《热工基础与应用第2版 教学课件 ppt 作者 傅秦生 1_第5章 热工基础的应用 热工应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热工基础与应用第2版 教学课件 ppt 作者 傅秦生 1_第5章 热工基础的应用 热工应用（93页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 热工基础的应用,主要介绍：,1、主要设备的基本结构和工作原理；,2、对热力过程、热工设备和循环进行热力学 和传热学分析，进行有关的热设计；,3、根据分析提出改进过程、设备和循环的提高能量利用经济性的具体措施与方法。,第一节 喷管与扩压管,概述,（一）、主要对象：以喷管为主的变截面管道中的流动,2、一元（维）：,3、绝热：q=0 可逆 s=const,4、对于理想气体：c= const,2、有粘性摩阻的流动；,3、绝热节流 。,一 、一维稳定流动的基本方程,（一）连续性方程,（二）能量方程,（三）过程方程,（四）声速方程,二 、 气体的定熵流动,（一）截面积、流速和比体积间的关系,（二）
2、特征参数方程,喷管：使气流流速增加、压力降低的变截面管道。,三、 喷管的计算,（一）流速计算与分析,1、计算,2、分析, 渐缩喷管,理想气体,（二）临界压比与选型原则,1、临界压比,临界截面处,临界压比,2、选型原则,已知参数： ，背压 （喷后部管道压力）。,目的：充分利用压差 ，使得,当 ，若选渐缩喷管： 满足要求,当 ，若选渐缩喷管： 不能满足要求,若选缩放喷管： 满足要求,选型原则,（三）流量计算与分析,1、计算,2、以渐缩喷管为例分析,（四）设计计算与校核计算,设计计算步骤,已知：,求：, 计算喷管主要截面（临界 截面、出口截面）的热力 状态参数；, 计算喷管主要截面处的气 流速度；,
3、 由流量公式求解各主要截 面的截面积。,校核计算步骤, 通过 与 的比较，确定喷 管出口压力,和与设计计算的和相同；, 根据流量公式，由最小截面处的 流速、比体积和截面积求流过喷 管的气流流量。,例 1 试设计喷管，使静止的空气从 ，可逆地膨胀到 ，流量 。则喷管出口流速及截面面积为多少？,（2）,且,（3）,（4）,四 喷管内有摩阻的流动,速度系数,喷管效率,能量损失系数,例2： 一渐缩喷管，出口截面面积 ，进口水蒸气参数为 ， ，背压 。试求；a)出口流速 ，流量 ；b）若 ， c) 在a)的条件下，若存在摩阻 ，则,解：a) 确定出口压力：,确定出口截面参数：查图或查表得,由 查得,求出
4、口流速：,流量：,b),由 查得,c) 若有摩阻存在，则,由喷管速度系数：,由 查图或查表得：,故,五、 扩压管与绝热滞止,（一）扩压管,1、扩压管：使气流压力提高，流速降低的变截面管道。,2、计算：,（二）绝热滞止与滞止参数,2、滞止参数：气流速度在绝热滞止过程中滞止为0的状态称为滞止状态，其状态参数称为滞止参数。,1、绝热滞止：气体在绝热流动过程中，因受某种物体的阻碍，或经扩压管后，气体流速降低为零的过程称为绝热滞止过程。,3、其他应用, 高速流动气体温度测量, 航空航天,例3、在1题的条件，若 ，则喷管出口流速及截面面积为多少？,解：选型：, 喷管形状不变，仍选用缩放喷管。,下面计算出口
5、流速及出口截面面积：,一、传热过程,传热过程：热量从温度较高的流体，经过固体壁传递给另一侧温度较低的流体的过程。,（一）、通过平壁的传热,第二节、换热器及其热计算,传热方程:,（二）、通过圆筒壁的传热,以管外侧面积为基准的传热系数:,二 通过肋壁的传热,肋侧总面积,定义肋化系数,则以内表面积为基准的传热系数为,二 换热器的种类,. 换热器的定义,两种温度不同的流体进行换热的设备。,间壁式 混合式 蓄热式,（一）、按工作原理分,. 换热器的种类,（二）、按结构分,1、壳管式换热器,2、套管式换热器,3、肋管式换热器,4、板式换热器,（三）、按流动形式分,套管式换热器,管壳式换热器,管壳式换热器,
