热工基础张学学二版高等教育出版社PPT课件.ppt

1、.11. 0-10-1 能量是物质运动的度量。 能量是人类社会进步的动力。 世界是由物质构成的，一切物质都处于运动状态，所以一切物质都具有能量。.2机械能电能化学能核能辐射能热能：.3 能源是指能够直接或间接提供能量的物质资源。 （1）能源分类 1 1）按开发利用的情况：常规能源：煤、石油、天然气、水能、核能等。新能源：太阳能、风能、海洋能、生物质能、 地热能、 核聚变燃料等。 2）按开发的步骤：一次能源: 煤、石油、天然气、风能、水能、 太阳能、 地热能、海洋能等。 二次能源: 电力、煤气、汽油、沼气、氢气、甲醇、酒精等。.4可再生能源：水能、太阳能、风能、海洋能、 生物质能、地热能等； 非

2、再生能源：煤、石油、天然气、核能等。 4）按开发利用过程中对环境的污染情况：清洁能源：太阳能、风能、水能、海洋能等；非清洁能源：煤、石油、天然气等。（2）能源对人类社会发展的重要意义 能源是人类社会生存的基础，能源的开发和利用是人类社会发展的动力，能源开发和利用水平是人类社会文明的重要标志之一。.5 能源问题是全世界关注的重大问题，从20世纪70年代起，就被列入世界5大问题之一。 全世界关注的5大问题：1）能源2）人口3）粮食4）环境5）资源能源建设也是我国四化建设的战略重点之一。 .6 正常情况下，每个国家能源消费总量及增长速度与其国民经济总产值及增长速度成正比，而能源的人均消费量的多少则反

3、映国民生活水平的高低。 1） 原煤：95 吨/人（世界人均 209 吨/人）； 原油：3 吨/人（世界人均 28 吨/人）； 天然气：1416 m3/人（世界人均 28400 m3/人）。.7 我国大陆地区年总发电量 2.5 亿千瓦，人均 0.2 千瓦/ /（人年）；台湾地区人均 1.01.0千瓦/ / （人年）； 欧、美、日本等发达国家 6 千瓦/ /人年） 。 我国的人均能源消费水平低，并且远低于世界发达国家的水平： .8 .9.10.11工业的发展带来了严重的环境污染，据调查，我国57%的城市空气中总悬浮颗粒超标；48个大中城市空气中的SO2浓度超标；82%城市出现过酸雨； 我国的CO2

4、排放量仅次于美国，居世界第二，占世界总排放量的13.6%。 据世界银行报导，我国城市空气污染对人体健康和生产造成的损失估计每年200亿美元；酸雨使农作物减产每年损失达50亿美元。.12 我国的能源建设要走可持续发展的道路，必须两条腿走路：（1）合理利用能源，提高能源利用率。主要途径就是改造或更新技术落后的能源利用终端设备；（2）大力开发对环境无污染或污染很小的新能源，如太阳能、风能、水能、地热能、海洋能、生物质能以及核能等。 .13能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。 氢、酒精等二次能源 燃料电池 电 能 机械能 辐射能热 能风能、水能、海洋能 机 械 机械能直接利用发电机 煤、石油

5、、天然气 热 能热机直接利用核 能核反应 太阳能光合作用生物质能燃烧食物利用集热器光电池90燃烧.14.15（1 1） 热利用：烧饭、采暖、烘干、熔炼等；（2）动力利用： 通过热机将热能转换成机械能或者再通过发电机转换成电能加以利用。 由于热能转换为机械能的有效利用程度（即热机的热效率）较低，早期蒸汽机的热效率只有1 2，现代燃气轮机装置的热效率大约只有37 42，蒸汽电站的热效率也只有40左右。因此，如何更有效地实现热能和机械能之间的转换，提高热机的热效率，是十分重要的课题。.160-2 热 工 基 础（热工理论基础） .171.（1 1） 工程热力学主要研究热能和机械能之间相互转换的规律及

6、提高能量转换经济性的途径和技术措施 。（举例）（2 2） 工程热力学采用经典热力学的宏观研究方法，还普遍采用抽象、概括、理想化和简化处理方法。 （举例说明）.18机械能锅炉 如何提高热机的热能利用率（热效率）是工程热力学的主要研究内容之一 。.192.（1 1）传热学主要研究热量传递的规律。 所谓热量，是指在温差的作用下传递的热能的数量。由于在人们的日常生活和生产实践中温差几乎无处不在，所以热量传递是普遍存在的物理现象。 一切热能利用过程都离不开传热，热能利用率和传热过程密切相关。 .20 （2 2） .21.22.23.24 能将热能转换为机械能的机器。 .25 实现热能和机械能之间转换的媒

