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工程热力学. 鲁锡兰. 华东理工大学 资源与环境工程学院. 第一章 基本概念. 第一节 热力系统. 1. 系统、边界与外界 2. 闭口系统与开口系统 3. 绝热系统与孤立系统 4. 系统的内部状况 ①均匀系与非均匀系 ②单相系与复杂相系 ③单元系与多元系. 第二节 工质的热力状况 及其基本状况参数. 1. 状态与状态参数 2. 基本状态参数 ① 温度 ② 压力 ③ 比容与密度 3. 强度性参数与广延性参数. 第三节 平衡状态、状态公理及状态方程. 1. 平衡状态 2. 状态公理 - PowerPoint PPT Presentation
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华东理工大学East China University of Science And Technology
工程热力学鲁锡兰
华东理工大学资源与环境工程学院
第一章 基本概念
1. 系统、边界与外界2. 闭口系统与开口系统3. 绝热系统与孤立系统4. 系统的内部状况 ①均匀系与非均匀系 ②单相系与复杂相系 ③单元系与多元系
第一节 热力系统
1. 状态与状态参数2. 基本状态参数 ① 温度 ② 压力 ③ 比容与密度3. 强度性参数与广延性参数
第二节 工质的热力状况及其基本状况参数
1. 平衡状态2. 状态公理 ▲▲确定纯物质系统平衡 状态的独立参数 =n+1
3. 状态方程 F(v,T,P)=0
第三节 平衡状态、状态公理及状态方程
1. 准静态过程
2.可逆过程
3.可逆过程的膨胀功 (容积功 )
4.可逆过程的热量
第四节 准静态过程与可逆过程
第五节 热力循环
1. 正循环0
1t
w
q
2. 逆循环2
10
12
0
q
w
q
w
第二章 气体的性质
1. 理想气体与实际气体2. 理想气体状态方程 Pv=RT
PV=mRT
3. 气体常数与通用气体常数 R=R0/M
第一节 理想气体状态方程
第二节 实际气体状态方程式
1. 范德瓦尔方程
2
aP v b RT
v
2.R-k 方程
0.5
RT aP
v b v v b T
3. 实际气体的通用状态方程
, ,r r c
Pv zRT
z f T P Z
第三节 理想气体的比热
①定义 :
0limT
q qc
T dT
②分类 :A. 按物理量单位分为 :
a. 质量比热 , 符号 c, (kJ/kg.K)
b. 容积比热 , 符号 c’, (kJ/m3.K)
c. 摩尔比热 , 符号 Mc, (kJ/kmot.K)
三者关系 : c’= Mc/22.4=cρ0
B. 按过程分类 :cP 和 cV
1. 比热的定义和分类
2.cP 和 cV 与梅耶公式的关系P V
P
V
c c R
cK
c
对于理想气体 , cP=f(T), cV=f(T)
3. 定值比热、真实比热与平均比热
第四节 混合气体的性质
1. 混合气体的分压和分容定律2. 混合气体的成分表示方法及换算3. 混合气体的折合分子量与气体常数4. 混合气体的比热
第三章 热力学第一定律
本章要点 :
能量守恒 , 能量是可以转换的 .
能量守恒定律 : 系统收入能量 - 支出能量 = 系统储存能增量
第一节 系统储存能
1. 内能: 在热力学中只考虑内动能和内位能 ,
不考虑化学反应、核裂变 理想气体: u=f(T)
2. 外储存能: ①宏观动能: Ek=1/2mc2
②重力位能: Ep=mgz3. 系统的总储存能 E=U+Ek+Ep
系统储存能 :内储存能、外储存能
第二节 系统与外界传递的能量
1. 热量2. 功量 ①膨胀功 (W) ; ②轴功 (Ws)
3. 随物质流传递的能量 ①流动工质本身具有的储存能 (E)
②流动功 ( 也称推动功 ) ,符号为 Wf
第三节 闭口系统能量方程
1. 闭口系统能量方程表达式Q W U
2. 热力学第一定律在循环过程中的应用q w
不消耗能量而连续作功的所谓第一类永动机是不可能实现的。
3. 理想气体内能变化计算Vdu c dT
例 1. 1kg 空气从 0.1MPa,
100℃变化到 0.5MPa 、 1000 ℃,求△ u 和△ h
( 设为理想气体 )
①用定比热 ②用平均比热
例 2. 一闭口系统经历了一个由四个过程 组成的循环,试填充表中所缺数据, 并判断是正循环?逆循环?
