熱力學(xué)全冊(cè)配套完整課件3

熱力學(xué)全冊(cè)配套完整課件31熱力學(xué)基本概念1.1.1

熱力學(xué)系統(tǒng)的定義系

統(tǒng)(System)：

作為熱力學(xué)研究對(duì)象的物質(zhì)或空間被稱為熱力學(xué)系統(tǒng)，簡稱熱力系。邊

界(Boundary)：將系統(tǒng)從其周圍環(huán)境中分離出來的，真實(shí)的或是假想的表面稱為邊界。環(huán)境(Surrounding)：又稱為外界，熱力系邊界以外的任何物質(zhì)與空間均稱為環(huán)境。1.1

熱力學(xué)系統(tǒng)熱力系的邊界可以是真實(shí)的也可以是假想的；可以是固定的也可以是可變的封閉熱力系(Closedsystem):

1.1.2熱力系的分類與外界僅有能量交換而無物質(zhì)交換的熱力系，也稱為閉口系。

(因熱力系內(nèi)部質(zhì)量不變又被稱為控制質(zhì)量

ControlMass)開口熱力系（Openedsystem）:

和外界既有能量交換又有物質(zhì)交換的熱力系(也稱為控制體積controlvolume)孤立熱力系:

與外界既無能量交換也無物質(zhì)交換的熱力系

宇宙1.2狀態(tài)與平衡1.2.1

狀態(tài)

某一時(shí)刻熱力系所有宏觀特性量的集合叫做狀態(tài)1.2.2

狀態(tài)的分類:

平衡態(tài):

系統(tǒng)中任何一部份的特性完全相同。

系統(tǒng)中任何一部份的特性不隨時(shí)間變化。非平衡態(tài):1.2.3

平衡的條件熱平衡力平衡化學(xué)平衡相平衡1.3系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)1.3.1

定義從某一角度描述系統(tǒng)熱力學(xué)狀態(tài)的宏觀特性量稱為狀態(tài)參數(shù)1.3.2狀態(tài)參數(shù)的特征只與狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)，而與狀態(tài)變化時(shí)所經(jīng)歷的中間過程無關(guān)用數(shù)學(xué)描述，即為：∮dx=01.3.3

狀態(tài)參數(shù)的分類強(qiáng)度參數(shù)：

與熱力系的質(zhì)量或尺度無關(guān)且不可相加的參數(shù)，如：溫度(T)、壓力（強(qiáng)）(P)等廣延參數(shù)：

與熱力系的質(zhì)量或尺度相關(guān)且可以相加的參數(shù)，如：質(zhì)量(m)、體積(V)、焓(H)、熵(S)等比參數(shù)：

單位化（質(zhì)量或摩爾）的廣延參數(shù)，如：

比容(v=V/m)、比焓(h=H/m)、比熵(s=S/m)等比參數(shù)具有強(qiáng)度參數(shù)的性質(zhì)1.4基本狀態(tài)參數(shù)1.4.1.1壓力的定義物理中壓強(qiáng)單位:SI:Pa--------N/m2English:psi------bf/in2壓力、溫度、比容——易于測(cè)量1.4.1

壓力（Pressure）1bar=105Pa=0.1MPa

≈1kgf/cm21atm=101,325Pa

≈1bar=14.696psi常用壓力單位有：MPa，bar，kgf/cm21.4.2

表壓力和真空度

絕對(duì)壓力:

某一給定點(diǎn)的實(shí)際壓力“實(shí)際”二字指由公式P=F/A計(jì)算所得值壓力表表壓力:絕對(duì)壓力高于大氣壓（Pb）的部分，以

Pg表達(dá)真空度：絕對(duì)壓力低于大氣壓的部分，以

Pv表示

pbpgppvp絕對(duì)壓力？表壓力？

真空度？woooooooo!哪一個(gè)是狀態(tài)參數(shù)?

1.4.2.1熱力學(xué)第零定律

如果兩個(gè)熱力系分別與第三個(gè)熱力系處于熱平衡，那么這兩個(gè)熱力系之間必然互相處于熱平衡。1.4.2

溫度（Temperature）我認(rèn)為應(yīng)該是指物體冷熱的程度。

對(duì)么？什么是溫度?首先由R.H.Fowler于1931年提出Iftwobodiesarein

thermalequilibrium

withathirdbody,theyarealsointhermalequilibriumwitheachother.處于同一熱平衡狀態(tài)的各個(gè)熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相同，用于描述此宏觀特征的物理量

溫度。1.4.2.2

溫度的熱力學(xué)定義溫度是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量1.4.2.3

溫標(biāo)溫標(biāo)的三要素

：

0點(diǎn)

兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(易于重現(xiàn))

標(biāo)度溫標(biāo)——溫度的標(biāo)度歷史上的溫標(biāo)SI:攝氏溫標(biāo)（Celesuisscale）

English:華氏溫標(biāo)（Fahrenheitscale）Formerlycalledthecentigradescale,in1948itwasrenamedaftertheSwedishastronomerA.Celsuis(1701-1744)namedaftertheGermaninstrumentmakerG.Fahrenheit(1686-1736)SI:開氏溫標(biāo)（Kelvinscale）English:朗肯溫標(biāo)（Rankinescale）熱力學(xué)溫標(biāo):溫標(biāo)間關(guān)系:約定：今后用攝氏溫標(biāo)表示的溫度用字母

t指代，用開氏溫標(biāo)表示的溫度用

T指代。1.4.2.4常用溫度測(cè)量儀表日常：水銀溫度計(jì)，酒精溫度計(jì)，thermometer工業(yè)：熱電偶Thermocouple

熱電阻Resistancetemperaturedetector

輻射溫度計(jì)Radiationthermometer計(jì)量：鉑電阻溫度計(jì)Platinum1.4.3比容（

specificvolume

）m3/kg1.5狀態(tài)公理熱力系的狀態(tài)是由狀態(tài)參數(shù)描述的。但是需要已知多少個(gè)狀態(tài)參數(shù)就可以確定一個(gè)狀態(tài)呢？需要窮舉法么？狀態(tài)公理

對(duì)于可壓縮純物質(zhì)體系，只要“兩個(gè)”

獨(dú)立的強(qiáng)度參數(shù)就可以確定其狀態(tài)這里的“純”，主要指相態(tài)純，并非指單質(zhì)1.6

熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)圖由于兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)決定一個(gè)狀態(tài)，那么用二維的坐標(biāo)圖顯示狀態(tài)就順理成章

pv平衡態(tài)非平衡態(tài)常用的狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖有:p-v

圖，

T-s

圖，

h-s

圖1.7過程與循環(huán)1.7.1過程

熱力系從一個(gè)平衡態(tài)變化到另一個(gè)平衡態(tài)所經(jīng)歷所有狀態(tài)的集合

古典熱力學(xué)只研究平衡態(tài)，既然平衡還怎么變化呢？準(zhǔn)靜態(tài)過程:如果一個(gè)熱力過程進(jìn)行得無限緩慢使得過程進(jìn)行時(shí)熱力系內(nèi)部隨時(shí)都無限逼近于平衡態(tài)，則此過程為準(zhǔn)靜態(tài)過程可逆過程:如果一個(gè)過程能夠逆向發(fā)生，并且逆向進(jìn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)任何因耗散效應(yīng)產(chǎn)生的痕跡，則此過程為可逆過程可逆過程成立的條件比準(zhǔn)靜態(tài)過程更強(qiáng)，如果它成立要求過程進(jìn)行時(shí)：熱力系內(nèi)部無限趨近于平衡；熱力系與外界無限趨近平衡；路徑封閉的過程即為循環(huán)

