《工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)》培訓(xùn)課程(1日)

1、工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)與與傳熱學(xué)傳熱學(xué)授課教師：景朝暉授課教師：景朝暉武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院動(dòng)力系武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院動(dòng)力系火電廠基本生產(chǎn)過程 o鍋爐：鍋爐： o燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成水蒸氣的熱能o汽輪機(jī)：汽輪機(jī)：o水蒸氣的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能o發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)：o機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能.本課程主要內(nèi)容 o熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換及熱量的傳遞熱量的傳遞是發(fā)電廠熱力設(shè)備中的主要工作過程。 o？能量的轉(zhuǎn)換必須遵循哪些規(guī)律能量的轉(zhuǎn)換必須遵循哪些規(guī)律？o？熱量的傳遞又受到哪些因素的影響熱量的傳遞又受到哪些因素的影響？o？電廠中的能量轉(zhuǎn)換和熱量傳遞如何電廠中的能量轉(zhuǎn)換和熱量傳遞如何在最有利的條件下進(jìn)行在最有利的

2、條件下進(jìn)行？o？怎樣提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性怎樣提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性 ？本課程培訓(xùn)提綱o一、熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)o二、比熱容o三、水蒸氣的熱力性質(zhì)o四、火電廠蒸汽動(dòng)力循環(huán)及其熱效率分析o五、導(dǎo)熱o六、對(duì)流換熱o七、熱輻射o八、傳熱與換熱器一、熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)o熱力學(xué)狀態(tài)：熱力學(xué)狀態(tài)：工質(zhì)在某一瞬間呈現(xiàn)的宏觀物理狀態(tài)。o狀態(tài)參數(shù)：狀態(tài)參數(shù)：描述系統(tǒng)所處狀態(tài)的宏觀物理量。o狀態(tài)參數(shù)的特點(diǎn)：狀態(tài)參數(shù)的特點(diǎn)：o數(shù)值大小僅取決于給定的狀態(tài)；參數(shù)變化量僅取決于初、終狀態(tài)。o（1）比體積）比體積o（2）溫度）溫度o（3）壓力）壓力o（4）內(nèi)能）內(nèi)能o（5）焓）焓o（6）熵）熵（1）比體積o定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)所占有的體積。o

3、符號(hào)：vo單位：m3/kgo 顯然，比容和密度之間互為倒數(shù)。（2）溫度o描述系統(tǒng)冷、熱狀況的狀態(tài)參數(shù)，標(biāo)志物體內(nèi)部分子無序運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。o溫度的高低通常用溫標(biāo)來表示，常用的溫標(biāo)有：o攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)：o 符號(hào)為t、單位。1960年國際計(jì)量會(huì)議把水的三相點(diǎn)定為273.16K，0.01。o熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)（熱力學(xué)溫度或絕對(duì)溫度）：它可作為標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)，一切經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)均可以用此溫標(biāo)來校正。它的符號(hào)為T，單位為K(稱“開爾文”)。ot（）=T（K）273.15（3）壓力o壓力的定義：壓力的定義：?jiǎn)挝幻娣e上所承受的垂直作用力。根據(jù)分子單位面積上所承受的垂直作用力。根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)論，氣體的壓力是分子

4、運(yùn)動(dòng)撞擊在單位面積上呈現(xiàn)的平均作用力。運(yùn)動(dòng)論，氣體的壓力是分子運(yùn)動(dòng)撞擊在單位面積上呈現(xiàn)的平均作用力。o壓力的測(cè)量：壓力的測(cè)量：表壓與真空表壓與真空 o壓力的單位：壓力的單位：o大氣壓力：大氣壓力：o （工程大氣壓（工程大氣壓 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）實(shí)例 o1、已知爐膛負(fù)壓為、已知爐膛負(fù)壓為20Pa，當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽楫?dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.1MPa，則爐膛內(nèi)絕對(duì)壓力為多少？則爐膛內(nèi)絕對(duì)壓力為多少？o2、汽包壓力：、汽包壓力：Lb4D1012o(P112)o3、 凝汽器真空：凝汽器真空：Lb4D2019 o(P114)（4）內(nèi)能（熱力學(xué)能）o定義定義：熱力學(xué)能是指組成熱力系的大量微觀粒子本身所具有的