7、介物质 本身热容量很大，且在放出或吸收有限量热量时自身温度及其它热力学参数没有明显变化的物体。 .26 .27.28.29.30 FpA 1 MPa = 103 kPa =106 Pa .31： 1 bar（巴） = 105 Pa 1 atm（标准大气压） = 1.013 105 Pa 1 at （工程大气压） = 0.981 105 Pa 1 mmH2O（毫米水柱） = 9.81 Pa1 mmHg （毫米汞柱） = 133.3 Pa .32：大气压力pb、表压力pe、真空度pv ppppppbebe=+=+pppppp=-bvbv.33.34：C： .35.36 .37.38Vvm1v.39

8、( , )pf v T, ,0F p v T ( , )Tf p vpvRT.40.41.42pv12.43.441. (1) ddWpA xp V21dWp V W J 或 kJ 对于.45dwp v21dwp v(2) .462. （1） 热量和功量都是系统与外界在相互作用的过程中所传递的能量，都是过程量而不是状态量 .47dwp v21dwp vdqT s 21dqT sdqsT.48dQT S21dQT S d0s 0q， d0s 0q， d0s 0q ，.4921qTds.50.51.52( , )uf T v.53pEmgzkpEUEE2kpf12eueeucgz2kf12Emc.

9、54.55QWU21QWUUU QUW dQUW .56dpQUdV21dQUp V dquw quw ddqup v 21dqup v .57.58fdddWpA xp Vpv mfwpv.5912mmm.6021f111 112Qm ucgzmp v21f111 112Qm ucgzp v2s2f222212Wm ucgzmp v2s2f222212Wm ucgzp v.61211 1f1112Qm up vcgz2222f22102swm up vcgzupvh.622fs12Qm hm cmg zW 22f2212Qm hcgz21f11s12m hcgzWHmh2fs12QHm cm

10、g zW .632fs1ddd2QHm cmg zW 2fs1ddd2qhcg zw 2fs12qhcg zw .64.652tfs12Wm cmg zW ，2tfs12wcg zw .66tQHW tqhw tdQHWtdqhw .67quw tqhw t221 1()wwp vp v.682221 11d()wp vp vp vt2211dd()p vpv21dv p .69tqhw 21dqhv p ddqhv p 2t1dwv p .70 sqhw tswws0w 21qhh0q s12whh.71120hh.72.73 理想气体是一种经过科学抽象的假想气体，在自然界中并不存在。但是，

11、在工程上的许多情况下，气体工质的性质接近于理想气体。因此，研究理想气体的性质具有重要的工程实用价值。本章重点讨论理想气体的性质、状态参数与热力过程的特点及计算方法。 .743-1 1. .75.76gpvR TgpVmR T.77mnM2-3O= 32.00 10 kg/molM2-3N= 28.02 10kg/molM-3= 28.96 10 kg/molM空气.78mgpVMR TmVM vgRMRmpVRTR R=8.314 J/(molK).79Rg gRRM,mnMpVnRT,gpVmR TgRRM.80物体温度升高1K（或1）所需要的热量称为该物体的热容量，简称热容。 ddQQCT

12、t.81ddqqcTtmCM cdVVqcT.82 ddqup v ( , )uu T vdddVTuuuTvTvd0v dVVuqTT.83dppqcTdVVVqucTT ddqhv p .84 ( ,)hh T pdddpThhhTpTpd0p dpphqTTdpppqhcTT.85 由于 ghupvuR TdVVVqucTTddVucT.86dpppqhcTTddphcTdd()dphupvcTdTd()dddgR TuTT = cV + Rg gpVccR Cp,m CV,m = R .87pVcc11VgcR230123pcaaTa Ta T230123VcaaTa Ta TgpVc

13、cRg1pcR.8822111 221dttttqc tctt22111 221211dttttqcc ttttt21ttc2100211ddttc tc ttt210201|ttctct.890tc 1.67 1.40 1.29,mVC,mpC32R52R72R52R72R92R.90.91 ddVucTddVucT21dvuc T ddphcTddphcT21dphcT .92dqsdqsTdd ,VucTddup vTddupvTTddhv pTddhvpTTdd ,phcTgpvR T.93dddVgTvscRTvdddpgTpscRTp2211lnlnVgTvscRTv 2211ln

