空气加热器中用热水加热空气，使每小时1600kg空气从温度 提高到 ，空气的定压比热 ，加热空气的热水进入时

42、，每小时流量为1050kg。如果传热系数为 ，水的比热 ，试确定加热器所需要的换热面积？ cmwh 21/10cmwh 22/50cmw /78.0202t702 tckgkJcp/0.121051 tcmwk 2/5 .46ckgkJcp/187.41压气机：使气体压力升高的设备。压气机按其结构，工作原理的不同分为： 活塞式压气机和叶轮式压气机。一、单级活塞式压气机的工作过程及耗功计算 活塞式压气机理论循环由进气、压缩、排气三个过程组成，其中进气和排气过程不是热力过程。 第三节压气机第三节压气机V12abpVV2p201p12同14a1：气体引入气缸12：气体在气缸内进行压缩2b：气体流出气

43、缸，输向 储气筒 不是热力过程，只是气体的移动过程，气体状态不发生变化，缸内气体的数量发生变化。 a-1和2-b过程一、工作原理一、工作原理 从上图中可以看出,a-1及2-b为引入和输出汽缸1-2为气体在汽缸中进行的压缩过程。压气机的耗功，可由 p-V图中的面积12ab1表示。压气机的理论耗功：用 表示压气机的耗功：由热力学第一定律：耗功大小可从p-v图中看出： uqcwhqwwtcTcncscwww,余隙容积的影响 在实际过程中，由于制造公差及材料的受热膨胀等因素的影响，当活塞运动到死点位置上时，在活塞顶面与气缸盖间有一定的空隙，该空隙的容积称为余隙容积，用 Vc 表示，并用表示排气量，它是

44、活塞从上死点运动到下死点时活塞扫过的容积。3141VVVVVVcv具有余隙容积的耗功为：V=VVV h=VV3V4 V3V e12nn4350p有余隙的活塞式压气机的工作过程有余隙的活塞式压气机的工作过程V hV有余隙的压气机工作过程活塞式压气机的热力学分析 四个主要装置：四个主要装置： 锅炉锅炉 汽轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 给水泵给水泵第六节第六节 蒸汽动力装置及循环蒸汽动力装置及循环水蒸气动力循环系统水蒸气动力循环系统 锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器水蒸气动力循环系统的简化水蒸气动力循环系统的简化锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器郎肯循环郎肯

45、循环1234简化（理想化）：简化（理想化）：12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热4321Tshs1324郎肯循环郎肯循环T-s和和h-s图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热hs1324郎肯循环功和热的郎肯循环功和热的计算计算 汽轮机作功：汽轮机作功：2121 ,hhws凝汽器中的定压放热量：凝汽器中的定压放热量：322hhq水泵绝热压缩耗功：水泵绝热压缩耗功：3443 ,hhws锅炉中的定压吸热量：锅炉中的定压吸热量

46、：411hhqhs1324郎肯循环热效率的郎肯循环热效率的计算计算 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环郎肯循环的热效率的热效率1213thhhh影响热效率的参数？影响热效率的参数？TsT654321 1 6 5 4 21.1.蒸汽初压对蒸汽初压对郎肯循环郎肯循环热效率的影响热效率的影响t1 , p2不变不变，p1优点：优点： ，汽轮机出口汽轮机出口尺寸小尺寸小1Tt2v缺点：缺点： 对强度要求高对强度要求高 不不利于汽利于汽轮机安全。一般轮机安

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.蒸汽初温对蒸汽初温对郎肯循环郎肯循环热效率的影响热效率的影响优点：优点： ，有利于汽机有利于汽机安全。安全。1Tt2x缺点：缺点： 对耐热及强度要对耐热及强度要求高，目前初温求高，目前初温一般在一般在550左右左右 汽机出口汽机出口尺寸大尺寸大2vp1 , p2不变不变，t1sT654321 23.3.乏汽压力乏汽压力对对郎肯循环郎肯循环热效率的影响热效率的影响优点：优点： 2Tt缺点：缺点：受环境温度限制，现受环境温度限制，现在大型机组在大型机组p2为为0.00350.005MPa，相，相应的饱和温

48、度约为应的饱和温度约为27 33 ，已接近事实上，已接近事实上可能达到的最低限度。可能达到的最低限度。冬天热效率高冬天热效率高p1 , t1不变不变，p2 4 3国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表简表低参数中参数 高参数 超高参数 亚临界参数汽轮机进汽压力MPa13.516.5汽轮机进汽温度340435535550, 535550, 535发电机功率 P/ kW15003000600025000510万 12.5万,20万20万,30万,60万低参数中参数 高参数 超高参数 亚临界参数汽轮机进汽压力MPa13.516.5汽轮机进汽温度340435535550, 535550, 535发电机功率 P/ kW15003000600025000510万 12.5万,20万20万,30万,60万低参数中参数 高参数 超高参数 亚临界参数汽轮机进汽压力MPa13.516.5汽轮机进汽温度340435535550, 535550, 535发电机功率 P/ kW1