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发电厂热力设备5/27/20231动力工程热工基础本课程的主要内容绪论绪论第一章第一章 工程热力学基础工程热力学基础第二章第二章 传热学基础传热学基础第三章第三章 锅炉设备锅炉设备第四章第四章 汽轮机汽轮机第五章第五章 热力发电厂热力发电厂5/27/20232动力工程热工基础本课程的主要内容绪论绪论第一章第一章 工程热力学基础工程热力学基础第二章第二章 传热学基础传热学基础第三章第三章 锅炉设备锅炉设备第四章第四章 汽轮机汽轮机第五章第五章 热力发电厂热力发电厂5/27/20233动力工程热工基础绪绪 论论热能利用及在电力工业中的地位与作用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电能及其生产方式中国电力工业发展概貌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本课程的任务与主要内容5/27/20234动力工程热工基础能源与人类文明能源与人类文明 5/27/20235动力工程热工基础自然界中蕴藏着丰富的能量，如：风力、水力、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，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。学能、辐射能（核能）等多种形式。5/27/20236动力工程热工基础5/27/20237动力工程热工基础热能：热能：是指组成物质的所有微粒作各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。种不规则热运动时的总能量。热能的利用热能的利用直接：加热、采暖、蒸煮、烘干。直接：加热、采暖、蒸煮、烘干。直接：加热、采暖、蒸煮、烘干。直接：加热、采暖、蒸煮、烘干。间接：热能间接：热能间接：热能间接：热能机械能机械能机械能机械能电能电能电能电能5/27/20238动力工程热工基础电能及其生产方式电能电能是最具生命力的优质洁净能源，它能很方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、便地转换成其他多种形式的能量，如：机械能、热能、化学能等。热能、化学能等。电能电能便于通过变压设备和电力输送线路，实现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。远距离输送而损失较少。电能电能在国民经济发展中占据着重要地位，电力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。工业的发展直接影响到国民经济的发展。5/27/20239动力工程热工基础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。5/27/202310动力工程热工基础5/27/202311动力工程热工基础5/27/202312动力工程热工基础能源问题5/27/202313动力工程热工基础热力发电特点：热力发电特点：投资较少、建期较短、布局和规模灵活、可以既发投资较少、建期较短、布局和规模灵活、可以既发电又供热；电又供热；消耗大量燃料、发电成本高、技术管理较复杂、对消耗大量燃料、发电成本高、技术管理较复杂、对环境有污染。环境有污染。水力发电特点：水力发电特点：不消耗燃料、发电成本低、不消耗燃料、发电成本低、运行操作比较简单、运行操作比较简单、对环境无污染；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件限制、发电能力在枯水季节将大幅度减小。5/27/202314动力工程热工基础原子能发电特点：原子能发电特点：核燃料热值比煤的热值高出核燃料热值比煤的热值高出250万倍，因而核燃料万倍，因而核燃料的消耗量少，运输量小，发电成本低。污染小；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初投资大，用于放射性污染的防护费用高5/27/202315动力工程热工基础中国电力工业发展概貌中国电力工业发展概貌光绪三十一年（光绪三十一年（1905年）镇江大照电灯有限公司全景年）镇江大照电灯有限公司全景5/27/202316动力工程热工基础1949年全国发电装机容量为年全国发电装机容量为185 万万kw，发电量发电量为为43亿亿kwh，人均用电量人均用电量 9 kwh；1978年全国发电装机容量为年全国发电装机容量为5712 万万kw，发电量发电量为为2566 亿亿 kwh；2001年全国发电装机容量为年全国发电装机容量为3.3861 亿亿kw，发电发电量为量为14839 亿亿kwh。截止到截止到2005年底，全国发电装机容量为年底，全国发电装机容量为5 亿亿kw。