热力设备认知及热力学实验室安全事项

1、 /16第一部分：热力设备认知实验一、实验目的了解热力设备的基本原理、主要结构及各部件的用途；认识热力设备在工程热力学中的重要地位、热功转换的一般规律以及热力设备与典型热力循环的联系。二、热力设备在工程热力学课程中的重要地位工程热力学主要是研究热能与机械能之间相互转换的规律和工质的热力性质的一门科学，这就必然要涉及一些基本的热力设备（或称热动力装置），如内燃机、制冷机、蒸汽动力装置、燃气轮机等。了解这些热力设备的基本原理、主要结构、和各部件的功能，对正确理解工程热力学基本概念、基本定律十分必要。工程热力学中涉及的各循环都是通过热力设备来实现的，如活塞式内燃机有三种理想循环：定容加热循环、定压加

2、热循环和混合加热循环；蒸汽动力装置有朗肯循环；燃气轮机有定压加热循环和回热循环；制冷设备有蒸汽压缩制冷循环、蒸汽喷射制冷循环等。卡诺循环则是由两个定温和两个绝热过程所组成的可逆循，具有最高的热效率，它指出了各种热力设备提高循环热效率的方向。因此，对这些热力设备的工作原理和基本特性有一个初步了解，对一些抽象概念有一个感性认识，能够加深对热力学基本定律的理解，掌握一些重要问题（如可逆和不可逆）的实质，有助于学好工程热力学这门课程。三、各种热力设备的基本结构与原理1.内燃机内燃机包括柴油机和汽油机等，是-种重量轻、体积小、使用方便的动力机械。以二冲程柴油机为例，其基本结构如图1所示。拉耳n图i内燃机

3、结构图内燃机的工质为燃料燃烧所生成的高温燃气。艮据燃料开始燃烧的方式不同可分为点燃式和压燃式，点燃式是在气缸内的可燃气体压缩到一定压力后由电火花点燃燃烧；压燃式是气缸内的空气经压缩其温度升高到燃料自燃温度后，喷入适量燃料，燃料便会自发地燃烧。压燃式内燃机的工作过程分为吸气、压缩、燃烧、膨胀及排气几个阶段。吸气开始时进气门打开，活塞向下运动把空气吸入气缸。活塞到达下死点时进气门关闭而吸气过程结束。进气门和排气门同时关闭，活塞向上运动压缩气缸内空气，空气温度与压力不断升高，直到活塞到达上死点时，压缩过程结束。这时气缸内空气温度已超过燃料自燃温度，向气缸内喷入适量燃料，燃料便发生燃烧。燃烧过程进行的

4、很快，接着是高温燃气发生膨胀，推动活塞向下运动带动曲轴作出机械功。活塞到达下死点时，排气门打开，气缸内的高温高压燃气通过排气门排至大气，活塞又向上运动将气缸内的剩余气体推出气缸，活塞到达上死点时排气过程结束，完成一个循环。当活塞再一次由上死点向下运动时重新开始一个循环。这样通过气缸实现了燃料的化学能变为热能，热能又变为机械能的过程。汽油机的工作过程基本上与柴油机差不多，不同之处在于汽油机的汽油预先在化油器内蒸发汽化并和空气混合后一起吸入气缸，压缩过程结束后由电火花点燃燃烧。其它过程与柴油机完全相同。内燃机是主要用在工程机械、船舶和航空等领域，以及海上采油平台用内燃机发电。汽油机的总体构造分为基

5、本机构和辅助系统，如图2所示。基本机构包括：曲柄连杆机构:气缸盖、气缸体、曲轴箱、活塞、连杆和曲轴，其功用是将燃料的热能通过活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，向外输出机械功。配气机构:配气凸轮轴，进、排气门等，它的功能是定时开启和关闭进、排气门，以便吸入新气和排出废气。辅助系统包括：供给系统：定时、定量、定质地向缸内供应空气和喷入燃料。冷却系统：对内燃机各零部件进行冷却。润滑系统：不断地给摩擦表面供给润滑油，冷却摩擦表面，延长机件寿命。点火系统：用电火花点燃气缸内高温高压的汽油和空气混合物。启动系统：米用手摇启动和电机启动内燃机。/.KM讪4担汕;臥（1Nthic图2汽油机总体构造系统蒸汽动

