1、工工 程程 热热 力力 学学u热能及其利用热能及其利用能能 源源指提供各种能量的物质源。指提供各种能量的物质源。一次能源一次能源自然界以自然形态存在的、可资利自然界以自然形态存在的、可资利 用的能源。用的能源。 如：风能、水利能、太阳能、如：风能、水利能、太阳能、 地热能、核能、化学能等。地热能、核能、化学能等。二次能源二次能源由一次能源加工转换后的能源。由一次能源加工转换后的能源。 如：热能、机械能、电能。如：热能、机械能、电能。热能的利用热能的利用.热热 利利 用用将热能直接用于加热物体，以满足将热能直接用于加热物体，以满足 烘干、采暖、熔炼等需要。烘干、采暖、熔炼等需要。.动力利用动力利
2、用通过各种热能动力装置将热能转换通过各种热能动力装置将热能转换 成机械能或者转换成电能加以利用，成机械能或者转换成电能加以利用， 为人类的日常生活、工农业生产及为人类的日常生活、工农业生产及 交通运输提供动力。交通运输提供动力。能量的转换和传递过程一次能源一次能源二二次次能能源源汽缸活塞曲柄连杆锅炉冷凝器曲轴箱泵废废气气燃烧室燃烧室燃气轮机燃气轮机空气空气压压气气机机燃料泵燃料泵燃燃料料 地源热泵地源热泵u本课程的主要内容本课程的主要内容基本概念基本概念热力学第一定律热力学第一定律理想气体的性质理想气体的性质理想气体的热力过程理想气体的热力过程热力学第二定律热力学第二定律水蒸汽水蒸汽湿空气湿空
3、气制冷循环制冷循环1.1 1.1 工质及热力系工质及热力系1.2 1.2 热力系的宏观描述热力系的宏观描述1.3 1.3 基本状态参数基本状态参数1.4 1.4 热力过程及热力循环热力过程及热力循环第一章第一章 热力学基本概念热力学基本概念1.1 1.1 工质及热力系工质及热力系工工 质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质热源（高温热源）热源（高温热源） ：工质从中吸取热能的物系：工质从中吸取热能的物系冷源（低温热源）冷源（低温热源） ：接受工质放出热能的物系：接受工质放出热能的物系 为了研究问题方便，热力学中常把分析对象从周围为了研究问题方便，热力学中常
4、把分析对象从周围物体中分割出来，研究它与周围物体之间的能量和物物体中分割出来，研究它与周围物体之间的能量和物质的传递。质的传递。热力系统（热力系）：人为分割出来作为热热力系统（热力系）：人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。力学分析对象的有限物质系统。外外 界：热力系统以外的部分。界：热力系统以外的部分。边边 界：系统与外界之间的分界面。界：系统与外界之间的分界面。 边界可以是实在的，也可以是假想的；边界可以是实在的，也可以是假想的；可以是固定的，也可以是移动的。可以是固定的，也可以是移动的。系统与边界：系统与边界： 以空间为系统，进、以空间为系统，进、出口边界均为假想边出口边界均为假
5、想边界，系统与外界有物界，系统与外界有物质交换质交换以气缸内气体为系统以气缸内气体为系统, ,活塞表面上的边界是移活塞表面上的边界是移动边界，系统与外界没动边界，系统与外界没有物质交换有物质交换系统系统热力系统的分类：热力系统的分类：根据系统与外界物质交换、热量交换的情况根据系统与外界物质交换、热量交换的情况闭口系统：系统与外界无物质交换，系统内质量恒闭口系统：系统与外界无物质交换，系统内质量恒定不变，也称控制质量定不变，也称控制质量开口系统：系统与外界有物质交换，系统被划定在开口系统：系统与外界有物质交换，系统被划定在一定容积范围内，也称控制容积一定容积范围内，也称控制容积绝热系统：系统与外
6、界无热量交换绝热系统：系统与外界无热量交换孤立系统：系统与外界既无能量交换，也无物质交换孤立系统：系统与外界既无能量交换，也无物质交换物质流进和流出热力系统物质交换能量交换传热和作功两种形式热力系 外界 1-2 1-2 热力系的宏观描述热力系的宏观描述一一. . 热力学状态：热力学状态： 工质在某一瞬间呈现出来的宏观物理状工质在某一瞬间呈现出来的宏观物理状况，简称状态。况，简称状态。二二. . 状态参数：状态参数：描述工质所处状态的宏观物理量。如温度、描述工质所处状态的宏观物理量。如温度、压力等。压力等。三三. . 状态参数的特性：状态参数的特性： 状态参数都是宏观的物理量。状态参数都是宏观的