到到2004年底，火电、水电、核电、风电在电力年底，火电、水电、核电、风电在电力总装机中的比重分别为总装机中的比重分别为73.7%,24.5%,1.6%,0.2%。5/27/202317动力工程热工基础核电的发展核电的发展中国核电起步于上世纪中国核电起步于上世纪80年代，经过年代，经过20年来的发展，已经建年来的发展，已经建成和在建核电机组共成和在建核电机组共19台，总装机容量约台，总装机容量约1600万千瓦，已经万千瓦，已经建成的建成的9台核电机组发电量占中国大陆总发电量的台核电机组发电量占中国大陆总发电量的2.3。1991年年10月月31日，我国自行设计建造的第一座核电站日，我国自行设计建造的第一座核电站-秦秦山核电站（山核电站（300MW）并网发电成功。）并网发电成功。1994年大亚湾核电站两套年大亚湾核电站两套900MW压水堆机组投入商业运行。压水堆机组投入商业运行。“九五九五”期间我国又有期间我国又有4座核电站投入建设。它们是：秦山座核电站投入建设。它们是：秦山二期二期2 600MW压水堆核电站，秦山三期压水堆核电站，秦山三期2 700MW重水堆重水堆核电站，岭澳两个百万千瓦级压水堆核电站，连云港核电站，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。压水堆核电站。5/27/202318动力工程热工基础20002000年底运行中的主要水电站年底运行中的主要水电站(1000MW(1000MW及以上及以上)5/27/202319动力工程热工基础中国年发电量居世界的位次中国年发电量居世界的位次 时间1950 1957 1965 1978 1980 1985 1990 1995 2003位次251397654225/27/202320动力工程热工基础历年电力装机和发电量的构成比（历年电力装机和发电量的构成比（历年电力装机和发电量的构成比（历年电力装机和发电量的构成比（19811981198119812000200020002000）5/27/202321动力工程热工基础5/27/202322动力工程热工基础5/27/202323动力工程热工基础热力发电厂的分类热力发电厂的分类 分 类 方 法热热 力力 发发 电电 厂厂 类类 型型一 次 能 源化石燃料电厂，原子能发电厂，地热发电厂，太阳能发电厂，磁流体发电厂化石燃料电厂，原子能发电厂，地热发电厂，太阳能发电厂，磁流体发电厂能 量 供 应供应电能的凝汽式电厂，供应电能、热能的热电站供应电能的凝汽式电厂，供应电能、热能的热电站原动机 类型汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂、蒸汽燃气轮机发电厂汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂、蒸汽燃气轮机发电厂电厂 总容量小容量发电厂、中容量发电厂、大容量发电厂小容量发电厂、中容量发电厂、大容量发电厂蒸汽 初参数中、低压发电厂，高压发电厂，超高压发电厂，亚临界发电厂，超临界、超超临中、低压发电厂，高压发电厂，超高压发电厂，亚临界发电厂，超临界、超超临界发电厂界发电厂电 厂 位 置坑口、港口、路口电厂，负荷中心电厂，位于煤源与负荷中心间电厂坑口、港口、路口电厂，负荷中心电厂，位于煤源与负荷中心间电厂承 担 负 荷带基本负荷、带中间负荷、带尖峰负荷电厂带基本负荷、带中间负荷、带尖峰负荷电厂机 炉 配 合非单元机组、单元机组电厂非单元机组、单元机组电厂服 务 范 围系统中发电厂，区域性电厂，自备电厂，列车电站，孤立电厂系统中发电厂，区域性电厂，自备电厂，列车电站，孤立电厂5/27/202324动力工程热工基础现代汽轮机发电厂的组成及生产过程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。电机为发电厂的三大核心设备。5/27/202325动力工程热工基础5/27/202326动力工程热工基础现代汽轮机发电厂的生产过程现代汽轮机发电厂的生产过程从能量的观点看，热力发电厂的基本从能量的观点看，热力发电厂的基本过程是：过程是：燃料的化学燃料的化学能能 热能热能 机械能机械能 电能电能 （锅炉）（汽轮机）（发电机）（锅炉）（汽轮机）（发电机）5/27/202327动力工程热工基础火力发电厂生产系统示意图火力发电厂生产系统示意图5/27/202328动力工程热工基础制粉及燃烧系统制粉及燃烧系统制粉系统制粉系统煤煤 皮带运送机皮带运送机 原煤仓原煤仓 给煤机给煤机 磨煤机磨煤机粗粉分离器粗粉分离器 旋风分离器旋风分离器 煤粉仓煤粉仓 给粉机给粉机输粉管输粉管 喷燃器喷燃器 炉膛炉膛5/27/202329动力工程热工基础燃烧系统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。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：高温烟气：依次经过过热依次经过过热器、省煤器、空气预热器、器、省煤器、空气预热器、除尘器、引风机、烟囱，除尘器、引风机、烟囱，排入大气。