动力工程-热工基础.ppt

06 03 2020 动力工程 热工基础 1 发电厂热力设备主讲 卞双 06 03 2020 2 动力工程 热工基础 本课程的主要内容 绪论第一章工程热力学基础第二章传热学基础第三章锅炉设备第四章汽轮机第五章热力发电厂 06 03 2020 3 动力工程 热工基础 本课程的主要内容 绪论第一章工程热力学基础第二章传热学基础第三章锅炉设备第四章汽轮机第五章热力发电厂 06 03 2020 4 动力工程 热工基础 绪论 热能利用及在电力工业中的地位与作用电能及其生产方式中国电力工业发展概貌现代汽轮机发电厂的组成及生产过程本课程的任务与主要内容 06 03 2020 动力工程 热工基础 5 能源与人类文明 06 03 2020 动力工程 热工基础 6 自然界中蕴藏着丰富的能量 如 风力 水力 太阳能以及原子能等 按物质运动的形式不同 能量可相应地分为 机械能 热能 电能 化学能 辐射能 核能 等多种形式 06 03 2020 动力工程 热工基础 7 06 03 2020 8 动力工程 热工基础 热能 是指组成物质的所有微粒作各种不规则热运动时的总能量 热能的利用直接 加热 采暖 蒸煮 烘干 间接 热能 机械能 电能 06 03 2020 动力工程 热工基础 9 电能及其生产方式 电能是最具生命力的优质洁净能源 它能很方便地转换成其他多种形式的能量 如 机械能 热能 化学能等 电能便于通过变压设备和电力输送线路 实现远距离输送而损失较少 电能在国民经济发展中占据着重要地位 电力工业的发展直接影响到国民经济的发展 06 03 2020 动力工程 热工基础 10 电能可以由自然界的各种能源 一次能源 转换而来 化石燃料 水力 核能 风能 太阳能 地热能 潮汐能等 其中以应用化石燃料 热力发电 水力资源和原子能来发电占主要地位 06 03 2020 动力工程 热工基础 11 06 03 2020 动力工程 热工基础 12 06 03 2020 13 动力工程 热工基础 能源问题 06 03 2020 动力工程 热工基础 14 热力发电特点 投资较少 建期较短 布局和规模灵活 可以既发电又供热 消耗大量燃料 发电成本高 技术管理较复杂 对环境有污染 水力发电特点 不消耗燃料 发电成本低 运行操作比较简单 对环境无污染 工程浩大 投资多 建期长 布局和规模受自然条件限制 发电能力在枯水季节将大幅度减小 06 03 2020 动力工程 热工基础 15 原子能发电特点 核燃料热值比煤的热值高出250万倍 因而核燃料的消耗量少 运输量小 发电成本低 污染小 初投资大 用于放射性污染的防护费用高 06 03 2020 动力工程 热工基础 16 中国电力工业发展概貌 光绪三十一年 1905年 镇江大照电灯有限公司全景 06 03 2020 动力工程 热工基础 17 1949年全国发电装机容量为185万kw 发电量为43亿kwh 人均用电量9kwh 1978年全国发电装机容量为5712万kw 发电量为2566亿kwh 2001年全国发电装机容量为3 3861亿kw 发电量为14839亿kwh 截止到2005年底 全国发电装机容量为5亿kw 到2004年底 火电 水电 核电 风电在电力总装机中的比重分别为73 7 24 5 1 6 0 2 06 03 2020 动力工程 热工基础 18 核电的发展 中国核电起步于上世纪80年代 经过20年来的发展 已经建成和在建核电机组共19台 总装机容量约1600万千瓦 已经建成的9台核电机组发电量占中国大陆总发电量的2 3 1991年10月31日 我国自行设计建造的第一座核电站 秦山核电站 300MW 并网发电成功 1994年大亚湾核电站两套900MW压水堆机组投入商业运行 九五 期间我国又有4座核电站投入建设 它们是 秦山二期2 600MW压水堆核电站 秦山三期2 700MW重水堆核电站 岭澳两个百万千瓦级压水堆核电站 连云港2 1000MW压水堆核电站 06 03 2020 动力工程 热工基础 19 2000年底运行中的主要水电站 1000MW及以上 06 03 2020 