华科热力学简要复习及例子教材

2024/4/22024/4/1Slide2§

2-7稳定流动能量方程应用举例热力学问题经常可忽略动、位能变化例：c1=1

m/sc2=30

m/s

(c22-c12)/

2=0.449

kJ/kgz1=0mz2=30mg(z2-z1)=0.3kJ/kg1bar下,0

oC水的

h1=84kJ/kg100oC水蒸气的

h2=2676kJ/kgSlide2§2-7稳定流动能量方程应用举例热力学问Slide3例1：透平(Turbine)机械火力发电核电飞机发动机轮船发动机移动电站燃气轮机蒸汽轮机Slide3例1：透平(Turbine)机械火力发电飞机发Slide4透平(Turbine)机械1)体积不大2）流量大3）保温层q

0ws

=

-△h

=

h1-

h2>0输出的轴功是靠焓降转变的Slide4透平(Turbine)机械1)体积不大2）流Slide5例2：压缩机械火力发电核电飞机发动机轮船发动机移动电站压气机水泵制冷空调压缩机Slide5例2：压缩机械火力发电飞机发动机压气机水泵制冷Slide6压缩机械1)

体积不大2）流量大3）保温层q

0ws

=

-△h

=

h1-

h2<0输入的轴功转变为焓升Slide6压缩机械1)体积不大2）流量大3）保温层qSlide7例3：换热设备火力发电：锅炉、凝汽器核电：热交换器、凝汽器制冷空调蒸发器、冷凝器Slide7例3：换热设备火力发电：锅炉、凝汽器核电：热交Slide8换热设备热流体放热量：没有作功部件冷流体吸热量：焓变Slide8换热设备热流体放热量：没有作功部件冷流体吸热量Slide9例4：喷管和扩压管火力发电蒸汽轮机静叶核电飞机发动机轮船发动机移动电站压气机静叶Slide9例4：喷管和扩压管火力发电蒸汽轮机静叶核电飞机Slide10喷管和扩压管喷管目的：压力降低，速度提高扩压管目的：动能与焓变相互转换速度降低，压力升高动能参与转换，不能忽略Slide10喷管和扩压管喷管目的：压力降低，速度提高扩压Slide11例5：绝热节流管道阀门制冷空调膨胀阀、毛细管Slide11例5：绝热节流管道阀门制冷膨胀阀、毛细管Slide12绝热节流绝热节流过程，前后h不变，但h不是处处相等h1h2没有作功部件绝热Slide12绝热节流绝热节流过程，前后h不变，但h不是处Slide13第二章小结1、本质：能量守恒与转换定律进-出

=内能增量Slide13第二章小结1、本质：能量守恒与转换定律进Slide14通用式2、热一律表达式：Slide14通用式2、热一律表达式：Slide15稳流：dEcv/

=0通用式Slide15稳流：dEcv/=0通用式Slide16闭口系：

通用式Slide16闭口系：通用式Slide17

通用式循环dEcv

=0out

=inSlide17通用式循环dEcv=0out=Slide18孤立系：

通用式

Slide18孤立系：通用式Slide193、可逆过程下两个热力学微分关系式

适合于闭口系统和稳流开口系统后续很多式子基于此两式Slide193、可逆过程下两个热力学微分关系式Slide204、u与h

U,H

广延参数u,h

比参数

U

系统本身具有的内部能量H不是系统本身具有的能量，而是开口系中随工质流动而携带的，取决于状态参数的能量Slide204、u与hU,HSlide215、四种功的关系

准静态下Slide215、四种功的关系准静态下2024/4/222例2-7几股流体汇合成一股流体称为合流，如图2-12所示。工程上几台压气机同时向主气道送气，以及混合式换热器等都有合流的问题。通常合流过程都是绝热的。取1-1、2-2和3-3截面之间的空间为控制体积，列出能量方程式，并导出出口截面上焓值h3的计算式。

举例图2-12.合流答：认为合流过程是一种绝热、设备不作功的稳态稳流过程，并忽略流体的宏观动能和重力位能。对所定义的系统，由多股入流、出流的瞬时率形式稳态稳流能量方程2024/4/122例2-7几股流体汇合成一股流体称为合流，2024/4/223应有能量平衡对稳态稳流有因此2024/4/123应有能量平衡对稳态稳流有因此Slide24某国能源部计划在2000一2020年间建新电站总容量为150000MW。一种可能是烧煤，烧煤电站的建造费约为1300美元／kW，电站效率为34%。另一种可能是采用清洁燃烧的整体煤气化联合循环(IGCC)，联合循环装置的造价为1500美元／kW，效率为45%。煤的平均热值为28000000kJ/t。若IGCC电站要在5年里从燃料节约中弥补其建造费用，则煤价应是多少(美元／t)？3年则又如何？2-15

IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45%，今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右。（目前国家二氧化硫为1200mg/Nm3），氮氧化物排放只有常规电站的15%--20%，耗水只有常规电站的1/2-1/3，利于环境保护。Slide24某国能源部计划在2000一2020年间建新电

总发电量：

若为燃煤方案，需煤：

若为IGCC，需煤：

因此每年节煤：总发电量：

5年节煤3年节煤

采用燃煤方案，建造费：

采用IGCC方案，建造费：

若5年：

若3年：

Slide27图2-23所示的是一面积为3m2的太阳能集热器板。在集热器板的每平方米上，每小时接受太阳能1700kJ，其中60%的能量散热给环境，其余的将水从50℃加热到70℃。忽略水流过集热器板的压降及动、位能的变化，求水流过集热器板的质量流量。若在30min内需要提供70℃的热水0.13m3，则需多少个集热器板？已知70℃水的比体积