熱能工程與動(dòng)力類(lèi)專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)-工程熱力學(xué)知識(shí)點(diǎn)講義

工程熱力學(xué)知識(shí)點(diǎn)

1.什么是工程熱力學(xué)

從工程技術(shù)觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，研究物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)，熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的規(guī)律和方法，以及有效、合理

地利用熱能的途徑。

2.能源的地位與作用及我國(guó)能源面臨的主要問(wèn)題

3.熱能及其利用

[1]熱能：能量的一種形式

[2]來(lái)源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。

如風(fēng)能，水力能，太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒒瘜W(xué)能和核能等。

二次能源：由一次能源轉(zhuǎn)換而來(lái)的能源，如機(jī)械能、機(jī)械能等。

[3]利用形式：

直接利用：將熱能利用來(lái)直接加熱物體。如烘干、采暖、熔煉（能源消耗比例大）

間接利用：各種熱能動(dòng)力裝置，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或者再轉(zhuǎn)換成電能，

4..熱能動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置的工作過(guò)程

5.熱能利用的方向性及能量的兩種屬性

[1]過(guò)程的方向性：如：由高溫傳向低溫

[2]能量屬性：數(shù)量屬性、，質(zhì)量屬性（即做功能力）

[3]數(shù)量守衡、質(zhì)量不守衡

[4]提高熱能利用率：能源消耗量與國(guó)民生產(chǎn)總值成正比。

1.1熱力系統(tǒng)

一、熱力系統(tǒng)

系統(tǒng)：用界面從周?chē)沫h(huán)境中分割出來(lái)的研究對(duì)象，或空間內(nèi)物體的總和。

外界：與系統(tǒng)相互作用的環(huán)境。

界面：假想的、實(shí)際的、固定的、運(yùn)動(dòng)的、變形的。

依據(jù)：系統(tǒng)與外界的關(guān)系

系統(tǒng)與外界的作用：熱交換、功交換、質(zhì)交換。

二、閉口系統(tǒng)和開(kāi)口系統(tǒng)

閉口系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)外無(wú)物質(zhì)交換,稱(chēng)控制質(zhì)量。

開(kāi)口系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)外有物質(zhì)交換,稱(chēng)控制體積。

三、絕熱系統(tǒng)與孤立系統(tǒng)

絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)外無(wú)熱量交換（系統(tǒng)傳遞的熱量可忽略不計(jì)時(shí)，可認(rèn)為絕熱）

孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界既無(wú)能量傳遞也無(wú)物質(zhì)交換

=系統(tǒng)+相關(guān)外界=各相互作用的子系統(tǒng)之和=一切熱力系統(tǒng)連同相互作用的外界

四、根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部狀況劃分

可壓縮系統(tǒng)：由可壓縮流體組成的系統(tǒng)。

簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)：與外界只有熱量及準(zhǔn)靜態(tài)容積變化

均勻系統(tǒng)：內(nèi)部各局部化學(xué)成分和物理'性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)，是由單相組成的。

非均勻系統(tǒng)：由兩個(gè)或兩個(gè)以上的相所組成的系統(tǒng)。

單元系統(tǒng)：一種均勻的和化學(xué)成分不變的物質(zhì)組成的系統(tǒng)。

多元系統(tǒng)：由兩種或兩種以上物質(zhì)組成的系統(tǒng)。

單相系：系統(tǒng)中工質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)稱(chēng)為單相系。

復(fù)相系：由兩個(gè)相以上組成的系統(tǒng)稱(chēng)為復(fù)相系，如固、液、氣組成的三相系統(tǒng)。

1.2工質(zhì)的熱力狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)

一、狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)