6、管壳式换热器（1-2型）,管壳式换热器（2-4型）,管壳式换热器（螺旋折流板）,板式换热器,螺旋板式换热器,交叉流换热器,传热方程的一般形式,（一）对数平均温差,注意,三 换热器的热计算,顺流情况,1.顺流和逆流的平均温差计算,假设： 冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2、c1是常数； 传热系数是常数； 换热器无散热损失； 换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。,取x处一微元来分析,比较,对数平均温差LMTD,逆流时,2 其它复杂流动布置的平均温差的计算,是给定的冷热流体的进出口温度布置成逆流时的LMTD 是小于1的修正系数,1) 值取决于无量纲参数 P和 R,3 R 的物理意义,2
7、) P 的物理意义,流体2的实际温升与理论上所能达到的最大温升之比，所以只能小于1,两种流体的热容量之比,四 各种流动形式的比较,顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小； 顺流时 ，而逆流时， 则可能大于 ，可见，逆流布置时的换热最强； 逆流时，冷热流体的最高温度集中在换热器的同一侧，使得该处的壁温特别高。,1 顺流和逆流,2 其中一种流体发生相变,这时候没有顺流和逆流之分,3 蛇行管,只要管内流体流动方向改变5次以上,这时候就可以作为顺流和逆流处理,活塞式压气机,第二节 压气机,一、单级活塞式压气机,（一）、结构图,（二）、工作过程,（三）、耗
8、功计算,二、多级压缩 中间冷却,（一）、装置示意图,（二）、耗功计算,轴流式压气机,三、叶轮式压气机,轴流式压气机,离心式压气机,耗功计算：,压缩过程可逆：,压缩过程不可逆：,绝热效率：,概述,一、循环分析目的与任务,目的：在热力学基本定律的基础上分析动力循环的能量转换的经济性，寻求提高经济性的方向及途径。,任务： 1、分析组成循环的热力过程； 2、能量分析计算； 3、如何提高 。,第四节 内燃机的基本结构与循环,二、研究步骤,1、实际循环的设备与流程；,2、实际循环的理想化（简化）；,3、理想循环的能量分析；,5、考虑不可逆（摩阻）因素的分析。,三、研究方法,4、提高 的分析；,一、内燃机的
9、基本构造,大气线,二、汽油机循环,（1）把燃料定容及定压燃烧加热燃气的过程简化成工质从高温热源可逆定容定压吸热的过程，把排气过程简化成向低温热源可逆定容放热过程；,（2）把循环工质简化成空气且作理想气体处理，比热容取定值；,（3）忽略实际过程的摩擦阻力及进、排阀的损失，把燃烧改成加热后不必考虑燃烧耗氧问题，因而开式循环就可以抽象为闭式循环；,（4）在膨胀和压缩过程中忽略气体与气缸壁之间的热交换，简化为可逆绝热过程。,（一）、实际循环的p-V 图及理想化（简化）,（二）定容加热理想循环奥托Otto循环,1、过程组成,2、能量计算与分析,（1）计算,（2）分析,二、柴油机循环,1、过程组成,（一）
10、、定压加热理想循环狄塞尔Diesel循环,（2）分析,（二）、混和加热理想循环萨巴德循环,1、过程组成,2、能量计算与分析,（1）计算,（2）分析,第五节 燃气轮机装置循环,一、概述,2、能量计算与分析,（1）计算,（2）分析,三、 有摩阻的实际循环,一、Ts 图,二、能量计算与分析,1、计算,2、分析,四、提高燃气轮机装置循环热效率的措施,回热,1、设备与流程,2、T-s 图,第六节 蒸汽动力循环及装置,一、概述,二、朗肯循环,1.设备与流程,简单蒸气动力装置流程示意图,流程图,2，能量计算与分析,3，蒸汽参数对热效率的影响,1)初温 的影响：,2)初压 的影响：,3)背压 的影响：,四，有
11、摩阻的实际循环,例1.我国生产的 汽轮发电机组，其新蒸汽压力和温度分别为 、 ，汽轮机排汽压力 。若按郎肯循环运行，求（1）汽轮机所产生的功 ；（2）水泵功 ；（3）循环热效率 。,解：根据 ， ，在h-s图上，定出的新蒸汽状态点1， 。理想情况下蒸汽在汽轮机中作可逆绝热膨胀，过程1-2为定熵过程。在h-s图上从点1作定熵线与 的等压线相交，得状态点2 。查饱和水蒸气表得,时,若略去水泵功，则,于是求得,五.再热循环,1、 设备与流程,2、 能量分析计算,六.抽气回热循环,1，设备与流程,2，能量分析计算,第七节 制冷装置及循环,一、 概述,制冷剂：制冷工质,制冷：制造并维持一个低于环境温度的物体或空间的装置，是一种逆循环,热泵：利用逆循环将热量从低温物体传向高温物体，并维持高温物体温度的装置,逆卡诺循环：,冷藏柜,冰箱,陈列柜,空调,二、 压缩蒸气制冷循环,1.概述,2、.设备与流程,3.能量计算与分析,1-2 绝热压缩,2-4 定压放热,4-5 绝热节流,5-1 定压吸热,4.压焓图及其表示,压焓图,压焓图,
