热能与动力机械基础第2版 王中铮 主编 1 第七章 新能源与可再生能源利用新精品PPT课件
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海南省考研能源与动力工程复习资料热能与动力工程基础知识点
海南省考研能源与动力工程复习资料热能与动力工程基础知识点热能与动力工程是能源工程领域的一个重要分支，涵盖了多个学科领域的知识点。
本文将介绍海南省考研能源与动力工程复习资料中与热能与动力工程基础相关的知识点。
一、热力学基础知识1. 热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明能量可以转化形式，但不能创造或破坏。
它描述了能量的转化与传递过程，是热能与动力工程的基础。
2. 热力学第二定律热力学第二定律描述了自然界中能量转化的方向性，即热量只能自高温物体传递到低温物体。
它对于热能与动力工程中的循环过程和效率有着重要的指导作用。
3. 热力学循环热力学循环是热力学第一定律和第二定律在工程实际中的应用。
常见的热力学循环包括卡诺循环、布雷顿循环等，它们广泛应用于发电厂、汽车发动机等热能转化设备中。
二、热传导与传热1. 热传导热传导是指物质内不同部分之间由于温度差异而导致的热量传递现象。
热传导的特性与材料的导热性质密切相关，了解热传导的机理和计算方法对于热能设备的设计和优化至关重要。
2. 对流传热对流传热是指流体通过流动而引起的热量传递。
对流传热通常发生在液体和气体中，在热交换器、散热器等设备中具有重要应用。
3. 辐射传热辐射传热是指热量通过电磁波辐射的方式传递。
辐射传热是热力学中最基本的传热方式之一，广泛应用于太阳能利用、干燥设备等领域。
三、能源与动力系统1. 热力系统热力系统是利用燃料燃烧产生热能，通过热能转换装置将热能转化为机械能或电能的系统。
了解热力系统的组成、工作原理和优化方法对于提高能源利用效率具有重要意义。
2. 涡轮机械涡轮机械是能源与动力工程中常见的能量转换设备，包括蒸汽涡轮机、燃气轮机等。
它们通过流体的冲击和能量转移实现热能转化为机械能。
3. 发电系统发电系统是能源与动力工程中最重要的应用之一。
包括热电联供、水力发电、核能发电等多种形式，通过将热能或其他形式的能量转化为电能，满足社会对电力的需求。
《热能与动力机械基础(第3版)》 第3版-习题参考答案
COPH 5.95
1）压缩机进口处体积流量： qV,R 0.031468m3 /s
2）压缩机理论功率： P0 18.7kW
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第7章 新能源与可再生能源利用
7-5 取k=3.5W/(m2·K) , FR=0.9，可求得集热效率： ηc,ti=50=0.445 ， ηc,ti=100=0.235
热能与动力机械基础 第3版
第1～8章部分习题参考答案
第1章 导 论
1-5 为压缩过程,做功量为 W= -40 kJ 1-6 为放热过程, 热量是 QB=-390 kJ 1-7 轴端输出的功率为 L
Ws q（m h1 h2 ) 33.8 (2500 2300)kW 676.0kW
1-8 油泵所需功率为 P=267.07 kW
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q0=127.4 kJ/kg，qv= 1327.1 kJ/m3；
质量流量 体积流量
qm,R 0.1177kg/s qV,R 0.0113m3 /s
理论功率 理论制热量
P0 3.03kW k 18.03kW
理论制冷系数
COPL 0 4.95
理论制热系数 6-7
3-10 喷嘴出口高度ln 40.8mm ，可取为41mm 3-14 工况改变后通过喷嘴的流量将减少10.8％。
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第4章 热力发电与核电
4-13 凝结水混合后的比焓值
hwx6 358.93kJ/kg
4-14 汽轮发电机组的主要热经济指标：
汽耗量 D0 302.594t/h
全厂热效率 标准煤耗率
热能与动力机械基础绪论62页PPT
侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
