華科熱力學(xué)簡要復(fù)習(xí)及例子

1、2021-8-7 Slide 2 2-7 穩(wěn)定流動(dòng)能量方程應(yīng)用舉例 s 2 2/wzgchq 熱力學(xué)問題經(jīng)?？珊雎詣?dòng)、位能變化熱力學(xué)問題經(jīng)?？珊雎詣?dòng)、位能變化 例：例：c1 = 1 m/s c2 = 30 m/s (c22 - c12) / 2 = 0.449 kJ/ kg z1 = 0 m z2 = 30 m g ( z2 - z1) = 0.3 kJ/kg 1bar下下, 0 oC水的水的 h1 = 84 kJ/kg 100 oC水蒸氣水蒸氣的的 h2 = 2676 kJ/kg s qhw Slide 3 例1：透平(Turbine)機(jī)械 火力發(fā)電火力發(fā)電 核電核電 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)

2、輪船發(fā)動(dòng)機(jī)輪船發(fā)動(dòng)機(jī) 移動(dòng)電站移動(dòng)電站 燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī) 蒸汽輪機(jī)蒸汽輪機(jī) Slide 4 透平(Turbine)機(jī)械 s qhw 1) 體積不大體積不大 2）流量大）流量大 3）保溫層）保溫層 q 0 ws = -h = h1 - h20 輸出的軸功是靠焓降轉(zhuǎn)變的輸出的軸功是靠焓降轉(zhuǎn)變的 Slide 5 例2：壓縮機(jī)械 火力發(fā)電火力發(fā)電 核電核電 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 輪船發(fā)動(dòng)機(jī)輪船發(fā)動(dòng)機(jī) 移動(dòng)電站移動(dòng)電站 壓氣機(jī)壓氣機(jī) 水泵水泵 制冷制冷 空調(diào)空調(diào) 壓縮機(jī)壓縮機(jī) Slide 6 壓縮機(jī)械 s qhw 1) 體積不大體積不大 2）流量大流量大 3）保溫層保溫層 q 0 ws = -h = h

3、1 - h20 輸入的軸功轉(zhuǎn)變?yōu)殪噬斎氲妮S功轉(zhuǎn)變?yōu)殪噬?Slide 7 例3：換熱設(shè)備 火力發(fā)電：火力發(fā)電：鍋爐、凝汽器鍋爐、凝汽器 核電：核電： 熱交換器、凝汽器熱交換器、凝汽器 制冷制冷 空調(diào)空調(diào) 蒸發(fā)器、冷凝器蒸發(fā)器、冷凝器 Slide 8 換熱設(shè)備 熱流體放熱量：熱流體放熱量： 沒有作功部件沒有作功部件 s qhw s 0w 21 qhhh 21 0qhhh 冷流體吸熱量：冷流體吸熱量： 21 0qhhh 焓變焓變 Slide 9 例4：噴管和擴(kuò)壓管 火力發(fā)電火力發(fā)電 蒸汽輪機(jī)靜葉蒸汽輪機(jī)靜葉 核電核電 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 輪船發(fā)動(dòng)機(jī)輪船發(fā)動(dòng)機(jī) 移動(dòng)電站移動(dòng)電站 壓氣機(jī)靜葉壓氣機(jī)靜

4、葉 Slide 10 噴管和擴(kuò)壓管 噴管目的：噴管目的： 壓力降低，速度提高壓力降低，速度提高 擴(kuò)壓管目的：擴(kuò)壓管目的： 動(dòng)能與焓變相互轉(zhuǎn)換動(dòng)能與焓變相互轉(zhuǎn)換 速度降低，壓力升高速度降低，壓力升高 動(dòng)能參與轉(zhuǎn)換，不能忽略動(dòng)能參與轉(zhuǎn)換，不能忽略 s 0w 0q s 2 2/wzgchq 2 1 2 ch 0zg Slide 11 例5：絕熱節(jié)流 管道閥門管道閥門 制冷制冷 空調(diào)空調(diào) 膨脹閥、毛細(xì)管膨脹閥、毛細(xì)管 Slide 12 絕熱節(jié)流 絕熱節(jié)流過程，前后絕熱節(jié)流過程，前后h不變不變，但，但h不是處處相等不是處處相等 h1h2 s qhw 沒有作功部件沒有作功部件 s 0w 絕熱絕熱 0q 0

5、h 12 hh Slide 13 第二章 小結(jié) 1 1、本質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律、本質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律 進(jìn)進(jìn) - - 出出 = = 內(nèi)能增量內(nèi)能增量 Slide 14 2 out cv out 2 innet in d/2 /2 QEhcgzm hcgzmW 通用式通用式2 2、熱一律表達(dá)式：、熱一律表達(dá)式： cvnet 2 out out 2 in in d /2 /2 QEW hcgzm hcgzm Slide 15 穩(wěn)流：穩(wěn)流： mmm inoutdEcv / = 0 s 2 2/wzgchq t qhw 2 out cv out 2 innet in d/ 2 / 2 QEhcgz

6、m hcgzmW 通用式通用式 Slide 16 閉口系：閉口系： outin0mm 2 out cv out 2 innet in d/2 /2 QEhcgzm hcgzmW 通用式通用式 net cv d/QEW QdEW Slide 17 2 out cv out 2 innet in d/2 /2 QEhcgzm hcgzmW 通用式通用式 循環(huán)循環(huán) dEcv = 0 netQW QW out = in Slide 18 孤立系：孤立系： 2 out cv out 2 innet in d/2 /2 QEhcgzm hcgzmW 通用式通用式 netoutin0QWmm 0 iso d

