熱能與動力工程作業(yè)指導(dǎo)書

熱能與動力工程作業(yè)指導(dǎo)書TOC\o"1-2"\h\u28066第1章緒論 342821.1研究背景及意義 3258301.2熱能與動力工程發(fā)展概況 3180421.3作業(yè)指導(dǎo)書編寫目的與要求 41064第2章熱力學(xué)基礎(chǔ)知識 4281112.1熱力學(xué)基本概念 4109942.1.1系統(tǒng) 478592.1.2狀態(tài) 5137312.1.3過程 5325512.1.4平衡 522592.2狀態(tài)參數(shù)及其熱力學(xué)關(guān)系 5178142.2.1溫度 573372.2.2壓力 5243982.2.3體積 5122752.2.4狀態(tài)方程 5255262.3熱力學(xué)第一定律 5186982.3.1內(nèi)能 65472.3.2熱量 668542.3.3功 6183082.4熱力學(xué)第二定律 6220222.4.1克勞修斯原理 6169542.4.2開爾文原理 629859第3章流體力學(xué)基礎(chǔ) 6322083.1流體的性質(zhì)及流體靜力學(xué) 6124783.1.1流體的定義與特性 6239343.1.2流體靜壓力 6132663.1.3流體靜壓力定律 6213893.2流體運動學(xué) 689373.2.1流體運動的描述 694993.2.2流體運動的分類 766303.2.3流體運動方程 794293.3流體動力學(xué) 7301523.3.1流體動力學(xué)的定義與任務(wù) 7257553.3.2納維斯托克斯方程 736603.3.3流體阻力和升力 774693.4邊界層理論 7167323.4.1邊界層的定義與特性 7174863.4.2邊界層流動分類 718293.4.3邊界層方程 719721第4章傳熱學(xué)基礎(chǔ) 7153184.1導(dǎo)熱基本方程 8109924.1.1傅里葉導(dǎo)熱定律 8297774.1.2導(dǎo)熱微分方程 8144834.2對流傳熱 875034.2.1對流傳熱基本原理 8252224.2.2對流傳熱關(guān)聯(lián)式 8247804.3輻射傳熱 8173204.3.1輻射傳熱基本原理 9275774.3.2黑體輻射定律 911614.4復(fù)合傳熱 9159344.4.1復(fù)合傳熱基本特點 979714.4.2復(fù)合傳熱計算方法 917174第5章內(nèi)燃機原理 9289985.1內(nèi)燃機概述 937895.2燃燒過程 970075.3內(nèi)燃機工作循環(huán) 10281365.4內(nèi)燃機功能指標(biāo) 1022149第6章燃燒設(shè)備 10248866.1燃燒設(shè)備概述 1010156.2燃燒設(shè)備的工作原理 11250646.3燃燒設(shè)備的選型與設(shè)計 1124096.4燃燒設(shè)備的安全與環(huán)保 1121276第7章?lián)Q熱設(shè)備 11268327.1換熱設(shè)備概述 11299467.2換熱設(shè)備的基本類型 12142317.3換熱設(shè)備的設(shè)計計算 1234887.4換熱設(shè)備的優(yōu)化與節(jié)能 1230810第8章動力機械與設(shè)備 13241618.1汽輪機原理及設(shè)備 13132108.1.1汽輪機原理 13287218.1.2汽輪機設(shè)備 13202428.2燃?xì)廨啓C原理及設(shè)備 13225758.2.1燃?xì)廨啓C原理 13247118.2.2燃?xì)廨啓C設(shè)備 13239738.3渦輪機原理及設(shè)備 13246528.3.1渦輪機原理 13299528.3.2渦輪機設(shè)備 132208.4壓縮機原理及設(shè)備 14244578.4.1壓縮機原理 14235998.4.2壓縮機設(shè)備 1432232第9章控制系統(tǒng)與自動化 14278229.1控制系統(tǒng)基本原理 1450469.1.1控制系統(tǒng)的定義與分類 14140819.1.2控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 14278189.1.3控制系統(tǒng)的功能指標(biāo) 14294449.2熱能與動力工程中的自動控制 1461819.2.1熱能與動力工程自動控制的意義 14137339.2.2熱能與動力工程自動控制的應(yīng)用領(lǐng)域 14220599.3控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 