热工基础与应用共44页
热工基础与应用
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
地太
热
阳
一次能源
能 能 (天然存在)
利 用
光转 热换
光 电
转
能 90%
换
热机
机械能 发电 电动 机机
直接利用
二次能源
电
能
能量转换装置 • 热能动力装置
• 制冷装置
Power Plant
• 火力发电（蒸汽动力）装置简图
• 蒸汽动力装置原理图
(Boiler)
– 通过大量的实验和观察总结出基本规律，再以 基本规律为依据，经过严密的逻辑推导，导出 描述物质性质的宏观物理量之间的普遍关系及 其他一些重要推论。
– 由于热力学基本定律是无数经验的总结，因而 具有高度的可靠性和普遍性。
– 但是，宏观研究不涉及物质的微观结构，因此 不能解释热现象的本质。
• 传热学是研究热量传递规律的一门科学。 • 基本内容：
研究内容包括：
– 热能与机械能转换的基本原理与规律——热力 学第一定律和热力学第二定律。
– 工质的基本性质 – 热力过程与热力循环
• 工程热力学的主要研究方法是宏观方法。
• 特点：
– 不考虑物质的微观结构，把物质视为一个宏观 的连续的整体，并且用宏观物理量（如：压力、 温度、体积、质量）对其状态进行描述。
40% 25~35%
25~35% 20~30% >200%
第三节 热工基础的研究对象、 内容和方法
热工基础的课程目的与内容
• 课程目的
– 是讲授热能和机械能相互转换基本理论以及热 量传递规律、以提高热能利用完善程度的一门 技术基础课。
热工基础与应用PPT课件
SUN
缺氧
O3
雾Smog
第9页/共39页
第二节 热能的合理 利用
第10页/共39页
能源转换利用的关系
生物质
风 能
水 能
化 学 能
燃
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
地太
热
阳
一次能源
能 能 (天然存在)
利 用
光转 热换
光 电
转
能 90%
换
机 械 能 热机
发电 电动 机机
直接利用
• 通过大量的实验和观察总结出基本规律，再以基本规律为依据，经过严密的 逻辑推导，导出描述物质性质的宏观物理量之间的普遍关系及其他一些重要 推论。
• 由于热力学基本定律是无数经验的总结，因而具有高度的可靠性和普遍性。 • 但是，宏观研究不涉及物质的微观结构，因此不能解释热现象的本质。
第32页/共39页
• 热能与机械能转换的基本原理与规律——热力学第一定律和热力学第二定 律。
• 工质的基本性质 • 热力过程与热力循环
第31页/共39页
• 工程热力学的主要研究方法是宏观方法。 • 特点：
• 不考虑物质的微观结构，把物质视为一个宏观的连续的整体，并且用宏观物 理量（如：压力、温度、体积、质量）对其状态进行描述。
第一节 自然界的能 源
及其利用
第1页/共39页
能源的概念与分类
• 能源 (Energy Sources) • 提供能量（Energy）和动力（power）的物质资源。
• 分类： • 来源 • 形态：一次能源、二次能源 • 使用程度和技术 • 污染程度 • 性质：含能体能源、过程性能源
热工基础课件及答案讲解(PPT文档)
33
观察下面的过程,看热能是如何转换为功的
气缸
活塞
飞轮
热 源
工质、机器和热源组成的系统
假设过程是可逆的。 问题：过程可逆的条件是什么？
34
气缸
可逆过程模拟
活塞
飞轮
热 源
左止点
p
1
v
35
气缸
活塞
续4飞1 轮
热 源
左止点
p
1
2
v
36
气缸
热 源
左止点
p
1
续4飞1 轮
第二章 热力学第一定律
教学目标：使学生深入理解并熟练掌握热力学第一定律 的内容和实质，能将工程实际问题建立热力学模型。 知识点：理解和掌握热力学第一定律基本表达式——基 本能量方程；理解和掌握闭口系、开口系和稳定流动能 量方程及其常用的简化形式；掌握能量方程的内在联系 与共性，热变功的实质。 能力点：培养学生正确、灵活运用基本能量方程，对工 程实际中的有关问题进行简化和建立模型的能力。培养 学生结合系统的特点推导出闭口系、开口系及稳定流动 过程能量方程的逻辑思维能力和演绎思维能力。 1
?进入系统的能量qdvpde???2??111cvdeiwdvpde?22?离开系统的能量?控制容积系统储存能量的增加量57cvidewdvpdeqdvpde??????222111??icvwdvpdedvpdedeq????????111222进入系统的能量离开系统的能量系统储存能量的增加量pvuhgzcuemvvmeef???????212?58iffcvwmgzchmgzchdeq????????????????????????????112112222222此式为开口系能量方程的一般表达式????????????????2f2f?进出系统的工质有若干股则方程为