动力工程 热工基础 20 中国年发电量居世界的位次 06 03 2020 动力工程 热工基础 21 历年电力装机和发电量的构成比 1981 2000 06 03 2020 动力工程 热工基础 22 06 03 2020 动力工程 热工基础 23 06 03 2020 动力工程 热工基础 24 热力发电厂的分类 06 03 2020 动力工程 热工基础 25 现代汽轮机发电厂的组成及生产过程 现代热力发电厂的主要组成部分包括热力和电气两大部分 锅炉 汽轮机和发电机为发电厂的三大核心设备 06 03 2020 动力工程 热工基础 26 06 03 2020 动力工程 热工基础 27 现代汽轮机发电厂的生产过程从能量的观点看 热力发电厂的基本过程是 燃料的化学能热能机械能电能 锅炉 汽轮机 发电机 06 03 2020 动力工程 热工基础 28 火力发电厂生产系统示意图 06 03 2020 动力工程 热工基础 29 制粉及燃烧系统 制粉系统煤皮带运送机原煤仓给煤机磨煤机粗粉分离器旋风分离器煤粉仓给粉机输粉管喷燃器炉膛 06 03 2020 动力工程 热工基础 30 燃烧系统燃料在炉膛内燃烧 以辐射换热方式将热量传递给炉墙内壁四周的水冷壁内的介质 燃烧产物为高温烟气和灰渣 高温烟气 依次经过过热器 省煤器 空气预热器 除尘器 引风机 烟囱 排入大气 灰渣 飞灰 用水冲入冲渣沟和冲灰沟 06 03 2020 动力工程 热工基础 31 汽水系统 锅炉给水由给水箱给水泵高压回热加热器省煤器汽包下降管下联箱水冷壁管汽包过热器主蒸汽管汽轮机凝汽器热井凝结水泵低压回热加热器除氧器给水箱 06 03 2020 动力工程 热工基础 32 冷却水系统 江河 或冷却水池 中的水吸水滤网循环水泵冷却水进水管凝汽器冷却水出水管江河 或冷却水池 06 03 2020 动力工程 热工基础 33 06 03 2020 动力工程 热工基础 34 本课程的主要内容 绪论第一章工程热力学基础第二章传热学第三章锅炉设备第四章汽轮机第五章热力发电厂 06 03 2020 动力工程 热工基础 35 第一章工程热力学基础 06 03 2020 动力工程 热工基础 36 本章主要包括以下内容 工质及其基本状态参数热力学第一定律稳定流动能量方程式与焓水蒸汽在定压下的形成过程水蒸汽图表及其应用水蒸汽的典型热力过程热力学第二定律朗肯循环 06 03 2020 动力工程 热工基础 37 06 03 2020 动力工程 热工基础 38 工程热力学是研究热现象的学科 工程热力学是热力学的一个分支 主要研究热能与机械能之间相互转换时的量与质的关系 着重研究热能转变为机械能的基本规律 并寻求进行这种转换的最有利的条件 工程热力学为人们正确理解发电厂中的能量转换过程 正确理解热力设备的原理等提供了必要的基础理论知识 06 03 2020 动力工程 热工基础 39 第二节工质及其基本状态参数 06 03 2020 动力工程 热工基础 40 工质是指参与热功转换的媒介物质 如 汽轮机是以水蒸汽作为工质的 06 03 2020 动力工程 热工基础 41 状态参数是描述工质在某一给定瞬间的物理特性的各个宏观物理量 基本状态参数 温度 压力 比容 06 03 2020 动力工程 热工基础 42 温度 表示物体冷热程度的物理量 热力学中 温度的测量采用热力学温度T 单位是开尔文 K T t 273 15 K 温度计 测量温度的仪表 如 水银玻璃杆温度计热电偶温度计光学温度计 等 06 03 2020 动力工程 热工基础 43 压力 p 大量分子对容器壁面频繁撞击的平均结果 以单位面积承受的力的大小来表示 压力的单位 Pa kPa MPa 1Pa 1N m2 非SI单位 mmHg mmH2O kgf cm2等 1at 1kgf cm2 98067Pa1mmHg 133 321Pa1mmH2O 9 8067Pa 06 03 2020 动力工程 热工基础 44 压力的测量 当实际压力P高于当地大气压Pb时 压力测量表的读数为表压力Pg 当实际压力低于当地大气压时 压力测量表的读数为真空度Pv P Pb