热能与动力工程概论总结

热能与动力工程概论总结能量利用与转换：就现有的能量转换与利用技术而言，能源资源中除水力、潮汐能、风能等少数能源外，基本上都是直接地以热能的形式利用或间接地将热能转换成其他的能量形式进行多种方式的利用，如煤炭、石油一类矿物燃料的能源资源，可以通过燃烧将化学能转变成热能直接加以利用，或通过热力发动机转换成机械能，或再通过发电机转换成电能。烘干、供暖属于热能的直接利用。能源分类：a按能源的形成条件、可否再生、将其分为以下几种：一次能源与二次能源。一次能源：自然界中存在的天然能源。如化石燃料、核燃料、太阳能、水力、风能、地热、海洋能、生物质能等。b按能源可否再生分：可再生能源与非再生能源。可重复再生的一次能源称为可再生能源。如太阳能、水力、风能、海洋能、生物质能等。不能重复产生的自然能源称为非再生能源。如化石燃料、核燃料、地热。c按能源利用历史状况与技术水平：常规能源与新能源。常规能源是指技术上已经成熟、已经大量生产并广泛利用的能源，如化石燃料、水力等。新能源是指技术上正在开发、尚未大量生产和广泛利用的能源，如太阳能、风能、海洋能、生物质能等。d按对环境的污染程度：清洁能源与非清洁能源。清洁能源主要有太阳能、风能、海洋能等。气体燃料中氢是一种清洁能源。人类需要的能源形式:主要有电能、热（冷）能、机械能等。热能是能量的一种基本形式。物体宏观运动所具有的能量称为机械能。电能是电荷的流动或聚集而具有的作功能力。人们从自然界获得的能源：一次能源：自然界中存在的天然能源。如化石燃料、核燃料、太阳能、水力、风能、地热、海洋能、生物质能等热能转变成机械能的途径:a热动力装置：热动力装置主要有两大类：一种是以燃烧产生的燃气直接进入发动机进行能量转换，如内燃机和燃气轮机等；另一种则首先将燃料燃烧产生的热能传递给某种液体使其汽化，然后将蒸汽导入发动机进行热功转换，如蒸汽机和汽轮机等。b工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质称为工质。工质是完成热功转换所必需的载体。内燃机及燃气轮机装置中的工质为空气和燃气；蒸汽机和汽轮机装置中的工质为水蒸汽。c工质的选择：热力学中热能与机械能之间的相互转换是通过物质的体积变化来实现的，常选气态物质作为工质热能动力设备的分类：a.按能量转换方向分类：（1）原动机一一将燃料的化学能、原子能和生物质能等所产生的热能转换为机械能的动力设备。蒸汽机、蒸汽轮机、燃机轮机、汽油机、柴油机等。（2）工作机——通过消耗机械能而使流体获得能量或使系统形成真空的动力设备。离心泵、真空泵、柱塞泵、螺杆泵、风机、压缩机等。b.按机械运动方式分类:（1）回转式——转子（叶轮）在缸内作回转运动以实现能量的转换。蒸汽轮机、燃机轮机、离心泵、真空泵、螺杆泵、风机等。（2）往复式——活塞在气缸内作往复运动而实现能量的转换。蒸汽机、汽油机、柴油机、柱塞泵、往复压缩机等。c.按工质流动方式分类：（1）轴流式一一流体的主要运动方向与旋转轴平行。蒸汽轮机、燃机轮机、轴流式压气机等。（2）径流式一一流体的主要运动方向为沿着旋转轴的直径方向。如离心泵、离心式压缩机、向心透平等。（3）混流式一一流体的主要运动方向与旋转轴成某一锐角。如混流式压缩机、混流式透平等。d.按用途分：发动机、泵、风机、压缩机等。热能动力设备对环境的影响：a.热污染与水污染：由于人类的活动引起环境的增温，以致危害人体的健康和生物的生存，这种危害称之为热污染。火电厂含热废水的排放造成江河、湖水或海水污染。电厂冲灰水大量排放，含有重金属对环境水体造成的污染。b.大气污染：人类生产和生活活动向环境排放的废气、废料，以及废物在大气中燃烧等对大气所造成的污染成为大气污染。污染大气的主要物质有CO2、NOx、SO2、CO、碳氢化合物、石油挥发物、烟尘、铅、金属氧化物等。c.噪声污染：各种动力设备运行时，都会产生较严重的噪音，许多大型动力机械周围的噪声可达90dB以上。动力设备噪音的主要来源为：机械振动、工质的高速流动、燃料或其他介质的喷射雾化、各种压力波及磨擦声、煤的破碎等等。d.热能利用中的其他污染：核燃料有强烈的放射性，如果管理和使用不当，则会对环境造成严重的放射性污染。动力设备的排烟，火电厂中的灰渣粉尘，油、汽、水输送过程中的跑冒滴漏等都在产生环境污染。油船运输中的漏油事故也会造成大面积的水域污染等等。环境保护的策略:a提高能源转换效率b实现煤炭的清洁利用c新能源与可再生能源的开发和利用d研发代用燃料及新的代用工质e改进技术实现低污染排放f环境污染的综合防治热力系与热力系的分类：热力系：具体制定的热力学研究对象。按热力系与外界进行物质交换的情况分：闭口系：系统与外界无物质交换，即无物质穿过边界。开口系：系统与外界有物质交换，即有物质穿过边界。