工程热力学大作业

综合性大作业1.对任课教师在教学上（教学方法、教学态度等等）有什么建议和意见？任课教师在以后的教学中要注意什么问题，有什么需要改进的？宏观、微观的意见和建议最好都有。

（不少于100字，要求内容翔实，不要空话大话和表扬话）本题是要求我提意见和建议，好的方面我就尽量简洁了，主要提出一些改进意见和建议。

在交大上了两年的课，我对老师授课的思路有这样的感受：讲课的思维主要有两种取向，一是描述性讲解，即在固定的知识体系架构上对知识进行解释，更加注重按照知识体系讲解；二是构造性讲解，即按照问题产生、分析方法、构建知识体系、完善知识体系的一般思维方式进行讲解，更加注重思维逻辑。

1.1综述坡哥的课给我最深课的感受有两个方面，一是讲解有耐性，二是枯燥乏味。

想过上面所讲的两种授课思路之后，我发现坡哥讲课的思维方式属于前者，更加注重照本宣科，所以给人的感觉是听课跟看书、看课件效果差别不大，而且后者在时间上更灵活。

事实上，关于如何深层次改善方面，我们所能想到的肯定不如老师的全面、合理，我们所能提供的更多的是不同老师授课效果的对比，下面我就根据自己的对比结果向老师提一点建议。

1.1意见、建议的误差分析在正式提出意见建议之前，我要说一下其他因素对上面所说的“对比结果”的影响，用科学术语讲就是“误差分析”。

不同的学科有不同的思维方式，也需要不同的讲授逻辑，所以用其他课的讲授逻辑跟工程热力学相类比的时候不可以完全套用；不同的老师有不同的性格、经验和生活状态（比如老教师和年轻教师），所以不能要求所有老师讲课的风格都慷慨激昂；不同专业的学生有不同的接受能力，所以同一门课程的讲解要因材施教；同一门课不同的内容对授课效果的要求也不一样，所以不能简单地认为知识应该用来灌输或是应该由学生自学。

1.3误差的修正与拟合针对上面所说的四个方面的问题，坡哥可以把自己的学习、授课和科研经验、体悟以及自己对这门课高屋建瓴的理解作为修正系数，比如我看了何老师编写的辅导书觉得她所讲述的工程热力学有着鲜明而简洁的专业思维。

我们在读科技类的著作和教材时，会发现作者写书一般会介绍知识发展的历史，由此我想到了对于上述四个方面的拟合条件，即从问题的产生背景出发，到知识体系的补充和完善结束，中途经历这样的思维过程：最初是因为什么生产或其它需要产生了某个问题，为了解决这个问题人们创造了什么理论，由这些理论我们能联想到什么热力学问题，这些问题可以运用什么理论解决，通过解决问题引出的这一系列理论可以归纳整合为怎样一套热力学知识体系，这个体系需要做哪些补充才足够完善举个简单的例子，为了计算内燃机的耗油量，我们首先会考虑需要输出多少功，于是想到热力学第一定律和内燃机热力过程的能量转换效率，由于实际热力过程很复杂，所以我们先构造一个理想的热力系统，计算理想工质的做工情况，然后联系实际情况对理想过程进行逐步修正；解决了第一定律的问题后，我们会想，热机工作过程中热能耗散是不可避免的，由此开启了对热力学第二定律的研究，研究过程中我们发现可以解决更多的问题，这些问题引出了循环的方向、能量的品质等问题，我们也很容易想到，工质的各种热力状态和参数，通过整理以上过程中创造出来的理论，我们可以归纳出热力学知识体系，把这一体系尚未包含的热力学知识纳入之一体系，从而使之得以完善，于是我们就掌握了这门专业基础工具，运用这一工具我们再训练一下解决简单问题的能力，于是我们以一些典型的热力学过程和典型工质的工况特点为例子进行训练。

这就是顺应认知逻辑进行知识讲解的一般模式，遵照这个模式进行授课学生更容易接受，同时对教师自身对知识掌握的熟练度要求较高。

其它课程也可以套用这个模式。

1.4其它具体问题的建议坡哥在讲课的时候可以再表现得投入一些，这样可以让学生受到更深的感染和学术熏陶。

坡哥在人人网和课堂上喜欢用本科生的网络流行语，好处是可以跟学生打成一片，克服年龄、身份界限，但应该适可而止，否则学生会不自觉地将老师的权威性转移到知识的权威性上，造成很多人不重视这门课程。

在考试意义的解释上，坡哥需要放弃高考那种“分数至上”的思维，其实在学生心目中，考试分数的重要性已经不需要在做渲染了，学生更多地想知道工程热力学可以为我们以后的学习奠定哪些基础，可以怎样去触类旁通等等。

作业方面，坡哥需要对交作业的时间做出硬性规定，周期可以适当放长一些，批改时需要再细致一些，这样可以提高学生作业的质量。

总之，上面所陈述的意见建议难免有主观臆断和考虑不周，坡哥就取其精华、去其糟粕吧。

2.提高燃气轮机装置循环热效率的措施有哪些？（要求画出流程示意图，并在T-s 图上进行分析，给出相关结果。

分析内容至少要包括但不限于：回热、压气机中间冷却、回热+中间冷却、再热、再热+回热、再热+中间冷却+回热等。

）最后总结出动力循环的共性。

燃气轮机装置循环热效率表达式如下；右图是相应T-s 图提高热效率的措施有以下几点：2.1回热流程示意图如右图回热条件：；极限回热效率：；回热度：；实际回热回热度：；综上所述，由于采用回热措施，使得输入热量减小，其他不变，所以采用回热的循环效率高于不回热，表达式：。

