壓水堆核電廠(chǎng)二回路熱力循環(huán)上

壓水堆核電廠(chǎng)二回路熱力循環(huán)上1第一頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二電廠(chǎng)的任務(wù)——核能或化學(xué)能熱能電能能量轉(zhuǎn)換的原理和規(guī)律——熱量傳遞的規(guī)律——流體在各種設(shè)備中流動(dòng)的規(guī)律——工程熱力學(xué)傳熱學(xué)流體力學(xué)熱工流體理論動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)2第二頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二第一章壓水堆核電廠(chǎng)二回路熱力循環(huán)3第三頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.1.1熱能動(dòng)力裝置分類(lèi)及作功過(guò)程：共同本質(zhì)：由媒介物通過(guò)吸熱—膨脹作功—排熱

從燃料中獲得熱能，以及利用熱能得到動(dòng)力的整套設(shè)備（包括輔助設(shè)備），統(tǒng)稱(chēng)熱能動(dòng)力裝置。1-1系統(tǒng)和平衡狀態(tài)氣體動(dòng)力裝置內(nèi)燃機(jī)、噴氣動(dòng)力裝置、燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置、……蒸汽動(dòng)力裝置4第四頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.1.2工質(zhì)a）定義：實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)b）對(duì)工質(zhì)的要求:物質(zhì)三態(tài)中氣態(tài)最適宜。

1）膨脹性;

2）流動(dòng)性

3）熱容量

4）穩(wěn)定性，安全性

5）對(duì)環(huán)境友善

6）價(jià)廉，易大量獲取c）理想氣體和實(shí)際氣體5第五頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.1.3熱源定義：工質(zhì)從中吸取或向之排出熱能的物質(zhì)系統(tǒng)。?高溫?zé)嵩矗嵩矗?反應(yīng)堆堆芯低溫?zé)嵩矗ɡ湓矗?冷卻水?恒溫?zé)嵩?

穩(wěn)定工況的堆芯變溫?zé)嵩?

啟動(dòng)、停堆時(shí)的堆芯6第六頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二?系統(tǒng)人為分割出來(lái)，作為熱力學(xué)研究對(duì)象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。?

外界與體系發(fā)生質(zhì)、能交換的物系。?邊界系統(tǒng)與外界的分界面（線(xiàn)）。1.1.4熱力系統(tǒng)(系統(tǒng)、體系)和外界1）系統(tǒng)與外界的人為性

2）外界與環(huán)境介質(zhì)的關(guān)系

3）邊界可以是：

a）剛性的或可變形的或有彈性的

b）固定的或可移動(dòng)的

c）實(shí)際的或虛擬的注意：7第七頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二?汽缸-活塞裝置（移動(dòng)和固定邊界）8第八頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

閉口系（控制質(zhì)量CM）—沒(méi)有質(zhì)量越過(guò)邊界

開(kāi)口系（控制體積CV）—通過(guò)邊界與外界有質(zhì)量交換1.按系統(tǒng)與外界質(zhì)量交換1.1.5熱力系分類(lèi)9第九頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

1）閉口系與系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量不變的區(qū)別；

2）開(kāi)口系與絕熱系的關(guān)系；

3）孤立系與絕熱系的關(guān)系。注意：3.簡(jiǎn)單可壓縮系

—由可壓縮物質(zhì)組成，無(wú)化學(xué)反應(yīng)、與外界有交換容積變化功的有限物質(zhì)系統(tǒng)。絕熱系

—與外界無(wú)熱量交換;

孤立系

—與外界無(wú)任何形式的質(zhì)能交換。2.按能量交換10第十頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.熱力系示例?剛性絕熱氣缸-活塞系統(tǒng)，B側(cè)設(shè)有電熱絲

紅線(xiàn)內(nèi)——閉口絕熱系黃線(xiàn)內(nèi)（不包含電熱絲）——閉口系綠線(xiàn)內(nèi)（包含電熱絲）——閉口絕熱系蘭線(xiàn)內(nèi)——孤立系11第十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二?剛性絕熱噴管取噴管為系統(tǒng)—開(kāi)口系絕熱系?Q≈012第十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.1.6平衡狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)

無(wú)外界影響系統(tǒng)保持狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而改變的狀態(tài)。1.平衡狀態(tài)討論：平衡與穩(wěn)定—穩(wěn)定未必平衡2)狀態(tài)的單值函數(shù)。物理上—與過(guò)程無(wú)關(guān)；數(shù)學(xué)上—其微量是全微分。

1)狀態(tài)參數(shù)是宏觀量，是大量粒子的統(tǒng)計(jì)平均效應(yīng)，只有平衡態(tài)才有狀參，系統(tǒng)有多個(gè)狀態(tài)參數(shù)，如2.狀態(tài)參數(shù)的特性和分類(lèi)13第十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二3)狀態(tài)參數(shù)分類(lèi)

廣延量

強(qiáng)度量如比體積工程熱力學(xué)約定用小寫(xiě)字母表示單位質(zhì)量參數(shù)。3.系統(tǒng)狀態(tài)相同的充分必要條件