PgP Pb Pv 06 03 2020 动力工程 热工基础 45 比容 v 单位质量的工质所占有的容积 单位 m3 kg密度 比容的倒数 单位容积内工质的质量 06 03 2020 动力工程 热工基础 46 热力学的几个概念热力系统 工程热力学中把所要研究的 为一定界面所包围的物质系统 称为热力系统 外界 热力系统以外的其它物体统称外界 开口系 与外界有物质交换的热力系 闭口系 与外界无物质交换的热力系 绝热系 与外界无热量交换的热力系 孤立系 与外界既无物质交换也无能量交换的热力系 平衡状态 在外界条件不变的情况下 即使经历较长时间 系统的宏观特性仍不发生变化 这种状态称为平衡状态 06 03 2020 动力工程 热工基础 47 热力系统 外界和边界 热力系统就是人为分割出来 作为热力学研究对象的有限物质系统 热力系统简称系统 体系 与热力系统发生质 能交换的物系称为外界 热力系统与外界的分界线 面 称为边界 和力学中取分离体的方法一样 为分析问题方便起见 把热力学分析的对象从周围物体中隔离出来 06 03 2020 动力工程 热工基础 48 A B 1 热力系统的分割完全是 人为 的 因此对于不同的问题 甚至对于同一问题可取不同的系统 例如研究向容器充气 可以取容器为系统 也可取充入容器的气体和原在容器内的气体一起为系统 06 03 2020 动力工程 热工基础 49 若没有质量越过边界 则系统称为闭口系 又称控制质量 用CM表示 若通过边界系统与外界有质量交换 则称为开口系 又称控制体积 用CV表示 与外界无热量交换的系统称为绝热系 与外界无任何形式的质量和能量交换系统称孤立系 本课程研究最多的是由可压缩物质组成的 无化学反应 与外界有能量交换的有限物质系统 称为简单可压缩系统 06 03 2020 动力工程 热工基础 50 06 03 2020 动力工程 热工基础 51 理想气体与实际气体 理想气体 它的分子是不占有容积的质点 分子之间也不存在相互作用的内聚力 常见气体 其性质大致接近于理想气体 那些离液态不远的气体 如 水蒸气 除外 实际气体 为什么定义理想气体这种假想的模型 06 03 2020 动力工程 热工基础 52 热力发动机中用来作为工质的水蒸气和制冷机中的制冷剂距液态不远 而且工作过程中有物质的集态变化 因此 这些工质一般不能作为理想气 体看待 饱和状态是这类工质的重要性质对蒸汽动力循环 制冷循环和湿空气过程的理解和分析有重要作用 06 03 2020 动力工程 热工基础 53 物理学告诉我们 p 气体的绝对压力 N m2orPa v 气体的比容 m3 kg T 气体的热力学温度 K R 气体常数 N m kg K 理想气体状态方程 06 03 2020 动力工程 热工基础 54 热力学状态 平衡状态 只要不受外界环境的影响 工质的状态就不会随时间而变化 并且在工质的内部各处都具有相应相同的压力 温度和比容等状态参数 06 03 2020 动力工程 热工基础 55 第四节热力学第一定律 06 03 2020 动力工程 热工基础 56 热力学第一定律表述为 热可以变为功 功也可以变为热 一定量的热消失时 必产生数量与之相当的功 消耗一定量的功时 必产生数量与之相当的热 06 03 2020 动力工程 热工基础 57 热力学第一定律解析式 q u w上式表明 加给工质的热量 一部分用来改变工质的内能 另一部分则用来使工质膨胀而对外作功 注 该式仅适用于闭口系 06 03 2020 动力工程 热工基础 58 工质的内能内能是指工质在某种状态下内部所蕴藏的总能量 包括内动能和内势能 06 03 2020 动力工程 热工基础 59 内动能分子运动的动能 工质内部分子运动的动能愈大 工质的温度愈高 即工质的内动能是温度T的单值函数 内势能分子之间由于相互作用力而具有的能量 工质的内势能与工质的比容有关 是比容v的函数 理想气体由于不存在内聚力 故内势能为零 工质的内能 决定于工质的热力学温度和比容 即 u f T v 这表明 工质内能的大小完全取决于它所处的热力学状态 理想气体的内能 是温度的单值函数 