工程热力学读书笔记

1、 /84 /842011/6/1第一部分：绪论1、工程热力学工程热力学是研究热能有效利用及其热能与其他形式能量转换规律的科学2、热力学分类工程热力学(热能与机械能)，物理热力学，化学热力学等3、热力装置的共同特点热源和冷源、工质、容积变化功、循环4、热效率收益r=代价_W=Q15、工程热力学研究内容能量转换的基本定律，工质的基本性质和热力过程，热工转换设备及其工作原理，化学热力学基础。6、工程热力学研究方法宏观方法：连续体(continuum),用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结(如：热力学第一定律)。特点：可靠，普遍，不能任意推广经典(宏观,平衡)热力学微观方法：从微观粒子的

2、运动及相互作用角度研究热现象及规律特点：揭示本质，模型近似微观（统计）热力学第一章：基本概念1、热力系统（1）热力系统（热力系、系统）：人为指定的研究对象（如：一个固定的空间）（2）外界：系统以外的所有物质；（3）边界（界面）：系统与外界的分界面；（4）系统与外界的作用都通过边界；（5）以系统与外界关系划分：有无是否传质开口系闭口系是否传热非绝热系绝热系是否传功非绝功系绝功系是否传热、功、质非孤立系孤立系（6）简单可压缩系统只交换热量和一种准静态的容积变化功；2、状态和状态参数1）状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况2）状态参数：描述热力系状态的物理量3）状态参数的特征：状态确定，则状态参数也

3、确定，反之亦然状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关状态参数的微分特征：全微分4）强度参数与广延参数强度参数：与物质的量无关的参数，如压力P、温度T广延参数：与物质的量有关的参数可加性，如质量m、容积V、内能（也称之为：热力学能）U、焓H、熵S3、基本状态参数（1）压力p（pressure）物理中压强，单位:Pa（Pascal），N/m2。绝对压力与环境压力的相对值相对压力只有绝对压力p才是状态参数大气压随时间、地点变化；（2）温度T（Temperature）传统：冷热程度的度量。感觉，导热，热容量；微观：衡量分子平均动能的量度；热力学第零定律（R.W.Fowlerin

4、1931）,如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理量温度。温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。（3）比容v（specificvolume）工质的稀疏程度。vm3/kgm4、平衡状态（1）定义：在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。（2）几种平衡状态热平衡Thermalequilibrium:ifthetemperatureisthesamet

5、hroughouttheentire力平衡Mechanicalequilibrium:ifthereisnochangeinpressureatanypointofthesystemwithtime相平衡Phaseequilibrium:whenthemassofeachphasereachesanequilibriumlevelandstaysthere化学平衡Chemicalequilibrium:ifitschemicalcompositiondoesnotchangewithtime.Thatis,nochemicalreactionsoccur.（3）平衡的本质平衡的本质是不存在不平

6、衡势。温差热不平衡势压差力不平衡势相变相不平衡势化学反应化学不平衡势稳定不一定平衡，但平衡一定稳定平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的稳定：参数不随时间变化稳定但存在不平衡势差ioo*c/J铜棒研究对象：铜棒or去掉外界影响，则状态变化若以（热源+铜棒+冷源）为系统，又如何？稳定不一定平衡，但平衡一定稳定4）为什么引入平衡概念？没有能如果系统平衡，可用一组确切的参数（压力、温度）描述。但平衡状态是死态量交换，为此，引入准静态过程。5、状态方程、坐标图（1）状态公理对组元一定的闭口系，独立状态参数个数N=n+1；n+1(n独立参数数目N=不平衡势差数=能量转换方式的数目=各种功的方式+热量=

7、为容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等）；只交换热量和一种准静态的容积变化功，简单可压缩系统：N=n+1=2；闭口系:状态公理Statepostulate不平衡势差状态变化能量传递消除一种不平衡势差_达到某一_方面平衡消除一种能量传递方式而不平衡势差彼此独立独立参数数目2不平衡势差数=能量转换方式的数目=各种功的方式+热量=（2）状态方程基本状态参数（p,v,T）之间的关系，其方程的形式取决于工质的性质。理想气体的状态方程：PV=mRT（3）座标图常见p-v图和T-s图简单可压缩系统N=2,平面坐标图v常见严卩图和血图1）系统任何平衡态可表示在坐标图上2）过程线中任意一点为平衡态3）不平衡态

8、无法在图上用实线表示6、准静态过程、可逆过程（1）准静态过程px=Po+重物P，TPl=Po+重物2T.假如重物有无限多层每次只去掉无限薄一层系统随时接近于平衡态P1.I（2）准静态过程的工程条件破坏平衡所需时间（外部作用时间）恢复平衡所需时间（驰豫时间）有足够时间恢复新平衡称之为准静态过程，一般的工程过程都可认为是准静态过程。例：活塞式内燃机2000转/分曲柄2冲程/转，0.15米/冲程破坏平衡所需时间（外部作用时间）恢复平衡所需时间（驰豫时间）活塞运动速度=2000 x2x0.15/60=10m/s压力波恢复平衡速度（声速）350m/s-般的工程过程都可认为是准静态过程具体工程问题具体分析

