当前位置：文档之家 › 清华大学热能工程教学课件第1章热能转换装置

清华大学热能工程教学课件第1章热能转换装置

  • 格式：ppt
  • 大小：5.93 MB
  • 文档页数：30

下载文档原格式

  / 30

合集下载

朱明善清华大学工程热力学课件全集

朱明善清华大学工程热力学课件全集

四、基本状态参数 （一）压力 1、定义：单位面积上承受的垂直作用力。即 P Fn 该公式计算的是工质的真正压力，也称绝对压力。 A 微观上看：工质的压力是物质微观粒子对器壁撞击的
总效果。 2、单位： 1Pa=1N/m2 1kPa=1000 Pa，1MPa=106 Pa，1bar= 105 Pa 1mmH2O=9.80665Pa，1mmHg=133.3Pa 标准大气压1atm=760mmHg=1.01325 ×105 Pa 工程大气压1at=1kgf/cm2= 9.80665×104 Pa
准静态过程的容积变化功
以汽缸中mkg工质为系统
初始：pA = p外A +f
如果 p外微小
dx 很小，近似认为 p 不变
可视为准静态过程
Af
mkg工质发生容积变 化对外界作的功
p dx
W = pA dx =pdV p外 1kg工质
w =pdv
准静态过程的容积变化功
mkg工质：W =pdV
2
W pdV
准静态过程的工程应用
例：活塞式内燃机 2000转/分 曲柄 2冲程/转，0.15米/冲程
活塞运动速度=20002 0.15/60=10 m/s 压力波恢复平衡速度（声速）350 m/s
破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
>>
恢复平衡所需时间 （驰豫时间）
一般的工程过程都可认为是准静态过程
具体工程问题具体分析。
边界特性
固定、活动 真实、虚构
二、热力系的分类
以系统与外界关系划分：
•封闭热力系（闭口系） • 只与外界有能量交换而无物质交换
•开口热力系(开口系) • 与外界既有能量交换又有物质交换
•孤立系 • 与外界既无能量交换又无物质交换

清华大学工程热力学讲义101PPT课件

清华大学工程热力学讲义101PPT课件

q p ( u v)T d v ( T u)vd T M d v N d T
M
T
v
Tpv
2u
Tv
N v
T
2u vT
q 不是状态参数 热量不是状态参数
常用的状态参数间的数学关系
x
1
倒数式 Reciprocity
relation
y
z
y x z
循环式 Cyclic
s
f T
h v pu pv fvfTT T f vv fv T
uf Tsf TTf v
吉布斯函数（Gibbs Function）
d h T d s v d p d T s s d T v d p
dhT s sdTvdp
令 g hTs 吉布斯函数 GHTS
dgsdTvdp gg(T, p) 是特征函数
四个 Maxwell ralation
p s
v
T v
s
s
p
T
v T
p
v s
p
T p
s
s
v
T
p T
v
四个特征函数（吉布斯方程）
d T u d ps d u v f( s ,v ) dd d u f T h uss vd sd d v p uvT d s sd h dfv p h f v ( ( s T ,,p v ) ) d us g s v Td vT ud vg s g p p( T ,p )
作业
10-2 10-3 10-4
第十章
热力学微分关系式 及实际气体的性质
Thermodynamic differential relation and the

传热学课件-清华大学 (1)

