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热工基础-05第五章_热工基础的应用资料
第五章 热工基础的应用
山东大学（威海）机械系
第一节 喷管和扩压管
• 本章研究气体和蒸气在变截面短管内的流动。最后获得
喷管和扩压管的流动规律.
• 先分析可逆流动，然后对不可逆过程进行修正。
• 流动为一元流动。
•
先分析理想气体过程，再分析蒸气过程。 1
2
一 稳定流动的基本方程式1、质 Nhomakorabea守恒方程
1
2
qm1
饱和水蒸气 1.135
cr =0.577
山东大学（威海）机械系
2、喷管q的m流量A计v22c算2
Acr ccr vcr
qm A2
2
1
2 1
p0 v0
p2 p0
p2 p0
=
f
(
p2 p0
)
对于渐缩喷管
cr
p2 p0
1
qm
b
c
(5 15)
对于缩放喷管
0 p2 1 p0
c
ca
x
x
山东大学（威海）机械系
三 喷管
喷管：用于加速气流的管道称为喷管。
１、渐缩喷管
１
Ｍ< 1
２
Ｍ≤1
２、缩放喷管（拉伐尔喷管）
２ １
dA = 0
Ｍ< 1
Ｍ= 1
Ｍ> 1
２ １
dA < 0
１
dA > 0
２
山东大学（威海）机械系
1、喷管的流速计算及分析 （主要是出口截面的流速计算与分析）
由
h0
h1
Ｍ> 1
dA = 0
Ｍ= 1
dA < 0
dA > 0
山东大学（威海）机械系
第一节 喷管和扩压管
• 本章研究气体和蒸气在变截面短管内的流动。最后获得
喷管和扩压管的流动规律.
• 先分析可逆流动，然后对不可逆过程进行修正。
• 流动为一元流动。
•
先分析理想气体过程，再分析蒸气过程。 1
2
一 稳定流动的基本方程式1、质 Nhomakorabea守恒方程
1
2
qm1
饱和水蒸气 1.135
cr =0.577
山东大学（威海）机械系
2、喷管q的m流量A计v22c算2
Acr ccr vcr
qm A2
2
1
2 1
p0 v0
p2 p0
p2 p0
=
f
(
p2 p0
)
对于渐缩喷管
cr
p2 p0
1
qm
b
c
(5 15)
对于缩放喷管
0 p2 1 p0
c
ca
x
x
山东大学（威海）机械系
三 喷管
喷管：用于加速气流的管道称为喷管。
１、渐缩喷管
１
Ｍ< 1
２
Ｍ≤1
２、缩放喷管（拉伐尔喷管）
２ １
dA = 0
Ｍ< 1
Ｍ= 1
Ｍ> 1
２ １
dA < 0
１
dA > 0
２
山东大学（威海）机械系
1、喷管的流速计算及分析 （主要是出口截面的流速计算与分析）
由
h0
h1
Ｍ> 1
dA = 0
Ｍ= 1
dA < 0
dA > 0
热工基础PPT课件
第四节 流体静力学基本方程及其应用
一、静力学基本方程
1.方程式的推导 • 建模：一盛有静止液体的容器
• 受力分析 液柱所受的质量力只有重力
G= -mg=-hAg
表面力： 液柱上表面：-p0A 液柱下表面：pA
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
根据受力平衡有：
p Ap0AghA 0
化简得：
•计示压强会随大气压的变化而改变
• 绝对压强和计示压强的关系
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
绝对压强和相对压强的应用
属于流体的物性和状态的有关公式、计 算、资料数据等多采用绝对压强，例如 理想气体状态方程，饱和蒸汽压，汽轮 机主汽门前的蒸汽参数，凝汽器或除氧 器参数等的压强值。
属于流体工程的强度、测试等有关压强 值多采用计示压强。例如计算受压容器 强度，管道附件公称压力，高压加热器 水侧压力，汽轮机调节和润滑油压，泵 与风机进出口压强等。
一部分是自由液面上的压强p0；另一部分是该点到
自由液面的单位面积上的液柱重量ρgh。当p0有变
化时，液体内部各点的压强也发生同样大小的变化， 这就是著名的帕斯卡原理，该原理在水压机、液压 传动等水利机械中得到广泛应用。
➢ 在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性 规律变化，即随深度的增加，压强值成正比增大。
• 互不掺混的两种液体的分界面，如水和水
银等。
气 水
液
水银
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
例2-1 判断连通器中的等压面
油 水
Ⅲ
Ⅲ
9 10 11
Ⅱ5
Ⅱ
6
7
8
Ⅰ 1
Ⅰ
2
3
一、静力学基本方程
1.方程式的推导 • 建模：一盛有静止液体的容器
• 受力分析 液柱所受的质量力只有重力
G= -mg=-hAg
表面力： 液柱上表面：-p0A 液柱下表面：pA
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
根据受力平衡有：
p Ap0AghA 0
化简得：
•计示压强会随大气压的变化而改变
• 绝对压强和计示压强的关系
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
绝对压强和相对压强的应用
属于流体的物性和状态的有关公式、计 算、资料数据等多采用绝对压强，例如 理想气体状态方程，饱和蒸汽压，汽轮 机主汽门前的蒸汽参数，凝汽器或除氧 器参数等的压强值。