14272629.3.1控制系統(tǒng)設(shè)計方法 15268859.3.2控制系統(tǒng)在熱能與動力工程中的應(yīng)用實例 1590579.4故障診斷與維修 15228229.4.1故障診斷方法 15136269.4.2維修策略 15258669.4.3維修實施與效果評估 155349第10章熱能與動力工程實踐 152588810.1實驗方法與設(shè)備 151535110.1.1實驗?zāi)康?152765510.1.2實驗設(shè)備 152368910.1.3實驗方法 152806310.2熱能利用工程實踐 16933910.2.1燃料燃燒與熱能利用 161939110.2.2熱交換技術(shù) 16507910.2.3熱能利用案例分析 162395910.3動力工程實踐 161822710.3.1汽輪機與發(fā)電 162840910.3.2內(nèi)燃機與動力輸出 162413710.3.3動力工程案例分析 162435710.4節(jié)能減排與環(huán)保實踐 161026610.4.1節(jié)能技術(shù) 1672210.4.2減排技術(shù) 161877110.4.3環(huán)保實踐案例分析 16第1章緒論1.1研究背景及意義熱能與動力工程作為一門重要的工程技術(shù)學(xué)科，在我國經(jīng)濟和社會發(fā)展中占有舉足輕重的地位。我國能源需求的不斷增長和環(huán)境保護(hù)的日益重視，提高能源利用效率、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和減少污染物排放已成為當(dāng)務(wù)之急。熱能與動力工程涵蓋了能源的高效轉(zhuǎn)換、清潔利用和環(huán)境保護(hù)等方面，對于實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展、保障國家能源安全和促進(jìn)經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要作用。1.2熱能與動力工程發(fā)展概況熱能與動力工程起源于18世紀(jì)末的蒸汽時代，經(jīng)過兩個多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)成為一個涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的綜合性學(xué)科。在我國，熱能與動力工程取得了舉世矚目的成就，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）能源轉(zhuǎn)換設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展。目前我國已擁有世界先進(jìn)的火力發(fā)電、核電、燃?xì)廨啓C等能源轉(zhuǎn)換設(shè)備和技術(shù)。（2）新能源和可再生能源的開發(fā)利用。太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等新能源和可再生能源的研究與利用在我國取得了顯著成果。（3）能源利用效率的提高。通過熱能梯級利用、能源系統(tǒng)集成等技術(shù)，我國能源利用效率不斷提高，有力地支持了國家節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)。（4）環(huán)境保護(hù)技術(shù)的進(jìn)步。在脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保技術(shù)方面，我國取得了重要突破，為改善環(huán)境質(zhì)量做出了貢獻(xiàn)。1.3作業(yè)指導(dǎo)書編寫目的與要求為使學(xué)生在熱能與動力工程課程學(xué)習(xí)過程中，更好地掌握基本理論、基本知識和基本技能，培養(yǎng)實際工程能力，特編寫此作業(yè)指導(dǎo)書。本作業(yè)指導(dǎo)書旨在：（1）明確課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有針對性的學(xué)習(xí)。（2）提供典型題目和案例分析，幫助學(xué)生鞏固理論知識，提高解決實際問題的能力。（3）規(guī)范作業(yè)格式和要求，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度和良好的工程素養(yǎng)。在使用本作業(yè)指導(dǎo)書時，學(xué)生應(yīng)遵循以下要求：（1）認(rèn)真閱讀題目，理解題意，保證解答的正確性和完整性。