内能是工质的一个状态参数 06 03 2020 动力工程 热工基础 60 功与压容图 功被定义为力及沿力方向所产生位移的乘积 06 03 2020 动力工程 热工基础 61 膨胀功是气体体积变化而与外界交换的功 06 03 2020 动力工程 热工基础 62 功在p v图上可用过程线与v轴包围的面积表示 功与压容图 06 03 2020 动力工程 热工基础 63 设气缸中盛有1kg气体 缸内装有一个无摩擦可移动的活塞 其截面积为f 若缸内气体压力为P 作用于活塞外测的力为Fout 且作用于活塞里侧的力Pf稍大于外侧的力Fout 则气体将发生膨胀而使活塞向右移动dx的距离 则缸内气体对活塞所作的功为 当此1kg气体从状态1变化到状态2时 所作的膨胀功为 J kg 06 03 2020 动力工程 热工基础 64 功与热量 在热力学研究工质的热功转换规律时 功是过程的函数 热量也是如此 作功与传热是能量传递的两种基本方式 功 是由压力差的作用而传递的能量 热量 是由温差的作用而传递的能量 二者都是能量在传递过程中的度量 且可相互转换 06 03 2020 动力工程 热工基础 65 06 03 2020 动力工程 热工基础 66 热量与温熵图 热量是由温度差的作用而产生的能量 可逆过程中过程中的传热量可表示如下 由此得到熵的定义式 06 03 2020 动力工程 热工基础 67 p v图和T s图 功可用p v图上过程线与v轴包围的面积表示 热量可用T s图上过程线与s轴包围的面积表示 所以p v图和T s图是分析气体热力过程的能量变化的有力工具 在p v图能够确定过程功的正或负 在T s图上能够确定过程热量的正或负 对过程能量转换分析带来极大的方便 06 03 2020 动力工程 热工基础 68 06 03 2020 动力工程 热工基础 69 第六节稳定流动能量方程式 06 03 2020 动力工程 热工基础 70 稳定流动 工质的流动情况不随时间而变化 即工质在设备任何截面上的所有状态参数和流速的平均值不随时间而改变 而且在同一时刻流经任何截面的流量均相同 06 03 2020 动力工程 热工基础 71 稳定流动能量方程式如图所示 1kg工质从1 1截面进入系统 从2 2截面流出系统 当该工质从1 1截面进入系统时 带入系统中的总能量为 该工质从2 2截面流出系统时 传出系统的总能量为 06 03 2020 动力工程 热工基础 72 考虑到和 根据能量守恒与转换定律可得出下列方程式 可写成 令 则 06 03 2020 动力工程 热工基础 73 焓 h h u pv J kg 因为u p v都是状态参数 所以焓也是状态参数 焓 代表着每kg工质沿流动方向往前传递的总能量中直接取决于热力状态的部分 06 03 2020 动力工程 热工基础 74 技术功 wt 从热力设备中流出来的技术上可资利用的功量 适用于闭口系适用于开口系 06 03 2020 动力工程 热工基础 75 当工质在进出口处的流速变化不大 进出口的高度差也可不考虑时 则动能变化及位能变化均可忽略不计 此时 轴功就等于技术功 可用 在p v图上可用过程线与p轴包围的面积表示 技术功又等于工质膨胀功与流动功的代数和 06 03 2020 动力工程 热工基础 76 流动功是开口系输出和输入的推动功的差 等于p2v2 p1v1 是开口系维持流动必须付出的代价 06 03 2020 动力工程 热工基础 77 在对闭口系列能量方程时 系统与外界交换的功应是膨胀功 在对压气机 燃气轮机 蒸汽轮机这样的开口系进行计算时的功应是技术功 06 03 2020 动力工程 热工基础 78 稳定流动能量方程式的应用 在泵与风机中 上式表明 工质在泵和风机中接受压缩时外界所加给的技术功等于工质焓的增加 06 03 2020 动力工程 热工基础 79 第七节水蒸汽在定压下的形成过程 06 03 2020 动力工程 热工基础 80 水蒸汽在定压下的形成过程 未饱和水饱和水湿蒸汽干蒸汽过热蒸汽 06 03 2020 动力工程 热工基础 81 水蒸汽的形成过程在p v图和T s图上的表示 Mc 