火電廠熱工及熱力設(shè)備基礎(chǔ)

1、火電廠熱工及熱力設(shè)備基礎(chǔ)止於至善2022/9/181主要內(nèi)容：1. 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2. 傳熱學(xué)基礎(chǔ)3. 鍋爐設(shè)備4. 汽輪機5. 火電廠熱力系統(tǒng)及其熱經(jīng)濟性止於至善2022/9/1822002年我國能源狀況一次能源消費量為14.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，為世界第二大能源消費國一次能源產(chǎn)量為13.87億噸標(biāo)準(zhǔn)煤 煤炭產(chǎn)量13.8億噸，居世界第1位原油1.67億噸，居世界第5位天然氣產(chǎn)量326.6億立方米，居世界第16位發(fā)電裝機容量3.57億千瓦，居世界第2位2022/9/183目前全世界能源總消費量約為130億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,化石能源占80%以上工業(yè)國家能源消費經(jīng)歷由煤炭向優(yōu)質(zhì)能源（石油、天然氣）轉(zhuǎn)變，再進一步向

2、可再生能源過渡為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，歐洲、日本等正大力發(fā)展風(fēng)電、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源，每年增長率達30%以上世界能源發(fā)展趨勢2022/9/184世界能源發(fā)展趨勢（續(xù)）人均能源消費量與人均GDP的增長有很強的相關(guān)性從世界范圍看，人均GDP達1萬美元（中等發(fā)達國家水平）以前，人均能源消費量增長較快，其值約為4噸標(biāo)煤，其后增長變緩在人均GDP達1萬美元階段，日本人均能源消費量為4.25噸標(biāo)煤 (1980年)，韓國為4.07噸標(biāo)煤(1997年)，而美國為8噸標(biāo)煤 (1960年)2022/9/18505,00010,00015,00020,00025,000196019701975198019851

3、99019951999美元/人美國（人均PPP）日本韓國中國0.002.004.006.008.0010.0012.00噸標(biāo)煤/人美國（人均能源消費）日本韓國中國世界能源發(fā)展趨勢（續(xù)）2022/9/186未來我國能源需求預(yù)測2020年，我國一次能源需求值在2533億噸標(biāo)煤之間，均值是29億噸標(biāo)煤煤 炭：2129億噸石 油：4.56.1億噸天然氣 ：14001600億立方米發(fā)電裝機容量：8.69.5億千瓦，其中水電2.02.4億千瓦2050年要達到目前中等發(fā)達國家水平，人均能源消耗應(yīng)達3.0噸標(biāo)煤以上，能源需求總量約為50億噸標(biāo)煤2022/9/187我國能源面臨的矛盾與挑戰(zhàn)1、能源供需矛盾突出

4、我國人均能源可采儲量遠低于世界平均水平,石油2.60噸，天然氣1074立方米，煤炭90噸，分別為世界平均值的11.1%，4.3%，55.4% 我國目前人均能源消費約為1噸標(biāo)煤，世界平均值為2.1噸標(biāo)煤，美國11.7噸標(biāo)煤，OECD國家6.8噸標(biāo)煤 到2050年，我國能源供應(yīng)將面臨更為嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國內(nèi)常規(guī)能源難以滿足需求的增長2022/9/188我國能源面臨的矛盾與挑戰(zhàn)（續(xù)）到2020年，我國石油消費量將為4.56.1億噸，屆時國內(nèi)石油產(chǎn)量為1.82.0億噸，對外依存度將達60%我國煤炭資源豐富，但探明程度低，可供建礦的精查儲量嚴(yán)重不足2、能源安全，尤其是石油安全問題凸現(xiàn)2022/9/189我國能

5、源效率約為31.4%，與先進國家相差10個百分點，主要工業(yè)產(chǎn)品單位能耗比先進國家高出30%以上目前，我國正面臨著重化工業(yè)新一輪增長，國際制造業(yè)轉(zhuǎn)移以及城市化進程加速的新情況，經(jīng)濟發(fā)展對能源的依賴度增大，能源翻一番保GDP翻兩番的任務(wù)艱巨3、能源利用效率低下，節(jié)能任務(wù)十分艱巨我國能源面臨的矛盾與挑戰(zhàn)（續(xù)）2022/9/1810從環(huán)境容量看，二氧化硫為1620萬噸，氮氧化物為1880萬噸，到2020年，如不采取措施，兩者的排放量將分別達到4000萬噸和3500萬噸我國CO2的排放量已成為世界第2位，未來將面臨巨大的國際壓力4、環(huán)境污染嚴(yán)重，可持續(xù)發(fā)展面臨較大壓力我國能源面臨的矛盾與挑戰(zhàn)（續(xù)）202

6、2/9/1811我國能源發(fā)展戰(zhàn)略 我國應(yīng)以保障供應(yīng)為主線，實施“節(jié)能優(yōu)先、供應(yīng)安全、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、環(huán)境友好”的可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略。遠近結(jié)合、分階段部署，爭取用三個15年，初步實現(xiàn)我國能源可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。2022/9/1812第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)主要內(nèi)容：工程熱力學(xué)的任務(wù)及基本概念熱力學(xué)第一定律理想氣體的性質(zhì)及其主要熱力過程穩(wěn)定流動能量方程及其分析水和水蒸汽的性質(zhì)及其主要熱力過程熱力學(xué)第二定律蒸汽動力循環(huán)分析2022/9/1813工程熱力學(xué)的任務(wù)及基本概念工程熱力學(xué)的主要任務(wù)基本定義工程熱力學(xué)的應(yīng)用及其發(fā)展能量轉(zhuǎn)換面臨的三個問題工程熱力學(xué)的理論支柱基本概念熱力系工質(zhì)、工質(zhì)的狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)

7、參數(shù)及其測量第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1814基本定義熱力發(fā)電廠：利用各種熱能轉(zhuǎn)換為電能的企業(yè)火電廠：熱力發(fā)電廠中使用化石燃料的電廠火電廠中的能量轉(zhuǎn)換：通過燃燒將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為煙氣的熱能（爐內(nèi)）煙氣熱能以輻射對流等方式加熱水為蒸汽（鍋內(nèi)）蒸汽在汽缸各級內(nèi)將熱能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子動能（汽機）凝汽器凝水經(jīng)水泵升壓加熱器升溫至鍋爐（回?zé)幔┥婕盁崃W(xué)原理、傳熱原理、熱力設(shè)備工作原理熱力學(xué)：研究熱現(xiàn)象規(guī)律的科學(xué)工程熱力學(xué)：研究熱能與機械能轉(zhuǎn)換的科學(xué)第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1815工程熱力學(xué)的應(yīng)用及其發(fā)展工程熱力學(xué)研究以提高熱能利用率為核心熱力機械、低溫制冷、空氣分離、采暖通風(fēng)航空航天、海