（2）按照指導(dǎo)書要求，規(guī)范書寫作業(yè)，保持字跡清晰、工整。（3）注重理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，提高分析問題和解決問題的能力。（4）按時完成作業(yè)，積極參加討論，相互學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。第2章熱力學(xué)基礎(chǔ)知識2.1熱力學(xué)基本概念熱力學(xué)是研究熱能與其他形式能量相互轉(zhuǎn)換規(guī)律的學(xué)科。本節(jié)將介紹熱力學(xué)中的一些基本概念，包括系統(tǒng)、狀態(tài)、過程和平衡等。2.1.1系統(tǒng)系統(tǒng)是指研究對象的特定部分，可以是一個物體、一個設(shè)備或一個區(qū)域。根據(jù)與外界交換物質(zhì)、能量和功的方式，系統(tǒng)可分為封閉系統(tǒng)、開放系統(tǒng)和絕熱系統(tǒng)。2.1.2狀態(tài)狀態(tài)是指系統(tǒng)在某一時刻的宏觀性質(zhì)，如溫度、壓力、體積等。狀態(tài)可以用狀態(tài)參數(shù)來描述，不同狀態(tài)之間的變化稱為過程。2.1.3過程過程是指系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的過程。根據(jù)過程的特點，可以分為等溫過程、等壓過程、等容過程和絕熱過程等。2.1.4平衡平衡是指系統(tǒng)在不受外界影響時，其宏觀性質(zhì)不隨時間變化。熱力學(xué)平衡分為熱平衡、力平衡和化學(xué)平衡等。2.2狀態(tài)參數(shù)及其熱力學(xué)關(guān)系狀態(tài)參數(shù)是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量。本節(jié)主要介紹一些基本的狀態(tài)參數(shù)及其熱力學(xué)關(guān)系。2.2.1溫度溫度是衡量系統(tǒng)熱狀態(tài)的物理量。熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系為：T（K）=t（℃）273.15。2.2.2壓力壓力是指單位面積上受到的力。在熱力學(xué)中，通常使用帕斯卡（Pa）作為壓力的單位。2.2.3體積體積是指系統(tǒng)所占據(jù)的空間大小。在熱力學(xué)中，體積通常以立方米（m3）為單位。2.2.4狀態(tài)方程狀態(tài)方程描述了系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)之間的相互關(guān)系。最常用的狀態(tài)方程是理想氣體狀態(tài)方程：PV=nRT，其中P、V、n、R和T分別表示壓力、體積、物質(zhì)的量、氣體常數(shù)和溫度。2.3熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的具體表現(xiàn)，它表明在一個封閉系統(tǒng)中，系統(tǒng)所吸收的熱量等于系統(tǒng)所做的功和內(nèi)能的增加。2.3.1內(nèi)能內(nèi)能是指系統(tǒng)內(nèi)部所有微觀粒子（如原子、分子）的熱運動和相互作用所具有的能量。2.3.2熱量熱量是指由于溫度差，系統(tǒng)與外界之間傳遞的能量。2.3.3功功是指系統(tǒng)與外界之間由于壓力差、位移等引起的能量傳遞。2.4熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律描述了熱量傳遞的方向性和能量轉(zhuǎn)換的不可逆性。它包括兩個基本原理：克勞修斯原理和開爾文原理。2.4.1克勞修斯原理克勞修斯原理指出：在自然過程中，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。2.4.2開爾文原理開爾文原理認(rèn)為：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全轉(zhuǎn)化為功而不引起其他影響。這意味著能量轉(zhuǎn)換過程中總存在一定的能量損失。第3章流體力學(xué)基礎(chǔ)3.1流體的性質(zhì)及流體靜力學(xué)3.1.1流體的定義與特性流體是物質(zhì)的一種形態(tài)，具有流動性和連續(xù)性。流體的主要特性包括密度、粘度和壓縮性等。流體的這些性質(zhì)對流體靜力學(xué)和動力學(xué)分析具有重大影響。3.1.2流體靜壓力流體靜壓力是指流體在靜止?fàn)顟B(tài)下所受到的壓力。