排入大气。灰渣、飞灰：灰渣、飞灰：用水冲入冲用水冲入冲渣沟和冲灰沟。渣沟和冲灰沟。5/27/202330动力工程热工基础汽水系统汽水系统 锅炉给水由给水箱锅炉给水由给水箱 给水泵给水泵 高压回热加热器高压回热加热器 省煤器省煤器 汽包汽包 下降管下降管 下联箱下联箱 水冷壁管水冷壁管 汽包汽包 过热器过热器 主蒸汽管主蒸汽管 汽轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 热井热井 凝结水泵凝结水泵 低压回热低压回热 加热器加热器 除氧器除氧器 给水箱给水箱5/27/202331动力工程热工基础冷却水系统冷却水系统江河（或冷却水池）中的水江河（或冷却水池）中的水 吸水滤网吸水滤网 循环水泵循环水泵 冷却水进水管冷却水进水管 凝汽器凝汽器 冷却水出水管冷却水出水管 江河（或冷却水池）江河（或冷却水池）5/27/202332动力工程热工基础5/27/202333动力工程热工基础本课程的主要内容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5/27/202334动力工程热工基础第一章第一章 工程热力学基础工程热力学基础5/27/202335动力工程热工基础本章主要包括以下内容工质及其基本状态参数工质及其基本状态参数热力学第一定律热力学第一定律稳定流动能量方程式与焓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在定压下的形成过程水蒸汽图表及其应用水蒸汽图表及其应用水蒸汽的典型热力过程水蒸汽的典型热力过程热力学第二定律热力学第二定律朗肯循环朗肯循环5/27/202336动力工程热工基础5/27/202337动力工程热工基础工程热力学是研究热现象的学科。工程热力学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，着重研能之间相互转换时的量与质的关系，着重研究究热能转变为机械能热能转变为机械能的基本规律，并寻求进的基本规律，并寻求进行这种转换的最有利的条件。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。必要的基础理论知识。5/27/202338动力工程热工基础第二节第二节工质及其基本状态参数工质及其基本状态参数5/27/202339动力工程热工基础工质工质是指参与热功转换的媒介物质。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。如：汽轮机是以水蒸汽作为工质的。5/27/202340动力工程热工基础状态参数状态参数是描述工质在某一给定瞬间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。的物理特性的各个宏观物理量。基本状态参数基本状态参数温度、压力、比容。温度、压力、比容。5/27/202341动力工程热工基础温度：温度：表示物体冷热程度的物理量。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热力学中，温度的测量采用热力学温度 T），单位是开尔文（），单位是开尔文（K）。）。T=t+273.15 (K)温度计：温度计：测量温度的仪表。如：测量温度的仪表。如：水银玻璃杆温度计水银玻璃杆温度计热电偶温度计热电偶温度计光学温度计，等。光学温度计，等。5/27/202342动力工程热工基础压力压力(p)：大量分子对容器壁面频繁撞击的平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。均结果。以单位面积承受的力的大小来表示。压力的单位：压力的单位：Pa，kPa，MPa。(1 Pa=1 N/m2)非非SI单位：单位：mmHg、mmH2O、kgf/cm2等。等。1at=1kgf/cm2=98067Pa 1mmHg=133.321Pa 1mmH2O=9.8067Pa5/27/202343动力工程热工基础0ppbpg0ppbpv压力的测量：压力的测量：当当实实际际压压力力P高高于于当当地地大大气气压压Pb时时，压压力力测测量量表表的的读读数数为为表表压压力力Pg；当当实实际际压压力力低低于于当当地地大大气气压压时时，压力测量表的读数为压力测量表的读数为真空度真空度Pv。P=Pb+Pg P=PbPv5/27/202344动力工程热工基础比容比容(v)：单位质量的工质所占有的容积。单位质量的工质所占有的容积。单位：单位：m3/kg密度密度()：比容的倒数。单位容积内工比容的倒数。单位容积内工质的质量。质的质量。5/27/202345动力工程热工基础热力学的几个概念热力学的几个概念热力系统热力系统：工程热力学中把所要研究的，为一定：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。