热能与动力机械基础绪论
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
热能与动力机械基础绪论
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
热能与动力工程基础
热能与动力工程基础
第一章
能源利用与动力工程概述
煤炭 75%
1-1 能源概论
1. 一次能源与二次能源
一次能源：自然界中存在的天然能源 化石燃料、核燃料、太阳能、水力、风能、 地热、海洋能、生物质能等 而成的人工能源 电能、热水、蒸汽、压缩气、石油制品、 煤制品、酒精、氢气、沼气、合成燃料、
一次电 力 6%
3. 按工质流动方式分类 对叶轮机械，按流体在机器中的主要运动方向可分为： (1) 轴流式——流体的主要运动方向与旋转轴平行。 蒸汽轮机、燃机轮机、轴流式压气机等。 (2) 径流式——流体的主要运动方向为沿着旋转轴的直径方 向。如离心泵、离心式压缩机、向心透平等。 (3) 混流式——流体的主要运动方向与旋转轴成某一锐角。 如混流式压缩机、混流式透平等。
1-4 热能利用与环境保护
1. 4. 1 热能动力设备对环境的影响
1. 热污染及水污染 2. 大气污染
3. 噪声污染
4. 热能利用中的其他污染
1. 4. 2 环境保护的策略
⑴ 提高能源转换效率
⑵ 实现煤炭的清洁利用 ⑶ 新能源与可再生能源的开发和利用。 ⑷ 研发代用燃料及新的代用工质 ⑸ 改进技术实现低污染排放。 ⑹ 环境污染的综合防治。
二次能源：由一次能源直接或间接加工转换图1-1
石油 17%天然Biblioteka 2%中国一次能源消费结构
激光等。
2. 可再生能源与非再生能源
3. 常规能源与新能源 4. 清洁能源与非清洁能源
1-2 热能利用与动力工程
1. 2. 2 热能动力设备的分类
14.1热机(王红军)
⑶分类：
蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机等
第十四章
内能的利用
第1节 热机
2、热机 蒸汽机火车 汽轮机
内燃柴油）在汽缸内部燃烧的热机。 冲程：活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端 运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
⑴汽油机：
⑵柴油机：
3、内燃机---⑴汽油机
①汽油机的构造：
火花塞 汽缸
进气门
排气门
活塞
连杆 曲轴
⑴汽油机
②工作过程----吸气冲程： 进气门打开，排气门 关闭。活塞由上端向 下端运动，汽油和空 气组成的燃料混合物 从进气门吸入汽缸。
汽 油 和 空 气
⑴汽油机
②工作过程----压缩冲程： 进气门和排气门都关闭 ，活塞向上运动，燃料 混合物被压缩，压强增 大，温度升高。
知识回顾
改变内能的方式有哪些？ 1、热传递 2、做功
第十四章
内能的利用
1、内能的利用
⑴内能的获得：
利用燃烧，将燃料的化学能转化为内能。
⑵内能的利用：
①利用内能（通过热传递）直接加热物体； ②利用内能（通过气体膨胀）对外做功。
2、热机
⑴原理：
将内能转化为机械能
⑵定义：
把内能转化机械能的机器，叫热机。
⑴汽油机
②工作过程----做功冲程： 在压缩冲程末尾，火花塞产 生电火花，使燃料猛烈燃烧
，产生高温高压的燃气，推
动活塞向下运动，并通过连
杆带动曲轴转动。
⑴汽油机
②工作过程----排气冲程：
燃 烧 后 的 废 气
进气门关闭，排气门 打开，活塞向上运动，
把废气排出汽缸。
3、内燃机---⑵柴油机
①柴油机的构造： 柴油机
能源工程与动力机械基础
Heat Engines
Friction
Hydro Wind
Mecha nical
❖ 热能是人类使用最广泛的一种能量形式，约 有85-90%的能量是转化为热能以后在加以利 用的。
❖ 在一次能源中，热能资源也占了大部分。
最主要的常规能源：化石燃料 新能源：太阳能、核能、地热能、海洋热能
非再生能源——燃料化学能
可再生能源：可不断再生 并有规律得到补充的能源。 如水能、生物质能、风能、 太阳能等。
非再生能源：短期内无法 恢复的能源。煤炭、石油、 天然气等。
非再生能源日益减少， 终会枯竭！！