8、水淡化、超導(dǎo)傳遞、化學(xué)精煉工程熱力學(xué)的研究方法現(xiàn)象或者經(jīng)典熱力學(xué)統(tǒng)計熱力學(xué)工程熱力學(xué)的發(fā)展同物理學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)等學(xué)科交叉滲透第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1816能量轉(zhuǎn)換面臨的三個問題熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換間的數(shù)量關(guān)系熱能與機械能的轉(zhuǎn)換是否存在定量？不耗能而輸出功的第一類永動機是否現(xiàn)實？熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換間的質(zhì)量關(guān)系熱能與機械能是否存在質(zhì)量上的差異？冷卻單一熱源作功的第二類永動機是否現(xiàn)實？工質(zhì)的熱力性質(zhì)如何影響熱與功的轉(zhuǎn)換理想氣體（空氣或者煙氣）實際工質(zhì)（水和水蒸汽工質(zhì)）第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1817工程熱力學(xué)的理論支柱熱力學(xué)第一定律熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換存在守恒關(guān)系！第

9、一類永動機是不現(xiàn)實的！熱力學(xué)第二定律能量的不等價表現(xiàn)為轉(zhuǎn)換方向與限度的差異！第二類永動機是不現(xiàn)實的！工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)理想氣體的狀態(tài)方程與典型熱力過程水蒸汽的熱力學(xué)性質(zhì)方程與典型熱力過程第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1818熱力系熱力系的定義為分析問題方便而人為分離出來的研究對象其邊界可真實可虛構(gòu)；可以固定亦可漲縮熱力系的種類流動系：熱力系與外界有物質(zhì)交換及能量交換封閉系：熱力系與外界無物質(zhì)交換有能量交換絕熱系：熱力系與外界有物質(zhì)交換無能量交換孤立系：熱力系與外界無物質(zhì)交換無能量交換第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1819工質(zhì)、工質(zhì)的狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)的定義工質(zhì)是參與熱功轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)

10、熱功轉(zhuǎn)換完成后工質(zhì)本身并無變化工質(zhì)的狀態(tài)工質(zhì)在某瞬間的物理特性工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)描述狀態(tài)的物理量定義為狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)與與達到該狀態(tài)的路徑無關(guān)基本狀態(tài)參數(shù)物理意義明確且易于測量的狀態(tài)參數(shù)第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1820溫度及其測量基本定義表示物體冷熱程度的物理量單位絕對溫度T是SI單位制的基本單位，單位為K攝氏溫度t 是日常計量單位，單位為上述溫度的相互關(guān)系為： Tt273.15溫度測量利用物體的物理或者化學(xué)性質(zhì)與溫度相關(guān)性水銀溫度計、熱電阻溫度計、熱電偶溫度計半導(dǎo)體溫度計、輻射式溫度計第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1821壓力及其測量基本定義單位面積上受到的垂直作用力單位壓力用

11、符號p 表示；基本單位為N/m2；符號Pa單位液柱高：1mmHg=133.322 (Pa)工程大氣壓：1kgf/cm2=9.8067104 (Pa) 壓力測量壓阻式、壓磁式、壓電式與力平衡式壓力計大氣壓力、表壓力（真空）與絕對壓力當(dāng)絕對壓力高于大氣壓力時：p=pb+pg當(dāng)絕對壓力低于大氣壓力時：p=pb- pv第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1822熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律表達式內(nèi)能、功量和熱量第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1823熱力學(xué)第一定律表達式本質(zhì)是能量轉(zhuǎn)換與守恒定律在工程熱力學(xué)中的應(yīng)用沒有一種機器可以不消耗能量而連續(xù)作功表述熱功可以相互轉(zhuǎn)換，而且在數(shù)量上守恒封閉系熱力學(xué)

12、第一定律的數(shù)學(xué)表達式能量平衡：Q-AW=E2-E1式中：Q為熱量；W為功量；EEk+Epu對于封閉熱力系：Q-AW=u2-u1對單位工質(zhì)微小變化：dq=du+pdv第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1824內(nèi)能、功量和熱量內(nèi)能各種微觀能量的總和為內(nèi)能，其中內(nèi)動能與溫度有關(guān)而內(nèi)勢能取決與比容功與壓容圖微分功量為：dw=pdv壓力是作功的推動力；比容變化是作功的標(biāo)志熱與溫熵圖微分熱量為：dq=Tds由此定義：ds=dq/T溫度是傳熱的推動力；比熵變化是傳熱的標(biāo)志實際上熱量需要由其他的定義式計算第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1825理想氣體的性質(zhì)及其主要熱力過程理想氣體的性質(zhì)理想氣體的其他狀

13、態(tài)參數(shù)理想氣體的定容過程理想氣體的定壓過程理想氣體的定溫過程理想氣體的定熵過程理想氣體的多變過程第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1826理想氣體的性質(zhì)理想氣體的定義與意義理想氣體假設(shè)其分子不占體積，分子間無作用該模型的引入具有三個方面的意義狀態(tài)方程（基本狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系）狀態(tài)方程：pv=RT (R為氣體常數(shù))對同種氣體，無論在什么狀態(tài)，R恒為常數(shù)通用氣體常數(shù)同溫同壓下，不同氣體的比容不同，故R不同根據(jù)阿付加德羅定律，摩爾質(zhì)量的容積相等通用氣體常數(shù)：RmR103 8.3143 (分子量)第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1827理想氣體的其他狀態(tài)參數(shù)氣體比熱定義氣體比熱：c=dq/dT

14、據(jù)此有：dqcdT種類、單位、過程和溫度區(qū)間是影響c的因素理想氣體內(nèi)能（用第一定律分析定容過程）第一定律：dqv=cvdT=du 則：du=cvdT理想氣體比焓（用第一定律分析定壓過程）第一定律：dqp=cPdT=dh 則：dh=cpdT理想氣體比熵熵定義：ds=dq/T=(du+pdv)/T=(cvdT+pdv)/T第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1828理想氣體的定容過程定容過程方程：vconst狀態(tài)方程：p/T=R/v=const 過程膨脹功：dw=pdv=0過程吸熱量：dq=du+pdv=du=cvdT熵增：ds=cvdT/T 在溫熵圖上為對數(shù)曲線定容過程在壓容圖上垂直于比容坐標(biāo)軸

15、第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1829理想氣體的定壓過程定壓過程方程：pconst狀態(tài)方程：v/T=R/p=const 過程膨脹功：dw=pdv w=p(v2-v1)過程吸熱量：dq=cpdT熵增：ds=cpdT/T 在溫熵圖上為對數(shù)曲線定壓過程在壓容圖上垂直于壓力坐標(biāo)軸第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1830理想氣體的定溫過程定溫過程方程：Tconst狀態(tài)方程：pv=RT=const 過程膨脹功：dw=pdv=RTdv/v內(nèi)能du=cvdT=0；比焓dh=cpdT=0過程吸熱量：dq=du+pdv=dw=RTdv/v定溫過程在溫熵圖上垂直于溫度坐標(biāo)軸定溫過程在壓容圖上為雙曲線第一章

