熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課件

熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課件，介紹了熱能與動(dòng)力工程學(xué)科的基本理論、基本概念和基本方法。包括熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，以及熱能動(dòng)力裝置、新能源技術(shù)等專(zhuān)業(yè)課程。課程概述課程目標(biāo)掌握熱能與動(dòng)力工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)解決工程問(wèn)題的能力。課程內(nèi)容涵蓋熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、熱工設(shè)備等重要內(nèi)容。學(xué)習(xí)方法理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，課堂講授、實(shí)驗(yàn)練習(xí)、課題研究等多種形式。熱力學(xué)基礎(chǔ)11.能量守恒熱力學(xué)第一定律，能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。22.熵增原理熱力學(xué)第二定律，孤立系統(tǒng)的總熵值永遠(yuǎn)不會(huì)減少，而是在不可逆過(guò)程中總是增加，直到達(dá)到平衡。33.熱力學(xué)過(guò)程熱力學(xué)過(guò)程是指系統(tǒng)在發(fā)生變化過(guò)程中，狀態(tài)隨時(shí)間的變化過(guò)程。44.熱力學(xué)循環(huán)熱力學(xué)循環(huán)是指系統(tǒng)經(jīng)歷一系列熱力學(xué)過(guò)程，最終回到初始狀態(tài)的循環(huán)過(guò)程。熱力學(xué)第一定律能量守恒熱力學(xué)第一定律闡述了能量守恒定律在熱力學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用。能量既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。能量轉(zhuǎn)化熱能、機(jī)械能、化學(xué)能、電能等能量形式可以相互轉(zhuǎn)化，但總能量保持不變。例如，燃燒燃料將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能又可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。熱力學(xué)第二定律能量守恒熱力學(xué)第二定律闡述了能量守恒，能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生也不會(huì)憑空消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。熵增原理熵是用來(lái)描述系統(tǒng)混亂程度的物理量，熱力學(xué)第二定律指出在孤立系統(tǒng)中，熵總是趨向于增加，即系統(tǒng)會(huì)自發(fā)地從有序狀態(tài)向無(wú)序狀態(tài)轉(zhuǎn)變。熱機(jī)效率熱力學(xué)第二定律為熱機(jī)效率設(shè)定了極限，熱機(jī)不可能將所有熱量轉(zhuǎn)化為功，總有一部分熱量會(huì)損失到環(huán)境中。方向性熱力學(xué)第二定律規(guī)定了熱量傳遞的方向，熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，不可能逆向傳遞。熱力學(xué)循環(huán)循環(huán)定義熱力學(xué)循環(huán)是指一系列熱力學(xué)過(guò)程的組合，其中系統(tǒng)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化，最終返回到初始狀態(tài)。循環(huán)過(guò)程循環(huán)過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)吸收熱量、做功，并釋放熱量，最終返回到初始狀態(tài)，整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，系統(tǒng)的內(nèi)能保持不變。循環(huán)分類(lèi)熱力學(xué)循環(huán)可分為正循環(huán)和逆循環(huán)，正循環(huán)用于能量轉(zhuǎn)換，如熱機(jī)，而逆循環(huán)用于制冷或熱泵。實(shí)際應(yīng)用熱力學(xué)循環(huán)在工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，例如發(fā)電廠、制冷系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。熱機(jī)熱機(jī)定義熱機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，例如內(nèi)燃機(jī)和蒸汽機(jī)。工作原理熱機(jī)利用熱能驅(qū)動(dòng)活塞或渦輪，產(chǎn)生機(jī)械功。熱效率熱效率表示熱機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率，通常用百分比表示。應(yīng)用領(lǐng)域熱機(jī)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、電力、航空等領(lǐng)域。蒸汽動(dòng)力循環(huán)蒸汽動(dòng)力循環(huán)是一種利用熱能推動(dòng)蒸汽做功的熱力循環(huán)。循環(huán)過(guò)程包括吸熱、做功、排熱和回流四個(gè)階段。蒸汽動(dòng)力循環(huán)廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，它具有能量利用率高、效率穩(wěn)定的特點(diǎn)。氣體動(dòng)力循環(huán)氣體動(dòng)力循環(huán)是利用氣體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的熱力循環(huán)。