属于流体工程的强度、测试等有关压强 值多采用计示压强。例如计算受压容器 强度，管道附件公称压力，高压加热器 水侧压力，汽轮机调节和润滑油压，泵 与风机进出口压强等。
一部分是自由液面上的压强p0；另一部分是该点到
自由液面的单位面积上的液柱重量ρgh。当p0有变
化时，液体内部各点的压强也发生同样大小的变化， 这就是著名的帕斯卡原理，该原理在水压机、液压 传动等水利机械中得到广泛应用。
➢ 在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性 规律变化，即随深度的增加，压强值成正比增大。
• 互不掺混的两种液体的分界面，如水和水
银等。
气 水
液
水银
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
例2-1 判断连通器中的等压面
油 水
Ⅲ
Ⅲ
9 10 11
Ⅱ5
Ⅱ
6
7
8
Ⅰ 1
Ⅰ
2
3
热工基础yse5
边界层内的流动状态：也有层流和湍流之分。 4. 边界层内的流动状态：也有层流和湍流之分。
对于外掠平板的流动，临界雷诺数一般取 对于外掠平板的流动，临界雷诺数一般取
Re c = 5 ×10
5
5. 引入速度边界层的意义：流动区域可分为主流区和边界层区 引入速度边界层的意义： 主流区可看作理想流体的流动， ，主流区可看作理想流体的流动，只在边界层区才需要考虑流 体的粘性作用。 体的粘性作用。
∂u ∂v + =0 ∂x ∂y
3)
可求得速度场(u,v)和温度场(t) (u,v)和温度场(t)以及压 4个方程，4个未知量 —— 可求得速度场(u,v)和温度场(t)以及压 个方程， 力场(p), 既适用于层流，也适用于紊流（瞬时值） 力场(p), 既适用于层流，也适用于紊流（瞬时值） 加上利用牛顿冷却微分方程： 加上利用牛顿冷却微分方程： λ ∂t hx = − ∆t ∂y w,x
温度场 → 流场
对流换热微分方程组确定 对流换热微分方程式 能量转化与守恒方程、 温度场 能量转化与守恒方程、 流场 连续性方程、质量守恒方程、 连续性方程、质量守恒方程、 动量守恒方程、 动量守恒方程、能量守恒方程
对流换热微分方程组:(常物性、无内热源、二维稳态、 对流换热微分方程组:(常物性、无内热源、二维稳态、不可 :(常物性 压缩牛顿流体) 压缩牛顿流体) ∂2t ∂t ∂t ∂t ∂2t 1) ρcp + u + v = λ 2 + λ 2 ∂τ ∂x ∂x ∂y ∂y ∂u ∂u ∂u ∂p ∂2u ∂2u ρ（ +u +v ) = F − +η( 2 + 2 ) x ∂τ ∂x ∂y ∂x ∂x ∂y 2) 2 2 ∂v ∂v ∂v ∂p ∂v ∂v ρ（ +u +v ) = Fy − +η( 2 + 2 ) ∂τ ∂x ∂y ∂y ∂x ∂y
热工基础第05章 热力学第一定律
U mu U 2 U1
2. 宏观机械能（外部能量）
动能：
Ek
1 mv2 2
位能： E p mgz
3. 系统总能量
mkg工质： E U Ek E p 1kg工质： e u ek e p
第二节 闭口系统的能量方程式及其应用
Q
W
进入系统的能量：系统从外界吸取的热量Q(q) 离开系统的能量：系统对外作的膨胀功W(w) 系统储存能量的变化：热力学能的变化ΔＵ(Δu) 表达式：Q-W=ΔＵ q-w=Δu
解口系：1统kg稳工定质流在动锅情炉况中。的锅吸炉热为量热为交换器，根据其
工作特q 点h可2 采h用1 简27化68方程21q0h2255h81kJ / kg 工质每小时吸热量为
Q qmq 2000 2558 5.116106 kJ / h
锅炉每小时用煤量为
5.116 106
冷流体：吸热，
q 0, h'2
h
' 1
火力发电装置
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
给水泵
动力机械
燃气轮机 压气机
制冷 空调
压缩机
（二）动力机械
q
h
1 2
c
2 f
gz
ws
1、功用：输出或消耗机械功
2、工作特点：q
0,
c
2 f
0, z
0
3、简化方程：ws h1 h2
汽轮机
发电机 凝 汽 器
给水泵
火力发电装置
制冷空调装置 热交换器
q
h
1 2
2. 宏观机械能（外部能量）
动能：
Ek
1 mv2 2
位能： E p mgz
3. 系统总能量
mkg工质： E U Ek E p 1kg工质： e u ek e p
第二节 闭口系统的能量方程式及其应用
Q
W
进入系统的能量：系统从外界吸取的热量Q(q) 离开系统的能量：系统对外作的膨胀功W(w) 系统储存能量的变化：热力学能的变化ΔＵ(Δu) 表达式：Q-W=ΔＵ q-w=Δu
解口系：1统kg稳工定质流在动锅情炉况中。的锅吸炉热为量热为交换器，根据其
工作特q 点h可2 采h用1 简27化68方程21q0h2255h81kJ / kg 工质每小时吸热量为
Q qmq 2000 2558 5.116106 kJ / h
锅炉每小时用煤量为
5.116 106
冷流体：吸热，
q 0, h'2
h
' 1
火力发电装置
过热器
锅 炉
汽轮机
发电机 凝 汽 器
给水泵
动力机械
燃气轮机 压气机
制冷 空调
压缩机
（二）动力机械
q
h
1 2
c
2 f
gz
ws
1、功用：输出或消耗机械功
2、工作特点：q
0,
c
2 f
0, z
0
3、简化方程：ws h1 h2
汽轮机
发电机 凝 汽 器
给水泵
火力发电装置
制冷空调装置 热交换器
q
h
1 2
热工基础第五章.