流體靜壓力與流體的密度、重力加速度以及流體所在深度有關(guān)。本節(jié)將介紹流體靜壓力的計算方法和應(yīng)用。3.1.3流體靜壓力定律流體靜壓力遵循帕斯卡定律，即在一個封閉容器內(nèi)，流體靜壓力在各個方向相等。本節(jié)將闡述流體靜壓力定律的原理及其在工程中的應(yīng)用。3.2流體運動學(xué)3.2.1流體運動的描述流體運動學(xué)主要研究流體運動的規(guī)律和特性。本節(jié)將從流速、流線和流譜等方面描述流體運動。3.2.2流體運動的分類根據(jù)流體運動的特性，可以將其分為層流和湍流兩種類型。本節(jié)將介紹層流和湍流的區(qū)別及其在實際工程中的表現(xiàn)。3.2.3流體運動方程流體運動方程是描述流體運動的數(shù)學(xué)表達(dá)式，主要包括連續(xù)性方程、動量方程和能量方程。本節(jié)將簡要介紹這些方程的基本形式。3.3流體動力學(xué)3.3.1流體動力學(xué)的定義與任務(wù)流體動力學(xué)研究流體在力的作用下的運動規(guī)律，主要任務(wù)為分析流體的速度、壓力、溫度等物理量的分布與變化。3.3.2納維斯托克斯方程納維斯托克斯方程是描述流體動力學(xué)運動的一組偏微分方程，是流體力學(xué)的基本方程。本節(jié)將介紹納維斯托克斯方程的推導(dǎo)和應(yīng)用。3.3.3流體阻力和升力流體阻力和升力是流體動力學(xué)中的重要概念，它們直接影響工程結(jié)構(gòu)的功能。本節(jié)將討論流體阻力和升力的計算方法。3.4邊界層理論3.4.1邊界層的定義與特性邊界層是指流體在靠近固體表面的區(qū)域，其流速從零逐漸增加到自由流的速度。邊界層內(nèi)的流動特性對流體阻力和傳熱等過程具有重要影響。3.4.2邊界層流動分類根據(jù)流體在邊界層內(nèi)的流動特性，可以將邊界層流動分為層流邊界層和湍流邊界層。本節(jié)將介紹這兩種邊界層流動的特點。3.4.3邊界層方程邊界層方程是描述邊界層內(nèi)流體運動的數(shù)學(xué)表達(dá)式，主要包括邊界層動量方程和能量方程。本節(jié)將簡要介紹這些方程的基本形式及其應(yīng)用。第4章傳熱學(xué)基礎(chǔ)4.1導(dǎo)熱基本方程導(dǎo)熱是指物體內(nèi)部熱量通過分子碰撞傳遞的過程。本節(jié)主要介紹導(dǎo)熱基本方程，包括傅里葉導(dǎo)熱定律和導(dǎo)熱微分方程。4.1.1傅里葉導(dǎo)熱定律傅里葉導(dǎo)熱定律描述了物體內(nèi)部溫度梯度與熱流密度之間的關(guān)系，表達(dá)式為：\[q=k\frac{dT}{dx}\]其中，\(q\)表示熱流密度，\(k\)表示導(dǎo)熱系數(shù)，\(\frac{dT}{dx}\)表示溫度梯度。4.1.2導(dǎo)熱微分方程導(dǎo)熱微分方程是描述導(dǎo)熱過程中溫度隨時間和空間變化的偏微分方程，表達(dá)式為：\[\frac{\partialT}{\partialt}=\alpha\nabla^2TQ\]其中，\(T\)表示溫度，\(t\)表示時間，\(\alpha\)表示熱擴散系數(shù)，\(\nabla^2T\)表示拉普拉斯算子，\(Q\)表示單位時間內(nèi)單位體積內(nèi)的熱源項。4.2對流傳熱對流傳熱是指流體與固體表面之間的熱量傳遞過程。本節(jié)主要介紹對流傳熱的基本原理和關(guān)聯(lián)式。4.2.1對流傳熱基本原理對流傳熱過程中，流體與固體表面之間的熱量傳遞主要通過以下方式：（1）流體與固體表面之間的溫差引起的熱量傳遞；（2）流體流動引起的流體質(zhì)點與固體表面的熱量傳遞。4.2.2對流傳熱關(guān)聯(lián)式對流傳熱關(guān)聯(lián)式通常采用牛頓冷卻定律表示，表達(dá)式為：\[q=h\cdot(T_sT_f)\]其中，\(q\)表示對流傳熱熱流密度，\(h\)表示對流傳熱系數(shù)，\(T_s\)表示固體表面溫度，\(T_f\)表示流體溫度。4.3輻射傳熱輻射傳熱是指物體表面之間通過電磁波傳遞熱量的過程。本節(jié)主要介紹輻射傳熱的基本原理和黑體輻射定律。4.3.1輻射傳熱基本原理物體表面發(fā)射的電磁波在經(jīng)過空間傳遞后，被另一個物體表面吸收，從而實現(xiàn)熱量傳遞。輻射傳熱的基本原理遵循斯特藩玻爾茲曼定律和蘭貝特定律。4.3.2黑體輻射定律黑體輻射定律描述了理想黑體表面溫度與發(fā)射的輻射能量之間的關(guān)系，表達(dá)式為：\[E=\sigma\cdotT^4\]其中，\(E\)表示單位面積黑體表面發(fā)射的輻射能量，\(\sigma\)表示斯特藩玻爾茲曼常數(shù)，\(T\)表示黑體溫度。