5、能量。熱力學(xué)能是指組成熱力系的大量微觀粒子本身所具有的能量。它包括兩部分：一是分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，稱為內(nèi)動(dòng)能；二是分子之間它包括兩部分：一是分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，稱為內(nèi)動(dòng)能；二是分子之間由于相互作用力所形成的位能，稱為內(nèi)位能。由于相互作用力所形成的位能，稱為內(nèi)位能。o符號(hào)與單位符號(hào)與單位：oU表示表示mkg工質(zhì)的熱力學(xué)能，單位是工質(zhì)的熱力學(xué)能，單位是J或或KJ ou表示表示1kg工質(zhì)的熱力學(xué)能工質(zhì)的熱力學(xué)能 單位是單位是J/kg或或KJ/kg。ou=f(T,v)u=f(T,v)（5）焓）焓o推動(dòng)功 pvuhpv焓是工質(zhì)流經(jīng)開口系時(shí)所攜帶的總能量中取焓是工質(zhì)流經(jīng)開口系時(shí)所攜帶的總能量中取決于熱力學(xué)狀態(tài)

6、的那部分能量。決于熱力學(xué)狀態(tài)的那部分能量。如果工質(zhì)的動(dòng)能和位能可以忽略不計(jì)，則焓如果工質(zhì)的動(dòng)能和位能可以忽略不計(jì)，則焓表示隨工質(zhì)流動(dòng)而轉(zhuǎn)移的總能量。表示隨工質(zhì)流動(dòng)而轉(zhuǎn)移的總能量。 （6）熵）熵21TdsqTqds2121pdvw熵（熵（S）：）：狀態(tài)參數(shù)，是可逆過程熱量傳遞的標(biāo)志性參數(shù)。熵增大,系統(tǒng)吸熱；熵減小，系統(tǒng)放熱。 二、比熱容o（1 1）比熱容的定義）比熱容的定義 o單位物量的物質(zhì)溫度升高（或降低）1K，所加入（或放出）的熱量稱為該物體的比熱容。 o（2 2）影響比熱容的因素）影響比熱容的因素o過程特性對(duì)比熱容的影響oCpcv o溫度對(duì)比熱容的影響 三、水蒸氣的熱力性質(zhì)o（1）定壓下水

7、蒸氣的形成過程o（2）水蒸氣定壓加熱過程在p-v圖和T-s圖上的表示o（3）水蒸氣的p-v圖與T-s圖o（4）火電機(jī)組中給水在鍋爐內(nèi)吸收的總熱量的分布o(jì)（5 ）水蒸氣的焓熵圖（1）定壓下水蒸汽的形成過程液體熱、汽化熱、過熱熱 （2）水蒸氣定壓加熱過程在p-v圖和T-s圖上的表示o濕蒸汽的干度oxo過熱蒸汽的過熱度oD （3）水蒸氣的p-v圖與T-s圖o一點(diǎn)、兩線、三區(qū)、五態(tài) （4）火電機(jī)組中給水在鍋爐內(nèi)吸收的總熱量的分布o(jì)火電機(jī)組中，給水在鍋爐內(nèi)吸收的液體熱主要在省煤器內(nèi)吸收，汽化熱主要在水冷壁內(nèi)吸收，過熱熱則在過熱器內(nèi)吸收。o當(dāng)壓力升高時(shí)，液體熱和過熱熱所占的比例增大，汽化熱所占的比例縮小，

8、則鍋爐的蒸發(fā)受熱面減少，預(yù)熱受熱面和過熱受熱面增大。（5 ）水蒸氣的焓熵圖o定壓線群o定容線群o定溫線群o定干度線群 練習(xí)oLa1C2003(P78)oLb4F4003(P179)oLb1A3111(P41)四、火電廠蒸汽動(dòng)力循環(huán)及其熱效率分析o（1）熱力學(xué)第二定律的表述o不可能制造出一種循環(huán)工作的熱機(jī)，它從單一熱源吸熱，使之全部轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它任何變化。（2）循環(huán)的熱效率12121101QQQQQQWt（3）卡諾循環(huán)o1-2為可逆定溫吸熱過程o2-3為可逆絕熱膨脹過程o3-4為可逆定溫放熱過程o4-1為可逆絕熱壓縮過程 1210,1TTqwct（4）實(shí)際熱力循環(huán)o對(duì)于實(shí)際的熱力循環(huán)，

9、在可能的條件下，盡量提高工質(zhì)的平均吸熱溫度、降低工質(zhì)的平均放熱溫度，是提高循環(huán)熱效率的根本途徑；o盡量減少循環(huán)中的各種不可逆損失也是提高循環(huán)熱效率的重要方法。 練習(xí)o某種工質(zhì)在2000K的高溫?zé)嵩磁c300K的低溫?zé)嵩撮g進(jìn)行熱力循環(huán)。循環(huán)中1kg工質(zhì)從高溫?zé)嵩次崃?00kJ，求o (1)此熱量最多可轉(zhuǎn)變成多少功?熱效率為多少？o (2)若該工質(zhì)雖在T1、T2下可逆吸熱、放熱，但在膨脹過程中內(nèi)部存在摩擦，使循環(huán)功減少5kJ，此時(shí)的熱效率又為多少？o (3)若吸熱過程中工質(zhì)與高溫?zé)嵩创嬖?25K的溫差，循環(huán)中其它過程與(1)相同，則此循環(huán)中1OOkJ的熱量可轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗌俟?？熱效率又將為多少？火電廠

