[自然科学]高等工程热力学课件下

1、第八章 湿空气的性质本章学习内容1 研究气体流动过程中2 研究影响气体在管内流的气流速度变化能量转换状态参数变化的规律系统的外部条件管道截面积的变化基本知识点1.理解绝对湿度、相对湿度、含湿量、饱和度、湿空气密度3.熟练使用湿空气的焓湿图。 4.掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析。 2. 干球温度、湿球温度、露点温度和角系数等概念的定义式及物理意义。湿空气（干空气水蒸气） 空调、通风、烘干、冷却塔、储存8-1 湿空气的性质 湿空气与一般理想混合气体的最大区别 水蒸气的含量是变量!分压低理想混合气体冷却塔照片饱和蒸汽 1、未饱和湿空气未饱和湿空气和饱和湿空气过热蒸汽水蒸气干空气过热水蒸气pv

2、ps(T) Tspvps加入水蒸气，pv2、饱和湿空气未饱和湿空气和饱和湿空气干空气饱和水蒸气pv ps(T) Tsps温度一定，不能再加入水蒸气从未饱和到饱和的途径Tspvps1、 T 加水蒸气pvab3、 pv 不变，Ta ba ddc2、 pv ，Ta c4、 va ee结露Td 露点温度 Td = Ts(pv)结露与露点湿润的夏天水管上常出现水珠? 冷水管t=20oCTsdpv=0.04bar大气温度t=30oCtd=28.98oC干燥的冬天pv小， td0.0 oC结霜 结雾？ 湿空气中所含水蒸气的量湿空气的湿度1、绝对湿度每1m3湿空气中所含的水蒸气的质量kg水蒸气/m3湿空气绝对

3、湿度T , pv下水蒸气的密度不常用2、相对湿度 1 饱和湿空气 在相同的温度下：相对湿度 0 干空气 0 tw td8-4 湿空气的焓湿图与热湿比湿空气的参数很多，有多少独立的变量根据相律组元数 2pb, h , d焓湿图相数 1固定pb= 0.1MPa焓湿图的结构d=0 干空气dh2、 h 线1、d 线 h 与 t 很接近 人为将 h 旋转135度 h135度焓湿图的结构dh3、t 线 正斜率的直线 h等干球温度线t焓湿图的结构dh是一组向上凸的线 h等相对湿度线t4、 线饱和线 上部未饱和线 下部无意义 干空气d=0 焓湿图的结构dhht4、 线ts=99.63oCd焓湿图的结构dhht

4、5、 线d焓湿图的结构dhht6、露点tdpv下饱和湿空气td焓湿图的结构dhht7、湿球温度tw绝热饱和温度tdtwt湿球温度与绝热饱和温度d112mfTs12热力学第一定律焓湿图的结构dhht8、热湿比h-d图上为直线: : : :角系数：过程方向 与特征焓湿图的结构dhht8、热湿比12已知初态1过程斜率已知可确定终态焓湿图的结构dhht不同的pb不同的h-d图8-5 湿空气的基本热力过程 一、单纯加热或冷却过程d不变12qdh122加热1 2放热1 2hh二、冷却去湿过程qdh12234d1h1d4h4d1-d4h水三、绝热加湿过程dh12d1h1d2h2d2-d1h水t1t2向空气中

5、喷水，汽化潜热来自空气本身，t蒸发冷却过程dt四、加热加湿过程dh12d1h1d2h2d2-d1h水t1t2qh2h1设t不变 12设 不变 133h3五、绝热混合过程空调工程常用方法d1d2ma2ma1ma3d3五、绝热混合过程dh12h3h23h1d1d2ma2ma1ma3d3ma1ma2第九章 气体和蒸汽的流动本章学习内容1 研究气体流动过程中2 研究影响气体在管内流的气流速度变化能量转换状态参数变化的规律系统的外部条件管道截面积的变化 9-1 绝热流动的基本方程一 概念稳态稳流(稳定流动)状态不随时间变化恒定的流量二 几个基本方程连续性方程绝热稳定流动能量方程定熵过程方程(1) 连续性

6、方程 const 由稳态稳流特点适用于任何工质可逆和不可逆过程截面面积气流速度气体比容(2) 绝热稳定流动能量方程 适用于任何工质可逆和不可逆过程注：增速以降低本身储能为代价 (3) 定熵过程方程式 = const 可逆绝热过程方程式适用条件:(1)理想气体(2)定比热(3)可逆微分注意:变比热时 K取过程范围内的平均值三 音速与马赫数微小扰动在流体中的传播速度压力波的传播过程可作定熵过程处理(1) 音速定义式:定熵过程理想气体只随绝对温度而变(2) 马赫数流速当地音速 定义式M1 超音速M=1 临界音速M0dp0由此可见导致dc 0导致喷管中的流动特性扩压管中的流动特性二、管道截面变化的规律