16、、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1831理想氣體的定熵過程定熵過程方程：pvkconst (k為絕熱指數(shù))狀態(tài)方程：pv=RT過程膨脹功：dw=pdv=(p2v2-p1v1)/(1-k)=內(nèi)能du=cvdT；比焓dh=cpdT過程吸熱量：dq=Tds=0定熵過程在溫熵圖上垂直于比熵坐標(biāo)軸定熵過程在壓容圖上為不等邊高次雙曲線第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1832定熵過程方程的推導(dǎo)由焓的定義：h=u+pv 即dh=du+pdv+vdp第一定律為：dq=du+pdv=dh-vdp絕熱過程中：dq0由上式得：cvdT=-pdv以及cpdT=vdp兩式相除：cp/cv=k=-vdp/pdv分離變量得

17、：dp/p=-kdv/v兩邊積分整理得：pvk=const第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1833理想氣體的多變過程定熵過程方程：pvnconst (n為多變指數(shù))狀態(tài)方程：pv=RT過程膨脹功：dw=pdv=(p2v2-p1v1)/(1-n)=內(nèi)能du=cvdT；比焓dh=cpdT過程吸熱量：dq=cvdT-R(T2-T1)/(n-1)=多變過程在溫熵圖上為一簇曲線多變過程在壓容圖上也為一簇曲線第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1834穩(wěn)定流動能量方程流動熱力系系統(tǒng)儲能的變化維持系統(tǒng)流動的推動功系統(tǒng)進出能量（熱量與功量）穩(wěn)定流動能量方程第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1835流動熱

18、力系第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1836熱力系內(nèi)工質(zhì)儲能變化熱力系內(nèi)工質(zhì)儲能為EEkEPU進口處單位工質(zhì)儲能e1ek1ep1+u1宏觀動能：ek1(c1)2 /2宏觀勢能：ep1g(z1)進口處單位工質(zhì)儲能e2ek2ep2+u2宏觀動能：ek2(c2)2 /2宏觀勢能：ep2g(z2)儲能變化：e ek ep u第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1837維持系統(tǒng)流動的推動功流動系的特點包含工質(zhì)進出（與外界有物質(zhì)交換）工質(zhì)進出系統(tǒng)需要額外消耗推動功工質(zhì)進出系統(tǒng)的推動功工質(zhì)進入系統(tǒng)，外界作功p1v1，克服流動阻力工質(zhì)離開系統(tǒng)，系統(tǒng)作功p2v2，克服流動阻力維持流動系統(tǒng)付出的推動功出口與進

19、口的耗功差(pv) p2v2 p1v1第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1838系統(tǒng)進出能量（熱量與功量）進出系統(tǒng)的熱量系統(tǒng)與外界交換的熱量為Q加入系統(tǒng)的熱量為正，反之為負進出系統(tǒng)的功量在流動系中的功量稱為軸功軸功伴隨能量形式的變化而不同于膨脹功系統(tǒng)對外作功為正，反之為負第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1839穩(wěn)定流動能量方程流動系穩(wěn)定流動能量方程穩(wěn)定流動方程：qewi(pv)穩(wěn)定流動能量方程的意義對穩(wěn)定流動系中的工質(zhì)加熱，產(chǎn)生以下效果可以改變工質(zhì)的儲能可以轉(zhuǎn)化為軸功輸出可以獲得工質(zhì)流動的推動功第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1840穩(wěn)定流動能量方程分析狀態(tài)參數(shù)焓技術(shù)功技術(shù)功的意義技

20、術(shù)功的表達式膨脹功穩(wěn)定流動能量方程的第二種微分表達式膨脹功與技術(shù)功的關(guān)系第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1841狀態(tài)參數(shù)焓狀態(tài)參數(shù)焓的定義焓定義為：hupv焓的微分表達：dhdupdvvdp狀態(tài)參數(shù)焓的意義焓定義為內(nèi)能與推動功之和焓在流動系的能量轉(zhuǎn)換分析中具有重要作用焓用以表達直接取決于工質(zhì)狀態(tài)的能量單位質(zhì)量的焓為比焓第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1842技術(shù)功技術(shù)功的意義定義技術(shù)功是宏觀動能、宏觀勢能與軸功和是穩(wěn)定流動能量方程中與機械功相關(guān)的能量技術(shù)功是流動系輸出的技術(shù)上可利用的能量技術(shù)功的表達式定義式：wt(c2)/2gzwi由穩(wěn)定流動能量方程：wtqu(pv)技術(shù)功以壓力變化為

21、標(biāo)志：wt v p第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1843膨脹功膨脹功的意義與特點膨脹功是封閉系輸出的功量膨脹功由熱能直接轉(zhuǎn)換，無其他能量形式變化膨脹功是熱能轉(zhuǎn)換為機械能的根本途徑膨脹功的表達式定義式：wpdv由封閉系的能量方程： wqu第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1844能量平衡的第二微分表達式穩(wěn)定流動能量方程原型：q(c2) /2gzu(pv)wi變形：qu (c2) /2gz(pv)wi代入：qu pv （第一微分表達式）整理：wt(c2) /2gzwiv p轉(zhuǎn)化：q(upv) wt hvp結(jié)論：dqdhvdp （第二微分表達式）源自熱能的機械能恒等于膨脹功流動系中膨脹功等價

22、于技術(shù)功與推動功之和第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1845膨脹功與技術(shù)功的關(guān)系相同點技術(shù)功是流動系的作功形式，但源自膨脹功是熱力系對外輸出的機械能，具有相同單位相異點膨脹功對應(yīng)封閉系，技術(shù)功對應(yīng)流動系數(shù)值不等膨脹功是pv圖中壓力曲線與比容軸間面積技術(shù)功是pv圖中壓力曲線與壓力軸間面積形式不同膨脹功是工質(zhì)熱能直接轉(zhuǎn)化為機械能技術(shù)功是工質(zhì)熱能轉(zhuǎn)為工質(zhì)動能，再轉(zhuǎn)為軸的機械能第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1846水蒸汽的性質(zhì)及其主要熱力過程水蒸汽的定壓形成及相圖水蒸汽性質(zhì)圖表及其應(yīng)用水蒸汽性質(zhì)的數(shù)值計算水蒸汽的典型熱力過程第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1847水蒸汽的定壓形成及相圖水

23、蒸汽的定壓形成過程水蒸汽的狀態(tài)變化水蒸汽的相圖水蒸汽相圖的分析第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1848水蒸汽的定壓形成第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1849水和水蒸汽的狀態(tài)變化未飽和水(a1)狀態(tài)未飽和水受熱后，溫度升高，比容略增飽和水(a)濕蒸汽(ax)與飽和汽(a”)狀態(tài)當(dāng)溫度升高至飽和溫度，水始沸騰，為飽和水飽和水加熱，溫度不變，汽量增加，比容增加繼續(xù)加熱使水全變?yōu)槠瑴囟炔蛔?，為飽和汽過熱蒸汽(a2)狀態(tài)飽和蒸汽受熱后，溫度升高，比容增加第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1850水蒸汽的相圖第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1851水蒸汽相圖的分析相圖中的一點臨界點（CR

