熱能與動力工程專業(yè)基礎課件

熱能與動力工程專業(yè)基礎熱能與動力工程專業(yè)基礎課件，介紹了熱能與動力工程學科的基本理論、基本概念和基本方法。包括熱力學、流體力學、傳熱學、燃燒學等基礎學科，以及熱能動力裝置、新能源技術(shù)等專業(yè)課程。課程概述課程目標掌握熱能與動力工程領域的基礎知識，培養(yǎng)解決工程問題的能力。課程內(nèi)容涵蓋熱力學、流體力學、傳熱學、熱工設備等重要內(nèi)容。學習方法理論學習與實踐操作相結(jié)合，課堂講授、實驗練習、課題研究等多種形式。熱力學基礎11.能量守恒熱力學第一定律，能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。22.熵增原理熱力學第二定律，孤立系統(tǒng)的總熵值永遠不會減少，而是在不可逆過程中總是增加，直到達到平衡。33.熱力學過程熱力學過程是指系統(tǒng)在發(fā)生變化過程中，狀態(tài)隨時間的變化過程。44.熱力學循環(huán)熱力學循環(huán)是指系統(tǒng)經(jīng)歷一系列熱力學過程，最終回到初始狀態(tài)的循環(huán)過程。熱力學第一定律能量守恒熱力學第一定律闡述了能量守恒定律在熱力學系統(tǒng)中的應用。能量既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。能量轉(zhuǎn)化熱能、機械能、化學能、電能等能量形式可以相互轉(zhuǎn)化，但總能量保持不變。例如，燃燒燃料將化學能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能又可以轉(zhuǎn)化為機械能。熱力學第二定律能量守恒熱力學第二定律闡述了能量守恒，能量既不會憑空產(chǎn)生也不會憑空消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。熵增原理熵是用來描述系統(tǒng)混亂程度的物理量，熱力學第二定律指出在孤立系統(tǒng)中，熵總是趨向于增加，即系統(tǒng)會自發(fā)地從有序狀態(tài)向無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變。熱機效率熱力學第二定律為熱機效率設定了極限，熱機不可能將所有熱量轉(zhuǎn)化為功，總有一部分熱量會損失到環(huán)境中。方向性熱力學第二定律規(guī)定了熱量傳遞的方向，熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，不可能逆向傳遞。熱力學循環(huán)循環(huán)定義熱力學循環(huán)是指一系列熱力學過程的組合，其中系統(tǒng)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化，最終返回到初始狀態(tài)。循環(huán)過程循環(huán)過程中，系統(tǒng)會吸收熱量、做功，并釋放熱量，最終返回到初始狀態(tài)，整個循環(huán)過程中，系統(tǒng)的內(nèi)能保持不變。循環(huán)分類熱力學循環(huán)可分為正循環(huán)和逆循環(huán)，正循環(huán)用于能量轉(zhuǎn)換，如熱機，而逆循環(huán)用于制冷或熱泵。實際應用熱力學循環(huán)在工程領域應用廣泛，例如發(fā)電廠、制冷系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。熱機熱機定義熱機是將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，例如內(nèi)燃機和蒸汽機。工作原理熱機利用熱能驅(qū)動活塞或渦輪，產(chǎn)生機械功。熱效率熱效率表示熱機將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的效率，通常用百分比表示。應用領域熱機廣泛應用于汽車、電力、航空等領域。蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)是一種利用熱能推動蒸汽做功的熱力循環(huán)。循環(huán)過程包括吸熱、做功、排熱和回流四個階段。