热能与动力工程专业基础课件

热能与动力工程专业基础能源与热量概念能源能源是指能够提供能量的物质或自然现象。它可以转化为各种形式的能量，例如机械能、电能、热能等。常见的能源类型包括化石燃料、水能、风能、太阳能等。热量热量是能量的一种形式，它表示在物体之间由于温度差而传递的能量。热量传递的方式主要有三种：传导、对流和辐射。热力学第一定律能量守恒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，总量保持不变。热力学系统热力学系统是指研究对象，通常由物质或物质集合组成，它与外界有明确的边界，可以与外界进行能量交换。能量形式能量可以以多种形式存在，包括热能、机械能、电能、化学能等。热力学第一定律描述了这些能量形式之间的转换关系。热力学第二定律1不可逆性能量转化方向2熵增原理孤立系统熵增加3热力学效率能量转化效率热力循环热力循环是将热能转换为机械能的过程，涉及工质在不同状态下的变化。常见的热力循环包括卡诺循环、朗肯循环、布雷顿循环等。热力循环的分析和设计涉及热力学、流体力学等学科知识。气体流动基本原理1连续性方程描述流体流动中质量守恒定律。2动量方程描述流体流动中动量守恒定律。3能量方程描述流体流动中能量守恒定律。流体静力学基础静止流体流体静力学主要研究静止流体的力学性质和规律。压力流体内部的压力是流体静力学的基本概念，它由流体的重量和外部压力共同作用产生。浮力浮力是静止流体对浸入其中的物体产生的向上托力，其大小等于被物体排开的流体的重量。流体动力学基础流体运动流体动力学是研究流体运动规律及其与周围环境相互作用的学科。流体性质流体动力学研究中需考虑流体性质，如密度、粘度、表面张力等。流体方程流体动力学使用一系列数学方程描述流体运动，包括连续性方程、动量方程和能量方程。流体传热基础1导热热量通过物质内部从高温区域传递到低温区域的过程。2对流热量通过流体运动从高温区域传递到低温区域的过程。3辐射热量以电磁波的形式从高温物体传递到低温物体，不依赖介质。界面热传导理论导热系数材料的热传导能力,影响热量传递速度.热阻对热量传递的阻碍,影响热量传递效率.热传递速率热量传递的快慢,受导热系数、热阻和温差影响.对流换热基本规律强制对流流体由外力驱动，例如风机、泵等，造成流体流动。自然对流流体受温度差影响，密度变化导致流动，例如暖气片周围空气流动。对流换热系数衡量对流换热效率，受流体性质、流动状态、换热面形状等因素影响。辐射换热基本规律黑体辐射黑体是理想化的物体，它能够完全吸收所有波长的辐射能量，同时也能以最大限度地辐射能量。斯特藩-玻耳兹曼定律黑体辐射出的能量与温度的四次方成正比。维恩位移定律黑体辐射强度随波长的变化而变化，最大辐射强度对应的波长与温度成反比。热交换器类型及设计管式结构简单，应用广泛。板式传热效率高，节省空间。螺旋板式适用于高粘度流体，结构紧凑。蒸汽动力循环1基本原理利用燃料燃烧产生的热能将水加热成蒸汽，再利用蒸汽推动汽轮机做功，最终将热能转化为机械能。2主要组成锅炉、汽轮机、凝汽器、水泵等。3循环过程水在锅炉中被加热成蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，推动发电机发电，蒸汽在凝汽器中冷凝成水，水被水泵送回锅炉继续循环。汽轮机及其辅机汽轮机汽轮机是一种利用蒸汽膨胀做功的旋转式动力机械。它通过将蒸汽的热能转换为机械能来驱动发电机，产生电力。辅机辅机是指为汽轮机正常运行提供辅助功能的设备，例如凝汽器、冷凝水泵、给水泵和除氧器等。燃气轮机及其特点高效燃气轮机可以将燃料中的化学能直接转化为机械能，效率很高。快速启动燃气轮机启动速度快，可以快速响应电力需求变化。低排放现代燃气轮机采用先进的燃烧技术，排放更低。内燃机概况1工作原理内燃机利用燃料燃烧产生的热能直接推动活塞做功，将热能转化为机械能。