(2) 根据初态和过程特点以及终态的一个参数值， 确定终态的其它参数值; (3) 根据热力学基本定律，结合过程的特点，计 算过程中工质与外界交换的功量与热量。
10
定容过程：
w0
wt v( p1 p2 )
q u2 u1 (h2 h1 ) ( p2 p1 )v
11
定温过程：
湿蒸汽的状态参数 1kg 湿蒸汽是由x kg干蒸汽和（1－x）kg饱 和水混合而成， vx xv 1 x v v x v v 注意 hx xh 1 x h h x h h 单位
sx xs 1 x s s x s s
23
5. 湿空气的焓
湿空气的焓： H
ma ha mv hv
H ha dhv kJ/kg（干空气） 湿空气的比焓：h ma
工程上，取0 C时干空气、饱和水的焓为零，即
ha= 0 、 hv= 0
温度t下干空气和水蒸气的焓分别为
ha c pt 1.005t
温度t下干湿空气的焓为
2. 冷却去湿过程
湿空气被冷却时， 温度降低。在温度降至 露点前其含湿量保持不 变，相对湿度逐渐增加。 当相对湿度达到＝1时， 湿空气饱和，如果再继 续冷却，则析出水份， 过程将沿着的饱和曲线 向含湿量减少、温度降 低的方向进行，如1－2 所示。
28
5－6 干湿球温度计
将干湿球温度计由两个温度计构成，如图所示。 干球温度计：测量空气温度 t 湿球温度计: 测量湿球温度 tw 如果将干湿球温度计置于通风良 好的湿空气中，由于湿球温度计上湿 布的水分蒸发,吸收汽化潜热，使湿 纱布中的水温降低，湿球温度计读书 下降。当水分蒸发所需要的热量等于 周围空气所传给的热量时，湿球温度 计读书维持在某一数值不变，这一温 度值称为湿球温度 tw 。
热工基础课件5
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
ql h h0
'
2、汽化阶段
一、水蒸汽的定压产生过程
p p
p
p
p
v0 未饱和水
v'
饱和水
vx
v''
v
过热蒸汽
湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽
t<ts
t=ts
预热阶段
t=ts
汽化阶段
t=ts
t>ts
过热阶段
水蒸汽的定压产生过程
5-2 水蒸汽的定压产生过程
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
t < ts v 0< v’ h0 < h’ s0 < s’
4、水蒸汽定压产生过程总吸热 量
水的定压预热阶段： 液体热 ql h ' h0
kJ/kg
Ts
T
e b c d
饱和水的定压汽化过程： 汽化潜热 r h " h ' kJ/kg
r Ts s " s ' kJ/kg
a
ql
s'
r
qsu
s"
干蒸汽的定压过热过程： 过热热 qs=h-h"
t = ts
t = ts
t = ts
t > ts
v = v’ v ’< vx <v’’ v = v’’ v > v’’ v ↑ h = h’ h ’< hx <h’’ h = h’’ h > h’’ h↑ s = s’ s ’< s x<s’’ s = s’’ s > s’’ s↑
《热工基础》第五讲_114805516
定容过程 过程方程
dv 0 v const.
5
6
1
3-6 四种典型热力工程分析
初、终态参数的关系
3-6 四种典型热力工程分析
能量转换
v const . v v, pv Rg T 2 1
u cV (T2 T1 ) h c p (T2 T1 ) sv cV ln
p-v图和T-s图
3-6 四种典型热力工程分析
定压过程
过程方程
dp 0 p const .
dsv cV
9
dT T
dT ds
V
T cV
10
3-6 四种典型热力工程分析
初、终态参数的关系
p const . pv Rg T p2 p1 , v2 T2 v1 T1
p-v图定压线下方， T-s图定压线右下方， wt>0
39
40
例题（常见题型1）
1、试将满足以下要求的理想气体多变 过程在p-v图和T-s图上表示出来： （1）工质又膨胀、又吸热、又降温 （2）工质又受压缩、又升温、又吸热 （3）工质又受压缩、又降温、又降压
3-6 四种典型热力工程分析
能量转换
dp 0
wt vdp 0
p1 p2
u cV (T2 T1 ) h c p (T2 T1 ) T p T v s p c p ln 2 Rg ln 2 c p ln 2 c p ln 2 T1 p1 T1 v1
30
5
3-6 多变过程
多变比热容 多变指数
3-6 多变过程
cn nk cV n 1
n cn c p c n cv
dv 0 v const.