9、。“突然”“缓慢”3）准静态过程的容积变化功w=pdv以汽缸中肌kg工质为系统初始：pxA=卩外如果P外微小Id/很小近似认为p不变可视为准静态过程ALPsBI一d/肌kg工质发生容积变化对外界作的功6W=pxAxd/=pdVlkg工质=pdv准静态容积变化功的说明1）单位为kJ或kJ/kg2）p-V图上用面积表示3）功的大小与路径有关，过程Pathfunction4）统一规定：dV0,膨胀，对外功（正）dV0dS0系统放热时为负Q0dS0定义：焙h=u+pv0=込zJSt+W辽（h+c?/2+gz)out加out-(h+C2/2+gz)/77in/in开口系能量方程定义:焙Enthalpyh

10、=u+pvH=U+pVkJ1、烂是状态量stateproperty2、H为广延参数H=U+pI-m（u+pr）=mh为比参数3、对流动工质.炖代表館量（内館+推逬功）对静止工质，烂不代表能量4、物理意义：开系中随工质流动而携带的、取决于热力状态的能量。5.稳定流动能量方程每截面状态不变t/cr/Jr=0+(力+C稳定流动条件Q-dcvQ=Const稳定流动条件/订=Hlin=/.=(7八/.iw=(Oust=/J|dEcv!dr=0o+ws+(仇+1C2+gzL“;-0+(：2/2+gz).muEcr/dr=0_(力+(?/2f2、h+gz-h+gzA2JoutV2Jin_q=Aw+巴等价t技

11、布功q=A/z+wf单位质量工质的开口与闭口闭口系(lkg)容祯变化功稳流开口系闭口稳流开口q=Aw+wq=AT?+wt等价W+二Ac2+p-Az+t2容积变化功W技术功叫轴功叫推进功A(pv)几种功的关系?q=A/z+“I=Aw+A(pv)+wt=Az/+irlw二+u;I叫1做功的根源-00c2/2gAZ准静态下的技术功二（/小）一1对功的小结1、闭系，系统与外界交换的功为容积变化功H，2、开系，系统与外界交换的功为轴功叫3、一般情况下忽略动、位能的变化叫Q叫准静态pd,=d(pv)+Swtwt=pdv-d(pv)=pdv(pdv+vdp)-vdp准静态8q=dii+pdvdqdhvdp|

12、热一律解析式之一I热一律解析式之二技术功在示功图上的表示6.稳定流动能力方程的应用举例(=AA+Ac/2+gAz+Ws热力学问题经常可忽略动、位能变化例：q=lm/sc2=30m/s(c22-q2)/2=0.449kJ/kgZj=0mz2=30mg(习F)=03kJ/kglbar下,0C水的hr=84kJ/kg100C水蒸气的h2=2676kJ/kg例1：透平（Turbine）机械火力发电核电飞机发动机轮船发动机移动电站蒸汽轮机Steamturbine燃气机透平（Turbine）机械q是流过装置的单位质量工质与外界交换的热量1）休积不大2）流量大3）保温层0叫=-AA=h、-/20水泵压气机压

13、缩机例2：压缩机械Compressor火力发电核电飞机发动机轮船发动机移动电站制冷n空调-J1）体积不大2）流量大3）保温层=A/7+ws换热设备例3：换热设备HeatExchangers火力发电：锅炉、凝汽器核孔热交换器、凝汽器制冷J卜蒸发器、冷凝器空调例4：绝热节流ThrottlingValves管道阀门j制冷n卜膨胀阀、毛细管空调恢流体冷流体烂变热流体放热量:冷流体吸热量:第三章:理想气体的性质和过程火力发电装置过热器汽轮机方2=刀2一方1r发电机方2凝汽器二q=h2-hx01绝热节流绝热节流过程，前后力不变，但为不是处处相等工程热力学的研究内容1、能量转换的基本定律2、工质的基本性质与

14、热力过程3、热功转换设备、工作原理4、化学热力学基础工程热力学的两大类工质1、理想气体(idealgas)可用简单的式子描述如汽车发动机和航空发动机以空气为主的燃气、空调中的湿空气等2、实际气体(realgas)不能用简单的式子描述，真实工质火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等理想气体状态方程摩尔容积Molarspecificvolume(Em)nkinol:pV=nR摩尔容积5统一单位耳常用来表示数量/22.414%/理想气体定义：凡遵循克拉贝龙(Clapeynm)方程的气体四种形式的克拉贝龙方1krnol:PVm=RJ阿伏伽德罗假说Avogadro?shypothesis:相同P和丁

15、下各理想气体的摩尔容积爲相同在标准状况下(几=1.01325x100To=273.15K)Am与/f的区别Rm通用气体常数UniversalGasconstant=8-3143k%mol.KI与气休种类无关R气休常数GasconstantkJ/kg.K与气休种类有关M-IVIoIarmass例如=-287%-K计算时注意事项1、绝对压力温度单位K3.统一单位(最好均用国际单位)理想气体模型Modelofideal-gas哪些气体可当作理想气体当实际气体P很小,f很大，7不太低时，即处于远离液态的稀薄状态时，可视为理想气体。Al实中没有理想气体T常温,/?定容比热容兔Specificheatat