它主要包括吸氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過(guò)程。常見(jiàn)的應(yīng)用包括燃?xì)廨啓C(jī)，其特點(diǎn)是效率高、體積小、重量輕，適用于各種動(dòng)力裝置，例如飛機(jī)、輪船、發(fā)電廠等。壓縮機(jī)壓縮機(jī)概述壓縮機(jī)是一種將氣體或蒸汽壓縮為較高壓力的機(jī)械。它是一種重要的熱能動(dòng)力工程設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)、生活服務(wù)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。壓縮機(jī)類(lèi)型常見(jiàn)的壓縮機(jī)類(lèi)型包括活塞式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)等，其工作原理和適用范圍各不相同。壓縮機(jī)應(yīng)用壓縮機(jī)可用于空調(diào)制冷系統(tǒng)、氣體輸送、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、動(dòng)力裝置等，為各種應(yīng)用提供高壓氣體或蒸汽。泵工作原理泵利用機(jī)械能將流體從低壓區(qū)輸送至高壓區(qū)，實(shí)現(xiàn)流體輸送。通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉輪將機(jī)械能傳遞給流體，提高流體的壓力勢(shì)能。結(jié)構(gòu)組成泵主要由葉輪、泵體、軸承、密封、電機(jī)等組成。葉輪是泵的核心部件，負(fù)責(zé)將機(jī)械能傳遞給流體。換熱器板式換熱器板式換熱器由一系列薄板構(gòu)成，具有高傳熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。管殼式換熱器管殼式換熱器采用管束和殼體結(jié)構(gòu)，適用于各種介質(zhì)之間的熱交換?？諝饫鋮s器空氣冷卻器利用空氣作為冷卻介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。流體力學(xué)基礎(chǔ)1流體性質(zhì)流體是可流動(dòng)的物質(zhì)，包括液體和氣體。流體的性質(zhì)包括密度、粘度、表面張力等。2流體靜力學(xué)研究靜止流體的力學(xué)特性，包括壓強(qiáng)、浮力、阿基米德原理等。3流體動(dòng)力學(xué)研究運(yùn)動(dòng)流體的力學(xué)特性，包括流速、流量、壓力、粘性力、摩擦阻力等。4流體力學(xué)應(yīng)用流體力學(xué)原理廣泛應(yīng)用于熱能與動(dòng)力工程領(lǐng)域，例如管道流動(dòng)、泵和風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)、熱交換器等。管路系統(tǒng)與流阻1管路系統(tǒng)管路系統(tǒng)包含管道、閥門(mén)、泵、壓縮機(jī)等組件，負(fù)責(zé)輸送流體。2流阻流阻是流體在管路系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)遇到的阻力，與流體黏度、管徑、流速等因素有關(guān)。3流阻計(jì)算計(jì)算流阻可以幫助我們確定管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，保證流體的安全穩(wěn)定輸送。泵與風(fēng)機(jī)泵泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體的壓力能，提升流體的壓力。風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)是一種機(jī)械設(shè)備，利用旋轉(zhuǎn)葉輪將氣體加速，產(chǎn)生風(fēng)力，用于通風(fēng)、排風(fēng)和氣體輸送。離心泵離心泵利用旋轉(zhuǎn)葉輪將流體加速，產(chǎn)生壓力能，是常見(jiàn)的一種泵類(lèi)型。軸流風(fēng)機(jī)軸流風(fēng)機(jī)利用葉輪軸向旋轉(zhuǎn)，使氣體沿軸向流動(dòng)，適用于較大流量、較低壓力的場(chǎng)合。熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)定義熱能通過(guò)固體、液體或氣體中相鄰分子之間的相互作用傳遞。傳熱速率熱量傳遞的快慢取決于物質(zhì)的熱導(dǎo)率、溫度差和傳熱面積。傅里葉定律描述了熱傳導(dǎo)速率與溫度梯度和材料熱導(dǎo)率之間的關(guān)系。熱對(duì)流自然對(duì)流溫度差異導(dǎo)致流體密度變化，從而產(chǎn)生自然對(duì)流。強(qiáng)制對(duì)流借助外力，例如風(fēng)機(jī)或泵，迫使流體流動(dòng)，提高傳熱效率。熱管對(duì)流熱管利用毛細(xì)作用和相變，將熱量高效傳遞到需要的地方。熱輻射1熱能傳播方式熱輻射是熱能的一種傳播方式，不需要介質(zhì)，通過(guò)電磁波的形式進(jìn)行傳遞。2輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度與溫度和表面性質(zhì)有關(guān)，溫度越高，輻射強(qiáng)度越大。3應(yīng)用領(lǐng)域熱輻射在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活和科學(xué)研究等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。熱設(shè)備基礎(chǔ)鍋爐將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，為工業(yè)生產(chǎn)和日常生活提供蒸汽或熱水。內(nèi)燃機(jī)將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛、船舶等。燃?xì)廨啓C(jī)將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，用于發(fā)電、推進(jìn)等領(lǐng)域。制冷機(jī)利用制冷劑循環(huán)，將熱量從低溫環(huán)境轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境，實(shí)現(xiàn)降溫。