7、物理量。 状态参数是热力系统的单值函数，其值只取状态参数是热力系统的单值函数，其值只取决于初终态，与过程无关。决于初终态，与过程无关。四四. . 平衡状态平衡状态 如果在不受外界影响的条件下，系统的状如果在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变态能够始终保持不变, ,则系统的这种状态称为则系统的这种状态称为平衡状态。平衡状态。实现平衡的充要条件：实现平衡的充要条件： 系统内部及系统与外界之间的一切不平衡系统内部及系统与外界之间的一切不平衡势差（力差、温差、化学势差）消失是系统实势差（力差、温差、化学势差）消失是系统实现热力平衡状态的充要条件。现热力平衡状态的充要条件。 自然界的物质实
8、际上都处于非平衡状态，自然界的物质实际上都处于非平衡状态，平衡只是一种极限的理想状态。平衡只是一种极限的理想状态。 工程热力学通常只研究平衡状态。工程热力学通常只研究平衡状态。热力平衡状态满足：热力平衡状态满足：热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的传递。传递。力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位移。移。一一. . 温标温标定义：温标是指温度的数值表示法定义：温标是指温度的数值表示法温标三要素：温标三要素：测温物质及其测温属性测温物质及其测温属性基准点基准点分度方法分度方法1-3 1-3 基本状态参数
9、基本状态参数 任选一种物质的某一测温属性，采用以任选一种物质的某一测温属性，采用以上温标的规定所得到的温标称为经验温标，上温标的规定所得到的温标称为经验温标，经验温标依赖于测温物质的物理性质。热力经验温标依赖于测温物质的物理性质。热力学理论指出可以建立一种不依赖于测温物质学理论指出可以建立一种不依赖于测温物质的性质的温标的性质的温标, ,即热力学绝对温标。即热力学绝对温标。 经验温标与绝对温标：经验温标与绝对温标：热力学绝对温标（热力学温度或绝对温度）热力学绝对温标（热力学温度或绝对温度） 开尔文在热力学第二定律的基础上，从理论开尔文在热力学第二定律的基础上，从理论上引入的与测温物质性质无关的
10、温标。它可作为上引入的与测温物质性质无关的温标。它可作为标准温标，一切经验温标均可以用此温标来校正。标准温标，一切经验温标均可以用此温标来校正。符号为符号为T T，单位为，单位为K(K(称称“开尔文开尔文”) ) 规定水的三相点为基准点，并规定此点的温规定水的三相点为基准点，并规定此点的温度为度为273.16K273.16K二二. . 压力压力定义：单位面积上所受的垂直作用力称为压力定义：单位面积上所受的垂直作用力称为压力（即压强（即压强) )压力计：测量工质压力的仪器。常见的压力计有压力计：测量工质压力的仪器。常见的压力计有压力表和压力表和U U型管。型管。 由于压力计的测压元件处于某种环境
11、压力由于压力计的测压元件处于某种环境压力的作用下，因此压力计所测得的压力是工质的真的作用下，因此压力计所测得的压力是工质的真实压力实压力 （或称绝对压力）与环境压力（或称绝对压力）与环境压力bpp之差，叫做表压力之差，叫做表压力ep或真空或真空度度vp压力的单位：国际标准单位：帕斯卡压力的单位：国际标准单位：帕斯卡( (简称帕简称帕) ) 符符号：号： ，211/apNmap工程单位：工程单位：标准大气压（标准大气压（atm , atm , 也称物理大气压）也称物理大气压）巴巴 (bar)(bar)工程大气压（工程大气压（atat）毫米汞柱（毫米汞柱（mmHg)mmHg)毫米水柱（毫米水柱（m
12、mHmmH2 2O)O)三三. . 比体积和密度比体积和密度比体积比体积单位质量单位质量工工质所占的体积质所占的体积mVv 单位：单位：3/mkg密度密度单位体积单位体积所含有工质所含有工质的质量的质量Vm单位：单位：kg/mkg/m3 3v v与与互成倒数，即：互成倒数，即：vv1 11.4 1.4 热力过程及热力循环热力过程及热力循环一一. . 热力过程：热力过程：热力系统由一个状态变化到另一个状态的全部过热力系统由一个状态变化到另一个状态的全部过程。程。 就热力系本身而言，热力学仅对平衡状态就热力系本身而言，热力学仅对平衡状态进行描述。进行描述。二、二、 过程量过程量- -功和热量功和热
