工程热力学PPT课件

.,1,第一篇工程热力学,第01章工程热力学的基本概念,第02章热力学第一定律,第03章热力学第二定律,第04章理想气体,第05章水蒸气,第06章气体和蒸汽的流动,第07章压缩机的热力过程,第08章气体动力循环,第09章蒸气压缩制冷循环,第10章湿空气,.,2,第01章工程热力学的基本概念,第一节工质的概念及应用,第二节热力学系统,第三节热力学平衡态,第四节热力学状态参数,第五节准静态过程和可逆过程,.,3,第一节工质的概念及应用,1、热能动力装置：热能转换为机械能,一、热能动力装置与制冷装置的作用,.,4,1、热能动力装置：热能转换为机械能,一、热能动力装置与制冷装置的作用,2、制冷装置：热量从低温处传递到高温处,（热泵）,第一节工质的概念及应用,.,5,1、热能动力装置：热能转换为机械能,一、热能动力装置与制冷装置的作用,2、制冷装置：热量从低温处传递到高温处,（热泵）,二、工质,1、定义：把热量转化为机械能的媒介物称为工质，把热能转化为机械能，只有通过工质的膨胀来实现。2、工质的基本性质：作为工质应具有良好的流动性和膨胀性。工质一般都是气态(汽态)。3、常用工质：空气、燃气、蒸汽（水蒸气及制冷剂蒸汽气）,第一节工质的概念及应用,.,6,第二节热力学系统,一、（热力学）系统、外界、边界,1、系统：相互作用的各种热力设备中被划分出的作为研究对象的热力设备,2、外界：系统之外的其它热力设备,3、边界：系统与外界的分界面,系统与外界通过边界相互作用；有三种交换：物质；功量；热量,可以是真实的、也可以是虚拟的；可以是固定的、也可以是活动的。,.,7,第二节热力学系统,一、（热力学）系统、外界、边界,二、系统与外界的类型,划分依据：物质、功量、热量交换,1、系统的类型,开口系统：与外界有物质交换封闭系统：与外界无物质交换绝热系统：与外界无热量交换孤立系统：与外界无任何交换（既无物质交换，又无功量和热量交换）,2、外界的类型,热源：与系统只发生热量交换。高温热源：向其他系统供热的热源（热源）；低温热源：吸收其他系统放出热量的热源（冷源）。功源：与系统只发生功量的交换。质源：与系统只发生物质交换。,.,8,第三节热力学平衡态,：描述系统宏观状态的物理量,一、状态,：系统在某一瞬间所处的宏观状况,二、状态参数,三、平衡态（热力学平衡状态）,热平衡：热力系统的温度均匀一致，且不随时间而变,力平衡：热力系统的压力均匀一致，且不随时间而变,平衡态,在无外界影响的条件下，热力学系统内部工质的温度和压力到处是均匀一致的且不随时间变化。,平衡态：,描述最为简单,稳态,系统内的状态参数不随时间而变化,均匀态,系统内的状态参数在空间的分布均匀一致,.,9,第四节热力学状态参数,一、常见的状态参数,1、压力2、温度3、比容4、内能5、焓6、熵,可直接观察和测量的状态参数：基本状态参数,热量和功量,非状态参数,.,10,第四节热力学状态参数,一、常见的状态参数,二、状态参数的特性,1.状态参数的数值由状态唯一确定,2.当系统从初态变为终态时，状态参数的变化量，只与系统的初、终态有关，而与变化过程无关。,3.工质经过一个循环，又回到初态时，,.,11,1.尺度量：描述系统总体特征，如系统的总容积V、总内能U、总焓H、总熵S等，数值与系统的质量成正比，具有可加性。2.强度量：描述系统内各点特征，如压力p、温度T等，数值与系统的质量无关，不具有可加性。,第四节热力学状态参数,一、常见的状态参数,三、状态参数的分类,二、状态参数的特性,.,12,1、p-v图2、T-s图等,点、线、面含义,第四节热力学状态参数,一、常见的状态参数,四、状态参数坐标图,三、状态参数的分类,二、状态参数的特性,.,13,第四节热力学状态参数,一、常见的状态参数,四、状态参数坐标图,三、状态参数的分类,二、状态参数的特性,五、基本状态参数,2、温度,3、比容,1、压力,.,14,1）压力的概念与单位物理学单位面积上所受到的垂直作用力称为压强(压力)；,气体或者液体作用在单位容器壁面上的垂直作用力称为压力。