24、）相圖中的兩線飽和水線（x0）與飽和汽線（x1）相圖中的三區(qū)（未飽和）水區(qū)、飽和區(qū)、（過熱）汽區(qū)水蒸汽的五態(tài)未飽和水、飽和水、濕蒸汽、飽和汽、過熱汽第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1852水蒸汽性質(zhì)圖表及其應(yīng)用水蒸汽性質(zhì)圖表簡介水蒸汽圖表應(yīng)用（一）水蒸汽圖表應(yīng)用（二）第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1853水蒸汽性質(zhì)圖表簡介使用水蒸汽圖表的目的查取或計算水蒸汽的相關(guān)狀態(tài)參數(shù)未飽和水與過熱汽的性質(zhì)未飽和水與過熱汽需要兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)未飽和水與過熱汽圖表以壓力和溫度為自變量飽和水與飽和汽的性質(zhì)飽和水與飽和汽僅需要一個獨立狀態(tài)參數(shù)飽和水與飽和汽圖表分別使用壓力或溫度排列濕蒸汽的性質(zhì)使用包含

25、濕度在內(nèi)的兩個獨立參數(shù)第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1854水蒸汽圖表應(yīng)用（一）未飽和水與過熱蒸汽的狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)：hf(p,t)；sf(p,t)；vf(p,t)飽和水與飽和汽的狀態(tài)參數(shù)飽和壓力與溫度：psf(ts)；tsf(ps)飽和水（壓力）：hf(ps); sf(ps); vf(ps);飽和汽（壓力）：h”f(ps); s”f(ps);v”f(ps);飽和水（溫度）：hf( ts); sf( ts); vf( ts);飽和汽（溫度）：h”f( ts); s”f( ts);v”f( ts);第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1855水蒸汽圖表應(yīng)用（二）濕蒸汽的干度干度的定義： X

26、 飽和蒸汽質(zhì)量/總質(zhì)量濕蒸汽的狀態(tài)參數(shù)濕蒸汽焓：hxhX(h”h)；濕蒸汽熵：sxs X (s”s)；濕蒸汽比容： vxv X (v”v)；已知壓力p與焓hx，求濕蒸汽熵sx由壓力p，查表計算h、h”、s和s”計算干度： X （hxh）/（h”h）計算濕蒸汽熵：sxs X (s”s)第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1856水蒸汽的性質(zhì)及其主要熱力過程水蒸汽的定壓形成及相圖水蒸汽性質(zhì)圖表及其應(yīng)用水蒸汽性質(zhì)的數(shù)值計算水蒸汽的典型熱力過程第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1857水蒸汽性質(zhì)的數(shù)值計算水蒸汽是實際氣體，其性質(zhì)以實驗為基礎(chǔ)通過實驗獲得水蒸汽性質(zhì)的骨架表根據(jù)骨架表實驗數(shù)據(jù)整理計算模型

27、數(shù)值計算的發(fā)展歷史50年代，采用骨架表數(shù)據(jù)各國發(fā)展獨立標(biāo)準(zhǔn)60年代，國際公式化委員會提出國際標(biāo)準(zhǔn)70年代，根據(jù)需要，擬合小范圍高精度模型90年代，國際水和水蒸汽性質(zhì)協(xié)會推新標(biāo)準(zhǔn)第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1858算法模型與通用計算擬合模型根據(jù)骨架表數(shù)據(jù)，擬合公式供分析使用典型的全蘇熱工所模型，哈汽廠模型等標(biāo)準(zhǔn)模型國際公式化委員會IFC67模型國際水和水蒸汽性質(zhì)協(xié)會IAPWS模型通用計算實現(xiàn)多變量組合的通用實現(xiàn)跨區(qū)域計算的通用第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1859水蒸汽的典型熱力過程定壓流動換熱過程絕熱流動作功過程通過噴嘴的絕熱流動絕熱節(jié)流過程第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1

28、860定壓流動換熱過程過程特點軸功：wi0動能：ek 0勢能：ep 0能量平衡方程：qhh2h1意義加熱可使工質(zhì)焓升高使用焓升可計算熱量此式適于各換熱設(shè)備第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1861絕熱流動作功過程過程特點熱量：q 0動能：ek 0勢能：ep 0能量平衡方程：wih1h2意義作功表現(xiàn)為工質(zhì)焓降利用焓降可計算功量此式適于各作功設(shè)備第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1862通過噴嘴的絕熱流動過程特點熱量：q 0軸功：wi0勢能：ep 0能量平衡方程： ek h1h2意義工質(zhì)熱能可變?yōu)閯幽苁褂渺式悼捎嬎闼俣鹊谝徽?、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1863絕熱節(jié)流過程過程特點熱量：q 0

29、軸功：wi0動能：ek0勢能：ep0能量平衡方程： h1h2意義絕熱過程中焓值相等第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1864熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)與表述卡諾循環(huán)的組成卡諾循環(huán)過程卡諾循環(huán)效率卡諾循環(huán)效率的分析卡諾定理第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1865熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)與表述本質(zhì)闡明了熱力過程進行的方向性及其限度為提高能量轉(zhuǎn)換的效率奠定了基礎(chǔ)表述只冷卻單一熱源不可能實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)作功熱能無法自發(fā)或無代價地由低溫傳向高溫意義熱變功是有條件和有限度的，兩者不等價熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臈l件是使用高低溫兩個熱源熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臉O限是理想卡諾循環(huán)的效率第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1866

30、卡諾循環(huán)的組成循環(huán)：持續(xù)熱變功需要工質(zhì)狀態(tài)循環(huán)變化卡諾循環(huán)：兩等溫過程與兩等熵過程組成吸熱過程：工質(zhì)從高溫?zé)嵩吹葴匚鼰醧b作功過程：高溫工質(zhì)經(jīng)等熵膨脹作功wt放熱過程：工質(zhì)向低溫?zé)嵩吹葴胤艧醧c壓縮過程：低溫工質(zhì)經(jīng)等熵過程升壓wp卡諾循環(huán)的特點：等溫吸放熱過程及等熵脹縮過程是理想化的與工質(zhì)的種類及熱力系的特點無關(guān)第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1867卡諾循環(huán)過程第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1868卡諾循環(huán)效率卡諾循環(huán)的能量平衡微分表達：dqdhvdp循環(huán)積分：qbqcwnwtwp循環(huán)效率定義：twn / qb1 qc / qb卡諾循環(huán)效率循環(huán)吸熱量：qbTbs循環(huán)放熱量：qcTc

31、s循環(huán)熱效率：t1 qc / qb1Tc / Tb第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1869卡諾循環(huán)效率的分析卡諾循環(huán)效率分析卡諾效率取決于兩個熱源溫度與工質(zhì)無關(guān)高低溫?zé)嵩礈囟认嗟?，卡諾循環(huán)效率為 0卡諾循環(huán)效率恒低于100提高高溫?zé)嵩礈囟瓤梢蕴岣呖ㄖZ循環(huán)效率降低低溫?zé)嵩礈囟瓤梢蕴岣呖ㄖZ循環(huán)效率卡諾循環(huán)的意義卡諾循環(huán)效率在理論上確定了熱變功的條件卡諾循環(huán)效率在理論上確定了熱變功的限度卡諾循環(huán)效率在理論上指明提高效率的途徑第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1870卡諾定理卡諾定理在兩恒溫?zé)嵩撮g工作的熱機效率低于可逆熱機卡諾定理的推論在兩恒溫?zé)嵩撮g可逆熱機同效率且與工質(zhì)無關(guān)在兩恒溫?zé)嵩撮g不可逆