传热学课件-清华大学 (1)
[导入与导出净热量] + [内热源发热量] = [热力学能的增加] 1、导入与导出微元体的净热量
dτ 时间内、沿 x 轴方向、经 x 表面导入的热量：
dQx = qx ⋅ dydz ⋅ dτ [J]
dτ 时间内、沿 x 轴方向、
经 x+dx 表面导出的热量：
dQx+dx = qx+dx ⋅ dydz ⋅ dτ [J]
物体的温度场通常用等温面或等温线表示
三、温度梯度 （Temperature gradient）
等温面上没有温差，不会 有热传递
不同的等温面之间，有温 差，有导热
∆t ≠ ∆t ∆n ∆s
温度梯度：沿等温面法线方向上的温度增量 与法向距离比值的极限，gradt
grad t = Lim ∆t n = ∂t n ∆n→0 ∆n ∂n
(2) 非金属的热导率： 非金属的导热：依靠晶格的振动传递热量；比较小
建筑和隔热保温材料： λ ≈ 0.025 ~ 3 W (mD C)
T ↑⇒ λ ↑
大多数建筑材料和绝热材料具有多孔或纤维结构 多孔材料的热导率与密度和湿度有关
ρ ↓ 、湿度 ↓ ⇒ λ ↓
保温材料：国家标准规定，温度低于350度时热导率 小于 0.12W/(mK) 的材料（绝热材料）
j
− λ ∂t k
∂z
qx
=
−λ
∂t ∂x
;
qy
=
−λ
∂t ∂y
;
qz
=
−λ
∂t ∂z
注：傅里叶定律只适用于各向同性材料 各向同性材料：热导率在各个方向是相同的
有些天然和人造材料，如：石英、木材、叠层塑料板、 叠层金属板，其导热系数随方向而变化

清华大学工程热力学课件 第1章(1)

清华大学工程热力学课件 第1章(1)

A system is said to have undergone a cycle if it returns to its initial state at the end of the process
循环 和 过程 Cycle and Process
循环由过程构成
过程
可逆 不可逆 循环
可逆循环 (闭合实线)
热力循环的评价指标 (续)
逆循环：净效应（对内作功，放热） 制冷循环：制冷系数 T0
收 益 吸 热 Q ＝2 代 价 耗 功 W
Q1
W
制热循环：制热系数
收 益 放 热 Q ’ ＝1 代 价 耗 功 W
Q2
T2
第一章 小 结 Summary
基本概念：
热力系 平衡态
准静态、可逆
W W B A
可逆过程与准静态过程(续)
缓慢电加热A腔中气体，B中理想气体被压缩
2）以A中气体为系统
缓慢加热 准静态 内可逆 无摩擦
A
B
3）以A腔为系统
电功耗散为热 电功耗散为热 不可逆 不可逆
绝热，无摩擦
4）以A＋B腔为系统
熵 (Entropy) 的定义 reversible Q rev 广延量 [kJ/K] dS T
q rev ds T
比参数 [kJ/kg.K]
ds: 可逆过程 qrev除以传热时的T所得的商
清华大学刘仙洲教授将其命名为“熵”
熵的说明
1、熵是状态参数 (? )
2、符号规定 系统吸热时为正 Q > 0 系统放热时为负 Q < 0
2、热力学定义I
热力学定义II
功的热力学定义II
功是系统与外界相互作用的一种方 式，在力的推动下，通过有序运动方 式传递的能量。

能源的转换与利用课件

能源的转换与利用课件
• 气体燃料
燃料燃烧必须具备的条件
• 必须有可能燃烧的可燃物（燃料）；
• 必须有使可燃物着火的能量（或称热 源），即使可燃物的温度达到着火温度 以上；
• 必须供给足够的氧气或空气（因为空气 中也含有助燃的氧气）。
通过燃料燃烧将化学能转换 热能的装置就称之为燃烧设
锅炉
不同燃料的燃烧特点
• 煤的燃烧。 • 煤的燃烧基本上有两种：第一种是煤粉
辐流式燃汽轮机
定子盘和转子盘
轴流式燃汽轮机
小型燃气轮机
Compressor and Diffuser
Compressor and Diffuser
Turbine Wheels
• 燃汽轮机具有以下优点：
• 1）重量轻、体积小、投资省。
• 2）起动快、操作方便。
• 3）水、电、润滑油消耗少，只需少量的 冷却水或不用水，因此可以在缺水的地 区运行；辅助设备用电少，润滑油消耗 少，通常只占燃料费的1%左右，而汽 轮机要占6%左右。
煤的燃烧技术
• 目前煤的燃烧方式主要是煤粉燃烧和流 化床燃烧。我国大型锅炉和工业窑炉大 多采用煤粉燃烧。
• 为了提高煤炭燃烧的效率和减少污染， 发展了许多先进的燃烧技术，如煤粉燃 烧稳定技术，包括各种新型的燃烧器， 煤粉低氮氧化物燃烧技术，高浓度煤粉 燃烧技术，流化床燃烧技术等。
第三节热能转换为机械能电能
• 不需要外界帮助就能自动进行的过程称 之为自发过程，反之为非自发过程。自 发过程都有一定的方向。
Water always flows downhill
Gases always expand from high pressure to low pressure
Heat always flows from high temperature to low temperature