4.4復(fù)合傳熱復(fù)合傳熱是指在實際工程應(yīng)用中，導(dǎo)熱、對流傳熱和輻射傳熱同時存在的過程。本節(jié)主要介紹復(fù)合傳熱的基本特點和計算方法。4.4.1復(fù)合傳熱基本特點復(fù)合傳熱過程中，熱量傳遞方式包括導(dǎo)熱、對流傳熱和輻射傳熱，具有以下特點：（1）傳熱過程復(fù)雜，需要綜合考慮多種熱量傳遞方式；（2）傳熱系數(shù)和熱阻的計算較為復(fù)雜；（3）傳熱過程受多種因素影響，如流體性質(zhì)、流速、溫度等。4.4.2復(fù)合傳熱計算方法復(fù)合傳熱計算方法通常采用數(shù)值方法，如有限元法、有限體積法等。在計算過程中，需要將導(dǎo)熱、對流傳熱和輻射傳熱方程進(jìn)行耦合，并考慮邊界條件和初始條件。第5章內(nèi)燃機原理5.1內(nèi)燃機概述內(nèi)燃機是一種將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，其工作原理是通過在氣缸內(nèi)燃燒燃料產(chǎn)生高溫高壓氣體，從而推動活塞做功。內(nèi)燃機具有功率密度高、機動性好、適用范圍廣等優(yōu)點，在汽車、船舶、航空等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。5.2燃燒過程內(nèi)燃機的燃燒過程包括進(jìn)氣、壓縮、燃燒和排氣四個階段。在進(jìn)氣階段，活塞下行，氣缸內(nèi)形成負(fù)壓，吸入混合氣；在壓縮階段，活塞上行，混合氣被壓縮，溫度和壓力升高；在燃燒階段，火花塞點火或壓燃使混合氣迅速燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體；在排氣階段，活塞再次上行，將燃燒后的廢氣排出氣缸。5.3內(nèi)燃機工作循環(huán)內(nèi)燃機的工作循環(huán)包括四個基本過程：進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣。進(jìn)氣過程是活塞下行，吸入新鮮混合氣；壓縮過程是活塞上行，將混合氣壓縮至預(yù)定壓力；做功過程是燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動活塞下行，對外輸出功；排氣過程是活塞再次上行，將廢氣排出氣缸。5.4內(nèi)燃機功能指標(biāo)內(nèi)燃機的功能指標(biāo)主要包括以下幾個方面：（1）功率：內(nèi)燃機在單位時間內(nèi)所做的功，通常以千瓦（kW）表示。（2）扭矩：內(nèi)燃機輸出的旋轉(zhuǎn)力矩，通常以?！っ祝∟·m）表示。（3）燃油消耗率：內(nèi)燃機在單位功率輸出下消耗的燃油量，通常以克/千瓦時（g/kWh）表示。（4）排放功能：指內(nèi)燃機排放的廢氣中污染物（如CO、HC、NOx等）的濃度和總量。（5）效率：內(nèi)燃機輸出功率與燃料熱值的比值，反映了內(nèi)燃機的能量轉(zhuǎn)換效率。（6）耐久性：內(nèi)燃機在規(guī)定使用條件下的使用壽命，通常以小時或公里數(shù)表示。（7）噪聲和振動：內(nèi)燃機運行過程中的噪聲和振動水平，是衡量內(nèi)燃機舒適性和環(huán)保性的重要指標(biāo)。第6章燃燒設(shè)備6.1燃燒設(shè)備概述燃燒設(shè)備作為熱能與動力工程中的重要組成部分，其功能在于實現(xiàn)燃料的高效燃燒，為熱能轉(zhuǎn)換提供必要的熱源。燃燒設(shè)備廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、供熱工程、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。本章主要介紹燃燒設(shè)備的基本概念、分類及其在熱能與動力工程中的應(yīng)用。6.2燃燒設(shè)備的工作原理燃燒設(shè)備的工作原理基于燃料與氧氣的化學(xué)反應(yīng)，釋放出熱能。燃燒過程主要包括以下幾個階段：（1）燃料的制備與輸送：將固體、液體或氣體燃料制備成符合燃燒設(shè)備要求的形態(tài)，并通過輸送設(shè)備送入燃燒器。（2）燃料的霧化與混合：對于液體和氣體燃料，需要通過霧化器將其霧化成細(xì)小顆粒，與空氣充分混合。（3）燃燒：在燃燒室內(nèi)，燃料與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出熱能。（4）排放：將燃燒產(chǎn)物（煙氣）從燃燒室內(nèi)排出，并經(jīng)過后續(xù)處理達(dá)到環(huán)保要求。