过程 Q(kJ) W(kJ) △E(kJ)
1-2 1100 0 ?
2-3 0 100 ?
3-4 -950 0 ?
4-1 0 ? ?
例 3. 有一绝热刚性容器,有隔板将它 分成 A 、 B 两部分,开始时, A中
盛有 TA=300K , PA=0.1MPa,
VA=0.5m3的空气; B 中盛有 TB=350K , PB=0.5MPa,VB=0.2m3
的空气。求打开隔板后两容器 达到平衡时的温度和压力。
第四节 开口系统能量方程
1. 稳定的开口系统 ( 举例 )
2. 不稳定的开口系统 ( 举例 )
3. 开系能量方程式的推导4. 开系能量方程式
2 2 2 2 1 1 1 1
1 1
2 2 s cVQ h c gz m h c gz m W dE
例 1. 有一橡皮袋 P1=0.8MPa,
t1=27℃空气, V1=8m3,
由于洩漏,球内气体压力 降到 P2=0.75MPa, 温度不变, 称重后少了 10kg ,求 Q 。 解:怎样取系统?
第五节 开口系统稳态稳流能量方程
1. 稳态稳流能量方程表达式 ① ② 能量方程: 或 对于单位工质:
1 2 ......m m m
0cVdE
2 22 1 2 1 2 1
1
2 sQ h h c c g z z m W 2 2
2 1 2 1 2 1
1
2 sQ h h c c g z z m W 21
2 sq h c g z W
2. 技术功2
2
1
21
2
t s
t s
W c g z W
W dc gdz W
引入技术功后,能量方程表达式可写成:t
t
q h W
q dh W
可逆过程: tW vdP 推导
例 2. 空气在某压气机中被压缩,压缩前空气 的参数是 P1=100kPa,v1=0.845m3/kg, 压 缩后的参数 P2=800kPa,v2=0.175m3/kg 。 设在压缩过程中每 kg 空气的内能增加 150kJ, 同时向外界放出热量 50kJ ,压气 机每 min 生产压缩空气 10kg 。试求: (1) 压缩过程中对每 kg 气体所作的压缩功; (2) 每生产 1kg 压缩空气所需的轴功; (3) 带动此压气机要用多大功率的电动机?
第六节 稳定稳流能量方程的应用
1. 动力机
2 22 1 2 1 2 1
2 1
2 22 1
1
20
10
20
sq h h c c g z z W
g z z
c c
q
得:1 2sW h h
2. 压气机2
2
1
20
10
20
sq h c g z W
g z
c
q
得:2 1sW h h
3. 热交换器2
2
1
20
0
10
2
s
s
q h c g z W
W
g z
c
得:2 1q h h
4.喷管21
20
0
0
s
s
q h c g z W
W
g z
q
2 22 1 2 1
1
2c c h h
得:
例 1.供暖用风机连同加热器 ,把温度为 t1=0℃ 的冷空气加热到温度为 t3=250 ,℃ 然后 送入建筑物的风道内 ,送风量为 0.56kg/s, 风机轴上的输入功率为 1kW, 设整个装 置与外界绝热 . 试计算 :
(1)风机出口处空气温度 t2; (2) 空气在加热器中的吸热量 ; (3)若加热器中有阻力 , 空气通过它时产 生不可逆的摩擦扰动并带来压力降
落 , 以上计算结果是否正确 ?
第四章 理想气体的热力过程及气体压缩
本章要点 : ①研究对象为理想气体的等容、等压、等温、等熵及多变过程
②基础:理想气体状态方程,能量守恒定律
③掌握各热力过程的过程方程、状态参数变化值的计算、功量和热量的计算、在 P-v 和 T-S图上直观表示各热力过程
④掌握压气机的工作原理和理论压缩轴功的计算
第一节 理想气体的热力过程
1.Pvn=const
( 多方过程或多变过程 )普遍式 n=0 为等压过程 n=1 为等温过程 n=k 为等熵过程 n=±∞ 为等容过程 n=n 为多变过程
2. 重点讨论内容: 各热力过程的过程特征、过程方程、 P-V图、T-S图、△ u 、 △ h 、 △S 、 W 、 Wt、 q 的计算
3. 关于多变过程
1 1 2 2
2 1
1 2
ln
ln
n
n n
PV const
PV PV
P Pn
V V
①多变指数 n如何求取?
