工程热力学2及总复习

1、第三部分 热力过程与热力循环第八章 理想气体的热力过程 本章提要: 1 了解研究热力过程的目的是揭示过程中工质状态参数变化规律及能量转换规律，找出影响因素； 2 熟悉理想气体热力过程计算内容； 3 掌握理想气体热力过程分析方法。 81 概述四种典型理想化热力过程：等容过程等压过程等温过程绝热过程82 四种典型热力过程的分析一、定容过程：容积保持不变的热力过程。如有些刚性密闭容器中的热力过程、汽油机的燃烧加热过程等。 特征：V=常量或v=常量，1. 定容过程工质状态变化规律（以下分析假定在定值比热下得到）：82 四种典型热力过程的分析2. 定容过程状态图 12：右行，压力升高，温度升高，熵增加，

2、被加热；12：左行，压力降低，温度降低，熵减少，对外放热。82 四种典型热力过程的分析二、定压过程：压力保持不变的热力过程。如承载给定重物的活塞组成的密闭容器燃气轮机的燃烧加热过程等。 特征：p=常量1. 定压过程工质状态变化规律（以下分析假定在定值比热下得到）：82 四种典型热力过程的分析2. 定压过程状态图 12：右行，吸热膨胀，温度升高，熵增加；12：左行，放热收缩，温度降低，熵减少。82 四种典型热力过程的分析三、定温过程：温度保持不变的热力过程。 特征：T=常量1. 定温过程工质状态变化规律（以下分析假定在定值比热下得到）：82 四种典型热力过程的分析2. 定温过程状态图12：右行，

3、吸热膨胀，压力降低，熵增加；12：左行，放热收缩，压力升高，熵减少。82 四种典型热力过程的分析四、绝热过程：任何时候与外界没有任何热交换的热力过程。 特征：s=常量（可逆时）1. 绝热过程工质状态变化规律（以下分析假定在定值比热下得到）：82 四种典型热力过程的分析4. 绝热过程能量转换变化规律（以下分析假定在定值比热下得到）82 四种典型热力过程的分析2. 绝热过程状态图12：右行，吸功膨胀，压力升高；12：左行，放功收缩，压力降低，熵减少。82 四种典型热力过程的分析3.绝热指数 空气，自由度5过热水蒸气：饱和水蒸气：湿蒸汽：绝热过程比热83 多变过程的分析五、多变过程： 以 =常量（-

4、n0） 压力降低（dp0）流速降低（dcf0）气体压缩（dv0） 94 气体在喷管和扩压管中的流动二、流道截面积、气体状态与流速变化关系（稳定流）。 亚音速， 渐缩喷管加速减压，渐扩扩压管减速加压。 音速 超音速 渐扩喷管加速减压，渐缩扩压管减速加压。从亚音速到超音速：缩放（拉伐尔）喷管，缩放喷管面积最小处（喉部）的流速为音速，达到声速点的流体状态叫流动临界状态，参数叫临界参数。94 气体在喷管和扩压管中的流动临界压力pcr；临界温度Tcr；临界截面积Acr； 95 喷管中理想气体流动的计算 给定喷管进出口参数和流量，计算喷管实现完全膨胀时的速度，及喷管尺寸喷管设计计算给定喷管尺寸、喷管进出口

5、参数，计算喷管能否实现完全膨胀及喷管的实际速度和流量喷管校核计算完全膨胀：气体焓降全部转变为气体动能。一、喷管设计计算理论：定熵滞止参数：设想一个定熵减速过程，直至气体速度为0，此时的参数为定熵滞止参数（上标*表示）。95 喷管中气体流动的计算 滞止焓滞止温度：滞止压力：滞止比容：速度： 95 喷管中气体流动的计算（理想气体） 临界压力比临界速度：临界比焓临界温度：临界压力：临界比容： 95 喷管中气体流动的计算 流量计算：最大流量（临界流量）：最小截面在声速处： 95 气体流动的计算 二 变工况的校核计算 1 渐缩喷管渐缩喷管内的流动过程 2 缩放喷管缩放喷管内的流动过程96 水蒸汽在喷管中

6、的定熵流动 1定熵滞止参数2临界压力比过热蒸汽：1.4 临界压力比为0.546干饱和蒸汽： 1.135临界压力比为0.577湿蒸汽： 1.035+0.1x 96 水蒸汽在喷管中的定熵流动 3流速的计算4喷管截面面积的计算 97 有摩擦的绝热流动 1喷管的速度系数j 喷管出口实际流速 与理想流速两者的比值2喷管效率hN出口实际动能 与出口理想动能之比 98 绝热节流 1绝热节流节流过程中流体与外界没有热量交换2焦耳汤姆逊实验测定绝热节流系数的实验 98 绝热节流 3节流的温度效应绝热节流前后流体（流体、气体）的温度变化节流后流体的温度降低（T2T1），称为节流热效应；节流前后流体的温度相等（T2

