火電廠熱工基礎知識第一頁，共62頁。第一節工程熱力學第二頁，共62頁。第一節知識結構一、熱力學第一定律二、理想氣體性質及熱力過程三、熱力學第二定律四、水蒸氣五、氣體和蒸汽流動六、氣體和蒸汽動力循環七、濕空氣第三頁，共62頁。基本概念工質：生產過程中工作物質的簡稱。熱源：工質從中吸收熱能的物體或系統。冷源：接受工質排出熱能的物體。狀態參數：描述系統狀態的物理量。常用參數：壓力p、溫度T、比體積v、熱力學能U、焓H和熵S。平衡狀態：熱力系統不受外界影響，始終保持不變。第四頁，共62頁。基本概念熱力過程：系統從一個狀態變化到另一個狀態經歷的全部狀態的總和。準平衡過程：平衡被破壞后能迅速達到新的平衡，工質偏離平衡狀態極小。可逆過程：逆向沿原過程回到初態，相關外界回到原態不給外界留下任何影響。第五頁，共62頁。基本概念正向循環：高溫熱源吸熱q1，向低溫熱源放熱q2，部分熱量轉換為功。效率η=w/q1逆向循環：向高溫熱源放熱，從低溫熱源吸熱，同時消耗外界的功。熱力學能:儲存在系統內部的能量。焓：H=U+pV，即熱力學能加推動功。總能:E=U+Ek+Ep

第六頁，共62頁。一、熱力學第一定律表述：當熱能與其他形式的能量相互轉換時，能量的總量保持不變。閉口系統表達式：q=Δu+wP51例題1第七頁，共62頁。一、熱力學第一定律例題1：氣體在某一過程中吸收了60kJ的熱量，同時熱力學能增加了86kJ，問此過程是膨脹還是壓縮過程？做功是多少？解：根據閉口系統能量方程可得對外做功為負，表明此過程被壓縮，對外做功-26kJ，即消耗外界功26kJ。第八頁，共62頁。一、熱力學第一定律開口系統表達式：P51例題2

第九頁，共62頁。二、理想氣體性質及熱力過程理想氣體模型：對實際氣體的簡化，忽略分子容積，忽略分子間作用力。理想氣體狀態方程：P1V1/T1=P2V2/T2=PV/T=R理想氣體參數比熱容：定容比熱、定壓比熱、熱力學能差：公式Δu1-2=

焓差：公式Δh1-2=熵差：公式4.1-18~4.1-20

第十頁，共62頁。二、理想氣體性質及熱力過程熱力過程：4個基本過程P1V1/T1=P2V2/T2

定容過程:比體積不變的過程，P1/T1=P2/T2

定壓過程:壓力不變的過程，V1/T1=V2/T2定溫過程:溫度不變的過程，P1V1=P2V2絕熱過程：工質與外界沒有熱量交換的過程,pvk=常數第十一頁，共62頁。三、熱力學第二定律主要描述：1、克勞修斯說法：

2、開爾文說法：卡諾循環與卡諾定律：

1、卡諾循環（見圖4.1-6）：由兩個定溫過程和兩個絕熱過程組成的理想循環。熱效率：ηt=1–T2/T1第十二頁，共62頁。三、熱力學第二定律

2、卡諾定理：定理1：相同高溫熱源和低溫熱源間工作的可逆循環熱效率相等定理2：溫度相同的高溫熱源和低溫熱源間工作的可逆熱機熱效率大于不可逆熱機熱效率孤立系統熵增原理：孤立系統內的熵只能夠增大或維持不變，不可能減小

第十三頁，共62頁。三、熱力學第二定律例題7：一個熱機循環工作在1000K和250K的兩個熱源之間，從高溫熱源吸熱100kJ，做功77kJ，判斷該循環是否可行，為什么？解：根據卡諾定律，循環熱效率的極值為，該循環的熱效率超過了卡諾循環的效率，故該循環不能實現。第十四頁，共62頁。四、水蒸氣飽和狀態：水的汽化與液化速度相等，汽、液兩相共存達到動態平衡的狀態。特點：飽和溫度和飽和壓力一一對應水的定壓加熱汽化過程：1、二線三區五態