,工程热力学与流体力学,压力的单位：,分子运动论把气体压力看做是气体分子撞击壁面的宏观表现,1、压力,.,15,1）压力的概念与单位,2）绝对压力、大气压力、表压力与真空度,绝对压力：,气体的真实压力,工程热力学计算中使用的压力,1、压力,.,16,1）压力的概念与单位,2）绝对压力、大气压力、表压力与真空度,大气压力：标准大气压：纬度45o的海平面上的常年平均气压（用pb表示)1atm=760mmHg=0.1013MPa=1.03323at。标准状况:压力为1标准大气压、温度为0。,绝对压力：,1、压力,.,17,1）压力的概念与单位,2）绝对压力、大气压力、表压力与真空度,大气压力：,绝对压力：,表压力、真空度：,压力计显示的压力,相对压力,当绝对压力高于大气压力，,ppb时,压力计指示的数值表压力,pg=p-pb,当绝对压力低于大气压力，,p0,膨胀功量为正；dp0,热量为正；dT0du0，dh0。,.,71,第九节理想气体的多变过程,u=cv(T2T1),不适用于定温过程,对照,多变过程的比热,对于四种典型的热力过程，有:,定压过程：n=0，c=cp；,定温过程：n=1，c=；,绝热过程：n=k，c=0；,定容过程：n=，c=cv。,四、过程中的能量转换关系,.,72,第05章水蒸气,第一节水蒸气的基本概念,第五节水蒸气表和h-s图,第六节水蒸气的基本热力过程,第二节水在定压汽化过程中的五种状态,第三节水的定压汽化过程的三个阶段,第四节水蒸气的pv图和Ts图,.,73,第一节基本概念,一、汽化和液化,汽化,沸腾：,蒸发：,饱和蒸汽,饱和水,二、蒸发和沸腾,三、饱和温度和饱和压力,相应的温度和压力称为饱和温度（ts）和饱和压力f(Ps)。,饱和状态：当汽化速度等于液化速度时，汽、液两相处于动态平衡，两相平衡的状态就称为饱和状态。,ts=f(Ps),在饱和状态下，蒸气称为饱和蒸气，液体为饱和液体。,在任何温度下，发生在液体的自由表面上。,在一定温度下，同时发生在水的表面和内部。,.,74,第二节水在定压汽化过程中的五种状态,容器中装有1kg水,a,b,c,d,e,未饱和水：ab，tts，,饱和水：b，t=ts，,干饱和蒸汽：d，t=ts，,湿蒸汽：c，饱和水和饱和蒸汽的混合物t=ts，p、T不是独立的状态参数。,干度x：1kg湿蒸汽中含xkg的饱和蒸汽,过冷度t=ts-t，,过热度t=t-ts,p、T是独立的状态参数。,p、T不是独立的状态参数。,p、T不是独立的状态参数。,p、T是独立的状态参数。,.,75,第三节水在定压汽化过程的三个阶段,容器中装有1kg水,a,b,c,d,e,.,76,第三节水在定压汽化过程的三个阶段,2）定压汽化阶段b-c-d：饱和水干饱和蒸汽，既是定压又是定温的过程。,水在定压汽化阶段所吸收的单位质量热量,1）定压预热阶段a-b：未饱和水饱和水。,3）定压过热阶段d-e：饱和蒸汽过热蒸汽。,整个水蒸气定压发生过程所需的热量等于三者之和，可用水和水蒸气的焓值变化来计算。,比液体热：水在定压预热阶段所吸收的单位质量热量。,比汽化潜热：,比过热量：水在定压过热阶段所吸收的单位质量热量。,一公斤饱和水在定压下加热变成饱和蒸汽时所吸收的热量,比汽化潜热:干饱和蒸汽的比焓与饱和水的比焓的差值,.,77,第三节水在定压汽化过程的三个阶段,x=0,x=1,x=1,.,78,第四节水蒸气的pv图和Ts图,x=0,x=1,x=1,1、一点二线三区五态。,2、当压力升高时，饱和温度随之升高，汽化过程缩短，比汽化潜热减少，预热过程变长，比液体热增加。,3、临界点上的比汽化潜热为零，即汽化在一瞬间完成。水的临界参数pc=22.115MPatc=374.12vc=0.003147m3/kg,.,79,第四节水蒸气的pv图和Ts图,当水的温度超过临界温度tc=374.12时，水仅以气态存在。,无论加多大压力，都不能使蒸汽液化。,.,80,一、水蒸气表,1、饱和水与饱和水蒸气表,1）按温度排列:,tps、v、h、s、v、h、s,2）按压力排列,pts、v、h、s、v、h、s,湿蒸汽：,v、h、sv、h、sx,2、未饱和水与过热水蒸气表,t、pv、h、s,第五节水蒸气表和h-s图,.,81,一、水蒸气表,第五节水蒸气表和h-s图,二、水蒸气h-s图,在湿蒸气区内，定压线为一簇倾斜的直线，同时它也是定温线。,定压线向右上方呈发散状。,结构：C临界点，x0线，x1线；定压线、定温线；在饱和区内还有定干度线。