系統(tǒng)兩個(gè)狀態(tài)相同的充要條件：

所有狀態(tài)參數(shù)一一對(duì)應(yīng)相等簡(jiǎn)單可壓縮系兩狀態(tài)相同的充要條件：

兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)對(duì)應(yīng)相等14第十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖

簡(jiǎn)單可壓縮系只有兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，故可用平面坐標(biāo)上一點(diǎn)確定其狀態(tài)，反之任一狀態(tài)可在平面坐標(biāo)上找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)：pv1p1v1Ts2T2s2OO15第十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.1.7準(zhǔn)平衡（靜態(tài)）過(guò)程

定義：偏離平衡態(tài)無(wú)窮小，隨時(shí)恢復(fù)平衡的狀態(tài)變化過(guò)程。進(jìn)行條件：

破壞平衡的勢(shì)—

過(guò)程進(jìn)行無(wú)限緩慢工質(zhì)有恢復(fù)平衡的能力準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程可在狀態(tài)參數(shù)圖上用連續(xù)實(shí)線(xiàn)表示無(wú)窮小

能量的轉(zhuǎn)化通過(guò)工質(zhì)的狀態(tài)變化過(guò)程完成，過(guò)程是指系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)向另一個(gè)平衡狀態(tài)變化時(shí)全部狀態(tài)的總合。......16第十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二？定義：系統(tǒng)可經(jīng)原途徑返回原來(lái)狀態(tài)而在外界不留下任何變化的過(guò)程。討論：.12.可逆過(guò)程的判斷：系統(tǒng)可返回原來(lái)狀態(tài)+在外界不留下任何變化1.1.8可逆過(guò)程1.可逆=準(zhǔn)靜態(tài)+沒(méi)有耗散效應(yīng)

2.一切實(shí)際過(guò)程不可逆

3.可逆過(guò)程可用狀態(tài)參數(shù)圖上實(shí)線(xiàn)表示

17第十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.2.1溫度1-2基本狀態(tài)參數(shù)●熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對(duì)溫標(biāo)）:

熱力學(xué)溫標(biāo)取水的三相點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，并定義其溫度為273.16K。溫差1K相當(dāng)于水的三相點(diǎn)溫度的1/273.16?！駭z氏溫標(biāo):

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水的冰點(diǎn)溫度為0

℃

，純水的沸點(diǎn)溫度為100℃，純水的三相點(diǎn)（固、液、汽三相平衡共存的狀態(tài)點(diǎn)）溫度為0.01℃

。

1K=1℃t=T

–273.15華氏溫標(biāo)和朗肯溫標(biāo)華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo){T}°R={t}℉

+459.67{t}℃=5/9[{t}℉-32]{t}℉

=9/5{t}℃

+3218第十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.2.2壓力絕對(duì)壓力p;表壓力pe（pg）;真空度pv當(dāng)?shù)卮髿鈮簆b19第十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二常用壓力單位：1.2.3比體積和密度比體積單位質(zhì)量工質(zhì)的體積密度單位體積工質(zhì)的質(zhì)量20第二十頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1–3熱力學(xué)能(內(nèi)能)、焓和熵1.3.1熱力學(xué)能和總能UchUnuUthUkUp▲總（儲(chǔ)存）能總能熱力學(xué)能，內(nèi)部?jī)?chǔ)存能外部?jī)?chǔ)存能宏觀動(dòng)能宏觀位能▲熱力學(xué)能21第二十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二▲熱力學(xué)能單位

▲工程中關(guān)心▲宏觀動(dòng)能與內(nèi)動(dòng)能的區(qū)別1.3.2焓1.推動(dòng)功和流動(dòng)功推動(dòng)功：系統(tǒng)引進(jìn)或排除工質(zhì)傳遞的功量。pvp1v11o22第二十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二流動(dòng)功：系統(tǒng)維持流動(dòng)所花費(fèi)的代價(jià)。推動(dòng)功在p-v圖上：.12.23第二十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.焓定義：H=U+pV

h=u+pv單位：J（kJ）J/kg（kJ/kg）焓是狀態(tài)參數(shù)。物理意義：引進(jìn)或排出工質(zhì)而輸入或排出系統(tǒng)的總能量。1.3.3熵1.定義2.

熵是狀態(tài)參數(shù)24第二十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.4.1功和可逆過(guò)程的功

1．功的力學(xué)定義

2．功的熱力學(xué)定義：通過(guò)邊界傳遞的能量其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。3．可逆過(guò)程功的計(jì)算▲功是過(guò)程量▲功可以用p-v圖上過(guò)程線(xiàn)與v軸包圍的面積表示1-4功和熱量

25第二十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

系統(tǒng)對(duì)外作功為“+”

外界對(duì)系統(tǒng)作功為“-”4．功的符號(hào)約定：膨脹：dv>0,w>0壓縮：dv<

0,w<06．有用功概念其中:

W—膨脹功；Wl—摩擦耗功；Wp＿排斥大氣功。pbf26第二十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.4.2熱量1．定義：僅僅由于溫差而通過(guò)邊界傳遞的能量。2．符號(hào)約定：系統(tǒng)吸熱“+”；放熱“-”3．單位：