Pv可逆循環(huán)不可逆循環(huán)1.7.2

循環(huán)1.8功（Work）1.8.1功的力學(xué)定義力

在力方向上的位移1.8.2功的熱力學(xué)定義A：當(dāng)熱力系與外界發(fā)生能量傳遞時(shí)，如果對(duì)外界的唯一效果可歸結(jié)為取起重物，此即為熱力系對(duì)外作功。以字母W表示，單位J或kJ。單位化的功用w表示，單位kJ/kg。B：功是系統(tǒng)與外界通過有序運(yùn)動(dòng)方式傳遞的能量。1.8.3機(jī)械形式功本節(jié)不討論諸如熱電堆、太陽電池板等直接將熱轉(zhuǎn)化的電功1.8.3.1

膨脹功

單位化:P-v圖因?yàn)楣Φ拇笮∨c做功過程相關(guān)，即數(shù)學(xué)上與路徑相關(guān)，因此不能寫成全微分形式（1）公式成立的條件是：系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆過程。討論：（2）熱力系對(duì)外做功，功為正；外界對(duì)熱力系做功，功為負(fù)。1.8.3.2

重力功

1.8.3.3

加速功

1.9熱量與熵?zé)崃渴窃跍囟鹊耐苿?dòng)下，熱力系與外界以微觀無序運(yùn)動(dòng)方式相互傳遞的能量。用字母Q表示，單位為J或KJ。q為單位化熱量，單位kJ/kg。1.9.1熱量的熱力學(xué)定義1.9.2熱量的熱力學(xué)計(jì)算式上式計(jì)算熱量需要依據(jù)工質(zhì)的性質(zhì)，普適性不佳考慮膨脹功的計(jì)算式：微元功做功動(dòng)力做功標(biāo)志由于傳熱的驅(qū)動(dòng)力來自溫度，那么熱量也應(yīng)類似有：dx的含義應(yīng)當(dāng)是在可逆條件下，熱力系和外界交換熱量與否的標(biāo)志。顯然，dx的表達(dá)式數(shù)學(xué)上具有商的形式，又與熱量有關(guān)，因此清華大學(xué)劉仙洲教授命名為“熵”，用字母S表示，單位為kJ/K；單位化熵為s，單位為kJ/kg.K。這樣上式可寫為：熱量的普適表達(dá)式為：成立條件依然是可逆1.9.3熱量的正負(fù)熱力學(xué)規(guī)定熱力系吸熱為正，熱力系對(duì)外放熱為負(fù)因此：系統(tǒng)吸熱時(shí)熱量為正

Q>0dS>0，系統(tǒng)熵增加；系統(tǒng)放熱時(shí)熱量為負(fù)

Q<0dS<0，系統(tǒng)熵減少；1.9.4T-s

圖本章完

謝謝！2

熱力學(xué)第一定律2.1.1

能量守恒與轉(zhuǎn)化定律能量既不能被創(chuàng)生也不能被消滅,它只能由一種形式向另一種形式轉(zhuǎn)化。2.1

熱力學(xué)第一定律的定義2.1.2熱力學(xué)第一定律熱與功均不能被創(chuàng)生和消滅，只能互相轉(zhuǎn)化，即:Q=W2.1.2熱力學(xué)第一定律表達(dá)式的不足

不能用于工程計(jì)算不能顯示出熱和功在能量品質(zhì)上的區(qū)別在工程上我們更易于接受被稱為熱力學(xué)第一定律解析式的公式：系統(tǒng)儲(chǔ)存能的變化量傳入系統(tǒng)的凈能量—傳出系統(tǒng)的凈能量=2.2熱力系儲(chǔ)存的總能量2.2.1總能量

E

總能量包括熱力系具有的各種形式能量，包括熱力系宏觀形式的和微觀形式的能量。單位化總能為e。2.2.2總能的分類

（1）宏觀形式

動(dòng)能

KE(或者單位化

ke)勢(shì)能PE(或單位化

pe)（2）

微觀形式

內(nèi)能U(單位化內(nèi)能為u)內(nèi)能包括熱力系內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和勢(shì)能，即：（3）總能E=U+KE+PE

Wascoinedin1807byThomasYoung,anditsuseinthermodynamicswasproposedin1852byLordKelvin.TheterminternalenergyanditssymbolU

wasappearedintheworksofRudolphClausuisandWilliamRankineinthesecondhalfofthenineteenthcentury內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)2.3閉口系熱力學(xué)第一定律解析式2.3.1物理模型

（1）

傳入熱力系的凈能量有:

Win,Qin（2）傳出熱力系的凈能量有:

Wout,Qout（3）

熱力系儲(chǔ)存能:

E2.3.2閉口系熱力學(xué)第一定律解析式

(Qin

＋

Win)-(Qout

＋Wout)=ΔE

(Qin-Qout)+(Win-Wout)=ΔE考慮Q

和W

的正負(fù)：

(Qin-∑Qout)-(∑Wout-∑Win)=ΔEQ-W=ΔE

Q=ΔE+W2.3.3閉口系熱力學(xué)第一定律解析式的變體(1)微分形式：

δQ=dE+δW

若系統(tǒng)沒有宏觀動(dòng)能和勢(shì)能：δQ=dU+δW

單位化：δq=de+δwδq=du+δw

(2)可逆過程

δQ=dE+PdV

或

δQ=dU+PdV

單位化：

δq=de+pdvδq=du+pdv(3)循環(huán)

δq=du+δw

∮δq=∮du+∮δw

因?yàn)?/p>

∮du=0

所以

∮δq=∮δw

若

∮δq=0

∮δw=0上式說明第一類永動(dòng)機(jī)不可能(4)可逆定壓過程

δQ=dU+PdV

因?yàn)槎▔?/p>

p=const

δQ=dU+d(pV)

δq=du+d(pv)(5)孤立系dE=0

2.4.1物質(zhì)守恒2.4開口系能量分析

熱力系總儲(chǔ)存能的變化量熱力系通過邊界交換的能量+伴隨流體流入熱力系的能量=-伴隨流體流出熱力系的能量2.4.2開口系能量守恒伴隨著流體流動(dòng)帶入和帶出熱力系的能量有哪些呢？2.4.3流動(dòng)功熱力系流體流入熱力系時(shí)為克服熱力系內(nèi)部的壓力，外界必然要付出功，反之亦然，這種即為流動(dòng)功。2.4.4流體攜帶的能量單位質(zhì)量的流體流入熱力系，蘊(yùn)含在流體中的能量顯然等于流體中儲(chǔ)存的總能，即:再考慮到流體流入時(shí)外界付出的流動(dòng)功那么流體帶入（帶出）熱力系的總能量θ可寫為：2.4.5焓（Enthalpy）流體流入或流出熱力系時(shí)內(nèi)能和流動(dòng)功是同時(shí)傳遞的，且這二者在多數(shù)情況下是流體帶入（帶出）熱力系能量的主要成分，這樣為我們可以定義二者之和叫做焓：ProfessorJ.Kestinproposedin1966thatthetermθbecalledmethalpy(frommetaenthalpy,whichmeansbeyondenthalpy)（1）焓是狀態(tài)參數(shù)（2）H為廣延參數(shù)H=U+pV=m(u+pv)=mhh為比參數(shù)（3）對(duì)流動(dòng)工質(zhì)，焓代表能量(內(nèi)能+推進(jìn)功)

對(duì)靜止工質(zhì)，焓不代表能量（4）物理意義：開口系中隨工質(zhì)流動(dòng)而攜帶的、取決于熱力狀態(tài)的能量。關(guān)于焓的幾點(diǎn)說明：2.5穩(wěn)定流動(dòng)過程2.5.1

穩(wěn)定流動(dòng)過程的定義流體穩(wěn)定地流經(jīng)開口系的熱力學(xué)過程稱為穩(wěn)定流動(dòng)過程2.5.2

穩(wěn)定流動(dòng)過程的特征開口系內(nèi)部參數(shù)不隨時(shí)間變化而變化；2.

