[自然科学]高等工程热力学课件下.ppt

第八章 湿空气的性质,本章学习内容,1 研究气体流动过程中,2 研究影响气体在管内流的,气流速度变化,能量转换,状态参数变化,的规律,系统的外部条件,管道截面积的变化,基本知识点,1.理解绝对湿度、相对湿度、含湿量、饱和度、湿空气密度,3.熟练使用湿空气的焓湿图。,4.掌握湿空气的基本热力过程的计算和分析。,2. 干球温度、湿球温度、露点温度和角系数等概念的定义式及物理意义。,湿空气（干空气水蒸气）,空调、通风、烘干、冷却塔、储存,8-1 湿空气的性质,湿空气与一般理想混合气体的最大区别 水蒸气的含量是变量!,分压低,理想混合气体,冷却塔照片,饱和蒸汽,1、未饱和湿空气,未饱和湿空气和饱和湿空气,过热蒸汽,水蒸气,干空气 过热水蒸气,pv ps(T),2、饱和湿空气,未饱和湿空气和饱和湿空气,pv ps(T),T,s,ps,温度一定，不能再加入水蒸气,从未饱和到饱和的途径,T,s,pv,ps,a,b,d,c,e,结露,Td 露点温度,Td = Ts(pv),结露与露点,湿润的夏天水管上常出现水珠?,冷水管t=20oC,T,s,d,td=28.98oC,干燥的冬天pv小，,td0.0 oC,结霜,结雾？,湿空气中所含水蒸气的量,湿空气的湿度,1、绝对湿度,每1m3湿空气中所含的水蒸气的质量,kg水蒸气/m3湿空气,绝对湿度,T , pv下水蒸气的密度,不常用,2、相对湿度, 1 饱和湿空气,在相同的温度下：,相对湿度, 0 干空气,0 1 未饱和湿空气,表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度,反映所含水蒸气的饱和程度,3、含湿量,湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准,含湿量,kg水蒸气/kg干空气,以单位质量干空气为基准，理想混合气体,kJ/kg干空气,工程上，取0oC时,8-2 湿空气的焓、熵和容积,干空气的焓,水蒸气的焓,温度t下,饱和水的焓hv=0,湿空气的熵,kJ/kg干空气.K,湿空气的容积,1kg干空气的湿空气的容积 m3/kg,分压定律,8-3 湿球温度,无法直接测量,间接方法,1. 绝热饱和温度法,d1,1,2,mf,1,2,T2,湿球温度,2. 干湿球温度法,图5-9 干湿球温度计,t = tw= ts(pv),球面上,蒸发热=对流热,tw绝热饱和温度,干球温度,湿球温度与露点温度,图5-9 干湿球温度计,t = tw= td,tw,td,t,t tw td,8-4 湿空气的焓湿图与热湿比,湿空气的参数很多，有多少独立的变量,根据相律,组元数 2,pb, h , d,焓湿图,相数 1,固定,pb= 0.1MPa,焓湿图的结构,d=0 干空气,d,h,135度,焓湿图的结构,d,h,正斜率的直线,等干球温度线,焓湿图的结构,d,h,是一组向上凸的线,等相对湿度线,饱和线,上部未饱和线,下部无意义,干空气d=0,焓湿图的结构,d,h,4、 线,ts=99.63oC,焓湿图的结构,d,h,焓湿图的结构,d,h,6、露点td,pv下饱和湿空气,td,焓湿图的结构,d,h,7、湿球温度tw,绝热饱和温度,td,tw,t,湿球温度与绝热饱和温度,d1,1,2,mf,1,2,热力学第一定律,焓湿图的结构,d,h,8、热湿比,h-d图上为直线,:, :, :, :,角系数：过程方向 与特征,焓湿图的结构,d,h,8、热湿比,1,2,已知初态1,过程斜率已知 可确定终态,焓湿图的结构,d,h,不同的pb 不同的h-d图,8-5 湿空气的基本热力过程,一、单纯加热或冷却过程,d不变,d,h,1,2,2,加热,放热,二、冷却去湿过程,d,h,1,2,2,3,4,三、绝热加湿过程,d,h,1,2,d1,h1,d2,h2,d2-d1,h水,t1,t2,蒸发冷却过程,四、加热加湿过程,d,h,1,2,d1,h1,d2,h2,d2-d1,h水,t1,t2,q,h2,h1,3,h3,五、绝热混合过程,空调工程常用方法,d1,d2,ma2,ma1,ma3,d3,五、绝热混合过程,d,h,1,2,h3,h2,3,h1,d1,d2,ma2,ma1,ma3,d3,ma1,ma2,第九章 气体和蒸汽的流动,本章学习内容,1 研究气体流动过程中,2 研究影响气体在管内流的,气流速度变化,能量转换,状态参数变化,的规律,系统的外部条件,管道截面积的变化, 9-1 绝热流动的基本方程,一 概念,稳态稳流(稳定流动),状态不随时间变化,恒定的流量,二 几个基本方程,连续性方程,绝热稳定流动能量方程,定熵过程方程,(1) 连续性方程,const,由稳态稳流特点,适用于任何工质,可逆和不可逆过程,截面面积,气流速度,气体比容,(2) 绝热稳定流动能量方程,适用于任何工质,可逆和不可逆过程,注：增速以降低本身储能为代价,(3) 定熵过程方程式,= const,可逆绝热过程方程式,适用条件: (1)理想气体 (2)定比热 (3)可逆,微分,三 音速与马赫数,微小扰动在流体中的传播速度,压力波的传播过程 可作定熵过程处理,(1) 音速,定义式:,定熵过程,理想气体,只随绝对温度而变,(2) 马赫数,M1 超音速,M=1 临界音速,M1 亚音速, 9-2 定熵流动的基本特性,得,dc0,dp0,由此可见,dc 