②多变过程热量 qn 计算
2 1 1 2
2 1 2 1
1
1
n V v
V n
q u W
Rq c T W c T T T T
nn k
c T T c T Tn
4. 在 P-v图或 T-S图上确定过程量的变化。
①在 P-v图上可直观看出 P 、v 的变化,而在 T-S图上如何判断?
②在 T-S图上可直观看出 T 、S 的变化,能直观判断过程是放热或吸热,而在 P-v图上将如何判断?
例 1
如图所示:
求△ uab 、 △ uac哪个大?
例 2. 将 P-v图表示的循环,表示在 T-S
图上,图中 2-3 , 5-1 为定容过程; 1-2 , 4-5 为定熵过程, 3-4 为定压 过程 ( 作定性分析 ) 。
例 3.封闭气缸中 P1=8MPa,
t1=1300 ,℃ 可逆多变 膨胀过程 P2=0.4MPa,
t2=400 ,R=0.287kJ/kg.K,℃ 比热 cV=0.716kJ/kg.K ,求 q
例 4.(综合题 )
有 1kg 空气,初始状态为 P1=0.5MPa,
t1=150 ,℃ 进行下列过程 : (1) 可逆绝热膨胀到 P2=0.1MPa; (2) 不可逆绝热膨胀到 P2=0.1MPa,T2=300K; (3) 可逆等温膨胀到 P2=0.1MPa; (4) 可逆多变膨胀到 P2=0.1MPa ,多变指数 n=2; 试求出上述各过程中的膨胀功及熵的变化,并 将各过程的相对位置画在同一 P-v图和 T-S图上。
第二节 压气机的热力过程
★压气机的应用举例★压气机的分类①按工作原理分成两大类: a.活塞式 b.叶轮式
②按气体压头分: 通风机 (<115kPa)
鼓风机 (115-350kPa)
压气机 (>350kPa)
1. 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量计算①单级活塞式压气机,其工作原理分为三个阶段: 吸气过程 压缩过程 排气过程②理论压气过程的条件 (假设 ) a. 不存在余隙; b. 压缩过程是可逆的; c. 气体流过进、排气阀时没有阻力损失③理论压气轴功的计算 ( 板书 )
2.余隙容积 ①为何存在余隙 a.进、排气阀安装; b. 公差配合需要; c. 热胀冷缩的需要; ②余隙对生产量的影响 a.余隙的百分比
b. 容积效率
③讨论影响容积效率的影响因素
3
1 3
100%V
cV V
1
1 4 2
1 3 1
1 1n
V
V V Pc
V V P
3.余隙对理论压气轴功的影响 (讨论 )
4. 多级压缩及中间冷却5.级间压力的确定
例 1. 空气,三级压缩,从 0.1MPa,20℃ 压缩到 12.5MPa,假定进入每级气 缸时空气温度相等,各级多变指 数 n=1.3 , m=120kg/h 。 求:① β1 , β2 , β3
②各级排气温度及 压气机最小功率 ③假如单级压缩, 则出口气体温度及功率
第五章 热力学第二定律
本章要点: 1. 过程进行的方向和条件 2. 第二定律的表述方法 3.熵方程 ( 第二定律数学表达式 )
4. 和 的概念
第一节 热力学第二定律
1.自发过程不可逆 ( 举例 ) ①热量从高温 低温 ②摩擦发热,机械能 热能
③自由膨胀 ④电 热
2. 第二定律的表述方法 ①克劳修斯说法 ( 从热量传递方向性 )
不可能把热量从低温物体传到高温 物体而不引起其他变化。 ②开尔文—普朗克表述 ( 从热能和机 械能转换 )
不可能制造只从一个热源取热使 之完全变成机械能而不引起其他 变化的循环发动机 ( 第二类永动机 )
第二节 卡诺循环和卡诺定理
1.卡诺循环 P-v图 ;T-S图 ;卡诺循环的热效率分析
2. 逆卡诺循环 P-V图 ;T-s图 ;制冷系数分析 ;供热系数分析
制冷系数:
供热系数:
2 21,
0 1 2c
q T
W T T
1 12,
0 1 2c
q T
W T T
0 2
1 1
1W T
q T t, c
3.卡诺定理 解决两个问题: a. 可逆与不可逆循环 b.卡诺循环的经济性指标与工质无关 (1) 所有工作于同温热源与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,起热效率均相等。
2,
1
1t c
T
T