❖ 能源分类之三：使用情况
常规能源：煤炭、石油、天然气、水能等。
新能源：太阳能、地热能、生物质能、风能、 海洋能、核聚变能等。
• 泵与风机
？
❖ 考察 ❖ 每人一个学术报告
报告 回答问题 提问
参考书籍：
1. 李汉炎，吴胜春，刘嘉智，陈滢编， 热工设备，
2. 王中铮编著，热能与动力机械基础， 机械工业出版社，2000年
3. 魏保太主编，能源工程，华中理工 大学出版社，1985
4. 李业发、杨廷柱编著，能源工程导 论，中国科学技术大学出版社， 1999
也可用吨标煤（tce）以及吨标油（toe）
Mbdoe： millions of barrels per day oil equivalent 日产石油百万桶当量
❖ 什么是能源？
所谓能源就是能够直接或经过转换而获取某种能量的自 然资源。
❖ 能源分类之一：来源
第一类：来自于太阳能，除太阳辐射 外，还包括：煤炭、石油、天然气、 生物质能、水能、海洋能
5. 王革华主编，新能源概论，2006年 8月
热能与动力工程概论第七章 新能源的利用技术
▪ 3) 高温太阳能热利用系统，包括简单的聚焦型太阳灶、 焊接机和高温炉以及大型热发电。它的集热系统需建造大 型旋转抛物面聚光集热器和定日镜场。这两者（特别是定 日镜）的投资耗费非常大。近几年来，集中目标在研究技 术先进、成本较低的定日镜。
2.太阳能光热利用系统的主要设备
(1) 平板集热器 (2) 真空管太阳能集热器 (3) 聚焦型太阳能集热器
（1）平板集热器
•太阳能集热器是把太
阳辐射能转换成热能
的设备，它是太阳能
光热利用中的关键设
备。
•平板集热器是非聚光
类集热器中最简单且
应用最广的集热器。
22亿分之一
太阳总辐射能量：3.75×1026W 到达地球范围：173×104亿KW
100%
大气吸收： 40×104亿KW
反射回太空： 52×104亿KW
到达地球表面： 81×104亿KW
23%
30%
注：地球表面 = 陆地表面 + 海洋表面
47%
到达地球陆地表面： 17×104亿KW
是目前全世界一年内消耗的各种能源总量的3.5万多倍，植物吸收：0.015%，作为燃料和 食物的仅占0.002%；已利用的比重微乎其微。因此说，利用太阳能的潜力巨大，开发利 太阳能大有可为。
二、到达地球的太阳辐射能
太阳的总辐射功率约为3.75×1026W，但是，在地球 范围内，只有1.73×1017W的辐射功率到达地球大气 层上缘。进入地球大气层的太阳能，有47%到达地 球表面，其辐射功率为8.1×1016W。到达地球陆地 表面的约为1.7×1016W，相当于全世界目前一年总 能耗的3.5万倍以上。
一、太阳及太阳辐射能
▪ 太阳的能量以电磁波的形式向外辐射，它的辐射 波长范围从0.1nm以下的宇宙射线直至无线电波 的极大部分，人的肉眼所能感觉到的可见光（波 长从400～780μm），差不多占太阳辐射总能量 的一半。因此，人们把太阳辐射称为短波辐射。
2.太阳能光热利用系统的主要设备
(1) 平板集热器 (2) 真空管太阳能集热器 (3) 聚焦型太阳能集热器
（1）平板集热器
•太阳能集热器是把太
阳辐射能转换成热能
的设备，它是太阳能
光热利用中的关键设
备。
•平板集热器是非聚光
类集热器中最简单且
应用最广的集热器。
22亿分之一
太阳总辐射能量：3.75×1026W 到达地球范围：173×104亿KW
100%
大气吸收： 40×104亿KW
反射回太空： 52×104亿KW
到达地球表面： 81×104亿KW
23%
30%
注：地球表面 = 陆地表面 + 海洋表面
47%
到达地球陆地表面： 17×104亿KW
是目前全世界一年内消耗的各种能源总量的3.5万多倍，植物吸收：0.015%，作为燃料和 食物的仅占0.002%；已利用的比重微乎其微。因此说，利用太阳能的潜力巨大，开发利 太阳能大有可为。
二、到达地球的太阳辐射能
太阳的总辐射功率约为3.75×1026W，但是，在地球 范围内，只有1.73×1017W的辐射功率到达地球大气 层上缘。进入地球大气层的太阳能，有47%到达地 球表面，其辐射功率为8.1×1016W。到达地球陆地 表面的约为1.7×1016W，相当于全世界目前一年总 能耗的3.5万倍以上。
一、太阳及太阳辐射能