狀態(tài)：熱力系統(tǒng)中某瞬間表現(xiàn)的工質(zhì)熱力性質(zhì)的總狀況。

狀態(tài)參數(shù)：描述工質(zhì)狀態(tài)特性的各種狀態(tài)的宏觀(guān)物理量。

如：溫度〔T〕、壓力〔P〕、比容〔u〕或密度〔p〕、內(nèi)能〔u〕、始〔h〕、靖〔s〕、自由能〔f〕、

自由烙〔g〕等。

狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學(xué)特性：

2

1.[dx=x2-x1

i一

說(shuō)明：狀態(tài)的路徑積分僅與初、終狀態(tài)有關(guān)，而與狀態(tài)變化的途徑無(wú)關(guān)。

2.，公=0

說(shuō)明：狀態(tài)參數(shù)的循環(huán)積分為零

根本狀態(tài)參數(shù)：可直接或間接地用儀表測(cè)量出來(lái)的狀態(tài)參數(shù)：溫度、壓力、比容或密度

溫度：宏觀(guān)上，是描述系統(tǒng)熱力平衡狀況時(shí)冷熱程度的物理量。

微觀(guān)上,是大量分子熱運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈程度的量度

2.壓力：

垂直作用于器壁單位面積上的力，稱(chēng)為壓力，也稱(chēng)壓強(qiáng)。

F

p=—式中：F一整個(gè)容器壁受到的力，單位為牛頓〔N〕；

f一容器壁的總面積〔m2〕。

微觀(guān)上：分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的垂直作用于容器壁上單位面積的力。

壓力測(cè)量依據(jù)：力平衡原理壓力單位：MPa

相對(duì)壓力：相對(duì)于大氣環(huán)境所測(cè)得的壓力。工程上常用測(cè)壓儀表測(cè)定的壓力。

以大氣壓力為計(jì)算起點(diǎn)，也稱(chēng)表壓力。

P=B+Pg〔p>B〕

P=B-H〔p?

式中B—當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?/p>

Pg—高于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫r(shí)的相對(duì)壓力，稱(chēng)表壓力；

H一低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫r(shí)的相對(duì)壓力，稱(chēng)為真空值。

注意：只有絕對(duì)壓力才能代表工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)

3.比容：

比容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)所具有的容積。密度：?jiǎn)挝蝗莘e的工質(zhì)所具有的質(zhì)量。

y,

v=-m'/kg

m

關(guān)系：pv=\

式中：°一工質(zhì)的密度kg/m3,1'—工質(zhì)的比容m3/kg

例：表壓力或真空度為什么不能當(dāng)作工質(zhì)的壓力？工質(zhì)的壓力不變化，測(cè)量它的壓力表或真空表的

讀數(shù)是否會(huì)變化？

解：作為工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的壓力是絕對(duì)壓力，測(cè)得的表壓力或真空度都是工質(zhì)的絕對(duì)壓力與大氣壓力

的相對(duì)值，因此不能作為工質(zhì)的壓力；因?yàn)闇y(cè)得的是工質(zhì)絕對(duì)壓力與大氣壓力的相對(duì)值，即使工質(zhì)的壓

力不變，當(dāng)大氣壓力改變時(shí)也會(huì)引起壓力表或真空表讀數(shù)的變化。

1.3準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程與可逆過(guò)程

熱力過(guò)程：系統(tǒng)狀態(tài)的連續(xù)變化稱(chēng)系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)熱力過(guò)程。

一、準(zhǔn)靜過(guò)程：如果造成系統(tǒng)狀態(tài)改變的不平衡勢(shì)差無(wú)限小，以致該系統(tǒng)在任意時(shí)刻均無(wú)限接近于

某個(gè)平衡態(tài)，這樣的過(guò)程稱(chēng)為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。

注意：準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是一種理想化的過(guò)程，實(shí)際過(guò)程只能接近準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。

二、可逆過(guò)程：系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程后，如令過(guò)程逆行而使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而不留