例:某项专利申请书上提出一种热机, 它从 167℃的热源吸热向 7℃的冷源排 热。热机每接受 1000kJ 热量,能发出 0.12kW.h-1的电力,请问制定专利局是 否应接受申请。
第三节 熵和第二定律数学表达式
1.克劳修斯积分式 根据卡诺定理的推论,所有热机循环应服从下列关系。
如取:吸热 q1为正,放热 q2为负 则:
对于多热源:
2 2
1 1
1 1t
q T
q T 可逆时取等号
1 2
1 2
0 0q q q
T T T 或
1 2
1 1 2
0 0n
i
q q qq T
T T T
或 注意: 和
2.熵是状态参数 据上述,对任意可逆循环 1-A-2-B-1
状态参数:2
2 1 1re re
q qS S S dS
T T
或
如果 1-A-2-B-1 为不可逆循环,其中 1-A-2 为不可逆, 2-B-1 为可逆过程,则克劳修斯积分式
综合得: qdS
T
例:某循环在 700K 的热源和 400K冷源工作, 已知:
4 30 210 , 4 10W kJ Q kJ
求:①判断循环正、逆向?
②可逆、不可逆?
3. 不可逆过程中熵的变化 ①熵流 Sf的意义、分析讨论 ②熵产 Sg 的意义、分析讨论 ③不可逆过程中熵的变化与 Sf
和 Sg 的关系
4.熵方程 ①熵方程的推导 ②闭系的熵方程 ③闭系绝热的熵方程 ④孤立系的熵方程 ⑤稳流开口系熵方程
例 1. 导热良好的气缸内有 0.05kg 空气, P1=0.5MPa,t1=27 , ℃ ①可逆等温膨 胀到 P2=0.1MPa, ②不可逆等温膨 胀到 P2=0.1MPa, 不可逆过程中作的 功是可逆过程中作功的 80% ,分别 求△ S 、 Sf、 Sg(T0=300K) 。
例 2. 判断下列情况的熵变 ①闭口系 ,Q=-15kJ,W=-15kJ( 可逆 , 不可逆 )
△S=?
②稳流开系 ,Q=-15kJ,W=-15kJ( 可逆 , 不可逆 )
△Scv=?
③稳流开系 , Q=-15kJ,W=-15kJ( 可逆 , 不可逆 )
△S12=?
a.+; b.-; c. ±; d.无法判断
5. 系统熵变化的计算小结①气体
②固体及液体
③热源及冷源
④工质循环后熵不变
2 2
1 1
2 2
1 1
2 2
1 1
ln ln
ln ln
ln ln
V
P
P
T VS c RT V
T PS c RT P
V PS c RV P
Q dV PdV
2
1
; ln
VQ c mdT
TQ mcdTdS S mc
T T T
;SQ Q
dS ST T
0dS
第四节 孤立系统熵增原理
1. 孤立系统熵增原理 孤立系统 :
前述 :
即 举例说明 :①传热过程 ( 推导 )
②热能 机械能 ( 推导 )
0, 0Q W
iso
QdS
T
0isodS
2. 孤立系统作功能力的损失
该公式的推导 ( 板书 )
0
0
iso
g
L T S
T S
例 1. 有两个质量均为 100kg, 比热为 1kJ/kg.K,但温度不同的物体 A 和 B,物体 A 的温度 TA=1000K, 物体 B 的温度 TB=500K. 将物体 A 作为热源 ,物体 B 作为冷源 ,使一个可逆热机在物体 A 及物体 B之间进行工作 ,直至该两个物体温度相等为止 . 求其最大作功能力 W0,max,又如两个物体直接接触进行热交换直至热平衡为止 , 求其平衡温度及孤立系统熵增。
例 2. 某热机循环工作于热源 t1=500℃ 及冷源 t2=20℃之间,进行的是一个 a-b-c-d-a 不可逆循环,入图所示。 a-b 为 可逆等温吸热, b-c 为不可逆绝热膨 胀,工质熵增加 0.1kJ/kg.K , c-d 为可逆
等温放热过程, d-a 为定熵压缩过程。 循环工质为 1kg 空气,热源放热量 q1=1000kJ/kg 。求循环净功及鼓励系统 作功能力损失,并是否符合公式 L=T0 S△ iso。
图 7-1 凝固时体积膨胀的物质的 p-t
图
图 7-2 凝固时体积缩小的物质的 p-t 图
第六章 水蒸汽
图 7-3 水蒸汽定压发生过程示意图
图 7-4 水蒸气的 p-v图
图 7-5 水蒸气的 T-s图
图 7-6 水蒸气的 T-s图
例 1. 试确定 :
(1) P=0.8MPa, v=0.22m3/kg
(2) P=0.6MPa, t=190℃
(3)P=1MPa, v=179.88 ℃
以上三种情况下是什么样的蒸汽 ?