界面所包围的物质系统，称为热力系统。外界外界：热力系统以外的其它物体统称外界。：热力系统以外的其它物体统称外界。开口系开口系：与外界有物质交换的热力系。：与外界有物质交换的热力系。闭口系闭口系：与外界无物质交换的热力系。：与外界无物质交换的热力系。绝热系绝热系：与外界无热量交换的热力系。：与外界无热量交换的热力系。孤立系孤立系：与外界既无物质交换也无能量交换的：与外界既无物质交换也无能量交换的热力系。热力系。平衡状态平衡状态：在外界条件不变的情况下，即使经历：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。状态称为平衡状态。5/27/202346动力工程热工基础热力系统、外界和边界热力系统、外界和边界 热力系统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。热力系统简称系统系统、体系体系。与热力系统发生质、能交换的物系称为外界外界。热力系统与外界的分界线（面）称为边界边界。*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。5/27/202347动力工程热工基础AB 1）热力系统的分割完全是“人为人为”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。5/27/202348动力工程热工基础若没有质量越过边界，则系统称为闭口系闭口系（又称控控制质量制质量，用CM表示。）；若通过边界系统与外界有质量交换，则称为开口系开口系（又称控制体积控制体积，用CV表示。）；与外界无热量交换的系统称为绝热系绝热系；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，称为简简单可压缩系统单可压缩系统。5/27/202349动力工程热工基础5/27/202350动力工程热工基础理想气体理想气体与与实际气体实际气体理想气体：理想气体：它的分子是不占有容积的质点，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。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。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）除那些离液态不远的气体（如：水蒸气）除外。外。实际气体实际气体。为什么定义理想气体这种假想的模型？5/27/202351动力工程热工基础 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。5/27/202352动力工程热工基础物理学告诉我们：物理学告诉我们：p 气体的绝对压力（气体的绝对压力（N/m2 or Pa）；）；v 气体的比容（气体的比容（m3/kg）；）；T 气体的热力学温度（气体的热力学温度（K）；）；R 气体常数（气体常数（N.m/kg.K）。）。理想气体状态方程理想气体状态方程5/27/202353动力工程热工基础热力学状态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。5/27/202354动力工程热工基础第四节第四节热力学第一定律热力学第一定律5/27/202355动力工程热工基础热力学第一定律表述为：热力学第一定律表述为：热可以热可以变为功，功也可以变为热。一定变为功，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，相当的功；消耗一定量的功时，必产生数量与之相当的热。必产生数量与之相当的热。5/27/202356动力工程热工基础热力学第一定律解析式：热力学第一定律解析式：q=u+w 上式表明：加给工质的热量，一部上式表明：加给工质的热量，一部分用来改变工质的分用来改变工质的内能内能，另一部分，另一部分则用来使工质膨胀而对外作功。则用来使工质膨胀而对外作功。注：该式仅适用于闭口系。注：该式仅适用于闭口系。注：该式仅适用于闭口系。注：该式仅适用于闭口系。5/27/202357动力工程热工基础工质的内能工质的内能内能是指内能是指工质在某种状态下内部工质在某种状态下内部所蕴藏的总能量，包括内动能和所蕴藏的总能量，包括内动能和内势能。内势能。5/27/202358动力工程热工基础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状态参数。5/27/202359动力工程热工基础功与压容图功功被定义为力及沿力方向所产生位移的乘积。5/27/202360动力工程热工基础膨胀功膨胀功是气体体积变化而与外界交换的功。5/27/202361动力工程热工基础功在p-v图上可用过程线与v轴包围的面积表示。