热工基础(正式)全
正向运动（膨胀）时，吸 收热源的热量，所作膨胀功除 去用于排斥大气外，全部储存 在飞轮的动能中。
若无摩擦等耗散效应
反向运动（压缩）时，利用飞 轮的动能来推动活塞逆行，压缩工 质所消耗的功恰与膨胀功相等。
同时压缩过程中质向热源所 排热量也恰与膨胀时所吸收的热 量相等。
如果系统经历了一个过程后，系统可沿原过程的路线反 向进行，回复到原状态，不在外界留下任何影响，则该过 程称为可逆过程。
热力学第零定律
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系 统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。 这一结论称做《热力学第零定律》。
热力学第零定律表明，一切互为热平衡的系统具有一 个数值上相等的共同的宏观性质──温度。温度计测定物体 温度正是依据这个原理。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和 温度的测量方法。它为建立温度概念提供了实验基础。
理想气体实际并不存在， 在现实物质中，即使是绝热可 逆过程，系统的熵也在增加， 不过增加的少。
热力学第三定律发现者 德国物理化学家能斯特
三、理想气体的状态方程
kg K
pV mRgT
Pa m3
pv RgT pV nRT p0V0 RT0
1kg n mol 1mol标准状态
气体常数：J/(kg.K) R=mRg=8.3145J/(mol.K)
(2) 特别是在下列技术领域存在传热问题
a 航空航天：高温叶片冷却；空间飞行器重返大气 层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却；
b 微电子： 电子芯片冷却 c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器
官的冷冻保存 d 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 e 新 能 源：太阳能；燃料电池
热工基础与应用 (第4版)课件：工质的热力性质和热力过程
t2 t1
c t2
c t2 0C
t2
c t1 0C
t1
t1
t2 t1
t c dt c t (t 0)
0C
0C
c =c(t2)
c t2 t1
t2 t
热工基础与应用 3、平均比热容的直线关系式
c t2
t2 cdt
t1
t2 t1
(a
bt)dt
a(t 2
t1 )
b
2
(t
2 2
t12 )
wi
mi m
;
xi
ni n
;
i
Vi V
换算关系：i xi ；
wi
xi M i ； xi M i
xi
wi / M i wi / M i
三、折合摩尔质量和折合体常数
M eq
m n
xi M i
Rg,eq wi Rg,i
热工基础与应用
四、理想气体混合物的热力学能和焓及熵
比热容 ：
c wici
U
mcvt
m
5 2
Rg t
5.226
2.5 0.287
(140
27)
423.7(kJ)
热工基础与应用 §4-5 理想气体的基本热力过程
理想气体热力过程的研究前提如下： 1、理想气体 ； 2、过程为可逆过程；
3、比热容为定值。
理想气体热力过程的研究步骤如下： 1、列出过程方程式：根据过程特点列出或推导出过程
R)
9 2
Rg
(9 2
R)
热工基础与应用
§4-3 理想气体的比热力学能和比焓及比熵
一、 理想气体的比热力学能和比焓
热工基础与应用 (第4版)课件：气体动力装置及循环
２ s
循环热效率
s 5 １v
t
w0 qH
1 qL qH
1
cv (T5 T1)
cv (T3 T2 ) cp (T4
T3 )
定义三个参数
压缩比 v1
增压比
v2
定压预胀比 v4
v
p3
p2
T
4
p
v3
２
5
v
１
s
热工基础与应用
热效率的表达式如下
T 3” 3’ 3 2”
压气机耗功 wC h2 h1 cp (T2 T1)
循环净功 w0 qH qL wT wC
2’
4
2
4’
4”
1
s
m
n
热效率 t
t
1
qL qH
1
1 T1 T2
1 1 1
cp (T4 cp (T3
T1) T2 )
1 T1 T2
T4 T1
T3 T2
1
循环放热量 qL cv (T4 T1)
循环净功
循环热效率
w0 qH qL w234 w21