6、力装置图3为简单蒸汽动力装置示意图。它由锅炉、汽轮机、冷凝器及给水泵四部分组成。图3蒸汽动力装置示意图水蒸汽是蒸汽动力装置的工作物质，称为工质。锅炉是水蒸汽的发生器。从锅炉产生的高温高压的过热蒸汽被送往蒸汽轮机作功。图4所示，在蒸汽轮机中，蒸汽先在喷管中降压膨胀增加流速，然后以高速冲击涡轮叶片，推动转子转动，使蒸汽轮机输出机械功，驱动发电机发电。从汽轮机排出的乏气进入冷凝器。在冷凝器中，蒸汽被冷却水吸走热量而凝结成水，其容积骤然降为原容积的数千分之一，因而在冷凝器中及汽轮机出口处造成很高的真空。当蒸汽在汽轮机中膨胀到这么低的压力时，蒸汽能推动涡轮作出更多的机械功。从冷凝器出来的冷凝水被给水泵加

7、压后，重新送回锅炉加热产生蒸汽。在锅炉中，供燃料燃烧用的空气从大气吸入后,先在锅炉的空气预热器中加热提高温度，然后送入炉膛和燃料混合并进行燃烧，把燃料的化学能转变成热能，产生高温烟气。由于高温烟气的加热，进入锅炉的水先在省煤器中受热升高温度，然后进入汽锅中受热蒸发而生成水蒸汽，再进入过热器受热升高温度成为过热水蒸汽。于是过热蒸汽又可送往汽轮机膨胀作功，重复上述循环工程。在蒸汽动力装置中，汽轮机是实现热转化为功的设备。3燃气轮机装置燃气轮机装置是近三十年来发展起来的新型动力装置，具有功率大、重量轻、体积小的优点，广泛应用于航空发动机和舰艇发动机，近年来逐渐被应用于发电及其它部门。如图4所示。燃气

8、轮机装置由压气机、燃烧室及涡轮机（透平）三部分组成。它的工质亦是燃料燃烧生成的燃气。工作时，从大气中吸入的空气，然后在压气机中对空气压缩提高其温度和压力。压缩后的空气送入燃烧室，一部分空气和喷入的燃料一起燃烧，另一部分用来和高温燃气混合以降低其温度，使工质温度和燃气轮机叶片允许的最高工作温度相适合。然后工质流入涡轮机在其中膨胀而推动转子作出机械功，其工作原理与汽轮机相同，作功后的废气则直接排到大气中。还有一种燃气轮机装置，它以氦或氢作工质，在压缩升压后采用外部加热工质，使之膨胀作功，然后工质在冷却器中放热从而完成工作循环。这类装置称为闭式循环燃气轮机装置，相应地前一种可称为开式循环燃气轮机装置

9、。由于在定压加热燃气轮机装置中，排气滠度往往高于燃烧室进口处高压空气的温度，因此可以采用回热器，用燃气轮机排出的高温废气预热供入燃烧室的高压空气，以减少燃料消耗，提高热效率。这种循环称为燃气轮机回热循环。如图5所示。图5燃气轮机回热循环示意图另外，为了提高燃气轮机的热效率，增加输出净功。可采用多级压缩中间冷却的回热循环和具有多级膨胀及中间再热的回热循环。但这种循环的装置结构复杂、体积庞大，故适用意义不大，这里不在赘述。4.制冷装置在热力工程领域内，除了各种热能动力装置外，还有一类重要的热力装置，它用于实现由温度较低的物体吸出热量而放给温度较高的自然环境，从而使物体的温度降低到环境温度以下并维持