6.3燃燒設(shè)備的選型與設(shè)計燃燒設(shè)備的選型與設(shè)計是保證熱能系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。選型與設(shè)計應(yīng)考慮以下因素：（1）燃料類型：根據(jù)燃料的物理和化學(xué)性質(zhì)，選擇合適的燃燒設(shè)備。（2）燃燒方式：根據(jù)熱能需求，選擇合適的燃燒方式，如層燃、懸浮燃等。（3）燃燒設(shè)備結(jié)構(gòu)：根據(jù)燃料特性和燃燒要求，設(shè)計合理的燃燒設(shè)備結(jié)構(gòu)。（4）熱效率：提高燃燒設(shè)備的熱效率，降低能源消耗。（5）可靠性：保證燃燒設(shè)備長期穩(wěn)定運行，減少故障率。6.4燃燒設(shè)備的安全與環(huán)保燃燒設(shè)備在運行過程中，需關(guān)注安全和環(huán)保問題：（1）安全：嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，防止火災(zāi)、爆炸等的發(fā)生。設(shè)置安全防護(hù)裝置，如溫度、壓力監(jiān)測裝置，火焰監(jiān)測裝置等。（2）環(huán)保：采取措施降低污染物排放，如選用低氮氧化物（NOx）燃燒器，尾氣脫硫、脫硝處理等。同時合理利用余熱，提高能源利用率，降低能源消耗。本章對燃燒設(shè)備進(jìn)行了概述，介紹了其工作原理、選型與設(shè)計原則，以及安全與環(huán)保措施。希望讀者能對燃燒設(shè)備有更深入的了解，為熱能與動力工程的應(yīng)用提供參考。第7章?lián)Q熱設(shè)備7.1換熱設(shè)備概述換熱設(shè)備是熱能與動力工程中關(guān)鍵的組成部分，其主要功能是實現(xiàn)兩種不同流體之間的熱量交換。換熱設(shè)備在化工、石油、動力、食品和醫(yī)藥等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。通過合理設(shè)計和選用換熱設(shè)備，可以提高能源利用效率，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染。7.2換熱設(shè)備的基本類型換熱設(shè)備根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能可分為以下幾種基本類型：（1）間壁式換熱器：主要包括管殼式換熱器、板式換熱器、螺旋板式換熱器等。其工作原理是利用兩側(cè)流體之間的壁面進(jìn)行熱量交換。（2）混合式換熱器：通過將兩種流體直接混合，實現(xiàn)熱量交換。主要包括噴射式換熱器和靜態(tài)混合式換熱器。（3）蓄熱式換熱器：利用固體蓄熱材料作為熱媒介，實現(xiàn)熱量在兩個流體之間的傳遞。主要包括回轉(zhuǎn)式蓄熱器和蜂窩式蓄熱器。（4）熱管式換熱器：利用熱管內(nèi)工作液體的相變進(jìn)行熱量傳輸。主要包括重力熱管換熱器和毛細(xì)熱管換熱器。7.3換熱設(shè)備的設(shè)計計算換熱設(shè)備的設(shè)計計算主要包括以下內(nèi)容：（1）確定換熱設(shè)備類型：根據(jù)工藝條件和要求，選擇合適的換熱設(shè)備類型。（2）確定換熱面積：根據(jù)熱量交換需求，計算所需換熱面積。（3）確定流體流動方式：根據(jù)換熱設(shè)備類型和流體性質(zhì)，選擇合適的流動方式，如逆流、順流或交叉流。（4）計算流體壓力降：根據(jù)流體流動狀態(tài)和管道特性，計算流體在換熱設(shè)備中的壓力降。（5）選用和設(shè)計換熱器材料：根據(jù)流體性質(zhì)、溫度和壓力等條件，選用合適的換熱器材料。（6）校核換熱器強度和剛度：保證換熱設(shè)備在運行過程中具有良好的力學(xué)功能。7.4換熱設(shè)備的優(yōu)化與節(jié)能換熱設(shè)備的優(yōu)化與節(jié)能措施主要包括以下方面：（1）增加換熱面積：通過優(yōu)化換熱器結(jié)構(gòu)，提高換熱效率。（2）提高流體流速：增加流體流速，以提高傳熱系數(shù)。（3）采用高效換熱材料：選用導(dǎo)熱功能優(yōu)良的換熱材料，提高換熱效率。（4）優(yōu)化換熱器布局：合理布局換熱器，降低流體流動阻力，提高換熱效率。（5）應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)：采用先進(jìn)控制策略，實現(xiàn)換熱設(shè)備的實時優(yōu)化與運行調(diào)節(jié)。（6）強化傳熱技術(shù)：通過表面處理、添加納米流體等手段，強化傳熱過程，提高換熱效率。