《热工复习提纲》课件

热工知识重点复习本课件将详细概述热工学科的核心知识点,以帮助学生全面复习温度、热量、热机等重要热工概念。通过真实案例讲解和形象图示,增强学生对热工知识的理解和应用能力。热工复习大纲概述热工学涵盖热量传递、流体力学、热力学等基础理论和实际应用,广泛应用于工程领域。复习大纲涵盖热工学的主要知识点,包括基本概念、热量传递、流体力学、热交换设备等。通过系统性地复习热工学知识,帮助学生深入理解热工学的原理,为后续实践应用奠定基础。什么是热工学热工学的定义热工学是研究热量的传递和动力系统的科学,涉及热量、温度、相变、流体运动等基本概念。它是一门跨越机械、能源、化工等多个领域的应用型学科。热工学的研究对象热工学主要研究热量的产生、传递和利用,以及与之相关的各种过程和现象,包括热机、热交换器、锅炉等设备的设计与分析。热工学的工程应用热工学理论和方法广泛应用于工程设计、生产制造等实践中,在工业生产、能源转换、暖通空调等领域发挥着重要作用。热工学的基本概念热量与能量热工学研究热量作为一种能量形式,以及热量在各种过程中的转换和传递。其研究热量在工程应用中的各种规律和方法。温度和热力学温度是衡量热量能量水平的重要参数,热力学研究温度、热量和功的相互关系及其规律。包括热力学定律、热力过程和热力循环。热理论基础热工学的理论基础包括热量的单位、热量的测量方法、物质的热性质以及热量转换和传递的基本规律等。实践应用热工学的概念和理论为各种工程领域提供了理论支撑,如动力工程、暖通工程、工艺过程等中的热量利用和管理。热量的传递方式导热分子间的热传递,不需要媒质参与,如金属通热快。对流流体运动带动热量传递,如暖气片发热使空气对流。辐射不需要媒质,热能以电磁波形式传递,如太阳辐射地球。导热、对流和辐射1导热通过材料内部原子或分子的能量传递,没有物质流动。常发生在固体内部。2对流通过流体流动传递热量,包括自然对流和强制对流两种形式。3辐射通过电磁波的形式直接传播热量,不需要物质介质。发生在所有物体表面。4三种传热方式的比较它们各有特点,在工程应用中需要综合考虑各种传热方式的影响。导热元件的热分析确定边界条件根据导热元件的结构和工作环境,定义明确的边界条件,包括温度、热流等。建立热传导模型运用傅里叶定律建立稳态或非稳态的热传导微分方程模型。求解温度场通过数学分析或数值模拟方法,求解温度场分布,分析热流方向和量级。计算热流及热损失根据温度场分布,计算关键部位的热流密度和总热损失。流体的基本性质密度流体的质量与体积之比,决定了流体的流动特性。黏度流体内部各层之间相对运动时的内摩擦,影响流动阻力。可压缩性流体在压力变化下体积的变化特性,决定了流体的状态方程。表面张力流体表面的分子间引力,影响其在管道中的流动和与固体的接触行为。流体流动的基本定律1连续性定律流体沿管路流动，质量流量保持不变。2伯努利方程流体流动时压力、流速和重力势能相互转换。3牛顿粘性定律流体内部层片间存在剪切力，导致流动阻力。4动量定律流体流动时产生动量变化,产生推力或阻力。流体流动遵循一系列基本定律,包括连续性定律、伯努利方程、牛顿粘性定律和动量定律等。这些定律描述了流体在流动过程中压力、速度和能量的变化关系,为流体流动的分析和计算提供了基础。流体流动形式及特点兰姆型流动在管道中，流体呈层流形式流动,各层之间无相互混合,维持平稳有序的流动状态。湍流流动流体随机、无规则地在管道内运动,各部分流体之间相互交织、搅动,呈现紊乱状态。流动转型当流速达到临界雷诺数时,流动会从层流转变为湍流,流动特性发生显著变化。