《工程热力学》全套教学课件1PPT推荐.pptx
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9亿kW,节能的重要性(3),燃煤:
SO2、粉尘、CO2(酸雨)(温室效应)57%城市总悬浮颗粒超标,48个城市SO2浓度超标82%城市出现过酸雨,目前,中国与日本工业能耗比较,热机种类,发电(火力、核能)蒸汽动力装置车辆发动机(内燃机)轮船发动机(燃气轮机)燃气动力装置航空发动机*制冷、空调,火电厂系统图,实际火电厂布置图,元宝山火电厂,大型坑口电站(陕西韩城电厂),德国1.35MW核电站,首台国产20万千瓦机组(辽宁朝阳电厂),660MW发电机内部(邯郸发电厂),石横发电厂30万千瓦机组集控室,扬州第二发电厂600MW监控系统,变电站500kV出线,火力发电装置,锅炉,汽轮机,给水泵,凝汽器,过热器,发电机,基本特点:
1、热源,冷源2、工质(水,蒸汽)3、膨胀做功4、循环,(加压、加热、膨胀做功、放热),单缸汽油发动机构造(内燃机),火花塞2-气缸盖3-出水口4-气缸5-活塞6-水套7-水泵8-活塞销9-进水口10-连杆11-飞轮12-曲轴13-机油管14-曲轴箱15-机油泵16-曲轴正时齿轮17-凸轮正时齿轮18-凸轮轴19-排气管20-进气管21-进气门22排气门23-化油器,内燃机装置,空气、油,废气,吸气,点火,膨胀,排气,内燃机装置,基本特点:
1、热源,冷源2、工质(燃气)3、膨胀做功4、循环(加压、加热、膨胀做功、放热),燃气轮机装置,活塞,燃气轮机(重型、多用于舰船),活塞,1连接发电机2进气道主轴固定支架3轴颈轴承4压气机叶片5压气机模块6燃气轮机固定支架7叶轮叶轮贯穿螺栓进气道定位1水平缸封11燃烧室防护罩12逆流燃烧室13燃料注入系统14燃烧室(火焰筒)15燃烧室冷却部件16喷嘴构造17一级涡轮固定构造18动力涡轮构造19排气扩散构造20排气烟气探测器,燃气轮机(轻型多用于航空发动机),活塞,燃气装置,基本特点:
1、热源,冷源2、工质(燃气)3、膨胀做功4、循环(加压、加热、膨胀做功、放热),压气机,燃气轮机,燃烧室,空气,废气,制冷空调装置,基本特点:
1、热源,冷源2、工质(制冷剂)3、得到容积变化功4、循环(加压、放热、膨胀、吸热),热能动力装置,共同特点:
1、热源,冷源2、工质,3、容积变化功4、循环,热机,高温热源,低温热源,Q1,Q2,W,热效率,思考题?
1、可否不要热源而作功2、为何要有两个热源,能否不要低温热源,不放热,W=Q是否可以进行?
3、发电厂效率高的只有40%,可否有途径提高,最高效率是否有极限?
极限为多少?
4、工质与热功转换的关系,工程热力学的研究内容,1、能量转换的基本定律2、工质的基本性质与热力过程3、热功转换设备、工作原理*4、化学热力学基础,1、宏观方法:
连续体,用宏观物理量描述其状态,其基本规律是无数经验的总结特点:
可靠,普遍,不能任意推广宏观热力学,平衡热力学2、微观方法:
从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律特点:
揭示本质统计热力学,工程热力学的研究方法,掌握学科主线热能转化为机械能的规律、方法及如何提高转化率及热能利用率;
运用抽象简化方法抽出各种具体问题的本质,并应用热力学基本原理、方法进行分析研究;
重视习题、实验等环节。
如何学好工程热力学?
