華科熱力學簡要復習及例子教材

2024/4/22024/4/1Slide2§

2-7穩(wěn)定流動能量方程應用舉例熱力學問題經?？珊雎詣印⑽荒茏兓篶1=1

m/sc2=30

m/s

(c22-c12)/

2=0.449

kJ/kgz1=0mz2=30mg(z2-z1)=0.3kJ/kg1bar下,0

oC水的

h1=84kJ/kg100oC水蒸氣的

h2=2676kJ/kgSlide2§2-7穩(wěn)定流動能量方程應用舉例熱力學問Slide3例1：透平(Turbine)機械火力發(fā)電核電飛機發(fā)動機輪船發(fā)動機移動電站燃氣輪機蒸汽輪機Slide3例1：透平(Turbine)機械火力發(fā)電飛機發(fā)Slide4透平(Turbine)機械1)體積不大2）流量大3）保溫層q

0ws

=

-△h

=

h1-

h2>0輸出的軸功是靠焓降轉變的Slide4透平(Turbine)機械1)體積不大2）流Slide5例2：壓縮機械火力發(fā)電核電飛機發(fā)動機輪船發(fā)動機移動電站壓氣機水泵制冷空調壓縮機Slide5例2：壓縮機械火力發(fā)電飛機發(fā)動機壓氣機水泵制冷Slide6壓縮機械1)

體積不大2）流量大3）保溫層q

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=

-△h

=

h1-

h2<0輸入的軸功轉變?yōu)殪噬齋lide6壓縮機械1)體積不大2）流量大3）保溫層qSlide7例3：換熱設備火力發(fā)電：鍋爐、凝汽器核電：熱交換器、凝汽器制冷空調蒸發(fā)器、冷凝器Slide7例3：換熱設備火力發(fā)電：鍋爐、凝汽器核電：熱交Slide8換熱設備熱流體放熱量：沒有作功部件冷流體吸熱量：焓變Slide8換熱設備熱流體放熱量：沒有作功部件冷流體吸熱量Slide9例4：噴管和擴壓管火力發(fā)電蒸汽輪機靜葉核電飛機發(fā)動機輪船發(fā)動機移動電站壓氣機靜葉Slide9例4：噴管和擴壓管火力發(fā)電蒸汽輪機靜葉核電飛機Slide10噴管和擴壓管噴管目的：壓力降低，速度提高擴壓管目的：動能與焓變相互轉換速度降低，壓力升高動能參與轉換，不能忽略Slide10噴管和擴壓管噴管目的：壓力降低，速度提高擴壓Slide11例5：絕熱節(jié)流管道閥門制冷空調膨脹閥、毛細管Slide11例5：絕熱節(jié)流管道閥門制冷膨脹閥、毛細管Slide12絕熱節(jié)流絕熱節(jié)流過程，前后h不變，但h不是處處相等h1h2沒有作功部件絕熱Slide12絕熱節(jié)流絕熱節(jié)流過程，前后h不變，但h不是處Slide13第二章小結1、本質：能量守恒與轉換定律進-出

=內能增量Slide13第二章小結1、本質：能量守恒與轉換定律進Slide14通用式2、熱一律表達式：Slide14通用式2、熱一律表達式：Slide15穩(wěn)流：dEcv/

=0通用式Slide15穩(wěn)流：dEcv/=0通用式Slide16閉口系：

通用式Slide16閉口系：通用式Slide17

通用式循環(huán)dEcv

=0out

=inSlide17通用式循環(huán)dEcv=0out=Slide18孤立系：

通用式

Slide18孤立系：通用式Slide193、可逆過程下兩個熱力學微分關系式

適合于閉口系統(tǒng)和穩(wěn)流開口系統(tǒng)后續(xù)很多式子基于此兩式Slide193、可逆過程下兩個熱力學微分關系式Slide204、u與h

U,H

廣延參數u,h

比參數

U

系統(tǒng)本身具有的內部能量H不是系統(tǒng)本身具有的能量，而是開口系中隨工質流動而攜帶的，取決于狀態(tài)參數的能量Slide204、u與hU,HSlide215、四種功的關系

準靜態(tài)下Slide215、四種功的關系準靜態(tài)下2024/4/222例2-7幾股流體匯合成一股流體稱為合流，如圖2-12所示。工程上幾臺壓氣機同時向主氣道送氣，以及混合式換熱器等都有合流的問題。通常合流過程都是絕熱的。取1-1、2-2和3-3截面之間的空間為控制體積，列出能量方程式，并導出出口截面上焓值h3的計算式。

舉例圖2-12.合流答：認為合流過程是一種絕熱、設備不作功的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，并忽略流體的宏觀動能和重力位能。對所定義的系統(tǒng)，由多股入流、出流的瞬時率形式穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程2024/4/122例2-7幾股流體匯合成一股流體稱為合流，2024/4/223應有能量平衡對穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流有因此2024/4/123應有能量平衡對穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流有因此Slide24某國能源部計劃在2000一2020年間建新電站總容量為150000MW。一種可能是燒煤，燒煤電站的建造費約為1300美元／kW，電站效率為34%。另一種可能是采用清潔燃燒的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)，聯(lián)合循環(huán)裝置的造價為1500美元／kW，效率為45%。煤的平均熱值為28000000kJ/t。若IGCC電站要在5年里從燃料節(jié)約中彌補其建造費用，則煤價應是多少(美元／t)？3年則又如何？2-15

IGCC的工藝過程如下：煤經氣化成為中低熱值煤氣，經過凈化，除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變?yōu)榍鍧嵉臍怏w燃料，然后送入燃氣輪機的燃燒室燃燒，加熱氣體工質以驅動燃氣透平作功，燃氣輪機排氣進入余熱鍋爐加熱給水，產生過熱蒸汽驅動蒸汽輪機作功。IGCC技術把高效的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)與潔凈的煤氣化技術結合起來，既有高發(fā)電效率，又有極好的環(huán)保性能，是一種有發(fā)展前景的潔凈煤發(fā)電技術。在目前技術水平下，IGCC發(fā)電的凈效率可達43%～45%，今后可望達到更高。而污染物的排放量僅為常規(guī)燃煤電站的1/10，脫硫效率可達99%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右。（目前國家二氧化硫為1200mg/Nm3），氮氧化物排放只有常規(guī)電站的15%--20%，耗水只有常規(guī)電站的1/2-1/3，利于環(huán)境保護。Slide24某國能源部計劃在2000一2020年間建新電

總發(fā)電量：

若為燃煤方案，需煤：

若為IGCC，需煤：

因此每年節(jié)煤：總發(fā)電量：

5年節(jié)煤3年節(jié)煤

采用燃煤方案，建造費：

采用IGCC方案，建造費：

若5年：

若3年：

Slide27圖2-23所示的是一面積為3m2的太陽能集熱器板。在集熱器板的每平方米上，每小時接受太陽能1700kJ，其中60%的能量散熱給環(huán)境，其余的將水從50℃加熱到70℃。忽略水流過集熱器板的壓降及動、位能的變化，求水流過集熱器板的質量流量。若在30min內需要提供70℃的熱水0.13m3，則需多少個集熱器板？已知70℃水的比體積