13、量 只要存在不平衡势差的推动作用，系统和外只要存在不平衡势差的推动作用，系统和外界就会发生能量的交换界就会发生能量的交换- -作功或传热作功或传热 功的力学定义：功的力学定义：功是力和力方向上位移的乘积。功是力和力方向上位移的乘积。功的热力学定义：功的热力学定义： 在力差推动下，热力系统通过边界而传递的能在力差推动下，热力系统通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物。量，且其全部效果可表现为举起重物。21 21WFdxWFdx气缸活塞飞轮热源观察下面的过程观察下面的过程,看热能是如何看热能是如何转换为功的转换为功的工质、机器和热源组成的工质、机器和热源组成的系统系统假设过程是可逆的。
14、假设过程是可逆的。问题：过程可逆的条件是什么？问题：过程可逆的条件是什么？气缸活塞飞轮热源左止点1pv可逆过程模拟可逆过程模拟气缸活塞飞轮热源左止点12pv续续41气缸飞轮热源左止点12pv续续41气缸飞轮热源左止点12pv续续41气缸飞轮热源左止点12pv续续41气缸飞轮热源左止点12pv续续41气缸飞轮热源左止点1pv续续41气缸飞轮热源左止点1pv续续41气缸飞轮热源左止点1pv续续41气缸飞轮热源左止点右止点12pv续续41气缸飞轮热源左止点右止点12pv续续41问题：左图中阴影部分的面积代表什么？作功：借作功来传递能量总是和物体的宏观位移有关。作功过程中往往伴随着能量形态的变化。传热
15、：借传热来传递能量不需要物体的宏观移动。传热是相互接触的物体间存在温差时发生的能量传递过程。气缸飞轮热源左止点右止点12pv续续41二、容积功二、容积功21wpdv可逆过程的容积功在pv图中的表示21wpdv*强调强调：pv0dv 0ww0dv 0ww0dv 0w 功的正负：功的正负： 热力学中约定：系统对外界作功取为正，热力学中约定：系统对外界作功取为正，外界对系统作功取为负。外界对系统作功取为负。功的单位功的单位: : 焦耳（焦耳（J J）mNJ11比功与功率比功与功率比功：单位质量物质所作的功，单位：比功：单位质量物质所作的功，单位：J/kgJ/kgsJW/11mWw 功率：单位时间内完
16、成的功，单位：功率：单位时间内完成的功，单位：W W（瓦）（瓦）有关功的说明有关功的说明功的数值不仅决定于工质的初、终态，而且还和功的数值不仅决定于工质的初、终态，而且还和过程的中间途径有关，因此功不是状态参数，是过程的中间途径有关，因此功不是状态参数，是过程量。过程量。 微元过程作出过程量用微元过程作出过程量用 表示，如微表示，如微功量用功量用 w（状态参数为微增量，用（状态参数为微增量，用d表示，如表示，如dp 、 dv 、 dT） 膨胀功、压缩功均是通过工质体积变化与外界膨胀功、压缩功均是通过工质体积变化与外界交换的功，统称为体积变化功。体积变化功只与交换的功，统称为体积变化功。体积变化
17、功只与气体的压力及体积的变化量有关，与形状无关。气体的压力及体积的变化量有关，与形状无关。热量的定义热量的定义 热力系统与外界之间仅仅由于温度差则通过热力系统与外界之间仅仅由于温度差则通过边界传递的能量，用边界传递的能量，用Q Q表示（比热量为表示（比热量为q q）热量的正负热量的正负 热力学中约定：系统吸热为正，放热为负热力学中约定：系统吸热为正，放热为负热量的单位热量的单位国际单位：国际单位：J J（焦耳），工程单位：（焦耳），工程单位：kJkJ（千焦）（千焦） 定义定义: :热力系和外界之间仅仅由于温度不同而热力系和外界之间仅仅由于温度不同而通过边界传递的能量通过边界传递的能量. . 计
18、算公式计算公式: :Tdsq 2121TdsqdssT21s2s10热量单位热量单位:J,kJ:J,kJ可逆过程中热量的计算：可逆过程中热量的计算：五五. . 热力循环热力循环热力循环定义热力循环定义 工质由某一初态出，经历一系列热力状态变化工质由某一初态出，经历一系列热力状态变化后，又回到原来初态的封闭热力过程称为热力循环，后，又回到原来初态的封闭热力过程称为热力循环，简称循环。简称循环。 显然循环的目的是为了实现预期连续的能量转显然循环的目的是为了实现预期连续的能量转换，而不可能是为了获得工质状态的变化换，而不可能是为了获得工质状态的变化。循环的经济性循环的经济性得得到到的的收收获获经经济