,定干度线束是从临界点出发、主体向右下方呈发散状的曲线簇。,所有干度值的定干度线汇交于临界点,.,82,第五节水蒸气的基本热力过程,过程中的能量转换关系,可逆过程,任意过程,一、定容过程,单位质量水蒸气的膨胀功等于零,比内能的变化量等于单位质量水蒸气的交换的热量,二、定压过程,单位质量水蒸气的技术功等于零,比焓的变化量等于单位质量水蒸气交换的热量,三、定温过程,四、绝热过程定熵过程（可逆）,蒸汽在汽轮机内进行膨胀时，,并不吸收热量，,若不计热损失，,可看作是绝热过程。,若没有耗散，是可逆绝热过程。,若考虑耗散，是不可逆绝热过程。,绝热效率（相对内效率）,.,83,第06章气体和蒸汽的流动,第一节稳定流动的基本方程,第二节喷管和扩压管的流动特性及其截面变化规律,第三节喷管中的流速和质量流量及其影响因素,第四节实际应用实例,第五节绝热节流,.,84,第一节稳定流动的基本方程,假设：状态及流速只沿流动方向变化；各点的状态及流速、流量等都不随时间变化。流动中能量转换过程是可逆的。工质与外界没有热交换,*一元稳定流动条件,1）一元流动是指工质的状态参数和流速,仅沿流动方向做一元的变化,与流动方向垂直的同一截面上的各点工质的状态参数和流速是相同的。,2）任意一点的状态参数不随时间变化,3）进入系统的质量等于离开系统的质量,4）进入系统的能量等于离开系统的能量,.,85,第一节稳定流动的基本方程,假设：状态及流速只沿流动方向变化；各点的状态及流速、流量等都不随时间变化。流动中能量转换过程是可逆的。工质与外界没有热交换,1、连续性方程,2、能量方程,3、状态方程,4、音速方程,马赫数,亚音速,超音速,当地音速,马赫数代表流体流动中的惯性力与弹性力之比。,.,86,第二节喷管和扩压管的流动特性及其截面变化规律,喷管：使高压气流膨胀，压力能转变成宏观动能，获得高速气流。,扩压管：使高速气流的速度降低，压力升高，将动能转变为压力能。,一、喷管和扩压管的流动特性,二、喷管和扩压管的截面变化规律,M=1,喷管,扩压管,.,87,第三节喷管中的流速和质量流量及其影响因素,、流速及其影响因素,任意工质，任意绝热过程,理想气体，任意绝热过程,理想气体，可逆绝热过程,达到最大值,当喷管内的理想气体做可逆绝热流动时，喷管出口流速由气体的种类、进口初参数压力p1和比容v1，以及出口压力p2而定。,.,88,第三节喷管中的流速和质量流量及其影响因素,、流速及其影响因素,二、临界压力比,M=1,流速等于当时音速,临界流动：,压力等于临界压力,对于单原子气体：,对于双原子气体：,对于三原子气体：,临界压力比：,若进口为亚音速流动，当气流的压力下降到约为进口压力的一半时流速等于当地音速。,.,89,第三节喷管中的流速和质量流量及其影响因素,、流速及其影响因素,二、临界压力比,三、质量流量及其影响因素,对于一元稳定流动，喷管中各截面上的质量流量相等，因此，可根据任一截面上的流速、比容和截面面积，用连续性方程计算。,工程上，通常都是按喷管最小截面上的有关参数计算质量流量的。,.,90,第三节喷管中的流速和质量流量及其影响因素,、流速及其影响因素,二、临界压力比,三、质量流量及其影响因素,四、工况变动时气体在喷管中的流速与流量变化,气体在渐缩形喷管中流动，喷管出口的背压与进口压强之比大于临界压强比，若此时降低背压，气体的流速和质量流量将增加。,气体在渐缩形喷管中流动，喷管出口的背压与进口压强之比小于临界压强比，若此时降低背压，气体的流速和质量流量不变。,.,91,四、工况变动时气体在喷管中的流速变化,对于收缩形喷管：,.,92,第四节实际应用实例,废气涡轮增压器,.,93,第五节绝热节流,流体流经通道突然缩小的截面后发生压力降低的现象。,由能量方程,即节流前后气体的焓不变。,可得,由于孔口附近的扰动及涡流，造成不可逆损失，因此气流恢复稳定时，p2比节流前稳定气流的压力p1要低。节流过程是典型的不可逆过程。,由于不可逆因素的影响，绝热节流过程中气体的熵将增加。,由于压力下降,比容增加。,对于理想气体,温度和内能不变;对于实际气体,变化比较复杂。,.,94,节流汤姆逊效应,节流后，温度降低，即,称为节流冷效应,节流后，温度不变，即,称为节流零效应,节流后，温度升高，即,称为节流热效应,大多数实际气体，常温下节流都处于冷效应区，节流后温度下降。