政史地西安交大熱工基礎(chǔ)課件

西安交通大學(xué)熱工基礎(chǔ)課件課程簡介核心內(nèi)容本課程深入探討熱工基礎(chǔ)知識(shí)，涵蓋熱量的概念、熱傳遞形式、熱力循環(huán)和燃燒過程等重要主題。學(xué)習(xí)目標(biāo)幫助學(xué)生掌握熱工基礎(chǔ)知識(shí)，并為后續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。熱量的概念能量形式熱量是物體內(nèi)部粒子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的能量表現(xiàn)形式。能量傳遞熱量可以通過傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射這三種方式在物體之間傳遞。溫度變化熱量傳遞會(huì)導(dǎo)致物體的溫度發(fā)生變化，熱量增加則溫度升高，反之則降低。熱量的單位1焦耳(J)國際單位制(SI)中熱量的基本單位。1卡路里(cal)過去常用的熱量單位，1cal等于4.184J。1千卡(kcal)食品熱量通常用千卡(kcal)表示，也稱為大卡。熱的傳遞形式傳導(dǎo)通過物質(zhì)內(nèi)部的分子熱運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的熱量傳遞對(duì)流通過流體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的熱量傳遞輻射通過電磁波進(jìn)行的熱量傳遞傳熱的基本定律1傅里葉定律描述導(dǎo)熱過程2牛頓冷卻定律描述對(duì)流傳熱3斯特藩-玻爾茲曼定律描述輻射傳熱熱量傳遞的基本方程傅里葉定律q=-k*dT/dx牛頓冷卻定律q=h*(Ts-Tf)斯特藩-玻爾茲曼定律q=σ*ε*(T1^4-T2^4)導(dǎo)熱傳熱熱能傳遞溫度不同的物體之間通過直接接觸進(jìn)行熱能傳遞。熱傳導(dǎo)熱量從溫度較高的物體傳遞到溫度較低的物體，直到兩者達(dá)到熱平衡。熱量傳遞方向熱量傳遞方向始終是從溫度高的物體傳向溫度低的物體。對(duì)流傳熱流體運(yùn)動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)是熱量傳遞的關(guān)鍵因素，熱量通過流體的流動(dòng)而傳遞。對(duì)流系數(shù)對(duì)流系數(shù)反映了流體流動(dòng)速度、流體性質(zhì)和表面性質(zhì)對(duì)熱量傳遞的影響。輻射傳熱熱輻射通過電磁波傳播熱量的方式，不需要介質(zhì)。黑體輻射理想模型，吸收所有波長的輻射能量。熱輻射率物體表面輻射熱量的能力。輻射換熱系數(shù)衡量輻射換熱效率的指標(biāo)。冷卻塔冷卻塔是一種利用空氣與水進(jìn)行熱交換的設(shè)備，用于降低水溫。冷卻塔廣泛應(yīng)用于空調(diào)、發(fā)電廠、化工廠等工業(yè)領(lǐng)域。冷卻塔的工作原理是將熱水噴灑到塔內(nèi)，與空氣接觸，利用空氣的流動(dòng)帶走熱量，從而降低水的溫度。蒸發(fā)冷卻1原理利用水的蒸發(fā)吸熱，降低水的溫度，從而達(dá)到冷卻的目的。蒸發(fā)吸熱量與蒸發(fā)水量成正比。2應(yīng)用廣泛應(yīng)用于空調(diào)、工業(yè)冷卻、發(fā)電等領(lǐng)域。3類型常見的蒸發(fā)冷卻器類型包括冷卻塔和蒸發(fā)式冷凝器。制冷過程1冷凝制冷劑釋放熱量，由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)2節(jié)流制冷劑壓力降低，溫度降低3蒸發(fā)制冷劑吸收熱量，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)4壓縮制冷劑被壓縮，壓力和溫度升高熱力循環(huán)工質(zhì)熱力循環(huán)中，用于傳遞能量的物質(zhì)被稱為工質(zhì)，例如水蒸氣、空氣等。循環(huán)過程工質(zhì)經(jīng)歷一系列熱力學(xué)過程，例如吸熱、膨脹、做功、放熱等，最終回到初始狀態(tài)，形成循環(huán)。能量轉(zhuǎn)化熱力循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，用于驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械設(shè)備，例如發(fā)電機(jī)。應(yīng)用領(lǐng)域熱力循環(huán)廣泛應(yīng)用于電力生產(chǎn)、制冷空調(diào)等領(lǐng)域。熱效率的概念1定義熱效率是指熱機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率，通常用符號(hào)η表示。2公式熱效率等于有用功與消耗熱量的比值，即η=有用功/消耗熱量。3重要性熱效率是衡量熱機(jī)性能的重要指標(biāo)，它反映了熱機(jī)利用熱能的程度。