32、熱機效率小于可逆熱機意義熱變功需要高低溫兩個熱源在兩恒溫?zé)嵩撮g可逆熱機效率即卡諾循環(huán)效率熱變功的極限取決于兩熱源溫度的比值非恒溫?zé)嵩吹姆治隹梢允褂闷骄艧釡囟鹊谝徽?、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1871蒸汽動力循環(huán)分析朗肯循環(huán)的組成朗肯循環(huán)過程朗肯循環(huán)效率朗肯循環(huán)效率的分析提高火電機組經(jīng)濟性的途徑第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1872朗肯循環(huán)的組成朗肯循環(huán)：兩等壓過程與兩等熵過程組成吸熱過程：工質(zhì)從高溫?zé)嵩吹葔何鼰醧b作功過程：高溫工質(zhì)經(jīng)等熵膨脹作功wt放熱過程：工質(zhì)向低溫?zé)嵩吹葔悍艧醧c壓縮過程：低溫工質(zhì)經(jīng)等熵過程升壓wp朗肯循環(huán)的特點：鍋爐內(nèi)等壓吸收水的預(yù)熱、汽化及過熱熱量高溫高壓

33、的蒸汽在汽輪機級內(nèi)膨脹輸出軸功在凝汽器中的等壓放熱過程等價于等溫放熱給水泵對（不可壓縮）水工質(zhì)加壓耗功極低第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1873朗肯循環(huán)過程第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1874朗肯循環(huán)效率朗肯循環(huán)的能量平衡能量平衡：qbqcwnwtwp循環(huán)效率定義：twn / qb1 qc / qb朗肯循環(huán)效率單位工質(zhì)循環(huán)吸熱量：qbh0h3單位工質(zhì)循環(huán)放熱量：qch1h2單位工質(zhì)循環(huán)凈功量：wn(h0h1)(h3h2)循環(huán)效率：t1 qc / qbf（p0，t0，pc）第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1875朗肯循環(huán)效率分析單位工質(zhì)循環(huán)凈功的分析由于水不可壓縮，水的比容很小

34、且?guī)缀醪蛔兘o水泵耗功：wph3h2v(p3p2)0循環(huán)凈功：wnwtwpwth0h1單位工質(zhì)循環(huán)吸放熱量循環(huán)吸熱量：qbh0h3h0h2循環(huán)放熱量：qch1h2循環(huán)效率分析因為：h0f(p0,t0)；h1=f(p0,t0,pc)；h2=f(pc)所以：tf（p0，t0，pc）第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1876提高朗肯循環(huán)效率的途徑提高初溫度提高初溫度提高平均吸熱溫度并改善循環(huán)效率受金屬耐溫性能的影響其上升空間有限提高初壓力在常用范圍內(nèi)提高初壓可以提高平均吸熱溫度負面影響是進汽比容和排汽干度會下降雖受金屬耐壓性能影響但提升空間較大降低終壓力降低終壓可以降低平均放熱溫度改善循環(huán)效率受制于

35、環(huán)境溫度、凝汽器傳熱性能的影響第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1877提高初溫度以中參數(shù)電廠為基準(zhǔn)，分析主蒸汽溫度由450到550變化對效率的影響 第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1878提高初壓力以中參數(shù)電廠為基準(zhǔn)，分析主蒸汽溫度由3.5MPa到17.0MPa變化對效率的影響 第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1879降低終溫度以中參數(shù)電廠為基準(zhǔn)，分析主蒸汽溫度由7kPa到5kPa變化對效率的影響 第一章、工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1880第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)主要內(nèi)容：傳熱學(xué)的任務(wù)及基本概念導(dǎo)熱對流換熱輻射換熱傳熱過程與換熱器2022/9/1881傳熱學(xué)的基本概念傳熱學(xué)的任務(wù)熱量傳

36、遞是自然界普遍存在的熱現(xiàn)象傳熱學(xué)研究熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)傳熱學(xué)的應(yīng)用能源、環(huán)境、化工、冶金、航天、電氣、機械是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中充滿活力的一門基礎(chǔ)學(xué)科傳熱學(xué)與熱力學(xué)研究的差異熱力學(xué)可計算兩平衡態(tài)間能量交換的總效果熱量傳遞方式？熱量傳遞速率？溫度分布？第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1882傳熱學(xué)的研究內(nèi)容傳熱現(xiàn)象及其方式傳熱現(xiàn)象是十分復(fù)雜的物理過程導(dǎo)熱、對流與輻射是三種基本傳熱方式實際傳熱過程往往是上述基本傳熱方式的復(fù)合傳熱學(xué)研究方法利用實驗技術(shù)，針對具體傳熱問題建立模型傳熱學(xué)在火電廠熱力設(shè)備中的應(yīng)用電廠熱力設(shè)備中包含大量換熱設(shè)備改善設(shè)備換熱效果具有重大經(jīng)濟效益第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/188

37、3導(dǎo) 熱導(dǎo)熱的定義與機理物體內(nèi)部微觀粒子熱運動造成的熱量傳遞氣體導(dǎo)熱是氣體分子不規(guī)則熱運動的結(jié)果導(dǎo)電固體導(dǎo)熱是晶格間自由電子熱運動的結(jié)果非導(dǎo)電固體導(dǎo)熱是晶格結(jié)構(gòu)振動的的結(jié)果液體導(dǎo)熱的機理尚無公認的解釋傅立葉定律及導(dǎo)熱系數(shù)通過平壁及復(fù)合壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱通過圓柱與球壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱復(fù)雜導(dǎo)熱問題第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1884傅立葉定律及導(dǎo)熱系數(shù)傅立葉定律單位時間內(nèi)導(dǎo)熱量與溫度梯度及面積成正比數(shù)學(xué)模型：QF (dt/dx)單位面積的熱流量： qQ/F(dt/dx)傳熱方向與溫度梯度相反，與第二定律一致導(dǎo)熱系數(shù)表征導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)，與材料及溫度有關(guān)導(dǎo)熱系數(shù)排序：金屬、液體和氣體良導(dǎo)體也是良導(dǎo)熱體，不

38、良導(dǎo)體導(dǎo)熱性能差第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1885通過平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱假設(shè)長度與寬度遠遠大于厚度(一維導(dǎo)熱)兩側(cè)壁溫分別為t1和t2且恒定(穩(wěn)態(tài))導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變化(常物性)溫度分布與導(dǎo)熱量計算方程：q(dt/dx)積分：t(q x) /C代入：q /(t1t2)(t1t2)/Rt意義壁內(nèi)溫度分布為直線，斜率為t/穩(wěn)態(tài)傳熱量是定值，不隨時間變化第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1886通過復(fù)合壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱假設(shè)長度與寬度遠遠大于厚度(一維導(dǎo)熱)兩側(cè)壁溫分別為t1和t2且恒定(穩(wěn)態(tài))各板導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變化(常物性)電擬法求解復(fù)合壁導(dǎo)熱問題串聯(lián)電路：i(u1u2)/R復(fù)合壁導(dǎo)熱：q (t1t2