▪ 太阳的能量以电磁波的形式向外辐射，它的辐射 波长范围从0.1nm以下的宇宙射线直至无线电波 的极大部分，人的肉眼所能感觉到的可见光（波 长从400～780μm），差不多占太阳辐射总能量 的一半。因此，人们把太阳辐射称为短波辐射。
热能与动力机械-教案-1-3章完整版
第一章导论
第二章锅炉结构及原理
图2-3工业蒸汽锅炉型号形式图2-4电站锅炉型号
形式
第二节燃料特性与热工计算
（四）燃料的性质
1、煤的基本性质、成分及发热量
2、生物质
3、燃料油
二、燃烧计算与热平衡计算
(一)燃烧基本计算
1、固体及液体燃料的理论空气量
2、实际空气量、过量空气系数和漏风系数
(二) 锅炉热平衡计算
第二章锅炉结构及原理
第二章锅炉结构及原理
第二章锅炉结构及原理
第三章涡轮机及喷气发动机
第三章涡轮机及喷气发动机
第三章涡轮机及喷气发动机。
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在设计时经常使用如图7—4所示的集热器效率图来 选择集热器。
图7—4中的直线截距表示集热器可能得到的最大的 瞬时效率；直线的斜率表示集热器在实际运行过程 中的热损程度。
（3）绝热框体 它的作用是支撑固定盖板、吸热板，
并防止侧面、底部散热。
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插图7—1 平板集热器与连接水箱
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2．平板集热器的基本能量平衡方程 对于采光面积为 的平板集热器，其能量平衡方程为：
Ec(A )uLs
集热器效率 是衡量集热器性能的一个重要参数，
其定义为在任 c何一段时间内，有用能量与投射在集
热器面积上的太阳辐射能之比，即：
c u/(EA c)
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3．平板集热器太阳辐照度的工程计算 进行该项计算的方程为
EE bco is E dE
（1）入射角的计算 太阳入射角 i 是指被太阳照射 的表面的法线和太阳射线间的夹角。为了计算入射 角，必须知道太阳高度角（h，即地平面与太阳射 线的夹角)、太阳方位角( s ，即太阳射线和正南方 之间的夹角)、倾斜面的方位角（Φ，即倾斜面的法 向平面与正南方之间的夹角）以及倾斜面的倾角
3． 太阳高度角和日照时间
太阳高度角的定义为：太阳光线与地平面之间的 夹角，也简称为太阳高度。
日照时间就是从日出到日落的时间。不同纬度地 区的日照时间不同。
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4．地球表面的太阳辐射与大气质量
到达地面的太阳辐射实际上由两部分组成：一部 分是由太阳直接辐射而来的，叫做直射辐射；另一 部分由分子、灰尘、水滴等散射而来的叫做漫射辐 射。
太阳光线穿过大气层的路程直接影响到达地面的太 阳辐射。太阳辐射经历大气的路程常用大气质量来 表示。
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所谓大气质量就是太阳光线穿过地球大气的路程与 垂直方向上经历的大气路程之比，常用符号m表示。 并设在海平面上空垂直方向的m为1，如图7－1中
OP所示。在任意高度角θ时相应的大气质量m可近
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7.1.2 太阳辐射能的基本特性与集热器原理
（一）太阳辐射能的基本特性
1．太阳常数 地球除自转以外,还在一椭圆形轨道上绕太阳公转。 地球自转轴与其公转轨道平面法线成23°27ˊ的夹 角。
太阳与地球间的距离，在一年中随着季节的变化 而变化。
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（α ），如图7—3所示。
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图7—3 太阳入射角等示意图
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由此，任意取向的表面的太阳射线入射角 i 的普遍式 为