,绝热节流冷效应是工程上获得低温的常用方法。,.,95,第07章压缩机的热力过程,第一节活塞式压缩机的工作原理和示功图,第二节单级活塞式压缩机的耗功量,第三节压缩机的容积效率及其影响因素,第四节多级压缩,第五节叶轮式压缩机的工作原理及分类,.,96,第一节活塞式压缩机的工作原理和示功图,压缩机是制造压缩气体的设备。从热力学观点看，压缩机是消耗外界机械能,将气体由较低压力压缩到较高压力。,压缩机分类,动作原理和结构,船舶使用的压缩机,二级活塞式空气压缩机:启动主机、辅机；单级活塞式压缩机:冷库制冷和空调；离心式空气压缩机:废气涡轮增压器的压气机中；锅炉和通风用的离心式鼓风机、通风机。,.,97,一、活塞式压缩机的工作原理,单级：依靠气体一次流经气缸，达到所需的工作压力。,第一节活塞式压缩机的工作原理和示功图,1-2:压缩过程。,2-3:排气过程。,3-4:膨胀过程。,4-1:吸气过程。,组成：,特点：,具有余隙容积;有吸、排气阻力。,二、示功图,活塞往复运动一次所消耗的机械功可用示功图上过程线1-2-3-4-1所包围的面积表示。,.,98,第二节单级活塞式压缩机耗功量,理想是指:压缩机活塞到达上止点时，活塞顶面与缸盖底面正好接触而不相撞，即两者间隙为零；气体流进、流出气缸不存在流动阻力的情况。,对n=1(等温)、1nk(多变)、n=k(绝热)三种不同的压缩过程,.,99,一、余隙容积的影响,使压气机的产气量减少,但压气机的耗功量亦减少如图中面积12341。压缩每kg气体所耗的功与无余隙容积时相同，所以压缩相同排量的气体至同样的增压比，压气机耗功量与无余隙时相同。,从理论上讲，余隙容积对压缩机的耗功没有影响，但实际上，余隙容积的存在使压缩机活塞往复一次的吸气量减少了，若产生相同质量相同压缩的压缩气体，有余隙的压缩机，要比无余隙容积的压缩机活塞往复次数多，增加了摩擦功的消耗。因此有余隙容积的压缩机要比没有余隙容积时消耗的机械功多。,V,第三节压缩机的容积效率及其影响因素,.,100,一、余隙容积的影响,V,第三节压缩机的容积效率及其影响因素,二、容积效率,由于余隙容积的存在，有效吸气容积V1V4，总是小于工作容积Vs，工作容积不能充分利用。容积效率V表示压缩机工作容积的利用率。,最大容积：V1工作容积：VsV1V0有效吸气容积：V1V4余隙容积：V0,余隙比,增压比,得,.,101,一、余隙容积的影响,第三节压缩机的容积效率及其影响因素,二、容积效率,余隙比,增压比,得,三、容积效率的影响因素,1、余隙比,一般规定余隙比为26,当增压比增加到一定程度时，压缩机虽然在转动，但气缸已不再排气。,此外，增压比越高，压缩终点气体的温度也越高，当终温超过160，将破坏缸壁上滑油的正常润滑条件。,.,102,一、余隙容积的影响,第三节压缩机的容积效率及其影响因素,二、容积效率,三、容积效率的影响因素,因此，一般一级压缩的增压比7。需要更高压力时，应采用多级压缩。,1、余隙比,一般规定余隙比为26,当增压比增加到一定程度时，压缩机虽然在转动，但气缸已不再排气。,此外，增压比越高，压缩终点气体的温度也越高，当终温超过160，将破坏缸壁上滑油的正常润滑条件。,.,103,第四节多级压缩,1）增压比降低，提高了压缩机的容积效率，这是最根本的优点；,一、二级压缩级间冷却的优点,2）降低了压缩终点温度，降低了高压缸气缸壁面的温度，保证了气缸良好的润滑，提高工作可靠性和机器寿命；,3）省功，减少压缩机消耗的轴功。,.,104,第四节多级压缩,一、二级压缩级间冷却的优点,二、最佳中间压力和最佳增压比确定,各级压气机的增压比相同时，采用中间冷却措施的压缩机所消耗的功最少；而且可以使每个缸的机械负荷分配均匀，以及热负荷分配均匀。,得,即,.,105,第三节叶轮式压缩机的工作原理及分类,叶轮式压缩机具有连续吸、排气体，转速高，因而单位时间供气量大的优点，但它的一级压缩所提供的压力较小。,叶轮式压缩机适用于大流量、低压力的场合。,外界的机械能先转化为气体的动能，然后动能在扩压管中转化为压力能。,.,106,活塞式压缩机：外界的机械能直接转化为气体的压力能,叶轮机压缩机：外界的机械能先转化为气体的动能，然后动能在扩压管中转化为压力能。