10、熱力循環(huán)理論熱效率分析o火電廠熱力循環(huán)：o高溫?zé)嵩矗t膛內(nèi)煙氣）溫度為15001500左右左右o低溫?zé)嵩矗鲀?nèi)冷卻水）溫度2020左右左右o在上述溫度范圍內(nèi)工作的卡諾循環(huán)的熱效率計(jì)算：o國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)組，蒸汽最高壓力為17Mpa，蒸汽最高溫度為565,循環(huán)中平均加熱溫度只有280280 。o凝汽器內(nèi)蒸汽壓力為0.005Mpa，冷卻水溫度受環(huán)境溫度的限制，循環(huán)中的平均放熱溫度為3030左右。o實(shí)際熱力循環(huán)的理論熱效率僅為45%左右。o實(shí)際循環(huán)還存在著各種不可逆損失，其熱效率更低。%5 .832731500273201121,TTct問題：o試指出下列循環(huán)熱效率公式各自適用的范圍。o

11、La4D2002(P109)oLa4D4005(P110)oLa1D2049(P124)121QQt121TTt（5）飽和蒸汽的卡諾循環(huán)與朗肯循環(huán)o在2-3定溫放熱過程中，蒸汽只能部分凝結(jié)，3點(diǎn)處于濕蒸汽區(qū)，而濕蒸汽的比體積很大，對(duì)其進(jìn)行絕熱壓縮一方面需要尺寸龐大的壓縮機(jī)，另一方面耗功也很大。o1-2絕熱膨脹過程的終態(tài)蒸汽濕度很大，對(duì)汽輪機(jī)末幾級(jí)的葉片侵蝕嚴(yán)重，危及汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。汽輪機(jī)一般要求 作 功 后 的 排 汽 干 度 不 小 于0.850.88。o卡諾循環(huán)只可以應(yīng)用于飽和蒸汽區(qū)域，這使得可利用的溫差不大，導(dǎo)致循環(huán)熱效率不高。（5）飽和蒸汽的卡諾循環(huán)與朗肯循環(huán)（6）朗肯循環(huán)的裝置示意

12、圖和T-s圖o4-1過程過程：鍋爐及過熱器中的定壓加熱過程。分三個(gè)階段進(jìn)行：未飽和水先定壓預(yù)熱成飽和水（4-5段），溫度升高，比體積、熵都增加；飽和水定壓定溫汽化成干飽和蒸汽（5- 6段），熵增加，比體積也增加；干蒸汽定壓加熱成過熱蒸汽（6-1段），比體積、溫度、熵都增加。o1-2過程過程：過熱蒸汽在汽輪機(jī)中的絕熱膨脹過程。壓力降，比體積增加，熵不變，工質(zhì)對(duì)外作功。o2-3過程過程：乏汽在凝汽器中的定壓放熱凝結(jié)過程。比體積減小，熵減小，溫度不變。乏汽凝結(jié)成飽和水。o3-4過程過程：水在水泵內(nèi)的絕熱壓縮過程，壓力升。由于水的壓縮性很小，比體積基本上不變。溫度的升高可以忽略不計(jì)。在T-s圖上，3、

13、4兩點(diǎn)幾乎重合。（7）朗肯循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)o熱效率：o1kg工質(zhì)在循環(huán)中所作的有用功與1kg工質(zhì)從熱源所吸收的熱量之比。o汽耗率d ：o每產(chǎn)生1kWh的功（3600kJ）需要消耗的蒸汽量。（8）蒸汽參數(shù)對(duì)循環(huán)熱效率的影響（初溫） o提高初溫提高初溫，循環(huán)熱效率將得以提高o還可提高汽輪機(jī)汽輪機(jī)排汽的干度o提高初溫要受到金屬材料耐熱性能的限制 （8）蒸汽參數(shù)對(duì)循環(huán)熱效率的影響（初壓） o提高初壓提高初壓，循環(huán)熱效率將得以提高o汽輪機(jī)的排汽干度降低 （8）蒸汽參數(shù)對(duì)循環(huán)熱效率的影響（乏汽壓力） o降低乏汽壓力降低乏汽壓力，循環(huán)熱效率將得以提高o乏汽壓力的降低要受到環(huán)境溫度的限制o乏汽壓力的降低會(huì)引