cio cso ss i s nic h n o co s s h s )(
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（2）太阳的直射辐照度 E b E b 的计算公式为：
EbEA/exB p/s(inh)
式中，E b 为表观太阳辐照度（W／m2)；B为大气衰
减系数，无因次。E A和B的值与月份有关。
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4．平板集热器效率计算 平板集热器中工作流体的温度范围为30～90℃，随 集热器的形式和用途而异。
对于具有双层盖板的平板集热器，其集热器效率按 定义可以表达为
似用下列公式计算
m1/sin
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图7－1 大气质量示意图
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（二）太阳能集热器原理
典型的集热器的型式有：平板型、聚焦型和真空 管型。
1．平板集热器的基本结构 如图7－2所示，平板集热器通常由三部分组成：
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图7－2 平板集热器
热器，每层盖板的透射率是0.87，铝吸热板的α ＝
0.9, E ＝800W／m2，t2 ＝10℃，t1 ＝50℃。试求 集热器的效率。
解 取K值为3.5 W／(m2•K) ，取 FR ＝0.9，由效率 计算式得
c 0 . 9 [ 0 . 8 0 . 8 7 0 . 9 7 3 . 5 ( 5 1 0 ) / 8 0 0 0 . 40 5
第七章 新能源与可再生能源利用
7.1 太阳能
7.2 风能 7.3 生物质能
7.4 地热能
7.5 水能
7.6 氢能与燃料电池
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7.1 太阳能
7.1.1 概述
从广义上说，地球上除了地热能、核能和潮汐能以 外的所有能源都来源于太阳能。 （一）太阳能的特点 1．数量巨大但却非常分散 2．时间长久但却不连续不稳定 3．清洁安全、免费使用但初投资高 （二）太阳能利用的方式 1．太阳能转换为热能 2．太阳能转换为电能 3．太阳能转换为化学能
1-透明盖板 2-吸热盖板 3-绝热框体
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（1）透明盖板 作用是让太阳辐射透过而防止吸热 板热能辐射的透过及对流损失。用低铁玻璃作为盖 板，可以很好地完成这一功能。
（2）吸热板 作用是吸收透过盖板的太阳辐射并转 变为热能，传给其中流过的工质如水、空气等。吸 热板应是对太阳辐射吸收率高、对红外线辐射发射 率低的选择性表面。
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2．太阳辐射光谱
太阳辐射，约有43％的太阳辐射因反射和散射而 折回宇宙空间；仅有57％左右进入地表和大气，而 这57％中又有14％为大气层所吸收；在剩下的43％ 中，以直射辐射占27％和漫射辐射占16％的比例到 达地面，而且它主要是波长0.29～2.5 μm的太阳辐 射能。
c F R [12 K (ti ta )/E ]
使用液体作载热剂的集热器，其FR值约为0.9。K值 可由试验确定，工程上估算：对于无盖板的，最大 约15 W／(m2•K)；单层盖板，6～7 W／(m2•K) ； 双层盖板，3～4 W／(m2•K) 。
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例7-1 太阳能供热用的1m×2m双层盖板平板式集
所谓太阳常数，是指在日地平均距离时，地球大气 层外，垂直于太阳光线的单位面积上，在单位时间 内所接受到的太阳辐照度。太阳常数的标准值是 1353 W/m2，用Esc表示。 大气层外太阳辐照度随季节变化按下式计算：
E o nE s[c 1 0 .0c 3o 3 3n s 6 /3 (0 )6]5
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