2.2在回热的基础上分级压缩、中间冷却流程示意图如下图理想回热循环的T-s 图 实际回热循环的T-s 图在回热的基础上分级压缩、中间冷却的T-s图由T-s图可知，在回热的基础上分级压缩、中间冷却提高了净输出功，表达式：；。

其效率高于简单循环的效率，且在回热的基础上效率有所提高，三者效率比较：。

2.3在回热的基础上分级膨胀、中间再热流程示意图如下图在回热的基础上分级膨胀，、中间再热的T-s图由T-s图可知，在回热的基础上分级膨胀、中间再热提高了净输出功，表达式：；相比较之下，效率高低关系如下：。

2.4燃气—蒸汽联合循环燃气轮机简单循环应用的是Brayton 循环，它加热温度可以很高，但它的一个很大缺点是排气温度过高，多在500以上，而Rankin循环则在相对较低的温度下进行，排气温度要低得多。

燃气轮机排放的高温烟气通过余热锅炉加热给水，产生高温高压的蒸汽，推动蒸汽轮机做功发电，这样就产生了燃气—蒸汽联合循环。

它综合了Brayton循环和Rankin循环各自的优点，使效率大幅度提高。

目前，简单循环发电的效率最高只有43%，而燃气—蒸汽联合循环的效率最高达到了60%。

2.5 HAT 循环HAT（Humid Air Turbine）循环称作“湿空气透平循环”，是最近几年发展起来的新型热力循环。

HAT循环采用湿化技术，能更经济地增加透平流量（12%~ 25% ），工质压缩耗功也相对降低（只占透平功的30%左右），故其热效率高，可达56%。

HAT 循环相比燃气—蒸汽联合循环有一个很大的优点是设备简单，不用再额外增加余热锅炉和蒸汽轮机的投资，因此有人预计这将是一种极有前途的循环形式，已经成为近20年来动力循环的一个研究热点。

2.6 IGCC 循环整体煤气化联合循环（IGCC- lntegrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。

它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气—蒸汽联合循环发电部分。

第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。

IGCC 的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动透平做功。

燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。

2.7其他一些先进循环除了上面介绍的联合循环之外，与燃机有关的循环形式还有化学回热循环、燃料电池—燃气轮机联合循环、注蒸汽燃气轮机循环、Kalina循环等，与传统的热力循环相比能改善燃机及整个系统的热效率，并能有效地降低污染。

总结热力过程效率的表达是收益比代价，燃气轮机装置循环的效率可以表达为。

提高燃气轮机装置循环热效率的思想出发点是让输入的热能尽可能多地转化为机械功，具体措施是提高增温比，进而提高增压比，以提高输出功、减少输入热，即在压缩的过程中对工质分级压缩、中间冷却，工质膨胀过程中采用分级膨胀、中间再热的方式。

在涉及具体的工况和生产需要时，可以根据整个热力系统的能量要求对整体的热效率进行提高，如燃气—蒸汽联合循环。

3.低温朗肯循环可用于海洋热能的转换系统（Ocean Thermal Energy Conversion,简称OTEC），即利用海水表面与深处的温差来产生动力。

试论述OTEC的现状，现有几种方式的优缺点？你是否能提出一种你认为更好的方式？从工质，循环，材料和经济等方面分析哪些是设计OTEC时应考虑的重要因素？选取一种方式进行能量和经济分析。

迄今为止，海洋温差发电技术在热动力循环方式、高效紧凑型热交换器、工质选择以及海洋工程技术等方面的研究均已取得长足的发展，很多技术已渐趋成熟。

3.1发展现状海洋温差能储量最大，是国际社会公认的最具开发潜力的能源之一。

根据美国Scripps海洋研究艾萨克博士（J．D．Isaacs）估计，世界上可供开发的海洋温差能为W，且海洋温差能能源密度最高，是海流能的3,500倍，即使利用海流与波浪发电的效率高于温差20倍，温差发电仍然极大的优势。

海洋是世界上最大的太阳能采集器，它吸收的太阳能达到370,000亿千瓦，是目前人类电消耗总功率的大约4,000倍J，仅可开发利用部分也已远远超出全球总能耗。

全世界海洋温差能的理估计储量为100亿千瓦，所以海洋温差能转换被国际社会普遍认为是最具开发利用价值和潜力海洋能资源。

海洋温差能是清洁的可持续能源，除发电外还可同时进行空调制冷、水产品及作物养殖海洋化工、海水淡化、海洋采矿等附属开发，这将大大提高海洋能综合利用的经济效益。

利用海洋差能不消耗燃料，不排放污染物，而且储藏丰富，取之不竭，同时还可得到许多副产品，如淡水等。

因此海洋温差能的开发利用将对缓解当前能源短缺、淡水资源日渐匾乏、生态环境恶化的现状起着十分积的作用。

3.2温差发电的主要方式根据所用工质及流程的不同，海洋温差发电的主要方式有三种，即闭式循环系统、开式循环系统及混合式循环，目前接近实用的是闭式循环方式。

a)开式循环发电系统开式循环系统如图所示。

该系统的特点是以温海水为工作介质，工作时由真空泵将系统抽到一定真空度，低压下被抽人的温海水在蒸发器内迅速沸腾蒸发，转变为蒸汽，蒸汽由喷嘴喷出推动汽轮机运转，带动发电机发电；从汽轮机排出的废汽进入冷凝器，被由冷水泵从深层海水中抽上来的冷海水所冷却，重新凝结为水，并排人海中或作为淡水收集。

开式循环流程图b)闭式循环发电系统闭式循环系统见图，系统工作时，通过蒸发器内的换热器，把所抽人的表层温海水的热量传递给低沸点的工质，工质从温海水吸收热量后开始沸腾并转变为工质气体，膨胀做功，推动汽轮机旋转，带动发电机发电。