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工程热力学热力循环的热力学模型与计算方法工程热力学是研究能量转换和能量传递的学科，而热力循环是工程热力学中常见的能量转换方式。
在热力循环系统中，我们希望能够准确地评估其热力学性能，以便进行优化设计和性能分析。
本文将讨论热力循环的热力学模型和计算方法。
一、热力循环的基本原理与模型工程热力循环包括蒸汽动力循环、冷空气循环、制冷循环等多种形式，其中以蒸汽动力循环最为常见。
蒸汽动力循环是利用水蒸汽作为工质，在蒸汽锅炉中通过燃烧燃料产生高温高压蒸汽，然后通过涡轮机等能量转换装置将蒸汽的热能转化为机械能。
热力循环的基本原理是根据能量守恒和热力学第一定律建立的，可以通过一系列的热力学模型来描述。
在蒸汽动力循环中，主要涉及的热力学模型有蒸发模型、膨胀模型、压缩模型和冷凝模型。
蒸发模型用于描述蒸汽锅炉中的燃烧过程，通过燃料的燃烧产生热能，将水加热为高温高压蒸汽。
膨胀模型用于描述蒸汽在涡轮机中的膨胀过程，将热能转化为机械能。
压缩模型用于描述冷却水泵等装置对蒸汽进行压缩的过程，使其能够回到蒸汽锅炉中重新加热。
冷凝模型用于描述冷凝器中蒸汽的冷凝过程，将蒸汽的热能释放到冷却水中。
二、热力循环的计算方法热力循环的计算方法主要包括热量平衡计算和功率计算。
热量平衡计算是热力循环分析的基础，用于计算系统中传递的热量。
在热力循环系统中，热量的传递主要包括燃烧热的传递、换热器的传热和冷凝器的传热。
通过计算各个部件的热量平衡，可以得到系统中的热量转移情况。
功率计算是热力循环分析的重要部分，用于评估系统的能量转换效率。
功率计算主要涉及涡轮机的热力学性能和效率计算。
在蒸汽动力循环中，可以通过燃烧热的释放和蒸汽涡轮的工作来计算系统的净功率输出。
同时，还可以根据涡轮机的输入功率和输出功率计算涡轮机的效率。
在热力循环的计算过程中，还需要考虑一些影响系统性能的因素，如压力损失、能量损失和效率损失等。
这些因素将直接影响系统的总体性能和能量利用率。
三、热力循环的优化设计热力循环的优化设计是提高系统性能和能量转换效率的关键。
习题提示与答案第六章 热能的可用性及火用分析6-1 汽车用蓄电池中储存的电能为1 440W ·h 。
现采用压缩空气来代替它。
设空气压力为6.5 MPa 、温度为25 ℃，而环境的压力为0.1MPa ，温度为25 ℃，试求当压缩空气通过容积变化而作出有用功时，为输出1 440 W ·h 的最大有用功所需压缩空气的体积。
提示：蓄电池存储的电能均为可转换有用功的火用 ，用压缩空气可逆定温膨胀到与环境平衡时所作出的有用功替代蓄电池存储的电能，其有用功完全来源于压缩空气的火用 ，即W u =me x ,U 1。
单位质量压缩空气火用 值()()()010010011,x s s T v v p u u e U ---+-=，空气作为理想气体处理。
答案：V =0.25 m 3。
6-2 有一个刚性容器，其中压缩空气的压力为3.0 MPa ，温度和环境温度相同为25 ℃，环境压力为0.1 MPa 。
打开放气阀放出一部分空气使容器内压力降低到1.0 MPa 。
假设容器内剩余气体在放气时按可逆绝热过程变化，试求：(1) 放气前、后容器内空气比火用U e x,的值；(2) 空气由环境吸热而恢复到25 ℃时空气的比火用U e x,的值。
提示：放气过程中刚性容器中剩余气体经历了一个等熵过程，吸热过程为定容过程；空气可以作为理想气体处理；各状态下容器中空气的比 火用()()()00000x s s T v v p u u e U ,---+-=。
答案：e x ,U 1=208.3 kJ/kg ，e x ,U 2=154.14 kJ/kg ，e x ,U 3=144.56kJ/kg 。
6-3 有0.1 kg 温度为17 ℃、压力为0.1 MPa 的空气进入压气机中，经绝热压缩后其温度为207 ℃、压力为0.4 MPa 。
若室温为17 ℃，大气压力为0.1 MPa ，试求该压气机的轴功，进、出口处空气的比 火用 H e x,。
工程热力学热力循环与热力机械工程热力学是研究热与能的转化以及与热平衡有关的一门学科。
而热力循环与热力机械是工程热力学中的两个重要内容，它们在能源转换、动力工程等领域具有广泛的应用。
一、热力循环热力循环是指在一定条件下，热能转化为机械能的过程。
常见的热力循环有卡诺循环、斯特林循环和朗肯循环等。
下面以卡诺循环为例进行介绍。
卡诺循环是一种完全可逆循环，假设工质为理想气体，由两个等温过程和两个绝热过程组成。
以p-V图表示，卡诺循环是一个矩形闭合曲线，其中等温过程在高温热源和低温热源之间进行。
卡诺循环具有效率最高的特点，其热效率由下式给出：η_c = 1 - T_c / T_h其中，η_c为卡诺循环的热效率，T_c和T_h分别为低温热源温度和高温热源温度。
卡诺循环的热效率是所有循环中最高的，它给出了理论上能够达到的最大效率。
二、热力机械热力机械是利用热能转化为机械能的设备或装置，主要包括蒸汽轮机、汽车发动机、燃气轮机等。
下面以蒸汽轮机为例进行介绍。
蒸汽轮机是一种利用高温高压蒸汽推动叶片转动，从而产生机械功的装置。
它由汽缸、活塞、曲轴等部分组成。
蒸汽从高温高压区流入汽缸，推动活塞运动，活塞的运动通过连杆和曲轴转化为机械功。