19、济性性指指标标花花费费的的代代价价正向循环：正向循环：把热能转化为机械能的循环叫正向循环，也叫把热能转化为机械能的循环叫正向循环，也叫动力循环，它使外界得到功。动力循环，它使外界得到功。热源热源冷源冷源热机热机Q Q2 2Q Q1 112W Q Q正向循环的经济性热效率：正向循环的经济性热效率：1qwnett 把热量从低温热源传给高温热源的循环叫逆把热量从低温热源传给高温热源的循环叫逆向循环，也叫制冷循环或热泵循环，它消耗外向循环，也叫制冷循环或热泵循环，它消耗外界的功。界的功。netwq1热泵循环的经济性热泵系数：热泵循环的经济性热泵系数：netwq2制冷循环的经济性制冷系数：制冷循环的经济
20、性制冷系数：逆向循环：逆向循环：热源热源冷源冷源热机热机QQ2 2QQ1 121QQW2.1 2.1 循环过程、热力学第一定律循环过程、热力学第一定律2.2 2.2 闭口系的热力学第一定律表达式闭口系的热力学第一定律表达式2.3 2.3 开口系统的热力学第一定律表达式开口系统的热力学第一定律表达式第二章 热力学第一定律一一. . 热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质2.1 2.1 循环过程、热力学第一定律循环过程、热力学第一定律能量转换与守恒定律定律指出：能量转换与守恒定律定律指出： 一切物质都具有能量。能量既不可能创造，一切物质都具有能量。能量既不可能创造，也不能消灭，它只能在一定的条件
21、下从一种形式也不能消灭，它只能在一定的条件下从一种形式转变为另一种形式。而在转换中，能量的总量恒转变为另一种形式。而在转换中，能量的总量恒定不变。定不变。 热力学第一定律实质是：能量守恒与转换定律在热力学第一定律实质是：能量守恒与转换定律在热力学中的应用，它确定了热力过程中各种能量在数热力学中的应用，它确定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系。量上的相互关系。 在工程热力学的范围内，主要考虑热能与机械能在工程热力学的范围内，主要考虑热能与机械能之间的相互转换与守恒，因此热力学第一定律可表述之间的相互转换与守恒，因此热力学第一定律可表述为：为： 热可以变为功，功也可以变为热，在相互转变时热可以
22、变为功，功也可以变为热，在相互转变时能的总量是不变的。能的总量是不变的。 根据热力学第一定律，为了获得机械能，则必须根据热力学第一定律，为了获得机械能，则必须花费热能或其他形式能量，第一类永动机是不可能实花费热能或其他形式能量，第一类永动机是不可能实现的。现的。 就是系统变化过程中的能量平衡方程式，任何就是系统变化过程中的能量平衡方程式，任何系统、任何过程均可根据以下原则建立能量方程式：系统、任何过程均可根据以下原则建立能量方程式：热力学第一定律的能量方程式：热力学第一定律的能量方程式：进入系统的能量离开系统的能量系统中储存能量的增加2.2 2.2 闭口系的热力学第一定律表达式闭口系的热力学第
23、一定律表达式一一. . 热力学能热力学能热力学能是储存在系统内部的能量，它与系统热力学能是储存在系统内部的能量，它与系统内工质的内部粒子的微观运动和粒子的空间位置有内工质的内部粒子的微观运动和粒子的空间位置有关，是下列各种能量的总和关，是下列各种能量的总和: :分子热运动形成的内动能分子热运动形成的内动能: :它是温度的函数。它是温度的函数。分子间相互作用形成的内位能分子间相互作用形成的内位能: :它是比体积和温度它是比体积和温度 的函数。的函数。热力学能：热力学能：符号：符号：U U法定计量单位：焦耳（法定计量单位：焦耳（J J）比热力学能比热力学能：（：（1kg1kg物质的热力学能）物质的