0,dp 0,二、管道截面变化的规律,连续性方程,可逆绝热过程方程,注:扩压管dc0,故不同音速下的形状与喷管相反,喷管和扩压管流速变化与截面变化的关系,流动状态,管道种类,管道形状,M1,M1,dc0,dc0,喷管,dp0,1,2,M1,渐缩渐扩扩喷管M1 渐缩渐扩扩压管M1转M1,1,2,M1,M=1,M1,M1,扩压管,dp0,1,2,1,2,1,2,1,2,M=1, 9-3 喷管中流速及流量计算,一 定熵滞止参数,将具有一定速度的气流在定熵条件 下扩压，使其流速降低为零时的参数,二、喷管的出口流速,由绝热稳定流动能量方程,对理想气体,对实际气体,三、临界压力比及临界流速,(1)临界压力比,代入出口流速方程,特别的对 双原子气体：,四、流量与临界流量,一般通过计算最小截面的质量流量,由连续性方程知，各个截面的质量流量相等,（1）渐缩喷管的质量流量计算,注意 的取值,（2）渐缩渐扩喷管的流量计算,正常工作时,M=,五、喷管的计算,1 喷管的设计计算,已知,1) 当 即 采用渐缩喷管。,2）当 即 采用缩扩喷管。,（2）渐缩喷管的校和计算,已知,1) 当 即,2）当 即,喷管的最大流量,kg/s, 9-4 扩压管,注:动能损失得越多压力增加得越多,扩压管的扩压比概念,定义式,由能量 方程得,则定熵过程, 9-5 具有摩擦的流动,定义式,消耗一部分功, 9-6 绝热节流,定义：气体在管道中流过突然缩小的截面， 而又未及与外界进行热量交换的过程,特点：绝热节流过程前后的焓相等，但整个过程绝不是等焓过程。,流体在通过缩孔时动能增加，压力下降并产生强烈扰动和摩擦。扰动和摩擦的不可逆性，导致整个过程的不可逆性。,不可逆性：,绝热节流前后参数的变化,(1) 对理想气体,(2) 对实际气体,节流前后焓不变,温度不一定不变,绝热节流温度效应,温度效应只与气体的性质有关,与其状态无关,绝热节流系数（焦尔汤姆逊系数）,定义式,物性参数 反映与理想气体的偏差,第十章 动 力 循 环,本章基本要求,熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。,本 章 重 点,1。熟悉朗肯循环图示与计算 2、朗肯循环与卡诺循环 3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 4、再热、回热原理及计算,动力循环研究目的和分类,动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的热量的一部分转换成对外的净功,按工质,气体动力循环：内燃机,蒸汽动力循环：外燃机,空气为主的燃气,按理想气体处理,水蒸气等,实际气体,研究目的：合理安排循环，提高热效率,水蒸气：火力发电、核电,低沸点工质：氨、氟里昂,太阳能、余热、地热发电,动力循环：以获得功为目的,热机：将热能转换为机械能的 设备。 热机的工作循环称为动力循环。,动力循环：蒸汽动力循环 燃气动力循环,四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵,10-1 朗肯循环,水蒸气动力循环系统,锅 炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,水蒸气动力循环系统的简化,锅 炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,1,2,3,4,简化（理想化）：,1,3,4,2,p,v,郎肯循环pv图,4,3,2,1,T,s,h,s,1,3,2,4,郎肯循环Ts和hs图,h,s,1,3,2,4,郎肯循环功和热的计算,汽轮机作功：,凝汽器中的定压放热量：,水泵绝热压缩耗功：,锅炉中的定压吸热量：,h,s,1,3,2,4,郎肯循环热效率的计算,一般很小，占0.81%，忽略泵功,朗肯循环与卡诺循环比较,s,T,6,4,2,1,10,9,8,7,5,3, q2相同； q1卡诺 q1朗肯 卡诺 朗肯； 等温吸热41难实现, 11点x太小,不利于汽机强度； 12-9两相区难压缩； wnet卡诺小, 卡诺 朗肯； wnet卡诺 wnet 朗肯,11,12,对比同温限1234,对比5678,对比9-10-11-12,s,p1, t1, p2,6,5,4,3,2,1,如何提高朗肯循环的热效率,影响热效率的参数？,T,s,T,6,5,4,3,2,1,蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响,s,T,6,5,4,3,2,1,蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响,s,T,6,5,4,3,2,1,乏汽压力对朗肯循环热效率的影响,缺点： 受环境温度限制，现在大型机组p2为0.00350.005MPa，相应的饱和温度约为27 33 ，已接近事实上可能达到的最低限度。冬天热效率高,T,s,6,5,4,3,1,b,10-2 蒸汽再热循环(reheat),T,s,6,5,4,3,1,b,蒸汽再热循环的热效率, 再热循环本身不一定提高循环热效率, 与再热压力有关, x2降低,给提高初压创造了条件，选取再热压力合适，一般采用一次再热可使热效率提高23.5。