2022年热能工程与动力类专业知识点--工程热力学知识点讲义整理 .pdf

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1、工程热力学知识点1什么是工程热力学从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。2能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题3. 热能及其利用1热能：能量的一种形式2来源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。如风能 , 水力能 , 太阳能、地热能、化学能和核能等。二次能源：由一次能源转换而来的能源，如机械能、机械能等。3利用形式：直接利用：将热能利用来直接加热物体。如烘干、采暖、熔炼( 能源消耗比例大) 间接利用：各种热能动力装置，将热能转换成机械能或者再转换成电能，4. 热能动力转换装置的工作过程5热能利用的方向性及能量的两种属性1

2、过程的方向性：如：由高温传向低温2能量属性：数量属性、, 质量属性 ( 即做功能力 ) 3数量守衡、质量不守衡4提高热能利用率：能源消耗量与国民生产总值成正比。1. 1 热力系统一、热力系统系统： 用界面从周围的环境中分割出来的研究对象，或空间内物体的总和。外界： 与系统相互作用的环境。界面： 假想的、实际的、固定的、运动的、变形的。依据： 系统与外界的关系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 18 页系统与外界的作用：热交换、功交换、质交换。二、闭口系统和开口系统闭口系统： 系统内外无物质交换, 称控制质量 。开口系统： 系

3、统内外有物质交换, 称控制体积 。三、绝热系统与孤立系统绝热系统：系统内外无热量交换 ( 系统传递的热量可忽略不计时，可认为绝热) 孤立系统：系统与外界既无能量传递也无物质交换=系统 +相关外界 =各相互作用的子系统之和= 一切热力系统连同相互作用的外界四、根据系统内部状况划分可压缩系统：由可压缩流体组成的系统。简单可压缩系统：与外界只有热量及准静态容积变化均匀系统：内部各部分化学成分和物理 性质都均匀一致的系统，是由单相组成的。非均匀系统：由两个或两个以上的相所组成的系统。单元系统：一种均匀的和化学成分不变的物质组成的系统。多元系统：由两种或两种以上物质组成的系统。单相系： 系统中工质的物理

4、、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。复相系： 由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。12 工质的热力状态与状态参数一、状态与状态参数状态：热力系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。状态参数：描述工质状态特性的各种状态的宏观物理量。如： 温度（ T） 、压力（ P） 、比容（）或密度（）、内能（ u） 、焓（ h） 、熵（ s） 、自由能（f ） 、自由焓（ g）等。状态参数的数学特性 : 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 18 页11212xxdx表明：状态的路径积分仅与初、终状态有关，而与状态

5、变化的途径无关。2dx =0 表明：状态参数的循环积分为零基本状态参数 ：可直接或间接地用仪表测量出来的状态参数：温度、压力、比容或密度温度：宏观上，是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量。微观上 , 是大量分子热运动强烈程度的量度2压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。fFp式中： F整个容器壁受到的力，单位为牛顿（N） ；f 容器壁的总面积（m2 ） 。微观上：分子热运动产生的垂直作用于容器壁上单位面积的力。压力测量依据：力平衡原理压力单位： MPa 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。工程上常用测压仪表测定的压力。以大气压力为计算起点，也称表压力。gpBp（PB ）

6、HBp（PT1-T2 所以：11c二 卡诺定理：1、所有工作于同温热源、同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热效率为最高。2. 在同温热源与同温冷源之间的一切可逆热机，其热效率均相等. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 18 页压气机的热力过程1 压气机的理论压缩功压气机 : 用来压缩气体的设备一、单机活塞式压气机工作过程吸气过程、压缩过程、排气过程。理想化为可逆过程、无阻力损失. 1定温压缩轴功的计算stw=21vdpwt1211lnppvp按稳态稳流能量方程，压气机所消耗的功，一部分用于增加气体的焓，一部分转化为热能

7、向外放出 . 对理想气体定温压缩, 表示消耗的轴功全部转化成热能向外放出. stw=TQ2定熵压缩轴功的计算, 21vdpwtskkkwppkkRT112111按稳态稳流能量方程，绝热压缩消耗的轴功全部用于增加气体的焓，使气体温度升高，该式也适用于不可逆过程3多变压缩轴功的计算21vdpwtsnnnwppnnRT112111按稳态稳流能量方程，多变压缩消耗的轴功部分用于增加气体的焓，部分对外放热，该式同样适用于不可逆过程结论: sssnstwwwTsnsTTT22可见定温过程耗功最少，绝热过程耗功最多精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第

