热工第3章1

第3章热泵的热工基础知识工程热力学、传热学和流体力学，是热能动力机械的三大基础学科，是发动机和制冷（热泵）专业的最重要的基础知识，热泵行业的设计、制造和安装，都必须依循这些基础学科的指导。

所以，要深刻和准确的理解空气源热泵热水器原理，还要对这三大基础课程有正确的认识。

3-1 热力学的发展历程自然界中，可以被人类利用的能源主要有水力、风力、太阳能、地热、化石燃料的化学能和原子能等，当前最主要的能源是燃料的化学能，如煤炭和石油，它们通过燃烧过程转化为热能，然后通过各类动力设备如汽轮机、内燃机及燃气轮机等设备，将燃料的热能转换为机械能及电能，供人们的生活生产使用。

大部分能量的转换都会通过“热”这一过程，例如原子能的利用，就是将原子能首先转换为热能，再去推动汽轮机工作，进而驱动发电机发电；而风能和水利能，也是太阳能辐射加热地面的结果；而且广义的讲，一切形式的能量，最终也都会转换成热能，例如机械能，会通过摩擦的作用转换成热能，声音和光，也同样会发生这样的转换，最终成为与环境温度接近的低品位热能，也称为“废热”。

人类对“热”的研究，揭开了认识能量本质的序幕，也始终伴随着人类不断深入的认识自然科学的历程，“热能”是与我们关系最为密切的能量形式。

16世纪末到17世纪后期，英国的采矿业和煤矿，已发展到相当的规模，随着挖掘的深入，地下水成为采矿必须面对的问题，单靠人力已难以满足排除矿井地下水的要求，而在现场又有丰富而廉价的煤作为燃料。

怎样用煤来抽水？现实的需要促使许多人，如英国的帕潘、萨弗里、纽科门等就致力于“以火力提水”的探索和试验。

纽科门及其助手卡利在1705年发明了大气式蒸汽机，用以驱动独立的提水泵，被称为纽科门大气式蒸汽机。

这种蒸汽机先在英国，后来在欧洲大陆得到迅速推广，它的改型产品直到19世纪初还在制造。

纽科门大气式蒸汽机的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入汽缸时，在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉大量热量，只在煤价低廉的产煤区才得到推广。

第三章核燃料元件的导热3.1 核燃料、包壳材料的选择和物性3.1.1 核燃料核燃料是可在核反应堆中通过核裂变使用核能的材料。

核燃料可以分为可裂变材料和可转换材料两大类。

可裂变材料可以在各种不同能量中子的作用下发生裂变反应，自然界存在的可裂变材料只有铀-235一种。

可转换材料在能量低于裂变阈能的中子作用下不能发生裂变反应，但在俘获高能中子后能转变成可裂变材料。

钍-232和铀-238是可转换材料。

可用作核燃料的元素不多，铀-233、铀-235、钚-239和钚-241的热中子裂变截面较大，其中铀-233、铀-235、钚-239已被用作核燃料。

在核燃料中只有铀-235是存在于天然铀矿中的核燃料，在天然铀中，大量存在的是铀-238，占约99.28%，铀-235质量分数大约占0.714%，其余的约为0.006%的是铀-234。

正是由于钍-232可转换成铀-233，铀-238可以转换成钚-239，而钚-239可以作为核燃料，才是的1/3的核燃料可最终燃烧。

绝大部分热中子反应堆的核燃料物质都有其包壳材料，用包壳材料包装和密封的核燃料通常称为燃料元件。

根据不同形状可分为棒状燃料和板状燃料等。

包壳材料可以防止冷却剂腐蚀燃料并能阻止高放射性物质的泄露，还起着保持核燃料几何形状及位置的作用。

根据反应堆中不同的使用形式，可以把核燃料分为两类：一类是固体和燃料，另一类是液体核燃料。

固体核燃料按其物理化学形态的不同又可分为金属型（包括合金）、陶瓷型和弥散体型。

液体核燃料是核燃料与某种液体载体的均匀混合物，可以采用的液体载体有水溶液、低熔点的熔盐，以及液态金属，它们与核燃料混合后就组成不同成分的液体核燃料。

与固体核燃料相比，使用液体核燃料有系统简单，能够连续操作，以及具有较大的负温度系数而带来的固有安全性等许多独特的优点。

但是，液体核燃料还有许多技术问题，诸如对结构材料的腐蚀、液体载体的辐照稳定性以及材料的后处理工艺等问题，需要进一步解决，因此它还没有达到工业应用的程度。

第三章 理想气体的热力性质及基本热力过程3-1 学习目标与要求1．掌握理想气体的概念及理想气体状态方程的各种表达形式，并能熟练、正确地运用理想气体状态方程式分析计算工程中常见的理想气体问题；2．理解理想气体比热容的概念及影响因素，掌握理想气体比热容的分类及有关关系式，理解理想气体平均比热容的概念；能够熟练地针对具体问题选择相应的比热容，并利用平均比热容表或定值比热容进行热量的计算；3．掌握理想气体的热力学能及焓的特点，能够利用比热容进行热力过程中理想气体的热力学能变化量、焓变化量及熵变的计算；4．理解理想混合气体的性质，掌握混合气体分压力、分容积的概念以及混合气体的成分表示法，了解混合气体折合分子量及折合气体常数的计算方法；5．掌握理想气体的四个基本热力过程（即定容、定压、定温及绝热过程）的分析计算，以及上述过程在p-v 图和T-s 图上的表示。

了解由基本过程组合而成的复杂过程的分析计算。

3-2 基本知识点一、理想气体及其状态方程式1．理想气体与实际气体（1）理想气体的定义：理想气体是一种实际上并不存在的假想气体，其分子是一些弹性的、不占体积的质点，且分子间的相互作用力可忽略不计。

（注：当实际气体处于p →0、v →∞的极限状态时，即为理想气体。

）（2）热力工程中常见的理想气体：考虑到工程计算精度的要求，通常将距离液态较远的气态工质作为理想气体处理。

如： ①常温常压下的O 2、N 2、CO 、CO 2、H 2、……，这些气体均远离液态；②空气、烟气及燃气是由各种成分不同的气体组成的混合气体，工程上仍然视其为理想气体；③空气、烟气及燃气中包含的水蒸气，由于含量少，压力低，比体积大，通常认为具有理想气体的特性，也视作理想气体。

2．理想气体的状态方程式（1）状态方程的各种形式及适用条件：● T R pv g = （适用于1kg 理想气体） （3-1） 式中：p —绝对压力，Pa ； v —比体积，m 3/kg ；R g —气体常数，J/（kg ﹒K ）； T —热力学温度，K● T mR pV g = （适用于mkg 理想气体） （3-2） 式中：V —质量为m kg 气体所占的体积，m 3● RT pV M = （适用于1kmol 理想气体） （3-3） 式中： V M —气体的千摩尔容积，m 3/kmol ；R=MR g —通用气体常数，J/（kmol ﹒K ）；M —气体的千摩尔质量（数值上等于气体的分子量），kg/kmol● 222111T V P T V P = （适用于定量理想气体的两不同状态间） （3-4） （2）状态方程的应用：①确定理想气体未知的基本状态参数；（采用T R pv g =）②确定理想气体的质量；（采用T mR pV g =）③定量理想气体在不同状态下的体积换算。