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工程热力学知识点
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天
小
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小
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天
蔚
小
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客 天
蔚
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:
旺 小
服
宝 蓝
客
1.什么是工程热力学 淘 蔚
旺
一 :
从工程技术观点出发,研究物质的热力学性质,热能转旺换为机械能的规律和方法,以及有效、合理地利用
唯 服
宝
热能的途径。 , 客
淘
品 旺
2.能源的地位与作用及我国能出源面临的主要问一题
旺
唯
3. 热能及其利用 室 , 宝
作 淘
品
[1] 热能:能量的工一种形式 一
出
英 唯
[2] 来源:一次能源:以自然形室式存在,可利用的能源。
精 ,
作
如风能,水力能场,太阳能、地热能、化学能和核能等品。
工
职 出
二次能源:由一次能源转换英而来的能源,如机械能、机械能等。
室
精
[3] 利用形式: 场 作
工
职
直接利用:将热能利用来直接加热物英体。如烘干、采暖、熔炼(能源消耗比例大)
精
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,
场
4..热能动力转换装置的工作职过程
5.热能利用的方向性及能量的两种属性
[1] 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。金融/四大/国企/名企求职笔试面试教育-职场精英工作室,店址:https://huntjob.taobao.com/ 唯一旺旺客服:蔚蓝小小天使
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 使
天
系统与外界的作用:热交换、功交换、质交换。
小
二、闭口系统和开口系统 小
使
蓝
闭口系统:系统内外无物质交换,称控制质量。 天
蔚
小
开口系统:系统内外有物质交换,称控制体积。 :
小
服 使
三、绝热系统与孤立系统 客 蓝 天
蔚
绝热系统:系统内外无热量交换 (系统传递的热量 旺 可忽略不计时,:可认为绝热) 小
旺 小
服
孤立系统:系统与外界既无能量传递也无物宝质交换 蓝
客
淘 蔚
=系统+相关外界=各相互作用的子系统之和= 一切热力系统旺连同相互作用的外界
一 :
旺
唯 服
宝
, 客
淘
品 旺
一
出 旺
唯
室 宝
,
作 淘
品
工 一
出
英 唯
室
精 ,
作
场 品
工
职 出
英
室
精
作
场
工
职
英
精
四、根据系统内部状况划分 场
职
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、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。
1.2 工质的热力状态与状态参数
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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(υ)或密度(ρ)、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:
2
1. ∫dx=x −x
2 1
1
表明:状态的路径积分仅与初、终状态有关,而与状态变化的途径无关。
使
2.∫dx=0
天
小
表明:状态参数的循环积分为零 小
使
蓝
天
蔚
小
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
小
服 使
温度:宏观上,是描述系统热力平衡状况时冷热程度客的物理量。 蓝
天
蔚
微观上,是大量分子热运动强烈程度的量度 旺 : 小
旺 小
服
宝 蓝
客
淘 蔚
2.压力: 旺
一 :
旺
垂直作用于器壁单位面积上的力,称唯为压力,也称压强。 服
宝
, 客
淘
p= F 式中:F—整个容 品 器壁受到的力,一单位为牛顿(N);旺
f 出 旺
唯
室 宝
,
f—容器壁的总面积(m2作)。 淘
品
工 一
微观上:分子热运动产生的垂直作用于出容器壁上单位面积的力。
英 唯
室
压力测量依据:力精平衡原理 压力单位:MPa ,
作
场 品
相对压力:职相对于大气环境所测工得的压力。工程
出
上常用测压仪表测定的压力。
英
以大气压力为计算起点,精也称表压力。 室
作
场
工
p=B+ p 职
g (P>B) 英
精
场
p=B−H
(PT1-T2 所以: 品 ε >1 一 旺
出 1c 旺
唯
室 宝
,
二 卡诺定理: 作 淘
品
工 一
1、所有工作于同温热源、同温冷源之出间的一切热机,以可逆热机的热效率为最高。
英 唯
室
2.在同温热源与同精温冷源之间的一切可逆热机,其热,效率均相等.
作
场 品
工
压气机的热力 职 过程 英 出
室
精
作
场
1 压气机的理论压缩功
工
职
英
压气机: 用来压缩气体的设备
精
一、单机活塞式压气机工作过程场
职
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
2 p
w =w =−∫vdp − p v ln 2
st t 1 1 p
1 1
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.