8、13 页，共 18 页82 多级压缩及中间冷却由kkppTT11212即：压力比越大， 其压缩终了温度越高，较高压缩气体常采用中间冷却设备，称多级压气机 . 最佳增压比：使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时，各级的增压比称为最佳增压比。压气机的效率：在相同的初态及增压比条件下，可逆压缩过程中压气机所消耗的功与实际不可逆压缩过程中压气机所消耗的功之比，称为压气机的效率。特点 : 1减小功的消耗, 由 p-v 图可知2降低气体的排气温度, 减少气体比容3每一级压缩比降低, 压气机容积效率增高中间压力的确定: 原则：消耗功最小。以两级压缩为例, 得到：2312/pppp结论 : 两级压力比相等，耗功最

9、小。推广为 Z 级压缩zzpp1121/.推理 : 1每级进口、出口温度相等. 2各级压气机消耗功相等. 3各级气缸及各中间冷却放出和吸收热量相等. 85 活塞式压气机余隙影响一、余隙对排气量的影响余隙： 为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞，在汽缸端盖与活塞行程终点间留有一定的余隙，称为余隙容积，简称余隙活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 18 页31341VVVVv结论： 余隙使一部分汽缸容积不能被有效利用，压力比越大越不利。二 余隙对理论压缩轴

10、功的影响nnsnppVVpnnw1122111)(1式中：41VVV为实际吸入的气体体积。结论： 不论压气机有无余隙，压缩每kg 气体所需的理论压缩轴功都相同，所以应减少余隙容积。气体动力循环92 活塞式内燃机实际循环的简化开式循环 (open cycle)；燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为不可逆；各环节中工质质量、成分稍有变化。93 活塞式内燃机的理想循环一、混合加热理想循环01 吸气12 压缩23 喷油、燃烧34 燃烧45 膨胀作功50 排气蒸汽动力装置循环热机： 将热能转换为机械能的设备叫做热力原动机。热机的工作循环称为动力循环。动力循环可分：蒸汽动力循环和燃气动力循环两大类。101蒸汽

11、动力基本循环一朗肯循环朗肯循环是最简单的蒸汽动力理想循环，热力发电厂的各种较复杂的蒸汽动力循环都是在朗肯循环的基础上予以改进而得到的。一、装置与流程蒸汽动力装置：锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵等四部分主要设备。工作原理： p-v 、T-s 和 h-s 。朗肯循环可理想化为：两个定压过程和两个定熵过程。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 18 页二、朗肯循环的能量分析及热效率取汽轮机为控制体，建立能量方程: 3121hhhh三、提高朗肯循环热效率的基本途径依据：卡诺循环热效率1、提高平均吸热温度直接方法式提高蒸汽压力和温度。2

12、、降低排气温度. 制冷循环111 空气压缩制冷循环空气压缩式制冷：将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀，会获得低温低压的空气。原则：实现逆卡诺循环工作原理如图：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 18 页注意： 空气的热物性决定了空气压缩致冷循环的致冷系数低和单位工质的致冷能力小。1)(111112121kkppTT或：1211TTT112 蒸汽压缩制冷循环一、实际压缩式制冷循环蒸气压缩致冷装置：压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器组成。原理：由蒸发器出来的致冷剂的干饱和蒸气被吸入压缩机，绝热压缩后成为过热蒸气( 过程1-2) ，

13、蒸气进入冷凝器，在定压下冷却( 过程2-3) ，进一步在定压定温下凝结成饱和液体( 过程3-4) 。饱和液体继而通过一个膨胀阀( 又称节流阀或减压阀) 经绝热节流降压降温而变成低干度的湿蒸气。注意：工业上，用节流阀取代膨胀机。二、制冷剂的压焓图 (lgp-h 图) 原理：以致冷剂焓作为横坐标，以压力对数为纵坐标，共绘出致冷剂的六种状态参数线簇：定焓 (h) 、定压力 (p) 、定温度 (T) 、定比容 (v) 、定熵 (s) 及定干度 (x) 线. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 18 页蒸气压缩式致冷循环各热力过程在lgp-h图上的表示：1-2 表示压缩机中的绝热压缩过程。2-3-4 是冷凝器中的定压冷却过程4-5 为膨胀阀中的绝热节流过程。5-1 表示蒸发器内的定压蒸发过程。三、制冷循环能量分析及致冷系擞实际蒸气压缩致冷循环整个装置的能量分析。其致冷系数为021wq=收获 / 消耗制冷剂质量流量：22qQm压缩机所需功率：36000mwp冷凝器热负荷：121hhMQ四、影响制冷系数的主要因素降低制冷剂的冷凝温度提高蒸发温度精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 18 页