7、=T1），称为节流零效应。 第三部分 热力过程及热力循环 第十章 气体的压缩 概 述 什么叫压气机？ 压缩气体的设备。 压气机在现代工业中应用广泛： 化工、能源、冶金、石油、纺织、交通 概 述 压气机分类（1）：按气体达到的压力分（三类）：通风机（0.3MPa表压） 概 述压气机分类（2）：按构造和工作原理分（主要三类）：引射式活塞式（主要介绍） 离心式叶轮式 轴流式101 压气机的工作原理一、 单级活塞式压气机的工作原理101 压气机的工作原理二、 叶轮式压气的工作原理 102 压缩过程的热力学分析稳定流动过程热力学第一定律（压气机适用）：假定过程可逆绝热压缩1 2，多变压缩1 2，等温压缩

8、1 2“102 压缩过程的热力学分析一 压缩过程中气体的状态变化n: 多变指数 理想气体： n=11.4， 压缩比：p2/p1 102 压缩过程的热力学分析二 压气机耗功量Wc=-Wt 102 压缩过程的热力学分析二 与外界交换的热量Q 102 压缩过程的热力学分析三 摩擦对压缩过程的影响 (内部不可逆绝热过程) 绝热效率c，s 对压气机，0 c，s=0.80.9 1 102 压缩过程的热力学分析考虑摩擦对压缩过程的影响时的计算： 面积：12p2p1 1 103 单级活塞式压气机余隙容积的影响一 余隙容积Vc和容积效率v V V1-V4 有效吸气容积Vh=V1-V3 排量 余隙容积比 Vc/V

9、h Vc/Vh=V3/(V1-V3)v= 1- Vc/Vh(1/n-1) 103 单级活塞式压气机余隙容积的影响公式的讨论： v= 1- Vc/Vh(1/n-1)有效吸气容积V排量Vh， v减小，生产量减小1. 余隙容积百分比Vc/Vh一定时， 增加， v下降，直至v=02. 当v=0，压缩机不能进气，没有产量3.增压比一定时，余隙容积百分比增加， v下降，直至v=0103 单级活塞式压气机余隙容积的影响相同产量下，理论耗功量不变 问题：右图中，压力增加到那一点，压气机没有产量？ 104 多级压缩及中间冷却一 工作原理 ：对绝热压缩，多级压缩加中间冷却省功节能 问题：若为等温压缩，采用多级压缩

10、能省功吗？ 104 多级压缩及中间冷却二 两级压缩压气机消耗的总功量 105 多级压缩及中间冷却 三 最有利的分级增压比(耗功最少)2级压缩： 理想等压中冷 n级压缩加中间冷却最佳压缩比（拉格朗日极值理论）：Pj/pj-1=Pi/pi-1=（pn/p1）1/n 第十一章.蒸汽动力循环 本章要求：1、熟练掌握朗肯（Rankine）循环2、能利用热力学基本定律、水蒸气热力性质进行朗肯循环热力分析3、了解提高蒸汽动力循环热效率的原理和方法4、能从热力学角度初步进行技术经济分析5、了解热电联供的节能原理 四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵boilerTurbineMotorPumpconde

11、nser蒸汽动力基本装置示意图：ProcessExhaustwaterboilerTurbinegeneratorPumpCondenser郎肯循环123434 给水泵 s 压缩41 锅炉 p 吸热12 汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热11.3 Rankine Cycle (Idealized)Rankine Cycle on p-v diagram1342pv4321Th1324朗肯循环热力分析sh1324汽轮机绝热作功冷凝器定压放热水泵压缩锅炉定压吸热hs1324Thermal Efficiency of Rankine Cycle0.81%，可以忽略 hs1324汽轮机相对内效率、

12、汽耗率和循环功比考虑实际过程不可逆 2循环功比：汽耗率：p1, t1, p2114、蒸汽特性对循环热效率的影响s654321TsT654321锅炉压力的影响t1 , p2 Fixed，p1 ，sT654321蒸汽温度的影响优点： ，p1 , p2 Fixed，t1sT654321乏汽压力的影响 优点： p1 , t1 fixed，p2Ts65431b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：抽汽回热循环的抽汽量计算(1- )kgkg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg以混合式回热器为例热一律，1kg流量系数11.7 热电循环既供电又供热：背压式和抽凝式

13、：12361kga45kg(1-)kg热用户1231kg4(1-)kg热用户第十二章 气体动力循环本章提要: 本章主要讨论各种燃气动力装置的理想循环。讨论如何合理地将各种燃气机动力装置的实际工作过程简化为理想的气体动力循环，并进行热力学分析计算及探讨提高循环效率的途径。本章要求:1了解燃气动力装置的设备组成、工作过程及工作特点。熟悉合理地将各种燃气轮机动力装置的实际工作过程简化为理想的气体动力循环。2掌握燃气轮机装置定压加热理想循环和往复活塞式内燃机理想循环的热力学分析计算方法，熟悉提高循环效率的途径。3了解喷气式发动机及蒸汽燃气联合循环的工作原理。121 燃气轮机定压加热循环（BRAYTON