例 2. 在容积为 85L 的容器中 ,
盛有 0.1kg 的水及 0.7kg 的
干饱和蒸汽 , 求容器中的压力 .
思考题 :
1. 150℃的液态水放在密闭容器内 , 试问其压力范围 ?
2. 刚性容器中湿蒸汽加热时 ,干度增大还是减小 ?
思考题 :
3. 试在 P-v图和 T-S图上表示出下列过程
(1) 过热蒸汽在定压下冷却到刚开始形成液体 ;
(2) x=0.6 的湿饱和蒸汽在定容下加热到x=1;
(3) x=0.5 的湿饱和蒸汽在 200℃下定温加热到体积增加 4.67倍 .
图 7-7 水蒸气的 h-s图
水蒸汽的基本热力过程
1. 要点和重点 :
(1) 能在 h-s图上表示各过程
(2) 确定状态参数
(3) 应用第一及第二定律 , 确定过程热量、功量和内能等 .
2. 基本热力过程
(1) 定压过程
(2) 定容过程
(3) 定温过程
(4) 绝热过程 ( 可逆与不可逆 )
例 3. 将 2kg水盛于容积为 0.2m3
的
抽空了的密闭刚性容器中 ,然
后加热到 200 ,℃ 试求容器中
(1) 压力 ;(2)焓 ;(3)蒸汽的质量
和体积 .
本章要点 (分三部分 ) :
第一部分 : 基本概念及基本公式
第二部分 : 湿空气的焓湿图
第三部分 : 湿空气的过程
第七章 湿空气
1. 湿空气的成分及压力
2. 饱和空气与未饱和空气
3. 湿空气的分子量及气体常数
4. 绝对湿度与相对湿度
第一部分 : 基本概念
图 8-1 湿空气中水蒸气的 p-v图
(5) 含湿量
(6) 饱和度
(7) 湿空气的密度
(8) 焓
(9) 湿球温度
图 8-3 干、湿球温度计
图 8-2 空气的绝热饱和
例 1. 有温度 t=30 ,℃ 相对湿度 φ=60% 的湿
空气 10000m3, 当时的大气压力
B=0.1MPa. 求露点 td 、绝对湿度 ρv 、
含湿量 d 、湿空气的密度 ρ 、干空气
的密度 ρa 、湿空气总焓及湿空气的
质量 m.
图 8-4 湿空气中的 h-d图
第二部分 : 湿空气的焓湿图 (h-d 图 )
要点 : 在 h-d 图上表示
(1) 等焓线与等含湿量线
(2) 等温线
(3) 等相对湿度线
(4) 水蒸汽分压力线
(5) 热湿比
图 8-5 h-d图四个区域的特征
例 2. 2m3,30 ,1bar℃ 的湿空气 中含有的 40g 的水蒸汽 ,
求 (1) 湿空气的相对湿度 (2) 湿空气的密度
例3.要求房间空气的状态保持为 t2=20℃,
φ2=50%. 设房间内有工 作人员 10 人在轻度
劳动,每人每 小时散热量为 530kJ/h, 散湿量
为 80g/h. 经计算围护结构与设备进入房间的
热量为 4700kJ/h, 散湿量为 1.2kg/h.实际送入
房间的空气温度 t1 = 12℃ .试确定送风
点的状态参数,求每小时送入室内的湿
空气质量.当时大气压力B= 1013×102Pa
第三部分 : 湿空气的基本热力过程
一、加热过程 (等 d过程 )
二、冷却过程 (等湿或析湿冷却 )
三、绝热加湿过程 (等 h过程 )
四、定温加湿过程
五、湿空气的混合
六、冷却塔中的热湿交换过程
图 8-6 冷却塔示意图
例1.二股气流
第一股来自冷却盘管 t=10 , ℃ φ = 100 %,第二股 ( 户外 )38℃, φ=30 %,户外空气2 0%(户外空气占冷空气20%) , 求 φ 3
例 2. t1=20,φ1=60% 空气在加热器加热
到 t2=50 ,进干燥器,流出干燥器时
t3=37.7,P=0.1MPa( 假定干燥器是一个
等焓过程,即绝热加湿过程 ) ,求:
① φ3= ?②每蒸发1 kg 水分,需 ma
干空气?③ ma=5000kg/h 时,Q加热
=?