2、相關定義汽化潛熱：飽和水變為飽和蒸汽所需的熱量臨界點：溫度ts為374.15℃，壓力Ps為22.212MPa第十五頁，共62頁。四、水蒸氣水和水蒸氣表第十六頁，共62頁。四、水蒸氣水和水蒸氣焓-熵圖第十七頁，共62頁。五、氣體和蒸汽的流動基本方程：促使流速改變的條件：Ma<1時，若使流速增大，應有dA<0，橫截面積應逐步縮小；Ma>1時，若使流速增大，應有dA>0，橫截面積應逐步增大。第十八頁，共62頁。六、氣體和蒸汽動力循環氣體動力循環1、混合加熱理想循環：5個過程（2絕熱2定壓1定容）2、定容加熱理想循環：4個過程（2絕熱2定容）蒸汽動力循環1、郎肯循環：4個過程（2絕熱2定壓）2、再熱循環：朗肯循環的改進3、回熱循環第十九頁，共62頁。七、理想氣體混合物和濕空氣理想氣體混合物1、分壓力：2、分壓力定律：混合物總壓力等于各組分分壓力之和濕空氣：含有水蒸氣的空氣。1、相對濕度：2、含濕量：3、濕空氣焓：4、焓-含濕圖：濕空氣過程1、加熱（或冷卻）過程2、冷卻去濕過程3、干燥過程第二十頁，共62頁。第二節傳熱學第二十一頁，共62頁。第二節知識結構緒論導熱傳熱對流換熱輻射傳熱傳熱過程分析與換熱器計算第二十二頁，共62頁。一、導熱傳熱導熱定義：溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體間直接接觸時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而進行的熱量傳遞現象，又稱熱傳導。導熱特點：①必須有溫差；②物體直接接觸；③依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動傳遞熱量；④引力場下單純導熱只發生在密實固體中。第二十三頁，共62頁。一、導熱傳熱一維穩態導熱傅里葉公式：導熱過程的單值性條件：是導熱微分方程確定唯一解的附加補充說明條件。包含幾何、物理、時間、邊界。邊界條件分三類：第一類邊界條件：第二類邊界條件：第三類邊界條件：第二十四頁，共62頁。一、導熱傳熱典型幾何形狀物體的穩態導熱平壁導熱：

1、第一類邊界條件圖示：4.2-7、4.2-8、4.2-9公式：4.2-8、4.2-92、第三類邊界條件圖示：4.2-9公式：4.2-10、4.2-113、應用：P75例題6

第二十五頁，共62頁。一、導熱傳熱例題：一雙層玻璃窗由寬1m，高1.2m，厚3mm的玻璃和其中間的厚為5mm空氣間隙組成。設空氣層僅起導熱作用，導熱系數為0.026W/(m?K)，室內外溫度分別為26℃及-11℃，內外表面表面傳熱系數分別為20W/(m2?K)、15W/(m2?K)，試求該玻璃窗的散熱量。解：A=1×1.2=1.2m2,k=1/（1/h1+δ1/λ1+δ2/λ2+δ3/λ3+1/h2）=3.2W/(m2?K)Δt=26-(-11)=37℃,φ=k*A*Δt=141W第二十六頁，共62頁。一、導熱傳熱例題：導熱系數分別為λ1=0.08W/(m?K)，λ2=0.03W/(m?K)的材料，厚度分別為2mm和1mm,中間緊夾一層厚度可以不計的加熱膜,加熱膜的溫度維持在70℃,材料1一側維持在t1=28℃，材料2一側與維持在tf=18℃的表面傳熱系數h為50W/(m2?K)的氣流相通，假設過程為穩態,試計算加熱膜所施加的熱流密度大小。解：材料1側:q1=(t0-t1)/(δ1/λ1)=1680W/m2,材料2側:q2=(t0-tf)/(δ2/λ2+1/h)=975W/m2,