14、 CYCLE）一 燃气轮机的工作原理二 pv图和Ts图 121 燃气轮机定压加热循环（BRAYTON CYCLE）三 循环分析1 循环吸热量2 循环放热量3 循环作功量4 循环热效率 5 反映循环特性的参数: 增压比 循环增温比 最高温度 121 燃气轮机定压加热循环四 增压比p2/p1的选择 122 考虑摩擦损失的燃气轮机定压加热循环二 循环分析:1 反映循环特性的参数：相对内效率 绝热效率124 往复活塞式内燃机循环 一 内燃机的工作原理 12-4 往复活塞式内燃机循环 二 机械喷射式柴油机的工作原理内燃机的工作原理（动画演示）三 pv图和Ts图 124 往复活塞式内燃机循环 四 循环分析

15、1 循环吸热量2 循环放热量3 循环作功量4 循环热效率5 反映循环特性的参数 （1）压缩比 （2）定容升压比 （3）定压预胀比五 煤气机汽油机的工作原理内燃机的工作原理（动画演示）六 pv图和Ts图 124 往复活塞式内燃机循环 七 循环分析1 循环吸热量2 循环放热量3 循环作功量4 循环热效率5 反映循环特性的参数 （1）压缩比 （2）定容升压比 124 往复活塞式内燃机循环 八 早期柴油机的工作原理内燃机的工作原理（动画演示）九 pv图和Ts图 124 往复活塞式内燃机循环 十 循环分析1 循环吸热量2 循环放热量3 循环作功量4 循环热效率5 反映循环特性的参数 （1）压缩比 （2）

16、定压预胀比 124 往复活塞式内燃机循环 12-5 斯特林发动机（STIRLING CYCLE）一 斯特林发动机的工作原理斯特林发动机的工作原理（动画演示）二 Ts图三 循环分析第十三章 制冷循环本章提要和要求: 本章主要讨论各种制冷装置的理想循环。讨论如何合理地将各种制冷装置的实际工作过程简化为理想的制冷循环，并进行热力学分析计算及探讨影响COP的因素。 1了解制冷机及热泵循环作为逆循环的特征；了解热泵供热的特点及优越性。 2对工程常见的空气制冷循环及各种蒸汽制冷循环的构成，影响COP的因素有基本的了解。 3了解制冷剂的特征及对制冷剂的要求。 4 掌握空气制冷循环和蒸汽压缩制冷循环的热力学分

17、析计算方法，熟悉影响制冷循环COP的因素。132 制冷装置和循环 四 制冷循环的相互联系 133 空气制冷循环(逆布雷顿(Brayton)循环 ) 一 空气制冷装置二 循环的p-v图和T-s图133 空气制冷循环 三 循环分析1 2 3大得多133 空气制冷循环 四 工业用装置（有回热的空气制冷装置） 134 蒸汽压缩制冷循环(帕金斯(Perkins )循环 ) 二 循环的p-h图13 4 蒸汽压缩制冷循环(帕金斯(Perkins )循环 ) 三 蒸汽压缩制冷循环热力学分析 qinqout+win-wout=he-hiCOPR=qL/wnet(h3-h2)/(h4-h3) COPHP=qH/w

18、net(h4-h1)/(h4-h3) 实际蒸汽压缩制冷循环 四、实际蒸汽压缩制冷循环 （考虑了流动阻力和传热和过程的不可逆。 ）：135 制冷剂的选择 选用制冷剂应遵循以下原则：1 制冷剂的热力性质1) 在制冷工作温度范围内有合适的压力和压力比。最低工作压力最好高于大气压，以防空气渗入系统，影响工质性质和传热，或加快材料腐蚀，或引起其它不良效果（如燃烧、爆炸等）。最高工作压力和最低工作压力比不宜过高，以免增加压缩过程的不可逆性（压缩终了温度过高，输气系数过低），压缩机过于笨重。2）单位制冷量和单位容积制冷量大，从而减少工质循环量和压缩机输气量，减小制冷机体积和重量，减小流动损失。这对大型制冷机尤其重要，小型制冷机尺寸过小有时会增加制造难度。3）比功和单位容积压缩功小，循环效率高。4）压缩终了温度不要太高，以免润滑条件恶化和制冷剂在高温下分解。135 制冷剂的选择2 制冷剂的传输性质1）粘度、密度小，减小流动阻力和制冷剂使用量。2）导热系数大，提高传热系数，减小换热器传热面积。3）蒸发制冷时，制冷剂潜热大，单位制冷量大。3 物理化学性质1）无毒，不燃烧，不爆炸，使用安全。2）化学稳定性和热温度性好。经得起温度、压力循环的变化，不变质，不分解。不与润滑油起反应，对设备无