10、其温度为低温，称为制冷装置。这里所说的制冷是相对于环境温度而言的。一桶开水置于空气中，逐渐冷却成常温水，这一过程是自发地传热降温，不是制冷。只有用一定的方式将水冷却到环境温度以下，才可称为制冷。制冷装置中使用的工作介质称为制冷剂，制冷剂在制冷机中循环流动，不断地与外界发生能量交换，即不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境介质排放热量，制冷剂的状态发生变化，这种综合过程称为制冷循环。为了实现制冷循环，必须消耗能量，该能量可以是机械能、电能、热能、太阳能及其它形式的能量。制冷方法可分为输入功实现制冷和输入热量实现制冷，电冰箱、空调器等都是输入功实现制冷。制冷机从低温热源吸热，向高温热源放热，制冷机消

11、耗功，如图6所示，这是一个逆卡诺循环，或称逆向循环（卡诺循环是从高温热源吸热，向低温热源放热。逆向循环不仅可以用来制冷，还可以把热能释放给某物体或空间，使之温度升高。作为后一种逆向循环系统称为热泵。制冷机和热泵在热力学上并无区别，因为他们的工作循环都是逆向循环，区剧仅在于使用目的。逆向循环具有从低温热源吸热、向高温热源放热的特点。当使用目的是从低温热源吸收热量时，系统称为制冷机，如电冰箱；当使用目的是向高温热源释放热量时，系统称为热泵。在许多场合，同一台机器在一些时候作制冷机用，在另一些时候作热泵用，如空调器，夏季冷却，冬季加热。R22气体温度58C90C图6制冷剂示意图制冷装置根据所用工质不

12、同可分为空气压缩制冷装置和蒸汽压缩制冷装置。蒸汽压缩制冷装置是最常用的一种制冷设备。其工质是氟里昂或氨等。图7为蒸汽压缩制冷装置简图。低压蒸气高压液体低温液体*-*J1-.二VVV:1A”IT.叮乳:冷藏库图7蒸汽压缩制冷装置节流阀X工质的低压蒸汽先在压缩机中被压缩而提高压力温度，然后工质被送往冷凝器，在冷凝器中，工质向冷却水放热而凝结成高压的液体。最后让液态工质通过节流阀节流降压而使其温度降到所需的低温。当把低温工质送入蒸发器中吸热汽化时，就可以在蒸发器周围的冷藏库中造成低温，以利用来冷冻制冰或生产低温介质。吸热后，工质汽化而成为低压蒸汽并从蒸发器流出。于是工质的低压蒸汽又被送住压缩机压缩升

13、压，重复上述循环过程。电冰箱：压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器。制冷剂（常用R12）经压缩机送到冷凝器内，冷凝成液体后经毛细管节流进入箱体内的蒸发器中，吸收箱内的热量，蒸发成低压气体，然后再回到压缩机内，完成一个循环。空调器：压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、风机、控制器。空调器可分为窗式、立柜式、分体式多种。分体式空调是将压缩机、冷凝器等组装成冷凝机组置于室外，将蒸发器、风机与控制元件等构成冷风箱置于室内。这种空调的优点是嗓声低、散热好、外形美观。四、实验要求简述各种热力设备的工作原理和基本结构，画出设备简图。简述各种热力设备中工质的循环过程。热力设备是否都需要用工质才能工作，为什么？上述热力设

14、备常用于什么用途？指出设备与装置中实现热能与机械能相互转化的。五、现有热力学实验设备1、液液板式换热2、空气-水蒸气换热设备3、道洞干燥设备（湿物料干燥实验）4、套管，列管换热设备第二部分：实验室安全注意事项及规章制度实验室安全管理制度实验室是学校教学的重要科学基地，贮存有贵重的仪器和化学危险药品。为防止损失和产生事故，必须做好防盗、防火、防水、防毒和安全用电等工作。一、防盗加强防卫，经常检查，堵塞漏洞。非工作人员不得进入仪器室，室内无人时随即关好门窗。仪器室内不会客，不住宿，未经领导同意，谢绝参观。办公室内不得存放私人贵重物品。发生盗窃案件时，保护好现场，及时向领导、治安部门报告。二、防火、