t
w0 qH
1 qL qH
1 cv (T4 T1) cp (T3 T2 )
t
1
1 1 ( 1)
p
２３ s
s
４ １v
T
3
p
２
4 v
１
s
热工基础与应用
四、三种理想循环的比较
1、压比ε相同、吸热量 qH 相同的比较 面积23562=面积22’3’5’62=面积23”5”62=q1 面积14561<面积14’5’61 <面积14”5”61
试题2答案《热工基础与应用(第3版)》
热工基础考试题参考答案（闭卷部分）课 程 热工基础一、填空题（每题3分，共45分）1．p 、v 、T (或压力、比体积、温度)，Pa ，m 3/kg, K 。
2．热平衡、力平衡； 准平衡态过程加无耗散效应。
3．q u w =∆+，q w δδ=⎰⎰或net net q w =, q 0=w 0 4．212sh q h c g z w =∆+∆+∆+, q h =∆, sh w h =-∆。
5． p 2< p 1 ，T 2 = T 1，s 2 > s 1。
6．最佳压比=opt π4。
7. t d < t w < t 。
8．212c T T T ε=-, '112c T T T ε=- 9. T q n nλ∂=-∂，负号表示热流密度方向与温度梯度方向相反。
10. Bi ≤0.1； 或导热体内部导热热阻远小于外部对流换热热阻。
11. 自然对流和强制对流。
12．核态沸腾区。
13. λα=常数 14. 44121112()A T T εσΦ=-。
15. 11h ，δλ，21h 二、简答题（10分）1．（5分）如有图所示，当v <v c 时，得到未饱和水，当v >v c 时得到过热蒸气。
2. （5分）因为发生膜状凝结时，凝结壁面始终被凝结液膜覆盖，热阻较大，而珠状凝结时，部分凝结壁面不被液珠覆盖，可以与蒸汽直接接触，热阻较小。
热工基础考试题答案（开卷部分）三、计算题（45分）1. (15分)90273.150.6 4.186ln0.2166 kJ/K 60273.15S +∆=⨯⨯=+热水 (4分) 15273.150.4 4.186ln 0.3645 kJ/K 60273.15S +∆=⨯⨯=-+冷水 (4分) =0.1479 kJ/K<0S S S ∆=∆+∆-孤立热水冷水 (5分)不能实现。
(2分)2. (15分)（1）如右图（3分）（2） （6分）11.412 1.421112(27273.15)610.5 K k p T T p κ--⎛⎫==⨯+= ⎪⎝⎭1 1.412 1.434112(500273.15)1572.6 K k p T T p κ--⎛⎫==⨯+= ⎪⎝⎭32() 1.004(1572.6610.5)965.95 kJ/kg H p q c T T =-=⨯-=41() 1.004(773.15300.15)474.9 kJ/kg L p q c T T =-=⨯-=0491.05 kJ/kg H L w q q =-=(3) （3分）0491.0550.8 %965.95t H w q η=== (4) （3分）在回热的基础，采取多级压缩级间冷却，多级膨胀中间再热。
《热工基础与应用》 khdaw
《热工基础与应用》傅秦生 主编 机械工业出版社课后习题参考答案海南大学 xiaomw1101@ 第二章 热能转换的基本概念和基本定律2.3 容器中气体的绝对压力为206.6kPa 。
2.4 g b P P P =+ 压力表A 的读数为155k Pa 。
b V P P P =−2.14Q U W =Δ+82634()U Q W kJ Δ=−=−−=− 返回初态时 34()U U k ′Δ=−Δ=J 63428()W Q U kJ ′′′=−Δ=−=−故外界对系统做功28kJ 。
2.15 压缩过程；系统与外界交换的功是－40 kJ 。
2.160；0；－390 kJ2.18 60 kJ ；－73 kJ ；50 kJ 、10 kJ2.19 0；0、2800 kJ2.24 180 kJ/kg2.25 1152m/s ；652 kJ/kg ；3650kW 2.31 72.7％；12.1kW ；4.55 kW 2.32 600K ；519.6K 2.33 31809601.02/()0467273293H L H L q q qkJ kg K T T T δ=+=−=>+∫i 不满足克劳修斯不等式 2.34 －0.3kJ/K 满足克劳修斯不等式2.351A L BH T T ηη=+课后答案网ww w.kh da w.c om2.36 (1)孤立系的熵增1.92J/K ，可行但不可逆 (2)孤立系的熵增－0.33 J/K ，不可行2.37 