在開口系邊界處流體的流量和參數(shù)不隨時(shí)間變化而變化3.開口系單位時(shí)間內(nèi)與外界交換的熱與功不隨時(shí)間的變化而變化2.5.3穩(wěn)定流動(dòng)過程的能量方程由上述討論可知，對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)熱力系可得出:2.開口系儲(chǔ)存能的變化為零：ΔE=0注：穩(wěn)定流動(dòng)熱力系不可能膨脹或收縮，因此和外界交換的功只能以軸功的形式體現(xiàn)，用Ws表示。近年來學(xué)界指出若穩(wěn)定流動(dòng)熱力系與外界交換電功則可被納入軸功的范疇。穩(wěn)定流動(dòng)過程的能量方程考慮:0單位時(shí)間熱力系與外界交換的熱與功+單位時(shí)間流入熱力系流體攜帶的能量=-單位時(shí)間流出熱力系流體攜帶的能量用下角標(biāo)1和2表示入口和出口的狀態(tài)方程兩邊同除上式即為開口系穩(wěn)定流動(dòng)能量方程若將穩(wěn)定流動(dòng)能量方程中的焓展開，公式改寫為：可寫成：上述討論表明，若不考慮熱力系宏觀儲(chǔ)存能，熱量q減去熱力系內(nèi)能變化量，就等于功w，這一點(diǎn)對(duì)于開口系和閉口系都是適用的。功這一項(xiàng)中的能量是實(shí)際可用功，被稱為技術(shù)功，用Wt表示2.5.4技術(shù)功比較下列兩式：在可逆的條件下：有：因此：pv12從左圖易于看出，可逆時(shí)：這樣我們有下列等式：若可逆：2.6工程上的穩(wěn)定流動(dòng)設(shè)備2.6.1噴管和擴(kuò)壓管(nozzleanddiffuser)q=Δh+ΔV2/2+gΔz+w因?yàn)閝=0Δz=0w=0

2.6.2渦輪機(jī)（turbine）q=Δh+ΔV2/2+gΔz+w因q=0;Δc=0;Δz=0所以ws=-Δh=h1-h22.6.3節(jié)流閥（throttlingvalve）q=Δh+ΔV2/2+gΔz+w因?yàn)閝=0;ws=0;z=0;ΔV2/2=0所以Δh=0即

h1=h22.6.4混合室（mixingchamber

）q=Δh+ΔV2/2+gΔz+ws

因?yàn)閝=0;ws=0;z=0;ΔV2/2=0所以Δh=0即

∑hin=∑hexit2.6.5換熱器（heatexchanger）q=Δh+ΔV2/2+gΔz+ws

因?yàn)閝=0;ws=0;Δz=0;ΔV2/2=0所以Δh=0即

∑hin=∑hexit2.7非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程2.7.1物理模型

1.流入熱力系的凈能量:

δQ，e1dm1

，p1v1dm1

2.流出熱力系的凈能量:

δW，e2dm2，p2v2dm22.7.2能量方程兩邊同除dτ本章結(jié)束謝謝第四章

理想氣體性質(zhì)與過程4-1-1理想氣體

滿足下列條件的氣體即為理想氣體：

氣體分子是不占體積的質(zhì)點(diǎn)

氣體分子間沒有引力盡管真正的理想氣體是不存在的，但是自然界有許多氣體的性質(zhì)非常接近理想氣體（如空氣），因此運(yùn)用理想氣體的理論計(jì)算一些實(shí)際氣體，在工程上具有良好的實(shí)用性。4-1理想氣體狀態(tài)方程

4-1-2理想氣體狀態(tài)方程根據(jù)狀態(tài)公理，由任意兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)解算理想氣體其余參數(shù)的方程都可認(rèn)為是狀態(tài)方程。然而克拉貝龍方程實(shí)在太著名了，所以通常這個(gè)方程被稱作理想氣體狀態(tài)方程(1).pV=mRTpv=RT

R------氣體常數(shù)kJ/kg.K(2)pVm=μRmTpvm=RmT

Rm-----通用氣體常數(shù)=8.314kJ/kmol.K4-2比熱容（Specificheat）4-2-1比熱容的定義

將單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高一度所需要的熱量稱為為質(zhì)量比熱容，用字母C表示，單位kJ/kg.K

那么

q=CTorδq=CdT除了質(zhì)量比熱容，還有體積比熱容C’、摩爾比熱容Cm等等；比熱容的大小與吸熱的過程、氣體的溫度和氣體分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)；考慮:

4-2-2定容過程和定壓過程的比熱容δq=du+δw定容過程：δw=0δq=duCvdT=duA：

定容過程比熱容考慮:δq=du+pdv定壓過程

pdv=d(pv)

δq=du+d(pv)δq=d(u+pv)CpdT=dhB：

定壓過程比熱容A:理想氣體定容比熱容

由于理想氣體分子間沒有引力，那么理想氣體的內(nèi)能只包含動(dòng)能項(xiàng)，而分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度又與溫度直接聯(lián)系，那么:

u=f(T)

4-2-3理想氣體比熱容B:理想氣體定壓比熱容

由于:

u=f(T)

h=u+pv

=

f(T)+RT=f’(T)4-2-4理想氣體平均比熱容氣體的比熱容并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨溫度的升高而升高。工程上為了處理方便，往往在一定溫度范圍內(nèi)求取一個(gè)平均比熱容，并認(rèn)為在該溫度范圍內(nèi)比熱容是一個(gè)常數(shù)，其值就等于該平均比熱容。這樣處理會(huì)對(duì)計(jì)算帶來方便，但是在溫度范圍很大、溫度很高或者需要高精度計(jì)算的場(chǎng)合，是不能把比熱容看作常數(shù)的。Ctt1t2C4-2-5理想氣體分子結(jié)構(gòu)對(duì)比熱容的影響以理想氣體定容過程為例。閉口系定容過程的吸熱量全部用于提高系統(tǒng)的內(nèi)能，即用于提高分子的微觀動(dòng)能。對(duì)于單原子分子，它具有3個(gè)飛行方向（自由度），因此吸收的熱能將均勻分配到三個(gè)自由度上?，F(xiàn)代物理學(xué)表明，一摩爾理想氣體溫度每升高1K，其每個(gè)自由度上分配的能量為Rm/2。理想氣體分子擁有原子數(shù)不同，其自由度也不同，因此定容比熱容也就不同，其關(guān)系見下表：單原子分子雙原子分子多原子分子自由度357Cvm表4-1理想氣體分子自由度和摩爾定容比熱容4-3理想氣體的內(nèi)能、焓、熵

4-3-1內(nèi)能與焓

我們定義當(dāng)T=0時(shí)內(nèi)能為0:顯然T=0時(shí)焓也為0

:考慮:則:邁耶公式若兩邊同乘摩爾質(zhì)量，有：定義

k=Cp/Cv稱為比熱容比回憶表4-1，以及邁耶公式，可以有下表：表4-2理想氣體摩爾比熱容和比熱容比單原子氣體雙原子氣體多原子氣體CvmCpmk1.671.41.294-3-2理想氣體的熵

δq=du+pdv考慮：

δq=Tds,du=CvdT,p=RT/v那么：兩邊同除T：

4-4理想氣體過程4-4-1定容過程

過程方程:

dv=0

坐標(biāo)圖：pvTs因?yàn)?