14、lnpgTpscRTp gpvR T.942211lnlnVppvsccpv .95 .96 12Kpppp1kiip.97121kkiiVVVVV.98质量分数 ,iimwm1kiimm11kiiw分数 ,iinxn11kiix1kiinn.99分数 ,iiVV11kii1kiiVV各成分间的关系iipVn RTpVnRTiiVnVniixiimwm1iikiiin Mn M1iikiiix Mx M1iikiiix nMx nM.100iinxn1iikiiiw Mw M1iikiiim Mm MmMn11kiiin Mn1kiiix M1iikiiiwm Mwm M1kiiinMn.10

15、1gRRM1kiiiRx M1kijiwRM1kiiimcmc,1kpip iicwc,1kVi V iicwc,mppCMc,1kiip iix M c,m,1kipiixC,mVVCMc,1kii V iix M c,m,1kiViixC11kiiiwMM1kiiiMx M.102（3）：（1）： （2）：.103（4）： （5）： .104。 21vv2211pTpT21dVucT 21dphcT .105.106ddVTscT00ddsTVsTTscT00Vs scTT eVVTTsc 由于T与cV都不会是负值，所以定容过程在图上是一条斜率为正值的指数曲线。 .10721d0wp v2

16、121d()twv pv pp qu .10821pp2211vTvT.109pc dTqdsTT00ps scTT eppTTscVVTTsc.1102211p()wdvp vv21()R TT21d0twv p 21qhh.11121TT2112pvpv.11221dwp v21lngvR Tv21dtwv p 12lngpR Twp0uh 21dgR Tvv12lngpR Tp21dgR Tpp .113tqww21dqT s21()T ssd0qsT2112lnlnggvpR TR Tvp.114dddVppvsccpvdd0pVcpvpcvpVccdd0pvpvlnlnpv常常数数p

17、v=常数=常数1.1151 122p vp v2112pvpvgpvR T12112TvTv12211TPTPpv= =常常数数sppvv Tppvv .1160quw wu 12uu.11712VwcTT121gRTT1 12211p vp v12211TPTP112111gR Tpwp.118t0qhw t12whhh t12pwcTT1 1221p vp v121gRTT12211TPTP112t111gR Tpwptww.119npv n n = 0，p = n = 1，pv= n = ，pv = ，v = n .1202112npvpv12112nTvTv12211nnTpTpddp

18、pnvv .121ddnqT scT ddnTTscn = 0 :npccddpTTscn = 1 :nc d0dTsn = :0nc ddTs n = nVccddVTTsc.12221dwp v1 1/nnpp vv1 1221()1p vp vn121()1gR TTn1211111nngpR Tnppv=RgT12211nnTpTp(n 0,1)2t1dwv p 21dnp vn w(n ) pvn=const vdp=npdv.123quw qwquw 21121()()1VgcTTR TTn21()1gVRcTTn21()11ggRRTTn2121()()1VnncTTc TTn1

19、nVnccn.1241nVnccnnpccnc 0nc nVcc.125.126.127 41 .1282 .129 1. p v.130net1 22 1abWWW1 23412 1432ab面面积积面面积积netWnetQnet12QQQ1 23412 1432ab面面积积面面积积.131d0U net12WQQnet122t1111WQQQQQQ .132.133net12WQQ12netQQW22net12QQWQQ11net12QQWQQ 1 .1342C11qq 2211211TssT ss 211TT .1352C11qq 2111lngvqR Tv3234lngvqR Tv11

20、3223vTvT114114vTvT113232vTTv3214vvvv32C1111TqqT 22C1111qTqT 对于理想气体：.1362C11TT .1372C12TTT1C12TTT .13812RRWW22QQ22QQ12RRWW.139.140 dqsT22t1111qTqT 2211qTqT1212qqTT.14112120qqTT12120qqTT121 22 1120ABqqTT0qT .142qT1 21 2ABqqTTqTdqsT0qT .143dQST 221111QTQT 2121QQTT12120QQTTQ0QT .14412120QQTT 0QT 0QT .14

21、50QT 1 22 10abQQTT122 1bQSST121 2()0aQSST211 2aQSST211 2aQSST.146热力学第二定律表达式dQSTgddQSSTfgddSSfdQST.147fgdddSSSfgSSS pVcccddQmc TSTT21lnTSmcTc=const.148fd0QSTisog0SS .149 TRIR T0Q1Q1Q2Q2WRWIRt,Rt,IRRIR11WWQQ.15011QQRIRWWRIRIWW1212()()QQQQ22QQ0isoTTSSS 112200QQQQTTTT 120/Q TQT11QQ22iso00QQSTT220QQT0IT.