,蒸汽再热循环的实践, 再热压力 pb=pa0.20.3p1, p110MPa，一般不采用再热, 我国常见机组，10、12.5、20、30万机组，p113.5MPa，一次再热, 超临界机组， t1600，p125MPa，二次再热,T,s,6,5,4,3,1,b,蒸汽再热循环的定量计算,吸热量：,放热量：,净功（忽略泵功）：,热效率：,蒸汽再热循环实体照片,10-3 蒸汽回热循环(regenerative),抽汽,去凝汽器,冷凝水,表面式回热器,抽汽式回热,蒸汽抽汽回热循环,(1- )kg, kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,由于T-s图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功,抽汽回热循环的抽汽量计算,(1- )kg, kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,以混合式回热器为例,热一律,忽略泵功,抽汽回热循环热效率的计算,(1- )kg, kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,吸热量：,放热量：,净功：,热效率：,为什么抽汽回热热效率提高？,(1- )kg, kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,教材P.256推导,简单朗肯循环：,物理意义： kg工质100%利用 1- kg工质效率未变,蒸汽抽汽回热循环的特点,小型火力发电厂回热级数一般为13级，中大型火力发电厂一般为 48级。,优点 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 可兼作除氧器,缺点 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资,缺点,提高循环热效率的途径,改变循环参数,提高初温度,提高初压力,降低乏汽压力,改变循环形式,回热循环,再热循环,改变循环形式,热电联产,燃气-蒸汽联合循环,新型动力循环,IGCC,PFBC-CC,.,10-4 热电联产(供)循环,用发电厂作了功的蒸汽的余热来满足热用户的需要，这种作法称为热电联(产)供。,背压式机组(背压0.1MPa),热用户为什么要用换热器而不直接用热力循环的水？,背压式热电联产(供)循环,背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一,清华北门外2台背压式， 5000kW电负荷,抽汽调节式热电联产(供)循环,抽汽式热电联供循环, 可以自动调节热、电供应比例，以满足不同用户的需要。,热电联产(供)循环的经济性评价, 只采用热效率 显然不够全面, 能量利用系数,，但未考虑热和电的品位不同, Ex经济学评价, 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保,第十一章 制冷（致冷）循环,本章基本知识点,1. 熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。,2.了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。,动力循环与制冷（热泵)循环, 制冷（热泵)循环 输入功量（或其他代价），从低温 热源取热, 动力循环 输入热,通过循环输出功, 热泵循环 输入功量（或其他代价），向高温热用户供热,正循环,逆循环,逆循环,制冷循环和制冷系数,Coefficient of Performance,T0环境,T2冷库,卡诺逆循环,q1,q2,w,热泵循环和供热系数,Coefficient of Performance,T1房间,T0环境,卡诺逆循环,q1,q2,w,制冷能力和冷吨,生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小,制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取 走的热量(kJ/s)。,商业上常用冷吨来表示。,1冷吨：1吨0C饱和水在24小时内被冷冻 到0C的冰所需冷量。,水的凝结（熔化）热 r =334 kJ/kg,1冷吨=3.86 kJ/s,1美国冷吨=3.517 kJ/s,制冷循环种类,111 空气压缩制冷循环,冷却水,膨胀机,压缩机,冷藏室,冷却器,3,2,1,4,空气压缩制冷循环过程,四个主要部件；工质：空气,理想化处理：理气； 定化热; 可逆；,pv图和Ts图,1 2 绝热压缩,2 3 等压冷却,3 4 绝热膨胀,4 1 等压吸热,p,v,3,2,1,4,T,s,T2,T0,1,2,3,4,逆勃雷登循环,s,s,p,p,制冷系数,T,s,1,2,3,4,空气压缩制冷循环特点, 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。,2. q2=cp(T1-T4)，空气cp很小， (T1-T4)不能太大， q2 很小。,3. 活塞式流量m小，制冷量Q2=m q2小，, 使用叶轮式，再回热则可用。,pv图和Ts图,p,v,