16、constantvolume任意准静态过程“是状态量，设6q=du+pdv=dh-vdp加嚕W+（舲定容二-()v力+卩+()T卩clov為和Up的说明1、和Cp,过程己定,可当作状态量2、前面的推导没有用到理想气体性质定压比热容CSpecificheatatconstantpressure任意准静态过程是状态量，设8q=du+pdv=dhvdp适用于任何气体。兔物理意义：时lkg工质升高1K内能的增加量Cp物理意义：时lkg工质升高1K熔的增加量3、刃、s的计算要用和Cp。常见工质的和Cp的数值0C时：爲，就产0.716kJ/kgJKCp詞盲1.004kJ/kgK4,02=0.655kJ/k

17、gJKCp,o2=0.915kJ/kg*K1000QC时：為,让=0.804kJ/kgK。戸剂=1.091kJZkgjKcvO2=0.775kJ/kgp=C(3)当“n=kpv1=const=T=Cpvk=const=$=C当川=xTdsTds=CpdT-vdp理想气体)过程的/I,7k$图上凸?下凹？T斜率ITds=c、.dT+pdv上凸？下凹？T斜率ipnv=const=v=CpVp理想气体过程的7“图上凸？下凹？p斜率frI-pdv+vdp=0TA心)A0A=Jq“在p,壮图上的变化趋势=tA/?=|cvdT和=Tv%在p,Fy图上的变化趋势thAA0Aw0从X)AmX)活塞式压气机的压

18、缩过程分析压气机的作用生活中：自行车打气。工业上：锅炉鼓风、出口引风、炼钢、燃气轮机、制冷空调等等机机机风风缩通鼓压&压力范围活塞式(往复式)出口当连续流动离心式，涡旋轴流式，螺杆连续流动A/?O.OIMPqQ.QIMPa0.3MPanner0.3Fanressor流量小，升压幅度可以很大。普遍使用在汽车，电冰箱，化工。离心式(Centrifugal)风机的结构压幅度小，结构简单I1涡旋式(Scroll)压缩机*的结构小型设备，性能可靠，不怕液击。轴流式压气机的结构流量大，结构复杂。普遍使用在航空，轮船，化工。目的；研究耗功，越少越好MinimizingworkinputI指什么功技术功叫理论

19、压气功(可逆过程)VSVS可能的压气过程、特别快，来不及换热。nk、特别慢，热全散走。(T)=1、实际压气过程是)n100%不可能热二律否定第二类永动机自发过程都是具有方向性的表述之间等价不是偶然，说明共同本质若想逆向进行，必付出代价rjt=100%不可能2.卡诺循环和卡诺定理热二律奠基人1824年提出卡诺循环效率最高-法国工程师点诺（S.Carnot）,%7t.cW%?2卡诺循环热机效率卡诺循环热机效率dajciiotefficiency片0?2To彳2二（蜀）_兀-耳）爲（吐咼）Tq-T2?热机的热效率最大能达到多少？又与哪些因素有关？图pT2石4）sV2定温吸热过程,3绝热膨胀过程,4定

20、温放热过程,4-1绝热压缩过程,m心、人”口ICarnotheatengine卡诺循环Hl=珀（吁旳）对外作功q2=（旳-旳）对内作功仏c卡诺循环热机效率的说明TocK,T20K,01R多QicQ2R多平均温度法0R多=妤仅叫)TR多=石Gc%)W=i与工质无关tRltR2=加在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆热机，具有相同的热效率，且与工质的性质无关。求证：加=加由卡诺定理PtRl半tR2tR2扌tRl只有：加=加00QiQi卡诺定理推论二在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可逆热机，其热效率总小于这两个热源间工作的可逆热机的效率。已证：gf仏证明I,_I反证法，假定：7Qr=7令Q

21、,=Q1则W1R=WRQiQi=0.202=o工质循环、冷热源均恢复原状，外界无痕迹，只有可逆才行，与原假定矛盾。tR概括%概括性卡诺热机Ericssoncycle如果吸热和放热的多变指数相同这个结论提供了一个提高热效率的途径ab=cd=ef完全回热卡诺定理小结1、在两个不同T的恒温热源间工作的一切可逆热机张=%2、多热源间工作的一切可逆热机加多同温限间工作卡诺机%3、不可逆热机险同热源间工作可逆热机“垠flRla|a20T可逆时克劳修斯不等却1、正循环（卡诺循环）（2）不可逆循环吸热假定0=0，加血护5QiQi2=0放热他=-|+020克劳修斯不等式的推2、反循环（卡诺循环）（1）可逆循环克

22、劳修斯不等2、反循环（卡诺循环），可逆时克劳修斯不等式推导总结（2）不可逆循环c正循环（可逆、不可逆）放热0=-创+wI反循环（可逆、不可逆）吸热放热可逆=不可逆?仅卡诺循环克劳修斯不等式克劳修斯不等式例题热源温度热机是否能实现20008001000300=-0.667kJ/K0不可能1200kJ1500kJ800kJ500kJQ爛的物理意义热源温度寸质温度克劳修斯不等式逆时爛的物理意义矯变表示可逆过程中热交换的方向和大小dS=：可逆过程：不可逆过程AS与传热量的关系=可逆不可逆针对过程不可能对于循环竺*克劳修斯不等式爛流和爛产EntropyflowandEntropygeneration对于