功与压容图功与压容图5/27/202362动力工程热工基础 设气缸中盛有设气缸中盛有1kg气体，缸内装气体，缸内装有一个无摩擦可移动的活塞，其有一个无摩擦可移动的活塞，其截面积为截面积为f，若缸内气体压力为，若缸内气体压力为P，作用于活塞外测的力为，作用于活塞外测的力为Fout，且作用于活塞里侧的力且作用于活塞里侧的力Pf稍大于稍大于外侧的力外侧的力Fout，则气体将发生膨，则气体将发生膨胀而使活塞向右移动胀而使活塞向右移动dx的距离。的距离。则缸内气体对活塞所作的功为：则缸内气体对活塞所作的功为：当此当此1kg气体从状态气体从状态1变化到状态变化到状态2时，所作的膨胀功为：时，所作的膨胀功为：（J/kg）5/27/202363动力工程热工基础功功 与与 热量热量在热力学研究工质的热功转换规律时：在热力学研究工质的热功转换规律时：功功是过程的函数；是过程的函数；热量热量也是如此。也是如此。作功作功 与与 传热传热 是能量传递的两种基本方式是能量传递的两种基本方式“功功”是由压力差的作用而传递的能量；是由压力差的作用而传递的能量；“热量热量”是由温差的作用而传递的能量。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，且可二者都是能量在传递过程中的度量，且可相互转换。相互转换。5/27/202364动力工程热工基础5/27/202365动力工程热工基础热量与温熵图 热量是由温度差的作用而热量是由温度差的作用而产生的能量。可逆过程中产生的能量。可逆过程中过程中的传热量可表示如过程中的传热量可表示如下：下：由此得到由此得到熵的定义式熵的定义式：TdqdsTdsqTdsdqss=215/27/202366动力工程热工基础p-v图和图和T-s图图功可用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。5/27/202367动力工程热工基础5/27/202368动力工程热工基础第六节第六节稳定流动能量方程式稳定流动能量方程式5/27/202369动力工程热工基础稳定流动：稳定流动：工质的流动情况不随时工质的流动情况不随时间而变化，即工质在设备任何截面间而变化，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。流经任何截面的流量均相同。5/27/202370动力工程热工基础稳定流动能量方程式稳定流动能量方程式 如图所示，如图所示，1kg工质从工质从1-1截面进入系统，从截面进入系统，从2-2截面截面流出系统。当该工质从流出系统。当该工质从1-1截面进入系统时，带入系截面进入系统时，带入系统中的总能量为：统中的总能量为：该工质从该工质从2-2截面流出系统截面流出系统时，传出系统的总能量为：时，传出系统的总能量为：5/27/202371动力工程热工基础考虑到考虑到 和和 ，根据能量守恒与转换定律可得出下列，根据能量守恒与转换定律可得出下列方程式方程式：可写成：可写成：令：令：，则：则：5/27/202372动力工程热工基础焓焓(h)：h=u+pv (J/kg)因为因为 u、p、v 都是状态参数，所以都是状态参数，所以焓焓也也是状态参数是状态参数。焓：代表着每焓：代表着每kg工质沿流动方向往前工质沿流动方向往前传递的总能量中直接取决于热力状传递的总能量中直接取决于热力状态的部分。态的部分。5/27/202373动力工程热工基础技术功（技术功（wt）：从热力设备中流出来的）：从热力设备中流出来的技术上可资利用的功量。技术上可资利用的功量。适用于闭口系适用于闭口系 适用于开口系适用于开口系5/27/202374动力工程热工基础当工质在进出口处的流速变化不大、进出口的高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，轴功就等于技术功忽略不计。此时，轴功就等于技术功，可用，可用在在p-v图上可用过程线图上可用过程线与与p轴包围的面积表示。轴包围的面积表示。技术功又等于工质膨胀功技术功又等于工质膨胀功与流动功的代数和：与流动功的代数和：5/27/202375动力工程热工基础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。5/27/202376动力工程热工基础在对闭口系列能量方程时，系统与外界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。算时的功应是技术功。5/27/202377动力工程热工基础稳定流动能量方程式的应用在泵与风机中在泵与风机中:上式表明上式表明,工质在泵和风机中接受压缩时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外界所加给的技术功等于工质焓的增加。