24、热力学能）符号：符号：u u单位：单位：J/kgJ/kg热力学能是状态参数，是热力状态的单值函数。热力学能是状态参数，是热力状态的单值函数。01221dUUUdUU外部储存能外部储存能 需要用在系统外的参考坐标系测量的参数来表需要用在系统外的参考坐标系测量的参数来表示的能量，称为外部储存能，它包括系统的宏观动示的能量，称为外部储存能，它包括系统的宏观动能和重力位能：能和重力位能：212kEmcmgzEp重力位能：重力位能：宏观动能：宏观动能：系统的储存能系统的储存能热力学能热力学能 宏观动能宏观动能宏观位能宏观位能UkEPEEkPEUEE即即系统的储存能系统的总储存能（简称总能）系统的总储存能
25、（简称总能）1kg1kg工质的总能为比总能：工质的总能为比总能：212eucgz二二. . 闭口系统的热力学第一定律表达式闭口系统的热力学第一定律表达式能量平衡关系式：能量平衡关系式：输入系统的能量输入系统的能量- -输出系统的能量输出系统的能量= =系统总储存能系统总储存能 量的变化量的变化闭口系：系统与外界没有物质交闭口系：系统与外界没有物质交换，传递能量只有热量和功量两换，传递能量只有热量和功量两种形式。种形式。 在热力过程中（如图）系统在热力过程中（如图）系统从外界热源取得热量从外界热源取得热量Q Q；对外界；对外界做膨胀功做膨胀功W W。12EEWQ2.3 2.3 开口系统的热力学第
26、一定律表达式开口系统的热力学第一定律表达式（稳定流动能量方程式）（稳定流动能量方程式） 实际热力设备中实施的能量转换往往是工质在热力装置中实际热力设备中实施的能量转换往往是工质在热力装置中循环不断地流经各相互衔接的热力设备，完成不同的热力过循环不断地流经各相互衔接的热力设备，完成不同的热力过程后才能实现能量转。因此，分析这类热力设备时，常采用程后才能实现能量转。因此，分析这类热力设备时，常采用开口系即控制容积的分析方法。开口系即控制容积的分析方法。一一. . 稳定流动与流动功稳定流动与流动功 工程上实施的能量转换过程一般都是在工质不工程上实施的能量转换过程一般都是在工质不断流过热工设备时进行的
27、。常用的热工设备除了起断流过热工设备时进行的。常用的热工设备除了起动、停止或者加减负荷外，大部分时间是在外界影动、停止或者加减负荷外，大部分时间是在外界影响不变的条件下稳定运行的。这种流动状况称为稳响不变的条件下稳定运行的。这种流动状况称为稳定流动，即开口系统内各点流体的热力状态和流动定流动，即开口系统内各点流体的热力状态和流动情况都不随时间变化。情况都不随时间变化。 推动功推动功 工质在流过热工设备时，必须受外力推动，这种推动工质在流过热工设备时，必须受外力推动，这种推动工质流动而作的功称为推动功，进出系统的推动功之差工质流动而作的功称为推动功，进出系统的推动功之差称为流动功（也是系统为维持
28、工质流动所需的功）。称为流动功（也是系统为维持工质流动所需的功）。如图所示，当质量为如图所示，当质量为m m的工质在外力的推的工质在外力的推动下克服压力动下克服压力p p移动距离移动距离h h，进入截面积为，进入截面积为A A的气缸时，则外界所作的推动功为的气缸时，则外界所作的推动功为pAhpVmpv 推动功示意图推动功示意图 流动功流动功（也是系统为维持工质流动所需的功）：（也是系统为维持工质流动所需的功）：流动功是由泵或风机加载给被输送的工质并随着工质的流动功是由泵或风机加载给被输送的工质并随着工质的流动而向前传递的一种能量。流动而向前传递的一种能量。工质从进口到出口，从状态工质从进口到出
29、口，从状态1 1膨胀膨胀到状态到状态2 2，膨胀为为，膨胀为为W W，在不计工，在不计工质质的动能与位能变化时，开系与外的动能与位能变化时，开系与外界界交换的功量应为膨胀功与流动功交换的功量应为膨胀功与流动功之之差差W W - - ( ( pv pv ) )()(11221122pvvpvpwpVVpVpWff稳定流动能量方程稳定流动能量方程有有m m1 1的微元工质流入进口截面的微元工质流入进口截面1 11 1，有有m m2 2的微元工质流出出口截面的微元工质流出出口截面2 22 2系统从外界接受热量系统从外界接受热量Q Q系统工质通过机器轴输出功系统工质通过机器轴输出功W Ws s为轴功为