第八章 气体和蒸汽的流动一、绝热流动的基本方程
1. 稳态稳流
2. 连续性方程
3. 绝热稳定流动能量方程
4. 定熵过程方程式
5. 音速与马赫数
1. 稳态稳流
速度场: C = C (x, y, z, τ) 温度场: t = t (x, y, z, τ)稳态稳流 C = C (x, y, z) 稳态稳流 t = t (x, y, z )一维 C = C ( x ) 一维 t = t ( x )
二、促使流速改变的条件
1. 力学条件 (dC/C dP/P)(∝ 内部条件 )
-dp/p = KM2 dc/c
2. 几何条件 (dC/C df/f)(∝ 外部条件 )
df/f = (M2 – 1) dC/C
图 9-1 喷管中各参数沿轴向变化的示意图
三、喷管计算
1、定熵滞止参数
2、气体的流速计算
3、临界压力比及临界流速
4、流量的计算及分析 ( 气体和水蒸汽 )
5、喷管设计计算 ( 确定喷管外型及截面积 )
图 9-2 质量流量随压力比的变化
例 1. 有一气柜 , 氢气 , P1=4.9MPa,
t1=100℃,氢气流经一渐缩喷管 .
① 流入背压为 3.9MPa 的空间
②背压为 0.1MPa,
已知 Cp=14.32kJ/kg, f2=20mm2,
求 C2, m
例 2. 如图所示 , 气体充分膨胀 ,P1=0.65MPa,
T1=350K (air),fx=2.6×10-3m2, Mx=0.6,
Pb=0.30MPa, β=0.528 。求 : f2=?
1
1
x
x
2
2
四、扩压管
要点:
气体在扩压管中的定熵流动过程正好是喷管的反过程,有关喷管定熵流动的基本关系式,管道截面变化规律的关系式,均适用于扩压管。
例:空气流经某扩压管,已知进口状态
P1=0.1MPa,T1=300K,C1=500m/s. 在扩
压管中定熵压缩,出口处的气流速度
C2=50m/s.问应采用什么形式的扩压
管,并求出口压力 .如流经扩压管的
质量流量 m=1kg/s,计算扩压管各处
的截面积 .