,.,107,第08章气体动力循环,热能动力装置：能够将燃料燃烧释放出来的热量的一部分，连续不断的转换成机械能的整套热工设备，称为热能动力装置，简称动力装置。,内燃机：,外燃机：,如果直接将燃料的燃烧产物作为工质,这种动力装置称为内燃动力装置(或称为内燃机)。如往复式内燃机,燃气轮机等。活塞式内燃机按燃料与空气的混合是被源点燃还是被压燃，分为点燃式（汽油机、煤气机）和压燃式（柴油机）。,如果只是利用燃烧产物来加热循环的工质(如蒸汽动力装置中利用燃气加热水),则这种动力装置称为外燃动力装置(或称外燃机)。,所有热机最理想的循环，都是卡诺循环,.,108,第08章气体动力循环,第一节柴油机实际循环和理想循环,第二节定容加热循环和定压加热循环,第三节活塞式内燃机各种理想循环的比较,第四节提高柴油机功率的主要途径,第五节燃气轮机装置循环,废气涡轮增压机原理,.,109,第一节柴油机实际循环和理想循环,一、柴油机实际循环的理想化,2-3-4-5燃烧膨胀(作功)过程。燃烧和膨胀过程燃烧可分为定容过程和定压过程。,5-6-0自由排气过程强制排气过程。排气压力略高于大气压力。,1、实际循环：,1-2压缩过程。既有吸热又有放热的过程，是多变过程。,0-1吸气过程。由于阀门的阻力，吸入气缸内空气的压力略低于大气压力。,燃油喷入内燃机缸内进行燃烧，最后推动曲轴做功的过程属于热能转化为机械能,柴油机的实际膨胀过程，既有吸热又有放热的过程，是多变过程。,实际工作循环是非封闭循环,.,110,第一节柴油机实际循环和理想循环,一、柴油机实际循环的理想化,2-3-4-5燃烧膨胀(作功)过程。燃烧和膨胀过程燃烧可分为定容过程和定压过程。,5-6-0自由排气过程强制排气过程。排气压力略高于大气压力。,1、实际循环：,1-2压缩过程。既有吸热又有放热的过程，是多变过程。,0-1吸气过程。由于阀门的阻力，吸入气缸内空气的压力略低于大气压力。,燃油喷入内燃机缸内进行燃烧，最后推动曲轴做功的过程属于热能转化为机械能,柴油机的实际膨胀过程，既有吸热又有放热的过程，是多变过程。,实际工作循环是非封闭循环,实际工作循环是非封闭循环,压缩、膨胀过程，既有吸热又有放热的过程，是多变过程。,工质的组分和化学性质发生变化,所有过程不可逆。,3、实际循环理想化条件,2、实际循环特点：,.,111,第一节柴油机实际循环和理想循环,一、柴油机实际循环的理想化,1、实际循环：,实际工作循环是非封闭循环,压缩、膨胀过程，既有吸热又有放热的过程，是多变过程。,工质的组分和化学性质发生变化,所有过程不可逆。,3、实际循环理想化条件,2、实际循环特点：,用工质从外界的定容吸热和定压吸热过程代替燃油的燃烧放热过程；工质视为理想气体，质量不变，化学性质不变。,把压缩过程和膨胀过程视为绝热过程,所有热力过程均可逆。,取消进排气过程，用定容放热过程代替排气过程，循环中工质处于闭口系统,.,112,第一节柴油机实际循环和理想循环,一、柴油机实际循环的理想化,二、混合加热循环,萨巴特循环现代机械喷射式柴油机理想循环,1-2绝热压缩过程；,2-3定容加热过程；,4-5绝热膨胀过程；。,5-1定容放热过程。,3-4定压加热过程；,2、混合加热循环的热效率：,1、组成：,3、内燃机的特性参数,压缩比,定容升压比,定压预胀比,4、影响混合加热循环热效率的因素,.,113,内燃机的特性参数,压缩比：,定容升压比：,定压预胀比：,表征内燃机工作体积大小的结构参数，由柴油机结构确定。,表示内燃机定容燃烧情况的特,性参数，由实际循环燃烧前积累燃油量的多少决定其大小。,表示内燃机定压燃烧情况的特性参数，当定压加热量增大时，预胀比也增大。,.,114,第二节定容加热循环和定压加热循环,一、定容加热循环,特点：1,可看作混合加热循环的一个特例。,可见：,汽油机压缩的是可燃混合气，柴油机压缩的是空气，所以，汽油机的压缩比为=610，而现代柴油机压缩比可达14以上。,奥托循环：汽油机理想循环,热效率：,二、定压加热循环,狄塞尔循环：高增压柴油机及汽车用高速柴油机的理想循环,特点：1,可看作混合加热循环的一个特例。