能源第一篇 热能转换的基本概念和基本定律

能源第一篇 热能转换的基本概念和基本定律

1
§2-5 稳定流动系统的能量方程
一、稳定流动系统
1、定义：稳定流动系统是指热力系统内各点状态参数不随时间变
化的流动系统。
2、实现条件：
(1)进出系统的工质流量相等且不随时间而变；
(2)系统进出口工质的状态不随时间而变；
(3)系统与外界交换的功和热量等所有能量不随时间而变。
二、流动功 Wf
推动功：Wpush1 ( p1 A1 )L1 p1 ( A1L1 ) p1V1
确立系统：sssf
能量方程
Q

H

1 2
mc2

mgz

Wsh
化
简： c2 0 gz 0 Wsh 0 Q H H2 H1
四、 (绝热)节流
确立系统：准sssf
q

h

1 2
c 2

gz

wsh
q

0,
1 2
c2

0
,
gz

0
,wsh

0
h 0 或 h1 h2
(2)忽略蒸汽进、出口动能变化引起的计算误差。
解（1）取汽轮机进、出口所围空间为控制容积系统， 如图所示，则系统为稳定流动系统。从而有
q h c2 2 gz wsh
依题意：q＝o，∆z＝0，故有
wsh
h 1 c2 2



(e2 e1 )m E2 E1
Wtot Wsh Wf Wsh ( pV )
Q Esy (e2m2 e1m1) Wtot
Q Esy (e2m2 e1m1) Wtot (E2 E1) Wsh Wf

热力学完整ppt课件

热力学完整ppt课件

有足够时间恢复新平衡 准静态过程
精选ppt课1件82021
18
准平衡过程的实质
温差
温差
压差
压差
平衡点1
平衡点2
平衡点3
不平衡
不平衡
压差作用下的准平衡
p (p e x F A )t 0或 p 者 p e x F A t
温差作用下的准平衡
T ( T T e) x 0 或 tT T e 者 xt
• 边界：
系统与外界的分界面（线）。
6
精选ppt课件2021
6
三、热力系分类
１、 按系统与外界质量交换 闭口系（控制质量CM） —没有质量越过边界
开口系（控制体积CV） —通过边界与外界有质量交换
7
精选ppt课件2021
7
２. 按能量交换
绝热系— 与外界无热量交换;
孤立系— 与外界无任何形式的质能交换。
精选ppt课1件72021
17
1-5工质的状态变化过程
准平衡过程的定义
若过程进行得相对缓慢，工质在平衡被破坏后 自动恢复平衡所需的时间，即所谓弛豫时间又很 短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致 显著偏离平衡状态，那么这样的过程就叫做准平 衡过程。
破坏平衡所需时间
恢复平衡所需时间
（外部作用时间） >> （驰豫时间）
平衡的本质：
不存在不平衡势差，即同时处于热平衡、力 平衡、相平衡和化学平衡。
精选ppt课1件52021
15
平衡与稳定
稳定：参数不随时间变化
稳定但存在不平衡势差 去掉外界影响，则状态 变化
稳定不一定平衡，但平衡一定稳定
精选ppt课1件62021
16