14、起乏汽干度降低 （9）回?zé)嵫h(huán) o利用汽輪機(jī)中作過功的部分蒸汽來加熱給水，將給水溫度提高后再送入鍋爐，以減少工質(zhì)在低溫段的對(duì)外吸熱，從而提高循環(huán)的平均吸熱溫度，達(dá)到提高循環(huán)熱效率的目的。回?zé)嵫h(huán)的裝置系統(tǒng)圖和T-s圖 1-0過程過程為1 kg新蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的絕熱膨脹過程；0-2過程過程為（1-）kg蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的絕熱膨脹過程；2-3過程過程為（1-）kg乏汽在凝汽器內(nèi)的定壓放熱過程；3-4過程過程為（1-）kg凝結(jié)水在凝結(jié)水泵內(nèi)的絕熱壓縮過程；4-0過程過程為（1-）kg凝結(jié)水在回?zé)峒訜崞鲀?nèi)的定壓加熱過程；0-0過程過程為kg抽汽在p0壓力下在回?zé)峒訜崞鲀?nèi)的定壓放熱凝結(jié)過程；0-F過程過程

15、為1kg給水在水泵內(nèi)的絕熱壓縮過程；F-5-6-1過程過程為1kg給水在鍋爐內(nèi)的定壓加熱過程。 問題：o1。為什么蒸汽動(dòng)力裝置的基本循環(huán)用朗肯循環(huán)而不用卡諾循環(huán)？為什么蒸汽動(dòng)力裝置的基本循環(huán)用朗肯循環(huán)而不用卡諾循環(huán)？o2。蒸汽的初、終參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)的熱效率有何影響？提高初參數(shù)和降低。蒸汽的初、終參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)的熱效率有何影響？提高初參數(shù)和降低終參數(shù)分別受到哪些限制？終參數(shù)分別受到哪些限制？o3?；?zé)崾鞘裁匆馑?？為什么抽汽回?zé)崮芴岣哐h(huán)的熱效率？?；?zé)崾鞘裁匆馑迹繛槭裁闯槠責(zé)崮芴岣哐h(huán)的熱效率？oLa4A1004 (P25) La2A2034(P30)oLa3A2031(P29) Jd3A21

16、34(P44) oLb1A3105(P40) Jd4A3133(P44)oJd3D5086(P139)oLb1D2043（P121） Lb1D2042（P121） 傳熱學(xué)o凡有溫差的地方，就有熱量的傳遞。o熱量傳遞可以發(fā)生在物體內(nèi)部、接觸物體之間和非接觸物體之間。o為學(xué)習(xí)和研究的方便，我們將熱量傳遞分為三種基本方式：導(dǎo)熱、熱對(duì)流和熱輻射。o實(shí)際的傳熱過程往往是這三種基本方式的復(fù)雜組合。五、導(dǎo)熱o導(dǎo)熱是指同一物體內(nèi)部或直接接觸的不同物體之間由于溫差而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。o導(dǎo)熱的物理本質(zhì)：導(dǎo)熱的物理本質(zhì)： o物體中溫度較高的微粒具有較大的動(dòng)能，將其一部分能量轉(zhuǎn)移給溫度較低的動(dòng)能較小的微粒.(1)熱

17、導(dǎo)率 o熱導(dǎo)率是表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力大小的一個(gè)物性參數(shù)。熱導(dǎo)率的值越大，表示其導(dǎo)熱性能越好。o熱導(dǎo)率是工程設(shè)計(jì)中合理選用材料的重要依據(jù)，其大小主要取決于物質(zhì)的種類和溫度。o不同物質(zhì)的熱導(dǎo)率相差很大。o金屬 非金屬 液體 氣體o一般情況下：o金屬熱導(dǎo)率的范圍是36.4458.2W/(mK)o液體熱導(dǎo)率的范圍是0.10.7W/(mK)o氣體的熱導(dǎo)率的范圍是0.0060.6W/( mK)(2)保溫材料（絕熱材料）o我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡平均溫度不高于我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡平均溫度不高于350時(shí)熱導(dǎo)率不大于時(shí)熱導(dǎo)率不大于0.12 W/(mK)的材料稱為保溫材料或絕熱材料。的材料稱為保溫材料或絕熱材料。 o保溫

18、材料都是多孔性結(jié)構(gòu)材料，孔隙內(nèi)充滿了熱導(dǎo)率小的空氣，因孔隙很小，限制了空氣的流動(dòng)，空氣幾乎只有導(dǎo)熱作用，使多孔性材料具有較小的熱導(dǎo)率。o石棉、礦渣棉、硅藻土、膨脹珍珠巖和超細(xì)玻璃棉等等都是發(fā)電廠普遍采用的輕質(zhì)保溫材料。o多孔性保溫材料若受潮，則材料中原來被空氣所占據(jù)的空隙將部分地被水占據(jù)，因水的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣，因而使材料的熱導(dǎo)率明顯升高。 (3)熱流密度 o單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的導(dǎo)熱量稱為熱流密度。o用符號(hào)q表示，其單位為W/m2。(4)平壁的穩(wěn)定導(dǎo)熱 tq導(dǎo)熱熱阻 (4)平壁的穩(wěn)定導(dǎo)熱o串聯(lián)過程的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)的局部熱阻之和 33221141wwttq例題o已知鋼板、水垢及灰垢的熱