,可见：,热效率：,.,115,第三节活塞式内燃机各种理想循环的比较,一、初态1、加热量q1、压缩比相同,.,116,第三节活塞式内燃机各种理想循环的比较,一、初态1、加热量q1、压缩比相同,二、初态1、加热量相同q1、循环最高压力Pmax相同,定容加热循环:12451,2,4,5,定压加热循环:12451,.,117,第四节提高柴油机功率的主要途径,一、平均压力,单位气缸容积在每一循环中所作的功,平均压力代表的是单位气缸容积的作功能力，pt越大，说明单位气缸容积的作功能力越大，柴油机的动力性能越优良。,.,118,第四节提高柴油机功率的主要途径,一、平均压力,二、提高平均压力的方法,实现：增压和增压中冷,提高压缩始点气体的压力降低压缩始点气体的温度,三、提高柴油机功率的主要途径,由pt值，每个气缸每一循环中作功,若一台柴油机转速为nr/min，冲程数为(二冲程，四冲程)，缸数为i。则，整机功率为：,实际柴油机，气缸工作容积、转速、缸数、冲程数的提高都受到限制，所以平均压力的提高是提高功率的根本途径。,平均压力代表的是单位气缸容积的作功能力，pt越大，说明单位气缸容积的作功能力越大，柴油机的动力性能越优良。,单位气缸容积在每一循环中所作的功,进气密度,.,119,第五节燃气轮机装置循环,一、循环的组成：绝热压缩过程；定压加热过程；绝热膨胀过程；定压放热过程。,勃雷登循环：定压加热燃气轮机循环,2、燃气轮机的部件是在高温下连续地工作,因此,进入第一排叶片的燃气温度受到叶片材料耐热强度的限制,使燃气轮机热效率也远低于往复式内燃机。,二、循环的特点：,1、不存在工作的间歇性、气体可充分膨胀、不存在往复运动的惯性力,三、循环的热效率：,或,与压气机的进出口温度有关；与压气机的进出口压力比有关。,.,120,原理图,废气涡轮增压机原理,废气涡轮增压机的理想循环为：16781,6,7,8,由两个定压过程和两个绝热过程组成,循环的热效率：,与压气机的进出口温度有关；与压气机的进出口压力比有关。,.,121,第09章蒸气压缩制冷循环,第一节蒸气压缩制冷的理想循环,第二节制冷剂ph图的特征及应用,第三节影响制冷系数的主要因素,单级压缩双蒸发器的制冷循环,.,122,一、最理想的是逆向卡诺循环,第一节蒸气压缩制冷的理想循环,实际制冷循环如采用湿饱和蒸气为工质，就可容易地实现定温吸热和定温放热，从而可以按逆向卡诺循环工作，以便在一定的冷库温度及环境温度下获得最高的制冷系数。,用湿饱和蒸气作为制冷工质可以得到相当大的单位质量工质的制冷量（依靠制冷剂的气液两相交替变化吸收汽化潜）。,如以湿饱和蒸气为工质按逆向卡诺循环工作时，需要进行湿饱和蒸气的绝热压缩过程。,压缩机,.,123,一、最理想的是逆向卡诺循环,第一节蒸气压缩制冷的理想循环,如以湿饱和蒸气为工质按逆向卡诺循环工作时，需要进行湿饱和蒸气的绝热压缩过程。,当湿饱和蒸气吸入压气机，工质中的饱和液体立刻从压气机气缸壁吸热而汽化，使气缸内工质的压力突然增加，影响压气机吸气，致使压气机的吸气量减少而引起制冷装置的制冷量降低。,此外，湿饱和蒸气在逆向卡诺循环的绝热膨胀过程中，因工质中液体的含量很大，故膨胀机的工作条件很差。,无法实现绝热膨胀和绝热压缩使蒸气压缩制冷无法实现逆卡诺循环,同时，未汽化的液体还可能引起液击现象，损坏压缩机。,压缩机,.,124,一、最理想的是逆向卡诺循环,第一节蒸气压缩制冷的理想循环,无法实现绝热膨胀和绝热压缩使蒸气压缩制冷无法实现逆卡诺循环,实用的蒸气压缩制冷循环是以逆向卡诺循环为基础，而对压缩过程及膨胀过程进行适当改进而形成的。,压缩机,.,125,一、最理想的是逆向卡诺循环,第一节蒸气压缩制冷的理想循环,二、蒸气压缩制冷的理想循环,主要设备组成：压缩机冷凝器热力膨胀阀蒸发器,1-2:制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程,2-3:制冷剂在冷凝器中的定压放热过程,3-4:制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程,4-1:制冷剂在蒸发器中的定压定温气化过程,过程组成：,制冷剂由低温低压的饱和蒸气变为高温高压的过热蒸气,制冷剂由高温高压的过热蒸气变为高温高压的饱和液体,制冷剂由高温高压的饱和液体变为低温低压的湿蒸气,制冷剂由低温低压的湿蒸气变为低温低压的饱和蒸气,.,126,一、最理想的是逆向卡诺循环,第一节蒸气压缩制冷的理想循环,二、蒸气压缩制冷的理想循环,主要设备组成：压缩机冷凝器热力膨胀阀蒸发器,过程组成：,应用实例：,空调机,夏天工况：,冬天工况：,室外的热交换器是冷凝器，,制冷循环，,室内的热交换器是蒸发器。