15、防爆仪器室备有防火设备：灭火机、砂箱等。严禁在仪器室内生火取暖。易燃、易爆的化学药品要妥善分开保管，应按药品的性能，分别做好贮藏工作，注意安全。做化学实验时要严格按照操作规程进行，谨防失火、爆炸等事故发生。三、防水实验室的上、下水道必须保持通畅，实验楼要有自来水总闸，生物、化学实验室设置分闸，总闸由值班人员负责启闭，分闸由有关管理人员负责启闭。冬季做好水管的保暖和放空工作，要防止水管受冻爆裂酿成水患。四、防毒实验室藏有有毒物质，实验中会产生毒气、毒液，因此必须做好防毒工作。有毒物质应妥善保管和贮藏，实验后的有毒残液要妥善处理。建立危险品专用仓库，凡易燃、有毒氧化剂、腐蚀剂等危险性药品要设专柜单

16、独存放。化学危险品在入库前要验收登记，入库后要定期检查，严格管理，做到“五双管理”即双人管理、双人收发、双人领料、双人记帐、双人把锁。4.实验中严格遵守操作规程，制作有毒气体要在通风橱内进行，学生实验室装有排风扇，保持实验室内通风良好。学生实验桌上备有废液瓶，化学实验室备有废液缸，实验室附近有废液处理池，防止有毒物质蔓延，影响人畜。五、安全用电实验室供电线路安装布局要合理、科学、方便，大楼有电源总闸，分层设分闸，并备有触电保安器。总闸由每天的值日人员控制，分闸由各室的管理人员控制，每天上下班检查启闭情况。学生用电源总闸设在讲台附近，由任课教师负责控制供停。实验室电路及用电设备要定期检修，保证安

17、全，决不“带病”工作。如有电器失火，应立即切断电源，用沙子或灭火器扑灭。在未切断电源前，切忌用水或泡沫灭火机灭火。如发生人身触电事故，应立即切断电源，及时进行人工呼吸，急送医院救治。学生实验守则一、学生进入实验室要保持安静，按规定位置就座。未经老师同意,不要擅动仪器。二、实验前，学生应认真预习实验手册及课本有关内容，充分了解实验目的、内容和方法，并事先检查实验器材、药品是否齐全、完好。在准备工作就绪后再开始实验。三、实验时，必须听从实验老师的指导，做到操作正确、步骤科学、严肃认真、一丝不苟，切忌草率从事。四、实验过程中，如遇到困难和问题，应及时请示老师协助解决。五、爱护仪器、设备、材料，一切仪

18、器、材料未经实验老师同意不得带出实验室。不得擅自挪用其它组内的仪器、材料。六、认真、独立地分析实验结果，据实填写实验报告。七、实验结束后，必须认真清理实验器材并摆放整齐，搞好清洁卫生，关好水源、电源，放好桌椅，经实验老师验收后，方能离开实验室。如遇意外事故，应沉着、镇静，及时报告老师、妥善处理。化学实验室守则一、实验室要保持安静，严禁大声喧哗、吵闹。二、学生在实验前，要预先作好课前准备，进入实验室时，要有秩序，按规定的座位就座。三、实验前，教师必须向学生讲清实验内容、目的、要求和实验步骤。四、实验开始时，学生应先查点仪器、药品是否齐全，不得随意调换，如发现问题，及时报告。五、实验必须按步骤进行