5
6
1
3-6 四种典型热力工程分析
初、终态参数的关系
3-6 四种典型热力工程分析
能量转换
v const . v v, pv Rg T 2 1
u cV (T2 T1 ) h c p (T2 T1 ) sv cV ln
p-v图和T-s图
3-6 四种典型热力工程分析
定压过程
过程方程
dp 0 p const .
dsv cV
9
dT T
dT ds
V
T cV
10
3-6 四种典型热力工程分析
初、终态参数的关系
p const . pv Rg T p2 p1 , v2 T2 v1 T1
p-v图定压线下方， T-s图定压线右下方， wt>0
39
40
例题（常见题型1）
1、试将满足以下要求的理想气体多变 过程在p-v图和T-s图上表示出来： （1）工质又膨胀、又吸热、又降温 （2）工质又受压缩、又升温、又吸热 （3）工质又受压缩、又降温、又降压
3-6 四种典型热力工程分析
能量转换
dp 0
wt vdp 0
p1 p2
u cV (T2 T1 ) h c p (T2 T1 ) T p T v s p c p ln 2 Rg ln 2 c p ln 2 c p ln 2 T1 p1 T1 v1
30
5
3-6 多变过程
多变比热容 多变指数
3-6 多变过程
cn nk cV n 1
n cn c p c n cv
热工基础-5-(3)-热工基础的应用-压气机
工作原理：
气体从进口流入 压气机，经收缩
器时流速得到初
步提高，进口导 向叶片使气流改 为轴向，同时还 起扩压管作用，
使压力有提高。
转子由外力带动，作高速转动，固装其上的工作叶 片(亦称动叶片)推动气流，使气流获得很高的流速。
工作原理（续）：
高速气流进入固装在机壳 上的导向叶片(亦称定叶片)
间的通道，使气流的动能
余隙容积的影响可从以下两个方面讨论:
(1) 生产量：
由于有余隙容积Vc的影响，缸 内气体从V3膨胀到V4才开始进 气。气缸实际进气容积V称有效 吸气容积， V=V1-V4。余隙容 积本身不起压气作用，且使另 部分缸容积也不起压缩作用。V 小于气缸排量Vh ，两者之比称 为容积效率，以ηV表示，即:
需级数甚多。其次，因气流速度相当高，容易造成较
大的摩擦损耗，故对叶轮式压气机的设计和制造的技 术水平要求甚高。
分类：
叶轮式压气机分：径流式(即离心式)与轴流
式两种型式。
离心式压气机适用于中、小型生产量，高转
速，但效率稍低。
轴流式压气机则结构紧凑，便于安排较多的 级数，且效率较高，适宜于大流量的场合。
二、压气机的理论耗功
压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输
出，所以压气机耗功应以技术功计。通常用符号Wc表
示压气机的耗功，则：
对定值比热容理想气体，据第三章 计算理论耗功： (1)可逆绝热（定熵）压缩
二、压气机的理论耗功（续）
(2)可逆多变压缩
(3)可逆定温压缩
上述各式中，P2/P1是压缩过程中气体终压和初压 之比，称为增压比，用 表示。
这时，各级的增压比相同，各级压气机耗功相同，且：
因此，按此原则选择中间压力可得以下有利结果： (1)每级压气机需功相等，有利于压气机曲轴的平衡； (2)每个气缸中气体压缩后所达到的最高温度相同，这 样每个气缸的温度条件相同； (3)每级向外排出的热量相等，而且每一级的中间冷却 器向外排出的热量也相等； (4)各级的气缸容积按增压比递减。 (5)分级压缩对容积效率的提高也有利。余隙容积的有 害影响随增压比的增加而扩大。分级后，每一级的增 压比缩小，故同样大的余隙容积对容积效率的有害影 响将缩小，使总容积效率比不分级时大。
热工基础
工程上所用的蒸气通常是干度大于 工程上所用的蒸气通常是干度大于50%的湿蒸气或过 的湿蒸气或过 干度大于 图的实用部分为其右上角部分 右上角部分。 热蒸气， 热蒸气，所以 h－s 图的实用部分为其右上角部分。
5-4 水蒸气的热力过程
水蒸气热力过程的分析和计算， 水蒸气热力过程的分析和计算，与理想气体热力过程 的方法、步骤类似，同样可利用热力学的基本公式。 的方法、步骤类似，同样可利用热力学的基本公式。 如能量方程： 如能量方程： q=∆u＋w； ＋ ； 对可逆过程： 对可逆过程：