管道流动的压力计算10MPa压力高度20m/s流速5KPa压力损失100m管长管道内部流动时会产生压力损失,主要包括管壁摩擦和局部阻力导致的压力损失。通过应用伯努利方程和管摩阻公式,可以计算出管道内的压力分布情况,为管道设计提供重要依据。热量交换设备的类型1热交换器热交换器广泛应用于工业和民用领域,用于将热量从一个流体转移到另一个流体。包括管壳式、板式、螺旋管式等不同种类。2冷却塔冷却塔通过蒸发冷却的原理,可以将高温水冷却至较低温度,广泛应用于发电厂、冷冻空调等场合。3蒸发器蒸发器是制冷系统的关键部件之一,利用物质相变吸收热量的原理进行工作,广泛应用于家用电器和工业制冷领域。4锅炉锅炉是将化学能转化为热能的设备,是热电厂、供暖系统的重要组成部分,能够产生高温高压蒸汽或热水。热交换器的设计与计算1确定热负荷根据应用需求评估所需的热量交换量。2选择传热方式确定最合适的传热模式,如对流、导热等。3设计物理结构确定热交换器的尺寸、材料及流路方式。4计算热传导估算热量传递效率及温度变化规律。5分析性能参数评估热交换器是否满足设计要求。热交换器的设计与计算是一个系统性的过程,需要综合考虑热负荷、传热机理、物理结构和性能参数等多个因素。通过循环优化,可确保热交换器的性能达到预期目标,为工程应用提供可靠保障。汽轮机的基本结构和工作原理汽轮机是将蒸汽的热能转换为机械能的重要动力设备。其主要由转子、固定叶片、活门、机匣等部件组成。工作原理是:高温高压蒸汽从汽门进入叶片空间,受到汽轮叶片的运动作用而产生动力矩,带动转子旋转,从而产生输出功。汽轮机性能参数及计算汽轮机的主要性能参数包括功率、热效率、转速、蒸汽流量、入口压力和出口压力。这些参数通过复杂的热力学计算得出,是评估汽轮机性能的重要指标。锅炉的基本结构和工作原理锅炉是热工机械中的重要设备,主要用于将燃料燃烧所产生的热量传递到水中,使水转化为高温高压蒸汽。锅炉由炉膛、受热面、水冷壁、加热管等主要部件组成,通过控制燃料燃烧、水循环和蒸汽输出等过程来实现稳定高效的工作。现代锅炉多采用强制循环水管式结构,利用水泵将水强制推入炉膛底部,使水在受热面吸收热量后快速蒸发,从而提高热传递效率。此外,锅炉还配备有安全装置和自动控制系统,确保其稳定可靠的运行。锅炉热平衡及效率计算锅炉热平衡分析是评估锅炉热效率的关键。通过对锅炉的热量输入、输出和损失进行系统性分析,可以准确计算其热效率。热量输入燃料化学热量、预热空气和给水的热量热量输出蒸汽的热量、烟气的热量热量损失辐射、对流损失、未完全燃烧等通过计算各项热量输入输出及损失,即可得出锅炉的热效率,为提高锅炉性能提供依据。燃料的性质和燃烧过程燃料组成燃料主要包含碳、氢、氧、硫等元素,其组成和含量决定了燃料的化学性质和燃烧特性。燃烧过程燃料在高温条件下与氧气发生化学反应,释放热量的过程称为燃烧。燃烧包括点火、预混合燃烧和扩散燃烧等阶段。燃料热值燃料在完全燃烧时释放的热量称为燃料热值,是评价燃料质量的重要指标之一。燃料形态燃料可以是固体(煤炭)、液体(汽油)或气体(天然气),不同形态燃料有各自的燃烧特征和使用方法。制冷系统的基本原理制冷循环的四个阶段制冷系统通过制冷循环完成制冷过程,主要包括压缩、凝缩、膨胀和蒸发四个阶段。每个阶段都有特定的温度和压力变化。制冷剂的作用制冷剂是制冷系统的工作介质,在循环过程中不断吸收和释放热量,从而实现制冷效果。合适的制冷剂选择对系统性能非常关键。制冷负荷计算根据制冷对象的特点、环境温度等因素,需要计算出所需的制冷量,从而确定合适的制冷设备。这就是制冷负荷计算的核心任务。制冷系统的工艺流程1制冷剂压缩压缩机将制冷剂压缩到高压状态,温度也随之升高。高温高压的制冷剂进入冷凝器。