19、，并仔细观察，做好记录，课后及时写好实验报告。六、实验时，要爱护仪器，节省药品，由于违反操作规程而损坏丢失的仪器,必须赔偿。七、实验结束，要将仪器整理或清洗，保持左面，室内的整洁，由教师宣布后，才能离开。八、本守则在每学期第一次实验前向学生宣讲。实验室安全守则一、实验前应熟悉每个具体操作中的安全注意事项。二、用完酒精灯后应立即熄灭，点燃的火柴用后应立即熄灭，不得乱扔。三、使用电器时要谨防触电，不要用湿的手、物接触电源。实验后应立即把连接电源的插销拔下。四、绝对不允许把各种化学药品任意混合，以免发生意外事故。五、不要俯向容器去嗅放出的气味，应保持一定距离慢慢地用手把离开容器的气流扇向自己。六、稀

20、释浓酸（特别是硫酸）时，应将酸注入水内并不断搅拌，切勿将水注入酸内，以免溅出或爆炸。七、倾注药剂或加热液体时，不要俯视容器，以防溅出。试管加热时，切记不要使试管口向着自己或别人。八、严禁在实验室内饮食或把食具带进实验室。实验后必须仔细把手洗净。九、离开实验室之前，应检查水、电、门、窗是否关闭。易燃和具有腐蚀性的药品与有毒物品是否保管好。化学实验准备制度实验教师（任课教师）开学要有实验计划，张贴在准备室内。任课教师要认真备好实验课，明确实验要求、所需仪器、药品、实验过程、方法、注意事项。实验通知单，学生实验一周前，演示实验三天前填好，交给实验教师准备，准备工作完毕，均要检查一遍。按照实验通知单对

21、课堂演示实验和学生实验，教师必须课前事先动手完成一遍，掌握仪器的性能及实验技能。学生实验所用器材、药品应事先定件、定量配放实验桌上，失效及时调换。对易损、耗品及有腐蚀性、燃爆性和有毒物品要有明显标记，并嘱咐学生未经允许不得擅自动手，做好防患工作。对实验后的残液应倒入污水池或指定地点，不得随意乱倒。化学实验室管理制度一、实验室是学校开展正常教学的重要场所，为此，实验员要热爱职工作，认真学习刻苦钻研，管好实验室。二、实验员要做好仪器登记造册工作。分类编号、定橱、定位；对消耗、损坏的仪器要及时记载，说明原因、处理办法。三、实验员应该积极参加有关教研活动，学习教学大纲和教材，积极开展实验教学研究和自制

22、教具工作。四、要严格按照实验通知单，准备好仪器，协助教师做好演示实验和辅导学生实验。五、要认真做好仪器验收、领发、回收，及时收集和维修常见故障，加强实验室的安全保卫工作。六、实验员要认真做好实验室教学情况的记载，对各种资料要装订成册，归类保管。七、每学期结束，将实验仪器设备清点、核对。仪器室规章制度一、器材室工作人员要坚守工作岗位，注意防火、防盗、防毒，学期结束要对仪器、药品进行清查核对，保证帐物相符。二、教学仪器不得借给私人使用或外单位借用，特殊需要必须借用的须经学校分管领导批准方可借出，并要按时归还，如有损坏，照价赔偿。三、教师领取实验仪器、药品应履行借用手续，用完后应立即归还，不得带到办公室，以免损坏和丢失，对实验时损坏的仪器要如实登记四、分组实验要提前一周，演示实验要提前一天通知实验教师准备，以保证实验按时进行五、严禁闲杂人员进入器材室六、严格执行危险药品和贵重仪器保管、使用制度，如发现危险药品散失，必须及时向学校领导汇报七、严禁在器材室内吸烟和饮食八、易燃、易爆废液应倒入指定容器中集中处理九、要爱护公共财物和仪器设备，要注意节约药品，损坏仪器要如实登记，酌情赔偿仪器报损赔偿维修制度一、任课教师所借仪器如有缺损，应及时查明原因，视具体情况报损、赔偿或维修处理。二、学生分组实验时，如有不遵守实验守则或操作