二、饱和状态 (自然蒸发 饱和状态 蒸发与凝结处于动态平衡的状 自然蒸发)饱和状态 自然蒸发 饱和状态: 发生在密闭容器内) 态(发生在密闭容器内 发生在密闭容器内 (强制蒸发 饱和状态: 沸腾的液体为饱和液体，对饱 强制蒸发)饱和状态 沸腾的液体为饱和液体， 强制蒸发 饱和状态 和液体继续加热， 液体不断蒸发汽化， 和液体继续加热， 液体不断蒸发汽化，直至全部变 为气体。 为气体。 从饱和液体到干饱和蒸汽的各状态均属饱和状态。 从饱和液体到干饱和蒸汽的各状态均属饱和状态。 其压力、温度均为饱和压力和饱和温度，但其余参 其压力、温度均为饱和压力和饱和温度， 数各不相同（与理想气体的区别）。 数各不相同（与理想气体的区别）。 p-T 图自己看。 图自己看。
附表4：以温度为准编排的饱和水与干饱和蒸汽表。 附表 ：以温度为准编排的饱和水与干饱和蒸汽表。 附表5：以压力为准编排的饱和水与干饱和蒸汽表。 附表 ：以压力为准编排的饱和水与干饱和蒸汽表。 附表6： 附表 ：未饱和水与过热蒸汽表 湿蒸汽热力状态的确定： 湿蒸汽热力状态的确定： 设干度为 x，则 ，
蒸发的机理: 蒸发的机理 蒸发是由于液体表面能量较高的分子， 蒸发是由于液体表面能量较高的分子，克服邻近分 子的引力作用而脱离液体， 子的引力作用而脱离液体，逸入液体外的空间而引 起的。 起的。 液体温度越高，蒸发表面积越大， 液体温度越高，蒸发表面积越大，液面上方蒸气分 子的密度越小，蒸发越快。在这一过程中， 子的密度越小，蒸发越快。在这一过程中，由于能 量较高的分子逸出液面， 量较高的分子逸出液面，液体内的分子平均动能减 少而使液体温度降低。 少而使液体温度降低。 2、沸腾 、 在液体表面和内部同时进行的剧烈的汽化现象称为 沸腾 。
热工基础 第5章 热力学第一定律
物体的内能与机械能的区别
能量的形式不同。物体的内能和机械能分别与两种不同的 运动形式相对应，内能是由于组成物体的大量分子的热运动 及分子间的相对位置而使物体具有的能量。而机械能是由于 整个物体的机械运动及其与它物体间相对位置而使物体具有 的能量。
决定能量的因素不同。内能只与物体的温度和体积有关， 而与整个物体的运动速度及物体的相对位置无关。机械能只 与物体的运动速度和跟其他物体的相对位置有关，与物体的 温度体积无关。
1
a
ΔU1a2 = ΔU1b2 = ΔU12 =U2 −U1
b
注意： ΔU21 =−ΔU12 =U1 −U2 0
2 v
二、外部储存能 —— 宏观动能Ek和重力位能Ep
由系统速度和高度决定
¾ 宏观动能：
Ek
=
1 2
mc 2
m — 物体质量；c — 运动速度
机械能
¾ 重力位能： Ep = mgz
Z — 相对于系统外的参考坐标系的高度
分子运动的平均动能和分子间势能称为热力学能（内能）。
符号：U
单位： J
比热力学能（比内能）：单位质量物质的热力学能，u，J/kg
u=U/m
增加热力学能的两种方法：做功、传热
2、微观组成 内动能：分子热运动（移动、转动、振动）形成的内动能。 它是温度的函数。 内位能：分子间相互作用形成的内位能。 它是比体积和温度的函数。 其它能：维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原子能 及电磁场作用下的电磁能等。
对于不做整体移动的闭口系，系统宏观动能和位能均无变
化，有：（∆E=∆U），故Q：−W = ΔU 或 Q = ΔU +W
热力系吸 收的能量
增加系统的热力学能
热工基础第五节
主要指物理化学结合水。
二、恒定干燥条件下的干燥过程 在干燥介质温度、相对湿度、流速一定时干燥过 程分为三个阶段 1、加热阶段：干燥介质传给物料的热量大于水分蒸发所消耗
的热量，物料表面温度升高水分蒸发量增大，至物料表面等 于介质的湿求温度为止
2、恒速干燥阶段：物料表面水蒸气分压等于湿球温度下的
饱和水蒸气压，外扩散的过程。
平衡水分代表在一定空气状态下,物料中所含水分的最低限度。
当干燥介质达到饱和状态时，物料的平衡水分为最大的可能平衡水分
可排出水分：高于平衡水分的那部分水分，可在干燥中除去的水分， 自由水分：高于最大可能平衡水分的那部分水分，主要是机械结合水
结合水(大气吸附水)：物料中低于最大可能平衡水分的水。
（一）水与物料的结合强弱：
1、化学结合水：
