热能与动力工程专业基础课件

热能与动力工程专业基础热能与动力工程专业基础课件，介绍了热能与动力工程学科的基本理论、基本概念和基本方法。包括热力学、流体力学、传热学、燃烧学等基础学科，以及热能动力装置、新能源技术等专业课程。课程概述课程目标掌握热能与动力工程领域的基础知识，培养解决工程问题的能力。课程内容涵盖热力学、流体力学、传热学、热工设备等重要内容。学习方法理论学习与实践操作相结合，课堂讲授、实验练习、课题研究等多种形式。热力学基础11.能量守恒热力学第一定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。22.熵增原理热力学第二定律，孤立系统的总熵值永远不会减少，而是在不可逆过程中总是增加，直到达到平衡。33.热力学过程热力学过程是指系统在发生变化过程中，状态随时间的变化过程。44.热力学循环热力学循环是指系统经历一系列热力学过程，最终回到初始状态的循环过程。热力学第一定律能量守恒热力学第一定律阐述了能量守恒定律在热力学系统中的应用。能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。能量转化热能、机械能、化学能、电能等能量形式可以相互转化，但总能量保持不变。例如，燃烧燃料将化学能转化为热能，热能又可以转化为机械能。热力学第二定律能量守恒热力学第二定律阐述了能量守恒，能量既不会凭空产生也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式。熵增原理熵是用来描述系统混乱程度的物理量，热力学第二定律指出在孤立系统中，熵总是趋向于增加，即系统会自发地从有序状态向无序状态转变。热机效率热力学第二定律为热机效率设定了极限，热机不可能将所有热量转化为功，总有一部分热量会损失到环境中。方向性热力学第二定律规定了热量传递的方向，热量总是自发地从高温物体传递到低温物体，不可能逆向传递。热力学循环循环定义热力学循环是指一系列热力学过程的组合，其中系统经历一系列状态变化，最终返回到初始状态。循环过程循环过程中，系统会吸收热量、做功，并释放热量，最终返回到初始状态，整个循环过程中，系统的内能保持不变。循环分类热力学循环可分为正循环和逆循环，正循环用于能量转换，如热机，而逆循环用于制冷或热泵。实际应用热力学循环在工程领域应用广泛，例如发电厂、制冷系统、空调系统等。热机热机定义热机是将热能转化为机械能的装置，例如内燃机和蒸汽机。工作原理热机利用热能驱动活塞或涡轮，产生机械功。热效率热效率表示热机将热能转化为机械能的效率，通常用百分比表示。应用领域热机广泛应用于汽车、电力、航空等领域。蒸汽动力循环蒸汽动力循环是一种利用热能推动蒸汽做功的热力循环。循环过程包括吸热、做功、排热和回流四个阶段。蒸汽动力循环广泛应用于发电厂、工业生产等领域，它具有能量利用率高、效率稳定的特点。气体动力循环气体动力循环是利用气体作为工作介质进行能量转换的热力循环。它主要包括吸气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程。常见的应用包括燃气轮机，其特点是效率高、体积小、重量轻，适用于各种动力装置，例如飞机、轮船、发电厂等。压缩机压缩机概述压缩机是一种将气体或蒸汽压缩为较高压力的机械。它是一种重要的热能动力工程设备，在工业生产、生活服务等领域应用广泛。压缩机类型常见的压缩机类型包括活塞式压缩机、螺杆式压缩机、离心式压缩机等，其工作原理和适用范围各不相同。压缩机应用压缩机可用于空调制冷系统、气体输送、化学反应过程、动力装置等，为各种应用提供高压气体或蒸汽。泵工作原理泵利用机械能将流体从低压区输送至高压区，实现流体输送。通过旋转叶轮将机械能传递给流体，提高流体的压力势能。结构组成泵主要由叶轮、泵体、轴承、密封、电机等组成。叶轮是泵的核心部件，负责将机械能传递给流体。换热器板式换热器板式换热器由一系列薄板构成，具有高传热效率、结构紧凑等特点。管壳式换热器管壳式换热器采用管束和壳体结构，适用于各种介质之间的热交换。空气冷却器空气冷却器利用空气作为冷却介质，广泛应用于工业生产中。流体力学基础1流体性质流体是可流动的物质，包括液体和气体。流体的性质包括密度、粘度、表面张力等。2流体静力学研究静止流体的力学特性，包括压强、浮力、阿基米德原理等。3流体动力学研究运动流体的力学特性，包括流速、流量、压力、粘性力、摩擦阻力等。4流体力学应用流体力学原理广泛应用于热能与动力工程领域，例如管道流动、泵和风机设计、热交换器等。