下任何痕跡，那么此過(guò)程稱(chēng)為可逆過(guò)程。

實(shí)現(xiàn)可逆過(guò)程的條件：

過(guò)程無(wú)勢(shì)差（傳熱無(wú)溫差，作功無(wú)力差）

過(guò)程無(wú)耗散效應(yīng)。

三、可逆過(guò)程的膨脹功（容積功）

系統(tǒng)容積發(fā)生變化而通過(guò)界面向外傳遞的機(jī)械功。

2

w=JpdvJ/kg

規(guī)定：系統(tǒng)對(duì)外做功為正，外界對(duì)系統(tǒng)作功為負(fù)。

問(wèn)題：比擬不可逆過(guò)程的膨脹功與可逆過(guò)程膨脹功

四、可逆過(guò)程的熱量：

系統(tǒng)與外界之間依靠溫差傳遞的能量稱(chēng)為熱量。

2

可逆過(guò)程傳熱量：=JTdsqJ/kg

i

規(guī)定：系統(tǒng)吸熱為正，放熱為負(fù)。

1.4熱力循環(huán)：

定義：工質(zhì)從某一初態(tài)開(kāi)始，經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化，最后由回復(fù)到初態(tài)的過(guò)程。，

一、正循環(huán)

正循環(huán)中的熱轉(zhuǎn)換功的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)用循環(huán)熱效率：

式中q1一工質(zhì)從熱源吸熱；q2一工質(zhì)向冷源放熱；wO一循環(huán)所作的凈功。

二、逆循環(huán)

以獲取制冷量為目的。

制冷系數(shù)：%=-=——一

Woqx-q2

式中：q1一工質(zhì)向熱源放出熱量；q2―工質(zhì)從冷源吸取熱量；wO一循環(huán)所作的凈功。

供熱系數(shù)：￡2=2=上」

/%-%

式中：q1一工質(zhì)向熱源放出熱量，q2―工質(zhì)從冷源吸取熱量，wO■—循環(huán)所作的凈功

熱力學(xué)第一定律

2.1系統(tǒng)的儲(chǔ)存能

系統(tǒng)的儲(chǔ)存能的構(gòu)成：內(nèi)部?jī)?chǔ)存能+外部?jī)?chǔ)存能

—.內(nèi)能

熱力系處于宏觀(guān)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)所有微觀(guān)粒子所具有的能量之和，單位質(zhì)量工質(zhì)所具有的內(nèi)能，

稱(chēng)為比內(nèi)能，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)能。U=mu

內(nèi)能=分子動(dòng)能+分子位能

分子動(dòng)能包括：

1.分子的移動(dòng)動(dòng)能2.分子的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能3.分子內(nèi)部原子振動(dòng)動(dòng)能和位能

分子位能：克服分子間的作用力所形成

u=f(T,V)或u=f(T,P)u=f(P,V)

注意：內(nèi)能是狀態(tài)參數(shù).

特別的：對(duì)理想氣體u=f(T)

二外儲(chǔ)存能：

系統(tǒng)工質(zhì)與外力場(chǎng)的相互作用〔如重力位能〕及以外界為參考坐標(biāo)的系統(tǒng)宏觀(guān)運(yùn)動(dòng)所具有的能量〔宏

觀(guān)動(dòng)能〕。

1,

宏觀(guān)動(dòng)能：E,=—me'

2

重力位能：式中g(shù)一重力加速度。

三系統(tǒng)總儲(chǔ)存能：

或E=U+gmc~+mgze=u+^c2+gz

2.2系統(tǒng)與外界傳遞的能量

與外界熱源，功源，質(zhì)源之間進(jìn)行的能量傳遞

一■、熱量

在溫差作用下，系統(tǒng)與外界通過(guò)界面?zhèn)鬟f的能量。

系統(tǒng)吸熱熱量為正，系統(tǒng)放熱熱量為負(fù)。

單位：kJkcalIkcal=4.1868kJ

特點(diǎn)：熱量是傳遞過(guò)程中能量的一種形式，熱量與熱力過(guò)程有關(guān)，或與過(guò)程的路徑有關(guān).

二、功

除溫差以外的其它不平衡勢(shì)差所引起的系統(tǒng)與外界傳遞的能量.