30、轴功E=Q+P1V1-WS-P2V2 =U+EK+EP Q=U+（P2V2-P1V1）+WS+EK+EP =U+（P2V2-P1V1）+Wtq=u+(pv)+wt =(u2+p2v2)-(u1+p1v1)+wt令令h=u+pv则则q=h2-h1+wt=h+wt此三项为机械能，是技术上可资此三项为机械能，是技术上可资利用的功，称为技术功，用利用的功，称为技术功，用Wt 表示表示 焓等于热力学能与推动功之和。焓等于热力学能与推动功之和。焓的物理意义表示每千克工质沿流动方向向前传递的总能焓的物理意义表示每千克工质沿流动方向向前传递的总能量中取决于热力状态的那部分。量中取决于热力状态的那部分。pvuh
31、焓的意义焓的意义：焓是物质进出开口系统时带入或带出的热力学能与推动功之焓是物质进出开口系统时带入或带出的热力学能与推动功之和，是随物质一起转移的能量。和，是随物质一起转移的能量。焓是一种宏观存在的状态参数，不仅在开口系统中出现，而焓是一种宏观存在的状态参数，不仅在开口系统中出现，而且在分析闭口系统时，它同样存在。且在分析闭口系统时，它同样存在。解：解：若将泵壁及进、出口截面选作系统边界，则这是一个开口系统。若将泵壁及进、出口截面选作系统边界，则这是一个开口系统。由于水的不可压缩性，可认为水泵进、出口水由于水的不可压缩性，可认为水泵进、出口水的体积不变，进、的体积不变，进、出口水的功能和重力势能
32、变化都很小，每千克水在定容流动过程出口水的功能和重力势能变化都很小，每千克水在定容流动过程中对外作的技术功为中对外作的技术功为例题例题2-1 2-1 一台一台JNJN型农用深井水泵，水的体积流率型农用深井水泵，水的体积流率 水泵扬程（即水泵进出口的压差）水泵扬程（即水泵进出口的压差）为为18.8m18.8m水柱，水泵效率水柱，水泵效率=理想功率理想功率/ /实际功率实际功率=80%=80%，问，问此水泵需配备多大功率的电机？此水泵需配备多大功率的电机？345/vqmh21pp2211()twvdpv pp kWppVmwPt88.28.03600)81.910008.18(0.45)(12技术
33、功为负值，说明外界对系统作功。为水泵所配电动机技术功为负值，说明外界对系统作功。为水泵所配电动机的功率应大于水泵功率。查产品目录，可选功率为的功率应大于水泵功率。查产品目录，可选功率为4.0kW4.0kW的电动机。的电动机。能量方程式的应用能量方程式的应用一、开口系稳定流能量方程在几种常见热一、开口系稳定流能量方程在几种常见热力设备中的应用力设备中的应用 这里介绍能源与动力工程领域内常这里介绍能源与动力工程领域内常见的几种热力设备的简化模型见的几种热力设备的简化模型,稳定工况稳定工况下的能量转换关系。下的能量转换关系。1、动力机压气机压气机电动机电动机cw1hticwhhww122h0q212
34、21()02ffcc0g z 换热器换热器物理模型物理模型12hhq0iw 21221()02ffcc注：流入和流出的速度相等。12流入流出0g z 1h2hq喷管喷管喷管喷管混合室混合室扩压管扩压管高压工作流体高压工作流体被引射流体被引射流体1p2p2p11,hcf22,hcf物理模型物理模型212122)(21hhccff0q0iw 0g z 节流节流21hh 注：流入和流出的速度相等。21221()02ffcc0iw 0q第一定律说明能量传递或转化的数量关系第一定律说明能量传递或转化的数量关系第二定律说明能量的传递方向第二定律说明能量的传递方向自发过程：高品质自发过程：高品质-低品质低品
35、质一、热；力学循环和热效率一、热；力学循环和热效率根据效果不同和进行的方向不同，可分为根据效果不同和进行的方向不同，可分为第三章第三章 热力学第二定律热力学第二定律二、热力学第二定律二、热力学第二定律 克劳修斯说法克劳修斯说法（18501850） 不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。化。 开尔文说法开尔文说法（18511851） 不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功，而不不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功，而不引起其它变化。引起其它变化。( (第二类永动机是不可以实现的第二类永动机是不可以实现的) ) 三、卡诺循环三、卡诺循