2制冷剂冷凝冷凝器通过散热将高温高压的制冷剂冷却并冷凝成液体。液化的制冷剂流入膨胀阀。3制冷剂蒸发膨胀阀使制冷剂的压力和温度降低,进入蒸发器后迅速吸收周围热量蒸发成气体。制冷剂的性质及选择环境友好型现代制冷剂应具有低全球变暖潜能值和零臭氧耗尽潜能值,以减少对环境的影响。安全性和稳定性制冷剂应有良好的化学稳定性,不易发生腐蚀或爆炸,确保使用过程的安全性。高热力性能制冷剂应具有高热容量、高热导率和低粘度,以提高制冷系统的能量效率。经济实用性制冷剂的生产成本和运行成本应相对较低,满足工业应用的经济需求。制冷压缩机的工作原理1吸气制冷剂气体从蒸发器吸收热量进入压缩机。2压缩压缩机对气体进行压缩,从而提高温度和压力。3排出高温高压的气体从压缩机排出进入冷凝器。制冷压缩机是整个制冷循环的核心部件。它通过机械能的输入,将制冷剂从蒸发器吸入,压缩后排出到冷凝器,完成制冷循环的关键步骤。这种压缩过程提高了制冷剂的温度和压力,使其能够在冷凝器中放出热量。换热器在制冷系统中的应用作用换热器在制冷系统中起着至关重要的作用。它们用于在制冷系统的不同部位进行热量交换,确保系统能够持续有效地运转。类型常见的换热器类型包括蒸发器、冷凝器和中间换热器。每种换热器都有其特定的功能和设计特点。优势采用合适的换热器可以提高制冷系统的能源效率,同时也能确保制冷效果。换热器的选择和设计直接影响到整个系统的性能。注意事项在制冷系统中使用换热器时,需要考虑换热效率、压力损失、工作环境等因素,以确保换热器能够可靠高效地运行。热力发电厂的工艺流程1燃料的输送通过管道或运输车辆将燃料输送到发电厂2燃料的储存在发电厂内建立大规模的燃料储备3燃料的燃烧在锅炉内将燃料燃烧产生高温蒸汽4蒸汽的驱动利用高温高压蒸汽驱动汽轮机发电热力发电厂的工艺流程主要包括燃料的输送、储存、燃烧,以及利用高温蒸汽驱动汽轮机发电的过程。这一过程可以充分利用化石燃料的能量,并通过汽轮机将其转化为电力供应。蒸汽轮机发电机组的构成蒸汽轮机将蒸汽的焓差转化为机械功的关键部件。采用轴向或径向流动的方式。发电机将蒸汽轮机驱动的机械功转换为电能的设备。通常采用同步发电机。锅炉为蒸汽轮机提供高压高温蒸汽。包括节能措施如再热和供热等功能。冷凝器对蒸汽轮机排出的低压蒸汽进行冷凝,提高热效率。通常采用水或空气冷却。热力发电厂的能量平衡热力发电厂的能量平衡主要包括锅炉系统和汽轮发电机组两部分。锅炉系统的热量平衡考虑燃料输入量、余热排放和热损失;汽轮发电机组的电功输出与热耗之比就是热电转换效率。通过能量平衡分析可以优化热力发电系统的运行状况,提高能源利用效率。锅炉热量输入汽轮发电机组热耗发电机组发电功燃料热量高压蒸汽热量发电机组输出功率燃烧余热排汽热量辅助用电功率热量损失冷却水热量净发电功率环境保护与节能在热工中的应用1提高能源利用效率通过优化热工设备和工艺,如提高锅炉效率、改善热交换器性能等,可以显著降低能源消耗。2利用可再生能源将太阳能、地热能、生物质能等可再生资源集成到热工系统中,减少对化石燃料的依赖。3降低温室气体排放优化热工过程,减少化石燃料燃烧,有助于降低二氧化碳等温室气体的排放。4循环经济与清洁生产通过热工过程的资源综合利用和废弃物回收再利用,推动热工行业向清洁生产和循环经济转型。热工学在工程中的应用实例热工学是工程技术中不可或缺的一部分。从发电厂的锅炉和汽轮机，到建筑物的供暖和制冷设计，热工学都在发挥着关键作用。通过深入理解热量传递、流体流动和能量转换等基本原理，工程师可以设计出更高效、更环保的热工系统。例如在冶金行业，对金属材料的热处理过程进行精确控制,可以大幅提高产品质量。在化工生产中,合理设计换热设备,可