1.膨脹功W：在力差作用下，通過(guò)系統(tǒng)容積變化與外界傳遞的能量。

單位：IJ=INm

規(guī)定：系統(tǒng)對(duì)外作功為正，外界對(duì)系統(tǒng)作功為負(fù)。

膨脹功是熱變功的源泉

2軸功小：

通過(guò)軸系統(tǒng)與外界傳遞的機(jī)械功

注意：剛性閉口系統(tǒng)軸功不可能為正，軸功來(lái)源于能量轉(zhuǎn)換

三、隨物質(zhì)傳遞的能量

1.流開(kāi)工質(zhì)本身具有的能量

2.流動(dòng)功（或推動(dòng)功）：

維持流體正常流動(dòng)所必須傳遞量，是為推動(dòng)流體通過(guò)控制體界面而傳遞的機(jī)械功.

推動(dòng)1kg工質(zhì)進(jìn)、出控制體所必須的功

注意：流動(dòng)功僅取決于控制體進(jìn)出口界面工質(zhì)的熱力狀態(tài)。流動(dòng)功是由泵風(fēng)機(jī)等提供

四、始的定義：

燧二內(nèi)能+流動(dòng)功

對(duì)于m千克工質(zhì)：H^U+pV

對(duì)于1千克工質(zhì)：h=u+pv

五、始的物理意義：

對(duì)流開(kāi)工質(zhì)（開(kāi)口系統(tǒng)），表示沿流動(dòng)方向傳遞的總能量中，取決于熱力狀態(tài)的那局部能量.

對(duì)不流開(kāi)工質(zhì)（閉口系統(tǒng)），始只是一個(gè)復(fù)合狀態(tài)參數(shù)

2.3閉口系統(tǒng)能量方程

一、能量方程表達(dá)式

AU=Q—W適用于mkg質(zhì)量工質(zhì)

\u=q-w1kg質(zhì)量工質(zhì)

注意:該方程適用于閉口系統(tǒng)、任何工質(zhì)、任何過(guò)程。

由于反映的是熱量、內(nèi)能、膨脹功三者關(guān)系，因而該方程也適用于開(kāi)口系統(tǒng)、任何工質(zhì)、任何過(guò)程.

2

特別的：對(duì)可逆過(guò)程\u=q-\pdv

i

二、.循環(huán)過(guò)程第一定律表達(dá)式

結(jié)論：第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制造出來(lái)

三、理想氣體內(nèi)能變化計(jì)算

由8qv=di1V=cvdT得：

2

du=cvdT，Aw=jcvdT

i

適用于理想氣體一切過(guò)程或者實(shí)際氣體定容過(guò)程

或：A"=Cy(心-()

用定值比熱計(jì)算

用平均比熱計(jì)算

2

cv=/(T)的經(jīng)驗(yàn)公式代入A"=Jc/T積分。

1

理想氣體組成的混合氣體的內(nèi)能：。=+。2+…+。“==trniui

i=\i=\

2.4開(kāi)口系統(tǒng)能量方程

由質(zhì)量守恒原理：

進(jìn)入控制體的質(zhì)量一離開(kāi)控制體的質(zhì)量=控制體中質(zhì)量的增量

能量守恒原理:

進(jìn)入控制體的能量一控制體輸出的能量=控制體中儲(chǔ)存能的增量

設(shè)控制體在時(shí)間內(nèi)：

進(jìn)入控制體的能量=<52+(4+—c；+gZ])5〃i

'21

離開(kāi)控制體的能量=5WS+(4+5c；+gz^dm?

控制體儲(chǔ)存能的變化dEcv=(E+dE\v-Ecv

代入后得到：

SQ=6WS+(/zj+—+gz2)3m2-(/^+—c；+gzj5nl+dEcv

注意：本方程適用于任何工質(zhì)，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流、不穩(wěn)定流動(dòng)的一切過(guò)程，也適用于閉口系統(tǒng)

2.5開(kāi)口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程

—'穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況

工質(zhì)以恒定的流量連續(xù)不斷地進(jìn)出系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部及界面上各點(diǎn)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和宏觀(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)都