熱:

q=Cv(T2-T1)

功：

w=04-4-2理想氣體定壓過程

過程方程:dp=0

狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖:pv因?yàn)?Ts定壓過程定容過程

熱:

q=Cp(T2-T1)

功:

w=p(v2-v1)4-4-3定溫過程

過程方程：

dT=0

pv=const

狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖：pvTs熱：功：因?yàn)?/p>

T=const所以

對(duì)于技術(shù)功：因?yàn)椋?/p>

T=const所以：

4-4-4絕熱過程

過程方程:

dq=0

若可逆：考慮熵的計(jì)算式：狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖pv絕熱過程定溫過程Ts熱：功：

4-4-5多變過程

過程方程：

n=0constantpressureprocessn=1constanttemperatureprocessn=kAdiabaticprocessn=∞constantvolumeprocess功：

可見技術(shù)功是膨脹功的n倍熱：

多變過程比熱容本章結(jié)束

謝謝第四章

熱力學(xué)第二定律

6-1自發(fā)過程6-1-1自發(fā)過程的方向性

溫差傳熱

壓差做功

功變熱

有序到無序6-1-2自發(fā)過程的不可逆性

如果逆向，

環(huán)境會(huì)留下痕跡6-1-3自發(fā)過程的等效性

6-2-1Kelvin-Planck表述(1)熱庫

當(dāng)一個(gè)熱力系的熱容量極大以至于吸、放熱不會(huì)使物體的溫度發(fā)生改變，這種熱力系就被稱為熱庫(2)熱機(jī)

吸收熱量并將其一部分轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C(jī)械6-2熱力學(xué)第二定律的表述

高溫?zé)嵩礋岢翢釞C(jī)QinQout熱庫熱庫Wnet能節(jié)省Qout?熱效率=熱機(jī)輸出凈功/熱機(jī)吸熱(3)制冷機(jī)與熱泵高溫?zé)釒斓诇責(zé)釒熘评錂C(jī)WQLQH(3)Kelvin-Planck表述

It’sImpossibleforanydevicethatoperatesonacycletoreceiveheatfromasinglereservoirandproduceanetamountofwork6-2-2Clausuis表述

Itisimpossibletoconstructadevicethatoperatesinacycleandproducesnoeffectotherthanthetransferofheatfromalowertemperaturebodytoahighertemperature

6-2-3兩種表述的對(duì)等性

若違背Kelvin-Planck表述:那么就可以制造出效率100%的熱機(jī)

低溫?zé)釒旄邷責(zé)釒鞜釞C(jī)QHW=QH制冷機(jī)QH+QLQL=制冷機(jī)低溫?zé)釒旄邷責(zé)釒霶LQL6-3卡諾（Carnot）循環(huán)在18世紀(jì)中葉……熱機(jī)的效率的極限是多少???6-3-1卡諾循環(huán)Carnot,(NicolasLeonard)Sadi

(1796-1832)法國軍事工程師和科學(xué)家。對(duì)熱力學(xué)有奠基性的貢獻(xiàn)

高溫?zé)釒斓蜏責(zé)釒霻HTL(1)卡諾循環(huán)的構(gòu)建Ts1234q1q2

(2)效率

q1q2w因?yàn)?-4、2-3是絕熱過程6-3-2逆卡諾循環(huán)環(huán)境溫度THTLTsRefrigerator:對(duì)于制冷循環(huán)人們更關(guān)心機(jī)器從低溫?zé)釒焯崛〕龅臒崃?/p>

-----q2q1q2wTHTLTsq1q2因此制冷機(jī)的性能指數(shù)(COPR)can可表達(dá)為：wCOPR

可以>,=or<1環(huán)境溫度THTLTs熱泵:對(duì)于熱泵人們更關(guān)心向高溫?zé)釒旆诺臒?----即

q1q1q2wTHTLTsq1q2熱泵的性能系數(shù)(COPHP)可表達(dá)為：wCOPHP

isalways>16-3-3卡諾定律

在兩個(gè)相同熱庫之間，可逆熱機(jī)的效率最高

兩個(gè)相同熱庫之間，所有可逆熱機(jī)的效率相同6-4克勞修斯不等式6-4-1克勞修斯積分式

對(duì)于單一卡諾循環(huán)即：考慮

δq1、

δq2符號(hào)，有：對(duì)于普通循環(huán):

可按照如下圖的辦法將它分解為無數(shù)個(gè)卡諾循環(huán)那么：將上述方程疊加起來6-4-2克勞修斯不等式

若不可逆累加式子(1)…..(n):這就是克勞修斯不等式，請(qǐng)注意克勞修斯不等式只適用于循環(huán)對(duì)于任意循環(huán)（包括可逆和不可逆循環(huán)）它在熱力學(xué)里被稱為熱溫商?？梢娧h(huán)的熱溫商是小于等于零的6-5熵6-5-1可逆過程的熵6-5-1.不可逆過程的熵變化對(duì)于不可逆過程1-b-2.添加一段可逆過程1-a-2形成循環(huán)因?yàn)檫^程1-a-2是可逆過程所以：顯然這時(shí)熵的變化大于

，即熱溫商的變化。6-5-3熵流和熵產(chǎn)ΔSg

是由于不可逆效應(yīng)產(chǎn)生的因此被稱為熵產(chǎn)因此，存在一數(shù)值大于零的熵ΔSg，使得：

熱溫商積分的這一項(xiàng)的變化是由于傳熱引起的，被稱為熵流

ΔSf

熵流可以大于、等于或小于零熵產(chǎn)只能大于或等于零

上述討論表明熵有二重特性：一方面熵通過熵流體現(xiàn)熱力系的傳熱特性；另一方面熵通過熵產(chǎn)展現(xiàn)出熱力系不逆效應(yīng)的大??；6-5-4可逆定溫過程的熵變化6-6孤立系熵增原理6-6-1.熵增原理

對(duì)于孤立系：

ΔSf

=0所以：

ΔSisolated=

ΔSg

>=0

6-6-2.溫差傳熱過程的熵增

系統(tǒng)環(huán)境邊界TsysTsurrQ6-6-3.

做功能力的損失TsT1T212’2絕熱過程ss’損失6-6-4.

宇宙的熵與熱寂假說HawkingStephen6-7熵的本質(zhì)6-7-1.波爾茲曼關(guān)系式

6-7-2.熵的定義

熵:衡量熱力系混亂或自由程度大小的物理量

熱是一種無序的能量，因此熱力系的吸熱或放熱就增加或減少了系統(tǒng)的無序性，這種效應(yīng)可以通過熵流來計(jì)算；熱力系內(nèi)部發(fā)生的耗散效應(yīng)引起了混亂程度的增加，這種效應(yīng)的大小體現(xiàn)在熵產(chǎn)；6-8

（exergy)6-8-1.