管路系统与流阻1管路系统管路系统包含管道、阀门、泵、压缩机等组件，负责输送流体。2流阻流阻是流体在管路系统中流动时遇到的阻力，与流体黏度、管径、流速等因素有关。3流阻计算计算流阻可以帮助我们确定管路系统的设计参数，保证流体的安全稳定输送。泵与风机泵泵是一种能量转换装置，将机械能转换为流体的压力能，提升流体的压力。风机风机是一种机械设备，利用旋转叶轮将气体加速，产生风力，用于通风、排风和气体输送。离心泵离心泵利用旋转叶轮将流体加速，产生压力能，是常见的一种泵类型。轴流风机轴流风机利用叶轮轴向旋转，使气体沿轴向流动，适用于较大流量、较低压力的场合。热传导热传导定义热能通过固体、液体或气体中相邻分子之间的相互作用传递。传热速率热量传递的快慢取决于物质的热导率、温度差和传热面积。傅里叶定律描述了热传导速率与温度梯度和材料热导率之间的关系。热对流自然对流温度差异导致流体密度变化，从而产生自然对流。强制对流借助外力，例如风机或泵，迫使流体流动，提高传热效率。热管对流热管利用毛细作用和相变，将热量高效传递到需要的地方。热辐射1热能传播方式热辐射是热能的一种传播方式，不需要介质，通过电磁波的形式进行传递。2辐射强度辐射强度与温度和表面性质有关，温度越高，辐射强度越大。3应用领域热辐射在工业生产、日常生活和科学研究等领域都有着广泛的应用。热设备基础锅炉将燃料的化学能转化为热能，为工业生产和日常生活提供蒸汽或热水。内燃机将燃料的化学能转化为机械能，驱动车辆、船舶等。燃气轮机将燃料的化学能转化为机械能，用于发电、推进等领域。制冷机利用制冷剂循环，将热量从低温环境转移到高温环境，实现降温。蒸汽锅炉蒸汽锅炉是热能与动力工程专业的重要组成部分，是将燃料的化学能转化为热能，并以蒸汽的形式输出的设备。它广泛应用于电力、化工、冶金、制药等行业，为各种生产工艺提供热能。课程将深入讲解蒸汽锅炉的结构、工作原理、运行特点以及常见故障分析等内容。内燃机内燃机是将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的热机。内燃机广泛应用于汽车、船舶、飞机等领域。内燃机的种类很多，常见的有汽油机、柴油机、燃气轮机等。内燃机的工作原理是，燃料在气缸内燃烧，产生高温高压气体，推动活塞做功，从而输出机械能。内燃机的性能指标主要包括功率、排量、燃油消耗率等。燃气轮机燃气轮机是一种热力发动机，将燃料燃烧产生的热能转化为机械能。它主要由压气机、燃烧室、涡轮和发电机组成。燃气轮机广泛应用于电力生产、航空发动机、船舶推进等领域，具有高效率、低排放、运行可靠等优点。制冷原理制冷循环制冷循环利用制冷剂吸收热量，然后在压缩机中升压并排热，最终完成制冷过程。制冷剂制冷剂在低温下吸收热量，并在高温下释放热量，帮助完成制冷循环。热电制冷珀尔帖效应热电制冷利用珀尔帖效应，通过电流控制热能流动方向。半导体材料半导体材料的特性允许在电流控制下进行热量传递。应用范围适用于小型制冷设备，例如便携式冰箱、医疗设备。制冷压缩机压缩工质制冷压缩机将制冷剂气体压缩成高温高压气体，为制冷循环提供能量。类型常见的制冷压缩机类型包括往复式、螺杆式、离心式和涡旋式压缩机。应用制冷压缩机广泛应用于家用空调、商用冷藏设备、工业制冷系统等领域。热工仪表测量和控制热工仪表主要用于测量温度、压力、流量、液位等热力参数，并进行自动化控制。种类繁多常见的热工仪表包括温度计、压力计、流量计、液位计、流量计、燃烧分析仪等。应用广泛热工仪表在热能与动力工程领域中应用广泛，例如锅炉、汽轮机、压缩机、换热器等设备的运行监测和控制。测量基础测量原理测量是获取物理量信息的必要手段。不同的物理量需要使用相应的测量方法和仪器。温度、压力、流量、液位等参数的准确测量对于热能与动力工程系统的设计、运行和控制至关重要。常见仪表常见的热工仪表包括温度计、压力表、流量计、液位计等。每种仪表都具备特定的测量原理和应用范围。了解不同仪表的测量原理和特点，才能选择合适的仪表进行测量，并确保测量结果的准确性。燃料与燃烧燃烧过程燃烧是燃料与氧化剂发生的一种快速化学反应，释放能量，产生热量和光。燃料类型燃料包括固体、液体和气体，如煤炭、石油和天然气，在燃烧中释放能量。燃烧控制燃烧过程可以通过调节燃料与氧化剂的比例、燃烧温度和燃烧时间来控制。热能经济性热能利用率热能利用率是指有效利用的热能占总热能的比例，是衡量热能利用效率的重要指标。提高热能利用率，减少能源浪费，降低生产成本，是节能减排的重要途径。经济效益分析热能经济性分析主要包括热能成本分析、投资效益分析等。通过分析，可以确定热能利用的最佳方案，实现经济效益最大化。综合应用1系统集成