保持一定，不隨時(shí)間變化，稱(chēng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況。

條件：1.符合連續(xù)性方程

2.系統(tǒng)與外界傳遞能量，收入=支出，且不隨時(shí)間變化

適用于任何工質(zhì)，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流熱力過(guò)程

二技術(shù)功

在熱力過(guò)程中可被直接利用來(lái)作功的能量，稱(chēng)為技術(shù)功。

技術(shù)功=膨脹功+流動(dòng)功

特別的：對(duì)可逆過(guò)程：

公式：dh-Sq-dws

適用于任何工質(zhì)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過(guò)程，忽略工質(zhì)動(dòng)能和位能的變化。

三、理想氣體始的計(jì)算

對(duì)于理想氣體h="+RT=f（T）

2

dh=cndT,\h=]cndT

pJp

i

適用于理想氣體的一切熱力過(guò)程或者實(shí)際氣體的定壓過(guò)程

適用于理想氣體的一切熱力過(guò)程或者實(shí)際氣體的定壓過(guò)程，

用定值比熱計(jì)算

用平均比熱計(jì)算

2

把cp=/（T）的經(jīng)驗(yàn)公式代入M=JcpdT積分。

1

氣體和蒸汽的性質(zhì)

3.1理想氣體狀態(tài)方程

一、理想氣體與實(shí)際氣體

定義：氣體分子是一些彈性的，忽略分子相互作用力，不占有體積的質(zhì)點(diǎn)，

注意：當(dāng)實(shí)際氣體pTOvT0°的極限狀態(tài)時(shí)，氣體為理想氣體。

二、理想氣體狀態(tài)方程的導(dǎo)出

狀態(tài)方程的幾種形式

1.PV^RT適用于1千克理想氣體。

式中：p—絕對(duì)壓力Pa

v一比容m3/kg,T—熱力學(xué)溫度K

2.pV=m燈適用于m千克理想氣體。

式中V—質(zhì)量為mkg氣體所占的容積

3.pVM=ROT適用于1千摩爾理想氣體。

式中VM=Mv一氣體的摩爾容積，m3/kmol;RO=MR一通用氣體常數(shù)，J/kmol?K

4pV=”RoT適用于門(mén)千摩爾理想氣體。

式中V—nKmol氣體所占有的容積，m3；n一氣體的摩爾數(shù)，〃=生，kmol

M

《尸》P2V2

TiT2

6.生=里&僅適用于閉口系統(tǒng)

3.2理想氣體的比熱

一、比熱的定義與單位

定義：?jiǎn)挝晃锪康奈矬w，溫度升高或降低1K〔1℃〕所吸收或放出的熱量，稱(chēng)為該物體比熱。

單位：式中c—質(zhì)量比熱，kJ/Kg,k

—容積比熱，kJ/m3,k

Me—摩爾比熱，kJ/Kmol?k

Me

c=-----=cpQ

換算關(guān)系：22.4

注意：比熱不僅取決于氣體的性質(zhì)，還于氣體的熱力過(guò)程及所處的狀態(tài)有關(guān)。

二、定容比熱和定壓比熱

定容比熱:

表示：明單位物量的氣體在定容情況下升高或降低1K所吸收或放出的熱量.