23、任意微元过程有:定义爛流：除了传热,还有其它因素影响矯不可逆绝热过程00矯产：纯粹由不可逆因素引起dS=dSi+枢AS*=竺+帆不可逆因素会引起爛变化总是爛增热二律表达式之一爛产是过程不可逆性大小的度量。爛流、爛产和爛变爛变的计算方法dS=dSf+dSgA5*=AS；+帆圧意不可逆过程A50A5f0可逆过程AS1=A5f0理想气体任何过程%c+q空IpyJip仅可逆过程适用不可逆绝热过程A50A5f=0A5g0可逆绝热过程AS=0A5f=0非理想气体：查图表固体和液体：通常E常数c=4.1868kJ/kg.K(?2e=dU+jpdv=dU=cmdT丁几乎不变2；02矯变的计算方法例：水爛变的计

24、算方法热源（蓄热器）：与外界交换热量,假想蓄热器热源的爛变5.孤立系统熵增原理孤立系统r无质量交换无热量交换I无功量交换=:可逆过程:不可逆过程热二律表达式之一结论：孤立系统的嫡只能增大，或者不变，绝不能减小，这一规律称为孤立系统爛增原理。Increaseofentropyprinciple孤立系统爛增原理：孤立系统的爛只能增大，或者不变，绝不能减小。Theentropyofanisolatedsystemduringaprocessalwaysincreaseor,inthelimitingcaseofareversibleprocess,remainsconstant.为什么用孤立系统?可

25、逆过程reversible：不可逆过程irreversibleI：不可能过程impossible最常用的热二律表达式0用Q用用s没有循环不好用-不知道孤立系爛增原理举例(1)传热方向(每妇)用克劳修斯不等式A5=Af+A5al孤立系爛增原理举例(4)取热源7；和爲为孤立系A5iso=A5t+A5t=也+回=ISO丄丄2丁氓专丿当rtr2不能传热；当tt2t2y6.熵方程闭口系开口系札-dSf+dSs+亍舸朋血-丈5%ut%uti=l/=1爛的性质和计算:W是状态参数，状态一定，矯有确定的值;爛的变化只与初、终态有关，与过程的路径无关不可逆过程的爛变可以在给定的初、终态之间任选一可逆过程进行计算

26、。爛是广延量7.Ex及其计算4-7Er及其计算如何评价能量价值?？1956,I.RantI.郎特EnergyExex邸东南大学夏彦儒教授火用AvailableEnergy可用能Availability可用度Aiwrgy火无Unavailableenergy哪个参数才能正确评价能热量I1000K|500的价值100k.T,100lk.TCfl-AnQ=Q-ExQ=T0|g=xe+L10011000）=70.7财Aw=fl293lx100I500j=41.4V2沙3K293K三种不同品质的能量1、可无限转换的能量（血）理论上可以完全转换为功的能量高级能量如：机械能、电能、水能、风能2、不能转换的能

27、量（昇“）理论上不能转换为功的能量如：环境（大气、海洋）3、可有限转换的能量（&+加）理论上不能完全转换为功的能量T氐级能量如：热能、焰、内能ExAn&的定义血作功能力当系统由一任意状态可逆地变化到与给定哲境相平衡的状彎,理论上阿无限转换为任何其它能量形式的那部分能量，称为k区|100%相互转换能量中除了虽的部分，就是如/执一律.、IIEx作功能力环境一定，能量中最大可能转换为功的部分热一律和热二律的心含义一切过程，血+昇总量恒定1000K100kJ12931000=70.7VI7；=293KIxlOO500K100kJ3293K由程转换为&不可能在可逆过程中，&保持不变在不可逆过程中，囲分尿

28、转换好尿损失、作功能力涙臺贬值Degradationofenergy任何一孤立系，血只能不变或减少,不能增加孤立系&减原理ExqxQ=热量的Er与力旳1、恒温热源T下的Q%：Q中最大可能转换为功的部分卡诺循环的功txTA5=（T-T0）-S=Q-T0S热量的ExAn2、变温热源下的Q微元卡诺循环的功肩%訂（1一）逊=sq-t0_=q-tqs0=/:.一订热量的Ex与An的说明1、Q中最大可能转换为功的部分，就是2、Exe=Q-T0AS=f（Q,T,T0）Q,F（）定，T|F定，Q|jExq|3、单热源热机不能作功T=To,Exq=O4、Q定，不同F传热，血损失，作功能力损失冷量的ExAn的说明

29、如Q2=丁0矗冷量血可理解为：TT定是对其作功才形成的，而这个功（就是就储存在冷量里了。实际上，只要系统状态与环境的状态有差别,就有可能对外作功，就有&WW11闭口系统内能的ExAn设一闭口系统（lkg）,状态为“1，%珀,必，卩1竽某可逆号程，与环境达到、平衡，状态为“0,$0，片,卫0,%过程中放热J5q对外祚功为假定J勿通过可逆热机作功加闭口系统内能的ExAn热一律:闭口系统内能的Er与加的说明%=(w1-M0)-2；(51-1s0)+p0(v1-v0)1）闭口系的内能“1-叫，只有一部分是忿u内能叫=恥1-%）护0（乃-%）2）当环境珂,九一定，嘔是状态参数3）环境的内能很大，但内能e

30、x=04）闭口系由1一2的可逆过程，工质作的最大功Wmax=ul-eXu2=（一”2）-7；（$1-$2）+卩。（片一叫）第五章：气体动力循环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，研究目的：气体动力循环分类IviviolporYlhllpn-.一符龟-、四冲程高速柴油机(混合加热循环)high-speeddieselengin四冲程柴油机工作原理四冲程高速柴油机工作过程f3“01吸空气”12,多变压缩一般k=1.34-1.37刃=35MPa堺=60080（TC柴油自燃=335C2喷柴油Anh丽1伽2开始燃烧2一3迅速燃烧，近似0）pt59

