政史地西安交大热工基础课件

西安交通大学热工基础课件课程简介核心内容本课程深入探讨热工基础知识，涵盖热量的概念、热传递形式、热力循环和燃烧过程等重要主题。学习目标帮助学生掌握热工基础知识，并为后续学习相关专业课程奠定扎实基础。热量的概念能量形式热量是物体内部粒子无规则运动的能量表现形式。能量传递热量可以通过传导、对流和辐射这三种方式在物体之间传递。温度变化热量传递会导致物体的温度发生变化，热量增加则温度升高，反之则降低。热量的单位1焦耳(J)国际单位制(SI)中热量的基本单位。1卡路里(cal)过去常用的热量单位，1cal等于4.184J。1千卡(kcal)食品热量通常用千卡(kcal)表示，也称为大卡。热的传递形式传导通过物质内部的分子热运动进行的热量传递对流通过流体运动进行的热量传递辐射通过电磁波进行的热量传递传热的基本定律1傅里叶定律描述导热过程2牛顿冷却定律描述对流传热3斯特藩-玻尔兹曼定律描述辐射传热热量传递的基本方程傅里叶定律q=-k*dT/dx牛顿冷却定律q=h*(Ts-Tf)斯特藩-玻尔兹曼定律q=σ*ε*(T1^4-T2^4)导热传热热能传递温度不同的物体之间通过直接接触进行热能传递。热传导热量从温度较高的物体传递到温度较低的物体，直到两者达到热平衡。热量传递方向热量传递方向始终是从温度高的物体传向温度低的物体。对流传热流体运动流体运动是热量传递的关键因素，热量通过流体的流动而传递。对流系数对流系数反映了流体流动速度、流体性质和表面性质对热量传递的影响。辐射传热热辐射通过电磁波传播热量的方式，不需要介质。黑体辐射理想模型，吸收所有波长的辐射能量。热辐射率物体表面辐射热量的能力。辐射换热系数衡量辐射换热效率的指标。冷却塔冷却塔是一种利用空气与水进行热交换的设备，用于降低水温。冷却塔广泛应用于空调、发电厂、化工厂等工业领域。冷却塔的工作原理是将热水喷洒到塔内，与空气接触，利用空气的流动带走热量，从而降低水的温度。蒸发冷却1原理利用水的蒸发吸热，降低水的温度，从而达到冷却的目的。蒸发吸热量与蒸发水量成正比。2应用广泛应用于空调、工业冷却、发电等领域。3类型常见的蒸发冷却器类型包括冷却塔和蒸发式冷凝器。制冷过程1冷凝制冷剂释放热量，由气态变为液态2节流制冷剂压力降低，温度降低3蒸发制冷剂吸收热量，由液态变为气态4压缩制冷剂被压缩，压力和温度升高热力循环工质热力循环中，用于传递能量的物质被称为工质，例如水蒸气、空气等。循环过程工质经历一系列热力学过程，例如吸热、膨胀、做功、放热等，最终回到初始状态，形成循环。能量转化热力循环将热能转化为机械能，用于驱动各种机械设备，例如发电机。应用领域热力循环广泛应用于电力生产、制冷空调等领域。热效率的概念1定义热效率是指热机将热能转化为机械能的效率，通常用符号η表示。2公式热效率等于有用功与消耗热量的比值，即η=有用功/消耗热量。3重要性热效率是衡量热机性能的重要指标，它反映了热机利用热能的程度。热效率的计算燃气轮机蒸汽轮机内燃机热效率是热机利用燃料热能转化为机械能的效率。计算公式：热效率=有用功/消耗热量。汽轮机循环1蒸汽发生燃料燃烧产生的热量用来加热水，产生高温高压蒸汽。2蒸汽膨胀高温高压蒸汽进入汽轮机，膨胀推动汽轮机转动，产生机械功。3冷凝膨胀后的蒸汽进入冷凝器，凝结成水，释放热量。4循环凝结水被泵送回蒸汽发生器，继续循环。柴油机循环压缩空气被压缩到高温高压状态。喷油柴油被喷入高温高压的压缩空气中，自燃。做功燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功。排气燃烧后的废气被排出气缸。气体动力循环1布雷顿循环理想气体动力循环2实际循环考虑压气机效率3应用燃气轮机燃烧过程化学反应燃料与氧化剂（通常是空气）发生化学反应，释放出热量和光能。氧化过程燃料中的碳、氢等元素与氧气结合，生成二氧化碳、水等产物。能量释放燃烧过程中释放的能量主要以热能的形式表现出来，可以用于发电、供暖等。燃料的种类煤炭最常见的化石燃料，燃烧释放热量，提供能量。石油液体化石燃料，提炼出汽油、柴油等，广泛应用于交通运输和工业。天然气清洁的化石燃料，主要成分是甲烷，可作为燃料和化工原料。燃料的发热量燃料类型发热量(kJ/kg)煤炭20,000-30,000石油40,000-45,000天然气45,000-50,000燃烧反应的化学方程式甲烷CH4+2O2→CO2+2H2O乙醇C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O丙烷C3H8+5O2→3CO2+4H2O燃烧分析烟气分析烟气分析仪可以测量烟气中的主要成分，例如二氧化碳、一氧化碳、氧气和氮气。热量平衡分析通过对燃烧过程进行热量平衡分析，可以计算出燃烧效率和热损失情况。燃烧的影响因素空气过量系数：控制燃烧效率和排放物。燃料性质：燃烧速率、火焰温度和排放物。温度：影响燃烧速率和完全燃烧。余热利用提高能源效率将废热转化为可利用的能源，减少能源浪费，降低生产成本。减少环境污染减少排放，降低环境污染。锅炉概述锅炉是一种热能转换设备，它将燃料的化学能或其他形式的热能转换为热能，并将热能传递给水或其他介质，从而产生蒸汽或热水。锅炉在工业、民用、电力等领域广泛应用，是现代工业的重要设备之一。锅炉的分类燃料类型根据锅炉燃烧的燃料类型，可以分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、生物质锅炉等。用途根据锅炉的用途，可以分为工业锅炉、民用锅炉、供热锅炉、发电锅炉等。结构形式根据锅炉的结构形式，可以分为水管锅炉、火管锅炉、蒸汽锅炉、热水锅炉等。锅炉的主要部件1燃烧室燃料燃烧释放热量，并传递给水或蒸汽。2传热面热量从燃烧室传递到水或蒸汽的金属表面。3水循环系统将水或蒸汽在锅炉内循环，保证传热效率。4辅助设备包括给水泵、除氧器、烟气排放系统等。锅炉的性能指标100效率锅炉效率是指锅炉将燃料的热量转化为蒸汽或热水热量的比例。50蒸发量蒸发量是指锅炉在一定时间内蒸发的水量，通常以吨/小时为单位。10压力锅炉工作压