,&lpdh

壓比熱：C"=----=—

PdTdT

表示：?jiǎn)挝晃锪康臍怏w在定壓情況下升高或降低1K所吸收或放出的熱量。

邁耶公式：cp-cv=Rc'p-c'v=p0R

比熱比：

三、定值比熱、真實(shí)比熱與平均比熱

1、定值比熱：凡分子中原子數(shù)目相同因而其運(yùn)動(dòng)自由度也相同的氣體，它們的摩爾比熱值都相等,

稱(chēng)為定值比熱。

2、真實(shí)比熱：相應(yīng)于每一溫度下的比熱值稱(chēng)為氣體的真實(shí)比熱。

常將比熱與溫度的函數(shù)關(guān)系表示為溫度的三次多項(xiàng)式

3.平均比熱

氣體和蒸汽的根本熱力過(guò)程

一、定壓過(guò)程

二、定容過(guò)程

三、定溫過(guò)程

四、絕熱過(guò)程

q=0w=-Awwt=-Ah

熱力學(xué)第二定律

5.1自然過(guò)程的方向性

一、磨擦過(guò)程

功可以自發(fā)轉(zhuǎn)為熱，但熱不能自發(fā)轉(zhuǎn)為功

二、傳熱過(guò)程

熱量只能自發(fā)從高溫傳向低溫

三、自由膨脹過(guò)程

絕熱自由膨脹為無(wú)阻膨脹，但壓縮過(guò)程卻不能自發(fā)進(jìn)行

四、混合過(guò)程

兩種氣體混合為混合氣體是常見(jiàn)的自發(fā)過(guò)程

五、燃燒過(guò)程

燃料燃燒變?yōu)槿紵a(chǎn)物（煙氣等），只要到達(dá)燃燒條件即可自發(fā)進(jìn)行

結(jié)論：自然的過(guò)程是不可逆的

5.2熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)

克勞修斯說(shuō)法：熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化

開(kāi)爾文說(shuō)法：不可能制造只從一個(gè)熱源取熱使之完全變?yōu)闄C(jī)械能，而不引起其它變化的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。

5.3卡諾循環(huán)與卡諾定理

意義：解決了熱變功最大限度的轉(zhuǎn)換效率的問(wèn)題

卡諾循環(huán)：

［一］正循環(huán)

組成：兩個(gè)可逆定溫過(guò)程、兩個(gè)可逆絕熱過(guò)程

過(guò)程a-b:工質(zhì)從熱源（T1）可逆定溫吸熱

b-c:工質(zhì)可逆絕熱（定’嫡）膨脹

c-d：工質(zhì)向冷源（T2）可逆定溫放熱

d-a:工質(zhì)可逆絕熱（定嫡）壓縮回復(fù)到初始狀態(tài)。

循環(huán)熱效率：

/=7；%-s0）=面積abefa%=與區(qū)-sQ=面積cdfec

因?yàn)椋╯》_￡/=（、_%）得到7=1—奉

分析：

1、熱效率取決于兩熱源溫度，T1、T2,與工質(zhì)性質(zhì)無(wú)關(guān)。

2、由于T2*0,因此熱效率不能為1

3、假設(shè)T1=T2,熱效率為零，即單一熱源，熱機(jī)不能實(shí)現(xiàn)。

［二］逆循環(huán)：

包括：絕熱壓縮、定溫放熱。

定溫吸熱、絕熱膨脹。

制冷系數(shù)：五=4^=二^

嗎）Qi-Qi刀一/

供熱系數(shù)￡20=更='^=^^

wo41-%工一（

關(guān)系：s2c^Slc+1

分析：通常T2>T1-T2所以：名〉1

二卡諾定理：

1、所有工作于同溫?zé)嵩?、同溫冷源之間的一切熱機(jī)，以可逆熱機(jī)的熱效率為最高。

2.在同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切可逆熱機(jī)，其熱效率均相等.

壓氣機(jī)的熱力過(guò)程

1壓氣機(jī)的理論壓縮功

壓氣機(jī)：用來(lái)壓縮氣體的設(shè)備

一、單機(jī)活塞式壓氣機(jī)工作過(guò)程

吸氣過(guò)程、壓縮過(guò)程、排氣過(guò)程。理想化為可逆過(guò)程、無(wú)阻力損失.

1.定溫壓縮軸功的計(jì)算

2p、

wst=wt=-\vdp-plv1In一

iPi

按穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程，壓氣機(jī)所消耗的功，一局部用于增加氣體的烙，一局部轉(zhuǎn)化為熱能向外放出.