熱效率的計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)蒸汽輪機(jī)內(nèi)燃機(jī)熱效率是熱機(jī)利用燃料熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率。計(jì)算公式：熱效率=有用功/消耗熱量。汽輪機(jī)循環(huán)1蒸汽發(fā)生燃料燃燒產(chǎn)生的熱量用來加熱水，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。2蒸汽膨脹高溫高壓蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，膨脹推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生機(jī)械功。3冷凝膨脹后的蒸汽進(jìn)入冷凝器，凝結(jié)成水，釋放熱量。4循環(huán)凝結(jié)水被泵送回蒸汽發(fā)生器，繼續(xù)循環(huán)。柴油機(jī)循環(huán)壓縮空氣被壓縮到高溫高壓狀態(tài)。噴油柴油被噴入高溫高壓的壓縮空氣中，自燃。做功燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動(dòng)活塞做功。排氣燃燒后的廢氣被排出氣缸。氣體動(dòng)力循環(huán)1布雷頓循環(huán)理想氣體動(dòng)力循環(huán)2實(shí)際循環(huán)考慮壓氣機(jī)效率3應(yīng)用燃?xì)廨啓C(jī)燃燒過程化學(xué)反應(yīng)燃料與氧化劑（通常是空氣）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出熱量和光能。氧化過程燃料中的碳、氫等元素與氧氣結(jié)合，生成二氧化碳、水等產(chǎn)物。能量釋放燃燒過程中釋放的能量主要以熱能的形式表現(xiàn)出來，可以用于發(fā)電、供暖等。燃料的種類煤炭最常見的化石燃料，燃燒釋放熱量，提供能量。石油液體化石燃料，提煉出汽油、柴油等，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸和工業(yè)。天然氣清潔的化石燃料，主要成分是甲烷，可作為燃料和化工原料。燃料的發(fā)熱量燃料類型發(fā)熱量(kJ/kg)煤炭20,000-30,000石油40,000-45,000天然氣45,000-50,000燃燒反應(yīng)的化學(xué)方程式甲烷CH4+2O2→CO2+2H2O乙醇C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O丙烷C3H8+5O2→3CO2+4H2O燃燒分析煙氣分析煙氣分析儀可以測量煙氣中的主要成分，例如二氧化碳、一氧化碳、氧氣和氮?dú)?。熱量平衡分析通過對(duì)燃燒過程進(jìn)行熱量平衡分析，可以計(jì)算出燃燒效率和熱損失情況。燃燒的影響因素空氣過量系數(shù)：控制燃燒效率和排放物。燃料性質(zhì)：燃燒速率、火焰溫度和排放物。溫度：影響燃燒速率和完全燃燒。余熱利用提高能源效率將廢熱轉(zhuǎn)化為可利用的能源，減少能源浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。減少環(huán)境污染減少排放，降低環(huán)境污染。鍋爐概述鍋爐是一種熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備，它將燃料的化學(xué)能或其他形式的熱能轉(zhuǎn)換為熱能，并將熱能傳遞給水或其他介質(zhì)，從而產(chǎn)生蒸汽或熱水。鍋爐在工業(yè)、民用、電力等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，是現(xiàn)代工業(yè)的重要設(shè)備之一。鍋爐的分類燃料類型根據(jù)鍋爐燃燒的燃料類型，可以分為燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、生物質(zhì)鍋爐等。用途根據(jù)鍋爐的用途，可以分為工業(yè)鍋爐、民用鍋爐、供熱鍋爐、發(fā)電鍋爐等。結(jié)構(gòu)形式根據(jù)鍋爐的結(jié)構(gòu)形式，可以分為水管鍋爐、火管鍋爐、蒸汽鍋爐、熱水鍋爐等。鍋爐的主要部件1燃燒室燃料燃燒釋放熱量，并傳遞給水或蒸汽。2傳熱面熱量從燃燒室傳遞到水或蒸汽的金屬表面。3水循環(huán)系統(tǒng)將水或蒸汽在鍋爐內(nèi)循環(huán)，保證傳熱效率。4輔助設(shè)備包括給水泵、除氧器、煙氣排放系統(tǒng)等。鍋爐的性能指標(biāo)100效率鍋爐效率是指鍋爐將燃料的熱量轉(zhuǎn)化為蒸汽或熱水熱量的比例。50蒸發(fā)量蒸發(fā)量是指鍋爐在一定時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水量，通常以噸/小時(shí)為單位。10壓力鍋爐工作壓