19、導(dǎo)率各為46.4 W/(mK)、1.16 W/(mK)及0.116W/(mK)，試比較1mm厚鋼板、水垢及灰垢的導(dǎo)熱熱阻。 WKmrd/1016. 24 .46101253WKmrd/1062. 816. 1101243WKmrd/1062. 8116. 0101233鋼板水垢灰垢問題：oLa4D3003(P109)oLb1D3052(P125)六、對(duì)流換熱1、對(duì)流換熱的定義與特點(diǎn)2、 對(duì)流換熱的基本計(jì)算式3、影響對(duì)流換熱系數(shù)的因素4、流體無相變時(shí)的對(duì)流換熱5、流體有相變時(shí)的對(duì)流換熱1、 對(duì)流換熱的定義和特點(diǎn)對(duì)流換熱的定義和特點(diǎn)對(duì)流換熱是指流體流經(jīng)固體壁面時(shí)流體與固體表面對(duì)流換熱是指流體流經(jīng)固

20、體壁面時(shí)流體與固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象之間的熱量傳遞現(xiàn)象 對(duì)流換熱與熱對(duì)流不同，既有熱對(duì)流，也有導(dǎo)熱；對(duì)流換熱與熱對(duì)流不同，既有熱對(duì)流，也有導(dǎo)熱；不是基本傳熱方式不是基本傳熱方式(1) (1) 導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程(2) (2) 必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)；也必須有溫差必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)；也必須有溫差(3) (3) 由于流體的粘性和受壁面摩擦阻力的影響，緊貼壁面處會(huì)形成由于流體的粘性和受壁面摩擦阻力的影響，緊貼壁面處會(huì)形成速度梯度很大的邊界層速度梯度很大的邊界層 對(duì)流換熱的特點(diǎn)對(duì)流換熱的特點(diǎn)2、 對(duì)流換熱的基

21、本計(jì)算式W )(ttAw2mW )( fwttAq牛頓冷卻公式牛頓冷卻公式:o流體與壁面之間的對(duì)流換熱量與壁面面積、流體與流體與壁面之間的對(duì)流換熱量與壁面面積、流體與壁面間的溫差成正比。壁面間的溫差成正比。 對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)流換熱系數(shù) 當(dāng)流體與壁面溫度相差當(dāng)流體與壁面溫度相差1 1度時(shí)、每單度時(shí)、每單位壁面面積上、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量。位壁面面積上、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量。CttAfw 2(mW ) )( 3、影響對(duì)流換熱系數(shù)的因素 o由于對(duì)流換熱過程是熱對(duì)流與導(dǎo)熱綜合作用的結(jié)果，由于對(duì)流換熱過程是熱對(duì)流與導(dǎo)熱綜合作用的結(jié)果，所以對(duì)流換熱影響因素應(yīng)包含所有影響熱對(duì)流和導(dǎo)所以對(duì)流換熱影響因素應(yīng)包

22、含所有影響熱對(duì)流和導(dǎo)熱基本方式的因素。熱基本方式的因素。o（1）流體流動(dòng)的起因）流體流動(dòng)的起因o（2）流體的流動(dòng)狀態(tài)）流體的流動(dòng)狀態(tài)o（3）流體有無相變）流體有無相變o（4）流體的熱物理性質(zhì)）流體的熱物理性質(zhì)o（5）換熱）換熱表表面的幾何因素面的幾何因素（1）流體流動(dòng)的起因）流體流動(dòng)的起因自然對(duì)流：自然對(duì)流：流體因各部分溫度不同而引起的密流體因各部分溫度不同而引起的密度差異所產(chǎn)生的流動(dòng)度差異所產(chǎn)生的流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流：強(qiáng)制對(duì)流：由外力（如：泵、風(fēng)機(jī)、水壓頭）由外力（如：泵、風(fēng)機(jī)、水壓頭）作用所產(chǎn)生的流動(dòng)作用所產(chǎn)生的流動(dòng) 自然強(qiáng)制（2）流體的流動(dòng)狀態(tài)）流體的流動(dòng)狀態(tài)層流湍流層流：整個(gè)流場(chǎng)呈一簇互相平行