36、环热力学第二定律的几种说法仅仅停留在经验的总结上；热力学第二定律的几种说法仅仅停留在经验的总结上；卡诺循环及其实理把其从感性和实践的认识推向理性卡诺循环及其实理把其从感性和实践的认识推向理性和抽象概念。和抽象概念。卡诺循环排除不利于热变功的一切不可逆因素卡诺循环排除不利于热变功的一切不可逆因素由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成1-2：等温膨胀过程（无：等温膨胀过程（无散热损耗）散热损耗）2-3：绝热膨胀过程（与：绝热膨胀过程（与外界无功量交换）外界无功量交换）3-4：定温压缩过程：定温压缩过程4-1：绝热压缩过程：绝热压缩过程1111212tqTS
37、TwqqTT四、熵增加原理四、熵增加原理1、熵是一状态参数、熵是一状态参数具有如下特点：系统平衡态确定后，熵就确定了具有如下特点：系统平衡态确定后，熵就确定了 熵的改变只决定于初态、终态，与过程无关熵的改变只决定于初态、终态，与过程无关 熵具有可加性熵具有可加性2、熵增加原理、熵增加原理-判断任何过程能否进行的判据。判断任何过程能否进行的判据。在孤立系统中，在孤立系统中，若为绝热可逆过程，则若为绝热可逆过程，则s=0，理论能自发进行，理论能自发进行 不可逆过程，不可逆过程，s0，能自发进行，能自发进行 s 常温常温，p p5MPatd）吸湿能力增大,ht吸湿能力减弱,ht0d12 =100%h
38、0h20h1t1t2t0 0 湿湿空空气气的的加加热热及及冷冷却却过过程程在在焓焓湿湿图图上上的的表表示示d1冷空气冷空气2热湿空气热湿空气2喷淋水喷淋水湿空气的加热加湿空气的加热加湿过程的示意图湿过程的示意图 H1H wH2Q120wHHQH21qhhkJ/kg干空气干空气建立湿空气加热加湿过程的能量方程02121hmQhddmhmawaawhddhhq1212whdd12kgmdda121 =100%h2ht12t21d2d热空气热空气冷空气冷空气2冷流体冷流体凝结水12湿空气的冷却去湿湿空气的冷却去湿过程示意图过程示意图H1H wH2Q12wHQHH1awmm2awmm12wwmmkJ/
39、kg（干空气干空气）建立湿空气的冷却去湿过程的能量平衡方程建立湿空气的冷却去湿过程的能量平衡方程2211hmhddmQhmawaawhddhhq2121kgddma212 1 =100%h2ht2t111d2d123湿空气的绝热混合过程过程湿空气的绝热混合过程过程H 3H 1H 21 12233aaam hm hm h123aaammm(1)(2)(3)123HHH3123312321hhhhddddmmaa332211dmdmdmaaa231h1h2h3100%123ma1ma22d1d3d123干燥过程示意图干燥过程示意图 =100%加 热干燥123h2t2t1 1 2 3h11d2d冷冻
40、机组的冷却水系统冷却塔冷却塔冷却水泵冷却水泵冷却水冷却水冷冻机冷冻机冷却水汽轮机排汽凝结水凝汽器湿空气出口冷却水池冷却水池水泵水泵32冷空气入口14补水补水冷却水出口冷却水出口电厂冷却塔工作过程图电厂冷却塔工作过程图H w3H 1H 2H w4 能量方程平衡方程能量方程平衡方程3142wvwvmmmm213344()awwwwm hhm hm h 质量平衡方程质量平衡方程或或(1)(2)即即2avmm1avmm4wm3wm或或31240wwHHHH1243wwHHHH建立冷却塔湿空气过程的能量平衡方程建立冷却塔湿空气过程的能量平衡方程312124310ddmmmmmavvww3123410dd
41、mmmaww213344()awwwwm hhm hm h(1)(2)将将(2)(2)式代入（）式，整理得所需干空气的质量式代入（）式，整理得所需干空气的质量续续483123410ddmmmawwkgddhhhhhmmwwwwa31242143310教学目标：教学目标：使学生了解工程实际中制冷过程，掌握各使学生了解工程实际中制冷过程，掌握各种制冷循环的热力计算。种制冷循环的热力计算。知识点：知识点：空气压缩制冷循环；蒸气压缩制冷循环；蒸空气压缩制冷循环；蒸气压缩制冷循环；蒸气喷射制冷循环；吸收式制冷循环；热泵。气喷射制冷循环；吸收式制冷循环；热泵。重重 点：点：空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制