清华大学热工基础课件工程热力学加传热学第一章

清华大学热工基础课件工程热力学加传热学第一章

pv RT
17
（3）状态参数坐标图 以独立状态参数为坐标的坐标图。 在以两个独立状态参数为坐标的平面坐
标图上，每一点都代表一个平衡状态。
18
1-4 准平衡过程和可逆过程
（1）热力过程 系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。
19
（2）准平衡过程（准静态过程）
所经历的每一个状态都无限地接近平衡状 态的过程。
热力学温标取水的三相点为基准点，并定 义其温度为273.16 K。温差1K相当于水的三 相点温度的1/273.16。
热力学温标与摄氏温标的关系： 温差:1 K = 1 ℃
t = T – 273.15 K 14
国际单位制（SI）采用热力学温度T作 为基本状态参数。 4) 温度的测量
a. 接触式 水银温度计、酒精温度计 热电偶、电阻温度计等。
闭口 系统
边界 外界
4
（2）开口系统
与外界有物质交
进口
换的系统。系统的容
积始终保持不变，也
称为控制容积系统。
（3）绝热系统 与外界没有热量交换的系统。 出口
（4）孤立系统
与外界既无能量（功、热量） 交换又无物质交换的系统。
5
1-2 平衡状态及基本状态参数
1. 平衡状态
（1）状态（热力状态）
系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状 况称为系统的热力状态，简称状态。
9
压力测量：
绝对压力 p、大气压力pb、表压力pe、真空度pv
p =pb +pe
p =pb -pv
只有绝对压力 p 才是状态参数。
10
（2）温度
1）温度的物理意义
温度是反映物体冷热程度的物理量。温度的 高低反映物体内部微观粒子热运动的强弱。

清华大学热工基础课件工程热力学加传热学1绪论

清华大学热工基础课件工程热力学加传热学1绪论

列中间状态，最终回到初始状态。
工程热力学的发展历程
早期发展
工程热力学起源于古代人类对火的使用和对蒸汽的认识。 随着工业革命的兴起，人们对热能转换和利用的研究逐渐 深入。
基础理论建立
19世纪末，卡诺、焦耳等科学家通过实验研究，建立了热 力学的理论基础，包括卡诺循环、焦耳定律等。
现代发展
随着科技的不断进步，工程热力学在能源转换、环境保护 、航空航天等领域的应用越来越广泛，成为能源、动力、 化工等学科的重要基础。
要关注热力系统能量的转换与传递过程，以及系统状态变化的规律。
02
热力系统
热力系统是指可以与周围环境进行热量交换的封闭系统。系统内的能量
转换与传递过程遵循热力学的第一定律和第二定律。
03
热力循环
在工程热力学中，热力循环是一系列连续的热力学过程，包括吸热、膨
胀、放热、压缩等过程。循环中，系统从某一初始状态出发，经过一系
19世纪末，傅里叶、牛顿等科学家对传热学进行了系统 的研究和总结，奠定了传热学的基础。
20世纪以来，随着科技的发展和工业的进步，传热学在 理论和实践方面都取得了长足的进步。
传热学的研究对象和内容
01
传热学的研究对象是热量传递过程中的规律和现象，主要 研究导热、对流、辐射三种传热方式。
02
导热是指热量在物体内部通过分子、原子等微观粒子的运动传递 ；对流是指流体在运动过程中将热量传递给固体壁面；辐射是指
热力循环与热效率
介绍各种热力循环，如蒸汽循环 、燃气循环等，以及如何提高循 环效率和减少能量损失。
传热学部分大纲
导热基本定律与稳态导热
介绍导热基本定律，即傅里叶定律，以 及稳态导热的分析方法和计算。
对流换热