蒸汽動力循環(huán)廣泛應用于發(fā)電廠、工業(yè)生產(chǎn)等領域，它具有能量利用率高、效率穩(wěn)定的特點。氣體動力循環(huán)氣體動力循環(huán)是利用氣體作為工作介質(zhì)進行能量轉(zhuǎn)換的熱力循環(huán)。它主要包括吸氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個過程。常見的應用包括燃氣輪機，其特點是效率高、體積小、重量輕，適用于各種動力裝置，例如飛機、輪船、發(fā)電廠等。壓縮機壓縮機概述壓縮機是一種將氣體或蒸汽壓縮為較高壓力的機械。它是一種重要的熱能動力工程設備，在工業(yè)生產(chǎn)、生活服務等領域應用廣泛。壓縮機類型常見的壓縮機類型包括活塞式壓縮機、螺桿式壓縮機、離心式壓縮機等，其工作原理和適用范圍各不相同。壓縮機應用壓縮機可用于空調(diào)制冷系統(tǒng)、氣體輸送、化學反應過程、動力裝置等，為各種應用提供高壓氣體或蒸汽。泵工作原理泵利用機械能將流體從低壓區(qū)輸送至高壓區(qū)，實現(xiàn)流體輸送。通過旋轉(zhuǎn)葉輪將機械能傳遞給流體，提高流體的壓力勢能。結(jié)構(gòu)組成泵主要由葉輪、泵體、軸承、密封、電機等組成。葉輪是泵的核心部件，負責將機械能傳遞給流體。換熱器板式換熱器板式換熱器由一系列薄板構(gòu)成，具有高傳熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊等特點。管殼式換熱器管殼式換熱器采用管束和殼體結(jié)構(gòu)，適用于各種介質(zhì)之間的熱交換?？諝饫鋮s器空氣冷卻器利用空氣作為冷卻介質(zhì)，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。流體力學基礎1流體性質(zhì)流體是可流動的物質(zhì)，包括液體和氣體。流體的性質(zhì)包括密度、粘度、表面張力等。2流體靜力學研究靜止流體的力學特性，包括壓強、浮力、阿基米德原理等。3流體動力學研究運動流體的力學特性，包括流速、流量、壓力、粘性力、摩擦阻力等。4流體力學應用流體力學原理廣泛應用于熱能與動力工程領域，例如管道流動、泵和風機設計、熱交換器等。管路系統(tǒng)與流阻1管路系統(tǒng)管路系統(tǒng)包含管道、閥門、泵、壓縮機等組件，負責輸送流體。2流阻流阻是流體在管路系統(tǒng)中流動時遇到的阻力，與流體黏度、管徑、流速等因素有關。3流阻計算計算流阻可以幫助我們確定管路系統(tǒng)的設計參數(shù)，保證流體的安全穩(wěn)定輸送。泵與風機泵泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，將機械能轉(zhuǎn)換為流體的壓力能，提升流體的壓力。風機風機是一種機械設備，利用旋轉(zhuǎn)葉輪將氣體加速，產(chǎn)生風力，用于通風、排風和氣體輸送。離心泵離心泵利用旋轉(zhuǎn)葉輪將流體加速，產(chǎn)生壓力能，是常見的一種泵類型。軸流風機軸流風機利用葉輪軸向旋轉(zhuǎn)，使氣體沿軸向流動，適用于較大流量、較低壓力的場合。熱傳導熱傳導定義熱能通過固體、液體或氣體中相鄰分子之間的相互作用傳遞。傳熱速率熱量傳遞的快慢取決于物質(zhì)的熱導率、溫度差和傳熱面積。傅里葉定律描述了熱傳導速率與溫度梯度和材料熱導率之間的關系。熱對流自然對流溫度差異導致流體密度變化，從而產(chǎn)生自然對流。強制對流借助外力，例如風機或泵，迫使流體流動，提高傳熱效率。熱管對流熱管利用毛細作用和相變，將熱量高效傳遞到需要的地方。熱輻射1熱能傳播方式熱輻射是熱能的一種傳播方式，不需要介質(zhì)，通過電磁波的形式進行傳遞。2輻射強度輻射強度與溫度和表面性質(zhì)有關，溫度越高，輻射強度越大。3應用領域熱輻射在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活和科學研究等領域都有著廣泛的應用。熱設備基礎鍋爐將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為熱能，為工業(yè)生產(chǎn)和日常生活提供蒸汽或熱水。內(nèi)燃機將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動車輛、船舶等。