7、连续性方程可逆绝热过程方程管道截面变化气流速度变化注:扩压管dc0,故不同音速下的形状与喷管相反M1M1df0渐扩df0渐缩渐扩喷管dc0M=1df=0临界截面喷管和扩压管流速变化与截面变化的关系流动状态管道种类管道形状M1dc0dc0喷管dp012M1渐缩渐扩扩喷管M1渐缩渐扩扩压管M1转M1M=1M1扩压管dp012121212M=1 9-3 喷管中流速及流量计算 一 定熵滞止参数将具有一定速度的气流在定熵条件下扩压，使其流速降低为零时的参数 定义： 参数表达式下角标为0的是定熵滞止参数下角标为1的是进口参数二、喷管的出口流速 由绝热稳定流动能量方程对理想气体对实际气体三、临界压力比及临界

8、流速 (1)临界压力比代入出口流速方程临界流速表达式定熵过程方程式：临界压力进口压力特别的对双原子气体： 四、流量与临界流量一般通过计算最小截面的质量流量由连续性方程知，各个截面的质量流量相等（1）渐缩喷管的质量流量计算12理想气体的定熵流动出口截面质量流量注意 的取值（2）渐缩渐扩喷管的流量计算m0cba1.0正常工作时M=五、喷管的计算1 喷管的设计计算已知1) 当 即 采用渐缩喷管。 2）当 即 采用缩扩喷管。 出发点：（2）渐缩喷管的校和计算已知1) 当 即 2）当 即 喷管的最大流量 kg/s 9-4 扩压管定熵流动的基本关系式和管道截面变化规律的关系式相同扩压管是在已知进口参数进口

9、速度和出口速度的情况下计算出口压力扩压管与喷管的区别与联系注:动能损失得越多压力增加得越多扩压管的扩压比概念定义式进口压力出口压力由能量方程得则定熵过程 9-5 具有摩擦的流动 定义式实际出口速度定熵过程出口速度大致在0.94至0.98之间速度系数喷管效率消耗一部分功一般在0.9至0.95之间 9-6 绝热节流 定义：气体在管道中流过突然缩小的截面， 而又未及与外界进行热量交换的过程特点：绝热节流过程前后的焓相等，但整个过程绝不是等焓过程。 流体在通过缩孔时动能增加，压力下降并产生强烈扰动和摩擦。扰动和摩擦的不可逆性，导致整个过程的不可逆性。在缩孔附近，流速 ，焓不可逆性：绝热节流前后参数的变

10、化(1) 对理想气体12chp温度不变压力下降比容增加熵增加焓不变注:理想气体的焓是温度的单值函数(2) 对实际气体节流前后焓不变,温度不一定不变绝热节流温度效应温度效应只与气体的性质有关,与其状态无关热效应零效应冷效应温度降低温度不变温度升高绝热节流系数（焦尔汤姆逊系数）定义式物性参数反映与理想气体的偏差焓的热力学微分方程式绝热节流过程中焓变为零0=0产生热效应产生冷效应产生零效应第十章 动 力 循 环本章基本要求熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。本 章 重 点1。熟悉朗肯循环图示与计算2、朗肯循环与卡诺循环3、蒸汽参数对朗肯循

11、环热效率的影响4、再热、回热原理及计算动力循环研究目的和分类动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的热量的一部分转换成对外的净功按工质气体动力循环：内燃机蒸汽动力循环：外燃机空气为主的燃气按理想气体处理水蒸气等实际气体研究目的：合理安排循环，提高热效率水蒸气：火力发电、核电低沸点工质：氨、氟里昂太阳能、余热、地热发电动力循环：以获得功为目的热机：将热能转换为机械能的 设备。热机的工作循环称为动力循环。动力循环：蒸汽动力循环 燃气动力循环 四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵10-1 朗肯循环水蒸气动力循环系统 锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器水蒸气动力循环系统的简化锅炉汽轮机发电机给水泵

12、凝汽器郎肯循环1234简化（理想化）：12 汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热34 给水泵 s 压缩41 锅炉 p 吸热1342pv郎肯循环pv图12 汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热34 给水泵 s 压缩41 锅炉 p 吸热4321Tshs1324郎肯循环Ts和hs图12 汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热34 给水泵 s 压缩41 锅炉 p 吸热hs1324郎肯循环功和热的计算 汽轮机作功：凝汽器中的定压放热量：水泵绝热压缩耗功：锅炉中的定压吸热量：hs1324郎肯循环热效率的计算 一般很小，占0.81%，忽略泵功 朗肯循环与卡诺循环比较sT64211098753 q2相同；