2分类主要分为汽油机和柴油机，根据气缸数、工作循环和冷却方式进一步分类。3应用广泛应用于汽车、船舶、航空、电力等领域，是现代社会重要的动力源之一。制冷循环和热泵1制冷循环原理制冷循环利用制冷剂的相变来吸收和释放热量，实现降温效果。2热泵技术热泵利用制冷循环原理，将低温热源的热量转移到高温热源，实现供热或制冷。3应用领域制冷循环和热泵广泛应用于空调、冰箱、冷库、热泵热水器等领域。热工测量技术温度测量热工测量技术是研究和应用热工仪器、仪表和方法来测量、控制和分析热工参数的技术。压力测量温度测量是热工测量的重要组成部分，常用的温度计有热电偶、热电阻、铂电阻等。流量测量压力测量也是热工测量中的重要内容，常用的压力计有压力表、差压计、压力传感器等。燃烧分析流量测量是热工测量中的另一个重要方面，常用的流量计有涡街流量计、孔板流量计、电磁流量计等。单相和多相流测试技术单相流单相流是指流体中只存在一种相，例如纯水或空气。多相流多相流是指流体中存在两种或多种相，例如油气水混合物。测试技术测试技术包括流量、压力、温度、成分等测量方法。流量测量原理和方法差压式流量计利用流体流过节流装置前后压差的变化来测量流量。涡轮式流量计通过流体旋转涡轮的速度来测量流量。电磁式流量计利用法拉第电磁感应定律测量导电流体中的流量。压力和温度测量技术压力测量压力测量技术包括测量绝对压力、表压和真空度。常用仪器包括压力表、压力传感器和压力变送器。温度测量温度测量技术包括测量物体或环境的温度。常用仪器包括温度计、热电偶和热电阻。燃烧分析及其装置燃烧效率燃烧效率是衡量燃烧过程效率的重要指标，它反映了燃料中化学能转化为热能的程度。烟气成分分析通过分析烟气中二氧化碳、氧气、一氧化碳等成分，可以评估燃烧的完全程度和是否存在排放污染。燃烧温度测量燃烧温度是燃烧过程的关键参数之一，它影响着燃烧效率、污染物排放等因素。热分析测试技术1热重分析(TGA)通过测量样品在受控气氛中随温度或时间变化的质量变化来研究材料的热稳定性、分解过程和相变。2差示扫描量热法(DSC)测量样品在加热或冷却过程中吸收或释放的热量，以确定材料的相变温度、玻璃化转变温度、熔点、结晶度等。3动态热机械分析(DMA)测量材料在受控温度和频率下受到机械载荷时的响应，以研究材料的粘弹性、模量、阻尼等。流体机械性能测试泵测试泵的流量、扬程、效率和功率等性能参数，确定其工作特性曲线。涡轮机测试涡轮机的转速、功率输出、效率和流量等参数，分析其工作性能。风机测试风机的风量、风压、效率和功率等性能指标，确定其工作特性曲线。热交换器实验技术性能测试测量热交换器的热量传递效率、压降等参数，评估其性能指标。传热系数通过实验数据计算热交换器的传热系数，分析影响传热效率的因素。流体特性研究不同流体对热交换器性能的影响，例如粘度、热容等。锅炉及其辅机试验燃烧效率测试测量锅炉燃烧效率，评估锅炉的性能和能效。排烟监测监测锅炉排烟中的污染物排放，确保环保合规。水质分析分析锅炉用水的水质，保证锅炉安全运行和延长寿命。内燃机性能测试1功率测试测量发动机在不同工况下的输出功率，评估其动力性能。2油耗测试评估发动机在不同负荷下的燃油消耗量，确定燃油经济性。3排放测试检测发动机排放的污染物浓度，评估其环境影响。4耐久性测试模拟实际工况，测试发动机在长时间运行下的可靠性和稳定性。制冷系统性能测试制冷量测试测试制冷系统在特定条件下的制冷能力，通常以冷吨（RT）或千瓦（kW）表示。能效比测试评估制冷系统的能效，即制冷量与输入功率之比，反映系统效率。温度测试测量制冷剂进出压缩机、冷凝器、蒸发器等部件的温度，分析制冷循环过程。压力测试测量系统不同部位的压力，例如压缩机排气压力、冷凝器压力、蒸发器压力，用于分析制冷剂循环过程。发电机组试验方法测试发电机组的性能，包括功率、效率、电压、电流等参数。检查发电机组的运