以结晶水的形式存在物料中。 结合牢固，不属于干燥范围。
2、物力化学结合水（大气吸附水）：
以吸附水、渗透水、微孔毛细管水、结构水的形式存 在。比化学结合水的牢固程度弱。干燥过程中可以排出。
吸附水：物料表面的吸附成水膜
渗透水：物料组织壁内外间水分浓度差产生的渗透压造成的。 微孔毛细管水：有毛细力产生
第五节 干燥的物理过程
干燥的物理过程主要研究干燥速率 干燥速率：单位时间内被干燥物料单位面积上所汽化的水分量 干燥速率
=f[干燥介质的条件（温度、湿度、流速）；干燥器类型、
结构；物料种类、结构；所含水分性质]
一、物料中所含水分的性质
水在物料中的存在形式
分类：
水与物料的结合强弱 干燥过程中水分排出的难程度
结构水：存在物料组织内部。
3、机械结合水： 以物料的湿润、孔隙水、大毛细管水的形式存在。 牢固程度最弱。干燥过程中首先排出。
二、恒定干燥条件下的干燥过程 在干燥介质温度、相对湿度、流速一定时干燥过 程分为三个阶段 1、加热阶段：干燥介质传给物料的热量大于水分蒸发所消耗
的热量，物料表面温度升高水分蒸发量增大，至物料表面等 于介质的湿求温度为止
2、恒速干燥阶段：物料表面水蒸气分压等于湿球温度下的
饱和水蒸气压，外扩散的过程。
平衡水分代表在一定空气状态下,物料中所含水分的最低限度。
当干燥介质达到饱和状态时，物料的平衡水分为最大的可能平衡水分
可排出水分：高于平衡水分的那部分水分，可在干燥中除去的水分， 自由水分：高于最大可能平衡水分的那部分水分，主要是机械结合水
结合水(大气吸附水)：物料中低于最大可能平衡水分的水。
（一）水与物料的结合强弱：
1、化学结合水：
以结晶水的形式存在物料中。 结合牢固，不属于干燥范围。
2、物力化学结合水（大气吸附水）：
以吸附水、渗透水、微孔毛细管水、结构水的形式存 在。比化学结合水的牢固程度弱。干燥过程中可以排出。
吸附水：物料表面的吸附成水膜
渗透水：物料组织壁内外间水分浓度差产生的渗透压造成的。 微孔毛细管水：有毛细力产生
第五节 干燥的物理过程
干燥的物理过程主要研究干燥速率 干燥速率：单位时间内被干燥物料单位面积上所汽化的水分量 干燥速率
=f[干燥介质的条件（温度、湿度、流速）；干燥器类型、
结构；物料种类、结构；所含水分性质]
一、物料中所含水分的性质
水在物料中的存在形式
分类：
水与物料的结合强弱 干燥过程中水分排出的难程度
结构水：存在物料组织内部。
3、机械结合水： 以物料的湿润、孔隙水、大毛细管水的形式存在。 牢固程度最弱。干燥过程中首先排出。
热工基础5
w q1ηtm (1) = 循环的平均指示压力 ptm = Vh Vh 其中 Vh = V1 − V2 = 再由p1V1 = RT1 , cv =
cvε =
k −1
T1 [λ − 1 + kλ (ρ − 1)]
(
)
ε −1 V1 ε
R p1V1 得cv = 代入(1)式得 (k − 1)T1 k −1
T1 热源 假定热机A从热源吸热 从热源吸热Q 假定热机 从热源吸热 1 对外作功W 对外作功 A Q1 Q2 对冷源放热Q 对冷源放热 2 A WA = Q1 - Q2 WA Q2 Q2 冷源无变化 冷源 T2 <T1
11
从热源吸收Q 从热源吸收 1-Q2全变成功 WA 违反开表述 违反开表述
证明2 违反开表述导致违反克表述 开表述导致违反 证明2、违反开表述导致违反克表述
卡诺认为： 卡诺认为：1）热量像水一样： 热量像水一样： 水从高处 热从高温
水轮机 热动力机
低处 低温
作功 作功
2）可逆过程输出的功最大，如果不 可逆过程输出的功最大， 设置动力机等，作功能力损失了。 设置动力机等，作功能力损失了。 循环的吸、 循环的吸、放热过程均应是等温的 连接吸、 3）连接吸、放热的过程应是可逆绝热的
16
卡诺循环热机效率
T1 q1
卡诺循环热机效率 卡诺循环热机效率
Rc q2 T2
17
w
卡诺循环热机效率的说明
• ηt,c只取决于恒温热源T1和T2 只取决于恒温热源 恒温热源
而与工质的性质无关； 而与工质的性质无关；
• T1
高 •如果ηt,c = 100%，则 T1 = ∝ 或 T2 = 0 K ，
热机不可能将从热源吸收的热量全部转 热机不可能将从热源吸收的热量全部转 不可能将从热源 变为有用功，而必须将某一部分传给冷源 冷源。 变为有用功，而必须将某一部分传给冷源