22、1510isoITS.152 .1530 x,1QTEQT0 x,1QTEQT.1540.155,max,0ss A as awww, s A aawhh,000s aaawhhq000aaqTss00Tsss,max000whhTss.156x,000HehhTss12,maxx,x,sHHwee12012hhTss12,maxx,x,x,sHHQweee.157out,maxx,sIwwe12x,x,x,x,HHQIeeee12x,x,x,x,outIQHHeeeew.158.159.16051 .161 ptsss( )pf t.162 ptts v( , )v h s (,)v h s

23、 vwvmxmmabcderhhstt.163cr22.064 MPap cr373.99tcr0.003106v .164.165.166.1670.00061kJ/kg0 kJ/kghupv1xvxvx vvx vv1xhxhx hhx hh1xsxsx ssx ss.168.169.1700w)(21ppvwt212121()()quuhhpp v.1712121221 1()()()wquT sshhp vp v2121()()twqhT sshh 2211d()qT sT ss.1720tw 21qhh21()wp vv.1730q 12twhh21uuw.174.175湿空气：含有

24、水蒸气的空气。干空气：完全不含水蒸气的空气。 在干燥、空气调节以及精密仪表和电绝缘的防潮等对空气中的水蒸气特殊敏感的领域，则必须考虑空气中水蒸气的影响。 湿空气中水蒸气的分压力很低，可视水蒸气为理想气体。一般情况下，湿空气可以看作理想混合气体。根据道尔顿定律，湿空气的总压力等于水蒸气的分压力与干空气的分压力之和： avppp.1761. 未饱和湿空气与饱和湿空气 未饱和湿空气：饱和湿空气：湿空气中的水蒸气未饱和，处于过热状态，湿空气还能吸收水份。 vspp T湿空气中的水蒸气已饱和，不能再吸收水份。 vspp T定温吸湿过程13 .1772. 露点 露点：结露：湿空气中的水蒸气分压力pv v对

25、应的饱和温度Td称为露点温度，简称露点。 vspp T定压降温到露点，湿空气中的水蒸气饱和，凝结成水（过程12）。 结霜：d0 CT .1783. . 绝对湿度、相对湿度和含湿量 湿度：湿空气中水蒸气的含量。 （1 1） 绝对湿度 1m3的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度，即湿空气中水蒸气的密度： vvg,vpmVR T饱和湿空气的绝对湿度达到最大值TRpvg,ssg,v3v8.5145J/(mol K)461.518.016 10 kg/molRRM水蒸气的气体常数： .179（2 2） 相对湿度 湿空气的绝对湿度 与同温度下饱和湿空气的绝对湿度 之比称为湿空气的相对湿度。 vs

26、svsvpp饱和湿空气干空气未饱和湿空气相对湿度越小，空气越干燥，吸水能力越强；相对湿度越大，空气越湿润，吸水能力越低。1010.180（3 3） 含湿量 在湿空气中，与单位质量干空气共存的水蒸气的质量，称为湿空气的含湿量或比湿度。 avavmmdkg/kg(干空气)TRpvg,vvTRpag,aass622. 0pppd据理想气体状态方程： g,v461.5J/(kg K)Rg,a287 J/(kg K)R.1814. . 湿空气的相对分子质量、气体常数及密度干空气的相对分子质量: : 97.28ar,M水蒸气的相对分子质量: : 016.18vr,Mrar,avr,vavr,ar,vMMM

27、ppMMppvr,ar,ar,vpMMMpv28.97 10.954pp湿空气的平均相对分子质量: : .182湿空气的气体常数 gv287J/(kg K)1 0.378vRRpMp湿空气的密度: :每立方米湿空气所具有的质量。avavmmVTpRRTRpvvg,ag,ag,11avg,ag,vppR TR TTpTps001317. 0287.1835. 湿空气的焓 湿空气的焓： vvaahmhmH湿空气的比焓： vaadhhmHhkJ/kg（干空气）工程上，取0 C时干空气、饱和水的焓为零，即 ha= 0 、 hv= 01.005(2501 1.863 )htdt1.005aphc ttv