39、)/Rt壁內(nèi)溫度曲線斜率：ti /i意義溫度分布為折線，各斜率為ti /i穩(wěn)態(tài)傳熱量是定值，不隨時間變化第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1887通過圓柱壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱假設(shè)軸向尺度遠大于徑向(徑向一維導(dǎo)熱)兩側(cè)壁溫分別為t1和t2且恒定(穩(wěn)態(tài))導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變化(常物性)圓柱坐標(biāo)系傅立葉方程及其解析解方程：qQ/l(2r)(dt/dr)積分：tq /(2)ln(r)C代入：q (t1t2) /ln(d2/d1)/(2)意義壁內(nèi)溫度分布為對數(shù)曲線穩(wěn)態(tài)傳熱量是定值，不隨時間變化第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1888通過復(fù)合圓柱壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱單位熱流量及熱阻平壁：qQ/F；圓柱壁：qQ/l平壁：Rt/

40、；圓柱：Rtln(d2/d1)/ 2復(fù)合圓柱壁導(dǎo)熱串聯(lián)電路：i(u1u2)/R復(fù)合壁導(dǎo)熱：q (t1t2)/Rt溫度分布：ti+1-tiq/ Rti q/ln(di+1/di)/ 2其中： Rt ln(di+1/di)/2 (i=1,2,n)第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1889通過球壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱假設(shè)空心球壁徑向?qū)?徑向一維導(dǎo)熱)兩側(cè)壁溫分別為t1和t2且恒定(穩(wěn)態(tài))導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度變化(常物性)球坐標(biāo)系傅立葉方程及其解析解方程：Q(4r2)(dt/dr)積分：tQ /(4)(1/r)C代入：q (t1t2)/(1/r1-1/r2)/(4)意義壁內(nèi)溫度分布為雙曲線穩(wěn)態(tài)傳熱量是定值，不隨時間

41、變化第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1890復(fù)雜導(dǎo)熱問題簡單導(dǎo)熱問題一維導(dǎo)熱（圓柱及球壁問題轉(zhuǎn)化為徑向?qū)幔┓€(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（傳熱量及溫度分布不隨時間變化）定常物性（導(dǎo)熱系數(shù)等物性參數(shù)可取為常數(shù)）第三類邊界條件（定值邊界條件）無內(nèi)熱源復(fù)雜導(dǎo)熱問題的求解根據(jù)傅立葉方程，建立問題的微分方程組使用數(shù)值方法求解。如松弛變量法、有限元法第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1891對流換熱對流與對流換熱牛頓冷卻定律與對流換熱系數(shù)對流換熱的各種影響因素準(zhǔn)則數(shù)以及準(zhǔn)則方程典型對流換熱的準(zhǔn)則方程第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1892對流與對流換熱對流的定義流體內(nèi)部發(fā)生相對位移致使冷熱流體相互摻混對流僅能夠發(fā)生在流體內(nèi)部且

42、必然伴隨著導(dǎo)熱對流換熱的定義流體流經(jīng)物體表面時對流與導(dǎo)熱聯(lián)合作用結(jié)果對流換熱的分類自然對流換熱，溫差作用下密度不同并流動強迫對流換熱，在外界功的作用下強制流動相變對流換熱，流體在物體表面發(fā)生了相變第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1893牛頓冷卻定律與對流換熱系數(shù)牛頓冷卻定律對流換熱量與傳熱面積及傳熱溫差成正比流體被加熱：Q(twtf)F流體被冷卻：Q(tftw)F對流換熱熱阻：Rt1/(F)不單純是物性參數(shù)典型對流換熱系數(shù)的取值空氣自然對流310；空氣強迫對流20100水自然對流2001000；水強迫100015000蒸汽強迫對流5003500水沸騰250025000；蒸汽凝結(jié)50001500

43、0第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1894對流換熱的各種影響因素流動產(chǎn)生的原因自然對流會在引力作用使密度不等的流體流動自然對流流速低換熱強度低需要較大傳熱面積強迫對流則是在外界強制力作用下的流體流動強迫對流流速高換熱強度大流體的流動狀況層流流動指流體低速流動時的分層流動狀況紊流流動指流體高速流動時的紊亂流動狀況流動狀況的判據(jù)：使用與流速相關(guān)的準(zhǔn)則數(shù)流體及物體的物性參數(shù)（如導(dǎo)熱系數(shù)等）第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1895準(zhǔn)則數(shù)以及準(zhǔn)則方程反映自然對流強度的格拉曉夫數(shù)格拉曉夫數(shù)：Gr=（gd3t）/2反映強迫對流強度的雷諾數(shù)雷諾數(shù)：Recd /反映物性參數(shù)的普朗特數(shù)普朗特數(shù)：Prcp/反映對流

44、換熱系數(shù)的努謝爾特數(shù)努謝爾特數(shù)：Nud /定性溫度與定型尺寸規(guī)定溫度為定性溫度；當(dāng)量直徑為定型尺寸第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1896典型對流換熱的準(zhǔn)則方程層流流動準(zhǔn)則方程Nu0.15Ref0.33Prf0.43Grf0.1(Prf /Prw)0.25旺盛紊流準(zhǔn)則方程Nu0.21Ref0.8Prf0.43 (Prf /Prw)0.25式中下腳標(biāo)f 表示對應(yīng)流體物性下腳標(biāo)w表示對應(yīng)物體物性定性溫度為流體平均溫度：tf(tf1tf2)/2定型尺寸為當(dāng)量直徑：de4f/u當(dāng)量直徑中，f為流道截面積；u為浸潤周長第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1897輻射換熱熱輻射的基本概念吸收輻射分析對外輻射與

45、熱輻射基本定律輻射換熱計算第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1898熱輻射的基本概念熱輻射的基本定義輻射指通過電磁波方式傳遞能量的過程為輻射熱輻射指由于熱的原因而發(fā)生的輻射為熱輻射輻射換熱是發(fā)射與吸收輻射能的綜合效果輻射換熱的特點輻射換熱是一個動態(tài)平衡的過程輻射換熱伴隨著能量形式的變化熱輻射熱輻射可以在真空中進行輻射的影響因素輻射與溫度有密切的關(guān)系輻射還與物體的表面性狀、相對位置等有關(guān)第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/1899吸收輻射分析吸收輻射投射輻射Qe吸收輻射Qa; 透射輻射Qd; 反射輻射Qr能量平衡： Qe QaQdQr相對能量平衡：1ADR定義黑體：A1，物體吸收全部投射輻射白體：R1

46、，物體反射全部投射輻射透熱：D1，物體透射全部投射輻射固體和液體：D=0 ，易吸收則反射少氣體：R0，易吸收則透射少第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/18100對外輻射與熱輻射基本定律斯蒂芬波爾茲曼定律黑體輻射：Eb0T4 (0為黑體輻射常數(shù))灰體輻射：EEb0T4 (為黑度)溫度的影響：輻射力以絕對溫度四次方成正比基爾霍夫定律熱平衡條件下物體吸收率等于同溫該物之黑度基爾霍夫定律：A基爾霍夫定律的意義物體的吸收能力越強，其輻射能力也越強黑體吸收能力最大，其輻射力也是最大的第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/18101輻射換熱的計算相關(guān)定義本身輻射：物體向外發(fā)出的輻射EEb有效輻射：本身輻射與反射輻射