运用孤立系统的熵增原理可解得：可行但不可逆 2.38 5.416kg/min ；0.123 kJ/K 2.39 0.61 kJ/K 2.40 3000 kJ2.44 0.151 kJ/k g·K2.46 0.165 kJ/K第三章 工质的热力性质和热力过程3.6 27.93g/mol3.7 612.3kJ ；714kJ3.8 557.9 kJ/kg3.10 热力学能－396.6kJ ；焓变－510kJ ；熵变0.215 kJ/K3.17 略 3.18 略3.19 过程功0；过程热量295.4kJ ；熵变0.568 kJ/K 3.20 热力学能变化量41540kJ ；焓变58200kJ 3.21 －86.55 kJ/kg ；－101.7 kJ/kg ；略课后答案网ww w.kh da w.c om。
试题1答案《热工基础与应用(第3版)》
热工基础考试题参考答案（闭卷部分）一、 填空题（每题3分，共45分）1． 与外界既没有质量交换，也没有能量交换；0≥∆iso 2． 的3．212f sh q h cg z w =∆+∆+∆+（2分）；h q ∆= 4． 200.8kJ/kg ， 1.679kJ/（kg.K ） 5．-=-h h x h h ''''（2分）；----=+1-=+----h h h h h h h hs s s s s h h h h h h h h'''''''''''⋅⋅⋅⋅''''''''''''（）（）（1分）6． 4 7．d t t >8． 不一定9． q ⃑=-λðtðn n ⃑⃑；热流密度矢量方向与温度梯度方向相反 10． 管道外包保温材料，H↑，λ↓，δ↓，h ↑（答对3各即可） 11． Bi ≤0.1； Bi =ℎL λ，内部导热热阻与外部对流热阻之比12． 流动起因、流动状态、换热面的几何因素、是否相变及流体的物性（答对3个即可） 13． ()w f wth t t n λ∂-=-∂ 14． 21,212,1A X A X = 15．2221111,1A A εεεε--，12,11A X 二.简答题（10分）1、熵流是由于系统与外界热交换引起的，与过程方向及热量大小有关，熵流因工质吸热、放热或与外界无热交换，其值可大于零、小于零或等于零；熵产是由不可逆因素造成的，与过程有关，可逆过程，其值等于零，不可逆过程，其值大于零。
2、目的是为了降低高温过热器管壁温度。
因电厂高温过热器的管外烟气侧表面传热系数h 1大大小于管内过热蒸汽侧表面传热系数h 2，在管内壁上设置肋片，即肋片设置在h 大的一侧，其作用是降低壁温。
热工基础与应用课件(水蒸气的热力性质和热力过程)
1、预热阶段
未饱和水（过冷水）
饱和水
过冷度
Δ t=t-ts
p 定值 t0 t s t0 v 0 v v0 s0 h0
p 定值 ts v s h
注意比较v0和 v′的大小！
s0 s h0 h
这个阶段所需的热量称为液体热 ql
水蒸气的热力性质和热力过程
水蒸气是实际气体的代表
18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质 目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质
范德瓦尔方程
a ( p 2 )( v b) RT v
实际气体的热力学能和焓不仅是温度的函数，且与体积 有关，所以比热容也是温度和体积的函数。
c p cv R
参数右上角加“”表示饱和液 体参数，加“”表示饱和蒸汽 参数
注意事项：
1、热力学能在工程中应用较少，其值在各表中一般 不列出，如果需要，可用下式计算：
u h pv
2、表中未列出的中间温度和压力下的数值，通过线性 内插法确定。
内插法介绍
已知 x1, y1, x2 , y2 , xa 求
ql h h0
'
2、汽化阶段
饱和水 p 定值 ts v s h
湿（饱和）蒸汽
p 定值 t ts v v x v s s x s h hx h
干（饱和）蒸汽 p 定值 t ts 注意比较 v v′和v″ s 的大小！ h
这个阶段所需的热量称为过热热: qs=h-h" 过热度：D=t-ts
水蒸汽的定压产生过程参数变化特点
未饱和水 饱和水
湿蒸汽
干蒸汽
过热蒸汽
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热工基础与应用
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
谢谢！51、 天 下 之 事 成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特