28、2501 1.863ht温度t下干空气和水蒸气的焓分别为温度t下干湿空气的焓为kJ/kg（干空气）.1846. 湿空气的焓湿图 湿空气的焓- -湿图是湿空气工程计算的重要工具。 （1 1） 定焓线簇 h0 、h1、 h2 、h3 （2 2） 定含湿量线簇 d1、 d2 、d3 （3 3） 定温线簇 t0 、t1、 t2 、t3 （4 4） 定相对湿度线簇 1、 2 、 3 .1851. 加热吸湿过程 工程上的干燥处理过程，如谷物、木材、药材、纺织品、食品、造纸等许多烘干工艺。 人工干燥方法：利用未饱和湿空气来吸收被干燥物体的水分，达到干燥的目的。 为了提高湿空气的吸湿能力，通常先对湿空气进行加

29、热。由于加热过程中湿空气的含湿量不变，但随着温度升高，相对湿度降低，湿空气的吸湿能力增强。 .186在焓- -湿图中湿空气的加热过程如12所示。 加热后的湿空气送入干燥室吸收被干燥物料的水份。如果忽略干燥室与外界的热量交换，物料中水份蒸发所吸收的潜热完全来自湿空气，因此物料干燥过程对湿空气来说是绝热加湿过程，湿空气的含湿量d 和相对湿度 增加，其焓值基本不变，如23所示。.1872. 冷却去湿过程 湿空气被冷却时，温度降低。在温度降至露点前其含湿量保持不变，相对湿度逐渐增加。当相对湿度达到1时，湿空气饱和，如果再继续冷却，则析出水份，过程将沿着的饱和曲线向含湿量减少、温度降低的方向进行，如12

30、所示。 .188将干湿球温度计由两个温度计构成，如图所示。 如果将干湿球温度计置于通风良好的湿空气中，由于湿球温度计上湿布的水分蒸发, ,吸收汽化潜热，使湿纱布中的水温降低，湿球温度计读书下降。当水分蒸发所需要的热量等于周围空气所传给的热量时，湿球温度计读书维持在某一数值不变，这一温度值称为湿球温度 tw 。 干球温度计：测量空气温度 t 湿球温度计: : 测量湿球温度 tw.189 当湿空气未饱和时，其相对湿度愈小，湿球温度计上纱布中水分蒸发愈快，需要的汽化潜热愈多，湿球温度愈低，干、湿球温度差就愈大；反之，湿空气的相对湿度越大，干、湿球温度之差就愈小；当湿空气的相对湿度等于1时，湿空气为饱

31、和湿空气，干球温度与湿球温度相等。 干、湿球温度之差可以表征空气相对湿度的大小，它们之间的关系可以表达为 wftt 根据干湿球温度计测量的干、湿球温度就可以由上式确定空气相对湿度的大小。.190焓- -湿图表示湿空气的加热吸湿和冷却去湿过程，.191 (thermal conduction) (thermal convection) (thermal radiation).192导热） .193 0 xt tw2 tw1 2.w1w 2ttA.194w1w 2ttqA热流密度 qw1w 2ttAw1w 2ttAw1w 2ttRRAtw1 tw2 R热阻网络.195热对流对流换热: = Ah(t

32、w tf) q = h(tw tf) .196wf1ttAh1hRAhtw tfhR = Ah(tw tf) wfhttR = Ah(tw tf) .197 .198 h /W /( m2K) 110 1001 000 10100 10015 000 250035 000 500025 000.199 c0ccn803.0 10c .200 .201 .202，.203辐射换热的主要影响因素： .204.2051f1w1Ah ttf1w111ttAhf1w11httRw1w2ttAw1w2ttAw1w2ttR tw2 tw1 0 xt h1 tf1 h2 tf2 .2062w2f2Ah ttw2f221ttAhw2f22httRf1f 21211ttAhAAhf1f 2kttRf1f 212hhttRRR12khhRRRRtw1 R1hR2hRtw2 tf1 tf2 .207f1f 2Ak ttAk t12111khhf1f2qk ttf1f21211tthh.208