42、冷系数空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。的计算及提高制冷系数的方法和途径。难难 点：点：结合工程对空气和蒸汽压缩制冷循环的描述，结合工程对空气和蒸汽压缩制冷循环的描述，建立数学模型，进行热力计算。建立数学模型，进行热力计算。7.1概况概况本章主要以制冷循环为研究对象，分析循环的特本章主要以制冷循环为研究对象，分析循环的特点，各参数的变化关系及计算热量、功量和效率。点，各参数的变化关系及计算热量、功量和效率。制冷循环类型： 压缩气体制冷 压缩式制冷循环 压缩蒸气制冷 吸收式制冷循环 吸附式制冷循环 蒸气喷射制冷循环 半导体制冷1423T1T2Ts逆向卡诺循环
43、R1.制冷机制冷机 热环境热环境W0（耗功量）（耗功量）冷库冷库Q1 （排热量）（排热量）Q2（制冷量）（制冷量）制冷循环制冷循环从冷库取出热从冷库取出热量并输送到环境中，使冷量并输送到环境中，使冷库温度始终低于环境温度。库温度始终低于环境温度。120QQW制冷示意图制冷示意图HP暖房暖房2.热泵热泵冷环境冷环境Q1（输热量）（输热量）Q2热泵供暖循环热泵供暖循环从环境取从环境取出热量并输送到暖房，其出热量并输送到暖房，其效果就是维持暖房温度始效果就是维持暖房温度始终高于环境温度。终高于环境温度。120QQW热泵系统示意图热泵系统示意图W0（耗功量）（耗功量）1423T1T2TsT0制冷循环制
44、冷循环热泵循环热泵循环制冷量制冷量q2耗净功耗净功w0耗净功耗净功w0吸热量吸热量q2供热量供热量q13.3.制冷循环与热泵循环的比较制冷循环与热泵循环的比较3241sT制冷循环与热泵循环的比较制冷循环与热泵循环的比较1423T2TsT0制冷量制冷量q2耗净功耗净功w0asbsT1TsT0耗净功耗净功w0吸热量吸热量q23241耗净功耗净功w0asbs供暖量供暖量w0q2 供暖量供暖量 吸热量吸热量压缩机压缩机膨胀阀膨胀阀1234冷凝器冷凝器 蒸发器蒸发器q2q1汽汽-水分离器水分离器一一、压缩蒸汽制冷循环原理压缩蒸汽制冷循环原理 21T32T1T2144sdba241压缩蒸汽制冷循环T-S图
45、 二、压缩蒸气制冷循环分析二、压缩蒸气制冷循环分析124112320433141)(hhhhwqhhwwhhqhhhhhhqnetcccnetc三三、实际压缩蒸气制冷循环过程实际压缩蒸气制冷循环过程3 制冷剂的性质制冷剂的性质对制冷剂热力性质的要求：对制冷剂热力性质的要求：1、对应装置的工作温度，要有适中的压力；、对应装置的工作温度，要有适中的压力；2、在工作温度下，汽化潜热大；、在工作温度下，汽化潜热大；3、临界温度要高于环境温度（冷凝过程可更多利用定温排、临界温度要高于环境温度（冷凝过程可更多利用定温排热）；热）；4、工质的三相点要高于循环的下限温度；、工质的三相点要高于循环的下限温度；5
46、、蒸气的比体积小，工质的传热性好。、蒸气的比体积小，工质的传热性好。常见制冷剂：常见制冷剂：氨（氨（NH3）氟里昂（氯氟烃，含氢氯氟烃）氟里昂（氯氟烃，含氢氯氟烃）CFC12(R12)、CFC11(R11) HCFC22(R22)含氢氟代烃物质（含氢氟代烃物质（HCFC134a）膨胀阀膨胀阀阀门阀门泵泵加热加热 蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器 蒸发器蒸发器Q2吸收器吸收器Q1QQ1“压缩机压缩机”制冷剂制冷剂( (氨氨) ) 吸收剂（水）吸收剂（水）泵泵冷凝器冷凝器蒸汽锅炉蒸汽锅炉1014267喷管喷管混合室混合室膨胀阀膨胀阀98蒸发器蒸发器扩压管扩压管Q2QQ1“压缩机压缩机”冷库冷库5热泵循环热泵循环 循环过程与制冷循环类似，差别在于热泵工作时，循环过程与制冷循环类似，差别在于热泵工作时，环境作为低温热源（环境作为低温热源（T0） 热泵循环供暖系数：热泵循环供暖系数：1netnetLnetHwwqwq房屋房屋蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器膨胀阀膨胀阀压缩机压缩机Q2WinQ1房屋房屋蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器膨胀阀膨胀阀压缩机压缩机QWinQ