23、的流線層流：整個(gè)流場(chǎng)呈一簇互相平行的流線湍流：流體質(zhì)點(diǎn)做復(fù)雜無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)湍流：流體質(zhì)點(diǎn)做復(fù)雜無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)（3） 流體有無相變流體有無相變單相換熱：?jiǎn)蜗鄵Q熱：相變換熱：相變換熱：凝結(jié)凝結(jié)、沸騰、沸騰單相相變（4）換熱表面的幾何因素）換熱表面的幾何因素內(nèi)部流動(dòng)對(duì)流換熱：內(nèi)部流動(dòng)對(duì)流換熱：管內(nèi)管內(nèi)外部流動(dòng)對(duì)流換熱：外掠平板、圓管、管束外部流動(dòng)對(duì)流換熱：外掠平板、圓管、管束（5） 流體的熱物理性質(zhì)流體的熱物理性質(zhì)熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率 C)(mW 密度密度 mkg 3比熱容比熱容 C)(kgJ c運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度 sm 2體積膨脹系數(shù)體積膨脹系數(shù) K1 自然對(duì)流換熱增強(qiáng) )( 多能量單位體積流體能攜帶更、c)(

24、 熱對(duì)流有礙流體流動(dòng)、不利于v)(間導(dǎo)熱熱阻小流體內(nèi)部和流體與壁面對(duì)流換熱分類對(duì)流換熱分類自然對(duì)流自然對(duì)流對(duì)對(duì)流流換換熱熱單相對(duì)流換熱單相對(duì)流換熱強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱流體橫掠單管強(qiáng)制對(duì)流換熱流體橫掠單管強(qiáng)制對(duì)流換熱流體橫掠管束強(qiáng)制對(duì)流換熱流體橫掠管束強(qiáng)制對(duì)流換熱沸騰換熱沸騰換熱相變對(duì)流換熱相變對(duì)流換熱凝結(jié)換熱凝結(jié)換熱對(duì)流換熱系數(shù)的大致數(shù)值對(duì)流換熱系數(shù)的大致數(shù)值 對(duì)流換熱系數(shù)W/(m2K)空氣的自然對(duì)流換熱550空氣的強(qiáng)制對(duì)流換熱25500水的自然對(duì)流換熱2001000水的強(qiáng)制對(duì)流換熱25015000水沸騰250050000水蒸汽凝結(jié)5000180004、流體無相變時(shí)

25、的對(duì)流換熱o自然對(duì)流換熱自然對(duì)流換熱o強(qiáng)制對(duì)流換熱強(qiáng)制對(duì)流換熱火電廠實(shí)例火電廠實(shí)例流體橫掠管束的對(duì)流換熱流體橫掠管束的對(duì)流換熱 o流體流動(dòng)方向與管的軸線方向相互垂直時(shí)的流動(dòng)稱流體流動(dòng)方向與管的軸線方向相互垂直時(shí)的流動(dòng)稱橫向流動(dòng)。橫向流動(dòng)。o鍋爐煙氣橫向沖刷過熱器、再熱器和省煤器管束的鍋爐煙氣橫向沖刷過熱器、再熱器和省煤器管束的對(duì)流換熱，都屬于流體橫掠圓管時(shí)的對(duì)流換熱。對(duì)流換熱，都屬于流體橫掠圓管時(shí)的對(duì)流換熱。o煙氣橫向掠過管束時(shí)，流動(dòng)將受到各排管子的連續(xù)煙氣橫向掠過管束時(shí)，流動(dòng)將受到各排管子的連續(xù)干擾，必須考慮干擾，必須考慮管束排列方式管束排列方式、管子間距管子間距及及管子外管子外徑徑等幾何因

26、素對(duì)換熱的影響。等幾何因素對(duì)換熱的影響。 順排和叉排順排和叉排 o在同等情況下，叉在同等情況下，叉排管束的平均對(duì)流排管束的平均對(duì)流換熱系數(shù)一般比順換熱系數(shù)一般比順排時(shí)高。排時(shí)高。o同時(shí)叉排的阻力損同時(shí)叉排的阻力損失也比順排大。失也比順排大。5、流體有相變時(shí)的對(duì)流換熱o（1）沸騰換熱）沸騰換熱o（2）凝結(jié)換熱）凝結(jié)換熱（1）沸騰換熱）沸騰換熱o沸騰換熱的主要特沸騰換熱的主要特征是什么征是什么?o汽泡的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)o何種情況下會(huì)發(fā)生何種情況下會(huì)發(fā)生沸騰沸騰?otwts汽化核心汽化核心 壁面的過熱度壁面的過熱度 o沸騰換熱時(shí)加熱面表面上產(chǎn)生汽泡沸騰換熱時(shí)加熱面表面上產(chǎn)生汽泡的點(diǎn)稱為的點(diǎn)稱為汽化核心汽化