热能转换课件

热能转换课件

公元1世纪左右，希 腊发明家希罗制作的“空 心汽动圆球”，可以称得 上是最早使用热能变成机 械能的“蒸汽机”。
“热情”的橡皮筋
热能可以转换成动能，那机械能可 以转换成热能吗？
把橡皮筋先 碰一下自己的额 头，快速来回拉 几十次橡皮筋， 再将它碰一下自 己的额头。
交流
描述橡皮筋 前后两次碰额 头的感觉。
作业设计
二、选择题。(把正确答案的序号填在括号里) 1.下列方法不能给我们带来热的是( )。 A.穿上羽绒服 B.吃巧克力 C.烤火 2.改进蒸汽机的是( )。 A.海尔蒙特 B.牛顿 C.瓦特 3.下列选项中主要把电能转换为热能的是( )。 A.洗衣机 B.电饼铛 C.电动剃须刀 4.我们用天然气灶炒菜时是把( )转换为热能。 A.电能 B.光能 C.化学能
在试管内塞进一 小团蘸有酒精的棉花， 用橡皮塞塞住管口。 将试管放进盛有热水 的烧杯中加热，观察 过一会儿有什么现象 发生。
说一说观察到的现象。 这些现象说明了什么？橡皮 塞的动能是什么能转换的？
小结
将试管放进盛有热水的 烧杯中加热，一会儿之后， 试管变热，橡皮塞会冲出试 管口。这说明发生了能量转 换。橡皮塞的动能是热水的 热能转换的。
摩擦点燃火柴
燃料燃烧推动火箭升空
说一说它们之间的能量是怎样转换的。
列举现实中热能与其他形式的能相互 转换的例子，描述能量是怎样转换的。记 录在活动手册中。
人体内的能量转换
食物与能量 人从出生到死亡，一生中都必须从食物中获取所需的 能量，人体不仅在劳动或运动时需要能量，就是处于休息 状态时也需要消耗能量来维持人体正常的体温以及体内器 官的正常生理活动，如心脏跳动、血液循环、肺的呼吸、 肌肉收缩、物质合成等，没有能量生命就停止了。成年人 10分钟活动消耗的能量约为：壶铃训练837千焦，游泳465 千焦，走路184千焦，开车100千焦，使用电脑50千焦，看 书63千焦。 世界卫生组织建议10—12岁儿童每天每千克体重需要 约276千焦热量的食物。 一根100克香蕉(jiāo)有389千焦热量，一个100克馒头 有975千焦热量，一碗100克米饭有486千焦热量……
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
7
太阳能供热系统
8
太阳能供热系统
9
位于美国加利福尼亚州巴斯托附近沙漠地区的太阳能发
电厂，建于1982年4月，是世界上第一座示范性太阳能
发电厂，投资1.1415亿美元，总装机容量为1.08万千瓦。
它采用了由1818块能自动跟踪太阳的日光反射镜，将日
光反射到中央日光集中塔上。
10
飞行器上 太阳能 电池板
按深度10公里来估算，地热的蕴藏量就约有 2.5x1023千卡，相当于3.57亿亿吨标煤. 整个地球其实是一个无限的热源。
13
热能来源—地热
地热资源按其在地下热储存在的形式，可分为:
蒸汽型：以产生过热蒸汽为主，杂有少量其它气体，可直接 发电。蒸汽型热储需要在独特的地质条件下才能形成，所以 这种热能资源少，地区局限性大。
月亮、太阳、地球之间产生的能量。如潮汐能。
3
能量有哪些形式？
机械能 热能 电能 太阳能 生物能 磁能
化学能 核能 光能
绝大多数一次能源以热能形式直接使用，或者通 过热机等进一步转化为机械能和电能再使用。
➢ 我国：90%以上的能量经过热能被利用 ➢ 世界：85%以上。 因此分析研究热能转换装置，对有效利用能量有
重要意义。
4
热能的来源
自然存在的：如 太阳能、地热 转化而来的：如 核裂变、燃料燃烧等
5
热能来源—太阳
太阳通过发射光(或电磁波)的方式，把一部分能 量直接辐射到地面上。
特点： 能量巨大：辐射到地球1018千瓦小时/年（地球上
全部化石燃料能源的十倍），用之不尽、取之不 竭，无污染。 分散，能量密度低：1kW/㎡(阳光垂直照射） 间断性（日、夜）、多变性（随地区、季节、气 候变化）。
15
热能来源—地热
地热能的应用: 发电:在偏远地区的高温地热田多用来发电，因为电力便
于长距离输送。目前世界上已有近二百座地热发电站投入 了运行，装机容量数百万千瓦。 直接利用:接近城镇的中、低温地热能可直接利用到生产 和生活的许多方面，例如:轻纺工业工艺过程用热、建筑 物的采暖与空调、暖房的良种培育、育秧育苗和蔬菜种植、 水产养殖、土壤加温、灌溉、以及医疗卫生等。 地源热泵
热能转换装置
1