31、MPaT四冲程高速柴油机工作过程3一边喷油，边膨胀p近似）膨胀切可达1700180（TCL4停止喷柴油、54-5多变膨胀A矢=030.5MP説工Uh1#5500C_.-ML*HfT/Jt*Ik*V5一:r开阀排气，降压r-o活塞推排气，完成循环1卜四冲程高速柴油机的理想化工质定比热理想气体工质数量不变P-Vp-v图0-1和F-0抵消开口闭口循环燃烧T外界加热排气T向外界放热多变T绝热不可逆T可逆5,1理想混合加热循环的计算吸热量%=5（筠-）+Cp（7；-3）放热量（取绝对值）%二q（7；-妇）热效率二w二弘弘二1弘二1弘弘弘妇一石+（厶一厶）定义几个指标性参数5定容增压比一预胀比vQilof

32、fratioCompressionratio压缩比4V2P=V3映缸积反气容P2hv1J-于二映油律反供规 /844.柏雷登循环 /84Pl7t=WZ）2理想混合加热循环的计算热效率/y-1t5=冬H丿“=1少_1z-l+u（p-l）t01.21.41.3当入、P不变3-1各因素对混合加热循环的影响受气缸材料限制一般柴油机=14t21潜艇用氨气，k=1.66Apk%=322v2、当不变各因素对混合加热循环的影响A汪意:：!爲研究方法律不必记忆z的复杂式不变当2sMa1.523P对混合加热循环的影响少_2-l+Ar2（p-l）P3柴油机与汽油机动力循环图示V汽油机，点燃式V柴油机，压燃式定容加热

33、循环的计算吸热量%=4（7；-笃）放热量（取绝对值）%=q（7；-7；）热效率w二弘_纟2二%=T-T弘弘弘T3T2定容加热循环的计算柴油机与低速柴油机循环图示汽油易爆燃一般汽油机一般柴油机效率高于汽油机的效率但汽油机小巧*5t10柴油机=14-21柴油机，压燃式低速柴油机，压燃式%tp%二%v2p4相同2平均温度法和2.活塞式内燃机循环比较比较的条件压缩比反映气缸结构尺寸、工艺材料吸热量反映作功量（马力）最高压力Pmax反映材料耐压、壁厚、成本最高压力Tmxi反映材料耐温比较的对象:混合加热，定容加热，定压加热卩咙和相同t%相等32vy/1.sPmax和q、相冋?瞪取和91相同，图示僱仏次小

34、3.斯特林循环1816年提出，近几十年才实施加热器回热器冷却器热气室冷气室宿热抿热Jd/压吸膨放-2-3-4-11234用途：航空发动机尖峰电站移动电站大型轮船I联合循环的顶循环尖峰电站或移动电站I一M气絵仇，2位式压化机A发电机,-!电动机,的电491.8-WMV勃雷登循环示意图和理想化3bustionchaihJ2I压气机Compresso燃烧室工质：数量不变，定比热理想气体闭口=循环3）可逆过程_燃气轮机Turbine勃雷登循环的计算勃雷登循环热效率的计算热效率：P1P1定义：压比Pressureratio|7t|5.提高勃雷登循环热效率的其他措施 /845.提高勃雷登循环热效率的其他措

35、施 /843324k-171k丁对净功的影响但笃受材料耐热限制不变(-kk-、陥二CT-T71k一兀k+1k丿当兀不变最佳增压比監ptS净）的求解optg；=尽_几=心_用_-方3-(方2-人)燃气轮机的实际循环的净功净功吸热量T不变疗对净功的影响71太小tI净！兀太大w净！(-kk-1、陥二cT-T71k-Jik+1丿当1a-1nkT二亠tA存在最佳兀,使w净最大燃气轮机的实际循环压气机：不可逆绝热压缩T43燃气轮机：不可逆绝热膨胀/4,定义：2压气机绝热效率1-hS燃气轮机相对内效率4-您1燃气轮机的实际循环的热效率1热效率r|才%1T-111-1优SHeq】k-l71knk7t=影响燃气

36、机实际循环热效率的因素7.0.30：0.250.200.150.100.05ciOii可t龙一定，丁1一J一定，有最佳（；）丁兀。ptg）右移7171提咼a兀opt71opt地面上，尺寸次要，省燃料，取取最佳有无其它途径空中，尺寸重要，取净）r受材料耐热限制叫4；）和净）的关系 /84 /845-5提高勃雷登循环热效率的其他途径勃雷登循环回热示意图一、回热7；在500C以上若使T4p4)不可能如果7；卩2预热空气，回热Regeneration回热器压气机燃气轮机回热在兀图上的表示压(4机间冷的图Zjl理想回热：2r4r实际回热：2aT定义：回热度EffectivenessIntercooler

37、2间冷器_h2A-h,h2Rh2一般取0.60.9令器5_LLpl13krt2,燃烧室丄FH丄rr*上二41燃气轮机压气机压气机间冷热效率的推导压气机间冷在图上的表示12341和62,256联合工作%A+91B间冷+回热示意图Intercooler回热器Regenerator於r牝机“_，争B_7tAlA*7tBlBt间_:_:91A+91B91A+01Bqqj戕算01A燃烧室1燃烧室2再热+间冷+回热在恥图上的表示再热+间冷+回热示意图间冷器回热器燃烧室1燃烧室2t再+间+回7再+回7回t简t再+间+回=t再+回W再-间+回W再-回=简32r/3E括性卡诺循环ricssoncycle无穷多级