47、和Eef輻射換熱：Q12Qef1Qef2凸表面包容灰體輻射換熱計算Q120F1(T14-T24)/1/1+F1/F2(1/2-1)式中F1、F2分別是被包容小物體與包容物體面積兩平行大板間輻射換熱計算（F1F2）Q120F1(T14-T24)/1/11/2-1若被包容灰體相對很?。?F1F2 ）Q1201F1(T14-T24)第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/18102傳熱過程與換熱器傳熱過程與傳熱系數(shù)傳熱的強化與消弱大平壁傳熱的強化與消弱圓柱壁傳熱的強化與消弱換熱器換熱器的基本概念換熱器的熱力計算設(shè)計計算與校核計算設(shè)計計算步驟校核計算步驟第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/18103傳熱過程與傳熱

48、系數(shù)傳熱過程的定義復(fù)雜換熱：由兩種及以上傳熱方式組成的過程傳熱過程：由冷熱流體經(jīng)固體壁面的換熱過程穩(wěn)態(tài)傳熱過程假設(shè)：冷熱流體溫度為tf1、tf2；導(dǎo)熱系數(shù)假設(shè)：冷熱流體對流換熱系數(shù)1和2傳熱方程： q（tf1tf2）/ RtK(tf1tf2)傳熱熱阻單層平壁：Rt1/1 /1/2復(fù)合平壁：Rt1/1+i/i+1/2復(fù)合圓柱：Rt1/d11+ln(di+1/di)/(2i)+1/dn +1 2式中：K為傳熱系數(shù)，是熱阻的倒數(shù)。第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/18104大平壁傳熱的強化與消弱本質(zhì)根據(jù)需要減少或者增加傳熱熱阻的問題關(guān)鍵：改善傳熱環(huán)節(jié)中熱阻較大側(cè)的傳熱條件平壁傳熱過程分析若壁面導(dǎo)熱熱阻

49、極小則Rt(12)/(12)若12，則應(yīng)當(dāng)考慮兩側(cè)對流換熱均提高若12，則應(yīng)提高對流換熱較弱的一側(cè)若導(dǎo)熱熱阻較大，則應(yīng)當(dāng)優(yōu)先降低該側(cè)的熱阻案例凝汽器管外為凝結(jié)換熱，管內(nèi)對流換熱應(yīng)強化凝汽器管內(nèi)結(jié)垢，導(dǎo)熱熱阻劇增，應(yīng)優(yōu)先清垢第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/18105圓柱壁傳熱的強化與消弱圓柱壁傳熱過程的熱阻熱阻Rt1/ (d11)+ln(d2/d1)/(2)+1/ (d22)除對流換熱系數(shù)外直徑對傳熱過程有很大影響臨界直徑增大外徑d2可增加導(dǎo)熱熱阻卻降低了外壁熱阻令d(Rt)/d(d2)0；有d2dcr 2/2臨界直徑的意義當(dāng)保溫外徑d2dcr時，d2增加會強化傳熱當(dāng)保溫外徑d2dcr時，d2增

50、加會消弱傳熱工程應(yīng)用熱力管道絕熱層外徑大，繼續(xù)增大外徑利用保溫電線外絕緣層外徑較小，增大外徑有利于散熱第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/18106換熱器的基本概念換熱器與傳熱過程定義：使熱量從高溫流體傳向低溫流體的設(shè)備實質(zhì)：熱冷流體經(jīng)歷傳熱過程實現(xiàn)熱量的傳遞特點：熱冷流體的溫度會隨熱量的交換而變化第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/18107換熱器的熱力計算換熱器的熱力過程換熱器的熱量交換屬于傳熱過程熱冷流體(下標(biāo)1和2)的進出溫度(上標(biāo)為和”)換熱器的熱力計算熱平衡式：Qm1cp1(t1-t1”)熱平衡式：Qm2cp2(t2”-t2)傳熱方程：QKFtm對數(shù)平均溫差溫差：tm(tmax -tmin

51、)/ln(tmax /tmin)式中：tmax為進出口冷熱流體溫差中較大者式中：tmin 為進出口冷熱流體溫差中較小者第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/18108設(shè)計計算與校核計算熱力計算的特點熱力計算涉及八個變量，具有三個獨立方程熱力計算由于已知與求解關(guān)系的不同分兩類設(shè)計計算已知：m1cp1、m2cp2 和四個溫度中任意三個求解：KF、Q和四個溫度中需要求解的一個校核計算已知：m1cp1、m2cp2、KF、t1和t2求解：Q和t1”和t2”第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/18109設(shè)計計算步驟根據(jù)熱平衡求解另一待求溫度計算換熱器的對數(shù)平均溫差根據(jù)換熱條件，具體計算三個環(huán)節(jié)的熱阻由傳熱方程計算傳

52、熱面積第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/18110校核計算步驟傳統(tǒng)計算方法假設(shè)一個出口溫度計算換熱器的對數(shù)平均溫差由傳熱方程計算換熱量（此熱量待修正）由熱平衡計算所假設(shè)的出口溫度若計算出口溫度與假設(shè)不一致，至步驟2改進計算方法為避免復(fù)雜迭代，提出了NTU方法（略）第二章、傳熱學(xué)基礎(chǔ)2022/9/18111第三章、鍋爐設(shè)備主要內(nèi)容：電站鍋爐概述 燃料輸送與煤粉制備爐內(nèi)燃燒（風(fēng)煙系統(tǒng)） 鍋內(nèi)傳熱（汽水系統(tǒng)）鍋爐輔機 鍋爐的運行調(diào)整 2022/9/18112電站鍋爐概述電站鍋爐的任務(wù)、特點及內(nèi)容任務(wù)：通過高效燃燒將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽的熱能特點：大容量、高參數(shù)、體積龐大、機械化和自動化內(nèi)容：燃料輸送與

53、煤粉制備；燃燒組織與高效傳熱工作特性蒸發(fā)量：單位時間內(nèi)鍋爐連續(xù)生成的蒸汽量t/h蒸汽參數(shù)：過熱蒸汽壓力、溫度及再熱汽溫度鍋爐分類容量與參數(shù)：大中小容量及超高壓亞臨界超臨界參數(shù)水循環(huán)方式：自然循環(huán)、強制循環(huán)與直流循環(huán)按燃燒方式：層燃爐與室燃爐（煤粉爐）按排渣方式：固態(tài)排渣和液態(tài)排渣按通風(fēng)方式：平衡通風(fēng)和微正壓通風(fēng)第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18113燃料輸送與煤粉制備燃料的成分煤粉的性質(zhì)制粉系統(tǒng)制粉設(shè)備第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18114燃料的成分（一）燃料的種類化石燃料包括：煤、重油和天然氣煤的主要成分碳：約占5060，基本可燃成分；氫：含量雖少，但其發(fā)熱量極高，且易燃；氧：不可燃，但具