什么是能源？
《科学技术百科全书》能源是可从其获得热、光和动 力之类能量的资源。
《大英百科全书》 能源是一个包括着所有燃料、流 水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让 它为自己提供所需的能量。
《能源百科全书》能源是可以直接或经转换提供人类 所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。
14
热能来源—地热
干热岩型：是比前几种资源更为巨大的地热资源，指地下 普遍存在的没有水或汽的热岩石。在现阶段，它是专指埋 藏较浅、温度较高且有开发价值的热岩。从干热岩中提取 热量需要特殊办法，例如要钻深井并破碎热岩，然后灌注 冷水，冷水吸热后变成蒸汽或热水再引出地面加以利用。
岩浆型：指蕴藏在熔融状和半熔融状岩浆中的巨大的热量， 温度高达600-1500℃，在一些多火山地区的较浅地层中可 以找到，而大多数则深藏在目前钻探还比较困难的地层能来源—核裂变放热
1公斤核燃料裂变时所释放的能量约为 19×109kcal/kg(8×1010kJ)，约相当于2700吨 标煤完全燃烧所放出的热量。
核裂变产生的热量本来可以达到很高的温度， 然而由于核反应堆结构材料和载热介质的限制， 目前，核反应堆所提供热量的温度水平还不够 高。
23
加拿大原子能有限公司（AECL） CANDU 6 核电厂
24
压水堆型核电厂示意图
25
沸水堆型核电厂示意图
26
热能的来源
地热能的蕴藏量:相当于地球煤炭储量热能的1.7 亿倍，可 供人类消耗几百亿年，可谓取之不尽、用之不竭，今后将 优先利用开发。
16
发电
采 暖
温 室
孵 化
洗 浴
地热能利用示意图
17
地源热泵
地源热泵是建筑供能技术。
利用浅层和深层的大地能量，包括土壤、地下水、 地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源，然后 再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统，是一种利 用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空调 系统。
热水型：包括喷出地面时呈现的热水和水汽混合的湿蒸汽。 分布广，储量丰富，温度范围很大，有的高达300℃以上。
地压型：以高压水的形式储于沉积盆地地表下2-3公里处，并 被不透水的页岩所封闭，形成一个很大的热水体。地压水除 了高压（可达几百个大气压）、高温以外，还溶有大量甲烷 等碳氢化合物，能量是由机械能(高压)、热能(高温)和化学 能(天然气)三部分组成。
《日本大百科全书》 在各种生产活动中，我们利用 热能、机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为 这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源。
2
能量资源可分为三类
来自太阳的能量。有直接来自太阳的辐射能，即 通常所说的太阳能；有间接来自太阳的能源，如 化石燃料、水能、风能、海洋能。
地球本身贮存的能量。如地球内部的地热能，地 球上的可用铀、钍、氘、氚等裂变聚变的核能。
11
热能来源—燃料燃烧放热
燃料中能量为化学能，来源于太阳。植物通过光合 作用收集、转化了太阳能，接着转存于动植物的有 机体中，成为化石燃料的原料。从数百万年前照到 绿色植被的太阳能，到今天埋在地下的化石燃料的 化学能，不仅需要漫长的岁月，而且转换效率极低。 可见，目前地球上储存的化石燃料是多么宝贵而且 有限。
6
热能来源—太阳
太阳能利用形式： 集热：为建筑供暖、供热水、蒸发（干燥/海水淡化） 太阳能电池：驱动交通工具和其它动力装置。 太阳能发电： 常规发电： 太空发电：在距离地面三万多公里高空的同步卫星
上，太阳能电池每天24小时均可发电，而且效率高 达地面的10倍。太空电能通过微波向地面输送。
燃料中的可燃元素（碳、氢、硫等）和氧化合时， 会产生发光放热现象，这是从燃料中取得热量的最 常用形式——燃烧放热。
12
热能来源—地热
地球是一个庞大的热库，除一薄层地壳外，内部 都非常热，其温度一般随深度而增加。
地壳的基部(25至50公里):温度200-1000℃ 地心(6371公里) :温度～4500℃。