w =Q
st T
2.定熵压缩轴功的计算,
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k−1
2 kRT p k
w
t
=−
1
∫vdp =
k−1
1
1−
p 1
2
=kw
s
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
n−1
2 nRT p n
w
t
=−
1
∫vdp =
n−1
1
1−
p 1
2
=nw
s
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,部使分对外放热,该式同样适用于不可
天
逆过程
小
小
使
蓝
天
蔚
小
:
小
服 使
蓝
客 天
蔚
旺 小
:
旺 小
服
宝 蓝
客
淘 蔚
旺
一 :
旺
唯 服
宝
, 客
淘
结论: −w < −w < −w 品 T 一>T >T 旺
st sn ss出 2s sn 2T 旺
唯
室 宝
,
可见定温过程耗功最少,作绝热过程耗功最多 淘
品
工 一
出
英 唯
室
精 ,
作
场 品
工
职 出
英
室
精
作
场
工
职
英
精
场
职
8.2 多级压缩及中间冷却
k−1
T p k
由 2 = 2
T p
1 1
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
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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。
p / p = p / p
以两级压缩为例,得到: 2 1 3 2
结论:两级压力比相等,耗功最小。
推广为Z级压缩
β =β =.......= z p / p
1 2 z+1 1 使
天
推理:
小
1.每级进口、出口温度相等. 小
使
蓝
2.各级压气机消耗功相等. 天
蔚
小
3.各级气缸及各中间冷却放出和吸收热量相等. :
小
服 使
8.5 活塞式压气机余隙影响 客 蓝 天
蔚
一、余隙对排气量的影响 旺 : 小
旺 小
服
余隙:为了安置进、排气阀以及避免活塞与宝汽缸端盖间的碰撞,在汽缸端盖与活蓝塞行程终点间留有一定的
客
淘 蔚
余隙,称为余隙容积,简称余隙 旺
一 :
旺
活塞式压气机的容积效率:活塞式压唯气机的有效容积和活塞排量之比,服
宝
, 客
λ =1−
V
4
− 品V
3 一
淘
旺
v V 出 −V 唯 旺
室1 3 宝
,
结论:余隙使一部分汽缸作容积不能被有效利用,压力比越大淘越不利。
品
工 一
二 余隙对理论压缩轴功的影响 出
英 唯
室
精 n−1 ,
作
n 场 p n 品
w ns = n 职 − 1 1 p(V 1 −V 2 ) 1 英 −工 p 2 出
精
1 室
作
场
工
V =V −V 职
式中: 1 4为实际吸入的气体英体积。
精
结论:不论压气机有无余隙,压场缩每kg气体所需的理论压缩轴功都相同,所以应减少余隙容积。
职
气体动力循环
9.2 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。
9.3 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
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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。
10.1蒸汽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使汽动力循环都是在朗肯循环的基础
天
上予以改进而得到的。
小
一、装置与流程 小
使
蓝
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。 天
蔚
小
工作原理:p-v、T-s和h-s。 :
小
服 使
朗肯循环可理想化为:两个定压过程和两个定熵过程客。 蓝
天
蔚
二、朗肯循环的能量分析及热效率 旺 : 小
旺 小
服
取汽轮机为控制体,建立能量方程: 宝 蓝
客
淘 蔚
h −h 旺
η= 1 2 一 :
旺
h −h 唯 服
1 3, 宝
客
淘
品 旺
一
出 旺
唯
室 宝
,
作 淘
品
工 一
出
英 唯
室
精 ,
作
场 品
工
职 出
英
室
精
作
场
工
职
英
精
场
职
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、降低排气温度
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..
制冷循环
使
天
11.1 空气压缩制冷循环
小
空气压缩式制冷:将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀,会获小得低温低压的空气 。
使
蓝
原则:实现逆卡诺循环 天
蔚
小
工作原理如图: :
小
服 使
蓝
客 天
蔚
旺 小
:
旺 小
服
宝 蓝
客
淘 蔚
旺
一 :
旺
唯 服
宝
, 客
淘
品 旺
一
出 旺
唯
室 宝
,
作 淘
品
工
出
一
英 唯
室
注意:空气的热精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。
作
场 品
ε = 1 职 = 1 工 出
英
1 T 2 −1 ( p 2 )k k −1 − 精 1 作 室
T p 场
1 1 职 工
英
T
或:ε = 1 精
1 T −T场
2 1
职
11.2 蒸汽压缩制冷循环
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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),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)线使.
天
小
小
使
蓝
天
蔚
小
:
小
服 使
蓝
客 天
蔚
旺 小
:
旺 小
服
宝 蓝
客
淘 蔚
旺
一 :
旺
蒸气压缩式致冷循环各热力过程在l唯gp-h图上的表示: 服
宝
, 客
1-2表示压缩机中的绝热压缩过品程。2-3-4是冷凝器淘中的定压冷却过
旺
程
一
4-5为膨胀阀中的绝热节流过 出 程。5-1表示蒸发唯器内的定压蒸发过旺程。
室 宝
,
三、制冷循环能量分析及作致冷系擞
淘
品
工 一
实际蒸气压缩致冷循环整个装置的能量出分析。其致冷系数为
英 唯
室
q 精 ,
ε = 2 =收场获/消耗 作
品
1 w 0 职 工 出
英
制冷剂质量流 量:m =
精Q
2 作
室
场
q
工
职 2
英
mw
压缩机所需功率: p = 0 精
36 00 场
冷凝器热负荷:Q = M
(
h
职
−h
)
1 2 1
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
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