,热泵循环，,室外的热交换器是蒸发器，,室内的热交换器是冷凝器。,.,127,第二节制冷剂ph图的特征及应用,一、ph图的特征,画有：,未画有：定压线、定焓线、定内能线,.,128,第二节制冷剂ph图的特征及应用,一、ph图的特征,二、ph图的应用,tK,t0,1、蒸气压缩制冷理想循环的ph图,.,129,第二节制冷剂ph图的特征及应用,一、ph图的特征,二、ph图的应用,tK,t0,1、蒸气压缩制冷理想循环的ph图,2、蒸气压缩制冷循环的计算,单位质量工质耗功：,单位制冷量：,单位冷凝热：,制冷系数：,.,130,一、蒸发温度,原循环的制冷系数,蒸发温度主要取决于制冷对象的温度要求,不能随意升高,但在制冷对象允许前提下,取较高的蒸发温度有利于提高循环的制冷系数，一般蒸发温度比冷库温度低,以保证传热温差。,1,第三节影响制冷系数的主要因素,蒸发温度升高，,制冷系数增大。,.,131,一、蒸发温度,第三节影响制冷系数的主要因素,蒸发温度升高，,制冷系数增大。,二、冷凝温度,冷凝温度降低，,原循环的制冷系数,新循环的制冷系数,冷凝温度取决于冷却介质(大气或冷却水等)的温度,不能随意降低。但在允许选择冷却介质的温度时，比如，冰箱、冰柜从提高制冷系数出发,应放置在房间温度较低的地方。一般冷凝温度要高于冷却介质温度,以保证传热温差。,制冷系数增大。,.,132,一、蒸发温度,第三节影响制冷系数的主要因素,蒸发温度升高，,制冷系数增大。,二、冷凝温度,冷凝温度降低，,制冷系数增大。,三、过冷度,过冷度加大，,但过冷度受到环境温度的限制，不能随意降低。实际的制冷循环为了增加过冷度，经常把从冷凝器出来到膨胀阀的这一段管路和从蒸发器出来到压缩机吸入口的管路包扎在一起。,原循环的制冷系数,新循环的制冷系数,制冷系数增大。,.,133,一、蒸发温度,第三节影响制冷系数的主要因素,蒸发温度升高，,制冷系数增大。,二、冷凝温度,冷凝温度降低，,制冷系数增大。,三、过冷度,过冷度加大，,制冷系数增大。,、尽量使实际循环接近逆向卡诺循环；、尽量减小冷剂在冷库和冷凝器中的传热温差；、按实际要求调节冷剂的蒸发温度而不使其过低；、根据实际情况尽可能选择较低的冷凝温度和冷却介质温度。、使冷凝后的饱和液体过冷成为未饱和液体。,提高制冷系数的途径：,.,134,单级压缩双蒸发器的制冷循环,高压蒸发器的蒸发压力由蒸发器后面的背压阀来控制；低温蒸发器的蒸发压力由压缩机的吸气压力控制。,在船舶的伙食冷库中，高温库的蒸发压力是由背压阀来控制的。,低温库的蒸发压力是由压缩机的吸入压力来控制的。,.,135,第10章湿空气,第一节湿空气的基本概念,第二节湿空气的-图,第三节湿空气的典型过程,.,136,含水蒸气的空气称为湿空气,第一节湿空气的基本概念,一、湿空气,1、湿空气与干空气,2、湿空气分类,未饱和空气,饱和空气,干空气+过热蒸气,干空气+饱和水蒸气,湿空气可视为理想气体混合物。,完全不含有水蒸气的空气称为干空气。,但是湿空气这一理想混合气体又有其特殊性：其中水蒸汽的含量会由于蒸发和凝结而有所改变。,.,137,p,v,T,s,湿空气压力(大气压力)符合道尔顿分压定律,Pa为干空气分压力；Pv为水蒸汽分压力。,湿空气的温度t与干空气的温度ta及水蒸气的温度tv均相等,未饱和空气,由湿空气温度t和水蒸气分压力Pv，可以确定湿空气的状态。,tPs,若PvPs,水蒸气处于过热状态,如a,若Pv=Ps,水蒸气处于饱和状态,如b,饱和空气,b,b,a,a,pv,ps,第一节湿空气的基本概念,一、湿空气,二、湿空气的温度和压力,.,138,p,v,T,s,b,b,a,a,pv,ps,第一节湿空气的基本概念,一、湿空气,二、湿空气的温度和压力,三、露点,PvPs，,对未饱和空气,保持pv不变，温度,水蒸气处于过热状态,如a,水蒸气达到饱和状态,如d，称为露点,.,139,第一节湿空气的基本概念,一、湿空气,二、湿空气的温度和压力,三、露点,空气调节中,为了减少湿空气中水蒸汽的含量,可将湿空气温度降至低于露点温度,水蒸汽凝结为水析出，达到除湿目的。