教学要求,1、弄清基本概念,注意每章后的思考题2、独立完成作业,每次按时交3、有问题及时解决,不要拖至考试考试成绩1、平时(作业+考勤)20%、期末考试0%,绪论完,热力学方面获诺贝尔奖的科学家
(1),J.D.范.德瓦尔斯JohannesvanderWaals(1837-1923)荷兰气体和液体状态方程1910年诺贝尔物理学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家
(2),M.普朗克MaxPlanck(1858-1947)德国发现能量子(量子理论)热二律1918年诺贝尔物理学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家(3),W.H.能斯脱WaltherHermannNernst(1864-1941)德国热化学,熵基准1920年诺贝尔化学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家(4),L.昂萨格LarsOnsager(1903-1976)美国不可逆过程热力学理论1968年诺贝尔化学奖,热力学方面获诺贝尔奖的科学家(5),I.普里戈金IlyaPrigogine(1917-)比利时热力学的耗散结构理论1977年诺贝尔化学奖,第一章基本概念,热机种类:
发电(火力、核能)蒸汽动力装置车辆发动机(内燃机)轮船发动机(燃气轮机)燃气动力装置航空发动机*制冷、空调,1-1热能在热机中转变成机械能的过程,1-2,热力系统,1、系统与边界热力系统(热力系、系统):
人为地研究对象外界:
系统以外的所有物质边界(界面):
系统与外界的分界面系统与外界的作用都通过边界,热力系统选取的人为性,锅炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,过热器,只交换功,只交换热,既交换功也交换热,边界特性,固定、活动真实、虚构,2、热力系统分类,以系统与外界关系划分:
有,无,是否传质,开口系,闭口系,是否传热,非绝热系,绝热系,是否传功是否传热、功、质,非绝功系非孤立系,绝功系孤立系,1,2,3,4,m,Q,W,热力系统:
非孤立系相关外界孤立系,1开口系1+2闭口系1+2+3绝热闭口系,1+2+3+4孤立系,3、简单可压缩系统,最重要的系统,简单可压缩系统,由可压缩流体构成的,系统与外界只交换热量和容积变化功,容积变化功,压缩功膨胀功,1-3工质的热力学状态和基本状态参数,状态:
某一瞬间热力系所呈现的宏观状况状态参数:
描述热力系状态的物理量状态参数的特征:
1、状态确定,则状态参数也确定,反之亦然2、状态参数的积分特征:
状态参数的变化量与路径无关,只与初终态有关3、状态参数的微分特征:
全微分,状态参数的积分特征,状态参数变化量与路径无关,只与初终态有关。
数学上:
点函数,2,1,a,b,状态参数的微分特征设z=z(x,y)可判断是否是状态参数,强度参数与广延参数,强度参数:
与物质的量无关的参数如压力p、温度T广延参数:
与物质的量有关的参数可加性如质量m、容积V、内能U、焓H、熵S比参数:
比容,比内能比焓,比熵,单位:
/kg,/kmol,具有强度量的性质,基本状态参数,温度T、压力p、比容v,(容易测量),1.温度T温度T的一般定义:
传统:
冷热程度的度量。
微观:
标志物质分子热运动的激烈程度T0.5mC2,热力学第零定律,温度的热力学定义热力学第零定律(R.W.Fowler)如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡,则两个系统彼此必然处于热平衡。
温度测量的理论基础,温度的热力学定义,处于同一热平衡状态的各个热力系,必定有某一宏观特征彼此相同,用于描述此宏观特征的物理量温度。
温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量,温度的测量,物质(水银,铂电阻)特性(体积膨胀,阻值)温度计基准点温标刻度常用的温度计:
日常:
水银温度计,酒精温度计,工业:
热电偶,热敏电阻,常用温标,绝对K373.15,273.16,0,273.15,-17.8,0,-273.15,华氏F212,朗肯R671.67,32,-459.67,0,459.67,491.67,冰熔点,0.01水三相点,盐水沸点0,37.8发烧100,摄氏100水沸点,559.67,温标的换算,2.压力p,物理中压强,单位:
Pa,N/m2常用单位:
1bar=105Pa1MPa=106Pa1atm=760mmHg=1.013105Pa1mmHg=133.3Pa1at=735.6mmHg=9.80665104Pa高精度测量:
活塞式压力计工业或一般科研测量:
压力传感器,当ppb表压力pe当pp,b真空度pv,pb,p,e,p,p,vp,绝对压力与相对压力,压力计测得压力一般是工质绝对压力与环境压力的相对值相对压力注意:
环境压力一般为大气压,但不绝对,注意:
只有绝对压力p才是状态参数,3.比容v与密度r,m3/kg单位质量的物质所占的体积.,物理上常用密度r,kg/m3,1-4平衡状态、状态方程、坐标图,1定义:
、在不受外界影响的条件下(重力场除外),如果系统的状态参数不随时间变化,则该系统处于平衡状态。
温差热不平衡势压差力不平衡势化学反应化学不平衡势平衡的本质:
不存在不平衡势,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,则状态变化若以(热源+铜棒+冷源)为系统,又如何?
稳定不一定平衡,但平衡一定稳定,平衡与均匀,平衡:
时间上均匀:
空间上,平衡不一定均匀,单相平衡态则一定是均匀的,为什么引入平衡概念?
如果系统平衡,可用一组确切的参数(压力、温度等)描述,状态方程、坐标图,平衡状态可用一组状态参数描述其状态,想确切描述某个热力系,是否需要所有状态参数?
状态法则:
系统独立状态参数的数目N等于系统对外所作的广义功的数目n加1,即:
N=n+1n容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功等,简单可压缩系统:
N=n+1=2,状态方程基本状态参数(p,v,T)之间的关系,状态方程的具体形式取决于工质的性质例:
理想气体的状态方程实际工质的状态方程?
状态参数坐标图,p,1)系统任何平衡态可表示在坐标图上,简单可压缩系N=2,平面坐标图说明:
过程线中任意一点为平衡态不平衡态无法在图上用实线表示,v常见p-v图和T-s图,1-5工质的状态变化过程,平衡状态,状态不变化,能量不能转换非平衡状态无法简单描述热力学引入准静态(准平衡)过程,1.准静态过程,一般过程,p,T,p0,1=p0+重物/AT1=T0,突然去掉重物,最终,p2=p0T2=T0,p,v,1.,.2,准静态过程,p,T,p0,1=p0+重物/AT1=T0,假如重物有无限多层每次只去掉无限薄一层系统随时接近于平衡态p1.2v,准静态过程有实际意义吗?
既是平衡,又是变化既可以用状态参数描述,又可进行热功转换疑问:
理论上准静态应无限缓慢,那工程上怎样处理?
准静态过程的工程条件,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),有足够时间恢复新平衡准静态过程,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=200020.15/60=10m/s压力波恢复平衡速度(声速)340m/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。
“突然”“缓慢”,2.
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