對(duì)理想氣體定溫壓縮，表示消耗的軸功全部轉(zhuǎn)化成熱能向外放出.

wst=QT

2.定嫡壓縮軸功的計(jì)算，

按穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程，絕熱壓縮消耗的軸功全部用于增加氣體的蛤，使氣體溫度升高，該式也適用

于不可逆過(guò)程

3.多變壓縮軸功的計(jì)算

按穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程，多變壓縮消耗的軸功局部用于增加氣體的蛤，局部對(duì)外放熱，該式同樣適用

于不可逆過(guò)程

結(jié)論：|-叫＜卜故」＜|一%|心＞Tsn＞T2T

可見(jiàn)定溫過(guò)程耗功最少，絕熱過(guò)程耗功最多

8.2多級(jí)壓縮及中間冷卻

k-1

T(W

由幺=&v

ZIPi,

即：壓力比越大，其壓縮終了溫度越高，較高壓縮氣體常采用中間冷卻設(shè)備，稱(chēng)多級(jí)壓氣機(jī).

最正確增壓比：使多級(jí)壓縮中間冷卻壓氣機(jī)耗功最小時(shí)，各級(jí)的增壓比稱(chēng)為最正確增壓比。

壓氣機(jī)的效率：在相同的初態(tài)及增壓比條件下，可逆壓縮過(guò)程中壓氣機(jī)所消耗的功與實(shí)際不可逆壓

縮過(guò)程中壓氣機(jī)所消耗的功之比，稱(chēng)為壓氣機(jī)的效率。

特點(diǎn)：

1.減小功的消耗，由P-V圖可知

2.降低氣體的排氣溫度，減少氣體比容

3.每一級(jí)壓縮比降低，壓氣機(jī)容積效率增高

中間壓力確實(shí)定：原那么：消耗功最小。

以?xún)杉?jí)壓縮為例，得到：P21Pl=P31P2

結(jié)論：兩級(jí)壓力比相等，耗功最小。

推廣為Z級(jí)壓縮

推理：

1.每級(jí)進(jìn)口、出口溫度相等.

2.各級(jí)壓氣機(jī)消耗功相等.

3.各級(jí)氣缸及各中間冷卻放出和吸收熱量相等.

8.5活塞式壓氣機(jī)余隙影響

一、余隙對(duì)排氣量的影響

余隙：為了安置進(jìn)、排氣閥以及防止活塞與汽缸端蓋間的碰撞，在汽缸端蓋與活塞行程終點(diǎn)間留有

一定的余隙，稱(chēng)為余隙容積，簡(jiǎn)稱(chēng)余隙

活塞式壓氣機(jī)的容積效率：活塞式壓氣機(jī)的有效容積和活塞排量之比，

結(jié)論：余隙使一局部汽缸容積不能被有效利用，壓力比越大越不利。

二余隙對(duì)理論壓縮軸功的影響

式中：一%為實(shí)際吸入的氣體體積。

結(jié)論：不管壓氣機(jī)有無(wú)余隙，壓縮每kg氣體所需的理論壓縮軸功都相同，所以應(yīng)減少余隙容積。

氣體動(dòng)力循環(huán)

9.2活塞式內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的簡(jiǎn)化

開(kāi)式循環(huán)(openeyeIe);

燃燒、傳熱、排氣、膨脹、壓縮均為不可逆；

各環(huán)節(jié)中工質(zhì)質(zhì)量、成分稍有變化。

9.3活塞式內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)

一、混合加熱理想循環(huán)

0-?1吸氣

1—t2壓縮

2->3噴油、燃燒

3-4燃燒

4-5膨脹作功

5-0排氣

蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)

熱機(jī)：將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備叫做熱力原動(dòng)機(jī)。熱機(jī)的工作循環(huán)稱(chēng)為動(dòng)力循環(huán)。

動(dòng)力循環(huán)可分：蒸汽動(dòng)力循環(huán)和燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)兩大類(lèi)。

10.1蒸汽動(dòng)力根本循環(huán)一朗肯循環(huán)

朗肯循環(huán)是最簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力理想循環(huán)，熱力發(fā)電廠(chǎng)的各種較復(fù)雜的蒸汽動(dòng)力循環(huán)都是在朗肯循環(huán)

的根底上予以改良而得到的。

一、裝置與流程

蒸汽動(dòng)力裝置：鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器和給水泵等四局部主要設(shè)備。

工作原理