38、的极限情况级数越多，越复杂，造价越高，一般23级两个等温过程两个等压过程+第六章水和水蒸气的性质Thepropertyofwaterandvapor厂第六章水和水蒸气的性质水和水蒸气是实际气体的代表水茎气r在空气中含量极小，当作理想气体水烝壮1一般情况下，为实际气体，使用图表18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质直到内燃机发明，才有燃气工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质优点:便宜，易得，无毒，膨胀性能好，传热性能好是其它实际气体的代表本章主要内容1实际工质的物性水蒸气的产生过程水蒸气图表的结构和应用水蒸气热力过程蒸汽水蒸气蒸气SteamWaterVaporVapor1.纯物质的热力学面及

39、相图6-1纯物质的热力学面及相图PuresubstanceSolidLiquidGas物质三种聚集状态：固态、液志、气态水的三态：冰、水、蒸汽IceWaterSteam热力学面：以表示的物质各种状态的曲面Satura駕码盥、亍楫緝和临界点1npleline临界点Criticalpoint临界点饱和气线三相线=611.2Pa,坊=273.16K四个线：三个饱和线、一个三相线一个点：临界点汽相和液相过热器锅炉因固相不流动，更关心汽液两相冰蓄冷2.汽化与饱和6-2汽化与饱和汽化：由液态变成气态的物理过程（不涉及化学变化）Vaporization-蒸发：汽液表面上的汽化沸腾：表面和液体内部同时发生的汽

40、化Boil（气体和液体均处在饱和状态下）临界点饱和液线与饱和气线的交点气液两相共存的等温线是鞍点=22.129MPa二647.30K(374.15C)=0.00326饱和状态Saturation饱和状态：汽化与凝结的动态平衡Saturationtemperature饱和温度7；_饱和压力几JSaturationpressure放掉一些水，7；不变，对应j2s=1.01325bar青藏仇=06bar3.水蒸气的定压发生过程6-3水蒸气的定压发生过程过热汽化ztf未饱和水饱和水饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽vvfv=v,VfVv,fhh”sss=ssyssI水预热(1)(4)(2)水蒸气定压发只有勵

41、嗣*Q=AU+W=AU+jpdK=AU+pJV=Atz+A(/?r)=AHA5=A5f+A5g0h=f(T)理想气体实际气体汽化时，卩=兔不变，但力增加汽化潜热未饱和水过冷度h-h=/过热蒸汽过热度过冷水StateofLiquidandvaporf未饱和液，过冷液Submoledliquid-压缩液Compressedliquid饱和液Saturatedliquid饱和湿蒸气Saturatedliquid-vapm:mixture饱和蒸气Saturatedyapor过热蒸气Superheatedyapor汽化潜热LatentheatofVaporization等压线上饱和态参数P&g，s(ba

42、r)(C)(m3/kg)kJ/(kg.K)0.0061120.010.00100022206.1750.09.15621.099.630.00104341.69461.30277.36085.0151.850.00109280.374811.86046.821550.0263.920.00128580.039412.92095.9712221.29374.150.003260.003264.4294.429Hl1bdbdAt过冷二A，过热=pABAPPcPc*p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程一点，二线，三区，五态当忽略液体Cp变化,U=f(T,v)对每个不变的厂6q=du+pdv-0A

43、.=J=Cln|=04.水和水蒸气状态参数及其图表定压加热线与饱和液线相近的说明不同的P，液体近似不可压，V不变Incompressiblesubstance6-4水和水蒸气状态参数及其图表1875年，吉布斯提出了吉布斯相律状态公理；简单可压缩系统，两个独立变量未饱和水及过热蒸汽，一般已知小用卩可饱和水和干饱和蒸汽，只需确定卩或T湿饱和蒸汽，卩和环独立，汽液两相2八4X0X=0f=32个（p和T）1个（或T）0个（卩和蛋值）不可能独立强度纟亟霰y相数对于水t3Bi单元系单相两相三相四相吉布斯相律Gibbsphaserule无化学反应时，热力系独立参数数目为水和水蒸气状态参数确定的原则1、未饱和

44、水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽确定或卩3、湿饱和蒸汽除卩或卩外，其它参数与两相比例有关饱和水0WxW干饱利蒸汽质量湿饱和蒸汽质量叮廿晒两相比例由干度兀确定定义e在过冷水和过热蒸汽区域，无意义Quality对T度工时说明干饱和蒸汽.V=0饱和水-V=1干饱和蒸汽y=xy+(l-x)y已知p或八心，,肿川声”）+r-fe湿饱和蒸汽区状态参数的确定如果有1kg湿蒸气，干度为x,即W-vkg饱和蒸汽，和水。h=xh+(l-x)ftV=XV+(1x)vs=xs+(1-x)sy-yu:y-y水和水蒸气表两类1、饱和水和干饱和蒸汽表2、未饱和水和过热蒸汽表饱和水和饱和水蒸