绝热系：系统与外界无热交换。孤立系：系统与外界无任何相互作用，既没有物质穿过边界，也不与外界发生任何形式的能量交换。平衡状态:在没有外界影响的情况下，系统内工质的宏观性质不随时间而变化的状态。功和热量:热力系统在实施热力过程时，与外界发生能量交换只要是作功和传热两种形式。功是热力系与外界交换机械能的量度；热量是热力系与外界交换热能的量度。理想气体：是一种假象的气体模型，气体分子是一些弹性的、不占体积的质点，分子之间没有相互作用力。工程中常用的氧气、氮气、氢气、一氧化碳等及其混合气体、燃气、烟气等工质，在通常使用的温度、压力下都可作为理想气体处理。热力学第一定律:热能和机械能在转移和转换的过程中，能量的总量必定守恒。热力学第一定律是能量转换和守恒定律在热力学上的应用，确定了热能和机械能之间的相互转换的数量关系。热力学第二定律:不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。热力学第二定律的实质：能量是有品质高低之分的。如：机械能的品质高于热能；高温热能的品质高于低温热能。定律的实质：能量贬值原理，也就是说在能量的传递与转化的过程中，能量的品质只能降低不能提高。传热学是研究热量传递规律的学科。a物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分；b物体之间存在温差时，热量就会自发的从高温物体传向低温物体。热量传递的三种基本方式：导热（热传导）：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称导热。如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。对流：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。热辐射：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量。17.导热系数：表征材料导热性能优劣的参数。影响热导率的因素：物质的种类、材料成分、温度、湿度、压力、密度等。人金属＞人非金属人固相＞人液相技气相保温材料：把导热系数小的材料称保温材料对流换热:是指流体流经固体时流体与与只有温差的固体表面时，流体与固体表面之间的热量传递现象。对流换热实例：1）暖气管道；2）电子器件冷却；3）电风扇20热辐射特点:a任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射；b可以在真空中传播；c伴随能量形式的转变，在物体发射与吸收辐射能量的过程中发生了电磁能与热能两种能量形式的转化；d具有强烈的方向性;e辐射能与温度和波长均有关；f发射辐射取决于绝对温度的4次方。微波炉原理：波长在1mm-1m之间的电磁波称为微波。微波可以穿透塑料、玻璃及陶瓷制品，但却会被像水那样具有极性分子的物体吸收，在物体内部产生内热源，从而使物体能够被均匀的加热。各类食品的主要成分是水，因而微波加热事物是一种比较理想的加热手段，微波炉就是利用这一原理来加热的。物体对热辐射的作用:吸收、反射和穿透。黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，是一种科学假想的物体，现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。温室效应:当太阳光照射到玻璃上时，由于玻璃对波长小于3.0微米的辐射能穿透比很大，从而使大部分太阳能可以进入到暖房；暖房中的物体由于温度较低，其辐射能大部分位于波长大于3微米的红外范围内，玻璃对于波长大于3微米的辐射能的穿透比很小，从而阻止了辐射能向暖房外的散失。这就是所谓的“温室效应”。大气的温室效应：在过去一个世纪由于世界范围内工业发展所排放的大量对红外波段的辐射具有一定吸收率的气体，如二氧化等，聚集在地球的外围，好像给地球罩上了一层玻璃：以可见光为主太阳能可以达到地球表面，而地球上的一般温度下的物体所辐射的红外范围内的热辐射则大量被这些气体吸收，无法散发到宇宙空间，使得地球表面的温度逐渐升高。称为大气的温室效应。我国能源发展战略:中国能源发展立足于国内资源，以国外资源作为补充，走以煤炭为基础能源、多元化（油、气、水电、核电、可再生能源等）的、高效、清洁的能源发展道路。生物质能：是蕴藏生物质中的能量，是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。生物质能利用技术：a直接燃烧。人类最早的能源利用技术，古代钻木取火。b生物质燃烧发电。生物质燃烧发电与化石燃料燃烧发电