27、核心。o壁溫與液體在相應(yīng)壓力下的飽和溫壁溫與液體在相應(yīng)壓力下的飽和溫度之差稱為度之差稱為壁面的過熱度壁面的過熱度t 。大容器沸騰換熱的三個(gè)階段大容器沸騰換熱的三個(gè)階段 o大容器沸騰：大容器沸騰：o加熱面上產(chǎn)生的汽泡能自由上升，并在上升過程中不受液體流動(dòng)的影響，液體的運(yùn)動(dòng)只是由自然對(duì)流和汽泡的擾動(dòng)引起。o隨壁面過熱度的變化，大容器沸騰隨壁面過熱度的變化，大容器沸騰會(huì)出現(xiàn)三種不同類型的沸騰階段：會(huì)出現(xiàn)三種不同類型的沸騰階段：o自然對(duì)流階段： o核態(tài)沸騰階段： o膜態(tài)沸騰階段：自然對(duì)流階段自然對(duì)流階段o當(dāng)壁面過熱度當(dāng)壁面過熱度t比較低時(shí)：比較低時(shí)：o加熱面表面的液體輕微過熱，產(chǎn)生加熱面表面的液體輕微

28、過熱，產(chǎn)生的汽泡不多，沸騰換熱基本上相當(dāng)?shù)钠莶欢?，沸騰換熱基本上相當(dāng)于液體自然對(duì)流時(shí)的換熱狀況。于液體自然對(duì)流時(shí)的換熱狀況。核態(tài)（泡態(tài)）沸騰階段核態(tài)（泡態(tài)）沸騰階段o隨著壁面過熱度隨著壁面過熱度t的增大，的增大，加熱面上汽化核心的數(shù)目加熱面上汽化核心的數(shù)目增多。增多。o大量汽泡的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)，大量汽泡的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)，使沸騰液體受到劇烈擾動(dòng)，使沸騰液體受到劇烈擾動(dòng)，使換熱系數(shù)迅速增大。使換熱系數(shù)迅速增大。膜態(tài)沸騰階段膜態(tài)沸騰階段o繼續(xù)提高繼續(xù)提高t，加熱面上汽泡的，加熱面上汽泡的數(shù)量進(jìn)一步迅速增加。數(shù)量進(jìn)一步迅速增加。o汽泡產(chǎn)生的速度汽泡產(chǎn)生的速度脫離加熱面脫離加熱面的速度的速度o一層汽膜覆蓋在加

29、熱面上，將一層汽膜覆蓋在加熱面上，將液體和加熱面隔開液體和加熱面隔開.臨界熱負(fù)荷臨界熱負(fù)荷o由核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)變?yōu)槟び珊藨B(tài)沸騰轉(zhuǎn)變?yōu)槟B(tài)沸騰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)態(tài)沸騰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)C點(diǎn)點(diǎn)稱為沸騰換熱的臨界稱為沸騰換熱的臨界點(diǎn)。點(diǎn)。o這一狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的溫這一狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的溫差、換熱系數(shù)和熱負(fù)差、換熱系數(shù)和熱負(fù)荷的數(shù)值，分別稱為荷的數(shù)值，分別稱為臨界溫差、臨界換熱臨界溫差、臨界換熱系數(shù)和臨界熱負(fù)荷。系數(shù)和臨界熱負(fù)荷。 鍋爐水冷壁的設(shè)計(jì)和使用鍋爐水冷壁的設(shè)計(jì)和使用o嚴(yán)格控制熱負(fù)荷，使其低于嚴(yán)格控制熱負(fù)荷，使其低于臨界熱負(fù)荷；臨界熱負(fù)荷；o在可能出現(xiàn)膜態(tài)沸騰的區(qū)域在可能出現(xiàn)膜態(tài)沸騰的區(qū)域采取保護(hù)措施，防止壁溫飛采取保護(hù)措施，防止

30、壁溫飛升燒毀壁面。升燒毀壁面。 內(nèi)螺紋管內(nèi)螺紋管o：增加流體的擾動(dòng)，強(qiáng)化換：增加流體的擾動(dòng)，強(qiáng)化換熱，推遲膜態(tài)沸騰的發(fā)生熱，推遲膜態(tài)沸騰的發(fā)生 。（2）凝結(jié)換熱）凝結(jié)換熱o定義：定義：o當(dāng)蒸汽與低于飽和溫度的冷壁面接觸時(shí)，就會(huì)當(dāng)蒸汽與低于飽和溫度的冷壁面接觸時(shí)，就會(huì)放出汽化潛熱，凝結(jié)成液體附著在壁面上，此放出汽化潛熱，凝結(jié)成液體附著在壁面上，此現(xiàn)象稱為凝結(jié)換熱。現(xiàn)象稱為凝結(jié)換熱?；痣姀S的哪些設(shè)備中發(fā)生了凝結(jié)換熱？火電廠的哪些設(shè)備中發(fā)生了凝結(jié)換熱？蒸汽凝結(jié)的兩種形式：蒸汽凝結(jié)的兩種形式：o膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)gswttgswtt凝汽器的凝結(jié)換熱情況分析凝汽器的凝結(jié)換熱情況分析 o