第8章動力機械與設(shè)備8.1汽輪機原理及設(shè)備8.1.1汽輪機原理汽輪機是一種熱力發(fā)電設(shè)備，通過燃料燃燒產(chǎn)生的熱能將水加熱成蒸汽，蒸汽推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動發(fā)電機發(fā)電。本節(jié)主要介紹汽輪機的工作原理、熱力循環(huán)以及效率計算。8.1.2汽輪機設(shè)備本節(jié)主要介紹汽輪機的各個組成部分，包括鍋爐、汽輪機本體、凝汽器、給水泵、冷卻塔等，并對各設(shè)備的功能、結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行詳細(xì)闡述。8.2燃?xì)廨啓C原理及設(shè)備8.2.1燃?xì)廨啓C原理燃?xì)廨啓C是一種以燃料燃燒產(chǎn)生的熱能驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動發(fā)電機發(fā)電的熱力發(fā)電設(shè)備。本節(jié)主要介紹燃?xì)廨啓C的工作原理、熱力循環(huán)以及效率計算。8.2.2燃?xì)廨啓C設(shè)備本節(jié)主要介紹燃?xì)廨啓C的各個組成部分，包括壓氣機、燃燒室、渦輪、發(fā)電機等，并對各設(shè)備的功能、結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行詳細(xì)闡述。8.3渦輪機原理及設(shè)備8.3.1渦輪機原理渦輪機是一種將流體（氣體或蒸汽）的動能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。本節(jié)主要介紹渦輪機的工作原理、類型以及功能參數(shù)。8.3.2渦輪機設(shè)備本節(jié)主要介紹渦輪機的各個組成部分，包括葉輪、導(dǎo)葉、軸承、增速器等，并對各設(shè)備的功能、結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行詳細(xì)闡述。8.4壓縮機原理及設(shè)備8.4.1壓縮機原理壓縮機是一種將氣體壓縮至較高壓力的設(shè)備，以滿足工業(yè)生產(chǎn)過程中對壓縮空氣或氣體需求。本節(jié)主要介紹壓縮機的工作原理、類型以及功能參數(shù)。8.4.2壓縮機設(shè)備本節(jié)主要介紹壓縮機的各個組成部分，包括轉(zhuǎn)子、定子、軸承、密封裝置等，并對各設(shè)備的功能、結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行詳細(xì)闡述。第9章控制系統(tǒng)與自動化9.1控制系統(tǒng)基本原理9.1.1控制系統(tǒng)的定義與分類控制系統(tǒng)是由控制對象、執(zhí)行機構(gòu)、反饋元件和控制器等組成的整體，通過對輸入信號進(jìn)行處理，使輸出信號滿足預(yù)定的功能指標(biāo)。按照控制原理的不同，控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。9.1.2控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。主要包括微分方程、傳遞函數(shù)和狀態(tài)空間方程等。9.1.3控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)主要包括穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性和平穩(wěn)性等。這些功能指標(biāo)是評價控制系統(tǒng)功能的重要依據(jù)。9.2熱能與動力工程中的自動控制9.2.1熱能與動力工程自動控制的意義熱能與動力工程自動控制技術(shù)能夠提高能源利用率、降低能源消耗、保障設(shè)備安全運行、延長設(shè)備壽命，對于實現(xiàn)能源的高效利用具有重要意義。9.2.2熱能與動力工程自動控制的應(yīng)用領(lǐng)域熱能與動力工程自動控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、核能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等能源領(lǐng)域，以及制冷、空調(diào)、汽車、船舶等動力工程領(lǐng)域。9.3控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用9.3.1控制系統(tǒng)設(shè)計方法控制系統(tǒng)設(shè)計方法包括基于數(shù)學(xué)模型的古典控制理論和現(xiàn)代控制理論。設(shè)計過