燃氣輪機將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為機械能，用于發(fā)電、推進等領域。制冷機利用制冷劑循環(huán)，將熱量從低溫環(huán)境轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境，實現(xiàn)降溫。蒸汽鍋爐蒸汽鍋爐是熱能與動力工程專業(yè)的重要組成部分，是將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為熱能，并以蒸汽的形式輸出的設備。它廣泛應用于電力、化工、冶金、制藥等行業(yè)，為各種生產(chǎn)工藝提供熱能。課程將深入講解蒸汽鍋爐的結(jié)構(gòu)、工作原理、運行特點以及常見故障分析等內(nèi)容。內(nèi)燃機內(nèi)燃機是將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的熱機。內(nèi)燃機廣泛應用于汽車、船舶、飛機等領域。內(nèi)燃機的種類很多，常見的有汽油機、柴油機、燃氣輪機等。內(nèi)燃機的工作原理是，燃料在氣缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動活塞做功，從而輸出機械能。內(nèi)燃機的性能指標主要包括功率、排量、燃油消耗率等。燃氣輪機燃氣輪機是一種熱力發(fā)動機，將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能。它主要由壓氣機、燃燒室、渦輪和發(fā)電機組成。燃氣輪機廣泛應用于電力生產(chǎn)、航空發(fā)動機、船舶推進等領域，具有高效率、低排放、運行可靠等優(yōu)點。制冷原理制冷循環(huán)制冷循環(huán)利用制冷劑吸收熱量，然后在壓縮機中升壓并排熱，最終完成制冷過程。制冷劑制冷劑在低溫下吸收熱量，并在高溫下釋放熱量，幫助完成制冷循環(huán)。熱電制冷珀爾帖效應熱電制冷利用珀爾帖效應，通過電流控制熱能流動方向。半導體材料半導體材料的特性允許在電流控制下進行熱量傳遞。應用范圍適用于小型制冷設備，例如便攜式冰箱、醫(yī)療設備。制冷壓縮機壓縮工質(zhì)制冷壓縮機將制冷劑氣體壓縮成高溫高壓氣體，為制冷循環(huán)提供能量。類型常見的制冷壓縮機類型包括往復式、螺桿式、離心式和渦旋式壓縮機。應用制冷壓縮機廣泛應用于家用空調(diào)、商用冷藏設備、工業(yè)制冷系統(tǒng)等領域。熱工儀表測量和控制熱工儀表主要用于測量溫度、壓力、流量、液位等熱力參數(shù)，并進行自動化控制。種類繁多常見的熱工儀表包括溫度計、壓力計、流量計、液位計、流量計、燃燒分析儀等。應用廣泛熱工儀表在熱能與動力工程領域中應用廣泛，例如鍋爐、汽輪機、壓縮機、換熱器等設備的運行監(jiān)測和控制。測量基礎測量原理測量是獲取物理量信息的必要手段。不同的物理量需要使用相應的測量方法和儀器。溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)的準確測量對于熱能與動力工程系統(tǒng)的設計、運行和控制至關重要。常見儀表常見的熱工儀表包括溫度計、壓力表、流量計、液位計等。每種儀表都具備特定的測量原理和應用范圍。了解不同儀表的測量原理和特點，才能選擇合適的儀表進行測量，并確保測量結(jié)果的準確性。燃料與燃燒燃燒過程燃燒是燃料與氧化劑發(fā)生的一種快速化學反應，釋放能量，產(chǎn)生熱量和光。燃料類型燃料包括固體、液體和氣體，如煤炭、石油和天然氣，在燃燒中釋放能量。燃燒控制燃燒過程可以通過調(diào)節(jié)燃料與氧化劑的比例、燃燒溫度和燃燒時間來控制。熱能經(jīng)濟性熱能利用率熱能利用率是指有效利用的熱能占總熱能的比例，是衡量熱能利用效率的重要指標。提高熱能利用率，減少能源浪費，降低生產(chǎn)成本，是節(jié)能減排的重要途徑。經(jīng)濟效益分析熱能經(jīng)濟性分析主要包括熱能成本分析、投資效益分析等。通過分析，可以確定熱能利用的最佳方案，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。綜合應用1系統(tǒng)集成