q=q1+q2=2655W/m2第二十七頁，共62頁。一、導熱傳熱圓筒壁導熱

1、第一類邊界條件圖示：4.2-10公式：4.2-12、4.2-132、第三類邊界條件圖示：4.2-10公式：4.2-12、4.2-133、應用：P75例題7第二十八頁，共62頁。二、對流換熱對流1、定義：流體（氣體或液體）中溫度不同的各部分之間，由于發生相對宏觀運動而把熱量由一處傳遞到另一處的現象，又稱熱對流。2、基本公式：牛頓冷卻公式第二十九頁，共62頁。二、對流換熱對流換熱1、定義：流體與溫度不同的固體壁面接觸時所發生的傳熱過程2、特點：①導熱與對流同時存在的復雜過程；②必須有直接接觸面、宏觀運動和溫差；③緊貼壁面會形成速度梯度較大的邊界層。第三十頁，共62頁。二、對流換熱3、影響因素：5方面流動起因和狀態、流體熱物理性質、流體相變、定性溫度與定型尺寸

4、單相流體對流換熱①管內受迫流動換熱②外掠圓管流動換熱5、凝結換熱與沸騰換熱第三十一頁，共62頁。三、輻射傳熱輻射（熱輻射）1、定義：由熱運動產生的，以電磁波（或光子）形式傳遞能量的現象。2、特點：①高于0K的任何物體，就會不停地向周圍空間發出熱輻射；②可在真空中傳播；③伴隨能量形式的轉變；④具有強烈的方向性；⑤輻射能與溫度、波長有關；⑥輻射能取決于溫度的4次方。

3、基本公式：斯蒂芬-波爾茲曼定律第三十二頁，共62頁。三、輻射傳熱輻射換熱：1、定義：物體間靠熱輻射進行的熱量傳遞2、特點：①不需要冷熱物體直接接觸；②先有熱能變為電磁波而后變為熱能；③物體相互間輻射能量，最終熱能由高溫物體傳到低溫物體

3、基本概念黑體、輻射力、單色輻射力、角系數第三十三頁，共62頁。三、輻射傳熱

4、基本定律

①普朗克定律：描述黑體輻射能量沿波長分布的規律。

②斯蒂芬-玻爾茲曼定律：描述黑體輻射力隨溫度的變化規律。

③蘭貝特定律：描述黑體輻射能量沿半球空間方向的變化規律。

④基爾霍夫定律：描述單色定向發射率與單色定向吸收率的變化規律第三十四頁，共62頁。四、傳熱過程分析與換熱器計算通過肋壁的傳熱強化傳熱與削弱傳熱的方法

1、強化傳熱定義：方法：7種。擴展傳熱面；改變流動狀態；改變流動物性；改變表面狀況：增加粗糙度、改變表面狀況；改變換熱面積形狀和大小；改變能量傳遞方式；靠外力產生振蕩。第三十五頁，共62頁。四、傳熱過程分析與換熱器計算2、削弱傳熱定義：方法：2種

覆蓋絕緣材料；改變表面狀況。

對數平均溫差用于換熱器設計計算

第三十六頁，共62頁。第三節流體力學第三十七頁，共62頁。第三節知識結構一、流體力學重點：流體靜力學基本方程、流體動力學方程及流體阻力計算二、泵與風機重點：性能參數、運行調節第三十八頁，共62頁。一、基本概念流體：是一種受任何微小剪切力作用都能連續變形的物質。特征：流動性、易變形。性質：4種

①壓縮性與膨脹性

②粘性：流體內部產生的摩擦阻力，μ動力黏度。實驗證實:F=μAU/h，A面積，U速度，h板間距壓強：氣體和液體粘性隨壓強的變化很小溫度：升高氣體粘性增大，液體粘性減小