蒸汽轮机的工作过程可以简化为以下几个步骤：蒸汽吸热、膨胀、冷却和排出蒸汽。
在蒸汽轮机中，为了提高效率，需要使用过热蒸汽和再热蒸汽来增加蒸汽的膨胀比。
此外，还可以采用多级膨胀和减温回热等技术来进一步提高热力机械的效率。
三、工程实践热力循环与热力机械在工程实践中具有重要的应用价值。
它们广泛应用于发电厂、工业生产、交通运输等领域。
以电力发电为例，发电厂通常采用蒸汽轮机作为主力设备。
在蒸汽轮机中，燃烧燃料产生高温高压蒸汽，蒸汽驱动叶片转动，从而带动发电机转动产生电能。
通过热力循环和热力机械的共同作用，将燃烧产生的热能转化为电能，实现能源的高效利用。
此外，热力循环与热力机械还广泛应用于工业生产中的各种设备和装置，如化工厂中的蒸馏塔、石油炼化厂中的裂化装置等。
第十一章制冷循环1.家用冰箱的使用说明书上指出,冰箱应放置在通风处,并距墙壁适当距离,以及不要把冰箱温度设置过低,为什么答：为了维持冰箱的低温,需要将热量不断地传输到高温热源环境大气,如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去,会使高温热源温度升高,从而使制冷系数降低,所以为了维持较低的稳定的高温热源温度,应将冰箱放置在通风处,并距墙壁适当距离.在一定环境温度下,冷库温度愈低,制冷系数愈小,因此为取得良好的经济效益,没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低.2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环答：由于空气定温加热和定温放热不易实现,故不能按逆向卡诺循环运行.在压缩空气制冷循环中,用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程.3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机,压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法为什么答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机.工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程,不可逆绝热节流熵增大,所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量.而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中,因为工质的干度很小,所以能得到的膨胀功也极小.而增加一台膨胀机,既增加了系统的投资,又降低了系统工作的可靠性.因此,为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流.4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何 答：压缩空气制冷循环的制冷系数为：()()142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε=== 空气视为理想气体,且比热容为定值,则：()()142314T T T T T T ε-=---循环压缩比为：21p p π=过程1-2和3-4都是定熵过程,因而有：1322114k kT T P T P T -⎛⎫==⎪⎝⎭ 代入制冷系数表达式可得：111k kεπ-=-由此式可知,制冷系数与增压比有关.循环压缩比愈小,制冷系数愈大,但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小,如图b 中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小,其制冷量面积199′1′1小于循环1-2-3-4-1的制冷量面积144′1′1.T sO 4′ 9′1′Ov ab压缩空气制冷循环状态参数5.压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数能否提高其实际制冷系数为什么答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数.因为采用回热后工质的压缩比减小,使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小,因此提高实际制冷系数.6.按热力学第二定律,不可逆节流必然带来做功能力损失,为什么几乎所有的压缩蒸气制冷装置都采用节流阀答：压缩蒸气制冷循环中,湿饱和蒸气在绝热膨胀过程中,因工质中液体的含量很大,故膨胀机的工作条件很差.为了简化设备,提高装置运行的可靠性,所以采用节流阀.7.参看图 5,若压缩蒸汽制冷循环按1-2-3-4-8-1 运行,循环耗功量没有变化,仍为h2-h1,而制冷量却从h1-h5.增大到h1-h8,显见是“有利”的.这种考虑可行么为什么答：过程4-8熵减小,必须放热才能实现.而4 点工质温度为环境温度T,要想放热达到温度Tc 8点,必须有温度低于Tc的冷源,这是不存在的.如果有,就不必压缩制冷了.8.