31、管子的排列方式管子的排列方式oa.橫放還是豎放？橫放還是豎放？ob.順排還是叉排？順排還是叉排？換熱面表面不清潔、有結(jié)垢、生銹等導(dǎo)致?lián)Q熱表面粗糙不平：換熱面表面不清潔、有結(jié)垢、生銹等導(dǎo)致?lián)Q熱表面粗糙不平：a.將會(huì)使凝結(jié)液膜的流動(dòng)阻力增加，從而增加液膜厚度將會(huì)使凝結(jié)液膜的流動(dòng)阻力增加，從而增加液膜厚度;b.引起附加的導(dǎo)熱熱阻引起附加的導(dǎo)熱熱阻.凝汽器及各種回?zé)峒訜崞鞯墓茏颖仨毝ㄆ谇逑?、除垢、除銹，凝汽器及各種回?zé)峒訜崞鞯墓茏颖仨毝ㄆ谇逑?、除垢、除銹，以保持換熱表面的清潔。以保持換熱表面的清潔。換熱表面的粗糙程度換熱表面的粗糙程度不凝結(jié)氣體不凝結(jié)氣體o凝汽器的工作壓力？凝汽器的工作壓力？o蒸氣中含

32、有不凝性氣體對(duì)凝結(jié)換熱非常有害。電廠凝汽蒸氣中含有不凝性氣體對(duì)凝結(jié)換熱非常有害。電廠凝汽器都裝有抽氣器，以便及時(shí)將凝汽器中的空氣排出。器都裝有抽氣器，以便及時(shí)將凝汽器中的空氣排出。gswtt七、熱輻射o物體通過電磁波來傳遞能量的方式稱為輻射，其中因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射熱輻射。o o特點(diǎn)：特點(diǎn)：oa. 任何物體，只要溫度高于0 K，就會(huì)不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；ob. 可以在真空中傳播；oC. 伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；od .具有強(qiáng)烈的方向性；o物體間靠熱輻射進(jìn)行的熱量傳遞.o輻射換熱的特點(diǎn)：輻射換熱的特點(diǎn)：oa .不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要介質(zhì)的存在，在真空中就可以傳遞

33、能量；ob .在輻射換熱過程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換；oc .無論溫度高低，物體都在不停地相互發(fā)射電磁 波、相互輻射能量；高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量；總的結(jié)果是熱由高溫傳到低溫。1、輻射換熱、輻射換熱 2、吸收比、反射比和透射比 11 對(duì)于一般的固體和液體： 吸收比=1的物體稱為絕對(duì)黑體。反射比=1的物體稱為絕對(duì)白體。穿透比=1的物體稱為絕對(duì)透明體。 3、熱輻射的基本定律o（1）四次方定律：oEb為黑體的輻射力；C0為黑體的輻射系數(shù)，其值為5.67 W/(m2K4)。 o輻射力：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)物體單位輻射面積向外界發(fā)射的全部波長的輻射能，用符號(hào)E表示，其單位為W/m

34、2。240/)100(mWTCEb240/)100(mWTCEEbo（2）基爾霍夫定律 o在熱平衡條件下，任何物體的輻射力與吸收率之比恒等于同溫度下黑體的輻射力。 o它說明，在熱平衡條件下，任意物體的吸收比等于同溫度下該物體的黑度。 3、熱輻射的基本定律bEEoLb3D3033(P118) 4、例題：o當(dāng)溫度和表面積一定時(shí)：改變系統(tǒng)黑度o削弱輻射：減小黑度；加遮熱板。5、增強(qiáng)和削弱輻射換熱的方法八、傳熱與換熱器o傳熱過程o火電廠的換熱器1、傳熱過程、傳熱過程o以鍋爐過熱器為例分析其熱量傳遞過程 ：o高溫?zé)煔鈱?duì)管外壁面的復(fù)合換熱過程；o管子外壁面到管內(nèi)壁面的導(dǎo)熱過程；o管內(nèi)壁面對(duì)管內(nèi)蒸汽的對(duì)流換熱過程。o這種冷熱流體各處一方，中間有固體壁面隔開，熱量從熱流體經(jīng)過固體壁傳遞給另一側(cè)冷流體的過程稱為傳熱過程。o=KA（tf1-tf2）=KAt Woq=/A=K（tf1-tf2）=Kt W/m2 2、傳熱方程式krtKtq1K傳熱系數(shù)，W/（m2）。是表征傳熱過程強(qiáng)烈程度的標(biāo)尺。在數(shù)值上等于傳熱過程總熱阻的倒數(shù)。 o傳熱過程由串聯(lián)著的三個(gè)環(huán)節(jié)組成，各環(huán)節(jié)的局部熱阻分別為：o熱流體