4．計(jì)算式及狀態(tài)參數(shù)圖熱量是過(guò)程量（T-s圖上）表示系統(tǒng)吸熱；

，，系統(tǒng)放熱。

，，絕熱，定熵過(guò)程。

，，..12Tso→ds←.27第二十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.4.3熱量與功的異同：

1.均為通過(guò)邊界傳遞的能量；

3.功傳遞由壓力差推動(dòng)，比體積變化是作功標(biāo)志；熱量傳遞由溫差推動(dòng)，比熵變化是傳熱的標(biāo)志；

4.功是物系間通過(guò)宏觀運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用傳遞的能量；熱是物系間通過(guò)紊亂的微粒運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互作用而傳遞的能量。功2.均為過(guò)程量；熱是無(wú)條件的；熱功是有條件、限度的。28第二十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1-5熱力學(xué)第一定律及其解析式1.5.1第一定律的實(shí)質(zhì)和表述

能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用。熱是能的一種，機(jī)械能變熱能，或熱能變機(jī)械能的時(shí)候，他們之間的比值是一定的?；颍簾峥梢宰?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?；一定量的熱消失時(shí)必定產(chǎn)生相應(yīng)量的功；消耗一定量的功時(shí)，必出現(xiàn)與之相應(yīng)量的熱。1.5.2熱力學(xué)第一定律的解析式

加入系統(tǒng)的能量總和－熱力系統(tǒng)輸出的能量總和=熱力系總儲(chǔ)存能的增量29第二十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

閉口系

忽略宏觀動(dòng)能Ek和位能Ep，第一定律第一解析式—功的基本表達(dá)式熱討論：

1）對(duì)于可逆過(guò)程2）對(duì)于定量工質(zhì)吸熱與升溫關(guān)系，還取決于W的“+”、“–”、數(shù)值大小。30第三十頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1）各截面上參數(shù)不隨時(shí)間變化。2）ΔECV=0，ΔSCV=0，ΔmCV=0?···

1.6.1穩(wěn)定流動(dòng)特征1-6穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式1.6.2穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式技術(shù)功—技術(shù)上可資利用的功wt31第三十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二.12..可逆過(guò)程可逆過(guò)程技術(shù)功可用過(guò)程線(xiàn)與p軸包圍的面積表示2)

技術(shù)功的計(jì)算1）第一定律第二解析式可逆32第三十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.6.4穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式的應(yīng)用1.蒸汽輪機(jī)、氣輪機(jī)

流進(jìn)系統(tǒng)：

流出系統(tǒng)：內(nèi)部?jī)?chǔ)能增量：033第三十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.壓氣機(jī)，水泵類(lèi)流入流出內(nèi)部貯能增量034第三十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

流入：流出：內(nèi)增：0若忽略動(dòng)能差、位能差3.換熱器（鍋爐、加熱器等）35第三十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1–7熱力學(xué)第二定律1.7.1自發(fā)過(guò)程的方向性只要Q'不大于Q，并不違反第一定律?36第三十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二？重物下落，水溫升高;水溫下降，重物升高到原位只要重物位能增加小于等于水降內(nèi)能減少，不違反第一定律。電流通過(guò)電阻，產(chǎn)生熱量對(duì)電阻加熱，電阻內(nèi)產(chǎn)生反向電流？電能不大于加入熱能，不違反第一定律。歸納：1）自發(fā)過(guò)程有方向性；2）自發(fā)過(guò)程的反方向過(guò)程并非不可進(jìn)行，而是要有附加條件；3）并非所有不違反第一定律的過(guò)程均可進(jìn)行。37第三十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二能量轉(zhuǎn)換方向性的實(shí)質(zhì)是能質(zhì)有差異無(wú)限可轉(zhuǎn)換能—機(jī)械能，電能部分可轉(zhuǎn)換能—熱能不可轉(zhuǎn)換能—環(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能1.7.2第二定律的兩種典型表述1.克勞修斯敘述——熱量不可能自發(fā)地不花代價(jià)地從低溫物體傳向高溫物體。2.開(kāi)爾文-普朗克敘述——不可能制造循環(huán)熱機(jī)，只從一個(gè)熱源吸熱，將之全部轉(zhuǎn)化為功，而

不在外界留下任何影響。3.第二定律各種表述的等效性。1.7.3關(guān)于第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)38第三十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1–8

熵方程與孤立系統(tǒng)熵增原理1.8.1熵方程1.熵流和熵產(chǎn)▲據(jù)定義——系統(tǒng)與外界交換熱量；▲考察氣體自由膨脹無(wú)熱、質(zhì)交換——不可逆使系統(tǒng)熵增加。系統(tǒng)熵為何變化？▲熵是廣延性質(zhì)的參數(shù)——系統(tǒng)與外界交換質(zhì)量；p2,v2其中吸熱

“+”放熱“–”系統(tǒng)與外界換熱造成系統(tǒng)熵的變化。（熱）熵流sg—熵產(chǎn)，非負(fù)不可逆“+”可逆“0”