的定義

在某狀態(tài)下，系統(tǒng)由該狀態(tài)可逆地變化到與環(huán)境平衡的狀態(tài)時(shí)，理論上可轉(zhuǎn)化為凈有序能的那部分能量，稱為

，用E

表示（e單位化）6-8-2.熱量

ExQ對(duì)于具有某一溫度T的熱量Q，若此時(shí)環(huán)境溫度為Tsur，根據(jù)卡諾定律能夠轉(zhuǎn)化為功的部分為：Tsur這就是熱量6-8-3.冷量

ExQ0Q6-8-3.焓

ex根據(jù)熱力學(xué)第一定律：根據(jù)熵平衡方程，因可逆沒有熵產(chǎn)，則進(jìn)、出熱力系的總熵等于零，即：現(xiàn)：將上列各式代入(1)式：忽略動(dòng)能、勢(shì)能的變化：6-8-3.內(nèi)能

Exu根據(jù)熱力學(xué)第一定律：根據(jù)熵平衡方程，因可逆沒有熵產(chǎn)，則進(jìn)、出熱力系的總熵等于零，即：現(xiàn)：將上列各式代入(1)式：對(duì)于功W，其中必定包括克服環(huán)境壓力的部分，因此人類可資利用的最大有用能，即內(nèi)能

為：本章結(jié)束謝謝第5章

壓縮機(jī)和汽輪機(jī)5-1壓縮機(jī)的分類

壓縮機(jī)容積式渦輪式往復(fù)式回轉(zhuǎn)式離心式軸流式

該種壓縮機(jī)是本課程重點(diǎn)研究的對(duì)象5-2壓縮功5-2-1往復(fù)式壓縮機(jī)循環(huán)pv5-2-2壓縮功若定溫壓縮

若絕熱壓縮

若多變過程壓縮

pv定溫多變絕熱5-3實(shí)際壓縮機(jī)5-3-1余隙容積5-3-2余隙容積對(duì)理論壓縮循環(huán)的影響pv5-4多級(jí)壓縮中間冷卻pvp1p2pmBA因

p1v1=pmvm為獲得最小功耗：則:5-5汽輪機(jī)5-5-1汽輪機(jī)原理5-6壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的內(nèi)效率5-6-1壓縮機(jī)

若絕熱壓縮:12將上述過程畫在h-s圖上，獲得過程1-2。此時(shí)壓縮功為w但如果壓縮工程不可逆，則過程變?yōu)?-2’，壓縮功增加為w’hsP2P1w2’w’我們定義壓縮機(jī)內(nèi)效率可按照下式計(jì)算:這個(gè)公式也適用于風(fēng)機(jī)、泵5-6-2渦輪機(jī)

若為可逆絕熱渦輪機(jī):21hsP1P2ww’因此我們定義渦輪機(jī)的內(nèi)效率按照下式計(jì)算:2’這個(gè)公式也適用于噴管若不可逆:本章結(jié)束第6章

氣體動(dòng)力循環(huán)

6-1對(duì)循環(huán)的分析

6-1-1過程的平均溫度我們定義:即:12Tss1s2T6-1-2對(duì)循環(huán)的分析12Tss1s2對(duì)于一個(gè)循環(huán):abT2T1顯然提高循環(huán)效率的方法就是：設(shè)法提高循環(huán)吸熱段平均段的溫度；降低循環(huán)放熱段的平均溫度6-2奧拓（Otto

）循環(huán)6-2-1N.A.Otto的生平NicolausAugustOtto四沖程內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明人，1831年6月14日德國。1862年

他首先進(jìn)行了四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)（如圖），該發(fā)動(dòng)機(jī)和今天的汽油內(nèi)燃機(jī)非常近似.他逝世于1891年1月26日。6-2-2循環(huán)的四個(gè)沖程（FourStrokes）吸氣沖程:活塞沿著氣缸向下運(yùn)動(dòng)

，氣缸內(nèi)的壓力持續(xù)下降最終形成負(fù)壓

，接著吸氣閥打開?？諝夂推驼羝幕旌衔锉晃霘飧讐嚎s沖程:在活塞的下死點(diǎn)(BottomDeadCenter(BDC))氣缸達(dá)到最大容量，吸氣閥關(guān)閉。

接著活塞向上死點(diǎn)(TopDeadCenter(TDC))移動(dòng)，壓縮油、氣混合物。

在壓縮沖程的末段，火花塞點(diǎn)火，引起油氣混合物劇烈燃燒。

在活塞到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)燃?xì)鈮毫_(dá)到最大。

做功沖程

高壓氣體推動(dòng)活塞再次向下運(yùn)行，活塞通過連桿驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。

氣缸的容積逐漸增大同時(shí)氣體的壓力下降，直到活塞運(yùn)行到下死點(diǎn)做功沖程結(jié)束。排氣沖程

活塞運(yùn)行到下死點(diǎn)后排氣閥打開，活塞開始向上運(yùn)動(dòng)，燃燒后的廢氣被排出氣缸，這個(gè)沖程當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)結(jié)束?，F(xiàn)代電噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)12345pv6-2-3理論循環(huán)絕熱過程理論奧拓循環(huán)的效率

那么：β

增壓比ε

壓縮比渦輪增壓系統(tǒng)6-3柴油機(jī)循環(huán)（DieselCycle）6-2-1狄賽爾生平RudolfDiesel(德國1858–1913)。

大學(xué)畢業(yè)后他的職業(yè)是制冷工程師，

但是他真正感興趣的卻是發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)。1893年，

他發(fā)表了關(guān)于壓燃式內(nèi)燃機(jī)的論文。1894年，他為他的新發(fā)明——柴油機(jī)申請(qǐng)了專利。盡管狄賽爾幾乎死于新發(fā)動(dòng)機(jī)的爆炸，但是他用事實(shí)證明了壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的可行性。1897年他的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)終于研制成功。

6-3-2狄賽爾循環(huán)過程

柴油在活塞到達(dá)上死點(diǎn)后（此時(shí)空氣壓力高達(dá)30~50大氣壓，溫度600~800℃），柴油被噴入混合室和高壓空氣混合，然后噴入汽缸，由于柴油和空氣混合良好而且機(jī)器運(yùn)行速度慢，滯燃問題會(huì)對(duì)循環(huán)影響小，使得循環(huán)的吸熱段基本上呈現(xiàn)定壓的吸熱的趨勢(shì)。6-3-3狄賽爾循環(huán)效率

理論循環(huán)12345pv狄賽爾循環(huán)理論效率

定義：過程1-4定容怎樣提高效率:12345pv增壓比要大容積增長要小8.3.4薩巴德（Sabathe）循環(huán)（混合加熱循環(huán)）薩巴德循環(huán)（混合加熱循環(huán)）是現(xiàn)代高速柴油機(jī)普遍使用的循環(huán)，它可視為狄賽爾循環(huán)的改進(jìn)。薩巴德循環(huán)使用高壓柴油噴射泵代替了狄賽爾循環(huán)中笨重的空氣壓縮機(jī)。有趣的是這種技術(shù)出現(xiàn)較晚的原因竟然是由于此前沒人花精力去研制高壓燃油泵。由于柴油在活塞到達(dá)上死點(diǎn)之前就被直接噴入汽缸，由于柴油的滯燃，使得循環(huán)的吸熱段基本上呈現(xiàn)出先定容，后定壓的吸熱特點(diǎn)。這與標(biāo)準(zhǔn)狄賽爾循環(huán)的定壓吸熱是不同的。TsT3T1T2T3T4T1T”2T3T4T1T’2T3T4三種循環(huán)效率之比較：若T3一定8.3.5其它內(nèi)燃機(jī)

6-4伯雷登循環(huán)（BraytonCycle燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)）壓縮機(jī)燃燒室燃?xì)鉁u輪負(fù)載空氣入口軸6-4-1伯雷登循環(huán)裝置優(yōu)點(diǎn)與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相比燃?xì)廨啓C(jī)具有極好的功率-質(zhì)量比?？梢砸院茌p的重量實(shí)現(xiàn)大馬力的輸出。這一特點(diǎn)使得它在航空、艦船、重型車輛、地面發(fā)電等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用6-4-2理想循環(huán)Ts1234定壓pv1234絕熱6-4-3伯雷登循環(huán)效率β------增壓比6-4-3最佳增壓比Ts1234Tmax單純提高增壓能提高循環(huán)效率；但循環(huán)的功率卻下降；

3’4’若T3一定顯然我們不得不在高效率和高的功率之間作出折衷通常工程上對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)功率的要求更突出。

TsTmaxT0顯然，存在一最佳增壓比使得循環(huán)功率最大這個(gè)比率用字母表示為:

εmax顯然在一定的最佳增壓比下，提高燃?xì)廨啓C(jī)效率的根本途徑是提高T3

6-4-4提高燃?xì)廨啓C(jī)效率的方法(1)回?zé)岵椎茄h(huán)(RegenerativeBraytonCycle)TsT2T1T2T1燃油燃燒室空氣入口壓氣機(jī)燃?xì)馔钙交責(zé)崞?2)定溫壓縮加回?zé)嵫h(huán)Ts弗蘭克．惠特爾（1907—1996）

6-5噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)EngineCharacteristicTypeTwin-Spool,AugmentedTurbofanApplicationF-22AdvancedTacticalFighterThrust35,000PoundThrustClassEngineControlFull-AuthorityDigitalElectronicControlCompressionSystemTwinSpool/CounterRotating/AxialFlow/

Low-AspectRatio

Three-StageFan

Six-StageCompressorCombustorAnnularTurbineAxialFlow/CounterRotating

?One-Stage,High-PressureTurbine

?One-Stage,Low-PressureTurbineNozzleTwo-dimensionalVectoringConvergent/DivergentTs123456123456提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)功率（不是效率）的方法

(1)加力/后燃(Afterburning)加力燃燒室Ts1234567(2)提高T4Ts1234’5’6’46提高T4的手段6-5斯特林循環(huán)(TheStirlingCycle)pv1234Ts1234AIP技術(shù)斯特林盤式太陽能發(fā)電系統(tǒng)太空斯特林太陽能發(fā)電系統(tǒng)本章結(jié)束謝謝

第7章

純物質(zhì)性質(zhì)7-1純物質(zhì)7-1-1純物質(zhì)的相態(tài)

固體

液體

氣體

等離子7-2純物質(zhì)的相變過程7-2-1水的定壓加熱過程

未飽和水

飽和水

濕蒸汽

飽和蒸汽

過熱蒸汽pv123455’1’2’3’4’5”1”2”3”4”cTv123451’2’3’4’5’1”2”3”4”5”c7-2-1水蒸氣的物性參數(shù)1.一點(diǎn)：

臨界點(diǎn)C2.兩線：

飽和水線，干飽和蒸汽線3.三區(qū):未飽和水區(qū)，濕蒸汽區(qū)，

過熱蒸汽區(qū)4.五態(tài):未飽和水，飽和水，濕蒸汽，干飽和蒸汽，過熱蒸汽

7-3-1p-v-T

面

7-3p-T

圖7-3-2p-T

圖

PT固相區(qū)汽相區(qū)液相區(qū)凝融線汽化線升華線凝固時(shí)膨脹凝固時(shí)收縮7-4純物質(zhì)性質(zhì)參數(shù)表和焓熵圖7-4-1飽和水及飽和蒸汽表

在該區(qū)域已知

1個(gè)參數(shù)就足以確定其它所有參數(shù)

t℃P,MPav’v”h’h”s’s”1000.10130.001041.6738419.062676.31.30697.35642001.55510.001160.12714352.42791.42.33076.42897-4-2濕蒸汽

一個(gè)

參數(shù)用于確定其它飽和參數(shù)

一個(gè)

特殊的參數(shù)用于確定汽/水間比例7-4-3未飽和水和過熱蒸汽

兩個(gè)

獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)可以確定其余所有狀態(tài)參數(shù)T℃P=0.1MPav,m3/kgh,kJ/kgs,kJ/kg.K1001.69582676.27.36281501.93642776.47.54387-4-4參考狀態(tài)和參考值

水:定義0.01℃時(shí)的飽和水為參考狀態(tài)，

此時(shí)

u=0s=0R-12:-40℃時(shí)的飽和液體為參考狀態(tài)，此時(shí)

u=0s=0注意:

不同的表格采用的參考狀態(tài)會(huì)有所不同7-4-5焓熵圖（h-sDiagram）hscp1p2T1T2vX=0.8定壓線群(2)定溫線群(3)定比容線群(4)定干度線群X=1X=0.6X=07-5蒸汽的熱力過程7-5-1蒸汽的定壓過程蒸汽的定壓過程是以水為代表的實(shí)際氣體經(jīng)常使用的吸熱或放熱過程，工程上關(guān)心的是吸熱/放熱量。因：q=Δh+wt定壓時(shí)wt=0

所以：

q=Δh即定壓過程吸熱量等于焓差，下面舉例說明焓差的求法若已知水從未飽和初始狀態(tài)t1，p1出發(fā)，經(jīng)定壓吸熱終溫達(dá)到t2，求單位質(zhì)量工質(zhì)的得熱量。解：由t1，p1查未飽和水和過熱蒸汽表，得h1由t2，p1查未飽和水和過熱蒸汽表，得h2q=h2-h1Ts12T1T2c7-5-2蒸汽的絕熱過程蒸汽的絕熱過程是以水為代表的實(shí)際氣體經(jīng)常使用的做功或壓縮過程，工程上關(guān)心的是做功量。下面舉例說明功的求法：過熱水蒸汽由初態(tài)p1，T1，在氣缸活塞封閉的空間內(nèi)，可逆絕熱膨脹到P2。求單位質(zhì)量工質(zhì)膨脹功。因過程絕熱：

Δu+w=0w=-Δu=u1-u2由p1，T1，查未飽和水和過熱蒸汽表，得u1，s1對(duì)于u2，因p2的不同存在兩種查取方法：（1）p2高，使得2點(diǎn)處于過熱蒸汽區(qū)。此時(shí)，可由s1

，p2查過熱蒸汽表直接求得

u2

。（2）p2低，使得2點(diǎn)處于濕蒸汽區(qū)。此時(shí)，先由p2查飽和水及飽和蒸汽表，得

s’2

，s”2

，

u’2

，

u’2

。由s2=s1=xs”2+(1-x)s’2

解得x。u2=xu”2+(1-x)u’2

w=u2-u1

若上題改為：過熱水蒸汽由初態(tài)p1，T1，在汽輪機(jī)內(nèi)可逆絕熱膨脹到P2。求單位質(zhì)量工質(zhì)膨脹功。由以前的知識(shí)可知：汽輪機(jī)做功

w=h1-h2h1和h2的求法與內(nèi)能的求法類似TsT1cp1P2hscp1T1X2p25-5-2-1渦輪機(jī)內(nèi)效率

對(duì)于絕熱渦輪機(jī):21hsP1P2ww’因此我們可以定義渦輪機(jī)的內(nèi)效率如下:2’這個(gè)方程也適用于噴管若不可逆:12hsP2P1w2’w’因此我們定義壓縮機(jī)內(nèi)效率如下:此式也適用于泵和擴(kuò)壓管5-5-2-2壓縮機(jī)內(nèi)效率

對(duì)于絕熱壓縮機(jī)，若不可逆:5-5實(shí)際氣體5-5-1壓縮因子公式pv=RT

只能被運(yùn)用于氣體溫度高或壓力低的狀態(tài)對(duì)于實(shí)際氣體，根據(jù)

pv=RT:z-------壓縮因子:衡量偏離理想氣體程度的因子z=1:理想氣體z>1orz<1:實(shí)際氣體5-5-2范德瓦爾斯(VanderWaals)狀態(tài)方程在實(shí)際氣體研究領(lǐng)域，范德瓦爾斯方程非常著名。其推導(dǎo)來自對(duì)理想氣體狀態(tài)方程的修正

(1)若考慮氣體分子占有體積，由

pv=RT有:分子占有體積后將導(dǎo)致分子自由飛行的空間減少，進(jìn)而使分子互相碰撞的概率提高，這種現(xiàn)象反映在宏觀上就是氣體壓力的提高

。這種效應(yīng)可以通過將

v

替換成

v-b來修正。(2)若考慮氣體分子間有引力，則內(nèi)層分子將吸引外層分子從而導(dǎo)致氣體壓力減小，其效應(yīng)可以按下式計(jì)算：

引力將與ρ2成正比，即與1/v2成正比

‘a(chǎn)’