54、有助燃作用；氮：高溫下氮與氧化合生成NOx屬有害成分硫：揮發(fā)性可燃，燃燒產(chǎn)物SOx屬有害成分灰：不可燃，是受熱面積灰結(jié)渣源有害成分水：不可燃，會吸熱汽化，是積灰結(jié)渣起因第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18115燃料的成分（二）燃料元素分析元素分析：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=1燃料的工業(yè)分析工業(yè)分析：焦炭、揮發(fā)分和水水分：當(dāng)煤被加熱后，首先蒸發(fā)出水分揮發(fā)份：繼續(xù)加熱，煤中氣態(tài)物質(zhì)析出焦炭：水及揮發(fā)份逸出剩余物，含固定碳與灰煤的分類煤的揮發(fā)分高，則煤易燃且燃燒穩(wěn)定根據(jù)揮發(fā)份將煤分為無煙煤、煙煤和褐煤第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18116燃料的成分（三）燃料熱值定義：燃

55、料完全燃燒條件下所能釋放的熱能高位熱值：含水的凝結(jié)熱時為高位熱值低位熱值：不含水的凝結(jié)熱時為低位熱值標(biāo)準(zhǔn)煤與實際煤標(biāo)準(zhǔn)煤：定壓低位熱值為29270(kJ/kg)實際煤：實際煤與標(biāo)準(zhǔn)煤可以通過熱值比換算意義：標(biāo)準(zhǔn)煤可避免指標(biāo)中因熱值造成不可比第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18117煤粉的性質(zhì)煤粉的性質(zhì)具有流動性與氧氣結(jié)合會發(fā)生自燃甚至爆炸煤粉的細度定義：煤粉顆粒的大小，用細度表示指標(biāo)R90：使用70號標(biāo)準(zhǔn)篩，篩上煤粉百分比經(jīng)濟細度影響：煤粉越細，燃燒充分，但消耗常用電多經(jīng)濟細度：R90op0.25Vr第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18118中間儲倉乏氣送粉系統(tǒng)制粉系統(tǒng)的作用加工合格的煤粉實現(xiàn)煤粉

56、干燥與輸送乏氣送粉系統(tǒng)燃燒器一次風(fēng)為乏氣回收乏氣中剩余煤粉排粉機存在磨損現(xiàn)象熱風(fēng)送粉系統(tǒng)一次風(fēng)溫度高水分低干燥劑中煤粉回收差第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18119直吹式制粉系統(tǒng)制粉系統(tǒng)的作用加工合格的煤粉實現(xiàn)煤粉干燥與輸送直吹式制粉系統(tǒng)布置緊湊系統(tǒng)簡單運行單耗較低工作可靠性差負荷調(diào)節(jié)速度慢磨煤機配置中速磨煤機省略排粉機的高速磨煤機第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18120制粉設(shè)備磨煤機的工作原理通過撞擊、碾壓、研磨等方式加工煤粉低速滾筒式鋼球磨煤機優(yōu)點：煤種適應(yīng)性強出力大能夠可靠長期工作缺點：設(shè)備笨重投資大制粉單耗較大忌低負荷配套制粉系統(tǒng)：中儲倉系統(tǒng)保證磨煤機高負荷中速磨煤機優(yōu)點：體積小結(jié)構(gòu)緊

57、湊噪音低制粉單耗小缺點：磨煤干燥不充分不宜加工高水高硬煤種配套制粉系統(tǒng)：直吹式系統(tǒng)保證負荷適應(yīng)性高速風(fēng)扇式磨煤機優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單便于制造，金屬耗量少負荷適應(yīng)好缺點：葉片磨損嚴(yán)重，檢修周期短，不宜加工硬煤第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18121爐內(nèi)燃燒煤粉的燃燒過程過?？諝庀禂?shù)鍋爐的熱平衡煤粉爐與燃燒器第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18122煤粉的燃燒過程煤粉的燃燒過程預(yù)熱階段：煤粉預(yù)熱、烘干及揮發(fā)分分解析出此過程的特點是只吸熱、不燃燒；無需供氧氣燃燒階段：揮發(fā)分著火燃燒并引燃焦炭中的碳此過程的特點是煤粉燃燒放熱；需要集中供氧燃燼階段：煤粉顆粒邊流動邊燃燒，此過程的特點是緩慢燃燒，放熱量較少充分燃

58、燒的必要條件有足夠的爐膛溫度；低負荷時需要穩(wěn)定的爐溫合適的時機供應(yīng)適量的助燃氧氣組織合理燃燒工況，保證氧氣與煤粉充分混合保證足夠的燃燒空間與燃燒時間第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18123過剩空氣系數(shù)燃燒所需空氣量理論空氣量：煤粉中可燃成分完全氧化耗氧量過?？諝饬浚簽楸ＷC燃燒效果需超量供應(yīng)空氣過?？諝庀禂?shù)過剩空氣系數(shù)vk/v0(實際與理論空氣量之比)合理的過?？諝庀禂?shù)過大的會降低爐膛溫度且增大排煙熱損失較低的會產(chǎn)生CO并增加未燃碳損失合理的1.151.25（爐膛出口處）過剩空氣系數(shù)的控制監(jiān)控?zé)煔庵蠴2或CO2的含量的變化可控制第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18124鍋爐的熱平衡鍋爐熱平衡圖鍋爐

59、的熱平衡鍋爐的損失分析鍋爐的正反平衡效率計算第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18125鍋爐熱平衡圖第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18126鍋爐的熱平衡鍋爐的輸入熱量一般取單位收到基燃料的定壓低位熱值為基準(zhǔn)鍋爐的輸出熱量鍋爐有效利用熱量（蒸汽獲得的熱量）Q1鍋爐排煙損失熱量（排放煙氣的熱量）Q2化學(xué)不完全燃燒損失熱量（排煙含CO）Q3機械不完全燃燒損失熱量（排煙含Cfh）Q4散熱損失熱量（爐本體高溫表面散熱）Q5灰渣損失熱量（鍋爐排渣損失的熱量）Q6鍋爐的熱平衡熱平衡式：QarQ1Q2Q3Q4Q5Q6熱平衡式：1q1q2q3q4q5q6第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18127鍋爐的損失分析（一）排

60、煙熱損失q2由于排煙溫度高于環(huán)境大氣溫度所對應(yīng)之損失排煙熱損失取決于排煙溫度及過?？諝庀禂?shù)排煙溫度每升高1215，q2增加約1排煙溫度的影響與取值降低煙溫需增加受熱面且受制于煙氣露點溫度煙溫低于露點煙氣凝水與SO2造成稀硫酸腐蝕煙溫低于露點煙氣凝水與Aar結(jié)合堵塞空預(yù)器合理的排煙溫度約110150對于煤粉爐，此項損失較大，其值58第三章、鍋爐設(shè)備2022/9/18128鍋爐的損失分析（二）化學(xué)不完全燃燒熱損失煙氣中含CO及少量H2、CH4等可燃氣體成分此項損失隨爐內(nèi)過?？諝庀禂?shù)的減少而增加對于煤粉爐，此項損失較小，常取為定值0.5機械不完全燃燒熱損失煙氣中含有未燃燒或未完全燃燒的可燃碳成分此項