在船舶机舱中，露点对锅炉运行、空气冷却器、柴油机气缸的工作都有很大影响，是造成堵灰和腐蚀的主要原因。原因是受热面的金属温度低于烟气中水蒸汽和二氧化硫气体的露点。一旦出现结露,如果水蒸汽和二氧化硫气体凝结,在受热面上将形成硫酸、就会造成严重腐蚀。防止堵灰和腐蚀的主要原则是设法避免烟气中的水蒸汽结露。,在使用露点测定仪测定湿空气的露点温度时，把空气压入玻璃瓶内的乙醚中，加速乙醚蒸发。,当玻璃瓶外镜面上开始出现水珠时，插入玻璃瓶内乙醚中的温度计上所示的温度就是该湿空气的露点温度。,.,140,第一节湿空气的基本概念,一、湿空气,二、湿空气的温度和压力,三、露点,四、绝对湿度、相对湿度,反映了湿空气的干湿程度或吸收水蒸气的能力。吸收水蒸气的能力，当100%（饱和湿空气）吸收水蒸气的能力为零。,相同温度下，饱和空气的绝对湿度s最大。,相对湿度的测量：干湿球温度计,绝对湿度：每1m3湿空气中所水蒸气的质量。按理想气体状态方程式，有,相对湿度,均为描述湿空气中水蒸气含量的参数。,.,141,干球温度计：水银球裸露在空气中。读数为干球温度。,湿球温度计：将温度计的水银球扎上润湿的纱布，并将纱布的下端浸于充水容器中。将湿球温度计置于通风处，使空气不断流通，此时的读数为湿球温度。,第一节湿空气的基本概念,一、湿空气,二、湿空气的温度和压力,三、露点,四、绝对湿度、相对湿度,五、干湿球温度计,用干湿球温度计测量相对湿度,干球温度、湿球温度和露点温度的关系,对于未饱和空气(1),对于饱和空气(=1),.,142,第一节湿空气的基本概念,一、湿空气,二、湿空气的温度和压力,三、露点,四、绝对湿度、相对湿度,五、干湿球温度计,六、含湿量,kg干空气所携带的水蒸气的质量。,g/kg(干空气),根据理想气体状态方程，,.,143,第一节湿空气的基本概念,一、湿空气,二、湿空气的温度和压力,三、露点,四、绝对湿度、相对湿度,五、干湿球温度计,六、含湿量,七、湿空气的焓,湿空气的比焓：以1kg干空气为基准，1kg干空气的焓与dg水蒸气的焓之和。,.,144,用干湿球温度计测量相对湿度的原理：如果空气流是未饱和的，那么湿纱布表面的水分会不断蒸发，由于水蒸发时吸收热量，从而使贴近纱布的一层空气温度降低。随着与主流空气建立的温差，主气流向纱布传热。当温度降低到一定程度时，传入纱布的热量正好等于水蒸发所需的热量，这时温度维持不变，此时的温度就是湿球温度。空气的相对湿度愈小，湿球温度比干球温度就低得愈多。如果空气是饱和的，则由于空气不能接,纳更多的蒸汽，故纱布上水不会蒸发，这时湿球温度和干球温度是相同的。因此干湿球温度的差值与相对湿度存在一定的函数关系。,.,145,第二节湿空气的-图,1.定焓线:向右下方倾斜，与垂直线成135角的直线。2.定含湿量线:为一组垂直线。3.定温线定温线是向右上方倾斜的直线，温度越高，斜率越大。4.定相对湿度线一组曲线5.定热湿比线,一、-图的构成,热湿比是湿空气某一变化过程的焓值的变化量与含湿量的变化量之比。,.,146,第三节湿空气的典型过程,一、混合过程,二、加热过程,三、冷却及冷却去湿过程,四、加湿过程,五、冬季采用空气调节时室内湿空气的变化过程,六、夏季采用空气调节时室内湿空气的变化过程,.,147,一、混合过程,即,点3位于1、2两点连线上,，,.,148,二、加热过程湿空气经过加热器被定压加热时,湿空气T升高,其中的水蒸汽质量未变,所以d、pv、td都不变。过程线沿定含湿量线向温度升高的方向进行，过程中，h，。加热过程中，吸热量等于焓值的增加：,.,149,湿量图上，沿着100的相对湿度线含湿量减小的方向进行。过程中，湿空气Th。,三、冷却及冷却去湿过程未饱和湿空气和饱和湿空气的冷却过程具有不同的特点。未饱和湿空气的冷却过程中，湿空气T，d=const。过程线沿定含湿量线向温度降低的方向进行，过程中，h，。如将湿空气继续冷却至3点，温度降至其露点温度，达到饱和状态后再进一步冷却，就有水蒸气不断凝结析出，湿空气的含湿量随之降低，即饱和湿空气的冷却过程伴随着去湿作用，所以常,被称为冷却去湿过程。在焓-,d=d4-d3,g/kg(干空气),kJ/kg(水蒸气),水分变化量：,交换的热量：,.,150,四、加湿过程,.,151,五、冬季采用空气调节时室