13、 q1卡诺 q1朗肯 卡诺 朗肯； 等温吸热41难实现 11点x太小,不利于汽机强度； 12-9两相区难压缩； wnet卡诺小 卡诺 朗肯； wnet卡诺 wnet 朗肯1112对比同温限1234对比5678对比9-10-11-12sp1, t1, p2654321如何提高朗肯循环的热效率影响热效率的参数？TsT654321蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响t1 , p2不变，p1优点： ，汽轮机出口尺寸小缺点： 对强度要求高 不利于汽轮机安全。一般要求出口干度大于0.85 0.88sT654321蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响优点： ，有利于汽机安全。缺点： 对耐热及强度要求高，目前最高初温一般

14、在550左右 汽机出口尺寸大p1 , p2不变，t1sT654321乏汽压力对朗肯循环热效率的影响优点： 缺点：受环境温度限制，现在大型机组p2为0.00350.005MPa，相应的饱和温度约为27 33 ，已接近事实上可能达到的最低限度。冬天热效率高p1 , t1不变，p2Ts65431b10-2 蒸汽再热循环(reheat)Ts65431b蒸汽再热循环的热效率 再热循环本身不一定提高循环热效率 与再热压力有关 x2降低,给提高初压创造了条件，选取再热压力合适，一般采用一次再热可使热效率提高23.5。蒸汽再热循环的实践 再热压力 pb=pa0.20.3p1 p113.5MPa，一次再热 超临

15、界机组， t1600，p125MPa，二次再热Ts65431b蒸汽再热循环的定量计算吸热量：放热量：净功（忽略泵功）：热效率：蒸汽再热循环实体照片10-3 蒸汽回热循环(regenerative)抽汽去凝汽器冷凝水表面式回热器抽汽冷凝水给水混合式回热器抽汽式回热蒸汽抽汽回热循环(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg由于T-s图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功抽汽回热循环的抽汽量计算(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg以混合式回热器为例热一律忽略泵功抽汽回热循环热效率的计算(1- )kg kg65as43211k

16、gT吸热量：放热量：净功：热效率：为什么抽汽回热热效率提高？(1- )kg kg65as43211kgT教材P.256推导简单朗肯循环：物理意义： kg工质100%利用 1- kg工质效率未变蒸汽抽汽回热循环的特点小型火力发电厂回热级数一般为13级，中大型火力发电厂一般为 48级。优点 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 可兼作除氧器缺点 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资缺点提高循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初压力降低乏汽压力改变循环形式回热循环再热循环改变循环形式热电联产燃气-蒸汽联合循环新型动力循环IGCCPFBC

17、-CC.10-4 热电联产(供)循环用发电厂作了功的蒸汽的余热来满足热用户的需要，这种作法称为热电联(产)供。背压式机组(背压0.1MPa)热用户为什么要用换热器而不直接用热力循环的水？背压式热电联产(供)循环背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一清华北门外2台背压式，5000kW电负荷抽汽调节式热电联产(供)循环 抽汽式热电联供循环, 可以自动调节热、电供应比例，以满足不同用户的需要。热电联产(供)循环的经济性评价 只采用热效率 显然不够全面 能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同 Ex经济学评价 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保第十一章 制冷（致冷）循环本章基本知识点 1. 熟练空

18、气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。2.了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。动力循环与制冷（热泵)循环 制冷（热泵)循环 输入功量（或其他代价），从低温热源取热 动力循环 输入热,通过循环输出功 热泵循环 输入功量（或其他代价），向高温热用户供热 正循环逆循环逆循环制冷循环和制冷系数Coefficient of PerformanceT0环境T2冷库卡诺逆循环q1q2wTsT2T0T0不变, T2 CT2不变, T0 C热泵循环和供热系数Coefficient of PerformanceT1房间T0环境卡诺逆循环q1q2wTsT2T0T1不变, T0 C

19、T0不变, T1 CT1制冷能力和冷吨生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取 走的热量(kJ/s)。商业上常用冷吨来表示。1冷吨：1吨0C饱和水在24小时内被冷冻 到0C的冰所需冷量。水的凝结（熔化）热 r =334 kJ/kg1冷吨=3.86 kJ/s1美国冷吨=3.517 kJ/s制冷循环种类 空气压缩制冷 压缩制冷 蒸汽压缩制冷 吸收式制冷制冷循环 吸附式制冷 蒸汽喷射制冷 半导体制冷 热声制冷111 空气压缩制冷循环冷却水膨胀机压缩机冷藏室冷却器3214空气压缩制冷循环过程四个主要部件；工质：空气1 2 绝热压缩 p T2 3 等压冷却 向环境放热，T3 4 绝热膨胀 T T1 （冷库）4 1 等压吸热 T T1理想化处理：理气； 定化热; 可逆；pv图和Ts图1 2 绝热压缩2 3 等压冷却3 4 绝热膨胀4 1 等压吸热 pv3214TsT2T01234逆勃雷登循环sspp制冷系数Ts1234空气压缩制冷循环特点 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。 缺点： 1. 无法实现 T ， C2. q2=cp(T1-T4)，空气cp很小， (T1-T4)不能太大， q2 很小。若(T1-T4)3. 活塞式流量m小，制冷量Q2=m