45、气表（按温度排列）traT/Kp!MPav/m3/kgvy/m/kgli/kJ/kg7T1/kJ/kgslkJI(炬K)sMJkJI他20.011273.16100!37315200473.15300573.150.0006110.10132!1.55518.59170001000220001043*000115610.001404：206.17!U673850.127b0.0216：30.000614419.061825.4345.42501.02676.3279142748.40.0000130692.33073.25599.15627.35646.428957038饱和水和饱和水蒸气表（

46、按压力排列）1p/MPar/kJIknr/Cv/m3/kgv7/m/kgfl/kJ!kghu/kJ/kgs*fkJI(K)/(馆Q0.0010.11.0102484.52258.2201441315.86.98299.63179.88310.960.00100010001043,0.00112740.001452(129.20811.69460.1943C5O.O18OC29.33417.517626140&62513.82675.72777.02724.40.10601.30272.13823.3616897567.36086.584756143i未饱和水和过热蒸汽表（节录）饱和参数3”方二

47、6?51Z096927.一一-=9-V/60.=72401461O5.8020=一-VAyVSVAs040608012000472oo3.2J0101568X豹0001921010101105000000&9.0表的出处和零点的规定表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会）1967和1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，但工程上还主要依靠图表。焰、内能、爛零点的规定：原则上可任取零点，国际上统一规定。水的三相点r=273.16u=0s=0但h=u+pv原则上不为0,对水：p=611.2Fav=0.00100022mgh=u+pv

48、=0.6JL=0.0006砂艇0查表举例（1）查表时先要确定在五态中的哪一态。例.1已知：p=lMPa,试确定/=1（M）C,200C各处丁哪个状态，各自是多少？/s（p）=179.88C/=100oCQ过热蒸汽/i=2827.5kJ/kg查表举例（2）查表举例（2）已知/=25（rc,5kg蒸汽占有02nP容积,试问蒸汽所处状态？/=?z=250C.v=0.001253v=0.05002已知M250C,5kg蒸气占有0.2m3容积,试问蒸气所处状态？肛？湿蒸汽状态EBiUsd*=0.795=0.04/=250C,川=1085.8卅=2799.5vv.O15MPa,试确定状态？=?p=0.()

49、15MP；izs=54.0C.过热状态内插法./7=0.01MPar=85C国區II/t=0.02MP.oi0.015-0.01尬2-也0.02-0.01如何在图上表示功和热卩图（示功图）：面积代表功卩$图（示热图）：面积代表热能否用线段表示热和功蒸汽动力循环定压过程锅炉ds焙炳图的画法(1)3、1、2、零点：办=0a=0；饱和汽线(上界线)、饱和液线(下界线C点为分界点，不在极值点上等压线群；两相区T=Const斜直线单相区昇t向上翘的发散的形线_Sq=Tds=dh-v(p恰燔图Enthalpy-entropydiagramMollicrdiagramM,】的画法(2)、定温线两相区：丁、厂

50、一对应，线即线气相区：离饱和态越远越接近于理想气体5、等容线0同理想气体-样，线出线陡6、等干度线在FEZ间，从C点出发的等分线(烝气的热力过程.|rrj6-5水蒸气的热力过程ThermalProcessofSteam热力过程：任务：确定初终态参数，计算过程中的功和热在p-y、Ts、图上表示c3wR1RR1RPiSq=du+5w3q=dh+3dSg0=-vdp&q=Tds“=/(门A=/(T)JEnthalpy-entropydiagram注意理想气体过程的区别第一定律与第二定律表达式均成立准静态可逆理想气体特有的性质和表达式不能用230q=A/z水蒸气的定压(Isobaric)过程锅炉、换热

51、器例：锅炉中，水从3ITC,4MPa,定压加热到舶0CZs(4MPa)=250.33C例Th2233,方1=129.3k.J/kgshz=3330.7kJ/kgs水蒸气的定压过程:水从30C,4MPa,定压加热到450Cq=h2-hxPl2可逆过程：水蒸气的绝热(Isentropic)过程汽轮机、水泵q=0术可逆过程:wt=-Ah=久一码可逆过程：水蒸气的绝热过程不可逆过程:汽轮机、水泵14；=/?,-hit;=h.-爪水蒸气的绝热过程汽轮机、水泵q=Q可逆过程：不可逆过程透平内效率x2,解：由GP1查表%=3330.7kJ/kg|=6.9379kJ/kg.K例：汽轮机P】=4MPa=450C

52、p2=0.005MPahI求：h2.水蒸气的绝热过程举例h】4MPa450C水蒸气的绝热过程举例求：叫hrx2,由卩2查表x2=s=0.81606一$2爲=137.77打压A/=2561.2kJ/kg0.005MPa$s2=s,=6.9379kJkg.K$2=0.4762kJ/kg.Kh=&3952kJ/kg.K第七章蒸汽动力循环第七章蒸汽动力循环水蒸气：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1.郎肯循环7-1郎肯循环RankiiueCycle汽轮机给水泵四个主要装置:锅炉汽轮机凝汽器给水泵锅炉水蒸气动力循环系统的简化简化（理想化）：汽轮机1T2汽轮