③表面張力和毛細力

④作用力第三十九頁，共62頁。一、基本概念例題：動力黏度μ=0.065N·s/m2的油充滿在活塞和氣缸間隙中，氣缸直徑D=12mm，間隙δ=0.4mm，活塞長度L=14cm，如對活塞施以F=8.6N的力，使其勻速運動。求活塞運動速度。解：活塞勻速運動說明：F等于摩擦阻力

F=μAU/h，A=π（D-2δ）L=0.05243m2h=δ=0.0004m,μ=0.065N·s/m2,F=8.6NU=Fδ/(μA)=1.0095m/s第四十頁，共62頁。二、流體靜力學適用范圍：理想流體和黏性流體靜壓強特性1、方向與作用面相垂直，并指向內法線方向2、靜止流體任一點壓強與作用面在空間方向無關靜力學方程:1、公式4.3-6位勢能+壓強勢能=常數

2、方程應用:P100例題2第四十一頁，共62頁。三、流體動力學連續性方程：公式4.3-15定常流動兩截面間流體質量不變動量方程：公式4.3-17伯努利方程：能量守恒定律流體力學的應用

1、公式4.3-18動能+位勢能+壓強勢能=機械能=常數

2、伯努利方程應用：P103例題3第四十二頁，共62頁。四、流動阻力和能量損失產生原因：實際流體存在粘性，流動中產生摩擦阻力，為了克服摩擦阻力，流體中一部分機械能不可逆地損失掉流動阻力和損失：2部分1、沿程阻力與沿程損失

2、局部阻力與局部損失流動狀態：1、層流和紊流：2、判據：雷諾數公式4.3-23圓管的臨界雷諾數Recr=2000第四十三頁，共62頁。四、流動阻力和能量損失流體阻力計算

1、沿程阻力：計算公式：公式4.3-20

沿程阻力系數計算：

2、局部阻力：計算公式：公式4.3-21

局部阻力系數計算：

3、總阻力：總阻力=沿程損失+局部損失4、簡單管道流動計算：P108例題4第四十四頁，共62頁。五、不可壓縮流體的二維流動邊界層

1、概念:

2、區分判據：雷諾數Rex=5×105繞流物體的阻力

1、壓差阻力：作用在物體表面法向應力在來流方向的分力總和。

2、摩擦阻力：作用在物體表面切向應力在來流方向的分力總和。第四十五頁，共62頁。七、泵與風機分類及工作原理主要性能參數流量、揚程、功率、轉速、汽蝕余量、損失效率性能曲線：3種流量與揚程、流量與軸功率、流量與效率運行調節并聯與串聯運行工況調節：3種方法，P118選型第四十六頁，共62頁。七、泵與風機例題：離心泵裝置泵系統，已知該泵的靜揚程（幾何給水高度）H=15m，管道總阻抗S=72000s2/m5，當水泵的流量qv=6.50L/s時，求水泵的揚程。解：由題意知：水泵的揚程

H=(p1-p2)/(ρg)+Hz+h1=H1+Sq2=18.04m第四十七頁，共62頁。第四節熱工測量技術第四十八頁，共62頁。第四節知識結構基本知識實際應用中的測量誤差分析及數據處理第四十九頁，共62頁。一、基本知識測量方法：分類被測參數：儀表組成：測量范圍和儀表精度：

1、量程或測量范圍：儀表或測量系統所能測量的最大輸入量與最小輸入量間的范圍2、儀表精度：測量結果與被測量真值相一致的程度3、儀表精度等級：儀表可能產生的最大誤差與儀表量程之比第五十頁，共62頁。二、實際應用中的測量溫度、壓力、流速、流量、氣體成分