cvε =
k −1
T1 [λ − 1 + kλ (ρ − 1)]
(
)
ε −1 V1 ε
R p1V1 得cv = 代入(1)式得 (k − 1)T1 k −1
T1 热源 假定热机A从热源吸热 从热源吸热Q 假定热机 从热源吸热 1 对外作功W 对外作功 A Q1 Q2 对冷源放热Q 对冷源放热 2 A WA = Q1 - Q2 WA Q2 Q2 冷源无变化 冷源 T2 <T1
11
从热源吸收Q 从热源吸收 1-Q2全变成功 WA 违反开表述 违反开表述
证明2 违反开表述导致违反克表述 开表述导致违反 证明2、违反开表述导致违反克表述
卡诺认为： 卡诺认为：1）热量像水一样： 热量像水一样： 水从高处 热从高温
水轮机 热动力机
低处 低温
作功 作功
2）可逆过程输出的功最大，如果不 可逆过程输出的功最大， 设置动力机等，作功能力损失了。 设置动力机等，作功能力损失了。 循环的吸、 循环的吸、放热过程均应是等温的 连接吸、 3）连接吸、放热的过程应是可逆绝热的
16
卡诺循环热机效率
T1 q1
卡诺循环热机效率 卡诺循环热机效率
Rc q2 T2
17
w
卡诺循环热机效率的说明
• ηt,c只取决于恒温热源T1和T2 只取决于恒温热源 恒温热源
而与工质的性质无关； 而与工质的性质无关；
• T1
高 •如果ηt,c = 100%，则 T1 = ∝ 或 T2 = 0 K ，
热机不可能将从热源吸收的热量全部转 热机不可能将从热源吸收的热量全部转 不可能将从热源 变为有用功，而必须将某一部分传给冷源 冷源。 变为有用功，而必须将某一部分传给冷源
热工基础5
一、填空题1．实现热能和机械能相互转化的工作物质就叫做工质。
2．热能动力装置的工作过程，概括起来就是工质从高温热源吸取热能，将其中一部分转化为机械能，并把余下的一部分传给低温热源的过程。
3．热力系统与外界间的相互作用一般说有三种，即系统与外界间的热量交换、功交换和物质交换。
4．按系统与外界进行物质交换的情况，热力系统可分为闭口系统和开口系统两类。
5．状态参数的变化量等于初.终两状态下，该物理量的差值，而与工质的状态变化途径无关。
6．决定简单可压缩系统状态的独立状态参数的数目只需两个。
7．1mmHg= 133.3 Pa；1mmH2O= 9.81 Pa。
8．气压计读数为750mmHg，绝对压力为2.5×105Pa的表压力为0.15 MPa。
9．用U形管差压计测量凝汽器的压力，采用水银作测量液体，测得水银柱高为720.6mm。
已知当时当地大气压力Pb=750mmHg，则凝汽器内蒸汽的绝对压力为0.0039 MPa。
10．一个可逆过程必须是准平衡过程，而且在过程中没有任何形式的能量耗散。
11．只有平衡状态才能用参数坐标图上的点表示，只有准平衡过程才能用参数坐标图上的连续实线表示。
12．热量和功都是系统与外界能量传递的度量，它们不是状态参数而是过程量。
13．工质作膨胀功时w 大于0，工质受到压缩时w 小于0，功的大小决定于工质的初.终状态以及过程的变化路径。
二、名词解释1．标准状态—-压力为1atm，温度为0℃时的状态。
2．平衡状态——系统内工质各点相同的状态参数均匀一致的状态。
3．准平衡过程——由一系列平衡状态所组成的热力过程。
4．可逆过程——当一个过程进行完了以后，如能使工质沿相同的路径，逆行回复至原来状态，并使整个系统和外界全部都回复到原来状态而不留下任何改变5．热机——能够将热能转变为机械能的设备。
6．热源——在工程热力学中，能不断地供给工质热能的物体叫做热源。
7．热力系统——被人为分离出来的热力学研究对象。
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5-1 水蒸汽饱和状态
一、汽化：物质从液态转变成汽态的过程，称为汽化。
在火电厂中，给水进入锅炉后变成饱和或过热蒸汽的 过程就是汽化过程。(动画)
➢汽化方式有两种：1）蒸发； 图 2）沸腾。
➢使水汽化的方法：1）加热升温；2）降压扩容。
如：给水泵入口汽蚀问题？
排污扩容器的扩容蒸汽产生？
1、蒸发——在液体表面进行的汽化现象。
二、凝结（液化）
➢ 概念：物质从汽态转变成液态的过程，称为液化.