饱和水线 Nc 干饱和蒸汽线 液体热 汽化潜热 过热热量 c 临界点 06 03 2020 动力工程 热工基础 82 过热度 过热蒸汽的温度t超过相应于同一压力下的饱和温度ts的数值 干度 湿蒸汽中所含干蒸汽的质量百分数 水的临界点参数 tc 374 15 pc 22 129MPavc 0 00326m3 kg 06 03 2020 动力工程 热工基础 83 06 03 2020 动力工程 热工基础 84 为什么用图表 1 工程中需要这些数据 h v 等 已知 汽轮机蒸汽进出口参数 怎样求作功 可由图表根据p1t1p2t2求出焓降 从而得出作功的大小 06 03 2020 动力工程 热工基础 85 2 水蒸汽不同于理想气体 其状态方程极其复杂 所以一般按温度和压力编排成类似于数据库的表格 以便查取不同热力状态下水蒸汽的多种热力参数 焓 熵 比容 水和水蒸汽表 离散的点 或将这些数据拟合成曲线 焓熵图 离散与连续的结合 06 03 2020 动力工程 热工基础 86 水蒸汽表 来源 实验数据整理 目的 tp hrtspsv 查取方法 插值法 06 03 2020 动力工程 热工基础 87 饱和水 干蒸汽 未饱和水 过热蒸汽可通过水蒸汽表直接查出 湿蒸汽参数可按下式计算 06 03 2020 动力工程 热工基础 88 06 03 2020 动力工程 热工基础 89 06 03 2020 动力工程 热工基础 90 06 03 2020 动力工程 热工基础 91 06 03 2020 动力工程 热工基础 92 温熵图 液体热ql h 汽化潜热r h h 过热热量qsu h h 所以 h qlh ql rh ql r qsu温熵图上任一点的焓值都可以用通过该点的定压线 垂直线 纵坐标轴和横坐标轴这样四条线为界线的一块面积来表示 06 03 2020 动力工程 热工基础 93 焓熵图 线算图 莫里尔 德 来源 水蒸汽表 目的 直接查取 h a定压加热b绝热流动 定压线群 定温线群定容线群 干度线 06 03 2020 动力工程 热工基础 94 06 03 2020 动力工程 热工基础 95 焓熵图 h s图 06 03 2020 动力工程 热工基础 96 第九节水蒸汽的典型热力过程 06 03 2020 动力工程 热工基础 97 定压流动过程工质在设备中进行定压流动时所吸入 或放出 的热量等于其焓的增加 或减小 绝热流动的作功过程水蒸汽在绝热情况下流经汽轮机时乃是依靠它的焓降转变为技术功 06 03 2020 动力工程 热工基础 98 通过喷管的绝热流动 能量方程式 工质流经喷管时 如果发生绝热膨胀 则其动能必将增大 06 03 2020 动力工程 热工基础 99 喷管的型式根据喷管截面形状的不同 喷管可分为两种型式 渐缩喷管和渐缩渐扩喷管 渐缩喷管渐缩渐扩喷管 拉伐尔喷管 06 03 2020 动力工程 热工基础 100 喷管型式的选取 当p2 p1 c时 采用渐缩喷管 喷管出口能获得亚音速或音速流动 当p2 p1 c时 采用渐缩渐扩喷管 喷管出口能获得超音速流动 在最小界面处的流速理论上等于当地音速 注 c pc p1 06 03 2020 动力工程 热工基础 101 绝热节流 节流 流体在管道中流动时 如果流经阀门 挡板 孔板等障碍物 流体则产生涡流和摩擦 即产生局部阻力损失 因而引起压力显著下降 这种现象 称为节流 节流后h2 h1p2 p1s2 s1 工质通过孔板时的绝热节流 06 03 2020 动力工程 热工基础 102 绝热节流后 工质的作功能力将下降 绝热节流在h s图上表示 06 03 2020 动力工程 热工基础 103 第十节热力学第二定律 06 03 2020 动力工程 热工基础 104 热力学基本定律 06 03 2020 动力工程 热工基础 105 热力学第二定律的表述 克劳修斯说法 热不可能自发地 不付代价地从低温物体传到高温物体 开尔文 浦朗克说法 任何发动机都不可能只从单一的热源吸热 并把它连续不断地转变为功 06 03 2020 动力工程 热工基础 106 热力过程 06 03 2020 