液位、轉速和功率、濕度、煤量第五十一頁，共62頁。溫度測量溫度計分類精度測溫原理使用溫度范圍接觸式膨脹式壓力式溫度計±（1.5%~2.5%）利用液體（水銀、酒精）或固體（雙金屬片）受熱產生膨脹的特性－80~500℃雙金屬溫度計±（1%~2.5%）－100~600℃水銀溫度計±（0.1%~1%）－38~356℃有機液體溫度計±（0.1%~2.5%）－100~100℃電阻式鉑電阻溫度計±（0.1%~0.3%）利用導體或半導體受熱其電阻值變化的性質13.81~961.78K銅電阻溫度計±（0.1%~0.3%）－50~150℃銠鐵電阻溫度計±（0.001~0.01）K0.1~273K鍺電阻溫度計±（0.002~0.02）K0.015~100K鎳電阻溫度計±（0.2%~0.5%）－60~180℃碳電阻溫度計±0.01K70K以下至mK熱敏電阻溫度計±（0.3%~1.5%）－40~150℃第五十二頁，共62頁。溫度測量熱電偶式銅—康銅±（0.4%~1.5%）利用物體的熱電性質－200~400℃鉑銠—鉑±（0.25%~0.5%）0~1800℃鎳鉻—銅鎳（康銅）±（0.4%~1.5%）－40~800℃鎳鉻—鎳硅（鋁）±（0.4%~1.5%）0~1300℃輻射式全輻射高溫計————利用物體輻射能隨溫度變化的性質700~2000℃光學高溫計±（20~80）℃700~2000℃比色高溫計±（0.5%~1.5%）800~2000℃紅外溫度計±（0.5%~1.5%）100~700℃第五十三頁，共62頁。壓力測量類型測量范圍(Pa)精確度優缺點主要用途液柱式壓力計0～2.66×105（0~2000mmHg）0.51.01.5結構簡單，使用方便，但測量范圍窄，只能測量低壓或微壓，易損壞用來測量低壓及真空，或作壓力標準計量儀器彈性式壓力表-105～109（-1～10000kgf/cm2)精密：0.2、0.250.35、0.5一般：1.0、1.52.5測量范圍寬,結構簡單，使用方便，價格便宜，可制成電氣遠傳式，廣泛使用用來測量壓力及真空，可就地指示,也可集中控制,具有記錄、發信報警遠傳性能電氣壓力表7×102～5×108（7×10-3～5×103kgf/cm2)0.2～1.5測量范圍廣,便于遠傳和集中控制用來測量壓力需要遠傳和集中控制的場合活塞式壓力表-105～2.5×1055×106～2.5×108（-1～2.5至50～2500kgf/cm2）一等：0.02二等：0.05三等：0.2測量精確度高,但結構復雜，價格較貴用來檢定精密壓力表和普通壓力表第五十四頁，共62頁。流量測量類型名稱輸出信號形式適用流體及其參數界限主要技術特性流體種類壓力MPa溫度℃雷諾數精度%適用管徑mm壓力損失容積型橢圓齒輪流量計腰輪流量計刮板流量計轉速液、氣6.4360不限±(0.2～0.5)10～500速度型節流式標準孔板標準噴嘴標準文丘里管差壓液、氣蒸汽326005000～8000>2000>3000±1.5±(1.0～2.0)±(1.5～4.0)50～10050～600150～400大中小動壓式皮托管差壓液、氣32600>2000±(1.5～4.0)100～1600很小轉子式玻璃轉子流量計金屬轉子流量計轉子位置液、氣1.62.5120400>10000±2.54～150中靶式流量計力液、氣6.4400<2000±5.015～250大渦輪流量計轉速液、氣32150±(0.1～0.5)4～600中渦街流量計頻率液、氣32400104～106±1.516～1600較小電磁流量計電動勢導電液1.660±1.525～400無超聲波流量計電壓液6.4120流速>0.02m/s±1>10無第五十五頁，共62頁。三、誤差分析及數據處理誤差:測量結果與真值之間的差值誤