是比例系數(shù)通過實(shí)驗(yàn)確定

得：5-5-3其他狀態(tài)方程(1)Beattie-Bridgeman方程(2)馬丁-侯方程(3)維利方程本章結(jié)束謝謝第8章蒸汽動(dòng)力循環(huán)8-1標(biāo)準(zhǔn)朗肯循環(huán)8-1-1.蒸汽卡諾循環(huán)

Ts1234蒸汽卡諾循環(huán)的不足:壓縮過程絕熱膨脹過程8-1-2.朗肯循環(huán)Trainedasacivilengineer,WilliamRankine(1820-1872)wasappointedtothechairmanofcivilengineeringandmechanicsatGlasgowin1855.Heworkedonheat,andattemptedtoderiveSadiCarnot'slaw由hisownhypothesis.HewaselectedaFellowoftheRoyalSocietyin1853.AmonghismostimportantworksareManualofAppliedMechanics(1858),ManualoftheSteamEngineandOtherPrimeMovers(1859).8-1-3.郎肯循環(huán)的效率qabsorb=h2-h1qexhaust=h3–h4通常情況下對(duì)于電廠:p1，t1和p2

為已知：

h1:由p1,t1,得h1,s1h2:由p2,得s2’,s3”

h2’,h2”這樣，x

可被求得h3:由p2,得h2’,s2’.

h3=h3’s3=s3’h4:由p1,s3=s4

得h48-2初終蒸汽參數(shù)對(duì)郎肯循環(huán)的影響8-2-1.排汽壓力的影響若降低排汽壓力（背壓）能夠提高郎肯循環(huán)的效率。但是排汽干度也會(huì)因此降低，對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行不利。8-2-2.初溫的影響提高初溫將會(huì)提高朗肯循環(huán)的循環(huán)效率。但是初溫的提高依賴于材料的進(jìn)步。8-2-3.初壓的影響提高初壓將會(huì)提高朗肯循環(huán)的循環(huán)效率。但是初壓的提高也一定程度上依賴于材料的進(jìn)步，更重要的是初壓的提高會(huì)降低排汽的干度，危及汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。8-3再熱循環(huán)由上一節(jié)分析可知提高初壓可有效提高朗肯循環(huán)效率，但是會(huì)顯著降低汽輪機(jī)排汽干度。如何能夠提高初壓卻保持汽輪機(jī)排汽干度不變呢？再熱循環(huán)正是針對(duì)這一問題提出的Tsm1234n鍋爐凝汽器給水泵汽輪機(jī)8-3-1再熱循環(huán)的主要設(shè)備再熱器

8-3-2效率T-s圖效率再熱后循環(huán)吸熱段平均溫度提高，循環(huán)效率提高通常下列再熱循環(huán)參數(shù)已知:p1,t1,pm,tn(通常等于t1),p2h1:

由p1,t1,得h1,s1hm:由pm,sm=s1,得hmhn:由pm,tn,得hnh2:由p2,得s2’,s2”

h2’,h2”因此，x

可計(jì)算得出h3:由p2,得h2’,s2’.

h3=h3’s3=s3’h4:由p1,s1=s4

得h48-4回?zé)嵫h(huán)8-4-1理想回?zé)嵫h(huán)8-4-2實(shí)際回?zé)嵫h(huán)鍋爐凝汽器給水泵汽輪機(jī)給水加熱器蒸汽凝結(jié)水泵123456aTs123456給水被來自汽輪機(jī)的抽汽加熱，進(jìn)入鍋爐的吸熱段平均溫度升高，循環(huán)效率提升。另一種解釋是抽汽后向凝汽器的排汽量減少，冷源損失減少，效率提高。α被稱為抽汽系數(shù)，定義為：鍋爐凝汽器給水泵汽輪機(jī)給水加熱器1#凝結(jié)水泵123457a6b給水加熱器2#Ts1234567抽汽級(jí)數(shù)越多，循環(huán)效率越高8-4-2回?zé)嵫h(huán)的效率以兩級(jí)回?zé)嵫h(huán)為例:p1,t1,pa,pb,p2

已知。若忽略泵功，循環(huán)的T-s圖如下圖所示。Ts12345ab6各點(diǎn)焓的求?。篽1:由p1,t1,得h1,s1ha:由pa,s1,得hahb:由pb,s1,得hbTs12345ab6h2:由p2,得s2’,s3”

h2’,h2”這樣可求得2點(diǎn)干度x，因此2點(diǎn)焓：Ts12345ab6h3:由p2,得h2’

,h3=h2’h5:由pb,得hb’

,h5=hb’

h6:由pa,得ha’

,h6=ha’

對(duì)于第一級(jí)加熱器有下列熱平衡圖：hah5h6加熱器為一穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，流入熱力系的焓等于流出熱力系的焓，因此有關(guān)系式：對(duì)于第二級(jí)加熱器有下列熱平衡圖：由熱力學(xué)第一定律得：hbh4h58-5其他熱力循環(huán)8-5-1超臨界循環(huán)一般而言，新蒸汽的壓力大于臨界壓力(22.064MPa)小于25MPa的鍋爐稱為超臨界鍋爐，配套的汽輪機(jī)稱為超臨界汽輪機(jī)；新蒸汽的壓力介于25－31MPa的鍋爐稱為超超臨界鍋爐，配套的汽輪機(jī)稱為超超臨界汽輪機(jī)。在超臨界與超超臨界狀態(tài)，水由液態(tài)直接成為汽態(tài)，即由濕蒸汽直接成為過熱蒸汽、飽和蒸汽，所以熱效率高。據(jù)了解，超臨界機(jī)組的熱效率比亞臨界機(jī)組的高2％-3％左右.超超臨界機(jī)組的熱效率比常規(guī)超臨界機(jī)組的高4％左右。因此，超臨界、超超臨界發(fā)電機(jī)組成為國外尤其是發(fā)達(dá)國家的主力機(jī)組。全世界范圍內(nèi)，屬于超超臨界參數(shù)的機(jī)組大約有60余臺(tái)。我國近年來主力燃煤機(jī)組也將實(shí)現(xiàn)超臨界化。根據(jù)電力市場(chǎng)發(fā)展形勢(shì)需要，我國600MW機(jī)組參數(shù)已由亞臨界參數(shù)(18.10MPa，540℃)

發(fā)展到超臨界參數(shù)(24.10MPa，540℃～566℃)。目前常規(guī)的超臨界機(jī)組參數(shù)一般為三種，對(duì)應(yīng)的發(fā)電效率約為41％－42％：24.12MPa/538/538℃；

24.12MPa/538/566℃；24.12MPa/566/566℃；

超超臨界是指壓力達(dá)到25MPa-35MPa，溫度達(dá)到593℃－650℃或者更高的參數(shù)，并具有一次再熱或二次再熱的熱力循環(huán)，目前達(dá)到的發(fā)電效率為44％-45％。