5/27/202378动力工程热工基础第七节 水蒸汽在定压下的形成过程5/27/202379动力工程热工基础水蒸汽在定压下的形成过程 未饱和水未饱和水 饱和水饱和水 湿蒸汽湿蒸汽 干蒸汽干蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽 5/27/202380动力工程热工基础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；饱和水线；Nc干饱和蒸汽线；干饱和蒸汽线；液体热；液体热；汽化潜热；汽化潜热；过热热量过热热量；c 临界点临界点 5/27/202381动力工程热工基础过热度：过热度：过热蒸汽的温度过热蒸汽的温度 t 超过相应于同一压力超过相应于同一压力下的饱和温度下的饱和温度 ts 的数值。的数值。干度：干度：湿蒸汽中所含干蒸汽的质量百分数。湿蒸汽中所含干蒸汽的质量百分数。水的临界点参数：水的临界点参数：tc=374.15 pc=22.129 MPa vc=0.00326 m3/kg5/27/202382动力工程热工基础5/27/202383动力工程热工基础为什么用图表？1 1、工程中需要这些数据：、工程中需要这些数据：h,v,h,v,等等已知：汽轮机蒸汽进出口参数，怎样求作功？已知：汽轮机蒸汽进出口参数，怎样求作功？可由图表根据可由图表根据p p1 1 t t1 1 p p2 2 t t2 2 求出焓降，从而得求出焓降，从而得出作功的大小出作功的大小5/27/202384动力工程热工基础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)5/27/202385动力工程热工基础水蒸汽表来源：实验数据 整理目的：目的：t p t p h r t h r ts s p ps s v v查取方法:插值法5/27/202386动力工程热工基础饱和水、干蒸汽、未饱和水、过热蒸饱和水、干蒸汽、未饱和水、过热蒸汽可通过水蒸汽表直接查出。汽可通过水蒸汽表直接查出。湿蒸汽参数可按下式计算湿蒸汽参数可按下式计算：5/27/202387动力工程热工基础5/27/202388动力工程热工基础5/27/202389动力工程热工基础5/27/202390动力工程热工基础5/27/202391动力工程热工基础 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=ql h=ql+r h =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。5/27/202392动力工程热工基础焓熵图线算图、莫里尔线算图、莫里尔(德德)来源：水蒸汽表来源：水蒸汽表目的：直接查取目的：直接查取 h ha a 定压加热定压加热 b b 绝热流动绝热流动 定压线群、定温线群定压线群、定温线群定容线群、干度线定容线群、干度线5/27/202393动力工程热工基础5/27/202394动力工程热工基础焓熵图（焓熵图（h-s 图）图）5/27/202395动力工程热工基础第九节水蒸汽的典型热力过程5/27/202396动力工程热工基础1.定压流动过程定压流动过程2.工质在设备中进行定压流动时所吸入（或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）。放出）的热量等于其焓的增加（或减小）。2.绝热流动的作功过程绝热流动的作功过程3.4.水蒸汽在绝热情况下流经汽轮机时乃是依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。靠它的焓降转变为技术功。5/27/202397动力工程热工基础3.通过喷管的绝热流动能量方程式：能量方程式：工质流经喷管时，如果发工质流经喷管时，如果发生绝热膨胀，则其动能必生绝热膨胀，则其动能必将增大。将增大。5/27/202398动力工程热工基础喷管的型式喷管的型式 根据喷管截面形根据喷管截面形状的不同，喷管状的不同，喷管可分为两种型式：可分为两种型式：渐缩喷管渐缩喷管和和渐缩渐缩渐扩喷管渐扩喷管。渐缩喷管渐缩喷管 渐缩渐扩喷管渐缩渐扩喷管 （拉伐尔喷管）（拉伐尔喷管）5/27/202399动力工程热工基础喷管型式的选取：喷管型式的选取：当当 p2/p1c 时，采用渐缩喷管，喷管出口能获得亚时，采用渐缩喷管，喷管出口能获得亚音速或音速流动；音速或音速流动；当当p2/p1c 时，采用渐缩渐扩喷管，喷管出口能获时，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得超音速流动，在最小界面处的流速理论上等于当地音速。地音速。注：注：c=pc/p15/27/2023100动力工程热工基础4.绝热节流节流：节流：流体在管道中流动时，如果流体在管道中流动时，如果流经阀门、挡板、孔板等障流经阀门、挡板、孔板等障碍物，流体则产生涡流和摩碍物，流体则产生涡流和摩擦，即产生局部阻力损失，擦，即产生局部阻力损失，因而引起压力显著下降，这因而引起压力显著下降，这种现象，称为节流。种现象，称为节流。