7、E Slide 19 qdupdvdhvdp 3 3、可逆過程下兩個(gè)熱力學(xué)微分關(guān)系式、可逆過程下兩個(gè)熱力學(xué)微分關(guān)系式 適合于閉口系統(tǒng)和穩(wěn)流開口系統(tǒng)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后續(xù)很多式子基于此兩式 Slide 20 4 4、u u與與 h h U U, , H H 廣延廣延參數(shù)參數(shù) u u, , h h 比參數(shù)比參數(shù) U U 系統(tǒng)本身具有的內(nèi)部能量系統(tǒng)本身具有的內(nèi)部能量 H H 不是系統(tǒng)本身具有的能量，不是系統(tǒng)本身具有的能量， 而是開口系中隨工質(zhì)流動(dòng)而攜帶的，取決而是開口系中隨工質(zhì)流動(dòng)而攜帶的，取決 于狀態(tài)參數(shù)的能量于狀態(tài)參數(shù)的能量 Slide 21 5 5、四種功的關(guān)

8、系、四種功的關(guān)系 準(zhǔn)靜態(tài)下準(zhǔn)靜態(tài)下 2 t 1 2 s wcgzw () t wpvw t wvdp wpdv 2021-8-7 22 例例2-7幾股流體幾股流體匯合匯合成一股流體稱為成一股流體稱為合流合流，如圖，如圖2-12所示。所示。 工程上幾臺(tái)壓氣機(jī)同時(shí)向主氣道送氣，以及混合式換熱工程上幾臺(tái)壓氣機(jī)同時(shí)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和和3-3截面之間的空間為控制體積，列出能量方程式，截面之間的空間為控制體積，列出能量方程式， 并導(dǎo)出出口截面上焓值并導(dǎo)出出口截面上焓值h3的計(jì)算式。的計(jì)

9、算式。 舉例舉例 圖圖2-12. 2-12. 合流合流 答：答：認(rèn)為合流過程是一種認(rèn)為合流過程是一種絕熱絕熱、 設(shè)備設(shè)備不作功不作功的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，并的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，并 忽略忽略流體的流體的宏觀動(dòng)能宏觀動(dòng)能和和重力位能重力位能。 對(duì)所定義的系統(tǒng)對(duì)所定義的系統(tǒng) ，由，由多股入流、多股入流、 出流出流的瞬時(shí)率形式穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量的瞬時(shí)率形式穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量 方程方程 2021-8-7 23 m i i n i Wmgzch mgzchQ 1 ,shaftiin, 2 1 iout, 2 ) 2 1 ( ) 2 1 ( 應(yīng)有能量平衡應(yīng)有能量平衡 332211 nm inout 0)()( hmhmhm mh

10、hm 對(duì)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流有對(duì)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流有 inout mm 213 mmm 因此因此 21 2211 3 2211 3 mm hmhm m hmhm h Slide 24 某國能源部計(jì)劃在2000一2020年間建新電站總?cè)萘繛?50000MW。 一種可能是燒煤，燒煤電站的建造費(fèi)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(jià)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(bǔ)其建造費(fèi)用，則煤價(jià)應(yīng)是多少(美元t)？3年則又如何？ 2-15 IGCC的工藝過程如下：煤經(jīng)氣

11、化成為中低熱值煤氣，經(jīng)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?xì)廨啓C(jī)的燃燒室燃燒，加熱氣體工質(zhì)以驅(qū)動(dòng)燃 氣透平作功，燃?xì)廨啓C(jī)排氣進(jìn)入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)作功。 IGCC技術(shù) 把高效的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)與潔凈的煤氣化技術(shù)結(jié)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(shù)。 在目前技術(shù)水平下，IGCC發(fā)電的凈效率可達(dá) 43%45%，今后可望達(dá)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(dá)99%， 二氧 化硫排放在25mg/Nm3左右。（目前國家二氧化硫?yàn)?200mg/Nm3），氮

12、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(hù)。 總發(fā)電量總發(fā)電量： 若為燃煤方案，需煤若為燃煤方案，需煤： 若為若為IGCC，需煤：，需煤： 因此每年節(jié)煤：因此每年節(jié)煤： ststMcoal/8 .15/ 108 . 2%34 105 . 1 7 8 . KW105 . 1 8 ststMcoal/9 .11/ 108 . 2%45 105 . 1 7 8 . t1023. 1243653600)9 .118 .15( 8 5年節(jié)煤年節(jié)煤 3年節(jié)煤年節(jié)煤 采用燃煤方案，建造費(fèi)：采用燃煤方案，建造費(fèi)： 采用采用IGCC方案，建造費(fèi)：方案，建造費(fèi)： 若

13、若5年：年： 若若3年：年： t 8 1015. 6 t 8 1069. 3 $1095. 11300105 . 1 118 US $1025. 21500105 . 1 118 US $811069. 3/10)95. 125. 2( 811 US $491015. 6/10)95. 125. 2( 811 US Slide 27 圖 2- 23所示的是一面積為3 m2的太陽能集熱器板。在集熱器板的每平方米上，每小 時(shí)接受太陽能1700 kJ，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(dòng)、位能的變化，求水流過集熱器板的質(zhì)量流量。若 在30min內(nèi)需要提供70的熱水0.13 m3，則需多少個(gè)集熱器板？已知70 水的比體積 v=0.001023 m3/kg。 2-16 2-16 每個(gè)集熱板的熱