8-5-2熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)——能夠同時(shí)生產(chǎn)熱和電的循環(huán)。采用熱電聯(lián)產(chǎn)的循環(huán)的電廠稱為熱電廠。為了同時(shí)生產(chǎn)熱和電的循環(huán)，熱電廠一般使用特殊的汽輪機(jī)。這種汽輪機(jī)被稱為供熱汽輪機(jī)，它可分為三類：供熱汽輪機(jī)背壓式汽輪機(jī)抽汽凝汽式式汽輪機(jī)抽汽背壓式汽輪機(jī)單次抽汽式多次抽汽式鍋爐背壓式汽輪機(jī)補(bǔ)水熱用戶采用背壓式汽輪機(jī)后，循環(huán)的冷源損失全部被利用，理論熱效率100%。但是采用該種汽輪機(jī)發(fā)電量會(huì)隨著供熱蒸汽流量的變化而變化制約，因此適用于全年供熱蒸汽量比較穩(wěn)定的場(chǎng)合。背壓式汽輪機(jī)鍋爐抽汽凝汽式汽輪機(jī)補(bǔ)水低溫?zé)嵊脩裟鞲邷責(zé)嵊脩舨捎贸槠狡啓C(jī)，部分冷源損失被利用，熱效率不及背壓式汽輪機(jī)。但是采用該種汽輪機(jī)可以靈活協(xié)調(diào)發(fā)電量和供熱蒸汽流量的變化，適用于供熱蒸汽量全年有較大變化的場(chǎng)合。多次抽汽式汽輪機(jī)可以滿足不同熱用戶對(duì)用熱參數(shù)的不同要求。抽汽凝汽式汽輪機(jī)鍋爐抽汽凝汽式汽輪機(jī)補(bǔ)水低溫?zé)嵊脩舾邷責(zé)嵊脩舫槠硥菏狡啓C(jī)抽汽背壓式汽輪機(jī)可以認(rèn)為是背壓式和抽汽式汽輪機(jī)的結(jié)合，它也沒有冷源損失，因此具有理論上100%的熱效率，而且還能協(xié)調(diào)不同熱用戶對(duì)用熱參數(shù)的不同需要。但是它的發(fā)電量也受到供熱蒸汽流量的制約，也需要較穩(wěn)定熱用戶。8-5-3燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)

若從熱分析的角度出發(fā)，燃煤電廠熱損失最大的部件是凝汽器，因?yàn)樗袚?dān)著低溫?zé)釒斓淖饔?。熱電?lián)產(chǎn)循環(huán)正是這一思路的產(chǎn)物。但是若從熵分析的角度出發(fā)，不可逆損失最大的部件是鍋爐，因?yàn)殄仩t中燃?xì)馀c水和蒸汽之間存在巨大的傳熱溫差。這才是制約火電廠效率提高的關(guān)鍵因素。在這個(gè)分析基礎(chǔ)上，學(xué)界提出了聯(lián)合循環(huán)的概念。聯(lián)合循環(huán)技術(shù)將布萊登循環(huán)與朗肯循環(huán)結(jié)合起來，減少了熱段傳熱溫差，有效提高了發(fā)電效率。目前西門子的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率高達(dá)55%受到燃?xì)廨啓C(jī)的限制（一般使用液態(tài)或氣態(tài)燃料），運(yùn)用聯(lián)合循環(huán)很難直接燃燒煤炭，這就限制了該技術(shù)在中國的使用。為了克服上述問題，國際上進(jìn)行了廣泛的研究，目前比較有希望的技術(shù)是：

IGCCPFBC8-5-4兩汽循環(huán)本章結(jié)束謝謝

第9章

制冷循環(huán)9-1蒸汽壓縮制冷循環(huán)9-1-1逆蒸汽卡諾循環(huán)Ts4123THTL能效比缺點(diǎn)過程2-3在壓縮機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)困難過程4-1對(duì)膨脹機(jī)有危害9-1-2理想蒸汽壓縮制冷循環(huán)冷凝器設(shè)備:1234壓縮機(jī)膨脹閥Expansionvalve蒸發(fā)器evaporatorTsTHTL1234冷凝器壓縮機(jī)蒸發(fā)器毛細(xì)管9-1-3蒸汽壓縮制冷循環(huán)的COPh-sdiagramhs1234通常，p1,p2

是已知的。hs1234由p1，得h1”,s1”h1=h1”s1=s1”

由p2

、s1，得h2由p2，得h2’h3=h2’h4=h3p-hdiagramph12349-2制冷劑(Refrigerant)好的制冷劑：

蒸發(fā)段焓差大蒸發(fā)壓力不要過低冷凝壓力不要過高無毒無腐蝕化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定低成本

氨(Ammonia)氯氟烴CFC(氟利昂chlorofluorocarbons)水常用制冷劑9-3熱泵熱泵：從低溫環(huán)境吸熱向高溫?zé)崃ο倒岬难b置

TsTHT01234空調(diào)器的熱泵工況空調(diào)器的制冷工況9-4改進(jìn)的蒸汽壓縮制冷循環(huán)9-4-1回?zé)嶂评鋲嚎s循環(huán)設(shè)備冷凝器蒸發(fā)器回?zé)崞鞣忠浩鲏嚎s機(jī)TsTHTL1234T-s圖2’1’9-4-2梯級(jí)制冷系統(tǒng)冷凝器蒸發(fā)器TsT0T-s圖9-4-3多級(jí)壓縮制冷冷凝器蒸發(fā)器閃蒸室123換熱器456789Ts1234567899-4-4單壓縮機(jī)多用制冷系統(tǒng)冷凝器冷凍室冷藏室123456旁通管Ts123459-4-5空氣液化換熱器補(bǔ)充空氣液體排出多級(jí)壓縮機(jī)12345Ts1213459-5空氣壓縮制冷循環(huán)9-4-1設(shè)備換熱器QH換熱器QL壓縮機(jī)渦輪機(jī)Tsp2p11234T0TL9-4-2空氣壓縮制冷的COPTs1234T0TLTs1234T0TL因

由上述討論可知，對(duì)于簡單空氣壓縮制冷：降低壓縮機(jī)增壓比可以提高COP降低壓縮機(jī)增壓比會(huì)降低制冷功率TsT0TLTsT0TL12453q6q9-4-3回?zé)峥諝鈮嚎s制冷換熱器QH換熱器QL壓縮機(jī)渦輪機(jī)回?zé)崞?234569-6吸收式制冷系統(tǒng)熱冷凝器蒸發(fā)器=壓縮機(jī)蒸汽發(fā)生器吸收器溶液泵制冷劑:氨

吸收劑:水制冷劑:水

吸收劑:溴化鋰常用吸收式制冷工質(zhì)對(duì)9-6吸附式制冷Solarenergy活性炭吸附床蒸發(fā)器冷凝器冷

管白天太陽能夜晚冷空氣活性炭真空管冷卻塔本章結(jié)束謝謝第10章

濕空氣10-1濕空氣與干空氣10-1-1什么是濕空氣大氣中通常含有一些水分這種空氣就被稱作濕空氣。不包含水分的空氣稱為干空氣.盡管空氣中含有的水分是很少的，但它對(duì)人體的舒適感有很大影響，是現(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)需要考慮的重要因素之一大氣中的水蒸氣和干空氣在空調(diào)領(lǐng)域所涉及的范圍內(nèi)(溫度范圍-10℃到50℃)可按理想氣體處理10-1-2濕空氣的壓力濕空氣全壓干空氣分壓力

水蒸氣分壓力，

隨濕空氣內(nèi)水蒸汽量的增加而增加sp2Tp1T1pmax10-1-3露點(diǎn)(Dew-point)溫度Tp1T11對(duì)于蒸汽狀態(tài)1，

降低溫度，

水蒸氣分壓力不會(huì)變化露點(diǎn)露點(diǎn)的定義如下：當(dāng)濕空氣被定壓冷卻時(shí)，凝結(jié)剛剛發(fā)生時(shí)的溫度被稱為露點(diǎn)溫度10-2濕空氣的參數(shù)10-2-1濕空氣的比濕度（絕對(duì)濕度）濕空氣中單位質(zhì)量干空氣中含有的水蒸汽質(zhì)量稱為比濕度，用ω來表示因?yàn)?/p>

Vv=Va且

Tv=TaRa=287.1J/kg.KRv=461.4J/kg.K10-2-2濕空氣的相對(duì)濕度空氣的舒適度