动力工程 热工基础 107 热力循环 06 03 2020 动力工程 热工基础 108 循环及其热效率 循环 工质从某一状态出发 经过一连串的状态变化 而重新回到原来的状态 工质所经历的这些热力过程的综合 称为热力循环 简称循环 若循环的膨胀功大于压缩功 则循环的效果是使热能在一定的条件下连续不断地转变为机械能 这种循环称为 正向循环 或 热力循环 如右图所示 每一个循环热机所作的净功为 06 03 2020 动力工程 热工基础 109 循环的热效率若工质经过一个循环 从高温热源吸收的热量为q1而向低温热源放出的热量为 q2 则根据热力学第一定律 则循环的热效率 06 03 2020 动力工程 热工基础 110 卡诺循环 卡诺循环是在一定温度界限内热效率最高的循环 它是由两个可逆的定温过程和两个可逆的绝热过程组成的 1 2 定温吸热过程 2 3 绝热膨胀作功过程 3 4 定温放热过程 4 1 绝热压缩过程 卡诺循环的热效率 06 03 2020 动力工程 热工基础 111 卡诺定理卡诺循环的热效率仅取决于热源温度T1和冷源温度T2而与工质的性质无关 T1愈高 T2愈低时 热效率愈高 任何热能动力装置的循环效率都不可能达到100 当T2 T1时 卡诺循环的热效率等于零 这说明 只有单一热源的热力发动机是不可能存在的 06 03 2020 动力工程 热工基础 112 第十一节朗肯循环 06 03 2020 动力工程 热工基础 113 简单蒸汽动力装置的理想可逆循环称为朗肯循环 朗肯循环的组成实现朗肯循环所需的热力设备包括 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵等 06 03 2020 动力工程 热工基础 114 朗肯循环是由以下热力过程组成的 1 2 过热蒸汽在汽轮机内的绝热膨胀作功过程2 3 乏汽在凝汽器中的定压放热过程3 4 凝结水在给水泵中的绝热压缩过程4 5 6 1 给水在省煤器 汽锅和过热器中定压吸热过程 06 03 2020 动力工程 热工基础 115 朗肯循环的热效率则朗肯循环的热效率为 当p1 10MPa时 水泵功可忽略不计 此时 06 03 2020 动力工程 热工基础 116 提高朗肯循环热效率的途径提高初温 初压 降低背压 06 03 2020 动力工程 热工基础 117 提高初压 可以提高平均吸热温度 从而提高循环热效率 但却使乏汽干度降低 对汽轮机内效率 安全运行不利 x 0 85 0 88 发展方向 越来越高中压 高压 超高压 亚临界 超临界 超超临界 1 提高初压p1 06 03 2020 动力工程 热工基础 118 提高初温可以提高平均吸热温度 并提高乏汽干度 但受到材料耐温性能的限制 发展方向 不易提高540 555 2 提高初温t1 06 03 2020 动力工程 热工基础 119 降低终压可以降低平均放热温度 从而提高效率限制 环境温度 真空如何形成 循环泵电耗 全厂经济性 凝汽器中的乏汽压力 即汽轮机背压 3 降低终压p2 06 03 2020 动力工程 热工基础 120 朗肯循环由于工质的平均吸热温度比循环的最高温度低得多 因而其循环热效率低 火力发电厂都不直接采用上述简单的朗肯循环 而是采用平均吸热温度比较高的回热循环和再热循环 06 03 2020 动力工程 热工基础 121 朗肯循环 现代蒸汽动力装置的基本循环 实际中对朗肯循环做改进 回热循环 再热循环 06 03 2020 动力工程 热工基础 122 第二章传热学基础 06 03 2020 动力工程 热工基础 123 传热学是研究热能传递规律的学科 温差的存在 必然会引起热量从高温物体向低温物体进行传递 火电厂的生产过程 很多是和传热过程密切相联系的 热量传递的三种基本方式 导热 热传导 对流换热辐射换热 第一节概述 06 03 2020 动力工程 热工基础 124 导热 物体各部分之间不发生相对位移 依靠分子 原子 自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递 对流换热 