工程热力学概论.ppt

工程热力学 Engineering Thermodynamics 工程热力学是研究什么的？ What the Engineering Thermodynamics study for? 我们为什么要学习工程热力学？ Why we study Engineering Thermodynamics? 绪 论 Introduction 第一节 热能及其利用 第二节 热能在热机中的转化过程 第三节 工程热力学的研究对象、内容和方法 第一节 热能及其利用 直接利用：烘干、蒸煮、采暖、溶化等。 间接利用：热能→其他形式的能量（如：机械能、电能——热力发电厂、以及车辆、船舶、飞机等的动力装置） 热能的间接利用中，能量的转换是能量利用的前提。 热动力装置工作的实质（热能动力过程的任务）：热能→机械能（电能） 历史上，蒸汽机的应用，引起了历史上著名的“工业革命”。 现代社会中，所消耗的机械能（电能）绝大多数是由热能转换而来的（热力发电厂、核电厂、汽轮机、内燃机、燃气轮机以及火箭发动机等）。 第二节 热能在热机中的转换过程 1.内燃动力装置 原理，构造均不同。但是 共同本质：由媒介物通过吸热—膨胀作功—排热 1 相同的能量转换形式 化学能 热能 机械能 2 工质 3 排热 二、制冷装置中热量从低温处传递到高温处的过程 制冷：以消耗机械功或其它形式的能量为代价，使物体获得低于环境的温度并维持该低温。 工质(working substance; working medium) 对工质的要求: 1）膨胀性 2）流动性 3）热容量 4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取 第三节 工程热力学的研究对象、内容和方法 方法： 1）宏观方法；(宏观热力学或经典热力学) 2）微观方法；(微观热力学或统计热力学) 宏观方法:即不考虑物质的微观结构，而是从宏观现象出发来描述客观规律。用宏观物理量（状态参数）来描述物质所处的状态。优点是直观、可靠。 统计热力学采用微观方法，优点是物理概念清楚。 热力学（经典热力学）：研究能量（特别是热能）性质及其转换规律的科学。 工程热力学：热力学的一个分支，着重研究热能与机械能相互转换（热功转换）的规律及工程应用。 具体的工程应用 节能潜力的评估 露点及控制 油船中剩余舱容的确定 * * 热能的直接利用 热能的动力利用 一、热能动力装置中热能转换为机械能的过程 热能动力装置 气体动力装置 蒸汽动力装置 热能动力装置(Thermal power plant) 定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力的整套设备。 内燃机 燃气轮机 喷气式发动机 燃气进口 排入大气 内燃动力装置 进气过程：进气阀开，排气阀关，活塞下行，将空气吸入气缸。 压缩过程：进、排气门关，活塞上行压缩空气，使其温度和压力得以升高。 燃烧过程：喷油嘴喷油，燃料燃烧，气体压力和温度急剧升高（燃料的化学能转换为热能）。 膨胀过程：高温高压气体推动活塞下行，曲轴向外输出机械功。 排气过程：活塞接近下死点时，排气门开，在压差的作用下废气流出气缸。随后，活塞左行，将残余气体推出气缸。 重复上述过程，将热能转换为机械能。 四冲程内燃机工作过程(four-stroke cycle engine) 进气 排气 内燃机（汽油机） 工作物质： 燃气 燃气 热能 机械能 燃料 化学能 排入大气 压缩 燃烧、膨胀 吸气 排气 工作过程： 能量转换： 燃气轮机装置示意图 喷气发动机 涡扇喷气发动机 2.蒸汽动力装置 550 C 0 过 热 器 锅 炉 给水泵 冷凝器 冷 却 水 汽 轮 机 发电机 Q Q 1 2 W 20 C 0 高温高压蒸汽 W p 锅炉—产生蒸汽（将燃料的化学能转换为热能并传递给工质）。 汽轮机—将蒸汽的热能转换为机械能。 冷凝器—将乏汽冷凝成水。 水泵—使得工作介质循环（保证系统内部的高压）。 工质（水、蒸汽）周而复始地循环，进而实现将热能转换为机械能的任务。 热能 机械能 电能 蒸发器 q2 压缩机 q1 w 冷凝器 膨胀阀 1 2 3 4 压缩机—吸入来自蒸发器的低压蒸汽，将其压缩(耗功)产生高温高压的蒸汽。 冷凝器—使气体冷凝，得到常温高压的液体。 节流阀—使液体降压，产生低压低温的液体（含少量汽体）。 蒸发器—工质吸收冷藏库内的热量，汽化为低压气体，使冷库降温或保持低温。 工质（气态或液态制冷剂）在压气机的作用下周而复始地循