节流后节流后 h2=h1 p2p1 s2s1 工质通过孔板时的绝热节流工质通过孔板时的绝热节流5/27/2023101动力工程热工基础绝热节流后，工质的作功能力将下降。绝热节流后，工质的作功能力将下降。绝热节流在绝热节流在 h-s 图上表示图上表示5/27/2023102动力工程热工基础第十节热力学第二定律5/27/2023103动力工程热工基础热力学基本定律热力学基本定律5/27/2023104动力工程热工基础热力学第二定律的表述克劳修斯说法：克劳修斯说法：热不可能自发地、不付热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。代价地从低温物体传到高温物体。开尔文开尔文-浦朗克说法：浦朗克说法：任何发动机都不可任何发动机都不可能只从单一的热源吸热，并把它连续不能只从单一的热源吸热，并把它连续不断地转变为功。断地转变为功。5/27/2023105动力工程热工基础热力过程热力过程5/27/2023106动力工程热工基础热力循环热力循环5/27/2023107动力工程热工基础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：5/27/2023108动力工程热工基础循环的热效率 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：5/27/2023109动力工程热工基础卡诺循环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。12：定温吸热过程；23：绝热膨胀作功过程；34：定温放热过程；41：绝热压缩过程。卡诺循环的热效率 5/27/2023110动力工程热工基础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。5/27/2023111动力工程热工基础第十一节 朗肯循环5/27/2023112动力工程热工基础简单蒸汽动力装置的理想可逆循环称为朗肯循环。朗肯循环的组成朗肯循环的组成 实现朗肯循环所需的热实现朗肯循环所需的热力设备包括：锅炉、汽力设备包括：锅炉、汽轮机、凝汽器、给水泵轮机、凝汽器、给水泵等。等。5/27/2023113动力工程热工基础朗肯循环是由以下热力过程组成的：朗肯循环是由以下热力过程组成的：12：过热蒸汽：过热蒸汽在汽轮机内的绝热在汽轮机内的绝热膨胀作功过程膨胀作功过程23：乏汽：乏汽在凝汽器中的定压放热在凝汽器中的定压放热过程过程 34：凝结水：凝结水在给水泵中的绝热压在给水泵中的绝热压缩过程缩过程4561：给水：给水在省煤器、汽锅在省煤器、汽锅和过热器中定压吸热过程和过热器中定压吸热过程 5/27/2023114动力工程热工基础朗肯循环的热效率朗肯循环的热效率 则朗肯循环的热效率为：则朗肯循环的热效率为：当当p110MPa时，水泵功可忽略不计，此时：时，水泵功可忽略不计，此时：5/27/2023115动力工程热工基础提高朗肯循环热效率的途径提高朗肯循环热效率的途径提高初温、初压；提高初温、初压；降低背压。降低背压。5/27/2023116动力工程热工基础 提高初压，可以提高提高初压，可以提高平平均吸热温度均吸热温度，从而提高，从而提高循环热效率，但却使乏循环热效率，但却使乏汽干度降低，对汽轮机汽干度降低，对汽轮机内效率内效率、安全运行安全运行不利不利(x0.850.88)发展方向发展方向：越来越高：越来越高中压中压高压高压超高压超高压亚临亚临界界超临界超临界超超临界超超临界1、提高初压、提高初压p15/27/2023117动力工程热工基础 提高初温可以提高提高初温可以提高平均平均吸热温度吸热温度，并提高乏汽，并提高乏汽干度，但受到干度，但受到材料耐温材料耐温性能的限制性能的限制。发展方向发展方向：不易提高：不易提高 540-5552、提高初温、提高初温t15/27/2023118动力工程热工基础 降低终压可以降低降低终压可以降低平均平均放热温度放热温度，从而提高效，从而提高效率率限制限制：环境温度环境温度(真空如何形成真空如何形成?)?)；循环泵电耗循环泵电耗全厂经济性全厂经济性(凝汽器中的乏汽压力，即汽轮机背压凝汽器中的乏汽压力，即汽轮机背压)3、降低终压、降低终压p25/27/2023119动力工程热工基础 朗肯循环由于工质的平均吸热温度比循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。比较高的回热循环和再热循环。5/27/2023120动力工程热工基础朗肯循环朗肯循环现代蒸汽动力装置现代蒸汽动力装置 的的基本基本循环循环实际中对朗肯循环做实际中对朗肯循环做改进改进回热循环回热循环+再热循环再热循环5/27/2023121动力工程热工基础第二章 传热学基础5/27/2023122动力工程热工基础传热学是研究热能传递规律的学科。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温差的存在，必然会引起热量从高温物