蒸汽鍋爐蒸汽鍋爐是熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)的重要組成部分，是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，并以蒸汽的形式輸出的設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于電力、化工、冶金、制藥等行業(yè)，為各種生產(chǎn)工藝提供熱能。課程將深入講解蒸汽鍋爐的結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特點(diǎn)以及常見(jiàn)故障分析等內(nèi)容。內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)是將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱機(jī)。內(nèi)燃機(jī)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、船舶、飛機(jī)等領(lǐng)域。內(nèi)燃機(jī)的種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有汽油機(jī)、柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等。內(nèi)燃機(jī)的工作原理是，燃料在氣缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動(dòng)活塞做功，從而輸出機(jī)械能。內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)主要包括功率、排量、燃油消耗率等。燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)是一種熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。它主要由壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和發(fā)電機(jī)組成。燃?xì)廨啓C(jī)廣泛應(yīng)用于電力生產(chǎn)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶推進(jìn)等領(lǐng)域，具有高效率、低排放、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。制冷原理制冷循環(huán)制冷循環(huán)利用制冷劑吸收熱量，然后在壓縮機(jī)中升壓并排熱，最終完成制冷過(guò)程。制冷劑制冷劑在低溫下吸收熱量，并在高溫下釋放熱量，幫助完成制冷循環(huán)。熱電制冷珀?duì)柼?yīng)熱電制冷利用珀?duì)柼?yīng)，通過(guò)電流控制熱能流動(dòng)方向。半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料的特性允許在電流控制下進(jìn)行熱量傳遞。應(yīng)用范圍適用于小型制冷設(shè)備，例如便攜式冰箱、醫(yī)療設(shè)備。制冷壓縮機(jī)壓縮工質(zhì)制冷壓縮機(jī)將制冷劑氣體壓縮成高溫高壓氣體，為制冷循環(huán)提供能量。類(lèi)型常見(jiàn)的制冷壓縮機(jī)類(lèi)型包括往復(fù)式、螺桿式、離心式和渦旋式壓縮機(jī)。應(yīng)用制冷壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于家用空調(diào)、商用冷藏設(shè)備、工業(yè)制冷系統(tǒng)等領(lǐng)域。熱工儀表測(cè)量和控制熱工儀表主要用于測(cè)量溫度、壓力、流量、液位等熱力參數(shù)，并進(jìn)行自動(dòng)化控制。種類(lèi)繁多常見(jiàn)的熱工儀表包括溫度計(jì)、壓力計(jì)、流量計(jì)、液位計(jì)、流量計(jì)、燃燒分析儀等。應(yīng)用廣泛熱工儀表在熱能與動(dòng)力工程領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，例如鍋爐、汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、換熱器等設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測(cè)和控制。測(cè)量基礎(chǔ)測(cè)量原理測(cè)量是獲取物理量信息的必要手段。不同的物理量需要使用相應(yīng)的測(cè)量方法和儀器。溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于熱能與動(dòng)力工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和控制至關(guān)重要。常見(jiàn)儀表常見(jiàn)的熱工儀表包括溫度計(jì)、壓力表、流量計(jì)、液位計(jì)等。每種儀表都具備特定的測(cè)量原理和應(yīng)用范圍。了解不同儀表的測(cè)量原理和特點(diǎn)，才能選擇合適的儀表進(jìn)行測(cè)量，并確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。燃料與燃燒燃燒過(guò)程燃燒是燃料與氧化劑發(fā)生的一種快速化學(xué)反應(yīng)，釋放能量，產(chǎn)生熱量和光。燃料類(lèi)型燃料包括固體、液體和氣體，如煤炭、石油和天然氣，在燃燒中釋放能量。燃燒控制燃燒過(guò)程可以通過(guò)調(diào)節(jié)燃料與氧化劑的比例、燃燒溫度和燃燒時(shí)間來(lái)控制。熱能經(jīng)濟(jì)性熱能利用率熱能利用率是指有效利用的熱能占總熱能的比例，是衡量熱能利用效率的重要指標(biāo)。提高熱能利用率，減少能源浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本，是節(jié)能減排的重要途徑。經(jīng)濟(jì)效益分析熱能經(jīng)濟(jì)性分析主要包括熱能成本分析、投資效益分析等。通過(guò)分析，可以確定熱能利用的最佳方案，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。綜合應(yīng)用1系統(tǒng)集成