流体和它所接触的固体壁面之间的热量传递方式 辐射换热 物体之间通过电磁波来传递热量 称为辐射换热 06 03 2020 动力工程 热工基础 125 第二节导热 06 03 2020 动力工程 热工基础 126 导热 物体各部分之间不发生相对位移 依靠分子 原子 自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递 06 03 2020 动力工程 热工基础 127 傅立叶定律 1822 傅立叶假定固体中热的传导率正比于温度梯度 傅立叶定律表示为 导热系数 W m 06 03 2020 动力工程 热工基础 128 导热系数导热系数表示物质导热能力的大小 它是物质的一个物性参数 可用导热仪来测定 W m 06 03 2020 动力工程 热工基础 129 导热系数 导热系数小于0 23W m 的材料习惯上称为 保温材料 或 绝热材料 06 03 2020 动力工程 热工基础 130 不同的物质具有不同的导热系数 同一物质导热系数的大小也随物质的内部结构 湿度 压力以及温度等因素而变化 导热系数 06 03 2020 动力工程 热工基础 131 导热系数 06 03 2020 动力工程 热工基础 132 二 通过无限大平壁的导热问题 一维稳态无内热源 为常数 类比 欧姆定律 导热热阻 06 03 2020 动力工程 热工基础 133 引入热阻的概念后 可把串 并联的思想用于导热计算 通过多层平壁的稳态导热 总热阻 串联热阻之和 06 03 2020 动力工程 热工基础 134 对流换热是指流动着的流体和固体壁面接触时 相互间的换热过程 这一过程既包括流体各部分因发生相对位移所引起的热量转移 对流作用 同时也包括流体分子之间的导热作用 其总的结果称为 对流换热 如果没有流体的运动 则热量的传递将是 导热 第三节对流换热 06 03 2020 动力工程 热工基础 135 06 03 2020 动力工程 热工基础 136 两种对流热量转换形式 强迫对流流体的流动是外力的驱动 如 泵或风机自然对流流体内的温差 导致流体的密度不同 冷流体 密度大 将下沉 热流体将上升 06 03 2020 动力工程 热工基础 137 强迫对流换热例子 06 03 2020 动力工程 热工基础 138 自然对流换热例子 一 06 03 2020 动力工程 热工基础 139 自然对流换热例子 二 06 03 2020 动力工程 热工基础 140 自然对流换热例子 三 06 03 2020 动力工程 热工基础 141 牛顿冷却定律 对流换热量Q与换热表面积F以及固体壁面和流体之间的温度差 tw tf 成正比 即 a 对流换热系数 或放热系数 W m2 放热系数 表示流体和固体壁面之间的换热强度 06 03 2020 动力工程 热工基础 142 影响对流换热强度的主要因素 对流换热 热量的传递总是和流体的流动联系在一起 因此使这类问题大为复杂化 一般 对流换热强弱与流动发生的原因 流体的流动状况 流体的热物性以及固体表面的形状 大小等一系列因素有关 06 03 2020 动力工程 热工基础 143 影响对流换热强度的主要因素 1 流动发生的原因 自由流动受迫流动 自由流动受迫流动 密度不同泵与风机 2 流体的流动状况 层流紊流 用雷诺数Re来判定Re1 104紊流 层流紊流 受迫流动换热强度大于自由流动 紊流 湍流 换热强度大于层流 06 03 2020 动力工程 热工基础 144 3 流体的物理性质 密度粘度导热系数定压比热 4 换热表面的形状 大小和布置 膜式肋片鳍片错列顺列 5 流体集态的变化 凝结 沸腾 凝结换热或沸腾换热大于非相变的对流 06 03 2020 动力工程 热工基础 145 几种情况下的对流放热系数的大致数值 06 03 2020 动力工程 热工基础 146 放热系数的确定 不同情况下放热系数的数值可以相差很大 利用实验研究的结果来确定放热系数 06 03 2020 动力工程 热工基础 147 第四节辐射换热 热辐射的基本概念物体对外发射电磁波的过程叫做辐射只有波长为0 4mm到1000mm的