➢ 特点：在一定压力下，蒸汽的温度（低）等于沸
点时，才可能出现凝结。
➢凝结方式：1）膜状凝结，2）珠状凝结 图 ➢ 使凝结的方法：1）定压降温冷却；2）升压
• 如电厂中：凝汽中的排汽凝结成水；滑压运行除 氧器在机组负荷骤增时，为何出现返氧现象？ 液化和汽化是物质相态变化的两种相反过程 ，实际上，在密闭容器内进行的汽化过程，总是 伴随液化过程同时进行。
称为三相点压力，对应的饱和温度
ttp称为三相点温度。
2) 三相点温度和压力是最低的饱和
温度和饱和压力。
3) 各种物质在三相点的温度与压力 分别为定值，但比体积则随固、液、 汽三相的混合比例不同而异。
5-2 水蒸汽的定压产生过程
一、水蒸汽的定压产生过程
p
p
p
p
p
v0
v'
vx
v''
v
未饱和水 饱和水
t<ts
三、饱和状态
1、饱和状态：汽、液两相达到动态平衡的状态。
液体分子脱离其表 面的汽化速度
＝
汽体分子回到液体 中的凝结速度
ps 饱和蒸汽
这时液体与蒸汽处于动态平衡 t s 状态，称为饱和状态
饱和水
2、饱和状态的特点： 1）汽水共存，
饱和水 饱和蒸汽
2）汽水同温，
3）饱和压力p s和饱和温度t s成一一对应关系。
p 定值
t0
t0 ts
v0
v0 v
s0
s0 s
h0
h0 h
饱和水
p 定值
ts
v
注意比较v0和
s
v′的大小！
h
这个阶段所需的热量称为液体热 ql 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 h x h
2．掌握水和水蒸汽的热力性质表及h-s图的结构组 成，能熟练应用水蒸汽图表查取水和水蒸汽的状 态参数；
3．掌握水蒸汽典型热力过程的特点，能利用水蒸汽 图表熟练分析计算定压、绝热过程的功量和热量 ；
4．了解水蒸汽参数对电厂热力设备的影响。 5．了解湿空气的绝对湿度、相对湿度、饱和湿空气
、未饱和湿空气及露点温度等概念，了解相对湿 度的物理意义及测量方法。
v = v’ v ’< vx <v’’ v = v’’ v > v’’ v ↑
h = h’ s = s’
h ’< hx <h’’ s ’< s x<s’’
h = h’’ s = s’’
h > h’’ s > s’’
h↑ s↑
水预热
汽化
过热
5-2 水蒸汽的定压产生过程
➢ 五个状态:
a) 未饱和水a b) 饱和水b c) 湿饱和水蒸汽m d) 干饱和水蒸汽d e) 过热水蒸汽e。
干（饱和）蒸汽
p 定值
t ts v s h
注意比较 v′和v″ 的大小！
这个阶段所需的热量称为汽化潜热:r=h"-h'
为什么水的汽化阶段压力不变，温度也保持不变呢？
湿蒸汽的干度和湿度
3、饱和压力与饱和温度
➢ 饱和压力：在饱和状态下的水和水蒸汽的压力PS
➢ 饱和温度：在饱和状态下的水和水蒸汽的温度tS
ts上升， ps上升；
ps
ps上升， ts上升。
结论：
ps f (ts)
ts
一定的饱和温度对应于一定的饱和压力，
反之也成立，即两者间存在单值关系。
3、饱和压力与饱和温度
饱和压力
水蒸汽
实际气体-----水蒸汽
在空气中含量极小，当作理想气体.
一般情况下，为实际气体，使用图表.
• 18世纪，蒸汽机的发明，是唯一工质; • 直到内燃机发明，才有燃气工质; • 目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质 • 优点: 便宜，易得，无毒，热力性能稳定,
膨胀性能好，传热性能好，流动性好。 • 是其它实际气体的代表。
一一对应
饱和温度
青藏ps=0.6bar 高压锅ps=1.6bar
ts=85.95 ℃ ts=113.32 ℃
4、三相点
• 定义：固、液、汽三相共存的状态。
• 水的三相点温度和压力值： Ttp 273.16K
➢ 分析：
图
ptp 611.659Pa
1) 当压力低于ptp时，液相不可能存
在，而只可能是汽相或固相。 ptp
特点：它能在任何温度下进行；液体的蒸发速度取决于液 体的性质、液体的温度、蒸发表面积和液面上气流的流速。 如电厂冷却塔中冷却水的蒸发。
2、沸腾
➢沸腾——在液体内部进行的汽化现象。工
业上大都用此方法获得蒸汽。
➢特点：有汽泡产生；在一定的压力下，液
体沸腾时的温度（沸点）是一定的。
• 如：在1标准大气压下，水的沸点是l00℃ ，酒精的沸点为78℃；而在1MPa时 水的 沸点为179.88℃,在20MPa时 水的沸点为 365.71℃。600MW机组给水泵出口的压 力约19MPa。
t=ts
预热阶段
湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽
t=ts
t=ts
t>ts
汽化阶段
过热阶段
水蒸汽的定压产生过程
5-2 水蒸汽的定压产生过程
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
t < ts t = ts t = ts
t = ts t > ts
v 0< v’ h0 < h’ s0 < s’
第一篇 工程热力学
新课引入
什么叫工质？工程中有哪些工质? 火电厂中的工质是什么？ 水蒸汽 火电厂中水蒸汽是如何产生的呢？
本章主要内容
水蒸汽饱和状态 水蒸汽的定压产生过程 水蒸气热力性质图表 水蒸汽的基本热力过程
本章基本要求
1．理解水蒸汽饱和状态的概念及参数特征，掌握水 蒸汽定压产生过程在p-v图和T-s图上所表现的相 变规律；
➢ 三个阶段 ：
a) 预热阶段a-b：t0未饱和水→ts饱和水。t↑，v↑。 b) 汽化阶段b-d：ts饱和水→ ts干饱和水蒸汽。v↑， t和p均不
变。其间为汽液混合的湿饱和蒸汽。
c) 过热阶段d-e：ts干饱和水蒸汽→ t过热水蒸汽。t↑，v↑。
1、预热阶段
过冷度
Δt=t-ts
未饱和水（过冷水）