53、机膨胀23凝汽器放热耳发电机34给水泵压缩41锅炉吸热凝汽器郎肯循环水蒸气动力循坏系统2汽轮机膨胀3凝汽器放热4给水泵压缩4t1锅炉吸热郎肯循环Ts和hs图2汽轮机膨胀3亠给水泵压缩2t3凝汽器放热41锅炉吸热13.5MPa,次再热超临界机组，600C,pt25MPa,二次再热普幣冷凝水47-4蒸汽回热循环(regenerative)去凝汽器抽汽式回热Feedwaterheater表面式回热器抽汽给那！*冷凝水混合式回热器a1kg,_65蒸汽抽汽回热循环由于F-S图上各点质S量不同，面积不再直接代表热和功ha-h265忽略泵功抽汽回热循环的抽汽量计算以混合式回热器为例热一律aha+(1-Q)力

54、4=lx力5久-乳I抽汽回热循环热效率的计算热效率:吸热量:+(1a)(方a爲)=(险-甩)+(1-0仇-爲)仏RG为什么抽汽回热热效率提高?蒸汽抽汽回热循环的特点优点缺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。5.热电联产循环汽轮机，过热器锅炉-24给水泵热用户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。7-5热电联产（供）循环Cogeneration背压式机组（背压XklMPQ热用户为什么要用换热器而

55、不直接用热力循环的水？，过热器4给水泵辛热用户背压式热电联产（供）循环清华北门外2台背压式，5000kW电负荷背压式缺点：热电互相影响供热参数单一锅炉汽轮机冷凝器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。过热器冷却水水泵2加热器水泵1发电机锅炉调节阀汽轮机K=热电联产（供）循环的经济性评价W.只采用热效率m=显然不够全面%能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同Utilizationfactor己被利用的能量_g供热+%工质从热源得到的能量二_q._圧经济学评价热电联产、集中供热是发展方向，经济环保第七章小结SummaryK熟悉郎肯循环图示

56、与计算2、郎肯循环与卡诺循环3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响4、再热、回热原理及计算第八章：制冷（致冷）循环制冷k致冷）循环RefrigerationCycles0込c=_TTwq、一q?TT?%COP二鱼w制冷循环和制冷系数CoefficientofPerformance几不变，爲IF卩2不变，儿tT卡诺逆循环Reversedtiarimtcycle动力循环与制冷（热泵）循环动力Power环一正循环输入热，通过循环输出功制Refrigeration循一逆循环输入功量（或其他代价）,从低温热源取热热泵HeatPump循环一逆循环输入功量（或其他代价），向高温热用户供热热泵循环和供热系数卡诺逆

57、循环k=W弘一71_707；不变,T01cl7；不变,T、iclS制冷能力和冷吨CoolingCapacityandTonofRefrigeration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）。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=334kJ/kg巾冷吨=3.86kJ/s4美国冷吨=3.517kJ/s制冷循环种类RefrigerationCycle空气压缩制冷V（压缩制冷Gascompression蒸气压缩制冷VYapor-compression吸收式制冷AbsorptionJ制冷循环吸附式制冷A

58、dsorption蒸汽喷射制冷半导体制冷i热声制冷,磁制冷1i.空气压缩制冷循环81空气压缩制冷循环膨胀机冷却器冷藏室压缩机理想化处理：理气；定比热；可逆;3一4绝热压缩等压冷却绝热膨胀等压吸热空气压缩制冷循环过程四个主要部件；工质：空气1一22一3pfTt向环境放热，TJTTy（冷库）rt一耳Reversed逆勃雷登循环S4绝热膨胀一4等压吸热Q（卩2klP】丿1耳丿V一2绝热压缩一3等压冷却空气回热制冷与非回热的比较吸热量（收益）:q2=cP（ri-）放热量：q卢Cp（D5）非回热=Cp（2R5）*回热=為电回热砂图和心图相同不变回热适用于小压比大流量的叶轮式压气机空气制冷系统空气压缩制冷

59、的根本缺陷无法实现，低，经济性差292之7?7；）小，制冷能力q2很小。蒸气在两相区易实现汽化潜热大，制冷能力可能大2.蒸汽压缩制冷循环8-2蒸气压缩制冷循环Vapor-compressionrefrigerationcycle水能用否？0C以下凝固不能流动。一般用低沸点工质，如氟利昂、氨沸点：Ts(p=atm)100c-40.8C-26.1C-30.18C空气压缩制冷循环装置I1冷却水3R77A冷却器水R22R134aTHR01膨胀机冷藏室IE,压缩机蒸气压缩制冷空调装置2：绝热压缩过程4：定压放热过程5：绝热节流过程1：定压吸热过程节流阀代替膨胀机分析缺点：损失功量|84越陡越妬少从冷库取

60、走热量方5方6=h4h6面积8468a84ba面积a86ba匕仁省掉膨胀机，设备简化；2.膨胀阀开度，易调节蒸发温度;利弊25Idq力图及计算Ft2_爲W方2_毎oCLsd2蒸气压缩制冷循环比较逆卡诺循环3467逆卡诺73湿蒸气压缩“液击”现象实际12既安全，又增加了单位质量工质的制冷量71节流阀代替了膨胀机蒸气压缩制冷循环的计算蒸发器中吸热量q2=h1-h5=h1-h4冷凝器中放热量制冷系数-hAi:_i一-qxq2（方2方4）一（M人）方2方1w两个等压，热与功均与皓有关10比力图压焙图diagramQ.1过冷措施蒸气压缩式热泵装置房间冷滦器Trf蒸发器丄IlwvwUT.、2压缩机供暖化工