五、具有摩擦的流动
摩阻对流速的影响 :
①速度系数
②喷管效率
③动能损失
例:某种理想气体 Cp=1.159kJ/(kg.K),
R=0.3183kJ/(kg.K), P1=0.6MPa, t1=800℃ , 流经一收缩喷管而进入压力为 0.2MPa 的空间, f2=2400mm2, C1=100m/s. 求:
①等熵流动 C2 , m
②φ=0.92, C2 及 m,
③如果环境温度为 27℃,试问作功
能力损失。
六、绝热节流
节流概念:
气体在管道中流过突然缩小的截面,如阀门或孔口等,而又未及与外界进行热量交换的过程称为绝热节流,或简称节流。
图 9-3 绝热节流前后参数变化
图 9-4 气体绝热节流过程
图 9-5 水蒸汽绝热节流过程
j
h
T
p
① dT < 0, j > 0, 冷效应
② dT=0, j =0, 零效应 ③ dT > 0, j < 0, 热效应
第九章 动力循环一、朗肯循环
1 、装置与流程
2 、朗肯循环能量分析及热效率
3 、提高朗肯循环热效率的基本途径
( 蒸汽动力基本循环 )
图 10-1(a) 朗肯循环工作原理图
图 10-1(b) 朗肯循环 p-v图
图 10-1(c) 朗肯循环 T-s图
图 10-1d 朗肯循环 h-s图
图 10-2 平均吸热温度
图 10-3 提高初压的 T-s图
图 10-4 提高初温的 T-s图
图 10-5 降低放热温度的 T-s图
二、回热循环与再热循环
1 、回热循环
2 、再热循环
(a) 工作原理图 (b) T-s图图 10-6 汽回热循环图
(a) 工作原理图 (b) T-s图图 10-7 再热循环图
例 1. 设有以蒸汽为工质的回热循环,蒸汽进入汽轮机的
参数为 10MPa 、 550 ,在 5kPa下排入凝汽器。蒸汽
在 0.8MPa 和 0.2MPa下抽出,分别去两个混合式给水
回热器加热给水,给水离开每个回热器的温度为抽
汽压力下的饱和温度。在凝汽器及每个回热器之后
都有水泵将工质压力提高至所需值。求 :
(1)抽汽率 а1 和 а2 ;
(2) 循环功量及热效率;
(3) 与相同参数的朗肯循环小比较。
三、热电循环
1 、背压式热电循环
2 、调节抽汽式热电循环
(a) 工作原理图 (b) T-s图图 10-8 背压式热电循环图
图 10-9 调节抽汽式热电循环
四、内燃机循环
1 、定容加热循环
2 、定压加热循环
图 10-10 四冲程内燃机定容加热循环图(a) 实际工作原理
图(b) p-v图 (c) T-s
图
(a) 示功图 (b) p-v图 (c) T-s图图 10-11 定压加热循环图
例 : 有一定压加热理想循环 ε=20,
作功冲程 4% 为定压加热过程 ,
压缩冲程初始 P1=100kPa,
t1=20, 求 :
① 每一点状态点的 P, t, v
②ηt
五、燃气轮机
图 10-12 燃气轮机装置理论循环
例:燃气轮机进气参数为 P1=0.1MPa,
t1=17℃ , β=8, 工质定压吸热终了温
度 t3=600℃,设 Cp=1.02kJ/(kg.K),
K=1.41, 求循环热效率,压气机消
耗的功及燃气轮机装置的轴功。
第十章 制冷循环一、空气压缩制冷循环
1 、制冷循环
2 、制冷系数
图 11-1 空气压缩式致冷循环(a) 工作原理图
(b) p-v图 (c) T-s图图 11-1 空气压缩式致冷循环
例 1. 空气压缩式制冷装置吸入的空气
P1=0.1MPa, t1=27℃ , 定熵压缩至
P2=0.5MPa, 经冷却后温度降为
32℃。试计算该制冷循环的制冷
量,压缩机所消耗的功
和制冷系数。
(a) 工作原理图 (b) T-s图图 11-2 蒸气压缩式致冷循环
图
二、蒸汽压缩制冷循环
1 、实际压缩式制冷循环
2 、制冷循环能量分析及制冷系数
例 2. 某制冷机以氨 (NH3) 为制冷剂,
冷凝温度为 38℃,蒸发温度为
-10℃,冷负荷为 100×104kJ/h,
试求压缩机功率、制冷剂流量
及制冷系数。
3 、影响制冷系数的主要因素
①制冷温度
②蒸发温度
图 11-3 冷凝温度对致冷系数的影响
图 11-4 蒸发温度对致冷系数的影响
4 、制冷剂的热力学性质
①在大气压力下,制冷剂的沸点要低,一般应低于零下 10℃ 。
②对应于蒸发温度的饱和压力不应过低。
③在工作温度范围内,汽化潜热要大。
④液体比热要小。
⑤临界温度应远高于环境温度。
⑥无环境污染等。
图 11-5 热泵工作原理图
三、热泵
例:一热泵功率为 10kW ,从温度
-13℃的周围环境向用户供
热,若用户要求供热温度为
95℃,如热泵按逆卡诺循环
工作求供热量。
图 11-6 蒸气喷射致冷循环工作原理图
四、蒸汽喷射制冷循环
图 11-7 吸收式致冷原理图
五、吸收式制冷循环
图 11-8 过冷温度对致冷系数的影响
图 11-9 节流过程引起的功和致冷量的损失
谢 谢!
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