作制冷剂的物质应具备哪些性质你如何理解限产直至禁用氟利昂类工质,如R11、R12答：制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度,要有适中的压力；在工作温度下气化潜热要大；临界温度应高于环境温度；制冷剂在T-s 图上的上下界限线要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度；比体积要小；传热特性要好；溶油性好；无毒等.限产直至禁用R11 和R12 时十分必要的,因为这类物质进入大气后在紫外线作用下破坏臭氧层使得紫外线直接照射到地面,破坏原有的生态平衡.9.本章提到的各种制冷循环有否共同点若有是什么答：各种制冷循环都有共同点.从热力学第二定律的角度来看,无论是消耗机械能还是热能都是使熵增大,以弥补热量从低温物体传到高温物体造成的熵的减小,从而使孤立系统保持熵增大.10.为什么同一装置即可作制冷剂又可作热泵答：因为热泵循环与制冷循环的本质都是消耗高质能以实现热量从低温热源向高温热元的传输.热泵循环和制冷循环的热力学原理相同.。
工程热力学热力循环中流体流动与传热基本规律工程热力学研究了能量转换和传递的规律，其中热力循环是研究的重要方面。
在热力循环中，流体的流动和传热是相互关联的过程。
本文将探讨在工程热力学热力循环中流体流动和传热的基本规律。
一、热力循环简介热力循环是指一种能量转换过程，其中工作物质在经过一系列变化后，完成对外界做功的循环过程。
常见的热力循环包括蒸汽动力循环和气体动力循环等。
在热力循环过程中，流体通过流动和传热实现能量的转移和转换。
二、流体流动基本规律在工程热力学热力循环中，流体的流动是基本的能量传递方式。
流体流动的基本规律可以通过连续性方程和动量方程等来描述。
1. 连续性方程连续性方程是描述流体流动的基本方程之一，它表示了流体质量守恒的原理。
连续性方程可以用数学表达式表示为：$\frac{{\partial \rho }}{{\partial t}} + \nabla \cdot \left( {\rho\mathbf{v}} \right) = 0$其中，$\rho$表示流体的密度，$\mathbf{v}$表示流体的速度矢量。
该方程表明，单位体积内的流体质量随时间的变化率与流体速度的散度成反比。
2. 动量方程动量方程描述了流体流动过程中动量守恒的原理。
动量方程可以用数学表达式表示为：$\rho \frac{{\partial \mathbf{v}}}{{\partial t}} + \rho \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v} = - \nabla P + \mu \nabla^2 \mathbf{v} + \mathbf{F}$其中，$P$表示流体的压力，$\mu$表示流体的动力粘度，$\mathbf{F}$表示外力矢量。
该方程表明，流体的动量随时间的变化率与压力梯度、速度梯度、动力粘度和外力之间存在一定的关系。
3. 流体流动的稳定性流体流动的稳定性是流动状态是否随时间变化的性质。
第11章蒸汽动力循环一、教案设计教学目标: 使学生熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环和热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方式和途径。
知识点：朗肯循环、回热循环、再热循环和热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方式和途径重点：分析朗肯循环的分析方式，提高循环循环效率的方式和途径。
难点：回热循环、再热循环和热电循环；提装置循环效率的方式和途径。
教学方式：教学+多媒体演示+课堂讨论师生互动设计：提问+启发+讨论☺问：自己观察过身旁的热力系统的状态转变吗？☺问：你以前明白热力系统的状态转变往往伴随着系统与外界间能量的互换吗？☺问：你明白温度计什么原理吗？温度计测温的理论依据你试探过吗？☺问：用过压力计吗？氧气瓶上压力表读数是瓶中的真实压力吗？☺问：能举出几个具体的强气宇、广延量？热力进程、热力循环？☺问：爆炸进程能以为是准静态进程吗？☺问：你能说出进程量与状态量的区别吗？请具体举例。
☺问：你碰到的哪些现象属于不可逆现象？学时分派：4学时+2讨论二、大体知识热机：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气动力循环两大类。
第一节 蒸汽动力大体循环一朗肯循环朗肯循环是最简单的蒸汽动力理想循环，热力发电厂的各类较复杂的蒸汽动力循环都是在朗肯循环的基础上予以改良而取得的。
一、装置与流程蒸汽动力装置：锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵等四部份主要设备。
工作原理：p-v 、T-s 和h-s 。
朗肯循环可理想化为：两个定压进程和两个定熵进程。
3’-4-5-1水在蒸汽锅炉中定压加热变成过热水蒸气， 1-2过热水蒸气在汽轮机内定煽膨胀，2-3湿蒸气在凝汽器内定压(也定温)冷却凝结放热， 3-3’凝结水在水泵中的定情紧缩。
二、朗肯循环的能量分析及热效率 取汽轮机为控制体，成立能量方程:3121h h h h --=η三、提高朗肯循环热效率的大体途径 依据：卡诺循环热效率 1．提高平均吸热温度直接方式式提高蒸汽压力和温度。
